JP4558929B2 - 平面度測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＣＤ用などの大型フォトマスク基板や半導体ウエーハ等の板状体の平面度測定装置に関し、特に、自重や外圧によって撓みなどの変形を生じやすい板状体の平面度を高精度で効率よく測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ用のフォトマスク基板などの大型のガラス板の平面度を測定するには、石定盤上にガラス板を置き、隙間をシックネスゲージなどで測定していたが、ガラス板が薄い場合、自重によってガラス板が石定盤になじむように変形してしまい、正確な平面度の測定が困難であった。
【０００３】
他に板状体の平面度測定手段として、光干渉法、レーザ反射法等が知られている。
光干渉法は、基準表面と測定対象表面間の距離の差によって形成される干渉縞を利用して測定する方法であるため、表面が研磨光沢面を有する透明材料に測定対象物が限定される。また、透明材料であっても研磨前や研磨途中の光沢面が形成されない状態では原理的に平面度を測定することができない。
【０００４】
また、干渉縞を利用しているため、一般に平面度が数１０μｍ程度以下の大きさのものしか測定できず、大きな撓みや反りを伴う場合の平面度を測定することができない。さらに、干渉縞を平面度に換算する複雑な解析作業を要し、直接的に平面度を数値で得ることが面倒であった。
【０００５】
レーザ反射法は、測定対象面をレーザ光で走査し、表面状態の変化による反射光のフレをセンサで検知して平面度を測定する方法であるが、走査面が狭いため大面積のものを測定することが困難で、反りが少なく平面度が比較的良好なものしか測定できない。
【０００６】
図４に示すように、シリコンウエハーの周縁部を保持する保持装置を備えた環状ホルダーが回転自在に鉛直に設けられており、垂直に保持したウエーハを回転させ、環状ホルダーを収容することのできる溝の両側にセンサを設けた計測装置によってウエーハを走査し、平坦度、反り、厚み等の形状を測定するようにしたものがある。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】
従来の平面度測定装置では、板状体の自重による撓みによって周縁部の測定値に誤差を生じるといった問題があった。特に、この現象は板状体が薄いもの、また、大きなものになるほど顕著となり、平面度の測定において大きな誤差要因となっていた。
また、自重による撓みを防止するために測定対象物を垂直に保持する方式を採用したものであっても、円形以外の形状のものや大きな形状のものの平坦度を計測することは困難であった。
【０００８】
この発明は、従来の平面度測定技術の欠点を解消し、板状体、特に、寸法的に大型で板状体のソリや表面の性状、あるいは、材料の光学的性質を問わず、表面を傷つけることなく、また、保持手段によって測定対象物に変形を生じさせず、高効率、高精度で測定できるようにすることである。
【０００９】
【課題の解決手段】
測定対象の板状体を垂直に立て、板状体を当てピン付き吸着パッドによって保持することにより板状体が自重によって撓むのを防止するとともに保持部材によって板状体が変形するのを防止し、板状体の表面を３次元測定器などの接触型の外形測定装置によって平面度を測定するようにした。
【００１０】
板状体を垂直に保持することによって、従来の水平に置いた場合のような自重による変形が防止され、板状体自身の水平度を正確に測定することができる。また、板状体を垂直に保持する吸着パッドは、中央部に板状体に接触する当てピンを有しているので、吸着パッドの吸引力による板体の変形が防止される。
【００１１】
【実施例】
図１に示すように、平面度測定装置は、板状体保持装置１と外形測定装置２とから構成される。
【００１２】
保持装置１は、基台１０と基台１０に対して直立する保持板１１、保持板１１の前面に設けた支持台１２、及び保持板１１の表面に設けた吸着パッド１３から構成される。
【００１３】
保持板１１の角が切り取ってあり、ガラスなどの板状体４を保持板１１にセットするときに邪魔にならないようにしてあり、後側には控え部材が基台１０の間に設けてあり、保持板の垂直度が狂わないようにしてある。
