JPH0961150A

JPH0961150A - 平面度及び応力測定装置

Info

Publication number: JPH0961150A
Application number: JP21717495A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Horiuchi; 敏行堀内
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】平面度測定、応力測定のいずれに対しても１
台で最適な測定を行う。【解決手段】試料ステージ２ａでは、支持面の形状が
輪形である円周支持部５が平面支持部４の周囲に設けら
れている。図２（ａ）のような状態で被測定物１を載置
すると、被測定物１は平面支持部４によって支持され
る。これにより、平面度測定に必要な被測定物１の支持
条件を得ることができ、被測定物１の平面度を測定する
ことができる。図２（ｂ）のような状態で被測定物１を
載置すると、被測定物１は円周支持部５によって支持さ
れる。これにより、応力測定に必要な被測定物１の支持
条件を得ることができるので、膜付着前後の反りをそれ
ぞれ測定すれば、反りの変化量から膜応力を求めること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
薄い被測定物の平面度や被測定物上に形成された付着膜
の応力を測定する平面度及び応力測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ等の鏡面形状物体の表面の
平面度、反りあるいは厚さむら等を測定するため、各種
の平面度測定装置が使われている。測定原理は色々ある
が、光の干渉を利用する装置が多い。図８は従来の代表
的な平面度測定装置として利用されているフィゾー干渉
計の測定原理を示す図であり、１は半導体ウエハ等の被
測定物、３１はレーザ光を発する光源、３２はハーフミ
ラー、３３はレンズ、３４はオプチカルフラット等の平
面度の基準とする参照平面３５を持つ基準平面体、３６
はスクリーンである。

【０００３】この種の装置は、例えば「谷田貝豊彦著、
「応用光学−光計測入門−」、丸善、初版、1988.8.30
」（以下、参考文献１とする）の１２８〜１２９頁
や、「末田哲夫著、「オプトロニクス技術活用のための
光部品の使い方と留意点」、オプトロニクス社、増補改
訂版、1994.9.10 」（以下、参考文献２とする）の２８
１〜２８７頁等に開示されている。この平面度測定装置
においては、参照平面３５を持つ基準平面体３４を被測
定物１の表面に近接させて設置し、光源３１からのレー
ザ光等の可干渉光を被測定物１に照射する。基準平面体
３４の参照平面３５と被測定物１の表面との間隔をｄと
するとき、参照平面３５からの反射光と測定表面からの
反射光とは２×ｄの光路差を生じて互いに干渉しあう。

【０００４】これらの反射光は、この光路差２×ｄが測
定光波長の整数倍のときに位相が合致するため強め合
い、光路差２×ｄが測定光波長の（整数＋１／２）倍の
ときには位相が反対になるため打ち消し合う。この結
果、参照平面３５と被測定物１の表面との間隔ｄに応じ
た明暗干渉縞分布がスクリーン３６上で観察され、参照
平面３５に対する測定表面の平面度が求められる。ただ
し、この方法では、１／２波長の間隔変化に対して１本
の割合で干渉縞を生ずるため、被測定物１の反りが大き
いと干渉間隔が密になり過ぎて読み取れない場合があ
る。

【０００５】そこで、図９に示すように、プリズムを利
用して被測定物の斜め方向から光を照射することによ
り、干渉縞間隔を疎にしたり、照射角度を変えて干渉縞
間隔を可変にした装置も考案されている。図９におい
て、３７は反射鏡、３８は被測定物１の表面と対向する
下面が上記参照平面となるプリズムである。このような
構成において、反射鏡３７の傾きを可変とすれば、干渉
縞間隔が可変となる。

【０００６】図９の方式では、参考文献１の１２９〜１
３０頁に開示されているように、被測定物１への測定光
入射角をθ、測定光の波長をλ、プリズム３８と被測定
物１の表面との間隔をｄ、この間隔空間の屈折率をｎ０
とすれば、プリズム３８の下面で反射する光と被測定物
１の表面で反射する光の位相差φは次式となる。 φ＝４×π×ｎ０×ｄ×ｃｏｓθ／λ ・・・（１）したがって、ｎ０＝１とすれば、ｄ＝λ／（２×ｃｏｓ
θ）間隔で干渉縞が生じる。こうして、図８の例と同様
に被測定物１の表面の平面度を求めることができる。

【０００７】光の干渉を利用して平面度を測定する原理
はこのほかにも数多く知られており、例えば参考文献１
の１２７〜１２８頁や参考文献２の２８０〜２８１頁に
開示されているトワイマングリーン干渉計、参考文献１
の１３１〜１３５頁に開示されている位相変調干渉法、
参考文献２の２８６〜２９２頁に開示されている位相測
定干渉計、参考文献１の１３８〜１４１頁に開示されて
いるホログラフィ干渉法、同１４２〜１４３頁に開示さ
れているオートコリメーション法などの方法を用いる装
置が使用されている。

【０００８】一方、上記のように光学的に被測定物の平
面度を測定するのではなく、図１０に示すごとくギャッ
プセンサを用いる平面度測定装置も存在する。図１０に
おいて、２は被測定物１をほぼ水平に支持する試料ステ
ージ、４１は装置の基台、４２は被測定物１の水平方向
の位置を調整するためのＸＹステージ、４３は被測定物
１の垂直方向の位置を調整するためのＺステージ、４４
は被測定物１の平面度を測定するギャップセンサであ
る。また、４５、４６、４７はギャップセンサ４４を基
台４１に固定するためのギャップセンサホルダ、支持
梁、支柱である。

