TWI586935B - Shape measuring device and shape measuring method - Google Patents

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松岡英毅
森岡哲□
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Description

形狀測定裝置及形狀測定方法
本發明係關於適當地以非接觸測定被測定物的形狀，例如半導體晶圓等板狀體的形狀的形狀測定裝置及形狀測定方法。
近年來，積體電路係元件積體化不斷進展。將該積體電路製造成半導體晶圓的製程條件亦即製程規則(process rule)，通常藉由閘極配線的線寬或間隔中的最小加工尺寸予以規定。若該製程規則成為一半，理論上，可將4倍電晶體或配線配置成相同面積，因此若以相同電晶體數，即成為1/4的面積。結果，可由1枚半導體晶圓製造的晶粒不僅成為4倍，通常良率亦被改善，因此可製造更多的晶粒。該最小加工尺寸為了製造高密度的積體電路，在2013年時點，最先端已達至22nm。在如上所示之次微米級(1μm以下)之製程規則中，在半導體晶圓被配置高平坦度，無法忽略半導體晶圓的表面形狀(表面的高度變化)。因此，期望以高精度，例如次奈米級(1nm以下)測定半導體晶圓的表面形狀的形狀測定裝置。
在此，如半導體晶圓般的薄板狀體的被測定物係會有例如因稍微的風壓或其他裝置的振動等而振動的情形。在該被測定物所產生的振動係會有對前述高精度的形狀測定而言形成為難以忽略的振幅的情形。因此，在前述高精度的形狀測定中，係必須要有被測定物的振動對策。具有該振動對策的形狀測定裝置被揭示在例如專利文獻1及專利文獻2。
該專利文獻1所揭示之形狀測定裝置係被使用在用以掃描被測定物的表背各面而以非接觸測定該被測定物的厚度分布的形狀測定裝置，其係具備以下而成者：使由預定光源被出射的基幹光作二分歧的第1光分歧手段；將藉由前述第1光分歧手段所致之分歧光各個導引至前述被測定物的表背各面的表背相對的測定部位各個的方向的導光手段；使被導引至前述被測定物的表背各個中的前述測定部位的方向的前述基幹光的分歧光各個更加作二分歧的第2光分歧手段；對前述被測定物的表背各個中藉由前述第2光分歧手段所致之分歧光的一方或雙方施行頻率調變而生成分別頻率不同的2個測定光的光調變手段；在前述被測定物的表背各個，使一方的前述測定光照射前述測定部位，使在該測定部位作反射的一方前述測定光亦即物體光及另一方前述測定光亦即參照光干涉的2個外差干涉儀；在前述被測定物的表背各個，使2個前述測定光各個作二分歧成被輸入至前述外差干涉儀的主光及除此之外的副光的第3光分歧手段；在前述被測定物的表背各個，使藉由 前述第3光分歧手段被分歧的2個前述副光干涉的副光干涉手段；在前述被測定物的表背各個，一體保持包含前述第2光分歧手段、前述光調變手段、前述外差干涉儀、前述第3光分歧手段、及前述副光干涉手段的測定光學系的測定光學系保持手段；接受藉由2個前述外差干涉儀所得之干涉光各個而輸出其強度訊號的測定用光強度檢測手段；及在前述被測定物的表背各個，接受藉由前述副光干涉手段所得的干涉光而輸出其強度訊號的參照用光強度檢測手段；及藉由由前述被測定物的表背各個中的前述測定用光強度檢測手段的輸出訊號及前述參照用光強度檢測手段的輸出訊號所成之2個位元訊號的相位檢波，來檢測該2個位元訊號的相位差的相位資訊檢測手段。藉由前述專利文獻1的記載，在如上所示之構成之專利文獻1所揭示的形狀測定裝置中，前述被測定物的厚度的測定值係成為因前述被測定物的振動所致之位移量的成分針對前述被測定物的表背兩側而被相抵的測定值。因此，該形狀測定裝置係可不受到前述被測定物的振動的影響來測定前述被測定物的厚度。
前述專利文獻2所揭示的測定裝置係具有：裝載被測定物的裝載部；用以相對前述被測定物移動而測定前述被測定物的形狀的探針；根據對參照鏡照射光而得的反射光，測定前述探針的位置的干涉計；及使用移動前述探針而得之關於前述被測定物的形狀的測定值、及根據對前述被測定物及前述參照鏡之來自感測器的訊號而得之前述被 測定物與前述參照鏡之間的相對位移量，算出前述被測定物的形狀的算出部。在一態樣中，前述感測器係檢測前述被測定物與前述參照鏡之間的相對位移量的位移感測器，前述算出部係使用藉由前述位移感測器被檢測到的前述相對位移量，補正前述測定值，且算出前述被測定物的形狀者。在其他一態樣中，前述感測器係檢測前述被測定物與前述參照鏡之間的相對加速度的加速度感測器，前述算出部係藉由將前述相對加速度作二階積分，算出前述被測定物與前述參照鏡之間的前述相對位移量，使用前述相對位移量來補正前述測定值，且算出前述被測定物的形狀者。藉由前述專利文獻2的記載，如上所示之構成的測定裝置係即使在參照鏡與被測定物之間產生相對位移的情形下，亦可高精度地測定被測定物的形狀。
但是，在形狀測定裝置，係會有不僅被測定物振動，用以測定被測定物的形狀的測定部(感測器部)本身亦振動的情形。例如，若為前述專利文獻1的情形，會有2個外差干涉儀本身亦振動的情形。此外，若為例如前述專利文獻2的情形，會有探針本身亦振動的情形。如上所示之測定部本身的振動亦使測定部與被測定物之間的距離變動，因此在前述高精度的形狀測定中，亦期望測定部本身的振動對策。