吸着パッド１３は、その中心に２〜３ｍｍφの当てピン１４が設けてあり、背面には真空ポンプ３に接続されるホース１５が保持板１０を貫通して取り付けてある。当てピンの材質は金属、樹脂、セラミックなど特に問わないが、剛性があり伸縮のないものが好ましい。吸着パッドは密着性の高いものが好ましく、吸着面のサイズは測定される板状体の厚み、大きさ等から変形が許容される最小サイズが望ましい。５００ｍｍ×５００ｍｍ×５ｍｍ厚さの板状体の場合には吸着面は１０ｍｍφ程度が好ましく、これより大きいと吸着面に応力の発生による変形が生じ、測定精度上問題となる可能性がある。
【００１４】
外形測定装置は、表面検出器（変位計）を測定ヘッドに装着し、変位計を物体の表面に沿って移動させることによって正確な外形形状を測定するもので、変位計には接触型や非接触型のものがある。非接触型の変位計としては、静電容量式、渦電流式、レーザー干渉式、レーザービーム式等があり、測定対象物を傷つけたり接触圧で変形させることがないということでは非接触型のレーザービームタイプのものが好ましいが、被測定物の材質や表面状態に左右されることなく測定でき、又、大掛かりな装置を必要とすることない接触型の変位計を用いることが実用上適している。接触型としては、電気マイクロメータ、３次元座標測定機のタッチシグナルプローブ等を用いることができる。
【００１５】
図１に示す外形測定装置２は、接触型である３次元測定装置として示されており、基盤２０と基盤２０に沿って移動するフレーム２１、フレーム２１から水平に張り出しているビーム２２、ビーム２２の端部に設けた伸縮可能なアーム２３及びアーム２３に装着した変位計２４から構成されており、測定対象物の表面全域に渡り変位計が移動できるようになっている。
【００１６】
平面度を測定する場合は、測定対象物の板状体４を支持台１２の上に垂直に置き、真空ポンプ３を作動させ、吸着パッド１３によって吸着して固定する。測定対象物の板状体４は、吸着パッド１３に引き寄せられて当てピン１４にあたる。
板状体４は、３箇所の吸着パッド１３の中央部の当てピン１４によって垂直に支持され、吸着パッド１３の吸着力が吸着パッド１３の全領域に分散され、吸着によって板状体４が変形するのが防止され、平面度の測定精度をあげることができる。
【００１７】
＃１７０のダイヤモンド研削面に仕上げた５００ｍｍ×８００ｍｍ×１０ｍｍ厚さの石英ガラス板を石定盤上に水平に置き、隙間をシックネスゲージで測定したところ平面度は１０μｍであった。同じ板状体を吸着面サイズ１０ｍｍφの３個の吸着パッドと、接触型３次元測定装置からなる本発明の平面度測定装置で測定したところ、平面度は４５μｍであった。
このように従来の測定方法では、自重によって周縁部が変形して石定盤になじみ、平面度の測定値が小さくでる傾向が見られたが、本発明の平面度測定装置によれば、自重による変形が排除され、正確な測定が可能になる。
【００１８】
【発明の効果】
測定対象物の板状体を垂直に保持することによって、従来の水平に置いた場合のような自重による変形が防止され、板状体の平面度を正確に測定することができる。また、板状体の表面を３次元測定器などの接触型の測定装置によって平面度を測定するようにしたので、板状体の材質や表面状態に左右されることなく測定が可能となり、また、構造が単純であり、保守が容易である。
板状体を保持板に保持する吸着パッドには、中央部に板状体に接触する当てピンを設けたので吸着による板状体の変形が防止され、平面度の測定を正確におこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】平面度測定装置の側面図。
【図２】平面度測定装置の正面図。
【図３】平面度測定装置の保持部の斜視図。
【図４】従来の半導体ウエーハの平面度測定装置。
【符号の説明】
１ 保持装置
２ ３次元測定装置
１０ 基台
１１ 保持板
１２ 支持台
１３ 吸着パッド
１４ 当てピン

Claims (2)

1. 測定対象の板状体を垂直に保持する保持装置と板状体表面の外形形状を計測する接触型の外形測定装置からなる板状体の平面度測定装置であって、保持装置は、基台とこの基台に対して直立すると共に上辺の角が切り取ってある保持板、この保持板の前面に設けた支持台、及び保持板の表面に設けた中央に当てピンを有する吸着パッドで構成され、外形測定装置は、測定対象板状体に沿って移動するフレーム、このフレームから水平に張り出しているビーム、このビームの端部に設けた伸縮可能なアーム及びこのアームに装着した変位計から構成される板状体の平面度測定装置。
2. 請求項１において、保持板を垂直に維持する控え部材が保持板と基台の間に設けてある板状体の平面度測定装置。

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