JP4388576B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は，円盤状の測定対象物（主として半導体ウェーハ，その他，ハードディスク用のアルミサブトレート，ガラスサブストレートなど）の面取り加工された端部の面（端面）の形状をその投影像に基づいて測定する形状測定装置に関するものである。

半導体ウェーハ（以下，ウェーハという）の製造時や，ウェーハを用いたデバイス製造時において，ウェーハの端部（縁部）が，他の部品やウェーハ保持部材と接触することによって傷ついたり，欠けたりする場合がある。さらに，その傷や欠けが原因で，ウェーハが割れることもある。このウェーハの端部における傷や欠けの生じやすさは，ウェーハの端面（いわゆるエッジプロファイル部）の形状と関係があると考えられている。このため，ウェーハに代表される円盤状の測定対象物のエッジプロファイルを正しく測定することは重要である。なお，ここでいう端面の形状は，ウェーハの厚み方向（一次元方向）のプロファイル，即ち，厚み方向断面の形状であり，以下，エッジプロファイルという。
エッジプロファイルの測定方法の代表例は，半導体製造装置／材料に関する業界団体（Semiconductor Equipment and Materials International：以下，SEMI）が定める標準規格であるSemi Standardにおいて規定された非破壊検査法（SEMI-MF-928-0305規格 Method B）である。この非破壊検査法は，円盤状のウェーハの面取り加工された端部に対し，そのウェーハの表裏各面にほぼ平行な方向（第１の方向）から光を投光するとともに，その投光方向に対向する方向からカメラによってウェーハの端面の投影像を撮像し，その投影像に基づいてウェーハの端面の形状を測定する方法（以下，光投影測定法と称する）である。この光投影測定法により得られる投影像の輪郭は，ウェーハの端面の断面形状（厚み方向に切断した断面の形状）を表す。
例えば，特許文献１には，前記光投影測定法において，点光源の出射光をコリメータレンズに通過させることによってコリメート（平行光化）し，その光束を測定対象物に投光することによって投影像における輪郭のボケや回析縞の発生を防止することが提案されている。
このように，前記光投影測定法により精度の高い形状測定を行うためには，板状の測定対象物の表裏各面に平行な光束が投光されることが必要である。
特開２００６−１４５４８７号公報

しかしながら，コリメータレンズは，平行光の生成に有効な光学系であるものの，それを通過後の光束は，必ずしも平行光成分のみからなる完全な平行光であるとは限らず，若干の非平行な光の成分（以下，非平行光成分という）が含まれ得る。
図１５及び図１６は，前記光投影測定法において，測定対象物に投光される光束に前記非平行光成分が含まれる場合の光線の経路を模式的に表した図である。なお，図１５は，測定対象物である円盤状のウェーハ１の端部（測定部）における断面をその断面に垂直な方向（ウェーハ１の半径方向）から見た図，図１６は，ウェーハ１の端部（測定部）を表裏の面に垂直な方向から見た図である。また，図１５及び図１６において，Ｒ１はウェーハ１に対する光束の投光方向（平行光成分Ｌpの方向）を表す。また，不図示のカメラが，投光方向Ｒ１に対向する方向に向けて配置され，ウェーハ１の投影像を撮像する。
測定対象物に投光される光束のうち，平行光成分Ｌpは，ウェーハ１の正しい輪郭形状を表す投影像を結像させるが，図１５及び図１６に示されるように，前記非平行光成分Ｌnは，それが直接，或いはウェーハ１の表面（表裏各面や端面）に反射した後にカメラに入射する光となり，投影像における輪郭のボケや回析縞の発生の原因となるという問題点があった。
また，ウェーハに投光される光束から非平行光成分を十分に除去することができても，その投光方向と前記測定対象物における前記測定部の表裏各面との平行度が十分でなければ，即ち，投光方向に対して前記測定部の表裏各面が傾いていれば，前記光投影測定法（投影像に基づく形状測定）によって正しい形状測定を行うことができない状況が生じ得るという問題点もあった。特に，ウェーハのように厚みの薄い測定対象物は，製造上のばらつきや重力等によって若干の撓み（湾曲した形状）を有している場合があり，その撓みが投光方向に対する前記測定部の傾きを生じさせることがある。
図１７は，前記光投影測定法において，測定対象物に対する投光方向Ｒ１と測定対象物における測定部の表裏各面とに傾きが生じている場合の光線の経路を模式的に表した図である。なお，図１７は，測定対象物である円盤状のウェーハ１の端部（測定部）における断面をその断面に垂直な方向（ウェーハ１の半径方向）から見た図である。
図１７に示すように，投光方向Ｒ１と測定部の表裏各面とに傾きが生じている場合，カメラによって撮像される投影像は，本来の投影像よりも大きく，また，本来の投影像とは全く異なる形状となる。