前述專利文獻1所揭示之形狀測定裝置係如上所述，將因被測定物的振動所致之位移量的成分針對前述被測定物的表背兩側進行相抵者，因此可對應前述被測定物本身 的振動，但是並無法對應測定部本身的振動。此外，前述專利文獻2所揭示之測定裝置係如上所述，在參照鏡與被測定物之間可對應相對位移，但是並無法對應測定部本身的振動。
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2010-175499號公報
〔專利文獻2〕日本特開2013-160516號公報
本發明係鑑於上述情形而完成的發明，其目的在提供藉由減低因測定部本身的振動所致之影響，可更高精度地測定被測定物的形狀的形狀測定裝置及形狀測定方法。
本發明之形狀測定裝置及形狀測定方法係分別測定以透過測定對象的被測定物而互相對向的方式作配置且分別測定至前述被測定物的距離的第1及第2距離測定部各個中的對向方向的位移，根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以前述所測定出的第1及第2位移所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，作為前述被測定物的形狀。因此，如上所示之形狀測定裝置及形狀測定方法係可藉由減低因測定部本身的振動所致之影響，可更高精度地測定被測定物的形狀。
上述及其他本發明之目的、特徵及優點應可由以下詳細記載及所附圖示清楚得知。
1-1、1-2‧‧‧第1及第2距離感測器
2-1、2-2‧‧‧第1及第2加速度感測器
3‧‧‧第1類比數位轉換部
4‧‧‧前處理部
5‧‧‧第2類比數位轉換部
6‧‧‧取樣時序生成部
7‧‧‧控制運算部
8‧‧‧輸入部
9‧‧‧輸出部
10‧‧‧可動平台部
11‧‧‧支持部
71‧‧‧控制部
72‧‧‧形狀運算部
M‧‧‧形狀測定裝置
SP‧‧‧被測定物
圖1係顯示實施形態中的形狀測定裝置的構成的圖。
圖2係用以說明實施形態的形狀測定裝置中的形狀(厚度)的運算方法的圖。
圖3係顯示實施形態中的形狀測定裝置的動作的流程圖。
圖4係顯示用以說明補正效果的一測定結果的圖。
以下根據圖示，說明本發明之實施之一形態。其中，在各圖中標註相同符號的構成係表示為同一構成，適當省略其說明。在本說明書中，若為統稱的情形，以省略附加字的元件符號來表示，若指個別構成，則以附加附加字的元件符號來表示。
圖1係顯示實施形態中的形狀測定裝置的構成的圖。圖2係用以說明實施形態的形狀測定裝置中的形狀(厚度)的運算方法的圖。
本實施形態中的形狀測定裝置係具備有：以透過測定對象的被測定物而互相對向的方式作配置，且分別測定至前述被測定物的距離的第1及第2距離測定部；分別測定前述第1及第2距離測定部各個中的對向方向的位移的第1及第2位移測定部；及根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以 前述第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，作為前述被測定物的形狀的形狀運算部。在如上所示之形狀測定裝置中，藉由第1位移測定部，測定第1距離測定部的位移，藉由第2位移測定部，測定第2距離測定部的位移。如上所示在本實施形態中的形狀測定裝置中，實測第1及第2距離測定部各個中因例如振動等所產生的位移。接著，在本實施形態中的形狀測定裝置中，根據以第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的被測定物中之沿著對向方向的厚度作為前述被測定物的形狀。如上所示在本實施形態中的形狀測定裝置中，當求出被測定物的形狀時，考慮第1及第2距離測定部各個中的前述位移。因此，本實施形態中的形狀測定裝置係可減低因第1及第2距離測定部本身的振動所致之影響，可更高精度地測定被測定物的形狀。
更具體而言，如上所示之本實施形態中的形狀測定裝置M係例如圖1所示，具備有：第1及第2距離感測器1-1、1-2；第1及第2加速度感測器2-1、2-2；第1類比數位轉換部(以下簡記為「第1AD轉換部」)3；前處理部4；第2類比數位轉換部(以下簡記為「第2AD轉換部」)5；取樣時序生成部(以下簡記為「ST生成部」)6；控制運算部7；輸入部8；輸出部9；可動平台部10； 及支持部11。
第1及第2距離感測器1-1、1-2係以透過測定對象的被測定物SP而互相對向的方式作配置，且分別測定至被測定物SP的距離的裝置。第1及第2距離感測器1-1、1-2係與第1AD轉換部3相連接，第1距離感測器1-1係將其輸出輸出至第1AD轉換部3，第2距離感測器亦將其輸出輸出至第1AD轉換部3。例如，第1距離感測器1-1係藉由支持部11予以支持，藉此相對載置被測定物SP的可動平台部10的載置台中的載置面在上側，被配設在由前述載置面分離預定距離的位置(第1距離感測器配置位置)。第2距離感測器1-2係藉由支持部11予以支持，藉此相對前述載置面在下側，被配設在由前述載置面分離預定距離的位置(第2距離感測器配置位置)。
