JP2008177206A - Substrate holder, surface shape measuring device and stress measuring device - Google Patents

Substrate holder, surface shape measuring device and stress measuring device Download PDF

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Yoshiyuki Nakazawa
喜之 中澤
Masahiro Horie
正浩 堀江
Kumiko Akashika
久美子 赤鹿
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To hold a substrate while preventing deformation in a substrate holder and a surface shape measuring device and a stress measuring device having the substrate holder. <P>SOLUTION: The substrate holding mechanism 20 of a stress measuring device has a portion 201 for supporting a substrate 9 from below without touching by jetting gas on the lower surface 91 side of the substrate 9, and a cylindrical movement regulating portion 202 for regulating movement of the substrate 9 supported by the supporting portion 201 by abutting against the side face of the substrate 9. The supporting portion 201 has a disklike porous member 203 opposing the lower surface 91 of the substrate 9, and the substrate holding mechanism 20 supports the surface of the substrate 9 without touching the supporting portion 201 by jetting gas substantially uniformly and entirely from the upper surface 2031 of the porous member 203. Consequently, the substrate 9 can be held while preventing deformation thereoff. As a result, the surface shape of the substrate 9 can be determined with high precision and the stress in a film on the substrate 9 can be measured with high precision. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板を保持する基板保持装置、並びに、当該基板保持装置を備える表面形状測定装置および応力測定装置に関する。   The present invention relates to a substrate holding device that holds a substrate, and a surface shape measuring device and a stress measuring device including the substrate holding device.

従来より、半導体素子の製造において、半導体基板(以下、単に「基板」という。)の表面の検査が行われており、このような検査を行う検査装置では、基板を保持する保持部の1つとして基板を吸着して保持する基板保持部が利用されている。例えば、特許文献1の基板保持部では、同心円状の流路が上面に形成された保持部材上に基板が載置され、流路内のエアがコンプレッサにより吸引されることにより基板が保持部材の上面に吸着される。   Conventionally, in the manufacture of semiconductor elements, the surface of a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) has been inspected. In an inspection apparatus that performs such inspection, one of the holding portions that hold the substrate is used. A substrate holding unit that sucks and holds the substrate is used. For example, in the substrate holding part of Patent Document 1, the substrate is placed on a holding member having a concentric flow path formed on the upper surface, and the air in the flow path is sucked by a compressor so that the substrate is held by the holding member. Adsorbed on the top surface.

また、特許文献2に示すように、加圧エアを噴出する浮上テーブル上において基板を非接触にて支持する非接触支持装置も知られている。当該非接触支持装置では、浮上テーブルを貫通する複数の通気孔が形成されており、これらの通気孔を介して浮上テーブルの上面から加圧エアが噴出される。また、非接触支持装置では、矩形状の2つの浮上テーブルの間に細長い矩形状の軸受部材が挟まれており、軸受部材は、吸引用の細長い負圧溝と負圧溝の両側に設けられた細長い矩形状の静圧発生用の多孔質体を備える。   Further, as shown in Patent Document 2, a non-contact support device that supports a substrate in a non-contact manner on a floating table that ejects pressurized air is also known. In the non-contact support device, a plurality of ventilation holes penetrating the floating table are formed, and pressurized air is jetted from the upper surface of the floating table through these ventilation holes. Further, in the non-contact support device, an elongated rectangular bearing member is sandwiched between two rectangular floating tables, and the bearing members are provided on both sides of the elongated negative pressure groove for suction and the negative pressure groove. And an elongated rectangular porous body for generating static pressure.

非接触支持装置により基板が支持される際には、浮上テーブルの複数の通気孔から噴出される加圧エアにより基板が非接触にて支持される。そして、2つの浮上テーブルの間の軸受部材の上方において、負圧溝からのエアの吸引による負圧と多孔質体から噴出される加圧エアによる静圧との調和により、基板に対する静圧軸受剛性が高められる。   When the substrate is supported by the non-contact support device, the substrate is supported in a non-contact manner by the pressurized air ejected from the plurality of vent holes of the floating table. Then, above the bearing member between the two levitation tables, the static pressure bearing for the substrate is harmonized with the negative pressure due to the suction of air from the negative pressure groove and the static pressure due to the pressurized air ejected from the porous body. Stiffness is increased.

一方、特許文献3では、基板を吸着して搬送する装置において、吸着プレートの吸着面を超高分子量ポリエチレンの薄い多孔質シートにより形成する技術が開示されている。
特開2004−103921号公報 特開2004−152941号公報 特開2002−173250号公報
On the other hand, Patent Document 3 discloses a technique for forming an adsorption surface of an adsorption plate with a thin porous sheet of ultrahigh molecular weight polyethylene in an apparatus that adsorbs and conveys a substrate.
JP 2004-103921 A JP 2004-152941 A JP 2002-173250 A

ところで、成膜やアニール等の様々な処理が行われた基板は、反りや傾き等を有しており、完全には平坦ではない。このため、特許文献1の基板保持部のように基板を吸着して保持すると基板が僅かに変形する。   By the way, a substrate on which various processes such as film formation and annealing are performed has warping, inclination, and the like, and is not completely flat. For this reason, if a board | substrate is adsorbed and hold | maintained like the board | substrate holding part of patent document 1, a board | substrate will deform | transform slightly.

また、特許文献2の非接触支持装置では、基板が負圧溝の上方において負圧溝側に引き寄せられることにより、基板の中央が撓んだ状態にて支持されるため、当該非接触支持装置を基板の表面形状を測定する装置等の基板保持部として利用した場合、正確な測定結果を得ることができない。また、基板の中央以外の部位も、複数の通気孔から噴出される不均一な加圧エアにより支持されるため、基板に変形が生じる恐れがある。   Moreover, in the non-contact support apparatus of patent document 2, since the center of a board | substrate is supported in the state bent by pulling a board | substrate toward the negative pressure groove side above a negative pressure groove, the said non-contact support apparatus Is used as a substrate holding part of an apparatus or the like for measuring the surface shape of the substrate, an accurate measurement result cannot be obtained. Further, since the portions other than the center of the substrate are also supported by the non-uniform pressurized air ejected from the plurality of vent holes, the substrate may be deformed.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板の変形を防止しつつ基板を保持することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to hold a substrate while preventing the deformation of the substrate.

請求項1に記載の発明は、基板を保持する基板保持装置であって、基板の下面に対向する平面を有する多孔質部材から気体を噴出することにより、前記基板の全体または外縁部を除く部位を下方から非接触にて支持する支持部と、前記支持部に支持される前記基板の側面に当接して前記基板の前記下面に平行な方向への移動を規制する移動規制部とを備える。   The invention according to claim 1 is a substrate holding device for holding a substrate, wherein a portion excluding the entire substrate or an outer edge portion is ejected from a porous member having a flat surface facing the lower surface of the substrate. And a movement restricting portion that abuts against a side surface of the substrate supported by the support portion and restricts movement of the substrate in a direction parallel to the lower surface.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の基板保持装置であって、前記多孔質部材の前記平面が、前記基板の前記下面全体と対向する。   A second aspect of the present invention is the substrate holding device according to the first aspect, wherein the flat surface of the porous member faces the entire lower surface of the substrate.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の基板保持装置であって、前記多孔質部材を介して気体が吸引されることにより基板が前記支持部に吸着される。   A third aspect of the present invention is the substrate holding device according to the first or second aspect, wherein the substrate is adsorbed to the support portion by sucking a gas through the porous member.

請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の基板保持装置であって、前記基板が、半導体基板である。   A fourth aspect of the present invention is the substrate holding apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the substrate is a semiconductor substrate.

請求項5に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の基板保持装置であって、前記基板が、平面表示装置用のガラス基板である。   A fifth aspect of the present invention is the substrate holding device according to any one of the first to third aspects, wherein the substrate is a glass substrate for a flat display device.

請求項6に記載の発明は、基板の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、基板を保持する請求項1ないし5のいずれかに記載の基板保持装置と、前記基板保持装置により前記基板の前記下面が前記多孔質部材の前記平面に対して非接触とされた状態で前記基板の上面の形状を非接触にて測定する形状測定部とを備える。   The invention according to claim 6 is a surface shape measuring device for measuring the surface shape of the substrate, and holds the substrate by the substrate holding device according to any one of claims 1 to 5 and the substrate holding device. A shape measuring unit configured to measure the shape of the upper surface of the substrate in a non-contact state in a state where the lower surface of the substrate is not in contact with the plane of the porous member.

請求項7に記載の発明は、基板上の膜内の応力を測定する応力測定装置であって、基板を保持する請求項3ないし5のいずれかに記載の基板保持装置と、前記基板保持装置により前記基板の前記下面が前記多孔質部材の前記平面に対して非接触とされた状態で前記基板の上面の形状を非接触にて測定する形状測定部と、前記形状測定部により求められた前記基板の前記上面の形状に基づいて前記上面における応力測定領域の曲率半径を求める曲率半径算出部と、前記基板保持装置により前記基板の前記下面が前記多孔質部材の前記平面に吸着された状態において前記基板の前記上面上の膜の厚さを光学的に測定する膜厚測定部と、前記曲率半径算出部および前記膜厚測定部により求められた前記応力測定領域における曲率半径および膜厚に基づいて前記応力測定領域における前記膜内の応力を求める応力算出部とを備える。   The invention according to claim 7 is a stress measuring device for measuring stress in the film on the substrate, and holds the substrate, and the substrate holding device according to any one of claims 3 to 5 The shape measurement unit for measuring the shape of the upper surface of the substrate in a non-contact state in a state where the lower surface of the substrate is not in contact with the plane of the porous member, and the shape measurement unit A curvature radius calculation unit for obtaining a curvature radius of a stress measurement region on the upper surface based on the shape of the upper surface of the substrate, and the lower surface of the substrate is adsorbed to the flat surface of the porous member by the substrate holding device A film thickness measurement unit that optically measures the thickness of the film on the upper surface of the substrate, and a curvature radius and a film thickness in the stress measurement region obtained by the curvature radius calculation unit and the film thickness measurement unit. Base There and a stress calculation unit for obtaining the stress in said film in the stress measurement area.

本発明では、基板の変形を防止しつつ基板を保持することができる。請求項2の発明では、基板の変形を基板全体に亘って防止することができる。請求項3の発明では、基板を平坦な状態で保持することができる。   In the present invention, the substrate can be held while preventing deformation of the substrate. In the invention of claim 2, the deformation of the substrate can be prevented over the entire substrate. In the invention of claim 3, the substrate can be held in a flat state.

請求項6の発明では、基板の表面形状を高精度に求めることができる。請求項7の発明では、基板上の膜内の応力を高精度に求めることができる。   In the invention of claim 6, the surface shape of the substrate can be obtained with high accuracy. In the invention of claim 7, the stress in the film on the substrate can be obtained with high accuracy.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係る応力測定装置1の構成を示す図である。応力測定装置1は、略円板状の半導体基板9(以下、単に「基板9」という。)の主面上に形成された膜内の応力を測定する装置である。膜は、単層膜であってもよく、多層膜であってもよい。本実施の形態では、基板9上には配線パターン等のパターンは形成されていない。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a stress measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The stress measuring apparatus 1 is an apparatus for measuring stress in a film formed on a main surface of a substantially disk-shaped semiconductor substrate 9 (hereinafter simply referred to as “substrate 9”). The film may be a single layer film or a multilayer film. In the present embodiment, a pattern such as a wiring pattern is not formed on the substrate 9.