【０００９】この平面度測定装置では、鉛直方向への振
れが非常に小さいＸＹステージ４２を用いて被測定物１
を載置した試料ステージ２を水平方向に動かす。これに
より、ギャップセンサ４４は被測定物１の表面を走査
し、被測定物１の平面度を測定する。なお、Ｚステージ
４３は、被測定物１の厚さ又は高さに応じてギャップセ
ンサ４４と被測定物１の表面との間隔を測定可能な値に
調整する。ギャップセンサ４４としては、非接触式のギ
ャップセンサであることが好ましく、静電容量式のもの
が良く使われているが、渦電流式のギャップセンサ、フ
ォトニックセンサ等任意の種類のギャップセンサを使用
することができる。

【００１０】ところで、図８〜１０の従来の平面度測定
装置において、被測定物１を載置する試料ステージ（図
８〜１０では図１０のみ記載）は、平坦な支持面で被測
定物１を支持することを基本としていた。図１１は従来
の平面度測定装置における最も一般的な試料ステージの
断面図である。被測定物１は、試料ステージ２ｅの表面
で平面支持される。試料ステージ２ｅには、真空吸着溝
５０が設けてあり、必要に応じて被測定物１を真空吸着
保持することができる。

【００１１】図１２は従来の平面度測定装置における他
の試料ステージの断面図である。試料ステージ２ｆの上
面には多くの微小突起５１が存在し、被測定物１は微小
突起５１の先端を連ねる平面で支持される。また、図１
２（ｂ）に示すように、試料ステージ２ｆの周囲を可撓
膜５２で塞いで、微小突起５１間の空気を真空ポンプ等
で吸引すれば、被測定物１を微小突起５１が形成する平
面に真空吸着することもできる。

【００１２】ところで、以上の平面度測定装置は、被測
定物の平面度、反りあるいは厚さむら等を測定するだけ
でなく、被測定物上に膜を形成する際の膜付着前後にお
ける被測定物の反りの変化の測定や付着膜の応力測定に
も利用することができる。例えば、膜付着によって被測
定物の反りが変化する量を検出して膜応力を求める場
合、膜付着によって、元々平坦な薄い円板状の被測定物
が曲率半径ρの円弧状に反ったとすれば、膜応力σは次
式で計算される。 σ＝Ｅｓ×ｔｓ² ／｛６×（１−νｓ）×ｔｆ×ρ｝・・・（２）ここで、Ｅｓ、νｓ、ｔｓはそれぞれ被測定物のヤング
率、ポアソン比、厚さであり、ｔｆは膜の厚さである。

【００１３】中心から半径ｒの位置で測定した被測定物
の反り量をδとすれば、幾何学的な関係から次式が得ら
れる。 ρ＝ｒ² ／（２×δ）・・・（３）式（３）より、式（２）は次式のように変形でき、反り
量δから膜応力σが求まる。 σ＝Ｅｓ×ｔｓ² ×δ／｛３×（１−νｓ）×ｔｆ×ｒ² ｝・・・（４）このようにして膜応力σを求める際は、膜付着前後の被
測定物の反り量を比較し、反り量の変化が膜応力σによ
るものと考えて膜応力σを算出する。

【００１４】この用途で主に利用するため、平面度測定
装置ではなく、応力測定装置として作られている装置も
存在し、反り量δから膜応力σを自動的に計算したり、
被測定物内の反り量から膜応力σの分布を計算する装置
も開示されている。しかし、被測定物が薄いと、被測定
物の自重が反り量の測定に大きな影響を及ぼすようにな
る。例えば、実験によると、平坦な面で支持するときほ
ぼ反りがない公称厚さ６２５μｍ、直径６インチのシリ
コンウエハの周辺を支持すると、このウエハは約１４μ
ｍも撓んだ。よって、被測定物が半導体ウエハ等の薄い
物体の場合には、自重が及ぼす影響を考慮することが必
要不可欠の条件となる。

【００１５】図１３は被測定物を平面支持するときの自
重が及ぼす影響を説明するための断面図である。図１３
（ｂ）は、図１３（ａ）のような無重力下で反りがない
被測定物１を平坦な支持面を有する試料ステージ２ｇに
載置した場合を示す。また、図１３（ｄ）は、図１３
（ｃ）のような下に凸の反りを有する被測定物１を試料
ステージ２ｇに載置した場合を示し、図１３（ｆ）は、
図１３（ｅ）のような上に凸の反りを有する被測定物１
をステージ２ｇに載置した場合を示す。図１３（ｄ）で
は被測定物１が中央で支持されて周辺が自重で撓み、ま
た図１３（ｆ）では被測定物１が周辺で支持されて中央
が自重で撓むため、被測定物１の反りは矯正されて小さ
くなる。