ところで，前記測定対象物の周方向における複数箇所の前記測定部について形状測定を行う場合，前記測定対象物の一方の面の中央部を吸着支持した状態で回転させ，これにより前記測定部の位置決めを行えば効率的な測定を行うことができる。
しかしながら，中央部が吸着支持された前記測定対象物を回転させた場合，前記測定対象物の撓み等に起因して，投光方向と前記測定部の表裏各面との平行度が十分でない状態になり得る。前述したように，前記光投影測定法においては前記測定対象物に投光される光束から非平行光成分が十分に除去されていても，前記測定対象物の撓み等に起因して，投光方向と前記測定対象物における前記測定部の表裏各面との平行度が十分でなければ，正しい形状測定を行うことができない場合がある（図１７参照）。

従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端面の形状をその投影像に基づいて測定する場合に，測定対象物に投光される光束に非平行光成分が極力含まれないようにし，さらに，投光方向と測定対象物の表裏各面との平行状態を確保して正しい形状測定を行うことができる形状測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る形状測定装置は，円盤状の測定対象物の端部である測定部に対し前記測定対象物の表裏各面に平行な方向から光束を投光する投光手段と，その投光方向に対向する方向から前記測定部の投影像を撮像する撮像手段と，前記測定対象物をその一方の面の中央部を吸着することにより支持する中央吸着支持手段と，前記中央吸着支持手段により支持された前記測定対象物における前記測定部に対し中央側の位置で前記測定対象物の一方の面を前記投光方向に対して平行に支持する平行支持手段とを備え，前記投光手段が，点光源と，前記点光源の出射光を通過させつつ前記投光方向においてコリメートするコリメータレンズと，前記コリメータレンズから前記測定対象物側へ向かう光束の一部の通過を遮断するものであって，前記投光方向から見た前記撮像手段の撮像範囲の輪郭線から外側の範囲である撮像外範囲の光の通過を遮断する１又は複数のマスクとを具備し，前記撮像手段により得られた前記投影像に基づいて前記測定対象物の端面の形状を測定するものであることが考えられる。
前記平行支持手段は，前記測定部の表裏各面の前記投光方向に対する傾きを矯正するものである。
このような構成を備えた本発明に係る形状測定装置によれば，前記測定対象物の周方向における複数箇所の前記測定部の形状を効率的に測定できるとともに，投光方向と前記測定部の表裏各面との平行度を十分に確保して高精度での形状測定を行うことができる。
ここで，前記平行支持手段のより具体的な構成としては，次の（１）〜（３）のいずれかに示す構成が考えられる。
（１）前記平行支持手段が，前記測定対象物の一方の面に対し，前記投光方向に対して平行な直線上もしくは平面上の複数の位置で点接触することにより，前記測定対象物を支持する。以下，この平行支持手段を第１平行支持手段と称する。
（２）前記平行支持手段が，前記測定対象物の一方の面に対し，前記投光方向に対して平行な直線に沿って当接することにより，前記測定対象物を支持する。以下，この平行支持手段を第２平行支持手段と称する。
（３）前記平行支持手段が，前記測定対象物の一方の面を前記投光方向に対して平行な面で吸着することにより前記測定対象物を支持する。以下，この平行支持手段を第３平行支持手段と称する。
前記第１平行支持手段によれば，前記測定対象物の表面に対する支持部の接触面積を小さくできる。一方，前記第３平行支持手段によれば，前記測定対象物の表面に対する支持部の接触圧力（単位面積当たりの押圧力）を小さくできる。
また，本発明に係る形状測定装置が，さらに，次の（４）に示す構成要素を備えればなお好適である。
（４）前記平行支持手段を前記測定対象物の一方の面に対して離接させる平行支持部移動手段。
これにより，前記測定対象物における前記測定部の切り替えのために，前記測定対象物を前記中央吸着支持手段により支持された状態で回転させる際に，前記平行支持手段を前記測定対象物から離れた状態に待避させることができ，前記測定対象物の損傷を防止できる。

