JP2018004467A - 表面形状測定装置および該方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる表面形状測定装置および該方法を提供する。【解決手段】本発明の表面形状測定装置Ｍは、光干渉計を用いて被測定物ＳＰの形状に関する測定データを生成する光学測定系１と、被測定物１を保持し被測定物ＳＰと光学測定系１とを相対的に移動する保持移動部７と、保持移動部７の移動により被測定物ＳＰの異なる複数の表面位置で得られた複数の測定データに基づいて、被測定物ＳＰの表面形状を求める形状演算部２２とを備え、形状演算部２２は、複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて第１周期成分を抽出するようにそれよりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部２２２と、複数の測定データに対応する複数のフィルタ処理結果を、隣接する表面位置間で接続する接続処理部２２３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物の表面形状、例えば半導体ウェハ等の板状体の表面形状を好適に測定する表面形状測定装置および該方法に関する。

近年、集積回路は、素子の集積化が進んでいる。この集積回路を半導体ウェハに製造するプロセス条件であるプロセス・ルールは、通常、ゲート配線の線幅または間隔における最小加工寸法によって規定される。このプロセス・ルールが半分になれば、理論上、同じ面積に４倍のトランジスタや配線を配置することができるため、同じトランジスタ数では１／４の面積となる。この結果、１枚の半導体ウェハから製造することができるダイが４倍になるだけでなく、通常、歩留まりも改善されるため、さらに多くのダイが製造可能となる。このような多くの素子を１枚の半導体ウェハに同時に作り込むためには、半導体ウェハが平坦である必要があるため、半導体ウェハの表面形状を高精度に測定する形状測定装置が望まれている。特に、近年では、ナノトポグラフィと呼ばれる凹凸形状が注目されている。このナノトポグラフィは、表面形状から、半導体ウェハの撓みや反り等の比較的長周期な形状を除いた比較的短周期の微小な凹凸形状であり、例えば、約０．２ｍｍ〜２０ｍｍの周期であって約１０ｎｍ〜数十ｎｍの凹凸形状である（例えば特許文献２や特許文献３参照）。

このような表面形状を測定する装置は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された大径ウェハの形状を測定する干渉計システムは、対応する第１平行参照表面及び第２平行参照表面が、それらの間に研磨された不透明プレートを配置するための空洞を形成する、第１離間参照平板及び第２離間参照平板であって、前記研磨された不透明プレートの第１表面及び第２表面は、前記研磨された不透明プレートを前記空洞内に配置する時に、前記第１参照平板及び第２参照平板の前記対応する第１参照表面及び第２参照表面から約２．５ミリメートル以下である、第１離間参照平板及び第２離間参照平板と、前記研磨された不透明プレートの前記対向する第１表面及び第２表面の分布図を作成するために、前記空洞の正反対側に配置される第１干渉計装置及び第２干渉計装置と、前記第１干渉計装置及び第２干渉計装置に光学的に結合され、複数の波長の光を生成するように設定された発光体と、前記発光体により生成される光の出力を安定させるように設定された光増幅変調器とを含む、光源と、第１干渉図形検出器及び第２干渉図形検出器と、前記プレートの厚さ変化を測定する第１干渉図形検出器及び第２干渉図形検出器の出力を受信するように結合された少なくとも１つのコンピュータと、を含む。

特開２０１３−１２２４５４号公報 特開２００７−６１９６８号公報 特開２００９−２７０９５号公報

ところで、半導体ウェハは、集積回路のコストダウンを図るために、１枚の半導体ウェハからより多くのダイを製造するべく、大口径化が進展している。近年では、直径３００ｍｍの半導体ウェハが普及し始めており、さらに直径４５０ｍｍの半導体ウェハも開発されている。

このような比較的大口径の被測定物に対し、前記特許文献１に開示された干渉計システムのように、１つの光学測定系でその全面をカバーしようとすると、直径や光路長等の、光学測定系のサイズが大きくなり、このような光学測定系の支持構造を含めて表面形状測定装置が大型化してしまう。そうすると、これに伴い、人力作業での光学測定系の調整操作が困難となったり、光学測定系にある光干渉計における剛性の確保が困難で設置環境から外乱振動を受け易くなったり、設置場所に大きな空間が必要になったり等の課題が生じてしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる表面形状測定装置および表面形状測定方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる表面形状測定装置は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、前記被測定物を保持し、前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動する保持移動部と、前記保持移動部によって前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算部とを備え、前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理部とを備えることを特徴とする。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記光学測定系の１回の測定範囲よりも大きい前記被測定物を保持する（前記保持移動部は、前記光学測定系の１回の測定範囲よりも大きい前記被測定物を保持するように構成される）。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記測定データは、干渉縞画像であり、前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データを用いた位相回復計算によって位相画像を求める位相画像演算部をさらに備え、前記フィルタ処理部は、前記複数の測定データに対応する前記位相画像演算部による複数の位相画像それぞれについて、当該位相画像から、前記第１周期成分を抽出するように、前記第２周期成分を除去する前記フィルタ処理を行う。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記第１周期成分は、ナノトポグラフィの周期成分に相当する成分である。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記フィルタ処理部は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである。

このような表面形状測定装置は、保持移動部によって被測定物と光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物の一方表面を、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって測定するので、前記光学測定系を大型化せずに、その１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、当該表面形状測定装置をより小型化できる。そして、仮に、前記複数の測定データを、互いに隣接する表面位置間で接続した後に、前記フィルタ処理を行う場合では、前記接続の際に、その接続境界部分で互いに隣接する測定データ間における高さ方向の調整（オフセット調整）や面傾きの調整を行う必要がある。このため、比較的大きな被測定物では、長い境界部分と２つの調整とにより、接続開始点から距離が離れるほど調整不足に起因する誤差が大きくなってしまう。しかしながら、上記表面形状測定装置は、前記複数の測定データを接続する前に、フィルタ処理を行うことで、前記誤差の主因である第２周期成分を除去するので、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、より高精度で接続できる。したがって、上記表面形状測定装置は、１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる。

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記フィルタ処理部は、前記測定範囲の端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータ（当該測定データに対する不足データ）を、当該測定データの測定範囲（当該測定範囲）に隣接する表面位置の測定範囲（隣接測定範囲）における測定データ（補完データ）で補う補完部と、前記補完部による補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うフィルタ部とを備えることを特徴とする。

