表面粗さ測定装置
【課題】本発明は、複数枚のウエハの表面粗さの測定を連続で自動的に行うことができ、測定効率を向上させることができる表面粗さ測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のウエハ７０を載置できる回転駆動可能なステージ１０と、
該ステージ上で前記複数のウエハを同心円状に位置決め固定する位置決め手段５０と、
上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子２１を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、該ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段２０と、
測定対象となる測定対象ウエハを前記所定の測定位置に前記ステージを回転させて移動させ、前記表面粗さ測定手段により該測定対象ウエハの表面粗さを測定する一連の動作を前記複数のウエハに対して順次行うように前記ステージ及び前記表面粗さ測定手段を制御する制御手段４０と、を有することを特徴とする。
【解決手段】複数のウエハ７０を載置できる回転駆動可能なステージ１０と、
該ステージ上で前記複数のウエハを同心円状に位置決め固定する位置決め手段５０と、
上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子２１を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、該ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段２０と、
測定対象となる測定対象ウエハを前記所定の測定位置に前記ステージを回転させて移動させ、前記表面粗さ測定手段により該測定対象ウエハの表面粗さを測定する一連の動作を前記複数のウエハに対して順次行うように前記ステージ及び前記表面粗さ測定手段を制御する制御手段４０と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面粗さ測定装置に関し、特に、上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段を有する表面粗さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハなどの半導体ウエハの表面には、微細な回路が形成されるため、加工工程によっては、ミクロンオーダからオングストロームオーダの表面粗さしか許容されず、高水準の平滑さが求められる。よって、半導体プロセスの各加工工程における加工方式や、加工条件を適切に設定することが不可欠である。かかる半導体プロセスの各加工工程において、ウエハ表面の表面粗さを正確に知るために、表面粗さ計を用いた計測が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ウエハの加工では、砥粒を用いた加工が主流となっており、加工方式や加工条件によって加工面の表面粗さは面内で差異が生じる。よって、加工方式によっては、加工面の面内分布を考慮して表面粗さを測定することが必要となり、１枚のウエハから複数点の表面粗さを測定することが一般的に行われている。
【０００４】
図１は、従来の表面粗さ計によるウエハの表面粗さの測定方法を説明するための図であり、図１（Ａ）は、従来の表面粗さ計の一例を示した構成図である。図１（Ａ）において、支持台１３０上に、被測定物であるウエハ１７０を載置するためのステージ１１０及び支柱１２４が設けられている。支柱１２４には、接触子１２１を上下方向に移動させる上下アーム１２３が取り付けられ、上下アーム１２３には接触子１２１を水平方向に移動させる水平アーム１２２が取り付けられている。接触子１２１は針状の形状をしており、水平アーム１２２の先端に設けられている。接触子１２１により測定されたデータは、記録手段１２６に保存されるようになっている。
【０００５】
次に、図１（Ａ）に示した従来の表面粗さ計を用いたウエハの表面粗さ測定方法について説明する。まず、ウエハ１７０を作業者がステージ１１０の上に載置し、接触子１２１をウエハ１７０の測定位置に移動させた後に測定を開始する。次に、接触子１２１がウエハ１７０に接触する位置まで上下アーム１２３が下降する。次に、水平アーム１２２が手前側に移動することにより、接触子１２１がウエハ１７０の表面を直線状に引っ張る動作をしながら手前側に移動する。このとき、接触子１２１の圧力変化を検知することにより、接触子１２１の位置情報とウエハ１７０の表面粗さ情報を測定し、測定データを記録手段１２６に記録する。一般的に、接触子１２１は、一測定点につき被測定物であるウエハ１７０に接触しながら５ｍｍ〜１５ｍｍの直線距離を移動し、ウエハ１７０の表面粗さを測定する。
【０００６】
図１（Ｂ）は、従来の表面粗さ計を用いたウエハの表面粗さ測定方法において、ウエハの測定点を示した図である。図１（Ｂ）に示すように、ウエハ１７０の表面粗さの測定点１７１〜１７５は、表面粗さの面内分布を考慮して、十字方向の４点と中心を加えた計５点とする場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平４−３５７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１に示した従来の表面粗さ計を用いた表面粗さの測定では、ステージ１１０の中心にウエハ１７０を置いて、十字方向の４点と中心を加えた計５点の表面粗さを測定する場合には、最初に一方向の直線上における測定を終えた後、作業者が手動でステージ１１０を９０°回転させて、再度、もう一方の直線の粗さを測定する必要があった。そのため、表面粗さ測定中は、常時作業者が回転ステージ１０を９０°回転させるためとウエハ１０を交換するために装置の近くに待機していなければならず、作業効率が悪くなるという問題があった。
【０００９】
一方、ロボットでウエハ１７０をハンドリングさせる方法は、ウエハ１７０の取り出し、載置などが必要で、さらに、ステージを正確に回転させる必要があるため、非常に高価で大掛かりなものとなってしまうという問題があった。特に、近年は、シリコンウエハのみならず、サファイア基板等のウエハも利用されており、このようなウエハの表面粗さを測定する必要があるが、このような基板は小ロットで生産される場合が多い。よって、ロボットの導入は費用対効果の面から好ましくなく、現実的な解決手段とはならないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、安価に構成可能でありながら、複数枚のウエハの表面粗さの測定を連続で自動的に行うことができ、測定効率を向上させることができる表面粗さ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る表面粗さ測定装置は、複数のウエハを載置できる回転駆動可能なステージと、
該ステージ上で前記複数のウエハを同心円状に位置決め固定する位置決め手段と、
上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、該ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
前記位置決め手段により同心円状に位置決め固定された前記複数のウエハのうち、測定対象となる測定対象ウエハを前記所定の測定位置に前記ステージを回転させて移動させ、前記表面粗さ測定手段により該測定対象ウエハの表面粗さを測定する一連の動作を、前記複数のウエハに対して順次連続的に行うように前記ステージ及び前記表面粗さ測定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、自動的に連続で複数のウエハの表面粗さを測定することができ、測定効率を著しく向上させることができるとともに、自動化により、作業者の負担も軽減することができる。