亦可以前述載置面位於接近第1距離感測器1-1側或第2距離感測器1-2側的方式，調整第1距離感測器1-1、第2距離感測器1-2及可動平台部10的各配設位置，惟在本實施形態中，以前述載置面位於第1距離感測器1-1與第2距離感測器1-2之間的中央位置的方式，調整第1距離感測器1-1、第2距離感測器1-2及可動平台部10的各配設位置。亦即，第1及第2距離感測器1-1、1-2各個係被配設在相對前述載置面為對稱的位置。如上所示若第1及第2距離感測器1-1、1-2各個被配設在由前述載置面為等距離的位置，藉此第1及第2距離感測器1-1、1-2本身分別振動而位移時，相對藉由第1及第2距離 感測器1-1、1-2各個所測定出的各測定值(各距離)之因前述振動所致之各位移量的比例係大致相等，因前述振動所致之各位移係以與藉由第1及第2距離感測器1-1、1-2各個所被測定出的各測定值(各距離)為大致同等地影響。因此，形狀測定裝置M係可將藉由第1及第2距離感測器1-1、1-2各個被測定出的各測定值，藉由因前述振動所致之各位移量，以大致相同精度進行補正，且可更高精度地求出被測定物的形狀。
第1及第2距離感測器1-1、1-2亦可實測至被測定物SP的距離，惟由以奈米級測定距離的觀點來看，在本實施形態中，例如，藉由分別測定相對預先設定的基準的被測定物SP中的相對距離變化(相對前述基準的位移的位移量)，來分別測定至被測定物SP的距離(相對前述基準的相對距離)。在本實施形態中，如後所述，由於求出被測定物SP中之沿著對向方向的長度，亦即厚度及該分布(厚度分布)，作為被測定物SP的形狀，因此前述基準係被設定為藉由預先適當的其他測定裝置被測定出的被測定物SP的中心厚度。前述中心厚度係被測定物SP中以複數測定部位被測定到的複數厚度的平均值或中央值。其中，對向方向係第1距離感測器1-1(第2距離感測器1-2)與第2距離感測器1-2(第1距離感測器1-1)相對向的方向(相向的方向)，亦即，沿著將第1距離感測器1-1的配設位置與第2距離感測器1-2的配設位置相連結的線段的方向。如上所示之第1及第2距離感測器1-1、 1-2係分別為了測定前述位移的位移量(移動量)，具備有例如光干涉方式、共焦點方式、靜電電容方式及雷射三角測量方式等之中的任何位移感測器所構成。
光干涉方式位移感測器係具備有：將測定光分為訊號光及參照光，對被測定物SP照射訊號光，且使在被測定物SP作反射的訊號光及參照光干涉而生成干涉光的光干涉計，藉由測定在前述光干涉計所生成的前述干涉光，來測定位移量者。亦即，若被測定物SP由基準位移，訊號光的光路長會由與前述基準相對應的光路長改變，因此該干涉光會產生變化，由該變化求出位移量。
共焦點方式位移感測器係將作為多色光的白色光，透過多透鏡而分光照射至被測定物SP，且測定對焦的顏色，藉此測定位移量者。亦即，焦點距離依波長而異，因此若被測定物SP由基準位移，在被測定物SP合焦的顏色(波長)會由與前述基準相對應的顏色(波長)產生變化，因此由該顏色變化求出位移量。
靜電電容方式位移感測器係藉由測定該位移感測器(探針)與被測定物SP之間的靜電電容，來測定位移量者。亦即，若被測定物SP由基準位移，由於靜電電容由與前述基準相對應的基準靜電電容產生變化，因此由該變化量求出位移量。
雷射三角測量方式位移感測器係以所謂三角測量的原理測定位移量者。該雷射三角測量方式位移感測器係對被測定物SP照射雷射光，且在區域感測器接受該反射光， 由該受光位置求出被測定物SP的位移者。亦即，若被測定物SP由基準位移，由於受光位置由與前述基準相對應的受光基準位置移動，因此由該移動量，藉由三角測量的原理求出位移量。
在此，由可適當以次奈米級測定被測定物SP的形狀的觀點來看，較佳為第1及第2距離感測器1-1、1-2係分別具備有光干涉方式位移感測器或靜電電容方式位移感測器而構成。在本實施形態中，第1及第2距離感測器1-1、1-2係分別具備有光外差方式的光干涉方式位移感測器(外差光干涉儀的位移感測器)而構成。該光外差方式的光干涉方式位移感測器係將頻率些微不同的訊號光及參照光相疊合而干涉，由藉由該干涉光所得之位元訊號，求出相位差而測定位移量的裝置，揭示於例如前述專利文獻1等。
第1AD轉換部3係與ST生成部6及控制運算部7相連接，以由ST生成部6被輸入的取樣時序，將第1及第2距離感測器1-1、1-2的各輸出(在本實施形態中為各位移量)分別取樣而分別由類比訊號轉換成數位訊號，將該等經轉換的數位訊號的第1及第2距離感測器1-1、1-2的各輸出(上述的前述各位移量)輸出至控制運算部7的裝置。
第1加速度感測器2-1係為了測定第1距離感測器1-1中的對向方向的位移，而測定第1距離感測器1-1中的對向方向的加速度(第1加速度)的裝置，第2加速度感 測器2-2係同樣地，為了測定第2距離感測器1-2中的對向方向的位移，而測定第2距離感測器1-2中的對向方向的加速度(第2加速度)的裝置。第1及第2加速度感測器2-1、2-2係與前處理部4相連接，第1加速度感測器2-1係對前處理部4輸出其輸出(第1加速度)，第2加速度感測器2-2亦對前處理部4輸出其輸出(第2加速度)。第1加速度感測器2-1係被配設在可測定第1距離感測器1-1中的對向方向的加速度的部位，第2加速度感測器2-2係被配設在可測定第2距離感測器1-2中的對向方向的加速度的部位。例如，第1及第2加速度感測器2-1、2-2係分別被配設在第1及第2距離感測器1-1、1-2中的框體的上面、下面、及側面的任一者。此外，例如第1加速度感測器2-1亦可被配設在支持第1距離感測器1-1且藉由剛體而形成的支持構件，第2加速度感測器2-2可被配設在支持第2距離感測器1-2且藉由剛體而形成的支持構件。若為剛體，前述各支持構件各個係視為與第1及第2距離感測器1-1、1-2相同地位移之故。在本實施形態中，第1加速度感測器2-1係被配設在第1距離感測器1-1的上面，第2加速度感測器2-2係被配設在第2距離感測器1-2的下面。