図1に示すように、応力測定装置1は、基板9を保持する基板保持機構20、基板保持機構20を図1中のX方向およびY方向に移動する移動機構21、基板保持機構20を図1中のZ方向に昇降する昇降機構24、基板9上の膜に対する偏光解析に用いられる情報を取得するエリプソメータ3、基板9からの反射光の分光強度を取得する光干渉ユニット4、並びに、これらの構成を制御する制御部5を備える。   As shown in FIG. 1, the stress measuring apparatus 1 includes a substrate holding mechanism 20 that holds a substrate 9, a moving mechanism 21 that moves the substrate holding mechanism 20 in the X direction and the Y direction in FIG. 1, and a substrate holding mechanism 20. 1, an elevating mechanism 24 that moves up and down in the Z direction, an ellipsometer 3 that acquires information used for polarization analysis on the film on the substrate 9, an optical interference unit 4 that acquires the spectral intensity of the reflected light from the substrate 9, and these The control part 5 which controls the structure of is provided.

図2は、制御部5の構成を示す図である。図2に示すように、制御部5は、通常のコンピュータと同様に、各種演算処理を行うCPU51、実行されるプログラムを記憶したり演算処理の作業領域となるRAM52、基本プログラムを記憶するROM53、各種情報を記憶する固定ディスク54、作業者に各種情報を表示するディスプレイ55、および、キーボードやマウス等の入力部56等を接続した構成となっている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the control unit 5. As shown in FIG. 2, the control unit 5 includes a CPU 51 that performs various arithmetic processes, a RAM 52 that stores programs to be executed or a work area for arithmetic processes, a ROM 53 that stores basic programs, as in a normal computer. A fixed disk 54 for storing various types of information, a display 55 for displaying various types of information to an operator, and an input unit 56 such as a keyboard and a mouse are connected.

図3は、制御部5のCPU51(図2参照)等がプログラムに従って演算処理を行うことにより実現される機能を他の構成と共に示すブロック図であり、図3中の傾斜ベクトル算出部511、表面形状算出部512、曲率半径算出部513、応力算出部514、第1膜厚算出部515および第2膜厚算出部516が、CPU51等により実現される機能に相当する。なお、これらの機能は複数台のコンピュータにより実現されてもよい。   FIG. 3 is a block diagram showing functions realized by the CPU 51 (see FIG. 2) and the like of the control unit 5 performing arithmetic processing according to a program together with other configurations. The gradient vector calculating unit 511 and the surface in FIG. The shape calculation unit 512, the curvature radius calculation unit 513, the stress calculation unit 514, the first film thickness calculation unit 515, and the second film thickness calculation unit 516 correspond to functions realized by the CPU 51 and the like. Note that these functions may be realized by a plurality of computers.

図4は、基板保持機構20を示す平面図である。図4に示すように、基板保持機構20は平面視において円形とされる。図5は、基板保持機構20を示す縦断面図である。図5では、基板保持機構20の中心軸を含む面における断面を示す。また、図5では、基板保持機構20に保持される基板9も併せて描いている。   FIG. 4 is a plan view showing the substrate holding mechanism 20. As shown in FIG. 4, the substrate holding mechanism 20 is circular in plan view. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the substrate holding mechanism 20. FIG. 5 shows a cross section in a plane including the central axis of the substrate holding mechanism 20. FIG. 5 also shows the substrate 9 held by the substrate holding mechanism 20.

図4および図5に示すように、基板保持機構20は、基板9の下面91側において気体(例えば、加圧されたエア)を噴出することにより基板9を下方から非接触にて支持する支持部201、および、支持部201に支持される基板9の側面に当接して基板9の移動を規制する円筒状の移動規制部202を備える。   As shown in FIGS. 4 and 5, the substrate holding mechanism 20 supports the substrate 9 in a non-contact manner from below by ejecting gas (for example, pressurized air) on the lower surface 91 side of the substrate 9. And a cylindrical movement restricting portion 202 that abuts against the side surface of the substrate 9 supported by the support portion 201 and restricts the movement of the substrate 9.

図5に示すように、支持部201は、基板9の下面91に対向する円形の平面2031(以下、「上面2031」という。)を有する円板状の多孔質部材203、上部に多孔質部材203が取り付けられるベース部204を備える。ベース部204の上側には、平面視において円形の凹部が形成されており、当該凹部が多孔質部材203により閉塞されることにより内部空間205が形成される。   As shown in FIG. 5, the support portion 201 includes a disk-shaped porous member 203 having a circular plane 2031 (hereinafter referred to as “upper surface 2031”) facing the lower surface 91 of the substrate 9, and a porous member on the upper portion. The base part 204 to which 203 is attached is provided. A circular concave portion is formed on the upper side of the base portion 204 in plan view, and the internal space 205 is formed by closing the concave portion with the porous member 203.

ベース部204の下側には、内部空間205に連通する真空吸引ポート2041および気体供給ポート2042が形成されており、内部空間205は、真空吸引ポート2041および配管2043を介して、図示省略の排気装置に接続されている。また、内部空間205は、気体供給ポート2042および配管2044を介して、図示省略の気体供給装置に接続されている。   A vacuum suction port 2041 and a gas supply port 2042 communicating with the internal space 205 are formed on the lower side of the base portion 204, and the internal space 205 is exhausted through a vacuum suction port 2041 and a pipe 2043 (not shown). Connected to the device. The internal space 205 is connected to a gas supply device (not shown) via a gas supply port 2042 and a pipe 2044.

多孔質部材203は、多孔質セラミックや多孔質ステンレス等により形成される。また、ステンレス以外の他の金属系多孔質材料やプラスチック系多孔質材料が多孔質部材203として利用されてもよい。多孔質部材203の空孔率は、好ましくは、1%以上10%以下(より好ましくは、3%以上5%以下)とされる。   The porous member 203 is made of porous ceramic, porous stainless steel, or the like. Further, other metal-based porous materials other than stainless steel and plastic-based porous materials may be used as the porous member 203. The porosity of the porous member 203 is preferably 1% or more and 10% or less (more preferably 3% or more and 5% or less).

応力測定装置1では、配管2043に設けられたバルブ(図示省略)が閉じられ、配管2044に設けられたバルブ(図示省略)が開放された状態で、気体供給装置から配管2044および気体供給ポート2042を介して内部空間205に気体が供給されることにより、多孔質部材203の上面2031全体からおよそ均一に気体が噴出する。これにより、基板9の下面91と多孔質部材203の上面2031との間に気体の層が形成され、当該気体の層を介して基板9が支持部201の多孔質部材203上に非接触にて面支持される。   In the stress measuring device 1, the valve (not shown) provided in the pipe 2043 is closed, and the valve (not shown) provided in the pipe 2044 is opened, and the pipe 2044 and the gas supply port 2042 are opened from the gas supply device. By supplying the gas to the internal space 205 via the gas, the gas is ejected from the entire upper surface 2031 of the porous member 203 approximately uniformly. As a result, a gas layer is formed between the lower surface 91 of the substrate 9 and the upper surface 2031 of the porous member 203, and the substrate 9 is brought out of contact with the porous member 203 of the support portion 201 through the gas layer. The surface is supported.

基板保持機構20では、多孔質部材203の上面2031が基板9の下面91全体と対向しているため、基板9の全体が支持部201により下方から非接触にて支持される。そして、基板9の側面が移動規制部202の内側面に当接することにより、基板9が下面91に平行な方向(すなわち、多孔質部材203の上面2031に平行な方向)に移動することが規制される。なお、移動規制部202は、基板9の側面に単に接触しているのみであり、基板9の重量を側面において実質的に支持しているわけではない。また、移動規制部202は、必ずしも円筒状とされる必要はなく、例えば、基板保持機構20の中心軸を中心とする円周上に等ピッチにて配列された3本以上のピンであってもよい。   In the substrate holding mechanism 20, since the upper surface 2031 of the porous member 203 faces the entire lower surface 91 of the substrate 9, the entire substrate 9 is supported by the support unit 201 from below without contact. The movement of the substrate 9 in the direction parallel to the lower surface 91 (that is, the direction parallel to the upper surface 2031 of the porous member 203) is regulated by the side surface of the substrate 9 coming into contact with the inner surface of the movement restricting portion 202. Is done. The movement restricting portion 202 is merely in contact with the side surface of the substrate 9 and does not substantially support the weight of the substrate 9 on the side surface. Further, the movement restricting portion 202 does not necessarily have a cylindrical shape, and is, for example, three or more pins arranged at an equal pitch on a circumference centered on the central axis of the substrate holding mechanism 20. Also good.

ところで、応力測定装置1では、基板保持機構20により基板9を吸着して保持することもできる。基板9が吸着される際には、多孔質部材203の上面2031に基板9が載置され、配管2044に設けられたバルブが閉じられ、配管2043に設けられたバルブが開放された状態で排気装置が駆動される。そして、配管2043、真空吸引ポート2041、内部空間205および多孔質部材203を介して気体が吸引されることにより、基板9が支持部201の多孔質部材203の上面2031に吸着される。   By the way, in the stress measuring apparatus 1, the substrate 9 can be sucked and held by the substrate holding mechanism 20. When the substrate 9 is adsorbed, the substrate 9 is placed on the upper surface 2031 of the porous member 203, the valve provided in the pipe 2044 is closed, and the valve provided in the pipe 2043 is opened. The device is driven. Then, gas is sucked through the pipe 2043, the vacuum suction port 2041, the internal space 205, and the porous member 203, so that the substrate 9 is adsorbed on the upper surface 2031 of the porous member 203 of the support portion 201.

図1に示すように、移動機構21は、基板保持機構20を図1中のX方向に移動するX方向移動機構22、および、Y方向に移動するY方向移動機構23を有する。X方向移動機構22はモータ221にボールねじ(図示省略)が接続され、モータ221が回転することにより、Y方向移動機構23がガイドレール222に沿って図1中のX方向に移動する。Y方向移動機構23もX方向移動機構22と同様の構成となっており、モータ231が回転するとボールねじ(図示省略)により基板保持機構20がガイドレール232に沿ってY方向に移動する。応力測定装置1では、移動機構21により、エリプソメータ3および光干渉ユニット4から基板9上に照射される光の照射領域が基板9に対して相対的に移動される。   As shown in FIG. 1, the moving mechanism 21 includes an X-direction moving mechanism 22 that moves the substrate holding mechanism 20 in the X direction in FIG. 1, and a Y-direction moving mechanism 23 that moves in the Y direction. In the X-direction moving mechanism 22, a ball screw (not shown) is connected to the motor 221, and when the motor 221 rotates, the Y-direction moving mechanism 23 moves along the guide rail 222 in the X direction in FIG. The Y-direction moving mechanism 23 has the same configuration as the X-direction moving mechanism 22. When the motor 231 rotates, the substrate holding mechanism 20 moves in the Y direction along the guide rail 232 by a ball screw (not shown). In the stress measuring apparatus 1, the irradiation region of the light irradiated onto the substrate 9 from the ellipsometer 3 and the optical interference unit 4 is moved relative to the substrate 9 by the moving mechanism 21.