【００１３】
また、前記測定対象ウエハ上に複数の表面粗さ測定ポイントがあり、該複数の表面粗さポイントが、前記接触子が水平移動する移動直線上にない配置関係を含む場合には、
前記制御手段は、前記ステージを回転させることにより前記移動直線上にない表面粗さポイントを前記接触子の前記移動直線上に移動させ、前記移動直線上に移動した該表面粗さポイントを測定する制御を行うように構成されてもよい。
【００１４】
これにより、測定対象ウエハの表面にある測定ポイントが同一直線上に無くても、ステージの回転制御により自動的に連続で表面粗さ測定を行うことができる。
【００１５】
また、前記複数の表面粗さポイントの位置は、前記ステージの回転角度情報及び前記接触子の水平方向位置情報として予め記憶手段に記憶され、
前記制御手段は、該記憶手段に記憶された前記回転角度情報及び前記水平位置情報に基づいて、前記複数の表面粗さポイントにおける表面粗さを連続的に測定する制御を行うように構成されてもよい。
【００１６】
これにより、同一ウエハの表面に測定ポイントが複数ある場合は、予め測定ポイントを回転方向位置は回転角度情報として、また、水平方向位置は水平方向位置情報として記憶しておき、複数枚の複数ポイントを総て連続で自動的に測定することができる。
【００１７】
また、前記接触子は、水平方向に直線的に移動する水平アームに支持されており、
前記水平位置情報は、該水平アームのストローク情報として記憶されてもよい。
【００１８】
また、前記位置決め手段は、前記複数のウエハを載置する位置に前記ウエハの外周に沿って前記ウエハの周囲を囲むことができる形状及び大きさのウエハ位置決め穴が形成された位置決め用シートであってもよい。
【００１９】
これにより、ステージ上に複数枚のウエハを載置するときに、作業員がステージ上にウエハを手で置いても、置いた位置にばらつきを発生させず、ステージ上の所定位置にウエハを位置決め固定することができる。
【００２０】
また、前記ステージ上に２個以上の突起が設けられ、
前記ウエハ位置決めシートは、該突起と嵌合するシート位置決め穴を有してもよい。
【００２１】
これにより、ステージとウエハ位置決めシート、ウエハ位置決めシートとウエハとの間にずれを生じさせないようにすることができる。
【００２２】
また、前記ウエハ位置決めシートは、厚さ０．１〜２ｍｍの樹脂製のシートであってもよい。
【００２３】
また、前記表面粗さ測定手段は、前記接触子を上下動させる上下アームと、
該上下アームの上昇を検出するアーム上昇センサとを有し、
前記制御手段は、前記アーム上昇センサによる上下アームの上昇検出により前記表面粗さ測定ポイントの表面粗さ測定終了を検出し、該表面粗さ測定終了の検出後に次の制御動作を行うように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数枚のウエハの表面粗さを、連続で自動的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の表面粗さ計によるウエハの表面粗さの測定方法の説明図である。図１（Ａ）は、従来の表面粗さ計を示した構成図である。図１（Ｂ）は、従来の表面粗さ計を用いたウエハの表面粗さ測定方法におけるウエハの測定点を示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面粗さ測定装置の一例を示した図である。図２（Ａ）は、本実施形態に係る表面粗さ装置の一例の全体構成を示した図である。図２（Ｂ）は、５つの測定ポイントを測定する場合の測定ポイントの一例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表面粗さ装置のウエハ位置決め手段の一例としてウエハ位置決めシートを示した図である。図３（Ａ）は、ウエハ位置決めシートの一例を示した構成図である。図３（Ｂ）は、ウエハ位置決めシートのステージへの設置方法を示した図である。
【図４】測定対象となるウエハ７０の測定点の位置関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に係る表面粗さ測定装置の一例を示した図である。図２（Ａ）は、本実施形態に係る表面粗さ装置の一例の全体構成を示した図である。図２（Ａ）において、本実施形態に係る表面粗さ装置は、ステージ１０と、サーボモーター１３と、原点センサ１４と、表面粗さ測定手段２０と、支持台３０と、制御機４０と、情報入力機器４２と、ウエハ位置決めシート５０とを備える。また、表面粗さ測定手段２０は、接触子２１と、水平アーム２２と、上下アーム２３と、支柱２４と、アーム上昇センサ２５と、記録手段２６とを備える。また、制御機４０は、内部に記憶手段４１を備える。また、図２（Ａ）において、関連構成要素として複数枚のウエハ７０が示されている。
【００２８】
支持台３０は、ステージ１０及び表面粗さ測定手段２０を支持するための基台であり、支持台３０上に、ステージ１０と、表面粗さ測定手段２０の支柱２４が設けられている。支柱２４には、接触子２１を上下方向に移動させる上下アーム２３が取り付けられ、上下アーム２３には接触子２１を水平方向に移動させる水平アーム２２が取り付けられている。接触子２１は針状の形状をしており、水平アーム２２の先端に設けられている。接触子２１により測定されたデータは、記録手段２６に保存されるようになっている。
【００２９】
表面粗さ測定手段２０は、ステージ１０上の所定の測定位置にある測定対象となるウエハ７０の表面粗さを測定するための手段である。表面粗さ測定手段２０による表面粗さの測定は、接触子２１を上下アーム２３により下降させ、ウエハ７０の表面に接触させた状態で、水平アーム２２を手前に引くように支柱２４側に水平移動させ、ウエハ７０の表面粗さを測定する。上下アーム２２及び水平アーム２３の双方とも、直線的に移動するので、接触子２１がウエハ７０の表面を直線移動する際に、ウエハ７０の表面粗さが測定される。なお、ウエハ７０の表面粗さを測定する所定の測定位置は、水平アーム２２が移動可能な移動直線上の位置であればよいが、接触子２１の移動距離を少なくする観点から、支柱２４寄りの手前側であることが好ましい。なお、一般的に接触子２１の移動距離は、一測定点につき被測定物であるウエハ７０に接触をさせながら５ｍｍ〜１５ｍｍの直線を移動し、表面粗さを測定する。
【００３０】
ステージ１０は、被測定物であるウエハ７０を載置するための手段である。ステージ１０には、制御機４０からの制御信号に従い、ステージ１０を所望の角度に回転させるためのサーボモーター１３が設けられている。よって、ステージ１０は、回転駆動可能であり、制御機４０によりその駆動を制御可能に構成されている。なお、ステージ１０の原点は、原点センサ１４により特定できるように構成されている。原点センサ１４は、ステージ１０の原点位置を検出するための検出手段であり、ステージ１０が原点位置に来たときに、支持台３０側とステージ１０側に設けられた１対の原点センサ１４が対向するような配置で設けられてよい。例えば、一方から光を発射し、他方で光を受光するように構成すれば、ステージ１０の原点位置を検出し、原点位置決めを行うことができる。
【００３１】
また、ステージ１０はステージ１０の表面外周寄りの円周上に複数のウエハ７０を載置可能な構成となっている。具体的には、ウエハ７０の載置位置を正確に決めるための位置決め手段５０が設けられており、ウエハ７０を位置決め固定できる構成となっている。ウエハ位置決め手段５０は、ウエハ７０を位置決め固定するために、ウエハ７０よりも少しだけ大きい相似形状を有し、ウエハ７０の周囲をウエハ７０の外周に沿って囲むような凹部を形成するための手段である。なお、位置決め手段５０の詳細については、後述する。
【００３２】