本発明によれば，半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端面の形状をその投影像に基づいて測定する場合に，測定対象物に投光される光束に非平行光成分が極力含まれないようにし，さらに，投光方向と測定対象物の表裏各面との平行状態を確保して正しい形状測定を行うことができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｘの概略平面図，図２は形状測定装置Ｘの概略側面図，図３は形状測定装置Ｘが備える第１実施例に係るマスクの正面図，図４は形状測定装置Ｘが備える第２実施例に係るマスクの開口部を表す図，図５は形状測定装置Ｘが備える第３実施例に係るマスクの開口部を表す図，図６は形状測定装置Ｘが第１実施例に係るマスクを備える場合のカメラの撮像範囲の像を表す図，図７は形状測定装置Ｘが第２実施例に係るマスクを備える場合のカメラの撮像範囲の像を表す図，図８は形状測定装置Ｘが第３実施例に係るマスクを備える場合のカメラの撮像範囲の像を表す図，図９は形状測定装置Ｘが備える第１実施例に係る平行支持機構Ｙ１の概略構成を表す図，図１０は形状測定装置Ｘが備える第２実施例に係る平行支持機構Ｙ２の概略構成を表す図，図１１は形状測定装置Ｘが備える第３実施例に係る平行支持機構Ｙ３の概略構成を表す図，図１２は形状測定装置Ｘにおける測定対象物に投光される光線の経路を模式的に表した第１の図，図１３は形状測定装置Ｘにおける測定対象物に投光される光線の経路を模式的に表した第２の図，図１４は形状測定装置Ｘが備えるマスクの開口部の一例を表す断面図，図１５は光投影測定法において測定対象物に投光される光束に非平行光成分が含まれる場合の光線の経路を模式的に表した第１の図，図１６は光投影測定法において測定対象物に投光される光束に非平行光成分が含まれる場合の光線の経路を模式的に表した第２の図，図１７は光投影測定法において測定対象物に対する投光方向と測定部の表裏各面とに傾きが生じている場合の光線の経路を模式的に表した図である。

本発明に係る形状測定装置Ｘは，円盤状の測定対象物であるウェーハ１（半導体ウエェーハ）の面取り加工された端部に対し，そのウェーハ１の表裏各面に平行な方向から投光部によって光を投光するとともに，その投光方向に対向する方向からカメラ７ａによってウェーハ１の端部（以下，測定部という）の投影像を撮像し，その投影像に基づいてウェーハ１の端面の形状や厚みを測定する装置である。
ウェーハ１は，例えば，半径１５０［ｍｍ］程度，厚み０．８［ｍｍ］程度のシリコン等の半導体からなり，その外周端（周面）部分が面取り加工されている。
以下，図１に示す平面図及び図２に示す側面図を参照しつつ，形状測定装置Ｘの構成について説明する。なお，図２において，図１に示す構成要素のうちの一部が省略されている。
図１及び図２に示すように，形状測定装置Ｘは，投光用の光学系（投光手段の一例）である投光部として点光源２と，その点光源２の光を平行光とするコリメータレンズ３と，マスク８とを備えている。
前記点光源２は，例えば白色ＬＥＤの光を３００μｍ〜４００μｍ程度の直径のピンホールを通じて出射する光源等である。この点光源２の光の出射部（ピンホール）は，コリメータレンズ３の焦点位置に配置されている。
前記コリメータレンズ３は，前記点光源２の出射光を通過させつつ，ウェーハ１の前記測定部に向かう方向であって，その測定部おける表裏両面に平行な方向（投光方向）においてコリメート（平行光化）するレンズである。
前記マスク８は，開口部８ｏが形成された板状の部材であり，前記コリメータレンズ３からウェーハ１側へ向かう光束を前記開口部８ｏに通過させることにより，その光束の一部の通過を遮断するものである。その詳細については後述する。なお，図１及び図２に示す形状測定装置Ｘは，２つの前記マスク８を備えているが，前記マスク８は，１つのみ或いは３つ以上設けられることも考えられる。
前記マスク８を通過後の平行光の光束は，ウェーハ１の表裏各面に平行な方向Ｒ１からウェーハ１の端面を含む測定部（縁部）に対して投光される。

さらに，形状測定装置Ｘは，ウェーハ１に対する投光方向Ｒ１に対向する方向Ｒ２からウェーハ１の端面を含む測定部（縁部）の投影像を撮像するカメラ７ａ（撮像手段に相当）として，第１のレンズ４及び第２のレンズ６を備えたレンズ部と，そのレンズ部に内蔵された絞り５と，イメージセンサ７（ＣＣＤ等）とを備えている。
前記第１のレンズ４，前記第２のレンズ６及び前記絞り５は，テレセントリックレンズを構成し，それを通過した光がイメージセンサ７に入力されることにより，イメージセンサ７によってウェーハ１の測定部（縁部）の投影像が撮像される。
前記マスク８（ウェーハ１に最も近いもの）と前記第１のレンズ４との間隔（距離）は，例えば２００［ｍｍ］程度に設定され，ウェーハ１の縁部は，それらの間の光束（平行光）の光路中に配置されている。
このように，形状測定装置Ｘは，平行光をウェーハ１に投光することにより，ウェーハ１が，その平行光の光軸方向（投光方向Ｒ１）の奥行き長さが長いものであっても，イメージセンサ７において，輪郭のボケの程度が小さい良好な投影像を得ることができる。また，干渉性の強い単波長光ではなく，多波長成分を有する白色ＬＥＤを用いた点光源２を採用することにより，ウェーハ１が，投光方向Ｒ１の奥行き長さが長いものであっても，イメージセンサ７において投影像の輪郭の近傍に発生する回折縞が少ない良好な撮像画像を得ることができる。