フィルタ処理を行う場合に、端部で測定データの不足が生じ、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差が生じてしまう。しかしながら、上記表面形状測定装置は、この測定データの不足分を、測定範囲で隣接する測定データで補うので、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差を低減できる。

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ部によるフィルタ処理結果から、前記補完部で補われたデータ（前記補完データ）に対応する部分を除去する除去部をさらに備えることを特徴とする。

このような表面形状測定装置は、前記補完部で補われたデータに対応する部分を除去するので、前記補うことによって生じる前記接続（前記調整）に伴う誤差を低減できる。

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記被測定物を縦置きで保持する保持部と、前記保持部を、横方向の径方向および周方向の２軸で移動する移動部とを備えることを特徴とする。

このような表面形状測定装置は、被測定物を縦置きで保持するので、被測定物の自重による撓みを低減できる。そして、上記表面形状測定装置は、保持部を横方向の径方向に移動するので、前記保持部を移動荷重の小さい方向で移動でき、移動部の小型化を図れる。

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第２保持部と、前記第２保持部を、径方向および周方向の２軸で移動する移動部とを備えることを特徴とする。

このような表面形状測定装置は、被測定物を横置きで保持するので、保持移動部の構造を簡素化できる。

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第２保持部と、前記第２保持部を、線形独立な２方向の２軸で移動する第２移動部とを備えることを特徴とする。

このような表面形状測定装置は、被測定物を横置きで保持するので、保持移動部の構造を簡素化できる。

そして、本発明の他の一態様にかかる表面形状測定方法は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定工程と、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定工程によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算工程とを備え、前記形状演算工程は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理工程と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理工程による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理工程とを備えることを特徴とする。

このような表面形状測定方法は、被測定物の一方表面を、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定工程によって測定するので、前記光学測定工程に用いる測定系を大型化せずに、その１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、当該装置をより小型化できる。そして、上記表面形状測定方法は、前記複数の測定データを接続する前に、フィルタ処理を行うことで、前記誤差の主因である第２周期成分を除去するので、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理による複数のフィルタ処理結果を、より高精度で接続できる。したがって、上記表面形状測定方法は、１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる。

本発明にかかる表面形状測定装置および表面形状測定方法は、１回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる。

実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。 前記表面形状測定装置に用いられる第１態様の保持移動部において、保持体および保持片を説明するための正面図である。 前記第１態様の保持移動部において、保持片による被測定物の保持状態を説明するための保持片周辺の拡大図側面である。 前記表面形状測定装置に用いられる第２態様の保持移動部を説明するための図である。 前記第１および第２態様の各保持移動部それぞれにおいて、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。 前記表面形状測定装置に用いられる第３態様の保持移動部を説明するための図である。 前記第３態様の保持移動部において、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。 前記表面形状測定装置の動作を示すフローチャートである。 前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部におけるフィルタ処理を説明するための図である。 前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部とフィルタ処理のフィルタサイズとの関係を説明するための図である。 前記表面形状測定装置におけるフィルタ処理を説明するための図である。 前記表面形状測定装置における小型化を説明するための図である。 前記表面形状測定装置における高精度化を説明するための図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

本実施形態における表面形状測定装置は、測定対象である被測定物の表面形状、特にいわゆるナノトポグラフィを好適に測定できる装置である。被測定物は、例えば、半導体ウェハ等の板状体であり、好適には、表面形状測定装置の１回の測定範囲よりも大きな面積の表面を持つ。このような本実施形態における表面形状測定装置は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、前記被測定物を保持し、前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動する保持移動部と、前記保持移動部によって前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算部とを備える。そして、前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理部とを備える。以下、より具体的に説明する。

図１は、実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。図２は、前記表面形状測定装置に用いられる第１態様の保持移動部において、保持体および保持片を説明するための正面図である。図３は、前記第１態様の保持移動部において、保持片による被測定物の保持状態を説明するための保持片周辺の拡大図側面である。図４は、前記表面形状測定装置に用いられる第２態様の保持移動部を説明するための図である。図５は、前記第１および第２態様の各保持移動部それぞれにおいて、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。図６は、前記表面形状測定装置に用いられる第３態様の保持移動部を説明するための図である。図７は、前記第３態様の保持移動部において、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。

実施形態における表面形状測定装置Ｍは、例えば、図１に示すように、光学測定系１と、保持移動部７と、形状演算部２２を持つ制御演算部２とを備え、図１に示す例では、さらに、記憶部３と、入力部４と、出力部５と、インターフェース部（ＩＦ部）６とを備える。

入力部４は、制御演算部２に接続され、例えば、被測定物ＳＰの形状測定の開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被測定物ＳＰにおける識別子の入力等の形状を測定する上で必要な各種データを表面形状測定装置Ｍに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ、キーボードおよびマウス等である。出力部５は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、入力部４から入力されたコマンドやデータ、および、表面形状測定装置Ｍによって測定された被測定物ＳＰの形状を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

なお、入力部４および出力部５からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部４は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部５は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として形状測定装置Ｍに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い表面形状測定装置Ｍが提供される。

ＩＦ部６は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ−２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。

光学測定系１は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、光干渉計を用いて被測定物ＳＰの形状に関する測定データを生成する装置である。光干渉計は、所定の波長を持つ測定光が入射され、前記測定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子（例えば全反射ミラー、ハーフミラー、レンズ等）を備える装置である。前記光干渉計における前記第１および第２光路のうちの一方に、被測定物ＳＰを配置することによって、前記第１光路の第１光学的距離と前記第２光路の第２光学的距離との間に、差が生じる。この差によって、前記測定光から分配された第１および第２光における前記第１光路を伝播した第１光と前記第２光路を伝播した第２光とは、前記干渉位置で干渉し、いわゆる干渉縞を生じる。このような光干渉計は、例えば、マイケルソン干渉計、トワイマングリーン干渉計、フィゾー干渉計等の種々の光干渉計を用いることができる。そして、この光干渉計による前記干渉縞を例えば２次元イメージセンサ等を備えるカメラによって撮像することで前記測定データがその一例として生成される。