制御機４０は、ステージ１０の回転駆動及び表面粗さ測定手段２０による表面粗さ測定を制御する制御手段である。本実施形態に係る表面粗さ測定装置においては、所定の測定位置にある１枚のウエハ７０の表面粗さ測定が終了したら、上下アーム２３を上昇させ、ステージ１０を回転させて次のウエハ７０を所定の測定位置に移動させ、上下アーム２３を下降させて次の測定対象であるウエハ７０の表面粗さを測定する連続測定動作を行う。よって、制御機４０は、上下アーム２３の上昇を検出するとともに、サーボモーター１３と表面粗さ測定手段２０の動作を同期させて駆動制御を行う必要がある。従って、制御機４０は、電気的にサーボモーター１３とアーム上昇センサ２５に接続されるともに、接触子２１、上下アーム２３及び水平アーム２２に接続されている。なお、アーム上昇センサ２５は、上下アーム２３の上昇を検出する検出手段である。一点の測定ごとに上下アーム２３が上昇下降するので、アーム上昇センサ２５は、測定完了のタイミングを図るためと動作インタロックの役割をしている。また、制御機４０は、情報入力機器４２に入力されたステージ１０の回転角度情報を記憶手段４１により記憶し、記憶した回転角度得情報に基づいて、サーボモーター１３に角度指令を出し、ステージ１０を実際に回転させることができる。このような連続的な動作をすることにより、自動で連続測定を可能にする。なお、記憶手段４１は、必ずしも制御機４０の内部に設けられている必要は無く、情報入力機器４２側に備えられ、制御機４０が記憶情報を読み取って駆動制御を行う構成であってもよい。
【００３３】
図２（Ｂ）は、表面粗さ測定手段２０により５つの測定ポイントを測定する場合の測定ポイントの一例を示した図である。図２（Ｂ）において、測定ポイント７１〜７５は、位置自体は、図１（Ｂ）で説明したように、直交する異なる２直線上にあるが、接触子２１が移動する方向は、直交する関係には無い。つまり、測定ポイント７２、７３、７４は１本の直線上にあるが、測定ポイント７１は、測定ポイント７２、７３、７４よりも右側に傾斜しており、測定ポイント７５は、測定ポイント７２、７３、７４よりも左側に傾斜した状態となっている。本実施形態に係る表面粗さ測定装置においては、１枚のウエハ７０に測定点が複数ある場合であっても、ステージ１０を９０度回転させるのではなく、測定ポイント７１、測定ポイント７２〜７４、測定ポイント７５同士を接触子２１の移動直線上に来るように僅かだけ移動させる駆動制御を行う。そのため、両側端部にある測定ポイント７１、７５は、測定ポイント７２〜７４と接触子２１の移動方向が直交する関係にはなく、少しだけ角度が異なる方向となっている。なお、この点の詳細については後述する。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に係る表面粗さ装置のウエハ位置決め手段５０の一例として、ウエハ位置決めシート５１を示した図である。図３（Ａ）は、ウエハ位置決めシート５１の一例を示した構成図である。図３（Ａ）に示すように、図２で説明したウエハ位置決め手段５０は、例えば、シート状のウエハ位置決めシート５１として構成することができる。ウエハ位置決めシート５１は、ウエハ位置決め穴５２と、シート位置決め穴５３とを有する。ウエハ位置決め穴５２は、ウエハ７０を位置決め固定するための穴であり、ステージ１０上に載置することにより、ステージ１０の表面にウエハ位置決めシート５１の厚さ分の深さを有する凹部を形成することができる。シート位置決め穴５３は、ステージ１０の表面上に、例えばピンのような突起を設けた場合に、シート位置決め穴５３を突起に嵌合させることにより、ウエハ位置決めシート５１をステージ１０上に固定設置するために設けられた穴である。
【００３５】
図３に示すウエハ位置決めシート５１を用いた場合は、測定するウエハ７０の大きさ、枚数に応じて、ウエハ位置決めシート５１に形成されたウエハ位置決め穴５２を変更したものを用いることにより、種々のウエハの表面粗さ測定を行うことが可能になる。
【００３６】
図３（Ｂ）は、ウエハ位置決めシート５１のステージ１０への設置方法を示した図である。図３（Ｂ）において、ステージ１０の表面１１に、位置きめ用のピン１２が設けられている。ピン１２はステージ１０の表面１１に固定されている。また、上述のように、ウエハ位置決めシート５１は、ピン１２とほぼ同じ直径の穴であるシート位置決め穴５３を有し、回転時でも位置がずれないようになっている。また、ウエハ位置決めシート５１の厚さは、例えば０．１〜２ｍｍであり、ウエハ７０が引っ掛かる厚さになっている。また、ウエハ位置決めシート５１は、ウエハ７０とほぼ同じ大きさのウエハ位置決め穴５２が設けられており、ウエハ７０を載せることにより回転ステージ１０上にウエハ７０を固定することができる。
【００３７】
なお、ウエハ位置決めシート５１は、ウエハ７０を位置決め固定できる厚さと硬度を有すれば、種々の材料で構成されてよいが、例えば、樹脂製のシートとして構成されてもよい。例えば、厚さ１ｍｍ程度のポリプロピレン製樹脂のウエハ位置決めシート５１を用いるようにしてもよい。
【００３８】
このように、位置決め手段５０は、ステージ１０の表面１１上に位置決め用のピン１２を設けるとともに、円盤状のシートにウエハ位置決め穴５２及びシート位置決め穴５３を設け、これを回転ステージ１０上に載置して構成してもよい。ピン１２をシート位置決め穴５３に挿通させることにより、ウエハ位置決めシート５１をステージ１０の表面１１上に設置固定することが可能となる。
【００３９】
なお、図３においては、突起状のピン１２及びシート位置決め穴５３が２個である例を挙げて説明したが、確実にウエハ位置決めシートの位置ずれを防ぐために、３個以上のピン１２等の突起及びシート位置決め穴５３を設けるようにしてもよい。
【００４０】
次に、図４を用いて、本発明の表面粗さ装置により測定するウエハ７０の測定点の位置関係にについて詳細に説明する。図４は、測定対象となるウエハ７０の測定点の位置関係の一例を示した図である。図４において、６枚のウエハ７０の表面粗さを連続して測定する場合であって、１枚のウエハ当たり５点の測定ポイントを設定するときの測定位置の一例を示している。なお、今まで説明した構成要素には、今までの説明と同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
図４の例においては、１枚の測定対象ウエハ７０の表面上に、測定ポイント７１〜７５の５点が設定されているが、測定順序は測定ポイン７１から測定ポイント７５に向かう順序とする。また、測定方向は、測定ポイント７２から測定ポイント７４に向かう方向に設定されているものとする。図４に示されるように、測定ポイント７２〜７４は、測定方向である接触子２１の水平移動直線上にあるので、ステージ１０を回転させることなく総ての測定ポイント７２〜７４を測定できる位置関係にある。また、測定ポイント７１、７３、７５は、接触子２１の移動方向は異なるが、測定方向と垂直な直線上にある。よって、水平アーム２２による直線方向の移動量である測定ストロークは、測定ポイント７１から測定ポイント７２までを移動量７６とするとともに、測定ポイント７２から測定ポイント７３までも移動量７６とし、制御機４０に記憶させておくことができる。また、ステージ１０の角度は、６枚設置の場合、１枚あたりの移動角αは６０°となり、測定ポイント７１と測定ポイント７２の移動角βは、およそ２２°となる。これらの角度および移動量をあらかじめ制御機４０に記憶させておく。
【００４２】
