特開 2022-134990 形状測定方法及び形状測定機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022134990

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】形状測定方法及び形状測定機

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20220908BHJP

   G06T 3/40 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 F

G06T3/40 720

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021034538

(22)【出願日】2021-03-04

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(72)【発明者】

【氏名】川上 哲司

【テーマコード（参考）】

2F065

5B057

【Ｆターム（参考）】

2F065AA47

2F065AA54

2F065BB02

2F065BB18

2F065CC19

2F065DD03

2F065FF10

2F065FF52

2F065GG04

2F065GG24

2F065HH03

2F065HH04

2F065JJ01

2F065JJ03

2F065MM03

2F065PP22

2F065QQ03

2F065QQ17

2F065QQ21

2F065QQ28

2F065QQ31

2F065UU05

2F065UU06

5B057CA13

5B057CA16

5B057CB13

5B057CB16

5B057CC01

5B057CD03

5B057CE02

5B057CE08

5B057CE10

(57)【要約】

【課題】スティッチング処理により形状測定データのつなぎ合わせを行う場合に、スティッチング処理誤差を補正した合成データを生成可能な形状測定方法及び形状測定機を提供する。
【解決手段】複数の形状測定データを、スティッチング処理によりつなぎ合わせて第１合成データを生成する第１合成データ生成ステップと、データ取得ステップで取得された複数の形状測定データを、パッチング処理によりつなぎ合わせて第２合成データを生成する第２合成データ生成ステップと、第１合成データと第２合成データとの差分データを生成する差分データ生成ステップと、差分データから、スティッチング処理による形状測定データのつなぎ合わせで発生する第１誤差を演算する第１誤差演算ステップと、第１合成データから第１誤差を減算する補正データ演算ステップと、を有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定面の形状を非接触で測定する測定装置に対して、前記被測定面を前記測定装置の測定光軸に垂直な方向に相対移動させながら、前記測定装置により連続的に測定された複数の形状測定データであって且つ連続する前後の前記形状測定データの測定範囲が一部重複している複数の形状測定データを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップで取得された複数の形状測定データを、スティッチング処理によりつなぎ合わせて第１合成データを生成する第１合成データ生成ステップと、
前記データ取得ステップで取得された複数の形状測定データを、パッチング処理によりつなぎ合わせて第２合成データを生成する第２合成データ生成ステップと、
前記第１合成データと前記第２合成データとの差分データを生成する差分データ生成ステップと、
前記差分データから、前記スティッチング処理による前記形状測定データのつなぎ合わせで発生する第１誤差を演算する第１誤差演算ステップと、
前記第１合成データから前記第１誤差を減算して前記第１合成データの補正データを演算する補正データ演算ステップと、
を有する形状測定方法。

【請求項2】

前記第１誤差演算ステップが、
前記差分データに対してノイズ除去処理を行うノイズ除去ステップと、
前記パッチング処理による前記形状測定データのつなぎ合わせで発生し且つ前記ノイズ除去処理では除去されない第２誤差を前記差分データから減算する減算処理を行う減算処理ステップと、
を有する請求項１に記載の形状測定方法。

【請求項3】

前記第２誤差を予め取得する第２誤差取得ステップを有し、
前記第１誤差演算ステップでは、前記第２誤差取得ステップで取得した前記第２誤差に基づき、前記減算処理を行う請求項２に記載の形状測定方法。

【請求項4】

前記減算処理ステップでは、前記ノイズ除去処理された前記差分データに対して前記減算処理を行う請求項２又は３に記載の形状測定方法。

【請求項5】

前記ノイズ除去処理が、前記測定範囲の２倍以上の長さの波長成分を前記差分データから取り出すフィルタ処理である請求項２から４のいずれか１項に記載の形状測定方法。

【請求項6】

前記データ取得ステップでは、前記被測定面が載置されたステージを前記垂直な方向に移動させながら、前記測定装置により連続的に測定された複数の形状測定データを取得し、
前記ステージの移動中に前記ステージのたわみが発生し、
前記ステージのたわみ角度に応じて、前記測定範囲内に含まれる前記被測定面の観察点が前記測定光軸の光軸方向に変位し、
前記第２誤差が、前記ステージの位置ごとの前記たわみ角度に応じた、前記ステージの位置ごとの前記観察点の前記光軸方向の変位を示す請求項２から５のいずれか１項に記載の形状測定方法。

【請求項7】

被測定面の形状を非接触で測定する測定装置に対して、前記被測定面を前記測定装置の測定光軸に垂直な方向に相対移動させながら、前記測定装置により連続的に測定された複数の形状測定データであって且つ連続する前後の前記形状測定データの測定範囲が一部重複している複数の形状測定データを取得するデータ取得部と、
前記データ取得部が取得した複数の形状測定データを、スティッチング処理によりつなぎ合わせて第１合成データを生成する第１合成データ生成部と、
前記データ取得部が取得した複数の形状測定データを、パッチング処理によりつなぎ合わせて第２合成データを生成する第２合成データ生成部と、
前記第１合成データと前記第２合成データとの差分データを生成する差分データ生成部と、
前記差分データから、前記スティッチング処理による前記形状測定データのつなぎ合わせで発生する第１誤差を演算する第１誤差演算部と、
前記第１合成データから前記第１誤差を減算して、前記第１合成データの補正データを演算する補正データ演算部と、
を備える形状測定機。