前處理部4係與第2AD轉換部5相連接，且對第1及第2加速度感測器2-1、2-2的各輸出，為了求出第1及第2距離感測器1-1、1-2中的預定的各位移的各位移量而施行預定的前處理的裝置，對第2AD轉換部5輸出 經前處理的第1及第2加速度感測器2-1、2-2的各輸出。前處理部4在本實施形態中係具備有：例如為了將加速度轉換成位移量，將第1及第2加速度感測器2-1、2-2的各輸出(各加速度)積分2次的積分部；及對在前述積分部被積分的第1及第2加速度感測器2-1、2-2的各輸出(各位移量)，僅取出預定頻帶的資料(預定的頻率成分)的帶通濾波器部。
第2AD轉換部5係與ST生成部6及控制運算部7相連接，以由ST生成部6被輸入的取樣時序，將在前處理部4經前處理的第1及第2加速度感測器2-1、2-2的各輸出(在本實施形態中為由各加速度所得的各位移量)分別取樣而分別由類比訊號轉換成數位訊號，且將該等經轉換的數位訊號的第1及第2加速度感測器2-1、2-2的各輸出(上述之前述各位移量)輸出至控制運算部7的裝置。
ST生成部6係生成第1及第2AD轉換部3、5的各取樣時序(各AD轉換時序)的裝置，例如具備有使用水晶振動子的振盪電路而構成。ST生成部6係對第1AD轉換部3及第2AD轉換部5之雙方輸出相同取樣時序。藉此，第1AD轉換部3及第2AD轉換部5係以同一時序進行取樣而由類比訊號轉換成數位訊號。因此，由第1AD轉換部3被輸出的數位訊號的第1距離感測器1-1的輸出、由第1AD轉換部3被輸出的數位訊號的第2距離感測器1-2的輸出、由第2AD轉換部5被輸出的數位訊號 的第1加速度感測器2-1的輸出、及由第2AD轉換部5被輸出的數位訊號的第2加速度感測器2-2的輸出係成為互相同步的資料，亦即，互相以同一時點(時序)所測定到的資料。
輸入部8係與控制運算部7相連接，例如將指示被測定物SP的形狀測定開始的指令等各種指令、及例如被測定物SP中的識別碼的輸入等進行形狀測定所需的各種資料輸入至形狀測定裝置M的機器，例如被分配預定功能的複數輸入開關、鍵盤、及滑鼠等。輸出部9係與控制運算部7相連接，按照控制運算部7的控制，輸出由輸入部8被輸入的指令或資料、及藉由形狀測定裝置M被測定到的被測定物SP的形狀的機器，例如CRT顯示器、LCD及有機EL顯示器等顯示裝置或印表機等印刷裝置等。
其中，亦可由輸入部8及輸出部9構成觸控面板。若構成該觸控面板，輸入部8係檢測例如阻劑膜方式或靜電電容方式等的操作位置而輸入的位置輸入裝置，輸出部9為顯示裝置。在該觸控面板中，在顯示裝置的顯示面上設有位置輸入裝置，被顯示可輸入至顯示裝置的1或複數輸入內容的候補，若使用者碰觸顯示出所欲輸入的輸入內容的顯示位置，藉由位置輸入裝置來檢測該位置，被顯示在所被檢測到的位置的顯示內容作為使用者的操作輸入內容而被輸入至形狀測定裝置M。在如上所示之觸控面板中，使用者係容易直覺地理解輸入操作，因此提供對使用者而言為容易處理的形狀測定裝置M。
可動平台部10係按照控制運算部7的控制，使被測定物SP與第1及第2距離感測器1-1、1-2，在與前述對向方向呈正交的平面內作相對移動的裝置，對應移動機構部之一例。前述移動機構部亦可為使第1及第2距離感測器1-1、1-2相對被測定物SP在前述平面內作移動的裝置，惟在本實施形態中，係使用使相對輕量的被測定物SP相對第1及第2距離感測器1-1、1-2在前述平面內作移動的可動平台部10。可動平台部10可為可朝所謂X軸方向及Y軸方向移動被測定物SP的XY平台，此外，可動平台部10亦可為可將被測定物SP旋轉移動，並且亦可朝前述旋轉中的徑方向移動的旋轉平台。在本實施形態中，可動平台部10為旋轉平台，旋轉平台係揭示於例如前述專利文獻1。更具體而言，可動平台部10係具備有：用以載置被測定物的載置部；將前述載置部旋轉驅動的旋轉部；及將前述旋轉部以直線狀移動的直線移動部。前述載置部係具備有：旋轉軸、及第1至第3載置臂。前述第1至第3載置臂係分別具備有：相對前述旋轉部的旋轉，以徑方向延伸的水平臂部；及與前述水平臂部的一方端相連結且朝前述對向方向(垂直方向、軸方向)延伸的垂直臂部。因此，前述第1至第3載置臂係分別以側面視形成為大致L字狀的柱狀構件。前述旋轉軸係朝前述對向方向延伸的柱狀構件，該另一方端係與前述旋轉部相扣合，藉由前述旋轉部予以旋轉。前述第1至第3載置臂係以約120度的大致等間隔，在前述水平臂部的另一方端與 前述旋轉軸的一方端相連結。前述第1至第3載置臂中的前述各垂直臂部的各前端面係分別成為載置被測定物SP的載置面。因此，被測定物SP係藉由前述第1至第3載置臂的前述各垂直臂部的各前端面(各載置面)，由下以3點予以支持。若被測定物SP為例如圓板狀的半導體晶圓，前述半導體晶圓係在其周緣部(邊緣部)，藉由前述第1至第3載置臂的前述各垂直臂部的各前端面(各載置面)由下以3點予以支持。前述旋轉部或直線移動部係具備有例如伺服馬達等致動器或減速齒輪等驅動機構所構成。接著，若被測定物SP被載置在作為可動平台部10之一例的旋轉平台時，以可藉由第1及第2距離感測器1-1、1-2各個來測定被測定物SP的上面及下面的方式，亦即，以旋轉平台不會干涉第1及第2距離感測器1-1、1-2的各測定的方式，對第1距離感測器1-1及第2距離感測器1-2的配置位置配設旋轉平台。在如上所示之旋轉平台，係藉由前述旋轉部將前述載置部旋轉驅動，藉此可變更被測定物SP中的周方向的測定部位，且藉由前述直線移動部來移動前述旋轉部，藉此可變更被測定物SP中的徑方向的測定部位。因此，如上所示之旋轉平台係可選擇被測定物SP中的任意位置作為測定部位。