【００１６】このように、ステージ２ｇが平坦である
と、薄い被測定物１が無重力下で反っている場合でも反
りがほとんど無いかのような形状となる。このため、膜
応力を求めるために膜付着の前後で被測定物１の反りを
測定する際、被測定物１の自重の分だけ無重力下での本
来の反り量より小さく測定されてしまうことがあった。
よって、例えば無重力下で元々上に凸の反りを有してい
た被測定物が自重の影響でほとんど反っていないかのよ
うに測定され、そして膜付着後には無重力下で下に凸に
反るにも拘らず、自重の影響でほとんど反っていないか
のように測定されるといった最悪の場合には、膜付けに
よって本来は被測定物の反りが大きく変化しているにも
拘らず、見掛け上は反りがほとんど変化しないので、膜
応力が非常に小さいかのような誤った測定をしないとも
限らなかった。

【００１７】そして、通常の平面度測定装置や応力測定
装置の使用環境では、重力が必ず存在する。したがっ
て、重力があっても膜応力を正確に測定できるようにし
なければならない。それには、被測定物の反りの形態に
よらずに、被測定物が同じ箇所で支持されるようにする
必要がある。被測定物が無重力下で上に凸でも下に凸で
も、被測定物が同じ箇所で支持されれば、自重による影
響は常に同じとなる。従来の応力測定装置の中には、こ
の点を鑑み、被測定物を搭載する試料ステージを平面支
持のステージではなく３点支持としたものも存在する。
被測定物を３点支持のように局部的に支持すれば、被測
定物が無重力下で上に凸でも下に凸でも平坦でも、被測
定物は同じ支持点で常に同じように支持される。

【００１８】よって、被測定物は自重によって常に撓む
ものの、膜付着によって被測定物の反りが変わっても自
重の影響は同じとなる。これにより、膜付着の前後で被
測定物の反りの変化を測定すれば、反りの変化は純粋に
膜応力に対応し、膜応力が正確に求まる。しかし、被測
定物をこのように膜応力の測定に都合が良い局部支持で
支えると、薄い被測定物は自重によって常に撓むため、
平面度や厚さむらの測定を行うときにはこの撓みが誤差
となる。逆に、被測定物全体を平坦な試料ステージで支
えると、上述のように反りの変化量や応力測定を行うと
きに誤差が生じる。したがって、平面支持を行う平面度
測定装置では膜応力を測定することができず、局部支持
を行う応力測定装置では平面度を測定することはできな
い。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の平
面度測定と応力測定では、測定原理が共通であるにも拘
らず、被測定物を載置する試料ステージが異なるため、
１台の装置で平面度測定と応力測定を行うことができな
いという問題点があった。本発明は、上記課題を解決す
るためになされたもので、平面度測定、応力測定のいず
れに対しても１台で最適な測定を行うことができる平面
度及び応力測定装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の平面度及び応力
測定装置は、請求項１に記載のように、被測定物を載置
するための平坦な支持面を有する平面支持部と、被測定
物を局部的に支持する局部支持部とを備えた試料ステー
ジを有し、試料ステージは、平面支持部と局部支持部の
うちのどちらで被測定物を支持するかを選択可能なもの
である。このような構成により、平面度測定のときは平
面支持部で被測定物を支持し、応力測定のときは局部支
持部で被測定物を支持するというように、平面度測定、
あるいは応力測定に応じて被測定物の支持条件を容易に
変えることができる。

【００２１】また、請求項２に記載のように、試料ステ
ージは、平面支持部と局部支持部のうちのどちらで被測
定物を支持するかを選択可能なものであり、かつ局部支
持部で支持する場合に、周辺支持部、中央支持部、中間
支持部のうちのいずれで被測定物を支持するかを選択可
能なものである。このような構成により、応力測定にお
いて、被測定物の支持箇所を周辺支持、中央支持、中間
支持のうちの少なくとも２つ以上の中から適切に選択す
ることができ、膜付着前後の反りの絶対値を小さくする
ことができる。

【００２２】また、請求項３に記載のように、平面支持
部は、被測定物を真空吸着又は静電吸着する手段を有す
るものである。また、請求項４に記載のように、周辺支
持部、中央支持部、中間支持部は、被測定物を真空吸着
又は静電吸着する手段を有するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の平面度及び応力測
定装置の基本動作を説明するためのブロック図である。
１は半導体ウエハ等の被測定物、２は試料ステージ、１
０は被測定物載置ステージ機構部、１１は機構部１０の
基台、１２は被測定物１の水平方向の位置を調整するた
めの移動ステージ（ＸＹステージ）、１３は被測定物１
の垂直方向の位置を調整するための高さ調整部（Ｚステ
ージ）、１４は後述する被測定物表面位置検出部に対す
る被測定物１の傾きを調整するための傾斜角調整部、１
５は測定前の被測定物１を格納するための被測定物格納
部、１６は被測定物１を試料ステージ２へ運ぶ搬送機
構、１７は被測定物１を一定方向に揃えるオリエンテー
ション部である。

【００２４】また、１８は被測定物１の平面度や反りを
測定する被測定物表面位置検出部１９は被測定物載置ス
テージ機構部１０、被測定物表面位置検出部１８を制御
するコンピュータ、２０はコンピュータ１９に測定開始
などを指示するための操作部、２１はＣＲＴや液晶ディ
スプレイ等からなる測定結果表示部、２２はビデオプリ
ンタや画面コピー機等からなる記録部である。