保持移動部７は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、被測定物ＳＰを保持し、被測定物ＳＰと光学測定系１とを相対的に移動する装置である。保持移動部７は、光学測定系１の１回の測定範囲ＳＡよりも大きい被測定物ＳＰを保持する。すなわち、保持移動部７は、光学測定系１の１回の測定範囲ＳＡよりも大きい被測定物ＳＰを保持するように構成される。保持移動部７は、例えば、被測定物ＳＰを固定的に保持し、この固定的に保持された被測定物ＳＰに対し光学測定系１を移動することで、被測定物ＳＰと光学測定系１とを相対的に移動するように構成されて良く、また例えば、被測定物ＳＰおよび光学測定系１それぞれを移動することで、被測定物ＳＰと光学測定系１とを相対的に移動するように構成されて良い。本実施形態では、光学測定系１が図略の支持部材によって固定的に保持され、この固定的に保持された光学測定系１に対し被測定物ＳＰを移動することで、被測定物ＳＰと光学測定系１とを相対的に移動するように構成されている。このような本実施形態における保持移動部７として、例えば、第１ないし第３態様の保持移動部７のうちのいずれかが好適に用いられる。

第１態様の保持移動部７は、被測定物ＳＰを縦置きで保持する保持部（第１保持部）と、前記保持部を、横方向の径方向（ｒ方向）および周方向（θ方向）の２軸（ｒθ軸）で移動する移動部とを備える。この第１態様の保持移動部７は、以下でより詳しく説明する。このような第１態様の保持移動部７を用いた表面形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰを縦置きで保持するので、被測定物ＳＰの自重による撓みを低減できる。そして、このような表面形状測定装置Ｍは、前記保持部を横方向の径方向に移動するので、前記保持部を移動荷重の小さい方向で移動でき、前記移動部の小型化、ひいては表面形状測定装置Ｍの小型化を図れる。

第２態様の保持移動部７は、例えば、図４に示すように、被測定物ＳＰを横置きで保持する第２保持部と、前記第２保持部を、径方向（ｒ方向）および周方向（θ方向）の２軸（ｒθ軸）で移動する移動部とを備える。図４Ａは、光学測定系１における測定範囲ＳＡの中心位置と被測定物ＳＰの中心位置とが互いに一致するように、被測定物ＳＰ（前記第２保持部）と光学測定系１とを相対的に移動させた後の様子を示し、図４Ａは、光学測定系１における測定範囲ＳＡが被測定物ＳＰの一方端部に位置するように、被測定物ＳＰ（前記第２保持部）と光学測定系１とを相対的に移動させた後の様子を示す。例えば、第２態様の保持移動部７は、一方向に移動するステージと、前記ステージ上に設けられ、回転移動するターンテーブルと、前記ターンテーブル上に設けられた前記第２保持部とを備える。前記第２保持部は、第１態様の保持移動部７における前記保持部（前記第１保持部）と構造的には同様に構成されている。このような第２態様の保持移動部７は、例えば、図５に示すように、まず、移動部によって第２保持部を径方向および周方向で適宜に移動することで、光学測定系１における測定範囲ＳＡの中心位置と被測定物ＳＰの中心位置とを互いに一致させ、表面形状測定装置Ｍは、測定を行う。次に、第２態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することで径方向で隙間無く測定できる径方向の所定の位置に、光学測定系１に対して第２保持部を移動部によって移動する。この径方向の所定の位置において、第２態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することで周方向で隙間無く測定できる、周方向に並ぶ複数の測定範囲ＳＡそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、移動部によって第２保持部を周方向に移動し、表面形状測定装置Ｍは、前記複数の表面位置それぞれで測定を行う。そして、このような径方向の移動と周方向の移動および測定とが、被測定物ＳＰの端部まで繰り返される。これによって被測定物ＳＰの表面全体に亘って光学測定系１によって測定データが生成される。このような表面形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰを横置きで保持するので、第２態様の保持移動部７の構造を簡素化できる。

第３態様の保持移動部７は、例えば、図６に示すように、被測定物ＳＰを横置きで保持する第２保持部と、前記第２保持部を、線形独立な２方向の２軸で移動する第２移動部とを備える。図６Ａは、光学測定系１における測定範囲ＳＡの中心位置と被測定物ＳＰの中心位置とが互いに一致するように、被測定物ＳＰ（前記第２保持部）と光学測定系１とを相対的に移動させた後の様子を示し、図４Ａは、光学測定系１における測定範囲ＳＡが被測定物ＳＰの一方端部に位置するように、被測定物ＳＰ（前記第２保持部）と光学測定系１とを相対的に移動させた後の様子を示す。例えば、第３態様の保持移動部７は、互いに直交するＸ方向およびＹ方向それぞれに独立に移動するＸＹステージと、前記ＸＹステージ上に設けられた前記第２保持部とを備える。このような第３態様の保持移動部７は、例えば、図７に示すように、まず、第２移動部によって第２保持部をＸ方向およびＹ方向で適宜に移動することで、光学測定系１の測定範囲ＳＡを被測定物ＳＰの或る一方の端部に位置に、光学測定系１に対して第２保持部を第２移動部によって移動し、表面形状測定装置Ｍは、測定を行う。次に、第３態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することでＸ方向（またはＹ方向）で隙間無く測定できる、Ｘ方向（またはＹ方向）に並ぶ複数の測定範囲ＳＡそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、第２移動部によって第２保持部をＸ方向に移動し、表面形状測定装置Ｍは、前記複数の表面位置それぞれで測定を行う。次に、第３態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することでＹ方向（またはＸ方向）で隙間無く測定できるＹ方向（またはＸ方向）の所定の位置に、光学測定系１に対して第２保持部を第２移動部によって移動し、表面形状測定装置Ｍは、測定を行う。次に、このＹ方向（またはＸ方向）の所定の位置において、第３態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することでＸ方向（またはＹ方向）で隙間無く測定できる、Ｘ方向（またはＹ方向）に並ぶ複数の測定範囲ＳＡそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、第２移動部によって第２保持部をＸ方向に移動し、表面形状測定装置Ｍは、前記複数の表面位置それぞれで測定を行う。そして、このようなＹ方向（またはＸ方向）の移動とＸ方向（またはＹ方向）の移動および測定とが、被測定物ＳＰの他方の端部まで繰り返される。これによって被測定物ＳＰの表面全体に亘って光学測定系１によって測定データが生成される。好ましくは、第３態様の保持移動部７は、光学測定系１における測定範囲ＳＡの中心位置と被測定物ＳＰの中心位置とを互いに一致できるように構成される。このような表面形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰを横置きで保持するので、第３態様の保持移動部７の構造を簡素化できる。

