DE10136197A1

DE10136197A1 - Verfahren und Gerät zur Messung der Dicke eines Testobjekts

Info

Publication number: DE10136197A1
Application number: DE10136197A
Authority: DE
Inventors: Ryo Kobayashi; Noboru Takahashi
Original assignee: Nippon Maxis Co Ltd
Current assignee: Nippon Maxis Co Ltd
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2002-02-07
Also published as: KR20020009512A; JP2002107119A; US20020030823A1; TW479127B

Abstract

Die vorliegende Erfindung besteht in einem Dickenmeßgerät, welches eine Messung mit hoher Geschwindigkeit, hoher Genauigkeit und Stabilität mit einem einfachen Aufbau und einfacher Wartung gestattet. Kohärentes Licht, das von einer Lichtquelle ausgesandt wird, wird in gewünschtes, linear polarisiertes Licht durch einen Polarisator umgewandelt, dieses linear polarisierte Licht wird einem Testobjekt zugeführt, welches Doppelbrechung aufweist, es werden ein normaler Strahl und ein anomaler Strahl abgezogen, die abgezogenen Strahlen werden einem Keilprisma zugeführt, und ein Strahl, der durch den Meßort des Testobjekts hindurchgegangen ist, und eine Phasendifferenz aufweist, die sich entsprechend der Gesamtdicke des Testobjekts und des Keilprismas ändert, wird abgezogen. Das abgezogene Licht wird von einem Analysator empfangen, Komponenten in einer Polarisationsrichtung werden für den normalen Strahl und den anomalen Strahl abgezogen, es wird eine Interferenz zwischen der normalen Strahlkomponente und der anomalen Strahlkomponente in einer Polarisationsrichtung erzeugt, die erzeugte Interferenz wird auf dem Bildschirm der Bildaufnahmeeinheit als Interferenzstreifen projiziert, und der projizierte Interferenzstreifen wird so beobachtet, daß die Dicke des Testobjekts gemessen wird, die von der Fehlordnung des Interfrenzstreifens infolge des Bildverarbeitungsprozessors abhängt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts sowie ein zugehöriges Gerät, und insbesondere ein Verfahren und ein Gerät, die dazu geeignet sind, die Dicke eines transparenten Wafers zu messen, der eine Doppelbrechung aufweist, beispielsweise Quarz.

Ein optisches Meßgerät für die Dicke einer Platte zum Messen der Dicke eines Substrats mit Doppelbrechung wurde bereits vorgeschlagen (vgl. beispielsweise das japanische offengelegte Patent Nr. H9-232208). Wie Fig. 18 zeigt, weist dieses Gerät eine Laserlichtquelle 3 zur Erzeugung eines Laserstrahls auf, einen Polarisator 3 zur Umwandlung des von der Laserlichtquelle 2 ausgesandten Laserstrahls in Licht mit gewünschter linearer Polarisation, und zu dessen Einführung in ein Testsubstrat 4, einen Detektor 7 zum Abziehen einer Komponente einer Polarisationsrichtung von dem Laserstrahl, der durch das Testsubstrat 4 hindurchgegangen ist, einen Photosensor 8 zur Feststellung der Lichtintensität des von dem Detektor 7 abgezogenen Laserstrahls, einen Schrittmotor 15 für den Drehantrieb des Detektors 7, der auf einer Scheibe 12 angebracht ist, über ein Zahnrad 13, sowie einen Drehkodierer 14 zur Feststellung des Drehwinkels des Detektors 7.

Dieses Gerät wandelt einen Laserstrahl in Licht mit gewünschter linearer Polarisation unter Verwendung des Polarisators 3 um, und läßt dieses linear polarisierte Licht in das Testsubstrat 4 eintreten, und dreht gleichzeitig den Detektor 7, der den durch das Testsubstrat 4 hindurchgegangenen Laserstrahl empfängt, und eine Komponente in einer Polarisationsrichtung abzieht, wobei sich die Achse des einfallenden Lichts im Zentrum befindet, so daß zwei linear polarisierte Lichtkomponenten, die senkrecht zueinander angeordnet sind, sowie zwei linear polarisierte Lichtkomponenten, die um 45 Grad gegenüber den voranstehend erwähnten, linear polarisierten Lichtkomponenten verschoben sind, und senkrecht zueinander angeordnet sind, abgezogen werden, wobei die Plattendicke des Testsubstrats 4 auf der Grundlage der Phasendifferenz dieser linear polarisierten Komponenten gemessen wird.

Die Plattendicke des Testsubstrats 4 ergibt sich aus folgender Formel

t = (λ/2π).(1/dn).Δ

wobei λ die Meßwellenlänge bezeichnet, iN die Phasendifferenz des Testsubstrats, 2π = 360 Grad ist, dn die Brechungsindexdifferenz zwischen normalem Licht und anomalen Licht bezeichnet. Während nacheinander der Detektor 7 gedreht wird, wird die Lichtintensität I₁, I₂, I₃ und I₄ bei jedem Drehwinkel (beispielsweise π/2, π/4, 0, -π/4) unter Verwendung des Photosensors 8 gemessen, wird Δ aus den jeweiligen Meßergebnissen bestimmt, wird die Phasendifferenz Δ in die voranstehende Formel eingesetzt, und wird die Plattendicke t des Testsubstrats, beispielsweise Quarz, bestimmt.

Bei diesem Gerät kann, wenn die Plattendicke eines Testsubstrats mit Doppelbrechung gemessen wird, die Plattendicke exakt mit einer Meßgenauigkeit von 1 µm oder weniger gemessen, ohne die Substratoberfläche zu verkratzen, und kann selbst dann, wenn die Dicke des Testsubstrats die Hälfte oder mehr der Wellenlänge λ der Laserlichtquelle beträgt, die Dicke des Testsubstrats gemessen werden.

Bei dem voranstehend geschilderten Stand der Technik treten jedoch verschiedene Probleme auf.