【００２５】被測定物表面位置検出部１８は、例えば図
８〜１０に示した構成（ただし、図１０の場合にはギャ
ップセンサとそれを固定する構成のみが対象となる）を
有するものであり、上述した動作により被測定物１の平
面度や反りを測定する。移動ステージ１２は、被測定物
１の水平方向（図１左右方向及び紙面に垂直な方向）の
位置を調整する。また、この移動ステージ１２が水平方
向に動くことにより、検出部１８が被測定物１を走査す
ることもある。

【００２６】また、高さ調整部１３は検出部１８に対す
る被測定物１の高さ方向の位置を調整し、傾斜角調整部
１４は検出部１８に対する傾きを調整する。また、高さ
調整部１３と傾斜角調整部１４が１つの機構で構成され
ることもある。半導体ウエハ等の特定の厚さ、形状を持
つ被測定物１を専門的に測定する装置では、被測定物１
を収納する被測定物格納部１５を設け、ここから被測定
物１を順次取り出し、搬送機構１６によって試料ステー
ジ２に運ぶものが多い。なお、本実施形態では、被測定
物格納部１５が１つとなっているが、測定前と測定後の
被測定物１を別々に格納する方式が一般的である。

【００２７】また、オリエンテーション部１７は、被測
定物１に設けられたオリエンテーションフラット等を利
用して被測定物１の方向を検出し、被測定物１を一定方
向に揃える。また、試料ステージ２に被測定物１の方向
を決める図示しない機構を付加した装置もある。次に、
コンピュータ１９は、被測定物載置ステージ機構部１
０、被測定物表面位置検出部１８、測定結果表示部２１
及び記録部２２の制御や、測定結果の算出等を行う。操
作部２０は測定開始の指示、表示する測定結果の指示等
をコンピュータ１９に対して行う。

【００２８】平面度の測定結果は、測定結果表示部２１
に等高線として表示される。このとき、被測定物表面位
置検出部１８が図８あるいは図９のように平面度を光学
的に測定する構成をとる場合は、干渉縞を図示しない撮
像管やＣＣＤ等で捉えれば、干渉縞がそのまま等高線と
して表示される。

【００２９】被測定物表面位置検出部１８が図１０のよ
うにギャップセンサを使って平面度を測定する構成をと
る場合には、被測定物１の座標と高さとの関係から、コ
ンピュータ１９によって等高線が計算され、測定結果表
示部２１に表示される。また、被測定物１の任意の断面
について、被測定物１の高さを画像で表示したり、被測
定物１の凹凸を鳥瞰図で表示したりする場合もある。

【００３０】また、応力測定の場合には、検出部１８に
よって測定された膜付着前後の各反り量をコンピュータ
１９が表示部２１に表示させて、測定者がこの反り量か
ら膜応力を計算するか、あるいはコンピュータ１９が反
り量から膜応力を計算し、その結果を表示部２１に表示
させる。そして、測定結果表示部２１に表示された内容
は記録部２３によって印刷することができる。

【００３１】以上の説明は、平面度及び応力測定装置の
代表例を示したものであり、説明した機能のうち、一部
の機能のみを有するものや、更に他の機能を追加した装
置が存在することは言うまでもない。

【００３２】実施形態１．次に、本発明の主要構成部で
ある試料ステージについて詳細に説明する。図２は本発
明の１実施形態を示す平面度及び応力測定装置の試料ス
テージの断面図である。２ａは試料ステージ、３は試料
ステージ２ａの基台、４は被測定物１を載置するための
平坦な支持面を有する平面支持部、５は被測定物１の周
辺部を支持するための周辺支持部となる円周支持部、８
は被測定物１が試料ステージ２ａから滑り落ちるのを防
ぐ滑落防止突起である。

【００３３】本実施形態の試料ステージ２ａでは、支持
面の形状、すなわち図２上方から見た被測定物１との接
触面の形状が輪形である円周支持部５が支持面の形状が
円形である平面支持部４の周囲に設けられている。な
お、被測定物１と接触する円周支持部５の先端は、ナイ
フエッジ等の尖った形状が望ましい。

【００３４】そして、平面支持部４と円周支持部５は、
図示しない機構により相対的に上下動するようになって
いる。平面支持部４と円周支持部５が相対的に上下動す
るようにせしめるには、平面支持部４を基台３に固定し
て円周支持部５を上下動させてもよく、円周支持部５を
固定して平面支持部４を上下動させてもよい。また、平
面支持部４と円周支持部５が両方とも上下動するように
してもよい。

【００３５】このとき、平面支持部４と円周支持部５が
上下動しても被測定物１の表面の高さがあまり変わらな
いようにすると、被測定物１の平面度を検出する図１の
検出部１８と被測定物１との距離を再調整する手間が減
り便利である。また、被測定物１は鏡面研磨されたもの
が多いため、試料ステージ２ａから滑り落ちないように
する対策が必要である。円周支持部５の外側に設けた滑
落防止突起８はそのために設けた突起である。よって、
被測定物１は、この滑落防止突起８と少なくとも１点で
接触していることが有り得る。

【００３６】この滑落防止突起８は、被測定物１の形状
を考慮し、任意の箇所、形状で設けて良い。また、本実
施形態では、試料ステージ２ａの基台３に滑落防止突起
８を取り付けているが、被測定物１の滑落防止という目
的を満たすものであれば、平面支持部４や円周支持部５
に取り付けてもよい。