保持移動部７は、上述したように、これら第２および第３態様のうちのいずれかであっても良いが、本実施形態では、第１態様で構成されている。より詳しくは、第１態様の保持移動部７は、図１ないし図３に示すように、ステージ７１と、傾斜立設機構７２と、ターンテーブル７３と、調節機構７４（７４−１〜７４−３）と、保持体７５と、保持片７６（７６−１〜７６−３）とを備える。

ステージ７１は、支持台座８上に設けられ、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、図１に示す例では紙面垂直方向の一方向に移動する装置である。

傾斜立設機構７２は、ステージ７１上に設けられ、後述するように、保持片７６を介して保持体７５で保持された被測定物ＳＰが横置きとなる、図１に二点鎖線で示す待機姿勢から、前記被測定物ＳＰが縦置きとなる、図１に実線で示す測定姿勢まで、保持体７５の姿勢を変更する装置である。好ましくは、測定姿勢では、保持体７５は、傾斜立設機構７２によって、鉛直方向から所定の角度θだけ傾けて立設される。被測定物ＳＰをその自重で安定させるためには、前記所定の角度（鉛直方向からの傾き角度）θは、より大きい方が好ましいが、前記所定の角度θを大きくすると自重によって撓み変形が被測定物ＳＰに生じ、仕様で規定される光学測定系１の測定許容範囲を越えてしまう。このため、前記所定の角度θは、光学測定系１の測定許容範囲によって設定される。例えば、前記所定の角度θは、１度ないし１０度の範囲のうちのいずれかの値である。より好ましくは、前記所定の角度θは、２度ないし５度の範囲のうちのいずれかの値である。一例では、光学測定系１の干渉計がフィゾー干渉計である場合に、前記フィゾー干渉計の性能として許容される測定面角度が０．５ｍｒａｄ以下であって被測定物ＳＰが４５０ｍｍの半導体ウェハである場合では、前記所定の角度θは、約３度に設定される。

このような傾斜立設機構７２は、例えば、板状部材である傾斜立設機構本体と、前記傾斜立設機構本体の一方側面に固定的にその各一方端部で連結された１対の第１および第２アーム部材と、前記第１および第２アーム部材の各他方端部に固定的にその両端部で連結された円柱状部材であるアーム軸と、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、前記アーム軸を回転駆動する、例えば減速機を介して前記アーム軸に連結される電動モータ等を備える動力部とを備える。このような構成の傾斜立設機構７２では、前記動力部によってアーム軸を回転駆動することで、図１に二点鎖線で示す前記待機姿勢から、図１に実線で示す前記測定姿勢まで、保持体７５の姿勢を変更する。

ターンテーブル７３は、傾斜立設機構７２に設けられ（図１に示す例では、前記傾斜立設機構本体上に設けられ）、制御演算部２の制御に従って、周方向に回転する装置である。

調節機構７４は、ターンテーブル７３に対する保持体７５の傾きを調節する装置である。本実施形態では、調節機構７４は、ターンテーブル７３に対し保持体７５を３点支持するように、３個の第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３を備えて構成される。これら第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３は、ターンテーブル７３の面上に、保持体７５を３点で支持するような適宜な各配設位置に配設される。一例では、これら第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３の前記各配設位置を結ぶと、三角形が形成される。これら第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３は、柱状の部材であり、これら第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３のうちの２個、例えば第１および第２調節機構７４−１、７４−２は、その長さが伸縮するように構成され、残余の１個、この例では第３調節機構７４−３は、その長さが固定であるように構成される。より具体的には、第１および第２調節機構７４−１、７４−２は、それぞれ、ロッドを、例えばサーボモータやステッピングモータ等の駆動モータによって本体から出し入れすることで、その長さを伸縮させる装置であり、例えばリニアアクチュエータ等を備えて構成される。第１および第２調節機構７４−１、７４−２における前記各ロッドの各先端は、保持体７５に連結され、保持体７５を支持する。そして、第３調節機構７４−３は、先端がボールヘッドである柱状部材であり、前記ボールヘッドの先端で保持体７５を支持する。このような第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３は、第１および第２調節機構７４−１、７４−２の各長さを調整することで、ターンテーブル７３に対する保持体７５の傾きを、光学測定系１の測定面と略平行となるように、２軸回りで調節できる。

保持体７５は、被測定物ＳＰを保持するための部材であり、例えば、図１ないし図３に示すように、平面視にて矩形形状の、平面を持つ板状体である。保持体７５は、変形を防止するために、比較的高い剛性を有する剛体板（力に対する変形の小さい板状体）で形成される。保持体７５は、例えば、ステンレス鋼およびアルミニウム等の金属材料（合金を含む）によって形成される。