其中，可動平台部10較佳為另外具備有：以懸吊裝置予以控制，且支持前述載置部的空氣懸吊裝置。空氣懸吊裝置(air suspension)係使用空氣彈簧的防振機構。
支持部11係用以支持必須維持第1及第2距離感測 器1-1、1-2或可動平台部10等形狀測定裝置M中的適當配設位置的各部的構件。
控制運算部7係將形狀測定裝置M的各部按照該各部的功能而分別控制，且求出被測定物的形狀者。控制運算部7係藉由微電腦所構成，該微電腦具備有：例如CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、預先記憶藉由該CPU所被執行的各種程式或該執行所需的資料等的ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，電子可抹除可程式化唯讀記憶體)等非揮發性記憶元件、成為該CPU之所謂工作記憶體的RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等揮發性記憶元件及其周邊電路等。接著，在控制運算部7係藉由執行程式，在功能上構成控制部71及形狀運算部72。
控制部71係為了求出被測定物的形狀，將形狀測定裝置M的各部按照該各部的功能而分別控制者。
形狀運算部72係根據以第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的被測定物SP中之沿著對向方向的厚度作為被測定物SP的形狀者。在本實施形態中，第1距離感測器1-1係對應前述第1距離測定部之一例，第2距離感測器1-2係對應前述第2距離測定部之一例。接著，第1加速度感測器2-1及前處理部4係對應前述第1位移測定部之一 例，第2加速度感測器2-2及前處理部4係對應前述第2位移測定部之一例。
在此，在一例中，考慮到第1及第2距離感測器1-1、1-2各個的各位移的被測定物SP的厚度係如以下求出。在圖2中，若將被測定物SP的厚度(Thickness)設為T、被測定物SP的位移(Displacement)設為△W、沿著對向方向的第1距離感測器1-1與第2距離感測器1-2之間的距離(Distance)設為G、由藉由第1距離感測器1-1被測定到的第1距離感測器1-1至被測定物SP的上面(Front Surface)的距離(Measurement of Distance)設為f、由第1距離感測器1-1至被測定物SP的上面的實際距離(Distance)設為F、藉由第1加速度感測器2-1被測定到的第1距離感測器1-1的位移(Displacement)設為△U、由藉由第2距離感測器1-2被測定到的第2距離感測器1-2至被測定物SP的下面(Back Surface，與前述上面相對向的面)的距離(Measurement of Distance)設為b、由第2距離感測器1-2至被測定物SP的下面的實際距離(Distance)設為B、藉由第2加速度感測器2-2被測定到的第2距離感測器1-2的位移(Displacement)設為△L時，在f、F、△W及△U之間係成立下式(1)，在b、B、△W及△L之間係成立下式(2)。
f=F+△W+△U…(1)
b=B-△W+△L…(2)
接著，在T、G、F、B之間係成立下式(3)，若在 此考慮被測定物SP的位移，則成立下式(4)。
T=G-(F+B)…(3)
T=G-(F+△W+B-△W)…(4)
若在上述式(4)考慮上述式(1)及式(2)，則成立下式(5)。
T=G-(f-△U+b-△L)…(5)
在此，前述f係對應第1距離測定結果，前述△U係對應第1位移測定結果，前述b係對應第2距離測定結果，前述△L係對應第2位移測定結果，前述G係對應前述第1距離測定部(第1距離感測器1-1)及前述第2距離測定部(第2距離感測器1-2)間之沿著前述對向方向的分離距離。因此，更具體而言，形狀運算部72係以第1位移測定結果△U補正第1距離測定結果f，藉此求出第1補正距離(f-△U)，以第2位移測定結果△L補正第2距離測定結果b，藉此求出第2補正距離(b-△L)，由前述第1距離測定部及前述第2距離測定部間之沿著前述對向方向的分離距離G，減算前述第1補正距離(f-△U)及前述第2補正距離(b-△L)，藉此求出前述厚度T(=G-(f-△U+b-△L))者。
接著，在本實施形態中，為求出被測定物SP的厚度分布，第1及第2距離測定部(第1及第2距離感測器1-1、1-2)係在可動平台部10使被測定物SP與該第1及第2距離測定部，在與前述對向方向呈正交的平面內作相對移動，藉此在被測定物SP中的複數測定部位，分別測定 至被測定物SP的距離，前述第1及第2位移測定部(第1加速度感測器2-1及前處理部4、以及第2加速度感測器2-2及前處理部4)係與前述第1及第2距離測定部在前述複數測定部位分別測定至被測定物SP的距離的時序同步而分別測定前述對向方向的位移，形狀運算部72係在前述複數測定部位各個，根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，分別求出利用以前述第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的被測定物SP中之沿著前述對向方向的厚度，而求出被測定物SP的厚度分布作為被測定物SP的形狀者。