図４に示す状態から、ステージ１０を角度βだけ反時計回りに回転させ、測定ポイント７１から測定を開始したとする。そうすると、次は角度βだけ時計回りにステージ１０を回転させ、移動量７６の分接触子２１を内側に移動させると、測定ポイント７２を次に測定できる。測定ポイント７２〜７４間の関係では、回転角度情報は不要又はゼロであり、ステージ１０の半径方向の位置情報を記憶しておけばよい。即ち、移動量７６の分外側に接触子２１を移動させれば次の測定ポイント７３を測定でき、同様に更に移動量７６分外側に接触子２１を移動させれば、測定ポイント７４を測定することができる。次いで、角度βだけステージ１０を時計回りに回転させ、測定ポイント７４から移動量７６の分内側に接触子２１を移動させれば、測定ポイント７５を測定できる。この測定パターンの場合には、最初に測定ポイント７１が測定方向の移動直線上に設置され、半径方向（水平アーム２２の水平移動方向）においてはウエハ７０の中心位置から測定が開始するとすれば、測定ポイント７１を測定、時計方向に角度βでステージ１０が回転、内側に移動量７６で水平アーム２２が移動、測定ポイント７２を測定、外側に移動量７６で水平アーム２２が移動、測定ポイント７３を測定、外側に移動量７６で水平アーム２２が移動、測定ポイント７４を測定、時計方向に角度βでステージ１０が回転、移動量７６で水平アーム２２が内側に移動、測定ポイント７５を測定、というシーケンスで総ての測定ポイント７１〜７５を測定することができる。
【００４３】
更に、この後、角度αで時計回転方向又は反時計回転方向にステージ１０を回転させれば、隣接する別のウエハ７０が所定の測定位置に移動し、測定位置に移動したウエハ７０を、表面粗さ測定手段２０の次の測定対象として表面粗さの測定を行うことができる。この場合には、１枚のウエハ７０の測定が終了したら、回転角度αでステージ１０を回転させるシーケンスを入れるだけであるので、個々の測定ポイント７１〜７５の測定と同様の考え方で次のウエハ７０の表面粗さを測定することができる。
【００４４】
このように、測定方向の移動量又は位置情報と、ステージ１０の回転角度情報を予め設定し、測定方法に合わせてシーケンスを組めば、連続して自動的に複数のウエハ７０の表面粗さを測定することができる。
【００４５】
なお、移動量情報又は位置情報は、水平アーム２２のストローク情報として記憶することができ、実際のアクチュエータの駆動に適した形式で移動量情報又は位置情報を記憶することができる。
【００４６】
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態に係る表面粗さ測定装置を用いた、ウエハ７０の表面粗さ測定方法について説明する。ここでは、図４で示したように、例として６枚のウエハ７０、１枚当たり５点の測定ポイント７１〜７５とするが、本発明の表面粗さ測定装置での測定はウエハの測定枚数や測定ポイントが限定されるものではない。
【００４７】
図３に示すように、最初に、ステージ１０の上に突出しているピン１２と、ウエハ位置決めシート５１に設けられたピン位置決め穴５３が嵌合するように、ステージ１０上にウエハ位置決めシート５１を載せる。次に、ウエハ位置決めシート５１のウエハ位置決め穴５２に収まるように６枚のウエハ７０をステージ１０の表面上にセットする。
【００４８】
次に、図２に示された制御機４０に、６枚のウエハ１０、５点の測定ポイント７１〜７５の測定順番、回転角度、測定ストローク３６、測定順番、１点当たりの測定長さを設定する。制御機４０への設定は、情報入力機器４２を用いて行われてよく、各設定情報は、制御機４０の内部の記憶手段４１に記憶されてよい。また、二回目以降に同じ条件で測定をする場合は、再度設定の必要はない。
【００４９】
図２に示した表面粗さ測定装置が自動運転を開始すると、ステージ１０は、一枚目のウエハ７０の中心位置の角度を原点位置として、そこに移動し、その後、図４の第一番目の測定ポイント７１の回転角度βだけ回転し、停止する。水平アーム２２は測定ポイント７２の中心からのストローク位置７７に移動し（図４参照）、上下アーム２３が接触子２１とウエハ７０が接触するまで下降し、測定動作を実施する。測定が完了すると上下アーム２３が一旦上昇し、アーム上昇センサ２５が上下アーム２３の上昇を検知し、上昇したまま、次の測定ポイントに移動する。
【００５０】
上下アーム２３が上昇して、アーム上昇センサ２５がオンすると、制御機４０が測定終了を検出し、ステージ１０を回転させ、次の測定ポイント７２の回転角度β分回転移動する。その間に水平アーム２２は、次の測定ポイント７２の上側に移動し、上下アーム２３が下降した後、測定を開始する。
【００５１】
以上のような動作を繰り返し、１枚目のウエハ７０の測定が終了すると、ステージ１０は６０°回転し、２枚目の回転角度αの位置に移動する（図４参照）。２枚目から６枚目までは同様に表面粗さを連続で測定したのち、すべての測定が終了すると、終了表示を出して、停止する。
【００５２】
以上のように、最初に枚数情報、位置情報を設定しておき、１つのサーボモーター１１を設置することで、連続的かつ無人で自動的に、ウエハ７０の表面粗さを測定することができる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ステージ
１１ 表面
１２ ピン
１３ サーボモーター
１４ 原点センサ
２０ 表面粗さ測定手段
２１ 接触子
２２ 水平アーム
２３ 上下アーム
２４ 支柱
２５ アーム上昇センサ
２６ 記録手段
３０ 支持台
４０ 制御機
４１ 記憶手段
４２ 情報入力機器
５０ 位置決め手段
５１ ウエハ位置決めシート
５２ ウエハ位置決め穴
５３ シート位置決め穴
７０ ウエハ
７１〜７５ 測定ポイント
７６ 移動量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面粗さ測定装置に関し、特に、上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段を有する表面粗さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハなどの半導体ウエハの表面には、微細な回路が形成されるため、加工工程によっては、ミクロンオーダからオングストロームオーダの表面粗さしか許容されず、高水準の平滑さが求められる。よって、半導体プロセスの各加工工程における加工方式や、加工条件を適切に設定することが不可欠である。かかる半導体プロセスの各加工工程において、ウエハ表面の表面粗さを正確に知るために、表面粗さ計を用いた計測が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ウエハの加工では、砥粒を用いた加工が主流となっており、加工方式や加工条件によって加工面の表面粗さは面内で差異が生じる。よって、加工方式によっては、加工面の面内分布を考慮して表面粗さを測定することが必要となり、１枚のウエハから複数点の表面粗さを測定することが一般的に行われている。
【０００４】
図１は、従来の表面粗さ計によるウエハの表面粗さの測定方法を説明するための図であり、図１（Ａ）は、従来の表面粗さ計の一例を示した構成図である。図１（Ａ）において、支持台１３０上に、被測定物であるウエハ１７０を載置するためのステージ１１０及び支柱１２４が設けられている。支柱１２４には、接触子１２１を上下方向に移動させる上下アーム１２３が取り付けられ、上下アーム１２３には接触子１２１を水平方向に移動させる水平アーム１２２が取り付けられている。接触子１２１は針状の形状をしており、水平アーム１２２の先端に設けられている。接触子１２１により測定されたデータは、記録手段１２６に保存されるようになっている。
【０００５】
次に、図１（Ａ）に示した従来の表面粗さ計を用いたウエハの表面粗さ測定方法について説明する。まず、ウエハ１７０を作業者がステージ１１０の上に載置し、接触子１２１をウエハ１７０の測定位置に移動させた後に測定を開始する。次に、接触子１２１がウエハ１７０に接触する位置まで上下アーム１２３が下降する。次に、水平アーム１２２が手前側に移動することにより、接触子１２１がウエハ１７０の表面を直線状に引っ張る動作をしながら手前側に移動する。このとき、接触子１２１の圧力変化を検知することにより、接触子１２１の位置情報とウエハ１７０の表面粗さ情報を測定し、測定データを記録手段１２６に記録する。一般的に、接触子１２１は、一測定点につき被測定物であるウエハ１７０に接触しながら５ｍｍ〜１５ｍｍの直線距離を移動し、ウエハ１７０の表面粗さを測定する。