エリプソメータ3は、偏光した光(以下、「偏光光」という。)を基板9に向けて出射する光源ユニット31、および、基板9からの偏光光の反射光を受光して反射光の偏光状態を取得する受光ユニット32を備え、取得された偏光状態を示すデータは制御部5へと出力される。   The ellipsometer 3 receives the reflected light of the polarized light from the light source unit 31 that emits polarized light (hereinafter referred to as “polarized light”) toward the substrate 9, and the polarized light from the substrate 9, and changes the polarization state of the reflected light. The light receiving unit 32 to be acquired is provided, and data indicating the acquired polarization state is output to the control unit 5.

光源ユニット31は、光ビームを出射する光源である半導体レーザ(LD)312、半導体レーザ312の出力を制御するLD駆動制御部311、偏光フィルタ313、および、波長板(以下、「λ/4板」という。)314を備える。エリプソメータ3では、光源ユニット31の半導体レーザ312から出射された光ビームが偏光フィルタ313に入射し、偏光フィルタ313により直線偏光した光が取り出される。偏光フィルタ313からの光はλ/4板314に入射し、λ/4板314により円偏光の光に変換されてレンズ331を介して所定の入射角(例えば、72°〜80°)にて基板保持機構20上の基板9表面へと導かれる。なお、光源ユニット31には(具体的には、半導体レーザ312と偏光フィルタ313との間の光路上には)、光ビームを遮断する電磁シャッタ315が設けられ、電磁シャッタ315により基板9への光の照射がON/OFF制御される。   The light source unit 31 includes a semiconductor laser (LD) 312 that is a light source that emits a light beam, an LD drive control unit 311 that controls the output of the semiconductor laser 312, a polarizing filter 313, and a wavelength plate (hereinafter referred to as “λ / 4 plate”). ”) 314. In the ellipsometer 3, the light beam emitted from the semiconductor laser 312 of the light source unit 31 enters the polarization filter 313, and linearly polarized light is extracted by the polarization filter 313. The light from the polarization filter 313 enters the λ / 4 plate 314, is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 314, and passes through the lens 331 at a predetermined incident angle (for example, 72 ° to 80 °). It is guided to the surface of the substrate 9 on the substrate holding mechanism 20. The light source unit 31 (specifically, on the optical path between the semiconductor laser 312 and the polarization filter 313) is provided with an electromagnetic shutter 315 that blocks the light beam. Light irradiation is ON / OFF controlled.

受光ユニット32は、回転検光子321およびフォトダイオード322を備える。エリプソメータ3では、光源ユニット31から基板9に出射された光の反射光が、レンズ332を介して回転検光子321へと導かれ、光軸に平行な軸を中心として回転する回転検光子321を透過してフォトダイオード322により受光される。フォトダイオード322により受光された光の強度を示す信号は、ADコンバータ34を介して制御部5の第1膜厚算出部515(図3参照)へと出力され、フォトダイオード322の出力が回転検光子321の回転角に対応付けられることにより反射光の偏光状態が取得される。   The light receiving unit 32 includes a rotation analyzer 321 and a photodiode 322. In the ellipsometer 3, the reflected light of the light emitted from the light source unit 31 to the substrate 9 is guided to the rotation analyzer 321 through the lens 332, and the rotation analyzer 321 that rotates about an axis parallel to the optical axis is used. The light is transmitted and received by the photodiode 322. A signal indicating the intensity of light received by the photodiode 322 is output to the first film thickness calculation unit 515 (see FIG. 3) of the control unit 5 via the AD converter 34, and the output of the photodiode 322 is rotated. By associating with the rotation angle of the photon 321, the polarization state of the reflected light is acquired.

応力測定装置1では、エリプソメータ3の光源ユニット31からの光の波長の確認に利用されるミラー25が基板保持機構20の側方に取り付けられており、ミラー25は光源ユニット31から照射される所定の入射角の光を鉛直方向の上方へと反射するように傾斜して設けられている。   In the stress measuring apparatus 1, a mirror 25 used for confirming the wavelength of light from the light source unit 31 of the ellipsometer 3 is attached to the side of the substrate holding mechanism 20, and the mirror 25 is irradiated from the light source unit 31 to a predetermined level. Are inclined so as to reflect light at an incident angle of above in the vertical direction.

光干渉ユニット4は、白色光を照明光として出射する光源41、基板9からの反射光を分光する分光器42、後述する遮光パターンの像を取得する遮光パターン撮像部43、基板9上の照明光の照射位置を撮像する基板撮像部44、および、光学系45を有し、光学系45により光源41からの照明光が基板9上の照射領域へと導かれるとともに当該照射領域からの反射光が分光器42、遮光パターン撮像部43および基板撮像部44へと導かれる。   The light interference unit 4 includes a light source 41 that emits white light as illumination light, a spectroscope 42 that separates reflected light from the substrate 9, a light-shielding pattern imaging unit 43 that acquires a light-shielding pattern image to be described later, and illumination on the substrate 9 A substrate imaging unit 44 that captures an irradiation position of light and an optical system 45, and the illumination light from the light source 41 is guided to the irradiation region on the substrate 9 by the optical system 45 and reflected light from the irradiation region. Is guided to the spectroscope 42, the light shielding pattern imaging unit 43, and the substrate imaging unit 44.

具体的には、光ファイバ451の一端に光源41からの照明光が導入され、他端に設けられたレンズ452から照明光が導出される。導出された照明光はレンズ450aを介して開口絞り部453へと導かれる。開口絞り部453には所定の遮光パターン453a(例えば、十字に形成された標線)が設けられており、照明光は遮光パターン453aに対応する部分が遮られつつレンズ450bを介して視野絞り部454へと導かれる。   Specifically, illumination light from the light source 41 is introduced into one end of the optical fiber 451, and illumination light is derived from a lens 452 provided at the other end. The derived illumination light is guided to the aperture stop 453 through the lens 450a. The aperture stop 453 is provided with a predetermined light shielding pattern 453a (for example, a marked line formed in a cross shape), and the illumination light is blocked by the field stop through the lens 450b while the portion corresponding to the light shielding pattern 453a is shielded. 454.

視野絞り部454にて視野が制限された照明光はレンズ450cを介してハーフミラー455へと導かれ、ハーフミラー455を透過してハーフミラー456へと導かれる。ハーフミラー456にて反射された照明光は、対物レンズ457を介して基板9上の照射領域に照射される。このとき、基板9上における照明光の照射領域の広さは、視野絞り部454による視野の制限に対応するが、開口絞り部453の遮光パターン453aの像は基板9上には結像されない。応力測定装置1では、対物レンズ457として低倍率(本実施の形態では、10倍)のものが使用され、当該対物レンズ457の焦点深度が約4μmと比較的大きいため、対物レンズ457から基板9への光は、基板9上においてほぼ平行光となっている。   The illumination light whose field of view is limited by the field stop unit 454 is guided to the half mirror 455 through the lens 450c, and is transmitted to the half mirror 456 through the half mirror 455. The illumination light reflected by the half mirror 456 is applied to the irradiation area on the substrate 9 through the objective lens 457. At this time, the width of the illumination light irradiation region on the substrate 9 corresponds to the field limitation by the field stop unit 454, but the image of the light shielding pattern 453a of the aperture stop unit 453 is not formed on the substrate 9. In the stress measuring apparatus 1, an objective lens 457 having a low magnification (10 times in this embodiment) is used, and the objective lens 457 has a relatively large focal depth of about 4 μm. Is substantially parallel light on the substrate 9.

基板9からの反射光は、対物レンズ457を介してハーフミラー456へと導かれ、一部の光がハーフミラー455に向けて反射される。反射された光は、ハーフミラー455にてさらに反射され、レンズ450dを介して遮光パターン撮像部43にて受光される。遮光パターン453aから基板9の表面を経由して遮光パターン撮像部43に至る光学系において、遮光パターン撮像部43の位置は遮光パターン453aと光学的に共役とされ、遮光パターン撮像部43に遮光パターン453aの像が結像され、遮光パターン453aの画像データは制御部5の傾斜ベクトル算出部511(図3参照)へと出力される。   Reflected light from the substrate 9 is guided to the half mirror 456 via the objective lens 457, and a part of the light is reflected toward the half mirror 455. The reflected light is further reflected by the half mirror 455 and received by the light shielding pattern imaging unit 43 via the lens 450d. In the optical system from the light shielding pattern 453 a to the light shielding pattern imaging unit 43 via the surface of the substrate 9, the position of the light shielding pattern imaging unit 43 is optically conjugate with the light shielding pattern 453 a, and the light shielding pattern imaging unit 43 has a light shielding pattern. The image 453a is formed, and the image data of the light shielding pattern 453a is output to the inclination vector calculation unit 511 (see FIG. 3) of the control unit 5.

ハーフミラー456を透過した反射光はハーフミラー458を透過してハーフミラー459へと導かれ、一部の光が反射される。反射された光はレンズ450eを介して基板撮像部44へと導かれ、受光される。基板撮像部44の位置は視野絞り部454および基板9の表面の位置と光学的に共役とされるため、基板撮像部44により基板9上の照明光の照射位置の像が撮像され、取得された画像データは制御部5へと出力される。   The reflected light transmitted through the half mirror 456 is transmitted through the half mirror 458 and guided to the half mirror 459, and a part of the light is reflected. The reflected light is guided to the substrate imaging unit 44 through the lens 450e and received. Since the position of the substrate imaging unit 44 is optically conjugate with the position of the surface of the field stop unit 454 and the substrate 9, an image of the irradiation position of the illumination light on the substrate 9 is captured and acquired by the substrate imaging unit 44. The image data is output to the control unit 5.

ハーフミラー459を透過した光はレンズ450fを介して分光器42へと導かれる。光干渉ユニット4では、光源41からの光の基板9上における照射領域からの反射光が、受光部である分光器42により受光されて反射光の分光強度が取得され、当該分光強度のデータは制御部5の第2膜厚算出部516(図3参照)へと出力される。光干渉ユニット4では、レンズ450a〜450f,452、光ファイバ451、開口絞り部453、視野絞り部454、ハーフミラー455,456,458,459および対物レンズ457により光学系45が構成される。   The light transmitted through the half mirror 459 is guided to the spectroscope 42 through the lens 450f. In the optical interference unit 4, the reflected light from the irradiation region on the substrate 9 of the light from the light source 41 is received by the spectroscope 42 which is a light receiving unit, and the spectral intensity of the reflected light is acquired. The data is output to the second film thickness calculation unit 516 (see FIG. 3) of the control unit 5. In the optical interference unit 4, the lenses 450 a to 450 f and 452, the optical fiber 451, the aperture stop 453, the field stop 454, the half mirrors 455 456 458 and 459, and the objective lens 457 constitute an optical system 45.

次に、応力測定装置1による基板9上の膜内の応力測定の流れについて説明する。応力測定装置1では、光干渉ユニット4により基板9の上面92(図5参照)の形状(以下、「表面形状」という。)、および、基板9上の応力測定領域の曲率半径が求められ、エリプソメータ3または光干渉ユニット4により、当該応力測定領域における膜の厚さ(以下、「膜厚」という。)が求められる。そして、これらの曲率半径および膜厚、並びに、基板9の厚さに基づいて応力測定領域における応力が求められる。   Next, the flow of measuring the stress in the film on the substrate 9 by the stress measuring device 1 will be described. In the stress measurement apparatus 1, the optical interference unit 4 determines the shape of the upper surface 92 (see FIG. 5) of the substrate 9 (hereinafter referred to as “surface shape”) and the curvature radius of the stress measurement region on the substrate 9. The thickness of the film in the stress measurement region (hereinafter referred to as “film thickness”) is obtained by the ellipsometer 3 or the optical interference unit 4. And the stress in a stress measurement area | region is calculated | required based on these curvature radii and film thickness, and the thickness of the board | substrate 9. FIG.