【請求項8】

前記第１誤差演算部が、
前記差分データに対してノイズ除去処理を行うノイズ除去部と、
前記パッチング処理による前記形状測定データのつなぎ合わせで発生し且つ前記ノイズ除去処理では除去されない第２誤差を前記差分データから減算する減算処理を行う減算処理部と、
を備える請求項７に記載の形状測定機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定面の形状を非接触で測定する形状測定方法及び形状測定機に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェーハを保持するチャックとして、エンボス加工が施されたウェーハ保持面（被測定面）を有し、このウェーハ保持面に電気的な力でウェーハを保持する静電チャックが知られている（特許文献１参照）。このような静電チャックでは、ウェーハ保持面に多数形成されているエンボスの上面の真直度が一定基準を満たすことが要求されている。このため、静電チャックの製造メーカ或いは半導体の製造設備では、各エンボスの上面の真直度の測定を行う。具体的には、各種被測定面の形状を測定可能な測定装置を用いてウェーハ保持面の形状を測定し、この形状測定結果からエンボスの上面の測定結果のみを抜き出すことで真直度の測定を行う。

【0003】

例えば、測定装置が特許文献２に記載の表面粗さ測定機のような接触式である場合、測定装置の触針を静電チャックのウェーハ保持面に接触させた状態で、触針をウェーハ保持面に沿って移動させる。これにより、複数のエンボスの上面を横断するように触針がウェーハ保持面を走査することで、各エンボスの上面の真直度測定結果が得られる。

【0004】

また、測定装置が白色干渉顕微鏡及びレーザ共焦点顕微鏡等のような非接触式である場合には、測定装置の測定範囲（観察視野）に制限がある。このため、測定装置及びウェーハ保持面の一方を他方に対して、測定装置の測定光軸に垂直な方向に相対移動させながら測定装置によるウェーハ保持面の形状測定を連続的に行って、複数の形状測定データを得る。そして、各形状測定データをスティッチング処理によりつなぎ合わせることで、真直度の評価が可能な長さの合成データを生成する（非特許文献１参照）。これにより、合成データに基づき、各エンボスの上面の真直度測定結果が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１４５１５号公報

【特許文献2】特許第６４５８３３５号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】近似参照形状を用いたスティッチ・アルゴリズムの開発：根岸真人など、精密工学会誌, 81, 6(2015) 555.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、エンボスは、その直径が２００μｍから１ｍｍで且つその高さが１０μｍ～２０μｍ程度の微小突起である。このため、上記特許文献２に記載の接触式の測定装置では、エンボスの上面に触針を十分に接触させられない場合もあり、各エンボスの上面の真直度測定が困難である。

【0008】

一方、非接触式の測定装置では、エンボスのような微細な形状でも問題なく測定することができる。しかしながら、上記非特許文献１に記載のスティッチング処理で各形状測定データをつなぎ合わせた場合に、そのつなぎ合わせ部分に誤差成分（スティッチング処理誤差）が発生するため、合成データから各エンボスの上面の正確な真直度測定結果が得られないおそれがある。

【0009】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スティッチング処理により形状測定データのつなぎ合わせを行う場合に、スティッチング処理誤差を補正した合成データを生成可能な形状測定方法及び形状測定機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】

【0010】

本発明の目的を達成するための形状測定方法は、被測定面の形状を非接触で測定する測定装置に対して、被測定面を測定装置の測定光軸に垂直な方向に相対移動させながら、測定装置により連続的に測定された複数の形状測定データであって且つ連続する前後の形状測定データの測定範囲が一部重複している複数の形状測定データを取得するデータ取得ステップと、データ取得ステップで取得された複数の形状測定データを、スティッチング処理によりつなぎ合わせて第１合成データを生成する第１合成データ生成ステップと、データ取得ステップで取得された複数の形状測定データを、パッチング処理によりつなぎ合わせて第２合成データを生成する第２合成データ生成ステップと、第１合成データと第２合成データとの差分データを生成する差分データ生成ステップと、差分データから、スティッチング処理による形状測定データのつなぎ合わせで発生する第１誤差を演算する第１誤差演算ステップと、第１合成データから第１誤差を減算して第１合成データの補正データを演算する補正データ演算ステップと、を有する。

【0011】

この形状測定方法によれば、スティッチング処理で生成された第１合成データとパッチング処理で生成された第２合成データとの差分データから、スティッチング処理による形状測定データのつなぎ合わせで発生する第１誤差を求めることができる。

【0012】

本発明の他の態様に係る形状測定方法において、第１誤差演算ステップが、差分データに対してノイズ除去処理を行うノイズ除去ステップと、パッチング処理による形状測定データのつなぎ合わせで発生し且つノイズ除去処理では除去されない第２誤差を差分データから減算する減算処理を行う減算処理ステップと、を有する。これにより、第１誤差を求めることができる。

【0013】

本発明の他の態様に係る形状測定方法において、第２誤差を予め取得する第２誤差取得ステップを有し、第１誤差演算ステップでは、第２誤差取得ステップで取得した第２誤差に基づき、減算処理を行う。これにより、第１誤差を求めることができる。