1. Es ist erforderlich, die Lichtintensität für jeden Drehwinkel mehrfach (4 Messungen bei der vorliegenden Ausführungsform) zu messen, während der Detektor schrittweise gedreht wird, so daß Punktdaten nicht sämtlich sofort erhalten werden können, so daß eine Messung mit hoher Geschwindigkeit unmöglich ist. Insbesondere bei TV5 (Variation der Dicke an fünf Punkten), die bei einem Kristallwafer erforderlich ist, müssen fünf Punkte von Punktdaten gemessen werden, so daß eine Hochgeschwindigkeitsmessung schwierig ist.
2. Ein mechanischer Mechanismus, etwa ein Motor, Zahnrad und Kodierer, ist beteiligt, so daß die Wartung schwierig ist, und es ist ein spezielles Steuersystem erforderlich, beispielsweise eine Peripherieschaltung, um den Mechanismus zu steuern.
3. Das auf einmal erhaltene Informationsvolumen ist klein, so daß dann, wenn ein Fehler vorhanden ist, eine Beseitigung des Fehlers schwierig ist, und keine Messung mit hoher Genauigkeit erwartet werden kann.
4. Die Dicke wird auf der Grundlage der Lichtintensität gemessen, so daß eine Abschwächung des Lichts infolge einer Änderung der Lichtmenge und der Dicke eines Testobjekts die Messung beeinflussen, was zu einer instabilen Messung führt.
5. Die Dicke wird nicht mit einer Bildaufnahmeeinheit festgestellt, sondern mit einem Photosensor, so daß eine Korrektur schwierig ist, wenn sich die Genauigkeit der Endbearbeitung jeder Komponente des Gerätes ändert, und die mechanischen Fehler jeder Komponente des Gerätes nicht kompensiert werden können.
6. Ein Teil des Geräts (Scheibe 12 und Zahnrad 13) ist vom Berührungstyp, so daß bei dem Testobjekt eine Verkratzung oder Verschmutzung auftreten kann, und die Handhabbarkeit schwierig ist, da die Montage an dem Gerät, einschließlich der Zentrierung, schwierig ist.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Messung der Dicke eines Testobjekts und eines zugehörigen Geräts, bei denen die voranstehend geschilderten Probleme beim Stand der Technik ausgeschaltet werden.

Die theoretische Grundlage der vorliegenden Erfindung ist folgende: Wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, wird dann, wenn ein Polarisator 21 und ein Analysator 22, die aus Polarisatorplatten bestehen, auf demselben optischen Weg überlagert angeordnet sind, und der Analysator 22 gedreht wird (Fig. 4A), das durchgelassene Licht alle 90 Grad heller oder dunkler (= π2) (Fig. 4B). Wenn die Lichtintensität gemessen wird, wenn der Winkel der Hauptachsen der beiden Polarisatoren ϕ beträgt, ergibt sich eine Beziehung gemäß der folgenden Formel (1)

I (ϕ) = I₀cos² ϕ (1)

wobei I₀ die Transmissionsintensität des Polarisators ist (Satz von Malus).

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen einem Querschnitt eines Kristallmodells, das eine geneigte Ebene und eine horizontale Ebene aufweist, und der Phase der Wellenform der Lichtintensität, die durch das Kristallmodell hindurchgegangen ist. In Bezug auf die Lichtintensität wird Licht von der Lichtquelle durch den Polarisator linear polarisiert, auf das Kristallmodell 23 aus der Richtung senkrecht zur Horizontalebene aufgestrahlt, und das durch das Kristallmodell 23 hindurchgegangene Licht wird von dem Analysator festgestellt, und von der CCD-Kamera gemessen. Der Analysator wird auf die Drehlage eingestellt, in welcher die Lichtintensität maximal ist. In dem als Keilprisma ausgebildeten Teil 23a des Kristallmodells 23, das auf einen vorbestimmten Winkel poliert ist, ändert sich die Lichtintensität periodisch, und die Phasen des Lichtes weisen gleiche Abstände auf. Anders ausgedrückt wird die Änderung der Lichtintensität, die auf der Zeitachse durch Drehung des Analysators erhalten wird, als räumliche Änderung der Lichtintensität erhalten, ohne Drehung des Analysators. Diese Änderung der Lichtintensität ergibt sich aus der Formel (1). In dem Teil 23b, bei welchem die vordere und hintere Oberfläche parallel angeordnet sind, und die Dicke konstant ist, tritt keine Änderung der Lichtintensität auf, und ist die Helligkeit konstant.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen einem Querschnitt eines Kristallmodells, bei welchem die Plattendicke durch konvexe Bearbeitung unterschiedlich ist, und der Phase der Signalform der Lichtintensität, die durch das Kristallmodell hindurchgeht. Die Lichtintensität ändert sich periodisch von der Kante aus, an welcher die Dicke des Kristallmodells 24 am geringsten ist, bis zum Zentrum, an welchem die Dicke am größten ist, wobei die Phase in ungleichmäßigen Abständen allmählich größer wird.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts, mit einem Schritt der Projektion eines Musters eines zyklisch auftretenden Lichts auf einen Bildschirm, einem Schritt der Projektion eines Lichtmusters auf dem Bildschirm durch zumindest einen Meßort eines Testobjekts, das transparent ist, und in Bezug auf das Lichtmuster eine Doppelbrechung aufweist, und mit einem Schritt der Messung der Dicke des Meßortes, die mit der Phasenverschiebung zwischen dem durch den Meßort projizierten Muster und dem Muster korreliert ist, das ohne Durchgang durch den Meßort projiziert wird, unter Verwendung der Phasenverschiebung.

Bei der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise ein Keilprisma als Vorrichtung zum Projizieren des zyklisch auftretenden Lichtmusters auf dem Bildschirm verwendet. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß die Phase der durch das Keilprisma hindurchgehenden Signalform gleiche Abstände aufweist. Die Testplatten sind auf einem optischen Weg des Keilprismas angeordnet, es wird ein zusammengesetzter Keil ausgebildet, bei welchem die Dicke der Testplatte zusätzlich zum Keilprisma vorhanden ist, und es wird die Dicke der Testplatte bestimmt, da die Intensität des Lichts, das durch dieses zusammengesetzte Keilprisma hindurchgeht, mit der Dicke der Testplatte korreliert ist.

Anders ausgedrückt ist, wenn das Bild des Lichts, das durch das Keilprisma hindurchgegangen ist, aufgenommen wird, jenes Teil, an welchem die Lichtintensität maximal ist, ein helles Band, und ist jenes Teil, bei welchem die Lichtintensität maximal ist, aber die Phase um 90 Grad verschoben ist, ein doppeltes Band, so daß Interferenzstreifen beobachtet werden. Die Phase der Lichtintensitätssignalform verschiebt sich, wenn die Dicke der Testplatte dem Keilprisma hinzugefügt wird. Man kann beispielsweise den Ort betrachten, an welchem die Lichtintensität des Keilprismas maximal ist, sowie den benachbarten Ort, an welchem die Lichtintensität minimal ist. Die Dicke ändert sich linear an beiden Orten. Eine Testplatte mit einer Dicke entsprechend der Änderung der Dicke zwischen diesen beiden Orten wird dem Keilprisma überlagert. Dann wird die Lichtintensität jenes Ortes, an welchem die Lichtintensität maximal ist, minimal, da sich die Phase um 90 Grad verschiebt, und ändert sich die Phase des Interferenzstreifens infolge der Lichtintensitätssignalform entsprechend der Dicke der Testplatte. Daher kann die Dicke der Testplatte durch dieses Ausmaß der Änderung gemessen werden.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Testen der Dicke eines Testobjekts, wobei kohärentes Licht in gewünschtes linear polarisiertes Licht durch einen Polarisator umgewandelt wird, das linear polarisierte Licht in zumindest einen Meßort eines Testobjekts eintritt, welches Doppelbrechung aufweist, ein normaler Strahl und ein anomaler Strahl abgezogen werden, und die abgezogenen Strahlen erneut in das Keilprisma mit Doppelbrechung eingeführt werden, Strahlen abgezogen werden, die eine Phasendifferenz aufweisen, die sich entsprechend der Dicke des Testobjekts und des Keilprismas beim Durchgang durch den Meßort des Testobjekts ändern, abgezogene Lichtstrahlen durch einen Analysator empfangen werden, eine Komponente in einer Polarisationsrichtung für den normalen Strahl und den anomalen Strahl abgezogen wird, Interferenz zwischen der normalen Strahlkomponente und der anomalen Strahlkomponente in der Polarisationsrichtung erzeugt wird, die erzeugte Interferenz auf dem Bildschirm als Interferenzstreifen projiziert wird, und die Dicke des Meßorts des Testobjekts, die von der Ortsverschiebung des Interferenzstreifens abhängt, durch Beobachtung des projizierten Interferenzstreifens gemessen wird. Zur Erzeugung von Interferenz muß das Licht der Lichtquelle kohärent sein.