応力測定装置1では、光干渉ユニット4、制御部5の傾斜ベクトル算出部511および表面形状算出部512が、基板9の表面形状を非接触にて測定する形状測定部となっている。また、エリプソメータ3および制御部5の第1膜厚算出部515が、基板9上の膜の厚さを光学的に測定する膜厚測定部となっており、光干渉ユニット4および第2膜厚算出部516が、基板9上の膜の厚さを光学的に測定するもう1つの膜厚測定部となっている。基板9上の膜が比較的薄い場合には、エリプソメータ3からの偏光状態を示す出力に基づいて偏光解析方式による膜厚測定が第2膜厚算出部516において行われ、膜が比較的厚い、あるいは、多層膜の場合には、第1膜厚算出部515により、光干渉ユニット4からの分光強度を示す出力に基づいて分光反射率を求めつつ光干渉法により膜厚が算出される。   In the stress measurement device 1, the optical interference unit 4, the inclination vector calculation unit 511 and the surface shape calculation unit 512 of the control unit 5 are shape measurement units that measure the surface shape of the substrate 9 in a non-contact manner. The ellipsometer 3 and the first film thickness calculation unit 515 of the control unit 5 serve as a film thickness measurement unit that optically measures the thickness of the film on the substrate 9, and the optical interference unit 4 and the second film thickness calculation unit. The calculation unit 516 is another film thickness measurement unit that optically measures the thickness of the film on the substrate 9. When the film on the substrate 9 is relatively thin, the second film thickness calculation unit 516 performs film thickness measurement by the ellipsometry based on the output indicating the polarization state from the ellipsometer 3, and the film is relatively thick. Alternatively, in the case of a multilayer film, the first film thickness calculation unit 515 calculates the film thickness by optical interference while obtaining the spectral reflectance based on the output indicating the spectral intensity from the optical interference unit 4.

図6は、応力測定装置1による応力測定の流れを示す図である。図1に示す応力測定装置1により基板9上の膜内の応力が測定される際には、まず、基板9が図5に示す基板保持機構20の支持部201上に載置され、気体供給装置から基板保持機構20の内部空間205に気体が供給されて多孔質部材203の上面2031全体から気体が噴出する。これにより、基板9の下面91が多孔質部材203の上面2031に対して非接触とされた状態で、基板9が基板保持機構20により保持される(ステップS11)。   FIG. 6 is a diagram showing a flow of stress measurement by the stress measurement apparatus 1. When the stress in the film on the substrate 9 is measured by the stress measuring device 1 shown in FIG. 1, first, the substrate 9 is placed on the support portion 201 of the substrate holding mechanism 20 shown in FIG. Gas is supplied from the apparatus to the internal space 205 of the substrate holding mechanism 20, and the gas is ejected from the entire upper surface 2031 of the porous member 203. Thus, the substrate 9 is held by the substrate holding mechanism 20 in a state where the lower surface 91 of the substrate 9 is not in contact with the upper surface 2031 of the porous member 203 (step S11).

続いて、基板9の上面92上に設定された基準領域(すなわち、基板9の表面形状の測定において基準となる領域)が、図1に示す対物レンズ457の焦点深度内に位置するようにフォーカス調整が行われる。本実施の形態では、光学系45を介して目視にて基板9の基準領域の像を確認しつつ、手動により昇降機構24が操作されて基板9のフォーカス調整が行われる。   Subsequently, the focus is set so that the reference region set on the upper surface 92 of the substrate 9 (that is, a region serving as a reference in the measurement of the surface shape of the substrate 9) is located within the depth of focus of the objective lens 457 shown in FIG. Adjustments are made. In the present embodiment, focus adjustment of the substrate 9 is performed by manually operating the elevating mechanism 24 while visually confirming the image of the reference region of the substrate 9 through the optical system 45.

フォーカスの調整が終了すると、移動機構21による基板保持機構20および基板9の移動が開始される。そして、光干渉ユニット4の光源41からの光が、対物レンズ457を有する光学系45を介して基板9上の所定の領域(後述するように、傾斜ベクトルが求められる領域であり、以下、「傾斜ベクトル測定領域」という。)へと照射され、照射領域からの反射光が、対物レンズ457を介して遮光パターン撮像部43へと導かれて遮光パターン453aの像が取得される。遮光パターン撮像部43により取得された遮光パターン453aの画像データは、制御部5の傾斜ベクトル算出部511(図3参照)へと出力される。   When the focus adjustment is completed, the movement of the substrate holding mechanism 20 and the substrate 9 by the moving mechanism 21 is started. Then, the light from the light source 41 of the optical interference unit 4 is a predetermined region on the substrate 9 via the optical system 45 having the objective lens 457 (a region where an inclination vector is obtained as will be described later. In this case, the reflected light from the irradiated area is guided to the light-shielding pattern imaging unit 43 via the objective lens 457, and an image of the light-shielding pattern 453a is acquired. The image data of the light shielding pattern 453a acquired by the light shielding pattern imaging unit 43 is output to the inclination vector calculation unit 511 (see FIG. 3) of the control unit 5.

前述のように、遮光パターン撮像部43の位置は、遮光パターン453aに対して基板9の表面を経由して光学的に共役となる位置(遮光パターン453aがほぼ開口絞り位置に位置することから、遮光パターン撮像部43は、いわゆる、対物瞳位置にほぼ位置する。)であり、遮光パターン撮像部43にて取得される画像中の遮光パターンの位置は、基板9の照明光の照射領域の法線方向(以下、「傾斜ベクトル」と呼ぶ。)に対応した位置となる。   As described above, the position of the light-shielding pattern imaging unit 43 is optically conjugate with respect to the light-shielding pattern 453a via the surface of the substrate 9 (since the light-shielding pattern 453a is located almost at the aperture stop position. The light-shielding pattern imaging unit 43 is substantially located at a so-called objective pupil position.) The position of the light-shielding pattern in the image acquired by the light-shielding pattern imaging unit 43 is a method of the illumination light irradiation area of the substrate 9. The position corresponds to the line direction (hereinafter referred to as “tilt vector”).

傾斜ベクトル算出部511では、傾斜ベクトルが鉛直方向(すなわち、Z方向)を向くときの画像中の遮光パターンの重心位置(以下、「基準位置」という。)が予め記憶されており、基準位置を始点として、取得された画像中の遮光パターンの重心位置に至るベクトルを算出することにより、基板9の照射領域における傾斜ベクトルが求められる。   The inclination vector calculation unit 511 stores in advance the barycentric position (hereinafter referred to as “reference position”) of the light shielding pattern in the image when the inclination vector faces the vertical direction (that is, the Z direction). By calculating a vector reaching the center of gravity of the light shielding pattern in the acquired image as a starting point, an inclination vector in the irradiation region of the substrate 9 is obtained.

具体的には、対物レンズ457と基板9の表面との間の距離をf、鉛直方向と傾斜ベクトルとのなす角(以下、「傾斜角」という。)をθとし、対物レンズ457の位置にて基板9からの反射光を受光し、遮光パターン453aの像を取得すると仮定すると、取得された画像において、遮光パターンの位置は基板9の傾斜角が0°であるときから傾斜に対応する方向に(f×tan(2θ))だけ移動する。   Specifically, the distance between the objective lens 457 and the surface of the substrate 9 is f, the angle between the vertical direction and the tilt vector (hereinafter referred to as “tilt angle”) is θ, and the position of the objective lens 457 is set. Assuming that the reflected light from the substrate 9 is received and an image of the light shielding pattern 453a is obtained, the position of the light shielding pattern in the acquired image is the direction corresponding to the inclination from the time when the inclination angle of the substrate 9 is 0 °. (F × tan (2θ)).

よって、遮光パターン撮像部43により取得される画像においては、(f×tan(2θ))に対物レンズ457の位置に対する倍率を乗じた距離だけ傾斜に対応する方向に移動することとなり、この距離および方向が前述の基準位置と検出される重心位置との間の距離および方向となる。傾斜ベクトル算出部511では、遮光パターン撮像部43からの出力に基づいて求められる基準位置から当該重心位置に至るベクトル、および、対物レンズ457と基板9の表面との間の距離fにより、基板9の傾斜ベクトルが正確に求められる。   Therefore, the image acquired by the light-shielding pattern imaging unit 43 moves in a direction corresponding to the inclination by a distance obtained by multiplying (f × tan (2θ)) by the magnification with respect to the position of the objective lens 457. The direction is the distance and direction between the reference position and the detected center of gravity position. In the tilt vector calculation unit 511, the substrate 9 is calculated based on the vector from the reference position obtained from the output from the light-shielding pattern imaging unit 43 to the center of gravity and the distance f between the objective lens 457 and the surface of the substrate 9. Are accurately determined.

基板9上には、複数の傾斜ベクトル測定領域が設定されており、光源41からの光の照射領域は、移動機構21により基板9に対して相対的に移動されて次の傾斜ベクトル測定領域へと向かう。応力測定装置1では、光源41からの光の照射領域の基板9に対する相対的な移動が連続的に行われており、基板9上の複数の傾斜ベクトル測定領域に対して、光の照射、遮光パターン453aの画像の取得、および、基板9の傾斜ベクトルの算出が順次繰り返される(ステップS12)。   A plurality of inclination vector measurement areas are set on the substrate 9, and the irradiation area of the light from the light source 41 is moved relative to the substrate 9 by the moving mechanism 21 to the next inclination vector measurement area. Head to. In the stress measuring apparatus 1, the relative movement of the light irradiation region from the light source 41 with respect to the substrate 9 is continuously performed, and light irradiation and light shielding are performed on a plurality of tilt vector measurement regions on the substrate 9. The acquisition of the image of the pattern 453a and the calculation of the inclination vector of the substrate 9 are sequentially repeated (step S12).

応力測定装置1では、対物レンズ457の焦点深度が比較的大きいため、基板9上の傾斜ベクトル測定領域が、上下方向(すなわち、図1中のZ方向)に関して基準領域(すなわち、フォーカス調整が行われた領域)から多少ずれている場合であっても、対物レンズ457の焦点深度の範囲内に位置していれば、遮光パターン453aと遮光パターン撮像部43との結像関係に影響を生じることなく、遮光パターン453aの像を高精度に取得することができる。   In the stress measurement apparatus 1, since the depth of focus of the objective lens 457 is relatively large, the tilt vector measurement region on the substrate 9 is a reference region (that is, focus adjustment is performed) with respect to the vertical direction (that is, the Z direction in FIG. 1). Even if it is slightly deviated from the image area), if it is located within the range of the focal depth of the objective lens 457, the imaging relationship between the light shielding pattern 453a and the light shielding pattern imaging unit 43 is affected. Therefore, the image of the light shielding pattern 453a can be acquired with high accuracy.