【0014】

本発明の他の態様に係る形状測定方法において、減算処理ステップでは、ノイズ除去処理された差分データに対して減算処理を行う。

【0015】

本発明の他の態様に係る形状測定方法において、ノイズ除去処理が、測定範囲の２倍以上の長さの波長成分を差分データから取り出すフィルタ処理である。

【0016】

本発明の他の態様に係る形状測定方法において、データ取得ステップでは、被測定面が載置されたステージを垂直な方向に移動させながら、測定装置により連続的に測定された複数の形状測定データを取得し、ステージの移動中にステージのたわみが発生し、ステージのたわみ角度に応じて、測定範囲内に含まれる被測定面の観察点が測定光軸の光軸方向に変位し、第２誤差が、ステージの位置ごとのたわみ角度に応じた、ステージの位置ごとの観察点の光軸方向の変位を示す。

【0017】

本発明の目的を達成するための形状測定機は、被測定面の形状を非接触で測定する測定装置に対して、被測定面を測定装置の測定光軸に垂直な方向に相対移動させながら、測定装置により連続的に測定された複数の形状測定データであって且つ連続する前後の形状測定データの測定範囲が一部重複している複数の形状測定データを取得するデータ取得部と、データ取得部が取得した複数の形状測定データを、スティッチング処理によりつなぎ合わせて第１合成データを生成する第１合成データ生成部と、データ取得部が取得した複数の形状測定データを、パッチング処理によりつなぎ合わせて第２合成データを生成する第２合成データ生成部と、第１合成データと第２合成データとの差分データを生成する差分データ生成部と、差分データから、スティッチング処理による形状測定データのつなぎ合わせで発生する第１誤差を演算する第１誤差演算部と、第１合成データから第１誤差を減算して、第１合成データの補正データを演算する補正データ演算部と、を備える。

【0018】

本発明の他の態様に係る形状測定機において、第１誤差演算部が、差分データに対してノイズ除去処理を行うノイズ除去部と、パッチング処理による形状測定データのつなぎ合わせで発生し且つノイズ除去処理では除去されない第２誤差を差分データから減算する減算処理を行う減算処理部と、を備える。

【発明の効果】

【0019】

本発明は、スティッチング処理により形状測定データのつなぎ合わせを行う場合に、スティッチング処理誤差を補正した合成データを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】各種被測定物の被測定面の形状を測定する形状測定機の概略図である。

【図2】形状測定機の測定対象である静電チャックの上面図である。

【図3】静電チャックのウェーハ保持面のＸ方向に沿った断面拡大図である。

【図4】制御装置の機能ブロック図である。

【図5】測定制御部による形状測定データの測定制御を説明するための説明図である。

【図6】形状測定機による真直度測定処理の流れを示したフローチャートである。

【図7】図６のステップＳ３の処理で生成される合成形状測定データの一例を示したグラフである。

【図8】図６のステップＳ４の処理で生成される合成形状測定データの一例を示したグラフである。

【図9】移動ステージのＸ方向位置ごとのたわみを説明するための説明図である。

【図10】移動ステージのたわみ角度に応じた、測定範囲内のウェーハ保持面の観察点のＺ方向の変位を説明するための説明図である。

【図11】合成形状測定データに含まれるＺ方向位置誤差を説明するための説明図である。

【図12】図６のステップＳ５の処理での差分データの生成処理を説明するための説明図である。

【図13】図６のステップＳ６の処理で実行されるノイズ除去処理を説明するための説明図である。

【図14】図６のステップＳ８の処理で実行される減算処理を説明するための説明図である。

【図15】図６のステップＳ９の処理で実行される合成形状測定データの補正処理と、ステップＳ１０の処理で実行される真直度演算処理と、を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［形状測定機の構成］
図１は、各種被測定物の被測定面の形状を測定する形状測定機１０の概略図である。図２は、形状測定機１０の測定対象である静電チャックＷの上面図である。図３は、静電チャックＷのウェーハ保持面Ｗａ（本発明の被測定面に相当）のＸ方向に沿った断面拡大図である。なお、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうちでＸＹ方向は水平方向に平行な方向であり、Ｚ方向は高さ方向（上下方向）である。

【0022】

図１から図３に示すように、静電チャックＷのウェーハ保持面Ｗａには、エンボス加工が施されており、多数のエンボス９が形成されている。形状測定機１０は、ウェーハ保持面Ｗａの形状測定を行い、その形状測定結果に基づき各エンボス９の上面の真直度の測定（以下、単に真直度測定と略す）を行う。なお、図３中（他の図も同様）では、エンボス９を明確にするため、その形状、直径、高さ、及び間隔を一部誇張している。

【0023】

形状測定機１０は、本発明の形状測定方法を実行するものであり、基台１２と、リニアガイド機構１４と、移動ステージ１６と、測定装置１８と、制御装置２０と、を備える。

【0024】

基台１２は、ＸＹ方向に平行な上面、換言すると後述の測定装置１８の測定光軸ＯＡに垂直な上面を有している。

【0025】

リニアガイド機構１４は、後述の測定装置１８に対して静電チャックＷ（ウェーハ保持面Ｗａ）をＸ方向に相対移動させる。このリニアガイド機構１４は、レール１４ａとブロック１４ｂとアクチュエータ１４ｃとを備える。