Die Erfindung besteht weiterhin in einem Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts, bei welchem Licht in das Keilprisma eingegeben wird, und dann in das Testobjekt eintritt, wobei das Verfahren entgegengesetzt zur voranstehend geschilderten ersten Zielrichtung der Erfindung arbeitet. Anders ausgedrückt wird kohärentes Licht in linear polarisiertes Licht durch einen Polarisator umgewandelt, tritt dieses linear polarisierte Licht in das Keilprisma mit Doppelbrechung ein, werden ein normaler Strahl und ein anomaler Strahl abgezogen, gelangen die abgezogenen Strahlen in zumindest einen Meßort des Testobjekts mit Doppelbrechung, werden Strahlen abgezogen, die eine Phasendifferenz aufweisen, die sich entsprechend der Gesamtdicke des Testobjekts und des Keilprismas auf dem optischen Weg unterscheiden, der durch den Meßort des Testobjekts hindurchgeht, abgezogen, wird das abgezogene Licht von dem Analysator empfangen, wird eine Komponente in einer Polarisationsrichtung für den normalen Strahl und den anomalen Strahl abgezogen, wird eine Interferenz zwischen der normalen Strahlkomponente und der anomalen Strahlkomponente in Polarisationsrichtung erzeugt, wird die erzeugte Interferenz auf dem Bildschirm als Interferenzstreifen projiziert, wird der projizierte Interferenzstreifen betrachtet, und wird die Dicke der Meßposition des gemessenen Objekts gemessen, die von der Verschiebung des Interferenzstreifens abhängt. Anstatt Licht in das Testobjekt einzuführen, und es danach in das Keilprisma einzufügen, können das Testobjekt und das Keilprisma umgeschaltet werden, so daß Licht zuerst in das Keilprisma hineingelangt, und dann in das Testobjekt.

Die Erfindung besteht weiterhin in einem Meßgerät für ein Testobjekt, welches Doppelbrechung aufweist, zur Messung der Dicke des Testobjekts, wobei eine Lichtquelle vorgesehen ist, ein Polarisator zur Umwandlung von Licht von der Lichtquelle in linear polarisiertes Licht, und zum Einführen des Lichts in zumindest einen Meßort des Testobjekts, ein Keilprisma, welches Doppelbrechung aufweist, und so angeordnet ist, daß es eine Phasendifferenz bei dem Licht erzeugt, das auf dem optischen Weg des Testobjekts in Richtung senkrecht zum optischen Weg durchgelassen wird, ein Analysator zur Erzeugung einer Interferenz, die von der Dicke des Testobjekts, aus dem Licht, das durch den Meßort des Testobjekts und das Keilprisma hindurchgegangen ist, und eine Bildaufnahmeeinheit zum Projizieren der Interferenz, die von dem Analysator erzeugt wird, als Interferenzstreifen. Da die Dicke des Meßortes des Testobjekts einmal mit einer derartig simplen Anordnung gemessen werden kann, daß nur ein Keilprisma in dem optischen Weg angeordnet wird, ist eine Messung mit hoher Geschwindigkeit möglich, verglichen mit dem Fall der Messung der Dicke des Testobjekts mehrfach.

Die Erfindung besteht weiterhin in einem Dickenmeßgerät für die Dicke eines Testobjekts, wobei ein Keilprisma vor dem Testobjekt angeordnet ist, wobei im Gegensatz zur voranstehend geschilderten ersten Zielrichtung der Erfindung das Keilprisma hinter dem Testobjekt angeordnet ist. Anders ausgedrückt stellt diese Erfindung ein Gerät zur Messung der Dicke eines Testobjekts mit Doppelbrechung dar, wobei eine Lichtquelle vorgesehen ist, ein Polarisator zur Umwandlung von Licht von der Lichtquelle in linear polarisiertes Licht, ein Keilprisma, welches Doppelbrechung aufweist, und so angeordnet ist, daß es eine Phasendifferenz bei dem Licht erzeugt, das auf dem optischen Weg des Polarisators in Richtung senkrecht zum optischen Weg durchgelassen wird, und in zumindest einem Meßort des Testobjekts eintritt, einen Analysator zur Erzeugung einer Interferenz, die von der Dicke des Testobjekts abhängt, aus dem durch das Keilprisma und das Testobjekt hindurchgelassenen Licht, und eine Bildaufnahmeeinheit zum Projizieren der Interferenz, die von dem Analysator erzeugt wird, als Interferenzstreifen. Die Dicke des Testobjekts kann mit hoher Geschwindigkeit gemessen werden, und zwar durch eine derartig einfache Anordnung, bei welcher nur das Keilprisma auf dem optischen Weg angeordnet wird, selbst wenn sich die Meßpunkte auf mehrere Orte verteilen.

Bei den voranstehend geschilderten dritten und vierten Zielrichtungen der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, daß eine Berechnungseinheit vorhanden ist, um die Dicke des Meßortes des Testobjekts zu bestimmen, durch Vergleichen durch Verschiebung der Phase des Interferenzstreifens infolge des Meßortes des Testobjekts und der Verschiebung der Phase des Interferenzstreifens infolge einer Probe mit einer bekannten Dicke. Das Testobjekt kann ein Einkristallwafer für ein Oberflächenschallwellengerät sein, und die Messung der Dicke kann eine Messung zur Bestimmung der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert an den vorgegebenen fünf Punkten in der Waferebene sein. Das Testobjekt kann ein Ausgangskörper für einen Kristalloszillator des Mesa-Typs sein, bei welchem zahlreiche Löcher in dem Gitter auf der Oberfläche durch Ätzung geöffnet werden, und die Messung der Dicke kann eine Messung der Dicke des Bodens der Löcher sein. Die Testobjekte umfassen eine Phasenplatte, und ein derartiges optisches Erzeugnis wie ein optisches Tiefpaßfilter, zusätzlich zu einem Einkristallwafer für ein Oberflächenschallwellengerät und einem Rohkörper für einen Mesa-Kristalloszillator.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 die allgemeine Ausbildung eines Dickenmeßgeräts für ein Testobjekt gemäß der Ausführungsform;