また、対物レンズ457から基板9に導かれる光は、基板9上においてほぼ平行光となっているため、傾斜ベクトル測定領域が焦点深度の範囲から多少ずれている場合であっても、遮光パターン453aの像を精度良く取得することができる。これにより、基板9上の複数の傾斜ベクトル測定領域のそれぞれにおいて傾斜ベクトルを測定する際に、各傾斜ベクトル測定領域においてフォーカス調整を行うことなく、迅速かつ高精度に測定を行うことができる。   Further, since the light guided from the objective lens 457 to the substrate 9 is substantially parallel light on the substrate 9, even if the tilt vector measurement region is slightly deviated from the focus depth range, the light shielding pattern 453a. Can be acquired with high accuracy. Thereby, when measuring the inclination vector in each of the plurality of inclination vector measurement areas on the substrate 9, it is possible to perform the measurement quickly and with high accuracy without performing the focus adjustment in each inclination vector measurement area.

光干渉ユニット4では、遮光パターン453aと遮光パターン撮像部43とは光学的に共役とされているが、遮光パターン453aと基板9とは共役にはされておらず、遮光パターン453aの像は基板9上には結像されない。このため、基板9上に配線パターン等が形成されている場合であっても、遮光パターン撮像部43により取得される遮光パターン453aの像は、基板9上の配線パターン等の影響を受けない。その結果、基板9上の配線パターン等の有無にかかわらず、様々な種類の基板の傾斜ベクトルを容易かつ高精度に求めることができる。   In the optical interference unit 4, the light shielding pattern 453 a and the light shielding pattern imaging unit 43 are optically conjugate, but the light shielding pattern 453 a and the substrate 9 are not conjugate, and the image of the light shielding pattern 453 a is the substrate. No image is formed on 9. For this reason, even when a wiring pattern or the like is formed on the substrate 9, the image of the light shielding pattern 453 a acquired by the light shielding pattern imaging unit 43 is not affected by the wiring pattern or the like on the substrate 9. As a result, regardless of the presence or absence of a wiring pattern or the like on the substrate 9, various types of inclination vectors of the substrate can be obtained easily and with high accuracy.

全ての傾斜ベクトル測定領域における傾斜ベクトルの算出が終了すると、移動機構21による基板9の移動が停止される。そして、制御部5の表面形状算出部512(図3参照)により、傾斜ベクトル算出部511により求められた基板9上の複数の傾斜ベクトル測定領域における基板9の傾斜ベクトルに基づいて、基板9の表面形状が求められる(ステップS13)。   When the calculation of the tilt vectors in all the tilt vector measurement regions is completed, the movement of the substrate 9 by the moving mechanism 21 is stopped. Then, based on the inclination vectors of the substrate 9 in the plurality of inclination vector measurement regions on the substrate 9 obtained by the inclination vector calculation unit 511 by the surface shape calculation unit 512 (see FIG. 3) of the control unit 5, A surface shape is obtained (step S13).

具体的には、複数の傾斜ベクトル測定領域のうちの1つである基準領域の高さ(すなわち、図1中のZ方向の座標値)をZaとし、基準領域と基準領域にX方向において隣接する1つの傾斜ベクトル測定領域(以下、「隣接領域」という。)との間の水平方向の距離(すなわち、X方向の距離)をLとし、基準領域および隣接領域のそれぞれにおける基板9の傾斜ベクトルをZX面に投影したものとZ方向とのなす角それぞれθおよびθとすると、隣接領域の高さZbは数1により求められる。 Specifically, the height of the reference area (that is, the coordinate value in the Z direction in FIG. 1), which is one of the plurality of inclination vector measurement areas, is Za, and is adjacent to the reference area and the reference area in the X direction. The horizontal distance (that is, the distance in the X direction) from one tilt vector measurement area (hereinafter referred to as “adjacent area”) to be L is L, and the tilt vector of the substrate 9 in each of the reference area and the adjacent area The height Zb of the adjacent region can be obtained by the following equation (1) where θ a and θ b are angles formed by the projection of Z on the ZX plane and the Z direction.

(数1)
Zb=Za+(sinθ+sinθ)L/2
(Equation 1)
Zb = Za + (sin θ a + sin θ b ) L / 2

表面形状算出部512では、各傾斜ベクトル測定領域の高さが、当該傾斜ベクトル測定領域における基板9の傾斜ベクトル、および、当該傾斜ベクトル測定領域に隣接する傾斜ベクトル測定領域の高さおよび傾斜ベクトルに基づいて基準領域から近い順に順次算出される。   In the surface shape calculation unit 512, the height of each inclination vector measurement region is set to the inclination vector of the substrate 9 in the inclination vector measurement region, and the height and inclination vector of the inclination vector measurement region adjacent to the inclination vector measurement region. Based on this, the calculation is sequentially performed in the order from the reference area.

なお、一の傾斜ベクトル測定領域の高さは、複数通りの経路にて求められた高さの平均値とされてもよい。例えば、高さが算出されるべき傾斜ベクトル測定領域(以下、「算出対象領域」という。)を通ってX方向に伸びる直線上に位置する複数の傾斜ベクトル測定領域の高さを基準領域(または、高さが既に求められている傾斜ベクトル測定領域)から近い順に順次算出して算出対象領域の高さを求め、算出対象領域を通ってY方向に伸びる直線上に位置する複数の傾斜ベクトル測定領域の高さを基準領域(または、高さが既に求められている傾斜ベクトル測定領域)から近い順に順次算出して算出対象領域の高さを求め、求められた2つの高さの平均値が算出対象領域の高さとされてもよい。   The height of one inclination vector measurement region may be an average value of heights obtained through a plurality of paths. For example, the heights of a plurality of inclination vector measurement areas located on a straight line extending in the X direction through an inclination vector measurement area (hereinafter referred to as “calculation target area”) whose height is to be calculated are set as reference areas (or In this case, the height of the calculation target area is calculated in order from the closest (inclination vector measurement area whose height has already been obtained) to obtain the height of the calculation target area, and a plurality of inclination vector measurements positioned on a straight line extending in the Y direction through the calculation target area The height of the area is sequentially calculated from the reference area (or the gradient vector measurement area for which the height has already been obtained) in order from the nearest area to obtain the height of the calculation target area, and the average value of the two obtained heights is It may be the height of the calculation target area.

応力測定装置1では、表面形状が平坦な基準基板(本実施の形態では、表面に膜が形成されていない基板が利用される。)に対して、基板保持機構20により基準基板が非接触にて保持された状態で、上記と同様の表面形状測定工程(ステップS11〜S13)が予め行われており、基板9の各傾斜ベクトル測定領域に対応する基準基板上の領域の高さが求められて表面形状算出部512に記憶されている。   In the stress measuring apparatus 1, the reference substrate is brought into non-contact by the substrate holding mechanism 20 with respect to a reference substrate having a flat surface shape (in this embodiment, a substrate on which no film is formed is used). The surface shape measurement process (steps S11 to S13) similar to the above is performed in advance, and the height of the region on the reference substrate corresponding to each inclination vector measurement region of the substrate 9 is obtained. Is stored in the surface shape calculation unit 512.

表面形状算出部512では、基板9の複数の傾斜ベクトル測定領域の高さから、予め記憶されている基準基板の複数の傾斜ベクトル測定領域の高さが減算された後、基板9の複数の傾斜ベクトル測定領域の間の領域の高さがスプライン補間やベジェ補間等により補間されて基板9の表面形状が求められる。このように、基板9の傾斜ベクトル測定領域の高さを基準基板の測定結果を用いて補正することにより、応力測定装置1の系統誤差を補正して基板9の表面形状を高精度に求めることができる。   The surface shape calculation unit 512 subtracts the heights of the plurality of inclination vector measurement regions of the reference substrate stored in advance from the heights of the plurality of inclination vector measurement regions of the substrate 9 and then the plurality of inclinations of the substrate 9. The height of the area between the vector measurement areas is interpolated by spline interpolation, Bezier interpolation or the like, and the surface shape of the substrate 9 is obtained. Thus, by correcting the height of the inclination vector measurement region of the substrate 9 using the measurement result of the reference substrate, the systematic error of the stress measuring device 1 is corrected and the surface shape of the substrate 9 is obtained with high accuracy. Can do.

図7は、基板9の表面形状を示す図である。図7では、円板状の基板9の直径上に設定された複数の傾斜ベクトル測定領域の高さから求められた表面形状を実線901にて示している。図7に示すように、基板9は、測定対象とされた直径方向の両側(すなわち、図7中の左右両側)の部位において上向きに反っている。   FIG. 7 is a diagram showing the surface shape of the substrate 9. In FIG. 7, the surface shape obtained from the heights of the plurality of gradient vector measurement regions set on the diameter of the disk-shaped substrate 9 is indicated by a solid line 901. As shown in FIG. 7, the substrate 9 is warped upward at the portions on both sides in the diametrical direction (that is, both the left and right sides in FIG. 7) that are measured.

図7中では、比較例の他の測定装置による基板9の表面形状の測定結果を破線902にて示す。比較例の測定装置では、吸着ステージにより基板9が吸着された状態で表面形状の測定が行われる。比較例の測定装置では、基板9の中心から半径60mmの範囲内の部位(すなわち、図7中において、基板上の位置が−60mm〜+60mmの範囲内の部位)が、吸着ステージにより吸着されている。比較例の測定装置における各傾斜ベクトル測定領域の傾斜ベクトルの求め方は、本実施の形態に係る応力測定装置1における求め方と同様である。   In FIG. 7, a measurement result of the surface shape of the substrate 9 by another measuring apparatus of the comparative example is indicated by a broken line 902. In the measurement apparatus of the comparative example, the surface shape is measured in a state where the substrate 9 is adsorbed by the adsorption stage. In the measurement device of the comparative example, a part within a radius of 60 mm from the center of the substrate 9 (that is, a part within a range of −60 mm to +60 mm in FIG. 7) is adsorbed by the adsorption stage. Yes. The method of obtaining the inclination vector of each inclination vector measurement region in the measurement device of the comparative example is the same as the method of obtaining the stress measurement device 1 according to the present embodiment.

図7に示すように、比較例の測定装置による測定結果では、基板9の吸着ステージに吸着されている部位が、実際の形状と異なりおよそ平坦とされているが、応力測定装置1では、基板9の実際の形状に対応する表面形状が高精度に測定されている。なお、図7には描いていないが、このような形状の基板9が吸着されることなく、単にステージ上に載置された場合、基板9の中央近傍の部位のみがステージにより支持されるため、基板9の直径方向の両側の部位が下方に垂れるように変形する(すなわち、基板9の反りが減少する)。したがって、基板9をステージ上に吸着することなく載置した場合も、基板9の表面形状を高精度に測定することは難しい。   As shown in FIG. 7, in the measurement result by the measurement apparatus of the comparative example, the portion adsorbed on the adsorption stage of the substrate 9 is approximately flat unlike the actual shape. The surface shape corresponding to the actual shape of 9 is measured with high accuracy. Although not depicted in FIG. 7, when the substrate 9 having such a shape is not adsorbed and is simply placed on the stage, only the portion near the center of the substrate 9 is supported by the stage. Then, the substrate 9 is deformed so that the portions on both sides in the diameter direction of the substrate 9 hang downward (that is, the warpage of the substrate 9 is reduced). Therefore, even when the substrate 9 is placed on the stage without being attracted, it is difficult to measure the surface shape of the substrate 9 with high accuracy.