【０００６】
図１（Ｂ）は、従来の表面粗さ計を用いたウエハの表面粗さ測定方法において、ウエハの測定点を示した図である。図１（Ｂ）に示すように、ウエハ１７０の表面粗さの測定点１７１〜１７５は、表面粗さの面内分布を考慮して、十字方向の４点と中心を加えた計５点とする場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公平４−３５７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１に示した従来の表面粗さ計を用いた表面粗さの測定では、ステージ１１０の中心にウエハ１７０を置いて、十字方向の４点と中心を加えた計５点の表面粗さを測定する場合には、最初に一方向の直線上における測定を終えた後、作業者が手動でステージ１１０を９０°回転させて、再度、もう一方の直線の粗さを測定する必要があった。そのため、表面粗さ測定中は、常時作業者が回転ステージ１０を９０°回転させるためとウエハ１０を交換するために装置の近くに待機していなければならず、作業効率が悪くなるという問題があった。
【０００９】
一方、ロボットでウエハ１７０をハンドリングさせる方法は、ウエハ１７０の取り出し、載置などが必要で、さらに、ステージを正確に回転させる必要があるため、非常に高価で大掛かりなものとなってしまうという問題があった。特に、近年は、シリコンウエハのみならず、サファイア基板等のウエハも利用されており、このようなウエハの表面粗さを測定する必要があるが、このような基板は小ロットで生産される場合が多い。よって、ロボットの導入は費用対効果の面から好ましくなく、現実的な解決手段とはならないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、安価に構成可能でありながら、複数枚のウエハの表面粗さの測定を連続で自動的に行うことができ、測定効率を向上させることができる表面粗さ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る表面粗さ測定装置は、複数のウエハを載置できる回転駆動可能なステージと、
該ステージ上で前記複数のウエハを同心円状に位置決め固定する位置決め手段と、
上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、該ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
前記位置決め手段により同心円状に位置決め固定された前記複数のウエハのうち、測定対象となる測定対象ウエハを前記所定の測定位置に前記ステージを回転させて移動させ、前記表面粗さ測定手段により該測定対象ウエハの表面粗さを測定する一連の動作を、前記複数のウエハに対して順次連続的に行うように前記ステージ及び前記表面粗さ測定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
これにより、自動的に連続で複数のウエハの表面粗さを測定することができ、測定効率を著しく向上させることができるとともに、自動化により、作業者の負担も軽減することができる。
【００１３】
また、前記測定対象ウエハ上に複数の表面粗さ測定ポイントがあり、該複数の表面粗さポイントが、前記接触子が水平移動する移動直線上にない配置関係を含む場合には、
前記制御手段は、前記ステージを回転させることにより前記移動直線上にない表面粗さポイントを前記接触子の前記移動直線上に移動させ、前記移動直線上に移動した該表面粗さポイントを測定する制御を行うように構成されてもよい。
【００１４】
これにより、測定対象ウエハの表面にある測定ポイントが同一直線上に無くても、ステージの回転制御により自動的に連続で表面粗さ測定を行うことができる。
【００１５】
また、前記複数の表面粗さポイントの位置は、前記ステージの回転角度情報及び前記接触子の水平方向位置情報として予め記憶手段に記憶され、
前記制御手段は、該記憶手段に記憶された前記回転角度情報及び前記水平位置情報に基づいて、前記複数の表面粗さポイントにおける表面粗さを連続的に測定する制御を行うように構成されてもよい。
【００１６】
これにより、同一ウエハの表面に測定ポイントが複数ある場合は、予め測定ポイントを回転方向位置は回転角度情報として、また、水平方向位置は水平方向位置情報として記憶しておき、複数枚の複数ポイントを総て連続で自動的に測定することができる。
【００１７】
また、前記接触子は、水平方向に直線的に移動する水平アームに支持されており、
前記水平位置情報は、該水平アームのストローク情報として記憶されてもよい。
【００１８】
また、前記位置決め手段は、前記複数のウエハを載置する位置に前記ウエハの外周に沿って前記ウエハの周囲を囲むことができる形状及び大きさのウエハ位置決め穴が形成された位置決め用シートであってもよい。
【００１９】
これにより、ステージ上に複数枚のウエハを載置するときに、作業員がステージ上にウエハを手で置いても、置いた位置にばらつきを発生させず、ステージ上の所定位置にウエハを位置決め固定することができる。
【００２０】
また、前記ステージ上に２個以上の突起が設けられ、
前記ウエハ位置決めシートは、該突起と嵌合するシート位置決め穴を有してもよい。
【００２１】
これにより、ステージとウエハ位置決めシート、ウエハ位置決めシートとウエハとの間にずれを生じさせないようにすることができる。
【００２２】
また、前記ウエハ位置決めシートは、厚さ０．１〜２ｍｍの樹脂製のシートであってもよい。
【００２３】
また、前記表面粗さ測定手段は、前記接触子を上下動させる上下アームと、
該上下アームの上昇を検出するアーム上昇センサとを有し、
前記制御手段は、前記アーム上昇センサによる上下アームの上昇検出により前記表面粗さ測定ポイントの表面粗さ測定終了を検出し、該表面粗さ測定終了の検出後に次の制御動作を行うように構成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数枚のウエハの表面粗さを、連続で自動的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の表面粗さ計によるウエハの表面粗さの測定方法の説明図である。図１（Ａ）は、従来の表面粗さ計を示した構成図である。図１（Ｂ）は、従来の表面粗さ計を用いたウエハの表面粗さ測定方法におけるウエハの測定点を示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面粗さ測定装置の一例を示した図である。図２（Ａ）は、本実施形態に係る表面粗さ装置の一例の全体構成を示した図である。図２（Ｂ）は、５つの測定ポイントを測定する場合の測定ポイントの一例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表面粗さ装置のウエハ位置決め手段の一例としてウエハ位置決めシートを示した図である。図３（Ａ）は、ウエハ位置決めシートの一例を示した構成図である。図３（Ｂ）は、ウエハ位置決めシートのステージへの設置方法を示した図である。
【図４】測定対象となるウエハ７０の測定点の位置関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に係る表面粗さ測定装置の一例を示した図である。図２（Ａ）は、本実施形態に係る表面粗さ装置の一例の全体構成を示した図である。図２（Ａ）において、本実施形態に係る表面粗さ装置は、ステージ１０と、サーボモーター１３と、原点センサ１４と、表面粗さ測定手段２０と、支持台３０と、制御機４０と、情報入力機器４２と、ウエハ位置決めシート５０とを備える。また、表面粗さ測定手段２０は、接触子２１と、水平アーム２２と、上下アーム２３と、支柱２４と、アーム上昇センサ２５と、記録手段２６とを備える。また、制御機４０は、内部に記憶手段４１を備える。また、図２（Ａ）において、関連構成要素として複数枚のウエハ７０が示されている。