【００３７】図２（ａ）は円周支持部５を平面支持部４
よりも相対的に下げた状態を示し、平面支持部４の支持
面が円周支持部５の支持面と同じかそれより上に来る。
よって、半導体ウエハ等の被測定物１を試料ステージ２
ａに載置すると、被測定物１は平面支持部４、あるいは
平面支持部４と同じ高さの円周支持部５及び平面支持部
４によって支持される。

【００３８】これにより、平面度測定に必要な被測定物
１の支持条件（平面支持）を得ることができ、図１の被
測定物表面位置検出部１８により被測定物１の平面度を
測定することができる。

【００３９】一方、図２（ｂ）は円周支持部５を平面支
持部４よりも相対的に上げた状態を示し、円周支持部５
の支持面が平面支持部４の支持面より上に来る。よっ
て、被測定物１を載置すると、被測定物１は円周支持部
５によってその周辺部を支持される。このように、被測
定物１の周辺を局部的に支持すれば、被測定物１が無重
力下で上に凸でも下に凸でも平坦でも、被測定物１は同
じ支持点で常に同じように支持される。

【００４０】これにより、膜付着によって被測定物１の
反りが変わっても、自重の影響は同じとなる。こうし
て、応力測定に必要な被測定物１の支持条件を得ること
ができるので、図１の検出部１８によって膜付着前後の
反りをそれぞれ測定すれば、反りの変化量から膜応力を
求めることができる。

【００４１】実施形態２．図３は本発明の他の実施形態
を示す平面度及び応力測定装置の試料ステージの断面図
であり、図２と同様の構成には同一の符号を付してあ
る。２ｂは試料ステージ、４ａは平面支持部４と同様に
平坦な支持面を有する平面支持部、６は被測定物１の中
央部を支持するための中央支持部である。

【００４２】本実施形態の試料ステージ２ｂでは、平面
支持部４ａの中央に中央支持部６が設けられている。そ
して、図示しない機構により平面支持部４ａと中央支持
部６が相対的に上下動するようになっている。平面支持
部４ａと中央支持部６が相対的に上下動するようにせし
めるには、平面支持部４ａを基台３に固定して中央支持
部６を上下動させてもよく、中央支持部６を固定して平
面支持部４ａを上下動させてもよい。また、平面支持部
４ａと中央支持部６が両方とも上下動するようにしても
よい。

【００４３】このとき、平面支持部４ａと中央支持部６
が上下動しても被測定物１の表面の高さがあまり変わら
ないようにすると、被測定物１の平面度を検出する図１
の検出部１８と被測定物１との距離を再調整する手間が
減り便利である。

【００４４】図３（ａ）は中央支持部６を平面支持部４
ａよりも相対的に下げた状態を示し、平面支持部４ａの
支持面が中央支持部６の支持面と同じかそれより上に来
る。よって、被測定物１を試料ステージ２ｂに載置する
と、被測定物１は平面支持部４ａ、あるいは平面支持部
４ａと同じ高さの中央支持部６及び平面支持部４ａによ
って支持される。こうして、実施形態１と同様に平面度
測定に必要な被測定物１の支持条件を得ることができ
る。

【００４５】なお、本実施形態の平面支持部４ａは、中
央支持部６を設けたために中央部が欠けているので、被
測定物１が中央部で凹むことが有り得る。この中央部が
ないことによる被測定物１の凹みを考慮すると、中央支
持部６を平面支持部４ａと同じ高さにした方が望まし
い。

【００４６】一方、図３（ｂ）は中央支持部６を平面支
持部４ａよりも相対的に上げた状態を示し、中央支持部
６の支持面が平面支持部４ａの支持面より上に来る。よ
って、被測定物１を載置すると、被測定物１は中央支持
部６によってその中央部を支持される。こうして、実施
形態１と同様に応力測定に必要な被測定物１の支持条件
を得ることができる。

【００４７】実施形態３．図４は本発明の他の実施形態
を示す平面度及び応力測定装置の試料ステージの断面図
であり、図２と同様の構成には同一の符号を付してあ
る。２ｃは試料ステージ、４ｂは平面支持部４と同様に
平坦な支持面を有する平面支持部、７は被測定物１の中
間部を支持するための中間支持部となる３点支持部であ
る。

【００４８】本実施形態の試料ステージ２ｃでは、球
状、円錐状、あるいは多角錐状などの先端形状を有する
３つの突起体からなる３点支持部７が平面支持部４ｂの
中程に設けられている。そして、図示しない機構により
平面支持部４ｂと３点支持部７が相対的に上下動するよ
うになっている。

【００４９】平面支持部４ｂと３点支持部７が相対的に
上下動するようにせしめるには、平面支持部４ｂを基台
３に固定して３点支持部７を上下動させてもよく、３点
支持部７を固定して平面支持部４ｂを上下動させてもよ
い。また、平面支持部４ｂと３点支持部７が両方とも上
下動するようにしてもよい。このとき、平面支持部４ｂ
と３点支持部７が相対的に上下動しても被測定物１の表
面の高さがあまり変わらないようにすると、被測定物１
の平面度を検出する図１の検出部１８と被測定物１との
距離を再調整する手間が減り便利である。