保持片７６は、保持体７５の平面に配設され、被測定物ＳＰの一方面と保持体７５の前記平面とを所定の間隔を空けるように、被測定物ＳＰの縁部を介して被測定物ＳＰを保持する部材である。これによって被測定物ＳＰにおける前記一方面（表面）に対向する他方面（裏面）が保持体７５に当接することが無く、被測定物ＳＰの他方面の汚損を防止できる。好ましくは、保持片７６は、被測定物ＳＰの前記一方面と保持体７５の前記平面とを前記所定の間隔を空けて平行となるように、被測定物ＳＰを保持する。保持片７６は、例えば、階段状の断面（略Ｌ字状の断面）を持ち、保持体７５の前記平面から前記階段状における段部までの高さ（厚さ）が前記所定の間隔に相当し、そして、前記階段状における段部の内周形状の大きさが被測定物ＳＰの外周形状の大きさと略同一または若干大きい円筒形状の部材であっても良いが、本実施形態では、保持片７６は、図１および図３に示すように、階段形状の断面（略Ｌ字状の断面）を持つ３個の部材（第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３）を備えて構成されている。これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３は、これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３における前記階段状における各段部で形成される内周形状の大きさが被測定物ＳＰの外周形状の大きさと略同一または若干大きくなるように、所定の間隔を空けて、保持体７５の前記平面上に配設されている。被測定物ＳＰが例えば半導体ウェハの一般的な形状である円板形状である場合には、これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３は、図２に示すように、これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３における前記階段状における各段部で形成される内周形状の大きさが被測定物ＳＰの外周形状の大きさと略同一または若干大きくなるような円周上であって、周方向に１２０度の等間隔で、保持体７５の前記平面上に配設されている。これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３は、それぞれ、保持体７５の前記平面から前記階段状における段部までの高さが前記所定の間隔に相当するように形成されている。例えば、これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３は、それぞれ、前記所定の間隔に相当する厚さを持つ板状片を、その途中位置で約９０度に折り曲げて略Ｌ字状とすることで形成される。このような構成の保持片７６では、図１ないし図３に示すように、これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３における前記階段状における各段部に、被測定物ＳＰが載置されることで、これら第１ないし第３保持片７６−１〜７６−３は、互いに協働して、被測定物ＳＰの縁部を介して被測定物ＳＰを保持する。

このような構成の第１態様の保持移動部７は、前記測定姿勢において、ステージ７１によって、保持体７５を横方向の径方向（ｒ方向）に移動でき、ターンテーブル７３によって、保持体７５を周方向（θ方向）に移動できる。そして、この第１態様の保持移動部７は、上記第２態様の保持移動部７と同様に、例えば、図５に示すように、まず、ステージ７１およびターンテーブル７３によって保持体７５を径方向および周方向で適宜に移動することで、光学測定系１における測定範囲ＳＡの中心位置と被測定物ＳＰの中心位置とを互いに一致させ、表面形状測定装置Ｍは、保持体７５上に保持片７６を介して保持された被測定物ＳＰの測定を行う。次に、第３態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することで径方向で隙間無く測定できる径方向の所定の位置に、光学測定系１に対して保持体７５をステージ７１によって移動する。この径方向の所定の位置において、第３態様の保持移動部７は、測定範囲ＳＡの大きさ等を考慮することで周方向で隙間無く測定できる、周方向に並ぶ複数の測定範囲ＳＡそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、ターンテーブル７３によって保持体７５を周方向に移動し、表面形状測定装置Ｍは、前記複数の表面位置それぞれで、保持体７５上に保持片７６を介して保持された被測定物ＳＰの測定を行う。そして、このような径方向の移動と周方向の移動および測定とが、被測定物ＳＰの端部まで繰り返される。これによって被測定物ＳＰの表面全体に亘って光学測定系１によって測定データが生成される。

記憶部３は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、表面形状測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、被測定物ＳＰにおける互いに異なる複数の表面位置で光学測定系１によって生成された複数の測定データに基づいて、被測定物ＳＰにおける一方表面全体の表面形状を求める形状演算プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記形状演算プログラムは、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データを用いた位相回復計算によって位相画像を求める位相画像演算プログラムや、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理プログラムや、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理プログラムによる複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理プログラム等を含む。前記フィルタ処理プログラムは、測定範囲ＳＡの端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータを、当該測定データの測定範囲ＳＡに隣接する表面位置の測定範囲ＳＡにおける測定データで補う補完プログラムや、前記補完プログラムによる補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うフィルタプログラムや、前記フィルタプログラムによるフィルタ処理結果から、前記補完プログラムで補われたデータに対応する部分を除去する除去プログラム等を含む。前記各種の所定のデータには、光学測定系１で生成された前記複数の測定データや、求められた被測定物ＳＰの表面形状や、被測定物ＳＰを特定し識別するための識別子（被測定物ＩＤ、サンプル名、シリアル番号等）等の各プログラムを実行する上で必要なデータ等が含まれる。記憶部３は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。記憶部３は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御演算部２のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。

制御処理部２は、表面形状測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、被測定物ＳＰの表面形状を求めるものである。制御演算部２には、前記制御処理プログラムを実行することによって、機能的に、制御部２１および形状演算部２２が構成され、形状演算部２２には、位相画像演算部２２１、フィルタ処理部２２２および接続処理部２２３が機能的に構成され、そして、フィルタ処理部２２２には、補完部２２２１、フィルタ部２２２２および除去部２２２３が機能的に構成される。

制御部２１は、表面形状測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。

形状演算部２２は、被測定物ＳＰにおける互いに異なる複数の表面位置で光学測定系１によって生成された複数の測定データに基づいて、被測定物ＳＰにおける一方表面全体の表面形状を求めるものである。

この被測定物ＳＰの表面形状を求める際に、位相画像演算部２２１は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データを用いた、公知のいわゆる位相回復計算によって位相画像を求めるものである。前記測定データは、好ましくは、干渉縞画像であり、前記位相画像は、被測定物ＳＰの撓み変形や反り等による比較的長周期な形状による成分を含む被測定物ＳＰの表面形状を表す。

被測定物ＳＰの表面形状を求める際に、フィルタ処理部２２２は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うものである。このようなフィルタ処理部２２２は、好ましくは、所定の遮断周波数以上の周波数帯の成分を透過するように濾波するハイパスフィルタ、または、所定の周波数帯域の成分を透過するように濾波するバンドパスフィルタである。好ましくは、前記第１周期成分は、ナノトポグラフィの周期成分に相当する成分である。

そして、前記フィルタ処理の際に、補完部２２２１は、測定範囲ＳＡの端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータ（当該測定データに対する不足データ）を、当該測定データの測定範囲ＳＡ（当該測定範囲ＳＡａ）に隣接する表面位置の測定範囲ＳＡ（隣接測定範囲ＳＡｂ）における測定データ（補完データ）で補うものである。前記フィルタ処理の際に、フィルタ部２２２２は、補完部２２２１による補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うものである。前記フィルタ処理の際に、除去部２２２３は、フィルタ部２２２２によるフィルタ処理結果から、補完部２２２１で補われたデータ（前記補完データ）に対応する部分を除去するものである。

上記被測定物ＳＰの表面形状を求める際に、接続処理部２２３は、前記複数の測定データに対応するフィルタ処理部２２２による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続するものである。