Fig. 2A und 2B Darstellungen eines aufgenommenen Bildes eines Interferenzstreifens mittels CCD bei der Ausführungsform;

Fig. 3 eine lineare Formel zur Bestimmung der Dicke bei dieser Ausführungsform;

Fig. 4A und 4B Darstellungen des durchgelassenen Lichts durch zwei Polarisatorplatten und des Satzes von Malus;

Fig. 5 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Querschnitt des linear polarisierten Kristallmodells und der Phase der Intensitätsignalform des Lichts, das durch das Kristallmodell hindurchgegangen ist;

Fig. 6 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Querschnitt des konvex bearbeiteten Kristallmodells und der Phase der Intensitätsignalform des Lichts, das durch das Kristallmodell hindurchgegangen ist;

Fig. 7 eine Darstellung des allgemeinen Aufbaus des Dickenmeßgerätes für ein Testobjekt gemäß einer Variante dieser Ausführungsform;

Fig. 8 eine Darstellung der Abmessungen eines Keilprismas;

Fig. 9 eine Darstellung eines Bildes des Interferenzstreifens, das von einem CCD aufgenommen wird, für einen rechteckigen Kristallrohkörper bei dieser Ausführungsform;

Fig. 10 eine Darstellung eines Bildes des Interferenzstreifens, das von einem CCD aufgenommen wird, für einen rechteckigen Kristallrohkörper bei dieser Ausführungsform;

Fig. 11 eine Darstellung eines Bildes des Interferenzstreifens, das von einem CCD aufgenommen wird, bei einem rechteckigen Kristallrohkörper bei dieser Ausführungsform;

Fig. 12 eine Darstellung eines Bildes eines Interferenzstreifens, das von einem CCD aufgenommen wird, für einen rechteckigen Kristallrohkörper bei dieser Ausführungsform;

Fig. 13 eine Darstellung eines Bildes eines Interferenzstreifens, das von einem CCD aufgenommen wird, für einen mit einer Abschrägung bearbeiteten Kristallrohkörper bei dieser Ausführungsform;

Fig. 14 eine Aufsicht auf ein SAW-Waferuntersuchungsgerät;

Fig. 15 eine Seitenansicht eines SAW-Waferuntersuchungsgerätes;

Fig. 16 eine Darstellung der Positionen der Orientierungsebene, der Indexebene und der Meßpunkte von TV5;

Fig. 17 eine Darstellung des Gesamtaufbaus eines Erscheinungsmeßgeräts, in welchem eine Lichtquelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist; und

Fig. 18 eine Darstellung des Gesamtaufbaus eines Meßgeräts für die Dicke einer optischen Platte nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt ein Meßgerät für ein Testobjekt zur Messung der Dicke des Testobjekts, welches Doppelbrechung aufweist. Die Testobjekte für die Messung bei diesem Meßgerät sind beispielsweise Kristallrohkörper oder Wafer für ein Oberflächenschallwellengerät. Der Wafer besteht aus einem Material, das für jenes Licht transparent ist, das von der Lichtquelle ausgesandt wird, beispielsweise Einkristalle aus Lithiumniobat (LN), Lithiumtantalat (LT), Lithiumtetraborat (LOB), Langasit, Saphir oder Diamant. Das Meßgerät für das Testobjekt zur Messung des Testobjekts weist eine Lichtquelle 31 auf, einen Polarisator 32, ein Keilprisma 34, einen Analysator 35, eine CCD-Kamera 36, und einen Bildprozessor 37. Statt eines Keilprismas kann ein derartiges optisches Bauteil wie beispielsweise ein Wheller-Steinprisma oder ein Newton-Ring verwendet werden.

Als Lichtquelle 31 wird eine Lichtquelle verwendet, die kohärentes Licht aussendet, und die Wellenlänge ist vorzugsweise kurz, etwa 400 bis 600 Angström, um die Meßgenauigkeit zu verbessern. Das Licht, das auf die Oberfläche des Testobjekts aufgestrahlt wird, ist ein Strahl, der auf einen Durchmesser von einigen Millimetern verengt wird. Als derartige Lichtquelle sind eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode (LD) vorzuziehen.

Der Polarisator 22 wandelt das Licht von der Lichtquelle 31 in linear polarisiertes Licht um. Das Keilprisma 34, welches auch als dünnes Prisma bezeichnet wird, als Ablenkungswinkelprisma, oder als Strahlablenkungsprisma, ist keilförmig ausgebildet, und weist einen Keilwinkel θ und einen Brechungsfaktor n auf. Im allgemeinen wird ein Keilprisma bei Laserstrahlen eingesetzt, um die Reflexion einer zweiten Wellenlängenebene zu verhindern, oder zum Lenken des Strahls (Auswahl und Erfassung des Weges eines Strahls), jedoch wird im vorliegenden Fall das Keilprisma dazu verwendet, jenen Strahl, der von dem Testobjekt 33 abgezogen wird, das sich auf dem optischen Weg zwischen dem Polarisator 32 und dem Keilprisma 34 befindet, in das Keilprisma 34 einzuführen, und den Strahl über eine Phase entsprechend der Dicke auf dem optischen Weg abzuziehen, der durch das Testobjekt 33 und das Keilprisma 34 hindurchgeht. Daher ist das Keilprisma 34 in einer solchen Richtung angeordnet, daß jene Ebene, die nicht geneigt angeordnet ist, oder eine geneigten Ebene, der Richtung senkrecht zum optischen Weg gegenüberliegt. Die Richtung der optischen Achse muß ebenfalls festgelegt werden.

Das Keilprisma 34 besteht vorzugsweise aus einem Material, welches dieselbe Doppelbrechung wie das Testobjekt 33 aufweist, und es wird eine Phasendifferenz in dem Licht erzeugt, das auf dem optischen Weg des Polarisators in Richtung senkrecht zum optischen Weg hindurchgelassen wird. Vorzugsweise werden die optischen Achsen des Testobjekts und des Keilprismas 34 aneinander angepaßt. Die Richtung der optischen Achse des Keilprismas 34 ist so festgelegt, daß die Intensität des Lichts, das von dem Keilprisma 34 abgezogen wird, maximal wird. Der Keilwinkel θ liegt in einem Bereich von dem 3- bis 6-fachen der Wellenlänge des Interferenzstreifens (Moiré-Interferenz). Dies dient dazu, um 4 bis 5 Linien von Interferenzstreifen auf der Bildaufnahmeoberfläche zu erzeugen, die ein Bildschirm zur Aufnahme von Bildern mit der CCD-Kamera 36 ist. Da die Beobachtung nicht auf Punkten, sondern auf einer Ebene beruht, muß die Lichtintensität nicht maximal sein.

Der Analysator 35 führt zu einer Interferenz mit dem Licht, das durch das Testobjekt 33 hindurchgegangen ist, das sich auf dem optischen Weg zwischen dem Polarisator 32 und dem Keilprisma 34 befindet, und weist eine Phasendifferenz abhängig von der Dicke des Testobjekts 33 auf. Der Analysator 33 wird auf eine Drehposition eingestellt, an welcher die Intensität des zu erfassenden Lichts maximal ist.