【0026】

レール１４ａは、基台１２の上面に１又は複数設けられており、Ｘ方向に延びている。なお、レール１４ａが複数設けられていてもよい。ブロック１４ｂは、レール１４ａによりＸ方向に移動自在に保持されている。このブロック１４ｂには、移動ステージ１６が取り付けられている。

【0027】

アクチュエータ１４ｃは、例えばモータ駆動機構などが用いられる。このアクチュエータ１４ｃは、後述の制御装置２０の制御の下、ブロック１４ｂをＸ方向に沿って移動させることで、移動ステージ１６（静電チャックＷ）をＸ方向に移動させる。

【0028】

また図示は省略するが、リニアガイド機構１４にはブロック１４ｂのＸ方向位置、すなわち移動ステージ１６のＸ方向位置を検出する検出センサが設けられている。この検出センサは、移動ステージ１６のＸ方向位置を示すステージ位置情報を制御装置２０に逐次出力する。

【0029】

移動ステージ１６は、ＸＹ方向に平行（測定光軸ＯＡの光軸方向に垂直）な上面を有しており、ブロック１４ｂに取り付けられている。この移動ステージ１６の上面には、静電チャックＷが載置される。移動ステージ１６がリニアガイド機構１４によりＸ方向に移動されることで、後述の測定装置１８に対して静電チャックＷがＸ方向に相対移動される。

【0030】

測定装置１８は、基台１２及び移動ステージ１６のＺ方向上方側に配置されており、Ｚ方向に平行な測定光軸ＯＡを有する。この測定装置１８は、例えば垂直走査型の白色干渉顕微鏡及びレーザ共焦点顕微鏡などが用いられ、ウェーハ保持面Ｗａの形状を非接触で測定して、ウェーハ保持面Ｗａの形状を示す形状測定データＤを制御装置２０へ出力する。なお、形状測定データＤには、例えば白色干渉顕微鏡により検出される干渉信号等のようなウェーハ保持面Ｗａの形状の演算に用いられるデータも含まれる。

【0031】

測定装置１８が１回の測定でウェーハ保持面Ｗａの形状を測定可能な測定範囲Ｒ（観察視野、視野範囲）は、ウェーハ保持面Ｗａよりも小さい。このため、測定装置１８は、リニアガイド機構１４により移動ステージ１６（静電チャックＷ）がＸ方向に移動される間、測定範囲Ｒ内のウェーハ保持面Ｗａの形状測定を連続的に行う。これにより、ウェーハ保持面Ｗａ内で真直度測定に必要な長さの領域である真直度測定領域の形状を示す複数の形状測定データＤが得られる。

【0032】

図４は、制御装置２０の機能ブロック図である。図４及び既述の図１に示すように、制御装置２０は、リニアガイド機構１４及び測定装置１８の動作を統括的に制御する共に、詳しくは後述するが、測定装置１８から入力される複数の形状測定データＤに基づき、真直度測定領域の合成形状測定データＤＳ（図７参照）の演算及びその補正と、各エンボス９の上面の真直度の演算と、を行う。この制御装置２０には、リニアガイド機構１４及び測定装置１８の他に、記憶部２２、操作部２４、及び表示部２６が接続されている。

【0033】

記憶部２２には、制御プログラム（図示は省略）の他に、詳しくは後述するが、パッチング処理による各形状測定データＤのつなぎ合わせにより発生する計算誤差であるＺ方向位置誤差Ｅ２（図９参照）が予め記憶されている。

【0034】

操作部２４は、真直度測定等の各種測定の測定開始操作、及び形状測定機１０の各部の設定操作等の形状測定機１０の各種操作に用いられる。表示部２６は、各種設定画面、及び真直度測定等の各種測定の測定結果等を表示する。

【0035】

［制御装置の機能］
制御装置２０は、例えばパーソナルコンピュータのような演算装置により構成され、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置２０の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

【0036】

制御装置２０は、記憶部２２から読み出した制御プログラムを実行することで、測定制御部３０、データ取得部３２、及び演算処理部３３として機能する。

【0037】

図５は、測定制御部３０による形状測定データＤの測定制御を説明するための説明図である。図５に示すように、測定制御部３０は、操作部２４での測定開始操作に応じてリニアガイド機構１４を駆動して、移動ステージ１６及び静電チャックＷをＸ方向に移動させる。

【0038】

また同時に測定制御部３０は、移動ステージ１６がＸ方向に所定距離移動されるごとに、測定装置１８によるウェーハ保持面Ｗａの形状測定を実行させる。これにより、測定装置１８が、ウェーハ保持面Ｗａの真直度測定領域内で測定範囲ＲをＸ方向に相対移動（走査）させながら、測定範囲Ｒ内のウェーハ保持面Ｗａの形状測定を連続して行う。この際に測定制御部３０は、連続する測定の前後で測定装置１８の測定範囲Ｒが一部重複するように（図中の斜線領域参照）、測定装置１８による形状測定のタイミング及び移動ステージ１６の移動速度を調整している。その結果、連続する前後の形状測定データＤの測定範囲Ｒが一部重複するため、前後の形状測定データＤ同士を双方の重複領域でつなぎ合わせることができる。