基板9の表面形状が測定されると、制御部5の曲率半径算出部513(図3参照)により、基板9上に設定された応力測定領域近傍の表面形状に基づいて(例えば、表面形状算出部512により求められた応力測定領域の高さ、および、応力測定領域の周囲の4点の高さに基づいて)、当該応力測定領域の曲率半径が求められる(ステップS14)。   When the surface shape of the substrate 9 is measured, the curvature radius calculating unit 513 (see FIG. 3) of the control unit 5 (for example, calculating the surface shape) based on the surface shape near the stress measurement region set on the substrate 9. Based on the height of the stress measurement region obtained by the part 512 and the heights of the four points around the stress measurement region), the radius of curvature of the stress measurement region is obtained (step S14).

なお、応力測定領域近傍の部位をZX面にて切断した断面における当該部位の曲率が、ZY面にて切断した断面における当該部位の曲率とほぼ等しいことが予め分かっている場合には、応力測定領域の曲率半径は、例えば、応力測定領域の高さ、および、当該応力測定領域のX方向の両側に位置する2点の高さに基づいて求められてもよい。応力測定領域は、基板9上の複数の傾斜ベクトル測定領域と一致していてもよく、複数の傾斜ベクトル測定領域の間に設定されてもよい。また、基板9上に複数の応力測定領域が設定されてよい。   In addition, when it is known in advance that the curvature of the part in the cross section cut by the ZX plane in the vicinity of the stress measurement region is substantially equal to the curvature of the part in the cross section cut by the ZY plane, the stress measurement is performed. The radius of curvature of the region may be obtained based on, for example, the height of the stress measurement region and the heights of two points located on both sides of the stress measurement region in the X direction. The stress measurement region may coincide with the plurality of inclination vector measurement regions on the substrate 9 or may be set between the plurality of inclination vector measurement regions. In addition, a plurality of stress measurement regions may be set on the substrate 9.

応力測定領域の曲率半径が求められると(あるいは、曲率半径の算出と並行して)、気体供給装置が停止され、図5に示す基板保持機構20において、多孔質部材203の上面2031からの気体の噴出が停止される。続いて、排気装置が駆動されて多孔質部材203を介して気体が吸引されることにより、基板9の下面91全体が多孔質部材203の上面2031に吸着され、基板9が平坦な状態で基板保持機構20により保持される(ステップS15)。   When the radius of curvature of the stress measurement region is obtained (or in parallel with the calculation of the radius of curvature), the gas supply device is stopped, and the gas from the upper surface 2031 of the porous member 203 in the substrate holding mechanism 20 shown in FIG. Eruption stops. Subsequently, the exhaust device is driven and gas is sucked through the porous member 203, whereby the entire lower surface 91 of the substrate 9 is adsorbed to the upper surface 2031 of the porous member 203, and the substrate 9 is in a flat state. It is held by the holding mechanism 20 (step S15).

図1に示す応力測定装置1では、基板保持機構20により基板9が吸着された状態において、エリプソメータ3および第1膜厚算出部515、または、光干渉ユニット4および第2膜厚算出部516により(すなわち、応力測定装置1の膜厚測定部により)、応力測定領域における基板9上の膜厚が光学的に測定される(ステップS16)。以下、エリプソメータ3による膜厚測定について説明し、その後、光干渉ユニット4による膜厚測定について説明する。   In the stress measuring apparatus 1 shown in FIG. 1, the ellipsometer 3 and the first film thickness calculation unit 515, or the optical interference unit 4 and the second film thickness calculation unit 516, while the substrate 9 is attracted by the substrate holding mechanism 20. In other words, the film thickness on the substrate 9 in the stress measurement region is optically measured (in step S16). Hereinafter, the film thickness measurement by the ellipsometer 3 will be described, and then the film thickness measurement by the optical interference unit 4 will be described.

エリプソメータ3により膜厚が測定される際には、まず、移動機構21により、ミラー25が基板保持機構20と共に光源ユニット31からのレーザ光の照射位置へと移動し、光源ユニット31からのレーザ光がミラー25にて反射され、光干渉ユニット4の分光器42へと導かれる。分光器42では、受光した光の分光強度が取得され、その結果、実質的に、半導体レーザ312が出射するレーザ光の波長の確認(以下、「レーザ波長キャリブレーション」という。)が行われる。取得されたレーザ光の波長は、制御部5の第1膜厚算出部515(図3参照)へと出力され、エリプソメータ3による膜厚測定の際に利用される。   When the film thickness is measured by the ellipsometer 3, first, the moving mechanism 21 moves the mirror 25 together with the substrate holding mechanism 20 to the irradiation position of the laser light from the light source unit 31, and the laser light from the light source unit 31. Is reflected by the mirror 25 and guided to the spectroscope 42 of the optical interference unit 4. The spectroscope 42 acquires the spectral intensity of the received light, and as a result, substantially confirms the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser 312 (hereinafter referred to as “laser wavelength calibration”). The acquired wavelength of the laser beam is output to the first film thickness calculation unit 515 (see FIG. 3) of the control unit 5 and is used when the ellipsometer 3 measures the film thickness.

続いて、光干渉ユニット4の光源41から照明光が出射されるとともに基板撮像部44にて基板9の画像が取得され、当該画像に基づいて移動機構21が基板9を基板保持機構20と共に移動することにより、エリプソメータ3の光源ユニット31からの偏光光の照射位置が基板9上の応力測定領域に合わせられる。位置調整が終了すると、光源ユニット31から偏光光が基板9へと出射され、受光ユニット32にて反射光の偏光状態が取得される。   Subsequently, illumination light is emitted from the light source 41 of the optical interference unit 4 and an image of the substrate 9 is acquired by the substrate imaging unit 44, and the moving mechanism 21 moves the substrate 9 together with the substrate holding mechanism 20 based on the image. By doing so, the irradiation position of the polarized light from the light source unit 31 of the ellipsometer 3 is matched with the stress measurement region on the substrate 9. When the position adjustment is completed, polarized light is emitted from the light source unit 31 to the substrate 9, and the polarization state of the reflected light is acquired by the light receiving unit 32.

制御部5の第1膜厚算出部515では、偏光光の応力測定領域に対する入射角、および、レーザ波長キャリブレーションにより取得された光源ユニット31からの偏光光の波長を用いつつ、受光ユニット32により取得された偏光状態に基づいて(正確には、光源ユニット31からの光の偏光状態も利用される。)、基板9上の応力測定領域における膜の厚さが求められる。なお、応力測定領域が複数の傾斜ベクトル測定領域のいずれかと一致している場合には、傾斜ベクトルの測定中に基板9からの反射光の偏光状態が取得されてもよい。   The first film thickness calculation unit 515 of the control unit 5 uses the incident angle of the polarized light with respect to the stress measurement region and the wavelength of the polarized light from the light source unit 31 acquired by laser wavelength calibration, while the light receiving unit 32 Based on the acquired polarization state (to be precise, the polarization state of light from the light source unit 31 is also used), the thickness of the film in the stress measurement region on the substrate 9 is obtained. When the stress measurement region matches any of the plurality of tilt vector measurement regions, the polarization state of the reflected light from the substrate 9 may be acquired during the tilt vector measurement.

応力測定装置1では、エリプソメータ3のレーザ波長キャリブレーションが膜厚測定前に行われることにより、周囲の温度変化や光源ユニット31の各構成の特性変化等により光源ユニット31からの光の波長が変化した場合であっても、膜厚を精度良く求めることができる。   In the stress measurement apparatus 1, the laser wavelength calibration of the ellipsometer 3 is performed before the film thickness measurement, so that the wavelength of light from the light source unit 31 changes due to changes in ambient temperature, changes in the characteristics of each component of the light source unit 31, and the like. Even in this case, the film thickness can be obtained with high accuracy.

次に、光干渉ユニット4による膜厚測定について説明する。光干渉ユニット4により膜厚が測定される際には、まず、光干渉ユニット4において、光源41からの照明光が光学系45を介して基板9の応力測定領域へと導かれ、基板9からの反射光が分光器42へと導かれる。そして、分光器42にて反射光の分光強度が取得され、基板9の分光強度データが制御部5の第2膜厚算出部516(図3参照)へと出力される。   Next, the film thickness measurement by the optical interference unit 4 will be described. When the film thickness is measured by the optical interference unit 4, first, in the optical interference unit 4, illumination light from the light source 41 is guided to the stress measurement region of the substrate 9 through the optical system 45, and from the substrate 9. Is reflected to the spectroscope 42. Then, the spectral intensity of the reflected light is acquired by the spectroscope 42, and the spectral intensity data of the substrate 9 is output to the second film thickness calculator 516 (see FIG. 3) of the controller 5.

応力測定装置1では、光干渉ユニット4により、参照される基板(本実施の形態では、シリコン基板であり、以下、「参照基板」という。)の分光強度が予め取得されて第2膜厚算出部516に記憶されている。また、参照基板上に生じている二酸化ケイ素(SiO)の自然酸化膜の膜厚が、エリプソメータ3および第1膜厚算出部515により予め測定されて第2膜厚算出部516に記憶されている。第2膜厚算出部516では、エリプソメータ3により測定された自然酸化膜の膜厚から、参照基板の(垂直)分光反射率が理論的演算により算出され、「理論分光反射率」として予め記憶されている。 In the stress measurement apparatus 1, the optical interference unit 4 obtains in advance the spectral intensity of a substrate to be referred to (in this embodiment, a silicon substrate, hereinafter referred to as “reference substrate”), and calculates the second film thickness. Stored in the unit 516. In addition, the thickness of the silicon dioxide (SiO 2 ) natural oxide film generated on the reference substrate is measured in advance by the ellipsometer 3 and the first film thickness calculator 515 and stored in the second film thickness calculator 516. Yes. In the second film thickness calculation unit 516, the (vertical) spectral reflectance of the reference substrate is calculated by theoretical calculation from the film thickness of the natural oxide film measured by the ellipsometer 3, and stored in advance as “theoretical spectral reflectance”. ing.

第2膜厚算出部516では、参照基板の理論分光反射率に基づいて参照基板および基板9の分光強度から基板9の分光反射率が求められる。ここで、参照基板の理論分光反射率をRc(λ)、参照基板の分光強度をIc(λ)、基板9の分光強度をIm(λ)とし、基板9の分光反射率をRm(λ)とすると、基板9の分光反射率Rm(λ)は数2により求められる。   The second film thickness calculator 516 obtains the spectral reflectance of the substrate 9 from the spectral intensities of the reference substrate and the substrate 9 based on the theoretical spectral reflectance of the reference substrate. Here, the theoretical spectral reflectance of the reference substrate is Rc (λ), the spectral intensity of the reference substrate is Ic (λ), the spectral intensity of the substrate 9 is Im (λ), and the spectral reflectance of the substrate 9 is Rm (λ). Then, the spectral reflectance Rm (λ) of the substrate 9 can be obtained by Equation 2.