形状測定装置Ｘは，さらに，中央吸着支持機構９と，画像処理装置１０と，制御装置１１と，平行支持部２１とを備えている。
画像処理装置１０は，イメージセンサ７による撮像画像（ウェーハ１の投影像を含む画像）に基づく画像処理を実行する演算装置であり，例えば，予めその記憶部に記憶された所定のプログラムを実行するＤＳＰ（Digital Signal Processor）やパーソナルコンピュータ等である。この画像処理装置１０は，イメージセンサ７による撮像画像（投影像）について予め定められた画像処理を実行することにより，ウェーハ１の端面形状の指標値を算出する。なお，画像処理装置１０は，制御装置１１からの制御指令に従って，イメージセンサ７による撮像画像（画像データ）の入力，及びその撮像画像に基づく画像処理を実行する。
また，中央吸着支持機構９は，円盤状のウェーハ１をその一方の面（例えば，下面）の中央部を真空吸着することにより支持する。さらに，中央吸着支持機構９は，ウェーハ１をその中央部（中心点Ｏw）を回転軸としてその周方向に回転駆動及び停止させることに
より，ウェーハ１の周方向におけるいずれの位置の端部を前記測定部として光束の光路中に位置させるかを調節する装置でもある。中央吸着支持機構９は，ウェーハ１の支持角度（回転角度）を検出する角度検出センサとして不図示の回転エンコーダを備え，その検出角度に基づいてウェーハ１の支持位置（支持角度）の位置決めを行う。なお，中央吸着支持機構９は，制御装置１１からの制御指令に従って，ウェーハ１の支持位置の位置決めを行う。
制御装置１１は，ＣＰＵ及びその周辺装置を備えた計算機であり，そのＣＰＵが，予めその記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより，画像処理装置１０及び中央吸着支持機構９を制御する（制御指令を出力する）装置である。

次に，図３〜図８を参照しつつ，形状測定装置Ｘに設けられるマスク８の実施例について説明する。なお，図３は，第１実施例に係るマスク８１の正面図，図４及び図５は，それぞれ第２実施例及び第３実施例に係るマスク８２，８３の開口部８ｏ２，８ｏ３の図である。また，図６〜図８は，それぞれ前記第１実施例〜第３実施例に係るマスク８１〜８３を備える場合の前記イメージセンサ７（カメラ７ａ）の撮像範囲の像（方向Ｒ２から見た像）を表す図である。また，図３〜図５に示される波線は，前記測定部の投影像１’の輪郭形状を表す。また，図６〜図８において，斜線部分は，前記マスク８（８１〜８３）により光が遮断される領域を表す。
なお，前記撮像範囲とは，前記カメラ７ａによる撮像画像の画像領域全体に相当する範囲，即ち，形状測定のための画像処理の対象となり得る画像領域全体（前記イメージセンサ７により得られる画像データの全画像領域）に相当する範囲を意味する（図６〜図８における輪郭線７１から内側の範囲）。

前記第１実施例に係るマスク８１は，その開口部８ｏ１の形状が前記撮像範囲の輪郭線７１の形状と同じ矩形であり，その開口部８ｏ１の外側の範囲の光束の通過を遮断するものである。
例えば，前記マスク８１の開口部８ｏ１は，図６（ａ）に示すように，その輪郭線７２が前記撮像範囲の輪郭線７１と一致している場合が考えられる。この場合，前記マスク８１は，前記コリメータレンズ３からウェーハ１側へ向かう光束のうち，前記投光方向Ｒ１から見た前記カメラ７ａの撮像範囲の輪郭線７１から外側の範囲，即ち，図６における斜線領域（以下，撮像外範囲という）の光の通過を遮断する。
また，前記マスク８１の開口部８ｏ１は，図６（ｂ）に示すように，その輪郭線７２が前記撮像範囲の輪郭線７１の内側かつ測定部の投影像１’の外側の範囲に位置する場合も考えられる。この場合，前記マスク８１は，前記撮像範囲の内側かつ前記投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像１’の外側の範囲に位置する境界線（開口部８ｏ１の輪郭線７２）の外側の範囲の光の通過を遮断する。
従って，前記マスク８１は，前記コリメータレンズ３からウェーハ１側へ向かう光束のうち，前記撮像外範囲（斜線領域）に加え，前記撮像範囲の輪郭線７１から内側の範囲であって，前記投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像の輪郭線に対して間隔を隔てた範囲，即ち，図６（ｂ）における縦線領域（前記撮像内側縁部範囲の一例）についても光の通過を遮断する。