Die Bildaufnahmeeinheit nimmt das Bild des Interferenzlichtes auf, das von dem Analysator 35 abgezogen wird, und beobachtet dies als Interferenzstreifen. Der Interferenzstreifen entsprechend der Gesamtdicke des Testobjekts 33 und des Keilprismas 34 am Strahleinfallspunkt auf dem Testobjekt 33 wird auf die Bildaufnahmeoberfläche projiziert.

Da die Gesamtdicke des Testobjekts 33 und des Keilprismas 34 in Abhängigkeit von der Einfallspunktposition beim Testobjekt 33 verschieden ist, ist die optische Weglänge unterschiedlich, wenn das Licht durchgelassen wird. Daher weist das Licht, das von dem Emissionspunkt des Keilprismas 34 entsprechend der Einfallspunktposition ausgesandt wird, eine unterschiedliche Phase auf, abhängig von der optischen Weglänge. Entlang der Schrägfläche des Keilprismas 34 wird Licht mit Phasenunterschieden von λ/4, λ/2, 3λ/4, λ. . . von der Emissionsoberfläche des Keilprismas 34 ausgesandt. Das Licht mit Phasendifferenzen von λ4, 3 λ/4,. . . ist zirkulär polarisiertes Licht, und das Licht mit Phasendifferenzen von λ/2, λ. . . ist linear polarisiertes Licht. Wenn die Bilder dieses Lichts auf der Bildaufnahmeoberfläche der Bildaufnahmeeinheit 36 aufgenommen werden, wird ein Interferenzstreifen erzeugt, bei welchem eine helle/dunkle Abschattung mit einem Zyklus von 2π erzeugt wird. Die Bildaufnahmeeinheit 36 ist beispielsweise eine CCD-Kamera.

Der Bildprozessor 36 weist eine Berechnungseinheit auf, welche den Interferenzstreifen, der auf die Bildaufnahmeeinheit 36 projiziert wird, und den Bezugsinterferenzstreifen vergleicht, der von einem Testobjekt mit bekannter Dicke erzeugt wird, stellt die Phasendifferenz Δ der Interferenzstreifen fest, und bestimmt die Dicke des Testobjekts 33 auf der Grundlage der Phasendifferenz. Die Phasendifferenz Δ ist mit der Dicke des Testobjekts 33 korreliert. Da die Interferenzstreifenposition, die auf die Bildaufnahmeoberfläche projiziert wird, sich verschiebt, wenn sich die Dicke des Testobjekts 33 ändert, kann die Dicke des Testobjekts 33 auf dem optischen Weg festgestellt werden, der einen Durchgang durch einen Punkt des Testobjekts 33 durchführt, an dem ein optischer Strahl berührt. Der Bildprozessor 37 wird beispielsweise durch einen Personalcomputer gebildet.

Als nächstes wird ein Meßverfahren für die Dicke eines Testobjekts unter Verwendung des voranstehend geschilderten Gerätes beschrieben.

Kohärentes Licht wird von der Lichtquelle 31 abgestrahlt, beispielsweise von einer LED, und wird durch den Polarisator 32 in das gewünschte, linear polarisierte Licht umgewandelt. Dieses linear polarisierte Licht wird dem Testobjekt 33 zugeführt, welches Doppelbrechung aufweist, und es werden ein normaler Strahl und ein anomaler Strahl abgezogen. Die abgezogenen Strahlen werden in das Keilprisma 34 eingeführt, und es wird ein Strahl abgezogen, der eine Phase entsprechend der Dicke auf dem optischen Weg aufweist, der durch das Testobjekt 33 und das Keilprisma 34 hindurchgeht, der abgezogene Strahl wird von dem Analysator 35 empfangen, es werden Komponenten in einer Polarisationsrichtung für den normalen Strahl und den anomalen Strahl abgezogen, Interferenz zwischen der normalen Strahlkomponente und der anomalen Strahlkomponente in einer Polarisationsrichtung wird erzeugt, der erzeugte Polarisationsstreifen wird auf den Monitor der Bildaufnahmeeinheit projiziert, und die Dicke des Testobjekts, die von der Position des Interferenzstreifens abhängt, wird durch Beobachtung des projizierten Interferenzstreifens gemessen. Die Dicke des Testobjekts kann deswegen gemessen werden, da die Dicke von der Phase des Interferenzstreifens abhängt, und die Dicke der Phase des Interferenzstreifens mit der Dicke des Testobjekts korreliert ist.

Die Fig. 2A und 2B zeigen den Zustand eines Interferenzstreifens an einem frei wählbaren Punkt eines Testobjekts, projiziert auf einen Monitor. Fig. 2A zeigt nur den Bezugs-Interferenzstreifen, und Fig. 2B zeigt einen Fall, in welchem der Bezugs-Interferenzstreifen und der Meß- Interferenzstreifen überlagert sind. In Bezug auf die Fläche des Strahlpunktes sind 4 bis 5 Linien des Interferenzstreifens geeignet. Wenn diese Anzahl an Linien, die tatsächlich verwendet werden, geeignet ist, ist das auf einmal erhaltene Informationsvolumen groß, so daß es einfach ist, einen Fehler auszuschalten, wenn die Information einen Fehler enthält, so daß sich eine Messung mit hoher Genauigkeit erwarten läßt.

Die Änderung A der Position des Interferenzstreifens des Testobjekts in Bezug auf den Interferenzstreifen der Bezugsprobe ist die Änderung der Dicke t des Testobjekts in Bezug auf die Dicke t₀ der Bezugsprobe. Falls sich die Dicke nicht ändert, dann ist Δ = 0, wobei Δ zunimmt, wenn die Änderung der Dicke zunimmt, und sich das Vorzeichen des Wertes Δ umkehrt, wenn sich die Erhöhung/Verringerung der Änderung der Dicke umkehrt. Hierbei wird der Umwandlungsfaktor m der Dicke in Bezug auf Δ bestimmt, so daß sich die in Fig. 3 dargestellte lineare Beziehung ergibt, nämlich

t = t₀ + m × Δ

wobei dies von dem Bildprozessor 37 berechnet wird, und das Ergebnis die Dicke des Testobjekts darstellt.

Wie voranstehend geschildert werden bei dieser Ausführungsform die folgenden Auswirkungen im Vergleich zum Stand der Technik erzielt.