(数2)
Rm(λ)=(Im(λ)/Ic(λ))×Rc(λ)
(Equation 2)
Rm (λ) = (Im (λ) / Ic (λ)) × Rc (λ)

すなわち、基板9の分光反射率は光干渉ユニット4により求められた基板9の分光強度に対して参照基板の理論分光反射率と参照基板の分光強度との比を乗じることにより求められる。第2膜厚算出部516では、さらに、基板9の分光反射率から基板9上の応力測定領域における膜厚が精度良く求められる。なお、応力測定領域が複数の傾斜ベクトル測定領域のいずれかと一致している場合には、傾斜ベクトルの測定中に基板9からの反射光の分光強度が取得されてもよい。   That is, the spectral reflectance of the substrate 9 is obtained by multiplying the spectral intensity of the substrate 9 obtained by the optical interference unit 4 by the ratio of the theoretical spectral reflectance of the reference substrate and the spectral intensity of the reference substrate. In the second film thickness calculation unit 516, the film thickness in the stress measurement region on the substrate 9 is further accurately obtained from the spectral reflectance of the substrate 9. Note that when the stress measurement region matches any one of the plurality of tilt vector measurement regions, the spectral intensity of the reflected light from the substrate 9 may be acquired during the tilt vector measurement.

上述のように、膜厚測定が終了すると、ステップS14,S16において曲率半径算出部513および膜厚測定部(すなわち、エリプソメータ3および第1膜厚算出部515、または、光干渉ユニット4および第2膜厚算出部516)により求められた応力測定領域の曲率半径および膜厚、並びに、制御部5の入力部56(図2参照)を介して予め入力されている基板9の厚さに基づいて、制御部5の応力算出部514(図3参照)により、応力測定領域における膜内の応力が求められる(ステップS17)。ここで、応力測定領域における曲率半径および膜厚をそれぞれRおよびhとし、基板9の厚さをhとし、基板9のヤング率およびポアソン比をそれぞれEおよびνとすれば、応力測定領域における膜内の応力σは数3により求められる。 As described above, when the film thickness measurement is completed, the curvature radius calculation unit 513 and the film thickness measurement unit (that is, the ellipsometer 3 and the first film thickness calculation unit 515 or the optical interference unit 4 and the second interference unit 4) are performed in steps S14 and S16. Based on the curvature radius and film thickness of the stress measurement region obtained by the film thickness calculation unit 516) and the thickness of the substrate 9 input in advance via the input unit 56 (see FIG. 2) of the control unit 5. The stress calculation unit 514 (see FIG. 3) of the control unit 5 obtains the stress in the film in the stress measurement region (step S17). Here, the radius of curvature R and, respectively the thickness and h f in the stress measurement region, the thickness of the substrate 9 is h, if the Young's modulus and Poisson's ratio of the substrate 9 respectively E and [nu, in stress measurement region The stress σ in the film is obtained by Equation 3.

(数3)
σ=(E/1−ν)×(h/(6Rh))
(Equation 3)
σ = (E / 1−ν) × (h 2 / (6Rh f ))

以上に説明したように、応力測定装置1では、基板保持機構20により基板9の下面91が多孔質部材203の上面2031に対して非接触とされた状態で基板9の表面形状が測定される。このとき、基板保持機構20では、基板9の下面91に対向する多孔質部材203の上面2031全体からおよそ均一に気体を噴出することにより、基板9が支持部201に接触することなく面支持される。これにより、基板9の変形を防止しつつ基板9を保持することができ、その結果、基板9の表面形状を高精度に求めることができる。   As described above, in the stress measurement apparatus 1, the surface shape of the substrate 9 is measured in a state where the lower surface 91 of the substrate 9 is not in contact with the upper surface 2031 of the porous member 203 by the substrate holding mechanism 20. . At this time, in the substrate holding mechanism 20, the substrate 9 is surface-supported without coming into contact with the support portion 201 by ejecting gas from the entire upper surface 2031 of the porous member 203 facing the lower surface 91 of the substrate 9 approximately uniformly. The Thereby, the board | substrate 9 can be hold | maintained, preventing a deformation | transformation of the board | substrate 9, As a result, the surface shape of the board | substrate 9 can be calculated | required with high precision.

また、基板保持機構20では、多孔質部材203の上面2031が基板9の下面91全体と対向しているため、基板9の変形を基板9全体に亘って防止することができ、基板9の表面形状をより高精度に求めることができる。さらには、応力測定装置1では、基板9の表面形状が光干渉ユニット4により非接触にて測定されるため、接触式の測定端子により測定を行う他の装置と異なり、測定端子からの荷重による基板の変形を防止することができ、基板9の表面形状をさらに高精度に求めることができる。   In the substrate holding mechanism 20, since the upper surface 2031 of the porous member 203 faces the entire lower surface 91 of the substrate 9, the deformation of the substrate 9 can be prevented over the entire substrate 9. The shape can be determined with higher accuracy. Furthermore, in the stress measuring device 1, since the surface shape of the substrate 9 is measured in a non-contact manner by the optical interference unit 4, unlike other devices that measure using a contact-type measuring terminal, the stress is measured by a load from the measuring terminal. The deformation of the substrate can be prevented, and the surface shape of the substrate 9 can be obtained with higher accuracy.

一方、基板9上の膜厚は、基板保持機構20により基板9の下面91が多孔質部材203の上面2031に吸着された状態において光学的に測定される。応力測定装置1では、基板保持機構20により基板9を吸着することにより、基板9を平坦な状態で保持することができる。その結果、基板9の上面92の傾きによる影響を抑制して、基板9上の膜厚を高精度に求めることができる。さらには、このように高精度に求められた基板9の表面形状、および、基板9上の膜厚に基づいて、基板9上の膜内の応力を高精度に求めることができる。   On the other hand, the film thickness on the substrate 9 is optically measured in a state where the lower surface 91 of the substrate 9 is attracted to the upper surface 2031 of the porous member 203 by the substrate holding mechanism 20. In the stress measuring apparatus 1, the substrate 9 can be held in a flat state by adsorbing the substrate 9 by the substrate holding mechanism 20. As a result, the film thickness on the substrate 9 can be obtained with high accuracy while suppressing the influence of the inclination of the upper surface 92 of the substrate 9. Furthermore, the stress in the film on the substrate 9 can be obtained with high accuracy based on the surface shape of the substrate 9 and the film thickness on the substrate 9 thus obtained with high accuracy.

基板保持機構20では、基板9の吸着が解除される際に、配管2043内のパーティクル等が気体とともに逆流して内部空間205内に流入するが、基板9の下面91に当接する部位が多孔質部材203とされているため、多孔質部材203がフィルターの役割を果たし、パーティクル等が基板9の下面91に吹き付けられて付着してしまうことを防止することができる。   In the substrate holding mechanism 20, when the adsorption of the substrate 9 is released, particles and the like in the pipe 2043 flow backward with the gas and flow into the internal space 205, but the portion that contacts the lower surface 91 of the substrate 9 is porous. Since the member 203 is used, the porous member 203 serves as a filter, and particles and the like can be prevented from being sprayed and attached to the lower surface 91 of the substrate 9.

光干渉ユニット4では、視野絞り部454に、中央部以外において特定の波長の光(例えば、波長800nm以上の赤外光)を遮る遮光フィルタが配置され、遮光パターン撮像部43に、当該特定の波長の光のみを透過する透過フィルタが取り付けられてもよい。これにより、基板9上の照明光の照射位置において、特定の波長の光が遮光フィルタの中央部に対応する微小領域のみに照射される。   In the optical interference unit 4, a light blocking filter that blocks light having a specific wavelength (for example, infrared light having a wavelength of 800 nm or more) is disposed in the field stop unit 454 except for the central portion. A transmission filter that transmits only light of a wavelength may be attached. Thereby, in the irradiation position of the illumination light on the board | substrate 9, the light of a specific wavelength is irradiated only to the micro area | region corresponding to the center part of a light shielding filter.

照明光の反射光は遮光パターン撮像部43へと導かれ、微小領域に対応する反射光のみが遮光パターン撮像部43にて受光され、かつ、微小領域からの光により遮光パターン453aが結像される。これにより、傾斜ベクトル測定領域の中心部における傾斜ベクトルを高精度に求めることができる。   The reflected light of the illumination light is guided to the light shielding pattern imaging unit 43, and only the reflected light corresponding to the minute region is received by the light shielding pattern imaging unit 43, and the light shielding pattern 453a is imaged by the light from the minute region. The Thereby, the inclination vector in the central part of the inclination vector measurement region can be obtained with high accuracy.

応力測定装置1は、基板9を保持する基板保持機構20、移動機構21、光干渉ユニット4の光源41、光学系45、遮光パターン453aおよび遮光パターン撮像部43、並びに、制御部5の傾斜ベクトル算出部511および表面形状算出部512のみを用い、応力測定を行うことなく、基板9の表面形状を高精度に測定する表面形状測定装置として利用することもできる。   The stress measuring apparatus 1 includes a substrate holding mechanism 20 that holds the substrate 9, a moving mechanism 21, a light source 41 of the optical interference unit 4, an optical system 45, a light shielding pattern 453 a and a light shielding pattern imaging unit 43, and an inclination vector of the control unit 5. Only the calculation unit 511 and the surface shape calculation unit 512 can be used as a surface shape measurement apparatus that measures the surface shape of the substrate 9 with high accuracy without performing stress measurement.

次に、本発明の第2の実施の形態に係る応力測定装置について説明する。図8は、第2の実施の形態に係る応力測定装置の基板保持機構20aを示す縦断面図である。図8に示すように、基板保持機構20aでは、円板状の多孔質部材203の上面2031が、基板9の下面91の外縁部(本実施の形態では、下面91の外周縁から数mm程度内側までの領域)を除く円形の領域と対向している。基板9では、下面91の当該円形領域上の円板状の部位93が、最終的に半導体素子として利用される有効部位となっている。図8では、部位93を二点鎖線にて囲んで示し、以下の説明では、部位93を「有効部位93」という。その他の構成は、図5に示す基板保持機構20と同様であり、以下の説明において同符号を付す。   Next, a stress measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the substrate holding mechanism 20a of the stress measuring device according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, in the substrate holding mechanism 20a, the upper surface 2031 of the disk-shaped porous member 203 has an outer edge portion of the lower surface 91 of the substrate 9 (in this embodiment, about several mm from the outer peripheral edge of the lower surface 91). It faces the circular area except for the area up to the inside. In the substrate 9, a disk-shaped portion 93 on the circular region of the lower surface 91 is an effective portion that is finally used as a semiconductor element. In FIG. 8, the part 93 is surrounded by a two-dot chain line, and in the following description, the part 93 is referred to as an “effective part 93”. Other configurations are the same as those of the substrate holding mechanism 20 shown in FIG. 5, and the same reference numerals are given in the following description.

図8に示す基板保持機構20aでは、多孔質部材203の上面2031から気体を噴出することにより、基板9の外縁部を除く有効部位93が下方から支持部201により非接触にて面支持される。これにより、基板9の変形を有効部位93において防止しつつ基板9を保持することができ、その結果、第2の実施の形態に係る応力測定装置において、基板9の表面形状を高精度に求めることができる。   In the substrate holding mechanism 20 a shown in FIG. 8, the effective portion 93 excluding the outer edge portion of the substrate 9 is surface-supported in a non-contact manner from below by the support portion 201 by ejecting gas from the upper surface 2031 of the porous member 203. . Thereby, it is possible to hold the substrate 9 while preventing the deformation of the substrate 9 at the effective portion 93. As a result, in the stress measuring device according to the second embodiment, the surface shape of the substrate 9 is obtained with high accuracy. be able to.