このような制御演算部２、記憶部３、入力部４、出力部５およびＩＦ部６は、例えば、デスクトップ型コンピュータや、ノート型コンピュータ等のコンピュータによって構成できる。

次に、本実施形態の動作について説明する。図８は、前記表面形状測定装置の動作を示すフローチャートである。図９は、前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部におけるフィルタ処理を説明するための図である。図１０は、前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部とフィルタ処理のフィルタサイズとの関係を説明するための図である。図１１は、前記表面形状測定装置におけるフィルタ処理を説明するための図である。図１１Ａは、フィルタ処理前を示し、図１１Ｂは、フィルタ処理後を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂにおいて、横軸は、被測定物ＳＰにおける或る径方向に沿った表面位置を示し、その縦軸は、データ値を示す。図１２は、前記表面形状測定装置における小型化を説明するための図である。図１２Ａは、本実施形態の場合を示し、図１２Ｂは、比較例の場合を示す。図１３は、前記表面形状測定装置における高精度化を説明するための図である。

このような構成の表面形状測定装置Ｍにおいて、まず、図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置Ｍが起動され、制御演算部２によって必要な各部の初期化が行われ、制御演算部２には、制御処理プログラムが実行されることによって、機能的に、制御部２１および形状演算部２２が構成される。そして、形状演算部２２には、機能的に、位相画像演算部２２１、フィルタ処理部２２２および接続処理部２２３が構成され、フィルタ処理部２２２には、機能的に、補完部２２２１、フィルタ部２２２２および除去部２２２３が構成される。

被測定物ＳＰの測定を始める際には、表面形状測定装置Ｍは、待機姿勢であり、オペレータ等のユーザは、待機姿勢の保持移動部７に被測定物ＳＰを載置する。そして、測定開始が指示されると、表面形状測定装置Ｍは、制御演算部２の制御部２１によって、保持移動部７を待機姿勢から測定姿勢へ移動し、被測定物ＳＰを光学測定系１に正対させ、調節機構７４によって、被測定物ＳＰが光学測定系１の測定面と略平行となるように、調節する。被測定物ＳＰが光学測定系１の測定面と略平行であるか否かの判定は、第１ないし第３調節機構７４−１〜７４−３それぞれの近傍に第１ないし第３距離センサをさらに設け、前記第１ないし第３距離センサによって検出された被測定物ＳＰまでの各距離によって実施されても良いが、本実施形態では、光学測定系１によって生成された測定データを用いて実施される。より詳しくは、測定データの干渉縞が最も疎な状態（干渉の少ない状態、干渉縞の個数が最も少ない状態）となるように、調節機構７４が駆動され、測定データの干渉縞が最も疎な状態が、被測定物ＳＰが光学測定系１の測定面と略平行である状態と判定される。

このような測定の準備が終了すると、図８において、まず、表面形状測定装置Ｍは、制御演算部２の制御部２１によって、図５を用いて上述したように、ステージ７１およびターンテーブル７３によって保持体７５を径方向および周方向で移動することで、光学測定系１における測定範囲ＳＡの中心位置と被測定物ＳＰの中心位置とを互いに一致させて測定し、さらに、径方向の移動と周方向の移動および測定とを繰り返し実行し、これによって被測定物ＳＰの表面全体に亘って各表面位置での複数の測定データを光学測定系１によって生成し、各測定データを記憶部３に記憶する（Ｓ１）。光干渉計を用いた光学測定系１によって生成される前記測定データは、例えば、干渉縞の画像のデータである。

次に、表面形状測定装置Ｍは、制御演算部２の形状演算部２２によって、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行い、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する。

より具体的には、表面形状測定装置Ｍは、制御演算部２の形状演算部２２によって、前記複数の測定データのうちから１個の測定データを選択し、形状演算部２２の位相画像演算部２２１によって、この選択した測定データ（干渉縞画像ＦＰ）を用いて、公知のいわゆる位相回復計算によって位相画像ＨＰを求める（Ｓ２）。

次に、表面形状測定装置Ｍは、形状演算部２２におけるフィルタ処理部２２２の補完部２２２１によって、この選択した測定データから求められた位相画像ＨＰに対し、次処理Ｓ４のフィルタ処理におけるフィルタサイズに足りないデータ（当該測定データに対する不足データ（本実施形態では位相画像での不足データ））を、当該位相画像ＨＰに対応する測定データの測定範囲ＳＡ（当該測定範囲ＳＡａ）に隣接する表面位置の測定範囲ＳＡ（隣接測定範囲ＳＡｂ）における測定データ（補完データ（本実施形態では位相画像での不足データ））で補う（Ｓ３）。

次処理Ｓ４のフィルタ処理は、例えば図１０に示すように、位相画像ＨＰに対し、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを行う画像フィルタＦＳを作用させることで、実施される。このフィルタ処理を行う場合に、端部で位相画像ＨＰ（言い換えれば、位相画像ＨＰを求める際に用いられた測定データ）の不足が生じ、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差が生じてしまう。このため、位相画像ＨＰ全体からフィルタ処理後の有効なデータを生成することができず、位相画像ＨＰ全体から求められたフィルタ処理後のデータは、フィルタ処理の対象のデータが不足せずに、前記データ不足による前記誤差を含まないフィルタ処理後のデータから成る有効領域ＦＤｅと、この有効領域ＦＤｅの周囲に、フィルタ処理の対象のデータが不足し、前記データ不足による前記誤差を含むフィルタ処理後のデータから成る非有効領域ＦＤｉとから成る。すなわち、有効領域ＦＤｅは、位相画像ＨＰ全体に較べて、画像フィルタのフィルタサイズに応じた、フィルタ処理の対象の不足データ分だけ小さな領域になる。このため、本実施形態では、次処理Ｓ４のフィルタ処理が実施される前に、本処理Ｓ３の補完処理が実施される。