【００２８】
支持台３０は、ステージ１０及び表面粗さ測定手段２０を支持するための基台であり、支持台３０上に、ステージ１０と、表面粗さ測定手段２０の支柱２４が設けられている。支柱２４には、接触子２１を上下方向に移動させる上下アーム２３が取り付けられ、上下アーム２３には接触子２１を水平方向に移動させる水平アーム２２が取り付けられている。接触子２１は針状の形状をしており、水平アーム２２の先端に設けられている。接触子２１により測定されたデータは、記録手段２６に保存されるようになっている。
【００２９】
表面粗さ測定手段２０は、ステージ１０上の所定の測定位置にある測定対象となるウエハ７０の表面粗さを測定するための手段である。表面粗さ測定手段２０による表面粗さの測定は、接触子２１を上下アーム２３により下降させ、ウエハ７０の表面に接触させた状態で、水平アーム２２を手前に引くように支柱２４側に水平移動させ、ウエハ７０の表面粗さを測定する。上下アーム２２及び水平アーム２３の双方とも、直線的に移動するので、接触子２１がウエハ７０の表面を直線移動する際に、ウエハ７０の表面粗さが測定される。なお、ウエハ７０の表面粗さを測定する所定の測定位置は、水平アーム２２が移動可能な移動直線上の位置であればよいが、接触子２１の移動距離を少なくする観点から、支柱２４寄りの手前側であることが好ましい。なお、一般的に接触子２１の移動距離は、一測定点につき被測定物であるウエハ７０に接触をさせながら５ｍｍ〜１５ｍｍの直線を移動し、表面粗さを測定する。
【００３０】
ステージ１０は、被測定物であるウエハ７０を載置するための手段である。ステージ１０には、制御機４０からの制御信号に従い、ステージ１０を所望の角度に回転させるためのサーボモーター１３が設けられている。よって、ステージ１０は、回転駆動可能であり、制御機４０によりその駆動を制御可能に構成されている。なお、ステージ１０の原点は、原点センサ１４により特定できるように構成されている。原点センサ１４は、ステージ１０の原点位置を検出するための検出手段であり、ステージ１０が原点位置に来たときに、支持台３０側とステージ１０側に設けられた１対の原点センサ１４が対向するような配置で設けられてよい。例えば、一方から光を発射し、他方で光を受光するように構成すれば、ステージ１０の原点位置を検出し、原点位置決めを行うことができる。
【００３１】
また、ステージ１０はステージ１０の表面外周寄りの円周上に複数のウエハ７０を載置可能な構成となっている。具体的には、ウエハ７０の載置位置を正確に決めるための位置決め手段５０が設けられており、ウエハ７０を位置決め固定できる構成となっている。ウエハ位置決め手段５０は、ウエハ７０を位置決め固定するために、ウエハ７０よりも少しだけ大きい相似形状を有し、ウエハ７０の周囲をウエハ７０の外周に沿って囲むような凹部を形成するための手段である。なお、位置決め手段５０の詳細については、後述する。
【００３２】
制御機４０は、ステージ１０の回転駆動及び表面粗さ測定手段２０による表面粗さ測定を制御する制御手段である。本実施形態に係る表面粗さ測定装置においては、所定の測定位置にある１枚のウエハ７０の表面粗さ測定が終了したら、上下アーム２３を上昇させ、ステージ１０を回転させて次のウエハ７０を所定の測定位置に移動させ、上下アーム２３を下降させて次の測定対象であるウエハ７０の表面粗さを測定する連続測定動作を行う。よって、制御機４０は、上下アーム２３の上昇を検出するとともに、サーボモーター１３と表面粗さ測定手段２０の動作を同期させて駆動制御を行う必要がある。従って、制御機４０は、電気的にサーボモーター１３とアーム上昇センサ２５に接続されるともに、接触子２１、上下アーム２３及び水平アーム２２に接続されている。なお、アーム上昇センサ２５は、上下アーム２３の上昇を検出する検出手段である。一点の測定ごとに上下アーム２３が上昇下降するので、アーム上昇センサ２５は、測定完了のタイミングを図るためと動作インタロックの役割をしている。また、制御機４０は、情報入力機器４２に入力されたステージ１０の回転角度情報を記憶手段４１により記憶し、記憶した回転角度得情報に基づいて、サーボモーター１３に角度指令を出し、ステージ１０を実際に回転させることができる。このような連続的な動作をすることにより、自動で連続測定を可能にする。なお、記憶手段４１は、必ずしも制御機４０の内部に設けられている必要は無く、情報入力機器４２側に備えられ、制御機４０が記憶情報を読み取って駆動制御を行う構成であってもよい。
【００３３】
図２（Ｂ）は、表面粗さ測定手段２０により５つの測定ポイントを測定する場合の測定ポイントの一例を示した図である。図２（Ｂ）において、測定ポイント７１〜７５は、位置自体は、図１（Ｂ）で説明したように、直交する異なる２直線上にあるが、接触子２１が移動する方向は、直交する関係には無い。つまり、測定ポイント７２、７３、７４は１本の直線上にあるが、測定ポイント７１は、測定ポイント７２、７３、７４よりも右側に傾斜しており、測定ポイント７５は、測定ポイント７２、７３、７４よりも左側に傾斜した状態となっている。本実施形態に係る表面粗さ測定装置においては、１枚のウエハ７０に測定点が複数ある場合であっても、ステージ１０を９０度回転させるのではなく、測定ポイント７１、測定ポイント７２〜７４、測定ポイント７５同士を接触子２１の移動直線上に来るように僅かだけ移動させる駆動制御を行う。そのため、両側端部にある測定ポイント７１、７５は、測定ポイント７２〜７４と接触子２１の移動方向が直交する関係にはなく、少しだけ角度が異なる方向となっている。なお、この点の詳細については後述する。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に係る表面粗さ装置のウエハ位置決め手段５０の一例として、ウエハ位置決めシート５１を示した図である。図３（Ａ）は、ウエハ位置決めシート５１の一例を示した構成図である。図３（Ａ）に示すように、図２で説明したウエハ位置決め手段５０は、例えば、シート状のウエハ位置決めシート５１として構成することができる。ウエハ位置決めシート５１は、ウエハ位置決め穴５２と、シート位置決め穴５３とを有する。ウエハ位置決め穴５２は、ウエハ７０を位置決め固定するための穴であり、ステージ１０上に載置することにより、ステージ１０の表面にウエハ位置決めシート５１の厚さ分の深さを有する凹部を形成することができる。シート位置決め穴５３は、ステージ１０の表面上に、例えばピンのような突起を設けた場合に、シート位置決め穴５３を突起に嵌合させることにより、ウエハ位置決めシート５１をステージ１０上に固定設置するために設けられた穴である。
【００３５】
図３に示すウエハ位置決めシート５１を用いた場合は、測定するウエハ７０の大きさ、枚数に応じて、ウエハ位置決めシート５１に形成されたウエハ位置決め穴５２を変更したものを用いることにより、種々のウエハの表面粗さ測定を行うことが可能になる。
【００３６】
図３（Ｂ）は、ウエハ位置決めシート５１のステージ１０への設置方法を示した図である。図３（Ｂ）において、ステージ１０の表面１１に、位置きめ用のピン１２が設けられている。ピン１２はステージ１０の表面１１に固定されている。また、上述のように、ウエハ位置決めシート５１は、ピン１２とほぼ同じ直径の穴であるシート位置決め穴５３を有し、回転時でも位置がずれないようになっている。また、ウエハ位置決めシート５１の厚さは、例えば０．１〜２ｍｍであり、ウエハ７０が引っ掛かる厚さになっている。また、ウエハ位置決めシート５１は、ウエハ７０とほぼ同じ大きさのウエハ位置決め穴５２が設けられており、ウエハ７０を載せることにより回転ステージ１０上にウエハ７０を固定することができる。
【００３７】