【0039】

図４に戻って、データ取得部３２は、不図示の通信インタフェースを介して、測定装置１８に対して有線接続或いは無線接続されている。データ取得部３２は、測定装置１８がウェーハ保持面Ｗａの形状測定を行うごとに、測定装置１８から形状測定データＤを取得すると共に、リニアガイド機構１４から移動ステージ１６のステージ位置情報を取得する。これにより、真直度測定領域内の形状を示す複数の形状測定データＤと、各形状測定データＤの測定時のステージ位置情報と、が得られる。

【0040】

演算処理部３３は、データ取得部３２が取得した各形状測定データＤ及び形状測定データＤごとの位置情報に基づき、（１）スティッチング処理による真直度測定領域の合成形状測定データＤＳ（図７参照）の生成と、（２）スティッチング処理で発生するスティッチング処理誤差Ｅ１（図１４参照）の演算と、（３）スティッチング処理誤差Ｅ１を用いた合成形状測定データＤＳの補正と、（４）各エンボス９の上面の真直度の演算と、を行う。

【0041】

また、演算処理部３３は、上記（２）のスティッチング処理誤差Ｅ１（図１４参照）を、後述の図１２に示すように、スティッチング処理により生成される合成形状測定データＤＳと、パッチング処理により生成される真直度測定領域の合成形状測定データＤＰと、の差分データΔＤに基づき演算する。このため、上記（２）の演算では、（２－１）パッチング処理による合成形状測定データＤＰの生成と、（２－２）合成形状測定データＤＰ，ＤＳの差分データΔＤの演算と、（２－３）差分データΔＤからのスティッチング処理誤差Ｅ１の演算と、を行う。

【0042】

上記（１）～（４）の処理を行うため、演算処理部３３は、スティッチング処理部３４、パッチング処理部３６、差分データ生成部３８、Ｚ方向位置誤差取得部４０、スティッチング処理誤差演算部４２、補正データ演算部４４、及び真直度演算部４６として機能する。また、スティッチング処理誤差演算部４２は、ノイズ除去部４２ａと減算処理部４２ｂとして機能する。

【0043】

スティッチング処理部３４は上記（１）の処理を行う。パッチング処理部３６、差分データ生成部３８、Ｚ方向位置誤差取得部４０、及びスティッチング処理誤差演算部４２は上記（２）の処理を行う。具体的にはパッチング処理部３６が上記（２－１）の処理を行い、差分データ生成部３８が上記（２－２）の処理を行い、Ｚ方向位置誤差取得部４０及びスティッチング処理誤差演算部４２（ノイズ除去部４２ａ、減算処理部４２ｂ）が上記（２－３）の処理を行う。また、補正データ演算部４４は上記（３）の処理を行い、真直度演算部４６は上記（４）の処理を行う。

【0044】

［本実施形態の作用］
図６は、本発明の形状測定方法に係る形状測定機１０による真直度測定処理の流れを示したフローチャートである。

【0045】

図６に示すように、移動ステージ１６上に静電チャックＷが載置された後、オペレータが操作部２４にて真直度測定の測定開始操作を行うと、制御装置２０の各部が作動する。最初に測定制御部３０が、リニアガイド機構１４及び測定装置１８を制御して、既述の図５に示したように真直度測定領域内の形状測定データＤの連続測定を実行すると共に（ステップＳ１）、データ取得部３２が各形状測定データＤと、各形状測定データＤの測定時のステージ位置情報とを取得する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２は、本発明のデータ取得ステップに相当する。

【0046】

図７は、図６のステップＳ３の処理［上記（１）の処理］で生成される合成形状測定データＤＳの一例を示したグラフである。図６のステップＳ３及び図７に示すように、スティッチング処理部３４は、データ取得部３２が取得した各形状測定データＤをスティッチング処理によりつなぎ合わせて真直度測定領域の合成形状測定データＤＳを生成する。なお、スティッチング処理部３４は本発明の第１合成データ生成部に相当し、合成形状測定データＤＳは本発明の第１合成データに相当し、ステップＳ３は本発明の第１合成データ生成ステップに相当する。

【0047】

具体的にはスティッチング処理部３４は、データ取得部３２が取得した各形状測定データＤの測定時のステージ位置情報に基づき、各形状測定データＤの中で連続する前後の形状測定データＤ同士の重複領域を判別する。そして、スティッチング処理部３４は、前後の形状測定データＤごとに、その重複領域のデータに対して公知のベストフィット法を用いた処理を施した後、前後の形状測定データＤの重複領域同士を滑らかにつなぎ合わせるための回転量［Ｙ軸周りのピッチング角度及びＸ軸周りのローリング角度］を算出する。

【0048】

次いで、スティッチング処理部３４は、前後の形状測定データＤごとに、前後の形状測定データＤを先に求めた回転量に基づき回転させる回転補正を行った後、前後の形状測定データＤの重複領域同士を、Ｚ方向において両者の重複領域の平均高さでつなぎ合わせる。この際に前後の形状測定データＤの重複領域は、２つのデータのうちで信号強度の高い方を採用する。これにより、合成形状測定データＤＳが生成される。