より詳しくは、本実施形態では、例えば、図９に示すように、測定範囲ＳＡは、正六角形の形状であり、前記処理Ｓ１における各表面位置での測定では、互いに隣接する表面位置は、その測定範囲ＳＡの一部が互いに重なって重なり領域ＳＡｓが生じるように設定される。前記処理Ｓ２における位相画像ＨＰの演算では、このような正六角形の測定範囲ＳＡの測定データ（正六角形の干渉縞画像）から、周囲に（各辺で）重なり領域ＨＰｓを持つ正六角形の位相画像ＨＰが生成される。そして、前記処理Ｓ３における補完処理では、このような正六角形の位相画像ＨＰに対し、次処理Ｓ４のフィルタ処理における画像フィルタＦＳのフィルタサイズに足りないデータが、当該位相画像ＨＰに対応する測定データの測定範囲ＳＡ（当該測定範囲ＳＡａ）に隣接する表面位置の測定範囲ＳＡ（隣接測定範囲ＳＡｂ）における測定データ（補完データ（本実施形態では位相画像での不足データ））で補われ、この補われた測定データから求められた位相画像ＨＰｃが、当該位相画像ＨＰに接続されて付加される。例えば図１０に示す例では、図１０の中央に位置する正六角形の第０測定範囲ＳＡ−０には、各辺に隣接して、その一部同士が重なって重なり領域ＳＡｓを形成するように、第１ないし第６測定範囲ＳＡ−１〜ＳＡ−６が設けられている。一例では、第０測定範囲ＳＡ−０と、この第０測定範囲ＳＡ−０に紙面右辺に隣接する第１測定範囲ＳＡ−１とでは、所定の長さで重なる重なり領域ＳＡｓ−０１が形成されている。そして、この第０測定範囲で測定されて生成された測定データ（干渉縞画像）から求められた第０位相画像ＨＰ−０には、次処理Ｓ４のフィルタ処理のために、各辺それぞれに隣接する第１ないし第６測定範囲ＳＡ−１〜ＳＡ−６それぞれで測定されて生成された各測定データそれぞれから、画像フィルタＦＳのフィルタサイズに足りないデータ分だけ抽出されて各位相画像ＨＰｃが求められ、各辺それぞれに接続されて付加される。一例では、第０測定範囲ＳＡ−０における紙面右辺に重なり領域ＳＡｓ−０１で重なって隣接する第１測定範囲ＳＡ−１から、画像フィルタＦＳのフィルタサイズに足りないデータ分（不足分）だけ抽出されて位相画像ＨＰｃ−０１が求められ、第０位相画像ＨＰ−０における紙面右辺に位相画像ＨＰｃ−０１が接続されて付加される。この接続では、公知の常套手法によって、その接続境界部分で互いに隣接するデータ間における高さ方向の調整（オフセット調整）や面傾きの調整が実施される。この接続境界部分の長さは、たかだか画像フィルタＦＳのフィルタサイズに相当する長さであるので、測定範囲ＳＡ全体の測定データ同士を接続する場合における接続境界部分の長さより短い。そして、測定範囲ＳＡ全体の測定データ同士の接続では、長い境界部分と２つの調整とにより、接続開始点から距離が離れるほど調整不足に起因する誤差が大きくなるが、この処理Ｓ３の補間処理での接続では、１回の接続だけであるので、前記誤差が大きくなることもない。そして、前記重なり領域ＳＡｓ（ＨＰｓ）は、この接続の際の、いわゆる糊代として用いられる。前記重なり領域ＳＡｓ（ＨＰｓ）では、接続されるデータは、辺に向かって重み付けが小さくなるように重み付けされ、一方、接続するデータは、前記辺に向かって重み付けが大きくなるように重み付けされ、これら重み付けされた各データが重み付け加算され、重なり領域ＳＡｓ（ＨＰｓ）のデータとされる。一例では、重なり領域ＳＡｓ−０１（ＨＰｓ−０１）では、接続される第０測定範囲ＳＡ−０のデータは、辺に向かって重み付けが小さくなるように重み付けされ、一方、接続する第１測定範囲ＳＡ−１のデータは、前記辺に向かって重み付けが大きくなるように重み付けされ、これら重み付けされた各データが重み付け加算され、重なり領域ＳＡｓ−０１（ＨＰｓ−０１）のデータとされる。

なお、上述では、測定範囲は、正六角形であったが、これに限定されるものではなく、重なり領域ＳＡｓを設けない場合に隙間無く敷き詰めてタイリング可能な、例えば正三角形や正方形等の正多角形であって良い。

このような補間処理の次に、表面形状測定装置Ｍは、フィルタ処理部２２２のフィルタ部２２２２によって、この補完部２２２１による補完後の位相画像ＨＰに対し、画像フィルタＦＳを作用させ、フィルタ処理を実行する（Ｓ４）。これによって、例えば、図１１Ａに示すように、被測定物ＳＰの撓み変形や反り等による比較的長周期な形状による成分のデータに、いわゆるナノトポグラフィのように比較的短周期な形状による成分のデータが重畳したデータから、図１１Ｂに示すように、前記比較的短周期な形状による成分のデータが抽出される。なお、この処理Ｓ４のフィルタ処理において、測定範囲ＳＡの端部ではなく、被測定物ＳＰ自体の端部（被測定物ＳＰの外縁周辺部分）では、補完に用いるデータ自体が無いので、被測定物ＳＰのエッジに向けて画像フィルタＦＳのフィルタサイズを徐々に縮小する、いわゆるシュリンク処理や、被測定物ＳＰのエッジを対称軸としてその内側のデータを外側に折り返して擬似的にデータを生成する、いわゆる折り返し補間処理等の、公知の常套手法が用いられる。

次に、表面形状測定装置Ｍは、フィルタ処理部２２２の除去部２２２３によって、フィルタ部２２２２によるフィルタ処理結果から、補完部２２２１で補われたデータに対応する部分を除去する（Ｓ５）。図９に示す例では、一例では、フィルタ処理結果から、補完部２２２１で補われた位相画像ＨＰｃ−０１に対応する部分が除去される。

次に、表面形状測定装置Ｍは、フィルタ処理部２２２によって、全ての測定データについて、処理Ｓ２ないし処理Ｓ５の各処理を実行したか否かを判定する（Ｓ６）。この判定の結果、全ての測定データについて各処理を実行していない場合（Ｎｏ）には、フィルタ処理部２２２は、処理を処理Ｓ２に戻し、一方、前記判定の結果、全ての測定データについて各処理を実行している場合（Ｙｅｓ）には、フィルタ処理部２２２は、次の処理Ｓ７を実行する。