なお、ウエハ位置決めシート５１は、ウエハ７０を位置決め固定できる厚さと硬度を有すれば、種々の材料で構成されてよいが、例えば、樹脂製のシートとして構成されてもよい。例えば、厚さ１ｍｍ程度のポリプロピレン製樹脂のウエハ位置決めシート５１を用いるようにしてもよい。
【００３８】
このように、位置決め手段５０は、ステージ１０の表面１１上に位置決め用のピン１２を設けるとともに、円盤状のシートにウエハ位置決め穴５２及びシート位置決め穴５３を設け、これを回転ステージ１０上に載置して構成してもよい。ピン１２をシート位置決め穴５３に挿通させることにより、ウエハ位置決めシート５１をステージ１０の表面１１上に設置固定することが可能となる。
【００３９】
なお、図３においては、突起状のピン１２及びシート位置決め穴５３が２個である例を挙げて説明したが、確実にウエハ位置決めシートの位置ずれを防ぐために、３個以上のピン１２等の突起及びシート位置決め穴５３を設けるようにしてもよい。
【００４０】
次に、図４を用いて、本発明の表面粗さ装置により測定するウエハ７０の測定点の位置関係にについて詳細に説明する。図４は、測定対象となるウエハ７０の測定点の位置関係の一例を示した図である。図４において、６枚のウエハ７０の表面粗さを連続して測定する場合であって、１枚のウエハ当たり５点の測定ポイントを設定するときの測定位置の一例を示している。なお、今まで説明した構成要素には、今までの説明と同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
図４の例においては、１枚の測定対象ウエハ７０の表面上に、測定ポイント７１〜７５の５点が設定されているが、測定順序は測定ポイン７１から測定ポイント７５に向かう順序とする。また、測定方向は、測定ポイント７２から測定ポイント７４に向かう方向に設定されているものとする。図４に示されるように、測定ポイント７２〜７４は、測定方向である接触子２１の水平移動直線上にあるので、ステージ１０を回転させることなく総ての測定ポイント７２〜７４を測定できる位置関係にある。また、測定ポイント７１、７３、７５は、接触子２１の移動方向は異なるが、測定方向と垂直な直線上にある。よって、水平アーム２２による直線方向の移動量である測定ストロークは、測定ポイント７１から測定ポイント７２までを移動量７６とするとともに、測定ポイント７２から測定ポイント７３までも移動量７６とし、制御機４０に記憶させておくことができる。また、ステージ１０の角度は、６枚設置の場合、１枚あたりの移動角αは６０°となり、測定ポイント７１と測定ポイント７２の移動角βは、およそ２２°となる。これらの角度および移動量をあらかじめ制御機４０に記憶させておく。
【００４２】
図４に示す状態から、ステージ１０を角度βだけ反時計回りに回転させ、測定ポイント７１から測定を開始したとする。そうすると、次は角度βだけ時計回りにステージ１０を回転させ、移動量７６の分接触子２１を内側に移動させると、測定ポイント７２を次に測定できる。測定ポイント７２〜７４間の関係では、回転角度情報は不要又はゼロであり、ステージ１０の半径方向の位置情報を記憶しておけばよい。即ち、移動量７６の分外側に接触子２１を移動させれば次の測定ポイント７３を測定でき、同様に更に移動量７６分外側に接触子２１を移動させれば、測定ポイント７４を測定することができる。次いで、角度βだけステージ１０を時計回りに回転させ、測定ポイント７４から移動量７６の分内側に接触子２１を移動させれば、測定ポイント７５を測定できる。この測定パターンの場合には、最初に測定ポイント７１が測定方向の移動直線上に設置され、半径方向（水平アーム２２の水平移動方向）においてはウエハ７０の中心位置から測定が開始するとすれば、測定ポイント７１を測定、時計方向に角度βでステージ１０が回転、内側に移動量７６で水平アーム２２が移動、測定ポイント７２を測定、外側に移動量７６で水平アーム２２が移動、測定ポイント７３を測定、外側に移動量７６で水平アーム２２が移動、測定ポイント７４を測定、時計方向に角度βでステージ１０が回転、移動量７６で水平アーム２２が内側に移動、測定ポイント７５を測定、というシーケンスで総ての測定ポイント７１〜７５を測定することができる。
【００４３】
更に、この後、角度αで時計回転方向又は反時計回転方向にステージ１０を回転させれば、隣接する別のウエハ７０が所定の測定位置に移動し、測定位置に移動したウエハ７０を、表面粗さ測定手段２０の次の測定対象として表面粗さの測定を行うことができる。この場合には、１枚のウエハ７０の測定が終了したら、回転角度αでステージ１０を回転させるシーケンスを入れるだけであるので、個々の測定ポイント７１〜７５の測定と同様の考え方で次のウエハ７０の表面粗さを測定することができる。
【００４４】
このように、測定方向の移動量又は位置情報と、ステージ１０の回転角度情報を予め設定し、測定方法に合わせてシーケンスを組めば、連続して自動的に複数のウエハ７０の表面粗さを測定することができる。
【００４５】
なお、移動量情報又は位置情報は、水平アーム２２のストローク情報として記憶することができ、実際のアクチュエータの駆動に適した形式で移動量情報又は位置情報を記憶することができる。
【００４６】
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態に係る表面粗さ測定装置を用いた、ウエハ７０の表面粗さ測定方法について説明する。ここでは、図４で示したように、例として６枚のウエハ７０、１枚当たり５点の測定ポイント７１〜７５とするが、本発明の表面粗さ測定装置での測定はウエハの測定枚数や測定ポイントが限定されるものではない。
【００４７】
図３に示すように、最初に、ステージ１０の上に突出しているピン１２と、ウエハ位置決めシート５１に設けられたピン位置決め穴５３が嵌合するように、ステージ１０上にウエハ位置決めシート５１を載せる。次に、ウエハ位置決めシート５１のウエハ位置決め穴５２に収まるように６枚のウエハ７０をステージ１０の表面上にセットする。
【００４８】
次に、図２に示された制御機４０に、６枚のウエハ１０、５点の測定ポイント７１〜７５の測定順番、回転角度、測定ストローク３６、測定順番、１点当たりの測定長さを設定する。制御機４０への設定は、情報入力機器４２を用いて行われてよく、各設定情報は、制御機４０の内部の記憶手段４１に記憶されてよい。また、二回目以降に同じ条件で測定をする場合は、再度設定の必要はない。
【００４９】
図２に示した表面粗さ測定装置が自動運転を開始すると、ステージ１０は、一枚目のウエハ７０の中心位置の角度を原点位置として、そこに移動し、その後、図４の第一番目の測定ポイント７１の回転角度βだけ回転し、停止する。水平アーム２２は測定ポイント７２の中心からのストローク位置７７に移動し（図４参照）、上下アーム２３が接触子２１とウエハ７０が接触するまで下降し、測定動作を実施する。測定が完了すると上下アーム２３が一旦上昇し、アーム上昇センサ２５が上下アーム２３の上昇を検知し、上昇したまま、次の測定ポイントに移動する。
【００５０】
上下アーム２３が上昇して、アーム上昇センサ２５がオンすると、制御機４０が測定終了を検出し、ステージ１０を回転させ、次の測定ポイント７２の回転角度β分回転移動する。その間に水平アーム２２は、次の測定ポイント７２の上側に移動し、上下アーム２３が下降した後、測定を開始する。
【００５１】
以上のような動作を繰り返し、１枚目のウエハ７０の測定が終了すると、ステージ１０は６０°回転し、２枚目の回転角度αの位置に移動する（図４参照）。２枚目から６枚目までは同様に表面粗さを連続で測定したのち、すべての測定が終了すると、終了表示を出して、停止する。
【００５２】
以上のように、最初に枚数情報、位置情報を設定しておき、１つのサーボモーター１１を設置することで、連続的かつ無人で自動的に、ウエハ７０の表面粗さを測定することができる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ステージ
１１ 表面
１２ ピン
１３ サーボモーター
１４ 原点センサ