1. Es ist nicht erforderlich, mehrfach einen Punkt des Testobjekts zu messen, und die Daten in Bezug auf die Dicke eines Punkts können sofort erhalten werden, so daß eine Messung mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann.
2. Da kein mechanischer Mechanismus vorhanden ist, ist die Wartung einfach, und sind keine speziellen Bauteile (beispielsweise Motor, Zahnrad, Kodierer) einschließlich von Peripherieschaltungen erforderlich.
3. Da das Informationsvolumen (4 bis 5 Linien), das auf einmal erhalten werden kann, groß ist, ist eine Messung mit hoher Genauigkeit möglich.
4. Die Dicke (t) wird aufgrund der Phase der Wellenlänge (Signalform) gemessen, so daß eine stabile Messung ohne den Einfluß einer Lichtabschwächung infolge einer Änderung der Lichtmenge und der Dicke möglich ist.
5. Je höher die Endbearbeitungsgenauigkeit des Keilprismas ist, desto höher ist die Genauigkeit der Messung, jedoch kann eine gewisse Differenz in Bezug auf die Bearbeitungsgenauigkeit einfach dadurch korrigiert werden, und können mechanische Defekte dadurch kompensiert werden, daß ein Bild durch eine CCD-Kamera aufgenommen wird, und dieses Bild bearbeitet wird.
6. Der Meßbereich kann dadurch erhöht werden, daß zwei unterschiedliche Arten von Wellenlängen eines Laserstrahls verwendet werden.
7. Im Falle eines SAW-Wafers besteht das Ziel der Messung in 0,5 mm ± 50 µm und 0,35 mm ± 50 µm, als Beispiel. Wenn zwei unterschiedliche Wellenlängen bei der Lichtquelle verwendet werden, kann der kleinere Bereich (beispielsweise in der Größenordnung von 0,3 bis 0,4 mm) gemessen werden. Die Auflösung beträgt 1 µm (0,25 µm - 0,5 µm/Dig).
8. Es kann ein anderes Material als Quarz verwendet erden, falls dieses Material eine Doppelbrechung aufweist, und bei der Lichtquellenwellenlänge transparent ist.
9. Da hierbei eine berührungsfreie Messung erfolgt, wird das Testobjekt nicht verkratzt oder verschmutzt. Die Anbringung an einem Gerät ist einfach, und es ergibt sich eine einfache Handhabbarkeit.

Bei der Ausführungsform wurde ein Wafer für ein Oberflächenschallwellengerät als Beispiel für ein Testobjekt verwendet, jedoch können auch ein Rohkörper für einen Mesa- Kristalloszillator, eine Phasenplatte, ein optisches Tiefpaßfilter usw. gemessen werden.

Das Testobjekt wurde zwischen dem Polarisator und dem Keilprisma angeordnet, jedoch kann es auch zwischen dem Keilprisma und dem Analysator angeordnet werden. Anders ausgedrückt sind, wie in Fig. 7 dargestellt, die Lichtquelle 31, der Polarisator 32, das Keilprisma 34, das Testobjekt 33, der Analysator 35 und die CCD-Kamera 36 in dieser Reihenfolge angeordnet. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sich die theoretische Grundlage der vorliegenden Erfindung einfach intuitiv verstehen läßt. Wenn ein Gebiet des Interferenzstreifens mit gleichen Abständen vorher durch das Keilprisma 34 und das in das Gebiet eingefügte Testobjekt 33 erzeugt wird, kann die Verschiebung des Interferenzstreifens, der in Überlappung mit dem Testobjektbild projiziert wird, in Bezug auf den Interferenzstreifen des Gebiets für das Ausmaß entsprechend der Dicke des Testobjekts 33, einfach beobachtet werden.

Es ist vorzuziehen, daß das Keilprisma aus einem Material besteht, welches denselben Wert für die Doppelbrechung aufweist wie das Testobjekt, jedoch kann auch ein Material, das sich von dem Material des Testobjekts unterscheidet, verwendet werden, falls dieses Material eine Doppelbrechung aufweist. In diesem Fall müssen allerdings die Wellenlänge und die Werte für die Doppelbrechung vorher bekannt sein, und wird die Berechnung zur Bestimmung der Dicke komplizierter.

Es ist vorzuziehen, daß das Keilprisma so ausgebildet ist, die Lichtintensität des normalen Lichts und des anomalen Lichts maximal sind. Die speziellen Abmessungen des Keilprismas, das in Fig. 8 dargestellt ist, sind beispielsweise so wie folgt. Die Breite W beträgt 10 mm, die Länge L 10 mm, und die Oberseite T₀ 3 mm. Wenn die Basis T_L gleich der Oberseite T_S + (Oberseite - Basis) δ ist, dann kann δ auf 0,5 mm, 1,0 mm oder 1,5 mm geändert werden, in Abhängigkeit von der Anzahl erforderlicher Interferenzstreifen. Zur Verkleinerung des Keilprismas ist eine Abmessung in der Größenordnung von W/L = 5 mm × 5 mm vorzuziehen.

Als nächstes wird die Messung der Dicke eines Kristallrohkörpers beschrieben, wenn die Meßpunkte eines SAW-Wafers, bei dem eine Messung an fünf Punkten (TV5) erforderlich ist, als kleine Kristallrohkörper angesehen werden. Die Fig. 9 bis 13 zeigen Beispiele für Interferenzstreifen, wenn die Dicke von Kristallrohkörpern gemessen wird. Das verwendete Keilprisma weist eine Breite von W = 10 mm auf, eine Länge L = 10 mm, eine obere Seite T_S = 3 mm, und eine Basis T_L = 1,0 mm. Eine im Roten abstrahlende Lichtdiode mit einer Wellenlänge von 660 nm wurde als die Quelle für das durchgelassene Licht verwendet. Stattdessen kann auch eine im Blauen emittierende Diode mit einer Wellenlänge von 450 nm verwendet werden.

Fig. 9 zeigt qualitativ ein aufgenommenes Bild, wenn der Kristallrohkörper 25, der rechteckig ist und gleichmäßige Dicke aufweist, das Testobjekt darstellt, und in dem Interferenzstreifenfeld 17 angeordnet ist, das von dem Keilprisma erzeugt wird. Die helle/dunkle Abschattung des Interferenzstreifens ergibt sich aus der Formel (1).

In Fig. 9 ist eine Punktmessung nicht erwünscht, so daß auf den Kristallrohkörper 25 aufgestrahltes Licht nicht fokussiert wird, sondern auf die gesamte Oberfläche des Kristallrohkörpers 25 aufgestrahlt wird. Falls das Licht fokussiert wird, sollte der Punktdurchmesser vorzugsweise ϕ1-2 mm betragen. Der Interferenzstreifen 18 in der Ebene des Kristallrohkörpers 25 ist in Bezug auf den Interferenzstreifen des Bereichs 17 verschoben. Diese Verschiebung entspricht der Dicke des Kristallrohkörpers.

Die Abmessungen des rechteckigen Kristallrohkörpers, der in Fig. 10 dargestellt ist, sind eine Länge Lc = 1,2 mm, eine Breite Wc = 1,0 mm, und eine Dicke t = 14 µm. Mit abnehmender Dicke wird die Verschiebung der Phase des Interferenzstreifens auf dem Kristallrohkörper in Bezug auf das Gebiet des Interferenzstreifens immer kleiner. Die Abmessungen des rechteckigen Kristallrohkörpers, der in Fig. 12 dargestellt ist, sind: Länge Lc = 2,2 mm, Breite Wc = 1,5 mm, und Dicke t = 35 µm. Wird die Dicke größer als in Fig. 11, so ergibt sich eine größere Phasenverschiebung. Die Phasenverschiebung beträgt etwa 90 Grad. Die Abmessungen des rechteckigen Kristallrohkörpers von Fig. 12 sind folgendermaßen: Lc = 2,0 mm, Breite Wc = 1,5 mm, und Dicke t = 79 µm. Verglichen mit dem Fall von Fig. 11 ist die Dicke etwas größer als das Doppelte, was zu Phasenverschiebungen von etwa 180 Grad führt.