また，前記第２実施例に係るマスク８２は，その開口部８ｏ２（図４参照）が，投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像１’の輪郭形状を拡大した形状（投影像１’の輪郭形状に相似の形状）にほぼ等しい輪郭形状を有するものであり，その開口部８ｏ２の外側の範囲の光束の通過を遮断するものである。
例えば，前記マスク８２の開口部８ｏ２は，図７（ａ），（ｂ）に示すように，その輪郭線７２が前記撮像範囲の輪郭線７１の内側かつ測定部の投影像１’の外側の範囲に位置する。これにより，前記マスク８２は，前記撮像範囲の内側かつ前記投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像１’の外側の範囲に位置する境界線（開口部８ｏ２の輪郭線７２）の外側の範囲の光の通過を遮断する。
従って，前記マスク８２は，前記コリメータレンズ３からウェーハ１側へ向かう光束のうち，前記撮像外範囲（斜線領域）に加え，前記撮像範囲の輪郭線７１から内側の範囲であって，前記投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像１’の輪郭線に対して間隔を隔てた範囲，即ち，図７（ａ），（ｂ）における縦線領域（以下，撮像内側縁部範囲という）についても光の通過を遮断する。
また，前記第３実施例に係るマスク８３は，投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像１’の輪郭線に沿ってＵ字状に湾曲した帯状に形成された開口部８ｏ３（図５参照）を有し，その開口部８ｏ３の外側の範囲の光束の通過を遮断するものである。
これにより，前記マスク８３は，図８に示すように，前記コリメータレンズ３を通過してウェーハ１側へ向かう光束のうち，前記撮像外範囲（斜線領域）と，前記撮像内側縁部範囲（縦線領域）と，記投光方向Ｒ１における前記測定部の投影像１’の内側の一部の範囲（前記投影像内範囲に相当）とについて，光の通過とを遮断する。

次に，図１２及び図１３を参照しつつ，形状測定装置Ｘにおけるウェーハ１（測定対象物）に投光される光線の経路について説明する。なお，図１２は，ウェーハ１の端部（測定部）における断面をその断面に垂直な方向（ウェーハ１の半径方向）から見た図（図１におけるＡ−Ａ断面の図），図１３は，ウェーハ１の端部（測定部）を表裏の面に垂直な方向から見た図である。
前述したように，前記コリメータレンズ３を通過後の光束に非平行光成分Ｌnが含まれ
る場合，その非平行光成分Ｌnは，ウェーハ１に至る過程でウェーハ１の投影像の範囲か
ら比較的大きく外れた位置を通過する場合が多い。しかしながら，形状測定装置Ｘにおいては，図１２，図１３に示されるように，前記マスク８により，前記コリメータレンズ３からウェーハ１に至る過程において，ウェーハ１の投影像の範囲から比較的大きく外れた位置での光の通過が遮断されるので，ウェーハ１に投光される光束に非平行光成分Ｌnが極力含まれないようにできる。
また，前記コリメータレンズ３を通過後の光束に，ウェーハ１に至る過程でウェーハ１の投影像の範囲内の位置を通過し，その後，ウェーハ１の位置から外れて前記カメラ７ａの受光範囲に到達する非平行光成分が含まれることも考え得る。そのような場合でも，形状測定装置Ｘが前記第３実施例に係るマスク８３を備えれば，ウェーハ１に投光される光束から，より確実に非平行光成分Ｌnを除去することができる。
また，複数の前記マスク８が，投光方向Ｒ１に沿って間隔を隔てて配列されることにより，前段（投光方向Ｒ１における上流側）のマスク８を通過してしまった前記非平行光成分Ｌnが，後段のマスク８によって遮断される可能性が高くなる。このため，前記マスク８は，１つである場合よりも，前記投光方向Ｒ１に沿って複数配列された場合の方が，より確実に非平行光成分Ｌnを除去することができる。
ここで，複数の前記マスク８は，形状及び大きさが同じ前記開口部８ｏが形成されたものが，投光方向Ｒ１から見て開口部８ｏが完全に重なるように配置されることが一般的である。しかしながら，複数の前記マスク８は，それぞれ大きさや形が異なるものであってもよい。その場合，複数の前記マスク８は，投光方向Ｒ１から見たときのそれらの開口部８ｏの重なる部分が，図３〜図８に例示した開口部８ｏ１〜８ｏ３の形状の要件を満たす構成を有することが考えられる。