【0049】

このようなスティッチング処理では、前後の形状測定データＤの重複領域に違いがある場合、例えば前後の形状測定データＤの重複領域のいずれか一方にノイズ成分が含まる場合、上述の回転量の算出に計算誤差が含まれてしまう。このため、前後の形状測定データＤのつなぎ合わせを行った場合、そのつなぎ合わせ部分（重複領域）にうねり成分のような誤差成分であるスティッチング処理誤差Ｅ１（本発明の第１誤差に相当、図１４参照）が含まれてしまう。

【0050】

そこで本実施形態では、スティッチング処理誤差Ｅ１を後述のステップＳ４からステップＳ８の処理［上記（２）の処理］を経て演算した後、後述のステップＳ９の処理［上記（３）の処理］においてスティッチング処理誤差Ｅ１に基づいた合成形状測定データＤＳの補正を行う。

【0051】

図８は、図６のステップＳ４の処理［上記（２－１）の処理］で生成される合成形状測定データＤＰの一例を示したグラフである。図６のステップＳ４及び図８に示すように、パッチング処理部３６は、データ取得部３２が取得した各形状測定データＤをパッチング処理によりつなぎ合わせて真直度測定領域の合成形状測定データＤＰを生成する。なお、パッチング処理部３６は、本発明の第２合成データ生成部に相当し、合成形状測定データＤＰは本発明の第２合成データに相当し、ステップＳ４は本発明の第２合成データ生成ステップに相当する。

【0052】

具体的にはパッチング処理部３６は、上述のスティッチング処理と同様に各形状測定データＤの測定時のステージ位置情報に基づき、各形状測定データＤの中で連続する前後の形状測定データＤ同士の重複領域を判別する。次いで、パッチング処理部３６は、前後の形状測定データＤごとに、前後の形状測定データＤの重複領域をＸＹ方向においては重複領域内の共通のＸＹ座標同士でつなぎ合わせ、且つＺ方向においてはＸＹ座標ごとに２つの重複領域の平均高さでつなぎ合わせる。そして、パッチング処理部３６は、前後の形状測定データＤごとに、前後の形状測定データＤの重複領域に両者の平均値により作られる面データを埋め込む。これにより、合成形状測定データＤＰが生成される。

【0053】

このような合成形状測定データＤＰには、Ｘ方向に移動中の移動ステージ１６のたわみに起因するＺ方向位置誤差Ｅ２（図１１参照）が含まれる。

【0054】

図９は、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとのたわみを説明するための説明図である。

【0055】

図９に示すように、形状測定データＤの連続測定中に移動ステージ１６がＸ方向に移動すると、その移動開始から移動終了までの間において、移動ステージ１６上の静電チャックＷの重心位置Ｇが変化する。このため、移動ステージ１６に加わる負荷モーメントが変化することで、移動ステージ１６にたわみ（ピッチング及びローリング）が発生する。これにより、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとに、移動ステージ１６のたわみ角度（ピッチング角度及びローリング角度）が変化する。その結果、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとに、測定範囲Ｒ内のウェーハ保持面Ｗａの観察点Ｐ（図１０参照）がＺ方向、すなわち測定光軸ＯＡに平行な方向に変化する。

【0056】

図１０は、移動ステージ１６のたわみ角度に応じた、測定範囲Ｒ内のウェーハ保持面Ｗａの観察点Ｐ（測定点ともいう）のＺ方向の変位を説明するための説明図である。なお、図１０中の符号Ｃはブロック１４ｂ（移動ステージ１６）のＸ方向の中心位置を示す。また、図１０中ではアクチュエータ１４ｃ（図１参照）の図示は省略している。

【0057】

図１０に示すように、ブロック１４ｂのＸ方向の長さを「Ｂ」とし、このブロック１４ｂから測定光軸ＯＡ（観察点Ｐ）までのＸ方向の距離を「ｘ」とし、移動ステージ１６のたわみ角度（ピッチング角度等）を「ｉ」とした場合、観察点Ｐは、たわみ角度ｉが０度の場合の観察点Ｐ０と比較して、変位値ΔＺ［ΔＺ＝（ｘ＋Ｂ／２）×ｓｉｎ（ｉ）］だけＺ方向に変位する。このΔＺは、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとに変化する。

【0058】

図１１は、合成形状測定データＤＰに含まれるＺ方向位置誤差Ｅ２を説明するための説明図である。図１１に示すように、形状測定データＤの連続測定中には移動ステージ１６のＸ方向位置ごとに観察点ＰのＺ方向の変位値ΔＺが変化するが、パッチング処理では、各形状測定データＤのつなぎ合わせ時に上述のスティッチング処理のような補正を行わない。このため、合成形状測定データＤＰには、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとの変位値ΔＺに相当する「Ｚ方向位置誤差Ｅ２」が含まれる。