【００５０】図４（ａ）は３点支持部７を平面支持部４
ｂよりも相対的に下げた状態を示し、平面支持部４ｂの
支持面が３点支持部７の支持面と同じかそれより上に来
る。よって、被測定物１を試料ステージ２ｃに載置する
と、被測定物１は平面支持部４ｂ、あるいは平面支持部
４ｂと同じ高さの３点支持部７及び平面支持部４ｂによ
って支持される。こうして、実施形態１と同様に平面度
測定に必要な被測定物１の支持条件を得ることができ
る。

【００５１】なお、本実施形態の平面支持部４ｂは、３
点支持部７を設けたために中間部が部分的に欠けている
ので、被測定物１が中間部で凹むことが有り得る。この
中間部がないことによる被測定物１の凹みを考慮する
と、３点支持部７を平面支持部４ｂと同じ高さにした方
が望ましい。

【００５２】一方、図４（ｂ）は３点支持部７を平面支
持部４ｂよりも相対的に上げた状態を示し、３点支持部
７の支持面が平面支持部４ｂの支持面より上に来る。よ
って、被測定物１を載置すると、被測定物１は３点支持
部７によってその中間部を３点支持される。こうして、
実施形態１と同様に応力測定に必要な被測定物１の支持
条件を得ることができる。

【００５３】実施形態４．図５、６は本発明の他の実施
形態を示す平面度及び応力測定装置の試料ステージの断
面図であり、図２〜図４と同様の構成には同一の符号を
付してある。２ｄは試料ステージ、４ｃは平面支持部４
と同様に平坦な支持面を有する平面支持部である。

【００５４】本実施形態の試料ステージ２ｄでは、周辺
支持部となる円周支持部５が平面支持部４ｃの周囲に設
けられ、中央支持部６が平面支持部４ｃの中央に設けら
れ、中間支持部となる３点支持部７が平面支持部４ｃの
中程に設けられている。そして、図示しない機構により
平面支持部４ｃ、円周支持部５、中央支持部６、３点支
持部７が相対的に上下動するようになっている。

【００５５】このとき、平面支持部４ｃ、円周支持部
５、中央支持部６、３点支持部７が相対的に上下動して
も被測定物１の表面の高さがあまり変わらないようにす
ると、被測定物１の平面度を検出する図１の検出部１８
と被測定物１との距離を再調整する手間が減り便利であ
る。

【００５６】図５（ａ）は平面支持部４ｃが最も上にな
るようにした状態を示している。よって、被測定物１を
試料ステージ２ｄに載置すると、被測定物１は平面支持
部４ｂによって支持される。こうして、実施形態１と同
様に平面度測定に必要な被測定物１の支持条件を得るこ
とができる。なお、本実施形態の平面支持部４ｃは、円
周支持部５、中央支持部６、３点支持部７を設けたため
にその１部が欠けているので、被測定物１がその部分で
凹むことが有り得る。この被測定物１の凹みを考慮する
と、円周支持部５、中央支持部６及び３点支持部７を平
面支持部４ｃと同じ高さにした方が望ましい。

【００５７】一方、図５（ｂ）は円周支持部５が最も上
になるようにした状態を示し、図６（ａ）は中央支持部
６が最も上になるようにした状態を示し、図６（ｂ）は
３点支持部７が最も上になるようにした状態を示してい
る。よって、被測定物１を載置すると、被測定物１は円
周支持部５、中央支持部６又は３点支持部７のいずれか
によって支持される。こうして、実施形態１と同様に応
力測定に必要な被測定物１の支持条件を得ることができ
る。

【００５８】このように、円周支持部５、中央支持部
６、３点支持部７のうちのいずれで被測定物１を支持す
るかを選択可能にするのは、以下のような理由による。
膜応力を測定する際、被測定物１は無重力下で平坦とは
限らず、元々反りを有していることが多いが、膜付着前
の被測定物１の元々の反りや、膜付着によって被測定物
１が上下どちらに反るか等を考慮して、被測定物１の支
持箇所を適切に選択すれば、膜付着前後の反りの絶対値
を小さくすることができ、測定分解能を高めることがで
きる。

【００５９】図７は支持条件を変えたときの被測定物１
の撓みの変化を示す図であり、Ｐ５は円周支持部５によ
る支持点（被測定物１との接触点）、Ｐ６は中央支持部
６による支持点、Ｐ７は３点支持部７による支持点であ
る。図７（ｂ）に示すように、無重力下で平坦な被測定
物１を円周支持部５（支持点Ｐ５）で支えると、下に凸
の反りが生じ、図７（ｃ）に示すように、中央支持部６
（支持点Ｐ６）で支えると、上に凸の反りが生じる。

【００６０】これに対して、図７（ａ）のように、この
被測定物１を３点支持部７（支持点Ｐ７）で支えると、
被測定物１は、その自重により、支持点Ｐ７の内側と外
側で逆方向に反る。このため、図７（ｂ）に示す周辺支
持や図７（ｃ）に示す中央支持の場合より反りの絶対値
が小さくなる。