図１４は，前記マスク８における開口部８ｏを含む一部の投光方向Ｒ１における断面図の一例である。
図１４（ａ）〜（ｃ）に示す例は，前記マスク８における開口部８ｏの縁部における前記投光方向Ｒ１の上流側の面及び下流側の面の一方又は両方が，テーパ状に形成された例である。これにより，前記開口部８ｏの縁部は，前記投光方向Ｒ１の断面において頭頂部（波線枠内の部分）が形成される形状となっている。この図１４（ａ）〜（ｃ）に示す例のように，前記マスク８における開口部８ｏの縁部は，前記投光方向Ｒ１における厚みが極力薄く形成され，前記投光方向Ｒ１に沿う平面が形成されていないことが望ましい。これにより，ウェーハ１に向かう光束が，前記マスク８の開口部８ｏを通過しつつその縁部に反射して測定に悪影響を及ぼすことを防止できる。
また，前記マスク８が，表面に黒アルマイト処理が施されたアルミニウム製の板状部材や，表面に起毛処理が施された板状部材であることが考えられる。これにより，前記マスク８により遮断された光が反射して測定に悪影響を及ぼすことを防止できる。
また，前記マスク８が，前記開口部８ｏの縁部（遮光部）を前記投光方向Ｒ１に直角の方向に変位可能とする変位機構（例えば，スライド機構等）を備えることも考えられる。これにより，前記測定部の形状や大きさに応じて前記開口部８ｏの形状や大きさを変更することが可能となり好適である。
また，１つ又は複数の前記マスク８が，前記コリメータレンズ３から前記ウェーハ１に至る光束の光路中と，前記ウェーハ１から前記カメラ７ａに至る光束の光路中との両方に配置されることも考えられる。
これにより，前記ウェーハ１に到達した光束の一部の成分が，万一，前記ウェーハ１の表面に反射してしまった場合でも，その反射光が前記カメラ７ａの撮像範囲に混入して形状測定に悪影響を及ぼすことを防止できる。

ところで，形状測定装置Ｘにより，ウェーハ１の周方向における複数箇所の前記測定部について形状測定を行う場合，前記中央吸着支持機構９により，ウェーハ１の中央部を吸着支持した状態で回転させ，これによりウェーハ１の位置決めを行えば効率的な測定を行うことができる。
しかしながら，図１７に示したように，ウェーハ１の撓み等に起因して，投光方向Ｒ１と前記測定部の表裏各面との平行度が十分でない状態になった場合，ウェーハ１に投光される光束から非平行光成分Ｌnが十分に除去されていても，正しい形状測定を行うことができない場合がある。
そこで，形状測定装置Ｘは，前記中央吸着支持機構９により支持されたウェーハ１における前記測定部に対し中央側の位置において，ウェーハ１の一方の面を投光方向Ｒ１に対して平行に支持する前記平行支持部２１及びその移動機構を含む平行支持機構Ｙを備えている。

以下，図９〜図１１を参照しつつ，形状測定装置Ｘが備える平行支持機構Ｙの実施例（第１実施例〜第３実施例）について説明する。
まず，図９を参照しつつ，第１実施例に係る平行支持機構Ｙ１について説明する。なお，図９（ａ），（ｂ）は，ウェーハ１を支持する状態にある平行支持機構Ｙ１を投光方向Ｒ１に対向する方向Ｒ２から見た図（ａ）及び投光方向Ｒ１に直交する方向（ウェーハ１の半径方向）から見た図である。また，図９（ｃ）は，ウェーハ１から離間した状態にある平行支持機構Ｙ１を投光方向Ｒ１に直交する方向から見た図である。
平行支持機構Ｙ１は，前記中央吸着支持機構９により支持されたウェーハ１における前記測定部（図９〜図１１における波線８ａで囲まれた部分）に対し直近中央側の位置でウェーハ１の一方の面を投光方向Ｒ１に対して平行に支持する平行支持部２１を備えている。ここで，前記平行支持機構Ｙ１による支持位置は，ウェーハ１における前記カメラ７ａの撮像範囲の外側（直近中央側）であることが望ましい。この第１実施例における前記平行支持部２１は，その支持部（先端）が半球状に形成され，ウェーハ１の一方の面に対し，投光方向Ｒ１に対して平行な直線上の複数の位置（図９に示す例では２箇所）で点接触することによって前記測定対象物を支持する。この平行支持部２１は，前記測定部の表裏各面の投光方向Ｒ１に対する傾きを矯正するものである。
例えば，前記平行支持部２１は，ウェーハ１の表裏各面に垂直な方向における支持位置（先端の位置）が，前記中央吸着支持機構９の支持位置（吸着部の位置）に対してわずかに（例えば，０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度）ずれて配置されることにより，ウェーハ１の表面を押圧するよう設けられている。
この平行支持部２１によりウェーハ１を支持すれば，投光方向Ｒ１と前記測定部の表裏各面との平行度を十分に確保して高精度での形状測定を行うことができる。また，この平行支持部２１によれば，ウェーハ１の表面に対する接触面積を小さくできる。
なお，前記平行支持部２１が，ウェーハ１の一方の面に対し，投光方向Ｒ１に対して平行な平面上の３つ以上の位置で点接触することによってウェーハ１を支持する（例えば，３点支持する）ことも考えられる。