其中，形狀測定裝置M亦可另外具備有：與控制運算部7相連接，且按照控制運算部7的控制，在與外部機器之間進行資料的輸出入的電路亦即介面部。該介面部係例如使用屬於串列通訊方式的RS-232C的介面電路、Bluetooth(註冊商標)規格的介面電路、進行IrDA(Infrared Data Association，紅外線數據協會)規格等紅外線通訊的介面電路、及使用USB(Universal Serial Bus，通用序列匯流排)規格的介面電路等。
接著，說明本實施形態中的形狀測定裝置M的動作。圖3係顯示實施形態中的形狀測定裝置的動作的流程圖。
首先，若省略圖示的電源開關被接通(ON)，形狀測定裝置M即被起動，且藉由控制運算部7進行所需的 各部的初期化，在控制運算部7係藉由執行程式，在功能上構成控制部71及形狀運算部72。接著，例如若半導體晶圓等被測定物SP被載置在可動平台部10，且由輸入部8接受指示測定開始的指令時，控制運算部7係開始被測定物SP的形狀的測定。
若測定開始，第1及第2距離感測器1-1、1-2以及第1及第2加速度感測器2-1、2-2係開始測定，且輸出其測定結果(S1)。
更具體而言，第1加速度感測器2-1係測定第1距離感測器1-1中的對向方向的第1加速度，且將該測定出的第1加速度輸出至前處理部4(S11-1)。該第1加速度係表示第1距離感測器1-1的振動。第1距離感測器1-1係測定至被測定物SP的上面的距離，且將該測定出的距離輸出至第1AD轉換部3(S11-2)。接著，第2加速度感測器2-2係測定第2距離感測器1-2中的對向方向的第2加速度，且將該測定出的第2加速度輸出至前處理部4(S11-3)。該第2加速度係表示第2距離感測器1-2的振動。第2距離感測器1-2係測定至被測定物SP的下面的距離，且將該測定出的距離輸出至第1AD轉換部3(S11-4)。
接著，前處理部4係將來自第1加速度感測器2-1的第1加速度進行前處理，且將來自第2加速度感測器2-2的第2加速度進行前處理(S2)。
更具體而言，前處理部4係將來自第1加速度感測器 2-1的第1加速度，藉由前述積分部積分2次而求出第1距離感測器1-1的位移量(第1位移量)(S21-1)，將該所求出的第1距離感測器1-1的第1位移量以前述帶通濾波器部進行濾波而求出預定的頻率成分的第1位移量，且將該所求出的預定的頻率成分的第1位移量輸出至第2AD轉換部5(S22-1)。前處理部4係將來自第2加速度感測器2-2的第2加速度，藉由前述積分部積分2次而求出第2距離感測器1-2的位移量(第1位移量)(S21-2)，將該所求出的第2距離感測器1-2的第2位移量以前述帶通濾波器部進行濾波而求出預定的頻率成分的第2位移量，且將該所求出的預定的頻率成分的第2位移量輸出至第2AD轉換部5(S22-2)。
接著，第1及第2AD轉換部3、5係以來自ST生成部6的取樣時序同步動作。更具體而言，第1AD轉換部3係以前述取樣時序將第1距離感測器1-1的輸出進行取樣而由類比訊號轉換成數位訊號，且將該經轉換的第1距離感測器1-1的輸出作為第1距離測定結果f而輸出至控制運算部7。同樣地，第1AD轉換部3係以前述取樣時序將第2距離感測器1-2的輸出進行取樣而由類比訊號轉換成數位訊號，且將該經轉換的第2距離感測器1-2的輸出作為第2距離測定結果b而輸出至控制運算部7。接著，第2AD轉換部5係以前述取樣時序將第1加速度感測器2-1的輸出(在本實施形態中係透過前處理部4的預定頻率成分的第1位移量)進行取樣而由類比訊號轉換成數位訊 號，且將該經轉換的第1加速度感測器2-1的輸出作為第1位移測定結果△U而輸出至控制運算部7。第2AD轉換部5係以前述取樣時序將第2加速度感測器2-2的輸出(在本實施形態中係透過前處理部4的預定頻率成分的第2位移量)進行取樣而由類比訊號轉換成數位訊號，且將該經轉換的第2加速度感測器2-2的輸出作為第2位移測定結果△L而輸出至控制運算部7。
接著，控制運算部7的形狀運算部72係根據第1及第2距離測定結果f、b，求出以第1及第2位移測定結果△U、△L所補正之被測定物SP中之沿著前述對向方向的厚度T作為被測定物SP的形狀，且輸出至輸出部9，結束處理(S3)。
更具體而言，形狀運算部72係由第1距離測定結果f減算第1位移測定結果△U，藉此以第1位移測定結果△U補正第1距離測定結果f，求出第1補正距離(f-△U)(S31-1)。形狀運算部72係由第2距離測定結果b減算第2位移測定結果△L，藉此以第2位移測定結果△L補正第2距離測定結果b，求出第2補正距離(b-△L)(S31-2)。接著，形狀運算部72係由第1距離感測器1-1及第2距離感測器1-2之沿著前述對向方向的分離距離G，減算第1補正距離(f-△U)及第2補正距離(b-△L)，藉此求出前述厚度T(=G-(f-△U+b-△L))，輸出至輸出部9，且結束處理(S32)。
在此，在本實施形態中，第1距離感測器1-1由於為 位移感測器，因此第1距離感測器1-1係測定被測定物SP的上面的位移量，且將該測定出的位移量輸出至第1AD轉換部3，第2距離感測器1-2由於為位移感測器，因此第2距離感測器1-2係測定被測定物SP的下面的位移量，且將該測定出的位移量輸出至第1AD轉換部3。形狀運算部72係由在第1AD轉換部3被取樣且在第1距離感測器1-1被測定出的被測定物SP的上面的位移量(上面位移量)△f減算第1位移測定結果△U，藉此以第1位移測定結果△U補正前述上面位移量△f，求出第1補正上面位移量(△f-△U)，且由在第1AD轉換部3被取樣且在第2距離感測器1-2被測定出的被測定物SP的下面的位移量(下面位移量)△b減算第2位移測定結果△L，藉此以第2位移測定結果△L補正前述下面位移量△b，求出第2補正下面位移量(△b-△L)。接著，形狀運算部72係由上述基準(前述中心厚度)Tc減算第1補正上面位移量(△f-△U)及第2補正下面位移量(△b-△L)，藉此求出前述厚度T(=Tc-(△f-△U+△b-△L))。