【0059】

ここで、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとのたわみ角度ｉ（ピッチング角度等）は公知の算出式、或いは実験、シミュレーション等で求められる。このため、移動ステージ１６のＸ方向位置ごとに、距離ｘ及びたわみ角度ｉを上記変位値ΔＺの算出式に代入することで、Ｚ方向位置誤差Ｅ２を予め求めることが可能である。そして、本実施形態では、Ｚ方向位置誤差Ｅ２が記憶部２２内に予め記憶されている。

【0060】

また、合成形状測定データＤＰには、Ｚ方向位置誤差Ｅ２以外の計算誤差も含まれる。既述の通り、パッチング処理では上述のスティッチング処理のような補正を行わないため、前後の形状測定データＤのつなぎ合わせ部分（重複領域）において、短波長（高周波）の誤差成分である段差誤差が発生する。このため、合成形状測定データＤＰには、Ｚ方向位置誤差Ｅ２と段差誤差とが含まれる。

【0061】

なお、本実施形態では、ステップＳ３のスティッチング処理による合成形状測定データＤＳの生成後にステップＳ４のパッチング処理による合成形状測定データＤＰの生成を行っているが、順番を逆にしたり或いは同時に実行したりしてもよい。

【0062】

図１２は、図６のステップＳ５の処理［上記（２－２）の処理］での差分データΔＤの生成を説明するための説明図である。図６のステップＳ５及び図１２の符号XIIAに示すように、差分データ生成部３８は、つなぎ合わせ方法が異なる２種類の合成形状測定データＤＳ，ＤＰの一方から他方を減算する処理を行う。これにより、差分データ生成部３８は、図１２の符号XIIBに示すように、合成形状測定データＤＳ，ＤＰの差分データΔＤを演算する。なお、ステップＳ５は本発明の差分データ生成ステップに相当する。

【0063】

このように合成形状測定データＤＳ，ＤＰの差分を演算することにより、差分データΔＤからウェーハ保持面Ｗａ（各エンボス９）の形状成分が除去される。このため、差分データΔＤには、スティッチング処理で発生するスティッチング処理誤差Ｅ１（図１４参照）と、パッチング処理で発生するＺ方向位置誤差Ｅ２及び段差誤差と、Ｘ方向位置誤差と、が含まれる。なお、Ｘ方向位置誤差は、合成形状測定データＤＳ，ＤＰ内のエンボス９等の形状成分のＸ座標値が同一ではないこと、すなわちＸ座標値に誤差があることが原因となって、差分データΔＤの演算により発生する短波長（高周波）の誤差成分である。

【0064】

次いで、スティッチング処理誤差演算部４２（ノイズ除去部４２ａ及び減算処理部４２ｂ）が、差分データΔＤからスティッチング処理誤差Ｅ１（図１４参照）を演算するステップＳ６からステップＳ８の処理［上記（２－３）の処理］を開始する。このため、ステップＳ６からステップＳ８は本発明の第１誤差演算ステップに相当し、スティッチング処理誤差演算部４２は本発明の第１誤差演算部に相当する。

【0065】

図１３は、図６のステップＳ６の処理で実行されるノイズ除去処理を説明するための説明図である。図１３の符号XIIIAに示すように、差分データΔＤにおいては、形状測定データＤのつなぎ間隔に応じて発生する長波長（低周波）の信号成分であるスティッチング処理誤差Ｅ１（図１４参照）及びＺ方向位置誤差Ｅ２が主となり、短波長（高周波）の信号成分である段差誤差及びＸ方向位置誤差がノイズ成分として現れる。

【0066】

そこで、図６のステップＳ６及び図１３の符号XIIIBに示すように、ノイズ除去部４２ａは、差分データΔＤに対してノイズ除去処理を施すことで、差分データΔＤからノイズ成分（段差誤差及びＸ方向位置誤差）を除去する（本発明のノイズ除去ステップに相当）。既述の通りスティッチング処理誤差Ｅ１（図１４参照）は、形状測定データＤのつなぎ間隔に応じて発生する。このため、スティッチング処理誤差Ｅ１は、測定装置１８の１回の測定範囲Ｒの２倍以上の長さの波長の信号とみなせる。従って、ノイズ除去部４２ａは、ノイズ除去処理として、測定範囲Ｒの２倍以上（例えば３倍）の長さの波長成分を差分データΔＤから取り出すフィルタ処理を行う。これにより、スティッチング処理誤差Ｅ１及びＺ方向位置誤差Ｅ２を含む差分データΔＤ１が生成される。

【0067】

図６のステップＳ７に示すように、Ｚ方向位置誤差取得部４０は、記憶部２２内からＺ方向位置誤差Ｅ２を取得して、スティッチング処理誤差演算部４２の減算処理部４２ｂへ出力する（本発明の第２誤差取得ステップに相当）。なお、本実施形態では、Ｚ方向位置誤差取得部４０が記憶部２２からＺ方向位置誤差Ｅ２を取得しているが、形状測定機１０の外部（例えばインターネット上のサーバ）から取得してもよい。また、ステップＳ７のタイミングは、後述のＳ８よりも前であれば特に限定はされない。

【0068】

図１４は、図６のステップＳ８の処理で実行される減算処理を説明するための説明図である。図６のステップＳ８及び図１４に示すように、減算処理部４２ｂは、差分データΔＤ１（符号XIVA参照）からＺ方向位置誤差Ｅ２（符号XIVB参照）を減算する減算処理を行う（本発明の減算処理ステップに相当）。これにより、差分データΔＤ１からＺ方向位置誤差Ｅ２から除去されることで、最終的にスティッチング処理誤差Ｅ１（符号XIVC参照）が演算される。