さらに，平行支持機構Ｙ１は，前記平行支持部２１をウェーハ１の一方の面（支持面）に対して離接させる移動機構を備えている（前記平行支持部移動手段の一例）。
前記移動機構は，例えば，支持台２２，弾性付勢部材２３，当接部２４及び不図示のアクチュエータを備えている。
前記支持台２２は，前記平行支持部２１が固定されてこれを支持する部材であり，前記当接部２４は，所定位置に固定されて前記支持台２２に当接する部分である。また，前記弾性付勢部材２３（バネやゴム等）は，前記支持台２２を前記当接部２４の方向に弾性付勢するものであり，前記アクチュエータは，前記制御装置１１からの制御指令に応じて，前記支持台２２を前記当接部２４から離間させる方向に変位させる状態（前記弾性付勢部材２３の付勢力に抗して変位させる状態）とその変位を解除した状態とを切り替えるものである。
前記弾性付勢部材２３の付勢力によって前記支持台２２を前記当接部２４に当接させることにより，前記平行支持部２１は，その複数の支持部（先端）が投光方向Ｒ１に対して平行な直線上に並ぶように位置決めされる。
この移動機構により，ウェーハ１における前記測定部の切り替えのために，ウェーハ１を前記中央吸着支持機構９により回転させる際に，前記平行支持部２１をウェーハ１から離れた状態に待避させることができ，ウェーハ１の損傷（平行支持部２１との擦れによる損傷）を防止できる。
以上に示した移動機構は，前記弾性付勢部材２３の付勢力を利用するものである。しかしながら，前記移動機構が，エアシリンダや電動シリンダ等のアクチュエータによって前記平行支持部２１を位置決めすることにより，その平行支持部２１をウェーハ１の一方の面（支持面）に対して離接させる機構であることも考えられる。

次に，図１０を参照しつつ，第２実施例に係る平行支持機構Ｙ２について説明する。但し，平行支持機構Ｙ２も，前記平行支持機構Ｙ１が備える前記移動機構を備えるが，図１０において，その移動機構の記載は省略されている。なお，図１０（ａ），（ｂ）は，ウェーハ１を支持する状態にある平行支持機構Ｙ２を投光方向Ｒ１に対向する方向Ｒ２から見た図（ａ）及び投光方向Ｒ１に直交する方向（ウェーハ１の半径方向）から見た図である。また，図１０（ｃ）は，平行支持機構Ｙ２をウェーハ１の表裏各面に垂直な方向から見た図である。
平行支持機構Ｙ２が備える平行支持部２１’（前記平行支持部２１に相当するもの）は，断面が半円状である先端部が投光方向Ｒ１に平行な直線方向に伸びる稜線を形成する。そして，前記平行支持部２１’は，前記中央吸着支持機構９により支持されたウェーハ１における前記測定部に対し直近中央側の位置において，ウェーハ１の一方の面に対し，投光方向Ｒ１に対して平行な直線に沿ってその先端部が当接することによりウェーハ１を支持する。
この平行支持部２１’によりウェーハ１を支持すれば，投光方向Ｒ１と前記測定部の表裏各面との平行度を十分に確保して高精度での形状測定を行うことができる。また，この平行支持部２１’によれば，ウェーハ１の表面に対する接触面積を比較的小さくできるとともに，ウェーハ１の表面に対する接触圧力（単位面積当たりの押圧力）も比較的小さくできる。

次に，図１１を参照しつつ，第３実施例に係る平行支持機構Ｙ３について説明する。但し，平行支持機構Ｙ３も，前記平行支持機構Ｙ１が備える前記移動機構を備えるが，図１１において，その移動機構の記載は省略されている。なお，図１１（ａ），（ｂ）は，ウェーハ１を支持する状態にある平行支持機構Ｙ３を投光方向Ｒ１に対向する方向Ｒ２から見た図（ａ）及び投光方向Ｒ１に直交する方向（ウェーハ１の半径方向）から見た図である。また，図１１（ｃ）は，平行支持機構Ｙ３をウェーハ１の表裏各面に垂直な方向から見た図である。
平行支持機構Ｙ３が備える平行支持部２１”（前記平行支持部２１に相当するもの）は，その平面状の先端部に空気吸引用の多数の空気穴２１ａが設けられ，前記中央吸着支持機構９により支持されたウェーハ１における前記測定部に対し直近中央側の位置において，ウェーハ１の一方の面を，投光方向Ｒ１に対して平行な面で真空吸着することによりウェーハ１を支持する。
この平行支持部２１”によりウェーハ１を支持すれば，投光方向Ｒ１と前記測定部の表裏各面との平行度を十分に確保して高精度での形状測定を行うことができる。また，この平行支持部２１”によれば，ウェーハ１の表面に対する接触圧力（単位面積当たりの押圧力）を小さくできる。また，前記平行支持部２１”は，ウェーハ１の面を強制的に吸着するので，ウェーハ１の傾きの矯正力が高い。