接著，若求取厚度分布，按照控制運算部7的控制，可動平台部10係依序將被測定物SP移動至預先設定的複數測定部位，將在各測定部位移動後通知該移動結束的訊號(移動結束通知訊號、位置反饋訊號)輸出至控制運算部7。控制運算部7係將該移動結束通知訊號作為觸發器，在各測定部位執行上述處理S1至處理S3的各處理，且測定各測定部位的各厚度。若該等各測定部位的各厚度 被測定，可動平台部10即被停止，且測定結束。其中，在該測定結束時，可動平台部10亦可被控制至初期位置。前述複數測定部位係若例如將該等複數測定部位依序相連結時，以成為螺旋狀線段的方式被設定在被測定物SP上。藉此測定在各測定部位分配各厚度的被測定物SP的厚度分布。
如以上說明所示，在本實施形態中的形狀測定裝置M及其所構裝之形狀測定方法中，藉由第1加速度感測器2-1及前處理部4(第1位移測定部之一例)，測定第1距離感測器(第1距離測定部之一例)1-1的位移，藉由第2加速度感測器2-2及前處理部4(第2位移測定部之一例)，測定第2距離感測器(第2距離測定部之一例)1-2的位移，接著，根據第1及第2距離測定結果f、b，以第1及第2位移測定結果△U、△L所補正的被測定物SP中之沿著對向方向的厚度T被求出作為被測定物SP的形狀。因此，本實施形態中的形狀測定裝置M及其所構裝之形狀測定方法係可減低因第1及第2距離感測器1-1、1-2本身的振動所致之影響，可更高精度地測定被測定物SP的形狀。
以一例而言，補正的效果顯示於圖4。圖4係顯示用以說明補正效果的一測定結果的圖。圖4A係顯示補正後的資料，圖4B係顯示補正前的資料。在該測定中，為了調查第2距離感測器1-2本身的位移的影響，以被測定物SP不位移的方式被固定，且使用作為第2距離感測器1-2 的光干涉式位移感測器。測定結果，第2距離感測器1-2的下面位移量△b在補正前，係如圖4B所示以較大的振幅變動，但是在補正後，第2補正下面位移量(△b-△L)的振幅係如圖4A所示變小，呈現補正的效果。
本實施形態中的形狀測定裝置M及其所構裝之形狀測定方法係另外具備有使被測定物SP與第1及第2距離感測器1-1、1-2，在與對向方向呈正交的平面內作相對移動的可動平台部(移動機構部之一例)10，由於在被測定物SP的複數測定部位測定其厚度，因此可測定被測定物SP中在前述平面內的厚度分布。
其中，在上述中，係說明將作為被測定物SP之一例的半導體晶圓支持成橫置(水平方向)的裝置的情形，惟在將作為被測定物SP之一例的半導體晶圓支持成縱置(鉛直方向)的裝置的情形下，亦可同樣地適用本發明。
本說明書係揭示如上所述各種態樣的技術，將其中主要技術彙整如下。
一態樣之形狀測定裝置係具備有：第1及第2距離測定部，其係以透過測定對象的被測定物而互相對向的方式作配置，且分別測定至前述被測定物的距離；第1及第2位移測定部，其係分別測定前述第1及第2距離測定部各個中的對向方向的位移；及形狀運算部，其係根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以前述第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中 之沿著前述對向方向的厚度，作為前述被測定物的形狀。
在如上所示之形狀測定裝置中，藉由第1位移測定部，測定第1距離測定部的位移，藉由第2位移測定部，測定第2距離測定部的位移，接著，根據以第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的被測定物中之沿著對向方向的厚度作為前述被測定物的形狀。因此，如上所示之形狀測定裝置係可減低因第1及第2距離測定部本身的振動所致之影響，可更高精度地測定被測定物的形狀。
在其他一態樣中，在上述形狀測定裝置中，另外具備有：移動機構部，其係使前述被測定物與前述第1及第2距離測定部，在與前述對向方向呈正交的平面內作相對移動，前述第1及第2距離測定部係在前述移動機構部使前述被測定物與該第1及第2距離測定部在前述平面內作相對移動，藉此在前述被測定物中的複數測定部位，分別測定至前述被測定物的距離，前述第1及第2位移測定部係與前述第1及第2距離測定部在前述複數測定部位分別測定至前述被測定物的距離的時序同步而分別測定前述對向方向的位移，前述形狀運算部係在前述複數測定部位各個，根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，分別求出利用以前述第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，而求出 前述被測定物的厚度分布，作為前述被測定物的形狀。
如上所示之形狀測定裝置係另外具備有使被測定物與第1及第2距離測定部在與對向方向呈正交的平面內作相對移動的移動機構部，因此在前述被測定物的複數部位測定其厚度，因此可測定被測定物中在前述平面內的厚度分布。