基板保持機構20aでは、また、基板保持機構20aにより基板9の有効部位93を吸着することにより、基板9を平坦な状態で保持することができ、基板9上の膜厚を高精度に求めることもできる。その結果、第1の実施の形態と同様に、基板9上の膜内の応力を高精度に求めることができる。なお、基板保持機構20aに保持された基板9では、有効部位93よりも外側の円環状の部位が僅かに変形する可能性はあるが、当該部位は最終的に半導体素子として利用されることはないため、膜内の応力の測定も行われない。   In the substrate holding mechanism 20a, the substrate 9 can be held in a flat state by attracting the effective portion 93 of the substrate 9 by the substrate holding mechanism 20a, and the film thickness on the substrate 9 can be obtained with high accuracy. You can also. As a result, as in the first embodiment, the stress in the film on the substrate 9 can be obtained with high accuracy. In the substrate 9 held by the substrate holding mechanism 20a, there is a possibility that the annular portion outside the effective portion 93 may be slightly deformed, but that portion is ultimately used as a semiconductor element. As a result, the stress in the film is not measured.

次に、本発明の第3の実施の形態に係る基板保持機構について説明する。図9は、第3の実施の形態に係る基板保持機構20bを示す平面図である。第3の実施の形態に係る応力測定装置では、液晶表示装置やプラズマ表示装置、有機EL表示装置等の平面表示装置用の矩形板状のガラス基板(以下、単に「基板」という。)が、基板保持機構20bにより保持される。図9に示すように、基板保持機構20bは平面視において矩形とされ、矩形板状の多孔質部材203aを有する支持部201a、および、支持部201aにより非接触にて支持される基板の側面に当接する矩形枠状の移動規制部202aを備える。   Next, a substrate holding mechanism according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a plan view showing a substrate holding mechanism 20b according to the third embodiment. In the stress measurement device according to the third embodiment, a rectangular plate-like glass substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) for a flat display device such as a liquid crystal display device, a plasma display device, or an organic EL display device is used. It is held by the substrate holding mechanism 20b. As shown in FIG. 9, the substrate holding mechanism 20b has a rectangular shape in plan view, and has a support portion 201a having a rectangular plate-like porous member 203a, and a side surface of the substrate supported in a non-contact manner by the support portion 201a. A rectangular frame-shaped movement restricting portion 202a is provided.

基板保持機構20bでは、多孔質部材203aの上面2031から気体を噴出することにより、基板の全体が下方から支持部201aにより非接触にて面支持される。これにより、第1の実施の形態と同様に、基板の変形を防止しつつ基板を保持することができる。基板保持機構20bでは、第1および第2の実施の形態と同様に、多孔質部材203aを介して気体が吸引されることにより、基板が支持部201aに吸着されて平坦な状態で保持されてもよい。   In the substrate holding mechanism 20b, gas is ejected from the upper surface 2031 of the porous member 203a, whereby the entire substrate is surface-supported in a non-contact manner by the support portion 201a from below. Thereby, the substrate can be held while preventing the substrate from being deformed, as in the first embodiment. In the substrate holding mechanism 20b, as in the first and second embodiments, the gas is sucked through the porous member 203a, so that the substrate is adsorbed to the support portion 201a and held in a flat state. Also good.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible.

第1の実施の形態に係る応力測定装置1では、必ずしも、光干渉ユニット4からの出力に基づいて基板9の表面形状が求められる必要はない。例えば、基板9に対するフォーカス調整を自動的に行うオートフォーカス機構が設けられ、支持部201により基板9が非接触にて支持された状態で基板保持機構20を昇降することにより、基板9上の複数の位置においてフォーカス調整が行われた後、当該複数の位置におけるフォーカス調整後の基板保持機構20の高さに基づいて基板9の表面形状が求められてもよい。   In the stress measurement device 1 according to the first embodiment, the surface shape of the substrate 9 is not necessarily required based on the output from the optical interference unit 4. For example, an autofocus mechanism that automatically adjusts the focus with respect to the substrate 9 is provided, and the substrate holding mechanism 20 is lifted and lowered while the substrate 9 is supported in a non-contact manner by the support portion 201, so After the focus adjustment is performed at this position, the surface shape of the substrate 9 may be obtained based on the height of the substrate holding mechanism 20 after the focus adjustment at the plurality of positions.

上記実施の形態に係る基板保持機構は、必ずしも応力測定装置(または、表面形状測定装置)において利用される必要はなく、基板に対して種々の測定や処理等を行う様々な装置において、基板を保持する基板保持装置として利用されてよい。また、基板保持装置単体として利用されてもよい。   The substrate holding mechanism according to the above embodiment is not necessarily used in the stress measurement device (or the surface shape measurement device). In various devices that perform various measurements and processes on the substrate, It may be used as a substrate holding device for holding. Further, it may be used as a single substrate holding device.

基板保持装置は、半導体基板や平面表示装置用のガラス基板以外の他の基板(例えば、有機半導体の薄膜が形成された(あるいは、形成される予定の)プラスチック基板や太陽電池に利用されるプラスチックフィルム基板)の保持に利用されてもよい。ただし、基板保持装置は、上述のように、基板の変形を防止しつつ基板を保持することができるため、高精度な測定や処理が求められる半導体基板や平面表示装置用のガラス基板の保持に特に適している。   The substrate holding device is a substrate other than a glass substrate for a semiconductor substrate or a flat display device (for example, a plastic substrate on which an organic semiconductor thin film is formed (or will be formed), or a plastic used for a solar cell. (Film substrate) may be used for holding. However, since the substrate holding device can hold the substrate while preventing the deformation of the substrate as described above, it can be used for holding a semiconductor substrate or a glass substrate for a flat display device that requires high-precision measurement and processing. Especially suitable.

第1の実施の形態に係る応力測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stress measuring device which concerns on 1st Embodiment. 制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a control part. 制御部の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of a control part. 基板保持機構を示す平面図である。It is a top view which shows a substrate holding mechanism. 基板保持機構を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows a substrate holding mechanism. 応力測定の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of stress measurement. 基板の表面形状を示す図である。It is a figure which shows the surface shape of a board | substrate. 第2の実施の形態に係る基板保持機構を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the board | substrate holding mechanism which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る基板保持機構を示す平面図である。It is a top view which shows the board | substrate holding mechanism which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 応力測定装置
3 エリプソメータ
4 光干渉ユニット
9 基板
20 基板保持機構
91 下面
92 上面
201,201a 支持部
202,202a 移動規制部
203,203a 多孔質部材
511 傾斜ベクトル算出部
512 表面形状算出部
513 曲率半径算出部
514 応力算出部
515 第1膜厚算出部
516 第2膜厚算出部
2031 上面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stress measuring device 3 Ellipsometer 4 Optical interference unit 9 Substrate 20 Substrate holding mechanism 91 Lower surface 92 Upper surface 201, 201a Supporting portion 202, 202a Movement restricting portion 203, 203a Porous member 511 Inclination vector calculating portion 512 Surface shape calculating portion 513 Curvature radius Calculation unit 514 Stress calculation unit 515 First film thickness calculation unit 516 Second film thickness calculation unit 2031 Upper surface

Claims (7)

基板を保持する基板保持装置であって、
基板の下面に対向する平面を有する多孔質部材から気体を噴出することにより、前記基板の全体または外縁部を除く部位を下方から非接触にて支持する支持部と、
前記支持部に支持される前記基板の側面に当接して前記基板の前記下面に平行な方向への移動を規制する移動規制部と、
を備えることを特徴とする基板保持装置。
A substrate holding device for holding a substrate,
A support part that supports the whole part of the substrate or a part other than the outer edge part from the bottom in a non-contact manner by ejecting gas from a porous member having a flat surface facing the lower surface of the substrate;
A movement restricting portion that abuts against a side surface of the substrate supported by the support portion and restricts movement of the substrate in a direction parallel to the lower surface;
A substrate holding device comprising:
請求項1に記載の基板保持装置であって、
前記多孔質部材の前記平面が、前記基板の前記下面全体と対向することを特徴とする基板保持装置。
The substrate holding apparatus according to claim 1,
The substrate holding apparatus, wherein the flat surface of the porous member faces the entire lower surface of the substrate.
請求項1または2に記載の基板保持装置であって、
前記多孔質部材を介して気体が吸引されることにより基板が前記支持部に吸着されることを特徴とする基板保持装置。
The substrate holding apparatus according to claim 1 or 2,
A substrate holding apparatus, wherein a substrate is adsorbed to the support portion by sucking gas through the porous member.
請求項1ないし3のいずれかに記載の基板保持装置であって、
前記基板が、半導体基板であることを特徴とする基板保持装置。
A substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The substrate holding apparatus, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
請求項1ないし3のいずれかに記載の基板保持装置であって、
前記基板が、平面表示装置用のガラス基板であることを特徴とする基板保持装置。
A substrate holding apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A substrate holding apparatus, wherein the substrate is a glass substrate for a flat display device.
基板の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、
基板を保持する請求項1ないし5のいずれかに記載の基板保持装置と、
前記基板保持装置により前記基板の前記下面が前記多孔質部材の前記平面に対して非接触とされた状態で前記基板の上面の形状を非接触にて測定する形状測定部と、
を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
A surface shape measuring device for measuring the surface shape of a substrate,
A substrate holding device according to any one of claims 1 to 5, which holds a substrate;
A shape measuring unit for measuring the shape of the upper surface of the substrate in a non-contact state in a state where the lower surface of the substrate is not in contact with the flat surface of the porous member by the substrate holding device;
A surface shape measuring apparatus comprising:
基板上の膜内の応力を測定する応力測定装置であって、
基板を保持する請求項3ないし5のいずれかに記載の基板保持装置と、
前記基板保持装置により前記基板の前記下面が前記多孔質部材の前記平面に対して非接触とされた状態で前記基板の上面の形状を非接触にて測定する形状測定部と、
前記形状測定部により求められた前記基板の前記上面の形状に基づいて前記上面における応力測定領域の曲率半径を求める曲率半径算出部と、
前記基板保持装置により前記基板の前記下面が前記多孔質部材の前記平面に吸着された状態において前記基板の前記上面上の膜の厚さを光学的に測定する膜厚測定部と、
前記曲率半径算出部および前記膜厚測定部により求められた前記応力測定領域における曲率半径および膜厚に基づいて前記応力測定領域における前記膜内の応力を求める応力算出部と、
を備えることを特徴とする応力測定装置。
A stress measuring device for measuring stress in a film on a substrate,
A substrate holding device according to any one of claims 3 to 5, which holds a substrate;
A shape measuring unit for measuring the shape of the upper surface of the substrate in a non-contact state in a state where the lower surface of the substrate is not in contact with the flat surface of the porous member by the substrate holding device;
A radius-of-curvature calculator that calculates a radius of curvature of the stress measurement region on the upper surface based on the shape of the upper surface of the substrate determined by the shape measuring unit;
A film thickness measuring unit that optically measures the thickness of the film on the upper surface of the substrate in a state where the lower surface of the substrate is adsorbed to the flat surface of the porous member by the substrate holding device;
A stress calculation unit for obtaining a stress in the film in the stress measurement region based on a curvature radius and a film thickness in the stress measurement region obtained by the curvature radius calculation unit and the film thickness measurement unit;
A stress measuring device comprising:
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