Fig. 13 zeigt das aufgenommene Bild, wenn ein Kristallrohkörper 26, dessen Endoberfläche abgeschrägt wurde, in einem Gebiet 17 von Interferenzstreifen angeordnet ist, die durch ein Keilprisma erzeugt werden. Die Abmessungen des Kristallrohkörpers betragen: Länge Lc = 7,0 mm, Wc = 1,5 mm, und t_max = 384 µm. Da sich die Dicke der Platte am Rand des Kristallrohkörpers ändert, ist der Interferenzstreifen infolge der Rohkörperebene entsprechend der Änderung verzerrt, liegt jedoch parallel zum Interferenzstreifen des Gebiets, und nähert sich immer mehr an das Zentrum an, an welchem sich die Plattendicke nicht ändert.

Ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Messung der Dicke umfaßt beispielsweise folgendes: (1) Verringerung der Wellenlänge λ der Lichtquelle, (2) Erhöhung der Vergrößerung des Mikroskops, und (3) Verbesserung der Verarbeitung unterhalb der Pixelebene bei der Bildverarbeitung. Für (1) wird der Wellenlängenbereich von Blau auf Purpur eingestellt. Wenn Ultraviolettlicht mit 300 nm eingesetzt wird, ermöglicht dies eine Messung der Dicke mit hoher Genauigkeit. Im Falle einer roten Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 660 nm ist die Größenordnung der Messung der Dicke 110 µm, und im Falle einer blauen Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 450 nm ist die Größenordnung der Messung der Dicke 75 µm. Bei einem Versuchsbeispiel beträgt die Dicke 9,375 µm, wenn die gemessene Phase um 45 Grad gegenüber der Bezugsphase verschoben ist, beträgt die Dicke 14 µm, wenn die gemessene Phase um 67 Grad verschoben ist, und beträgt die Dicke 18,75 µm, wenn die gemessene Phase um 90 Grad verschoben ist, und beträgt die Dicke 37,5 µm, wenn die gemessene Phase um 180 Grad verschoben ist.

Ausführungsform

Eine Ausführungsform, bei welcher das voranstehend geschilderte Meßverfahren für ein Testobjekt und das zugehörige Gerät bei einem Einkristallwafer für ein Oberflächenschallwellengerät eingesetzt werden, wird nachstehend beschrieben. Die Fig. 14 und 15 sind eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht eines SAW-Waferuntersuchungsgeräts.

Fig. 14 zeigt eine Transportkammer 51 zum Transportieren eines Wafers zum Zentrum, eine Untersuchungskammer 52 hinter der Transportkammer 51 zum Untersuchen des Wafers W, und einen Operationstisch 53 vor der Transportkammer 51 zur Betätigung und zum Steuern des Geräts in dem SAW-Waferuntersuchungsgerät.

Die Transportkammer 51 weist einen Wafertransportroboter 54 im Zentrum auf, sowie Kassetten 55, die links und rechts des Wafertransportroboters 54 angeordnet sind. Der Wafertransportroboter 54 nimmt als Probe einen Testwafer W vor der Untersuchung aus der Waferkassette 56 heraus, und transportiert ihn zur Untersuchungskammer 52, und transportiert einen Testwafer W nach der Untersuchung in der Untersuchungskammer 52 von der Untersuchungskammer 52 zur Transportkammer 51, und bewahrt den Wafer W in einer Waferkassette 56 auf. Der Kassettentisch 55 weist mehrere Waferkassetten 56 auf (jeweils 4 Kassetten im vorliegenden Fall), an der linken und rechten Seite des Umfangs, wobei sich der Wafertransportroboter 54 im Zentrum befindet. In jeder Waferkassette 56 werden mehrere SAW-Wafer für den Test gespeichert. Es wird beispielsweise ein Testwafer W vor der Untersuchung in der Waferkassette 56 auf der linken Seite aufbewahrt, und es wird ein Testwafer W nach der Untersuchung in der Waferkassette 56 auf der rechten Seite aufbewahrt, je nach deren Einordnung.

In der Untersuchungskammer 52 werden die Dicke an fünf Punkten, Ungleichförmigkeiten, das Aussehen und die Form von Wafern untersucht. Die Untersuchungskammer 52 weist eine XY-Stufe 57 auf, drei Halterungsvorrichtungen 58 zum Haltern des Außenumfangs des Testwafers W an drei Punkten, die in der XY-Stufe 57 in Umfangsrichtung vorgesehen ist, so daß der Testwafer W, der an drei Punkten gehaltert wird, in Richtung von X und Y bewegt werden kann. Durch diese Bewegung ist auch eine Messung an fünf Punkten entsprechend TV5 möglich.

Der Operationstisch 53 weist eine Tastatur 59 auf, eine Maus 60, und einen Joystick (Betätigungshebel) 61, die mit einem Computer verbunden sind, der als (nicht dargestellter) Bildprozessor verwendet wird, und hierdurch werden der Wafertransportroboter 54 und die XY-Stufe 57 so gesteuert, daß sie einen vorbestimmten Transport und eine vorbestimmte Untersuchung ausführen.

Wie Fig. 15 zeigt, ist eine CCD-Kamera 62 oberhalb der XY-Stufe 57 der Untersuchungskammer 52 angeordnet, und nimmt die CCD-Kamera 62 das Bild von Licht auf, das von der Lichtquelle für die Messung der Dicke (nicht dargestellt) übertragen wird, über den Polarisator, den Testwafer, das Keilprisma und einen Analysator, und zeigt das Bild auf dem Anzeigegerät 63 an, das aus einem Monitor besteht, der oberhalb der Transportkammer 52 angeordnet ist.

Bei einem SAW-Wafer ist es erforderlich, daß das TV5 innerhalb eines vorbestimmten Standards liegt. Wie Fig. 16 zeigt, wird zur Untersuchung der Ungleichmäßigkeit in Bezug auf die Dicke an fünf Punkten in der Waferebene der Interferenzstreifen für vorbestimmte fünf Punkte in der Waferebene oder eines Bezugswafers mit bekannter Dicke beobachtet, und werden die Positionen, an denen der Bezugsinterferenzstreifen erzeugt wird, vorher gespeichert. Die Punkte, an denen der Bezugs-Interferenzstreifen abgetastet wird, müssen nicht fünf Punkte sein, sondern können auch ein frei wählbarer Punkt in der Waferebene sein.