この処理Ｓ７では、表面形状測定装置Ｍは、形状演算部２２の接続処理部２２３によって、前記複数の測定データに対応する複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続し、被測定物ＳＰの表面形状を求める。この接続では、前記誤差の主因である前記比較的長周期な形状による成分のデータが除去されているので、前記２つの調整を行わずに単に接続すればよく、接続の情報処理が簡素化される。

そして、表面形状測定装置Ｍは、制御演算部２の制御部２１によって、このように求めた被測定物ＳＰの表面形状を出力部５から出力し（Ｓ８）、処理を終了する。なお、必要に応じて、表面形状測定装置Ｍは、ＩＦ部６から、被測定物ＳＰの表面形状を出力しても良い。

なお、上述では、１つの測定データが選択され、この選択された１つの測定データに対し、位相画像ＨＰが求められ、補完処理では、補完の測定データを抽出して補完の位相画像ＨＰｃが求められたが、複数の測定データそれぞれに対応する複数の位相画像ＨＰが求められ、補間処理では、補完の測定データに対応する補完の位相画像ＨＰｃが抽出されて補完されても良い。あるいは、１つの測定データが選択され、この選択された１つの測定データに対し、補完の測定データが抽出されて補完され、この補完後の測定データから位相画像ＨＰが求められても良い。あるいは、１つの測定データが選択され、この選択された１つの測定データ、および、この１つの測定データにその測定範囲ＳＡ（表面位置）で隣接する各測定データそれぞれに対し、位相画像ＨＰが求められ、補間処理では、補完の測定データに対応する補完の位相画像ＨＰｃが抽出されて補完されても良い。

以上説明したように、本実施形態における表面形状測定装置Ｍおよびこれに実装された表面形状測定方法は、例えば図５や図１２Ａに示すように、保持移動部７によって被測定物ＳＰと光学測定系１とを相対的に移動することによって、被測定物ＳＰの一方表面を、被測定物ＳＰにおける互いに異なる複数の表面位置で光学測定系１によって測定するので、図１２Ｂに示すように比較的大きな被測定物ＳＰを１回で測定するために光学測定系１Ａを大型化せずに、その１回の測定範囲ＳＡ（例えば直径１００ｍｍや直径１５０ｍｍ等）よりも大きな被測定物ＳＰ（例えば直径３００ｍｍや直径４５０ｍｍ等）の表面形状を測定でき、当該表面形状測定装置Ｍをより小型化できる。そして、図１３に破線で示すフローのように、仮に、前記複数の測定データを、互いに隣接する表面位置間で接続した後に、前記フィルタ処理を行う場合では、前記接続の際に、その接続境界部分で互いに隣接する測定データ間における高さ方向の調整（オフセット調整）や面傾きの調整を行う必要がある。特に、例えば反り、厚さ分布、ロールオフ等の形状に関する複数の測定項目を測定できる測定装置では、このようなフローで処理することが多い。このため、比較的大きな被測定物ＳＰでは、長い境界部分（例えば大型半導体ウェハでは３００ｍｍ以上）と２つの調整とにより、接続開始点から距離が離れるほど調整不足に起因する誤差が大きくなってしまう。これは、自重撓み、被測定物ＳＰの移動、大気圧差、振動等による、測定回ごとの被測定物ＳＰの変形に起因し、数〜数十ミクロンメートルオーダーとなり、求めたい形状、特にナノトポグラフィの形状に較べて桁違いに大きい。しかしながら、上記表面形状測定装置Ｍおよび表面形状測定方法は、図１３に一点鎖線で示すフローのように、前記複数の測定データを接続する前に、フィルタ処理を行うことで、前記誤差の主因である第２周期成分を除去するので、前記複数の測定データに対応するフィルタ処理部２２２による複数のフィルタ処理結果を、より高精度で接続できる。したがって、上記表面形状測定装置および表面形状測定方法は、１回の測定範囲ＳＡよりも大きな被測定物ＳＰの表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度（例えばナノメートルオーダー等）で測定できる。特に、上記表面形状測定装置および表面形状測定方法は、前記第１周期成分を、ナノトポグラフィの周期成分に相当する成分に設定することにより、ナノポトグラフィを好適に測定できる。

上記表面形状測定装置Ｍおよび表面形状測定方法は、フィルタ処理の際における測定データの不足分を、測定範囲ＳＡで隣接する測定データで補うので、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差を低減できる。

上記表面形状測定装置Ｍおよび表面形状測定方法は、補完部２２２１で補われたデータに対応する部分を除去するので、前記補うことによって生じる前記接続（前記調整）に伴う誤差を低減できる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｍ 表面形状測定装置
１ 光学測定系
２ 制御演算部
７ 保持移動部
２２ 形状演算部
２２１ 位相画像演算部
２２２ フィルタ処理部
２２３ 接続処理部
２２２１ 補完部
２２２２ フィルタ部
２２２３ 除去部

Claims (7)

1. 光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、
   前記被測定物を保持し、前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動する保持移動部と、
   前記保持移動部によって前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算部とを備え、
   前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理部とを備えること
   を特徴とする表面形状測定装置。
2. 前記フィルタ処理部は、前記測定範囲の端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータを、当該測定データの測定範囲に隣接する表面位置の測定範囲における測定データで補う補完部と、前記補完部による補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うフィルタ部とを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 前記フィルタ処理部は、前記フィルタ部によるフィルタ処理結果から、前記補完部で補われたデータに対応する部分を除去する除去部をさらに備えること
   を特徴とする請求項２に記載の表面形状測定装置。
4. 前記保持移動部は、前記被測定物を縦置きで保持する保持部と、前記保持部を、横方向の径方向および周方向の２軸で移動する移動部とを備えること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
5. 前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第２保持部と、前記第２保持部を、径方向および周方向の２軸で移動する移動部とを備えること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
6. 前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第２保持部と、前記第２保持部を、線形独立な２方向の２軸で移動する第２移動部とを備えること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
7. 光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定工程と、
   前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定工程によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算工程とを備え、
   前記形状演算工程は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第１周期成分を抽出するように、前記第１周期成分よりも長周期な第２周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理工程と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理工程による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理工程とを備えること
   を特徴とする表面形状測定方法。
   

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