２０ 表面粗さ測定手段
２１ 接触子
２２ 水平アーム
２３ 上下アーム
２４ 支柱
２５ アーム上昇センサ
２６ 記録手段
３０ 支持台
４０ 制御機
４１ 記憶手段
４２ 情報入力機器
５０ 位置決め手段
５１ ウエハ位置決めシート
５２ ウエハ位置決め穴
５３ シート位置決め穴
７０ ウエハ
７１〜７５ 測定ポイント
７６ 移動量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のウエハを載置できる回転駆動可能なステージと、
該ステージ上で前記複数のウエハを同心円状に位置決め固定する位置決め手段と、
上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、該ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
前記位置決め手段により同心円状に位置決め固定された前記複数のウエハのうち、測定対象となる測定対象ウエハを前記所定の測定位置に前記ステージを回転させて移動させ、前記表面粗さ測定手段により該測定対象ウエハの表面粗さを測定する一連の動作を、前記複数のウエハに対して順次連続的に行うように前記ステージ及び前記表面粗さ測定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする表面粗さ測定装置。
【請求項２】
前記測定対象ウエハ上に複数の表面粗さ測定ポイントがあり、該複数の表面粗さポイントが、前記接触子が水平移動する移動直線上にない配置関係を含む場合には、
前記制御手段は、前記ステージを回転させることにより前記移動直線上にない表面粗さポイントを前記接触子の前記移動直線上に移動させ、前記移動直線上に移動した該表面粗さポイントを測定する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項３】
前記複数の表面粗さポイントの位置は、前記ステージの回転角度情報及び前記接触子の水平方向位置情報として予め記憶手段に記憶され、
前記制御手段は、該記憶手段に記憶された前記回転角度情報及び前記水平位置情報に基づいて、前記複数の表面粗さポイントにおける表面粗さを連続的に測定する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項４】
前記接触子は、水平方向に直線的に移動する水平アームに支持されており、
前記水平位置情報は、該水平アームのストローク情報として記憶されたことを特徴とする請求項３に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、前記複数のウエハを載置する位置に前記ウエハの外周に沿って前記ウエハの周囲を囲むことができる形状及び大きさのウエハ位置決め穴が形成されたウエハ位置決め用シートであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項６】
前記ステージ上に２個以上の突起が設けられ、
前記ウエハ位置決めシートは、該突起と嵌合するシート位置決め穴を有することを特徴とする請求項５に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項７】
前記ウエハ位置決めシートは、厚さ０．１〜２ｍｍの樹脂製のシートであることを特徴とする請求項５又は６に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項８】
前記表面粗さ測定手段は、前記接触子を上下動させる上下アームと、
該上下アームの上昇を検出するアーム上昇センサとを有し、
前記制御手段は、前記アーム上昇センサによる上下アームの上昇検出により前記表面粗さ測定ポイントの表面粗さ測定終了を検出し、該表面粗さ測定終了の検出後に次の制御動作を行うことを特徴とする請求項２乃至７に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項１】
複数のウエハを載置できる回転駆動可能なステージと、
該ステージ上で前記複数のウエハを同心円状に位置決め固定する位置決め手段と、
上下方向及び水平方向に直線的に移動可能に支持された接触子を、所定の測定位置にあるウエハの表面に接触させて水平方向に直線移動させることにより、該ウエハの表面粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
前記位置決め手段により同心円状に位置決め固定された前記複数のウエハのうち、測定対象となる測定対象ウエハを前記所定の測定位置に前記ステージを回転させて移動させ、前記表面粗さ測定手段により該測定対象ウエハの表面粗さを測定する一連の動作を、前記複数のウエハに対して順次連続的に行うように前記ステージ及び前記表面粗さ測定手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする表面粗さ測定装置。
【請求項２】
前記測定対象ウエハ上に複数の表面粗さ測定ポイントがあり、該複数の表面粗さポイントが、前記接触子が水平移動する移動直線上にない配置関係を含む場合には、
前記制御手段は、前記ステージを回転させることにより前記移動直線上にない表面粗さポイントを前記接触子の前記移動直線上に移動させ、前記移動直線上に移動した該表面粗さポイントを測定する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項３】
前記複数の表面粗さポイントの位置は、前記ステージの回転角度情報及び前記接触子の水平方向位置情報として予め記憶手段に記憶され、
前記制御手段は、該記憶手段に記憶された前記回転角度情報及び前記水平位置情報に基づいて、前記複数の表面粗さポイントにおける表面粗さを連続的に測定する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項４】
前記接触子は、水平方向に直線的に移動する水平アームに支持されており、
前記水平位置情報は、該水平アームのストローク情報として記憶されたことを特徴とする請求項３に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、前記複数のウエハを載置する位置に前記ウエハの外周に沿って前記ウエハの周囲を囲むことができる形状及び大きさのウエハ位置決め穴が形成されたウエハ位置決め用シートであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項６】
前記ステージ上に２個以上の突起が設けられ、
前記ウエハ位置決めシートは、該突起と嵌合するシート位置決め穴を有することを特徴とする請求項５に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項７】
前記ウエハ位置決めシートは、厚さ０．１〜２ｍｍの樹脂製のシートであることを特徴とする請求項５又は６に記載の表面粗さ測定装置。
【請求項８】
前記表面粗さ測定手段は、前記接触子を上下動させる上下アームと、
該上下アームの上昇を検出するアーム上昇センサとを有し、
前記制御手段は、前記アーム上昇センサによる上下アームの上昇検出により前記表面粗さ測定ポイントの表面粗さ測定終了を検出し、該表面粗さ測定終了の検出後に次の制御動作を行うことを特徴とする請求項２乃至７に記載の表面粗さ測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９０９１８（Ｐ２０１２−１９０９１８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１７７８（Ｐ２０１１−５１７７８）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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