【0069】

なお、本実施形態では、差分データΔＤに対してノイズ除去処理（ステップＳ６）を行ってから減算処理（ステップＳ８）を行っているが、先に減算処理を行ってからノイズ除去処理を行ってもよい。

【0070】

図１５は、図６のステップＳ９の処理［上記（３）の処理］で実行される合成形状測定データＤＳの補正処理と、ステップＳ１０の処理［上記（４）の処理］で実行される真直度演算処理と、を説明するための説明図である。なお、図１５中の符号ＳＴは、合成形状測定データＤＳ及び補正データＤＳ１からそれぞれ求められる各エンボス９の上面の真直度測定データである。

【0071】

図６のステップＳ９及び図１５の符号XVAに示すように、補正データ演算部４４は、既述のステップＳ３で生成された合成形状測定データＤＳから、ステップＳ８で演算されたスティッチング処理誤差Ｅ１を減算することで、合成形状測定データＤＳを補正した補正データＤＳ１を演算する。これにより、図１５の符号XVBに示すように、スティッチング処理誤差Ｅ１を除いたウェーハ保持面Ｗａ（真直度測定領域）の形状測定結果である補正データＤＳ１が得られる。なお、ステップＳ９は、本発明の補正データ演算ステップに相当する。

【0072】

次いで、図６のステップＳ１０及び図１５の符号XVBに示すように、真直度演算部４６が、補正データＤＳ１内に含まれる各エンボス９の上面をつなぎ合わせることで、各エンボス９の上面の真直度測定データＳＴを演算する。なお、真直度演算部４６が、補正データＤＳ１から真直度測定データＳＴを演算する代わりに、補正前の合成形状測定データＤＳから真直度測定データＳＴを演算する処理と、この真直度測定データＳＴからスティッチング処理誤差Ｅ１を引く処理とを実行してもよい。

【0073】

以上のように本実施形態では、スティッチング処理で生成された合成形状測定データＤＳとパッチング処理で生成された合成形状測定データＤＰとの差分データΔＤからスティッチング処理誤差Ｅ１を演算することで、このスティッチング処理誤差Ｅ１に基づき合成形状測定データＤＳを補正することができる。これにより、スティッチング処理誤差Ｅ１を除いた補正データＤＳ１（補正済みの合成形状測定データＤＳ）が得られる。その結果、各エンボス９の上面の真直度測定をより高精度に行うことができる。
［その他］
上記実施形態では、リニアガイド機構１４により測定装置１８とウェーハ保持面Ｗａ（移動ステージ１６）とをＸ方向に相対移動させているが、各種の相対移動機構を用いて測定装置１８とウェーハ保持面ＷａとをＸ方向に相対移動させてもよい。この場合、ステップＳ７では、パッチング処理による形状測定データＤのつなぎ合わせで発生する誤差（本発明の第２誤差）であって且つステップＳ６のノイズ除去処理では除去されない誤差を予め取得する。そして、ステップＳ８では、この取得した誤差に基づき差分データΔＤ１に対する減算処理を行う。

【0074】

上記実施形態では、エンボス加工が施された静電チャックＷのウェーハ保持面Ｗａの形状測定及び各エンボス９の上面の真直度測定を行う場合を例に挙げて説明したが、各種被測定物の各種被測定面の各種形状を測定する場合に本発明を適用可能である。

【0075】

上記実施形態の形状測定機１０は基台１２とリニアガイド機構１４と移動ステージ１６と測定装置１８と制御装置２０とを備えるが、本発明の形状測定機には、制御装置２０（ソフトウェア、プログラムを含む）のみで構成されているもの、すなわち外部の測定装置・測定機で測定された各形状測定データＤを取得して解析する解析装置（プログラム等）も含まれる。

【符号の説明】

【0076】

９ エンボス
１０ 形状測定機
１２ 基台
１４ リニアガイド機構
１４ａ レール
１４ｂ ブロック
１４ｃ アクチュエータ
１６ 移動ステージ
１８ 測定装置
２０ 制御装置
２２ 記憶部
２４ 操作部
２６ 表示部
３０ 測定制御部
３２ データ取得部
３３ 演算処理部
３４ スティッチング処理部
３６ パッチング処理部
３８ 差分データ生成部
４０ Ｚ方向位置誤差取得部
４２ スティッチング処理誤差演算部
４２ａ ノイズ除去部
４２ｂ 減算処理部
４４ 補正データ演算部
４６ 真直度演算部
Ｄ 形状測定データ
ＤＰ 合成形状測定データ
ＤＳ 合成形状測定データ
ＤＳ１ 補正データ
Ｅ１ スティッチング処理誤差
Ｅ２ Ｚ方向位置誤差
Ｇ 重心位置
ＯＡ 測定光軸
Ｐ，Ｐ０ 観察点
Ｒ 測定範囲
ＳＴ 真直度測定データ
Ｗ 静電チャック
Ｗａ ウェーハ保持面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】