本発明は，主として半導体ウェーハ，その他，ハードディスク用のアルミサブストレートやガラスサブストレート等の円盤状の測定対象物の端面の形状測定への利用が可能である。

本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｘの概略平面図。 形状測定装置Ｘの概略側面図。 形状測定装置Ｘが備える第１実施例に係るマスクの正面図。 形状測定装置Ｘが備える第２実施例に係るマスクの開口部を表す図。 形状測定装置Ｘが備える第３実施例に係るマスクの開口部を表す図。 形状測定装置Ｘが第１実施例に係るマスクを備える場合のカメラの撮像範囲の像を表す図。 形状測定装置Ｘが第２実施例に係るマスクを備える場合のカメラの撮像範囲の像を表す図。 形状測定装置Ｘが第３実施例に係るマスクを備える場合のカメラの撮像範囲の像を表す図。 形状測定装置Ｘが備える第１実施例に係る平行支持機構Ｙ１の概略構成を表す図。 形状測定装置Ｘが備える第２実施例に係る平行支持機構Ｙ２の概略構成を表す図。 形状測定装置Ｘが備える第３実施例に係る平行支持機構Ｙ３の概略構成を表す図。 形状測定装置Ｘにおける測定対象物に投光される光線の経路を模式的に表した第１の図。 形状測定装置Ｘにおける測定対象物に投光される光線の経路を模式的に表した第２の図。 形状測定装置Ｘが備えるマスクの開口部の一例を表す断面図。 光投影測定法において測定対象物に投光される光束に非平行光成分が含まれる場合の光線の経路を模式的に表した第１の図。 光投影測定法において測定対象物に投光される光束に非平行光成分が含まれる場合の光線の経路を模式的に表した第２の図。 光投影測定法において測定対象物に対する投光方向と測定部の表裏各面とに傾きが生じている場合の光線の経路を模式的に表した図。

Ｘ ：形状測定装置
１ ：ウェーハ
２ ：点光源
３ ：コリメータレンズ
４ ：第１のレンズ
５ ：絞り
６ ：第２のレンズ
７ ：イメージセンサ
７ａ：カメラ
８ ：マスク
９ ：中央吸着支持機構
１０：画像処理装置
１１：制御装置
２１，２１’，２１”：平行支持部
２２：支持台
２３：弾性付勢部材
２４：当接部

Claims (5)

1. 円盤状の測定対象物の端部である測定部に対し前記測定対象物の表裏各面に平行な方向から光束を投光する投光手段と，その投光方向に対向する方向から前記測定部の投影像を撮像する撮像手段と，前記測定対象物をその一方の面の中央部を吸着することにより支持する中央吸着支持手段と，前記中央吸着支持手段により支持された前記測定対象物における前記測定部に対し中央側の位置で前記測定対象物の一方の面を前記投光方向に対して平行に支持する平行支持手段と，を備え，
   前記投光手段が，
   点光源と，
   前記点光源の出射光を通過させつつ前記投光方向においてコリメートするコリメータレンズと，
   前記コリメータレンズから前記測定対象物側へ向かう光束の一部の通過を遮断するものであって，前記投光方向から見た前記撮像手段の撮像範囲の輪郭線から外側の範囲である撮像外範囲の光の通過を遮断する１又は複数のマスクと，を具備し，
   前記撮像手段により得られた前記投影像に基づいて前記測定対象物の端面の形状を測定することを特徴とする形状測定装置。
2. 前記平行支持手段が，前記測定対象物の一方の面に対し，前記投光方向に対して平行な直線上もしくは平面上の複数の位置で点接触することにより，前記測定対象物を支持してなる請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記平行支持手段が，前記測定対象物の一方の面に対し，前記投光方向に対して平行な直線に沿って当接することにより，前記測定対象物を支持してなる請求項１に記載の形状測定装置。
4. 前記平行支持手段が，前記測定対象物の一方の面を前記投光方向に対して平行な面で吸着することにより前記測定対象物を支持してなる請求項１に記載の形状測定装置。
5. 前記平行支持手段を前記測定対象物の一方の面に対して離接させる平行支持部移動手段を具備してなる請求項１〜４のいずれかに記載の形状測定装置。

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