在其他一態樣中，在該等上述形狀測定裝置中，前述第1及第2距離測定部各個係具備有：光干涉方式位移感測器或靜電電容方式位移感測器，其係以相對經預先設定的基準的前述被測定物的位移，測定至前述被測定物的距離，且測定前述位移的位移量。接著，在上述形狀測定裝置中，前述光干涉方式位移感測器較佳為具備有光外差干涉儀。
在如上所示之形狀測定裝置中，由於第1及第2距離測定部具備有光干涉方式位移感測器或靜電電容方式位移感測器，因此可適當地以次奈米級測定被測定物的形狀。
接著，其他一態樣之形狀測定方法係具備有：距離測定工程，其係利用以透過測定對象的被測定物而互相對向的方式作配置的第1及第2距離測定部，分別測定至前述被測定物的距離；位移測定工程，其係以第1及第2位移測定部分別測定前述第1及第2距離測定部各個中的對向方向的位移；及形狀運算工程，其係根據在前述距離測定工程分別測定出的前述第1及第2距離測定部各個的第1及第2距離測定結果，求出利用在前述位移測定工程分別 測定出的前述第1及第2位移測定部各個的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，作為前述被測定物的形狀。
在如上所示之形狀測定方法中，藉由第1位移測定部，測定第1距離測定部的位移，藉由第2位移測定部，測定第2距離測定部的位移，接著，根據以第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的被測定物中之沿著對向方向的厚度作為前述被測定物的形狀。因此，如上所示之形狀測定方法係可減低因第1及第2距離測定部本身的振動所致之影響，可更高精度地測定被測定物的形狀。
本申請案係以2014年9月26日申請之日本專利申請案特願2014-197019為基礎者，其內容係包含在本案發明中。
為表現本發明，在上述中一邊參照圖示，一邊透過實施形態，適當且充分說明本發明，惟若為該領域熟習該項技術者，應可理解得以輕易將上述實施形態進行變更及/或改良。因此，該領域熟習該項技術者所實施的變更形態或改良形態只要非為脫離申請專利範圍所記載之請求項的權利範圍的層級者，該變更形態或該改良形態係被解釋為包含在該請求項的權利範圍中。
〔產業上可利用性〕
藉由本發明，可提供形狀測定裝置及形狀測定方法。
1-1、1-2‧‧‧第1及第2距離感測器
2-1、2-2‧‧‧第1及第2加速度感測器
3‧‧‧第1類比數位轉換部
4‧‧‧前處理部
5‧‧‧第2類比數位轉換部
6‧‧‧取樣時序生成部
7‧‧‧控制運算部
8‧‧‧輸入部
9‧‧‧輸出部
10‧‧‧可動平台部
11‧‧‧支持部
71‧‧‧控制部
72‧‧‧形狀運算部
M‧‧‧形狀測定裝置
SP‧‧‧被測定物

Claims (4)

  1. 一種形狀測定裝置，其係具備有：第1及第2距離測定部，其係以透過測定對象的被測定物而互相對向的方式作配置，且分別測定至前述被測定物的距離；作為第1及第2加速度感測器的第1及第2位移測定部，其係被配設在前述第1及第2距離測定部，分別測定各個中的對向方向的位移；及形狀運算部，其係根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，求出利用以前述第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，作為前述被測定物的形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之形狀測定裝置，其中，另外具備有：移動機構部，其係使前述被測定物與前述第1及第2距離測定部，在與前述對向方向呈正交的平面內作相對移動，前述第1及第2距離測定部係在前述移動機構部使前述被測定物與該第1及第2距離測定部在前述平面內作相對移動，藉此在前述被測定物中的複數測定部位，分別測定至前述被測定物的距離，前述第1及第2位移測定部係與前述第1及第2距離測定部在前述複數測定部位分別測定至前述被測定物的距 離的時序同步而分別測定前述對向方向的位移，前述形狀運算部係在前述複數測定部位各個，根據以前述第1及第2距離測定部各個所測定出的第1及第2距離測定結果，分別求出利用以前述第1及第2位移測定部各個所測定出的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，而求出前述被測定物的厚度分布，作為前述被測定物的形狀。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之形狀測定裝置，其中，前述第1及第2距離測定部各個係具備有：光干涉方式位移感測器或靜電電容方式位移感測器，其係以相對經預先設定的基準的前述被測定物的位移，測定至前述被測定物的距離，且測定前述位移的位移量。
  4. 一種形狀測定方法，其係具備有：距離測定工程，其係利用以透過測定對象的被測定物而互相對向的方式作配置的第1及第2距離測定部，分別測定至前述被測定物的距離；位移測定工程，其係將作為第1及第2加速度感測器的第1及第2位移測定部配設在前述第1及第2距離測定部，分別測定各個中的對向方向的位移；及形狀運算工程，其係根據在前述距離測定工程分別測定出的前述第1及第2距離測定部各個的第1及第2距離測定結果，求出利用在前述位移測定工程分別測定出的前述第1及第2位移測定部各個的第1及第2位移測定結果所補正的前述被測定物中之沿著前述對向方向的厚度，作為前述被測定物的形狀。
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