【００６１】したがって、このように被測定物１の支持
箇所を適切に選択すると、自重による撓みを含めた膜付
着前の反りがなるべく小さくなるようにすることができ
る。また、自重による撓みを含めた膜付着前の反りが膜
付着によって生ずる反りと反対の方向になるようにして
おけば、膜付着後の反りの絶対値を小さくすることがで
きる。

【００６２】こうして、膜付着前後の反りの絶対値を小
さくすると、測定分解能を高めることができる。すなわ
ち、図１の平面度及び応力測定装置において、図８ある
いは図９のように平面度を光学的に測定する検出部１８
を用いている場合、反りの絶対値が小さくなることは、
干渉縞の間隔が大きくなることを意味し、計測し易くな
って精度が上がる。

【００６３】また、図１０のようにギャップセンサを用
いる検出部１８を用いている場合、反りの絶対値が小さ
くなることは、測定ギャップ範囲を小さくできることを
意味し、測定分解能を上げることができる。これによ
り、膜応力を正確に求めることができる。なお、膜付着
前後の反りは同一の支持条件で測定する。

【００６４】実施形態５．実施形態１〜４では、平面支
持部４、４ａ〜４ｃの上方から見た形状を円形とした
が、被測定物１の形状に応じた他の形状であってもよ
い。

【００６５】また、実施形態１、４では、輪形の円周支
持部５を用いたが、これも被測定物１の形状に応じて、
例えば４辺形などの他の形状であってもよい。また、周
辺支持部として円周支持部５を用いたが、円周支持部５
の代わりの周辺支持部として、球状、円錐状又は多角錐
状等の先端形状を有する突起体を３箇所に設けた３点支
持部を用い、被測定物１の周辺部を３点支持してもよ
い。また、円周支持部５の代わりの周辺支持部として、
独立した複数の円弧状の支持面を有する円弧支持部を用
い、被測定物１の周辺部をこれら円弧で支持してもよ
い。

【００６６】また、実施形態２、４では、上方から見た
形状が円形の中央支持部６を用いたが、その他の形状で
あってもよい。また、実施形態３、４では、中間支持部
として３点支持部７を用いたが、３点支持部７の代わり
の中間支持部として、独立した複数の円弧状の支持面を
有する円弧支持部を用い、被測定物１の中間部をこれら
円弧で支持してもよい。

【００６７】実施形態６．また、本発明の他の実施形態
として、図２〜６に示すように、平面支持部４、４ａ〜
４ｃの支持面に真空吸着溝９（この溝９の形状は図２〜
６上方から見ると、同心円状、半径方向に延びる放射状
など様々である）を設け、図示しない真空ポンプによっ
て溝９の空気を排気するようにしてもよい。このような
真空吸着溝９、真空ポンプからなる真空吸着手段によ
り、被測定物１を平坦に真空吸着保持することができ
る。

【００６８】なお、このとき平面支持部４、４ａ〜４ｃ
の支持面に設けるのは、真空吸着溝７でなく真空吸着孔
でもよい。また、平面支持部４、４ａ〜４ｃ内部に電極
を埋め込み、この電極と被測定物１間の平面支持部４、
４ａ〜４ｃを誘電体層とし、電極間に電圧を印加するこ
とによって被測定物１を静電吸着保持する静電チャック
を設けてもよい。このような静電チャックからなる静電
吸着手段により、被測定物１を平坦に静電吸着保持する
ことができる。

【００６９】実施形態７．また、本発明の他の実施形態
として、図２〜図６の円周支持部５（周辺支持部）、中
央支持部６、３点支持部７（中間支持部）に真空吸着孔
（図３、５、６の９ａ）を設けて、実施形態６と同様に
真空吸着を行ったり、円周支持部５、中央支持部６、３
点支持部７の内部に静電チャックを設けて、静電吸着を
行ったりしてもよい。

【００７０】これは、例えば中央支持部６で被測定物１
を支持すると、ただ載置するだけでは被測定物１が不安
定となり易い。仮に被測定物１が傾いてその周辺が平面
支持部に接触すると、被測定物１は中央支持部６と平面
支持部の双方に支持される。そして、被測定物１の周辺
のどこがどのように平面支持部上に自重の一部を投ずる
かによって、被測定物１の反りが変化してしまう。そこ
で、中央支持部６に真空吸着孔９ａあるいは静電チャッ
クを設けることにより、被測定物１が滑り落ちないよう
にすることができ、被測定物１を中央支持部６のみによ
って支持することができる。

【００７１】その他の円周支持部５、３点支持部７につ
いても同様であり、被測定物１が滑り落ちることを防止
することができる。なお、吸着保持面積を小さくすれ
ば、真空吸着や静電吸着を行っても、被測定物１の反り
はほとんど変わらない。

【００７２】実施形態８．以上の各実施形態では、平面
支持部４、４ａ〜４ｃ、円周支持部５、中央支持部６、
３点支持部７が、各々上下方向に単純に動くものとして
説明したが、要はどれかの支持部に切り替えて支持でき
ればよい。したがって、被測定物１が載置される位置ま
で各支持部が水平方向に動くという直線移動を行った
り、未使用時に水平あるいは斜めになっている支持部が
使用時に垂直に起きるという回転移動を行ったりして切
り替わるようにしても良い。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、試料ステージを平面支
持部と局部支持部のうちのどちらで被測定物を支持する
かを選択可能なものとすることにより、平面度測定、あ
るいは応力測定に応じて被測定物の支持条件を容易に変
えることができる。よって、被測定物を平面支持部で支
持すれば、各種リソグラフィ装置、エッチング装置、イ
オン注入装置等、平坦な載置面を持つ各種プロセス装置
に被測定物を載置するときの平面度を測定することがで
きる。また、被測定物を局部支持部で支持すれば、膜付
着前後における被測定物の反りの変化を純粋に膜応力に
対応させることができ、膜応力を正確に求めることがで
きる。また、膜付けだけでなく、イオン注入、エッチン
グ、酸化等各種プロセスを施した際の被測定物の反りの
変化についても正確に測定できる。こうして、平面度測
定、応力測定のいずれに対しても１台の装置で最適な測
定を行うことができる。

【００７４】また、局部支持部で支持する場合に、周辺
支持部、中央支持部、中間支持部のうちのいずれで被測
定物を支持するかを選択可能なものとすることにより、
応力測定において、被測定物の元々の反りや付着膜の応
力の方向を考慮した支持条件を周辺支持部、中央支持
部、中間支持部のうちの少なくとも２つ以上の中から選
択することができるので、膜付着前後の反りの絶対値を
小さくすることができ、測定分解能を高めることができ
る。

【００７５】また、被測定物を真空吸着又は静電吸着す
る手段を平面支持部に設けることにより、平坦な載置面
を持つ各種プロセス装置に被測定物を真空吸着矯正や静
電吸着矯正して載置するときの平面度を求めることがで
きる。また、平面支持部の支持面が完全な平坦でない場
合でも、真空吸着又は静電吸着したときの被測定物の平
面度と被測定物を載せない状態で測定した平面支持部の
平面度の差より、被測定物の厚さむらを正確に求めるこ
とができる。

【００７６】また、被測定物を真空吸着又は静電吸着す
る手段を周辺支持部、中央支持部、中間支持部に設ける
ことにより、被測定物の滑落を防止することができ、被
測定物を周辺支持部、中央支持部あるいは中間支持部の
みによって支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面度及び応力測定装置の基本動作
を説明するためのブロック図である。

【図２】本発明の１実施形態を示す平面度及び応力測
定装置の試料ステージの断面図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示す平面度及び応力
測定装置の試料ステージの断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す平面度及び応力
測定装置の試料ステージの断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す平面度及び応力
測定装置の試料ステージの断面図である。

【図６】本発明の他の実施形態を示す平面度及び応力
測定装置の試料ステージの断面図である。

【図７】支持条件を変えたときの被測定物の撓みの変
化を示す図である。

【図８】従来の代表的な平面度測定装置として利用さ
れているフィゾー干渉計の測定原理を示す図である。

【図９】プリズムを利用した従来の平面度測定装置の
測定原理を示す図である。

【図１０】ギャップセンサを利用した従来の平面度測
定装置の測定原理を示す図である。

【図１１】従来の平面度測定装置における試料ステー
ジの断面図である。

【図１２】従来の平面度測定装置における他の試料ス
テージの断面図である。

【図１３】被測定物を平面支持するときの自重が及ぼ
す影響を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１…被測定物、２、２ａ〜２ｄ…試料ステージ、３…基
台、４、４ａ〜４ｃ…平面支持部、５…円周支持部、６
…中央支持部、７…３点支持部、８…滑落防止突起、９
…真空吸着溝、９ａ…真空吸着孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物を載置するための平坦な支持面
を有する平面支持部と、被測定物の周辺部を支持するた
めの周辺支持部、被測定物の中央部を支持するための中
央支持部又は被測定物の中間部を支持するための中間支
持部からなる局部支持部とを備えた試料ステージを有
し、この試料ステージ上に被測定物を載置して、被測定
物の平面度や被測定物上に形成された付着膜の応力を測
定する平面度及び応力測定装置であって、前記試料ステージは、平面支持部と局部支持部のうちの
どちらで被測定物を支持するかを選択可能なものである
ことを特徴とする平面度及び応力測定装置。
【請求項２】被測定物を載置するための平坦な支持面
を有する平面支持部と、被測定物の周辺部を支持するた
めの周辺支持部、被測定物の中央部を支持するための中
央支持部、被測定物の中間部を支持するための中間支持
部のうちの少なくとも２つ以上からなる局部支持部とを
備えた試料ステージを有し、この試料ステージ上に被測
定物を載置して、被測定物の平面度や被測定物上に形成
された付着膜の応力を測定する平面度及び応力測定装置
であって、前記試料ステージは、平面支持部と局部支持部のうちの
どちらで被測定物を支持するかを選択可能なものであ
り、かつ局部支持部で支持する場合に、周辺支持部、中
央支持部、中間支持部のうちのいずれで被測定物を支持
するかを選択可能なものであることを特徴とする平面度
及び応力測定装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の平面度及び応力測
定装置において、前記平面支持部は、被測定物を真空吸着又は静電吸着す
る手段を有するものであることを特徴とする平面度及び
応力測定装置。
【請求項４】請求項１又は２記載の平面度及び応力測
定装置において、前記周辺支持部、中央支持部、中間支持部は、被測定物
を真空吸着又は静電吸着する手段を有するものであるこ
とを特徴とする平面度及び応力測定装置。