Die gemessene Interferenzstreifenposition und die Bezugs- Interferenzstreifenposition werden verglichen, und es wird die Differenz Δ bestimmt. Die Dicke jedes Punktes wird entsprechend der voranstehend angegebenen Formel bestimmt, es wird die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert dieser Dicken bestimmt, und dann wird dieser Wert als die TV5-Messung angesehen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform muß die Dicke eines frei wählbaren Punktes auf dem Wafer nicht mehrfach gemessen werden, sondern kann sofort auf einmal gemessen werden, so daß eine Messung mit hoher Geschwindigkeit selbst dann möglich ist, wenn die Anzahl an Meßpunkten fünf beträgt. Zur Messung der Dicke können ein Untersuchungsmechanismus für eine Untersuchung in Bezug auf die Dimensionen und ein Erscheinungsuntersuchungsgerät, das aus einer XY-Stufe und einer Halterungsvorrichtung besteht, unverändert verwendet werden, so daß eine Peripherieschaltung, ein Motor, ein Zahnrad und ein Kodierer, die speziell für die Dickenmessung sonst erforderlich wären, nicht mehr nötig sind. Weiterhin werden für jeden Meßpunkt 4 bis 5 Linien von Interferenzstreifen beobachtet, und wird die Phasendifferenz Δ der Interferenzstreifen beobachtet, so daß das Informationsvolumen, welches einmal erhalten werden kann, hoch ist, und eine Messung mit hoher Genauigkeit möglich wird.

Da die Dicke durch die Phasendifferenz der Interferenzstreifen gemessen wird, ist eine stabile Messung möglich, ohne den Einfluß der Abschwächung des Lichts infolge der Änderung der Lichtmenge und der Dicke des Wafers. Zwar erfolgt die Durchführung der Messung berührungsfrei, so daß das Testobjekt ohne Verkratzungen oder Verunreinigungen gemessen werden können. Eine kontaktfreie Messung, entsprechend der Messung der Dimensionen und der Untersuchung des Erscheinungsbildes, ermöglicht eine Messung mit 100%, so daß kein Abtastbefehl vorhanden ist.

In Bezug auf die Meßgenauigkeit beträgt die Oberflächenrauhigkeit eines polierten Wafers 0,06 µm (vgl. Seite 26 von "Crystal Frequency Control Devices" von Shotaro Okano, veröffentlicht von Techno). Da dies die einzige Seite darstellt, beträgt die Oberflächenrauhigkeit 0,12 µm, wenn beide Seiten berücksichtigt werden. Dieser Wert kann vernachlässigt werden, wenn man sich überlegt, daß der Meßwert für die Waferdicke 0,5 mm ± 50 µm, und 0,35 mm ± 50 µm beträgt, wobei die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt ist. Daher ist es vorzuziehen, ein poliertes Keilprisma einzusetzen.

Bei der Ausführungsform wurde jener Fall beschrieben, bei dem das Testobjekt ein Wafer für ein SAW-Gerät ist, bei welchem die Oberfläche eben ist (eine Oberfläche benutzt wird), jedoch ist die vorliegende Erfindung auch bei der Messung der Dicke eines Rohkörpers für einen Mesa-Kristalloszillator einsetzbar (es wird ein Rohkörper verwendet), wobei viele Löcher in dem Gitter auf dem Wafer durch Ätzung geöffnet werden, und bei einem optischen Erzeugnis wie einem optischen Tiefpaßfilter.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel für den Einsatz dieses Verfahrens bei TV5 beschrieben, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei TTV und LTV eingesetzt werden.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform werden eine Ungleichförmigkeit der Dicke an fünf Punkten, das Erscheinungsbild und die Form eines Wafers in der Untersuchungskammer 52 untersucht, jedoch kann, wie Fig. 17 zeigt, die Lichtquelle des Meßgeräts so vereinigt werden, daß optisch eine Untersuchung des Erscheinungsbildes und der Form berührungslos durchgeführt werden. Zusätzlich zu der Lichtquelle 31 zur Messung der Dicke wie voranstehend beschrieben können eine koaxiale Lichtquelle 41, eine Schräglichtquelle 42 und eine Dunkelfeldlichtquelle 43 vorgesehen sein. Die koaxiale Lichtquelle 41, bei welcher die Achse des Mikroskops 38 und die Beleuchtungsachse so ausgerichtet sind, daß sie koaxial sind, unter Verwendung eines Prismas 39, beleuchtet ein Testobjekt 33 über eine Objektivlinse, wobei das reflektierte Licht beobachtet wird. Die Schräglichtquelle 42 weist eine Lichtquellenachse außerhalb der Mikroskopachse 38 in Bezug auf ein Testobjekt 33 auf der Achse auf, und beleuchtet das Testobjekt 33. Die Dunkelfeldlichtquelle 43 ist eine Lichtquelle nur zur Beobachtung gestreuten Lichts oder gebeugten Lichts, ohne daß zugelassen wird, daß ringförmiges Beleuchtungslicht in das Gebiet eintritt (vgl. das japanische offengelegte Patent Nr. 2000-171401, und das Patent Nr. 3009659). Das Erscheinungsbild und die Form werden durch Umschaltung dieser Lichtquellen einschließlich der Lichtquelle 31 für durchgelassenes Licht untersucht. Kratzer und Teilchen auf der Oberfläche werden durch koaxiale Beleuchtung festgestellt. Kratzer werden durch Schräglicht erfaßt. Spalte und eine Abschrägung werden durch das Dunkelfeldlicht erfaßt (siehe beispielsweise das japanische offengelegte Patent Nr. H9-288063, und das Patent Nr. 2821460). Wie voranstehend erwähnt wird die TV5-Messung mit durchgelassenem Licht durchgeführt (Doppelbrechung).

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Dicke sofort mit einem einfachen Aufbau gemessen werden, bei welchem nur ein Keilprisma in dem optischen Weg angeordnet ist. Selbst wenn mehrere Meßpunkte gestreut sind, ist eine Messung mit hoher Geschwindigkeit möglich. Da das auf dem optischen Weg angeordnete Keilprisma gesichert ist, ist der Aufbau vereinfacht, verglichen mit einem Gerät, welches die Dicke mittels Drehung eines Analysators für jede Messung mißt.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Dicke eines Meßobjekts, mit folgenden Schritten:
Projizieren eines Musters aus zyklisch auftretendem Licht auf einen Bildschirm;
Projizieren des Lichtmusters auf dem Bildschirm durch zumindest einen Meßort eines Testobjekts, welches für das Lichtmuster durchlässig ist, und Doppelbrechung aufweist; und
Messung der Dicke des Meßortes in Korrelation zu einer Phasenverschiebung zwischen dem Muster, das durch den Meßort projiziert wird, und jenem Muster, das ohne Durchgang durch die Meßorte projiziert wird, unter Verwendung der Phasenverschiebung.

2. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt der Projektion des Musters des zyklisch auftretenden Lichtes auf einen Bildschirm weiterhin folgende Schritte umfaßt:
Umwandlung von kohärentem Licht in linear polarisiertes Licht durch einen Polarisator;
Durchlassen dieses linear polarisierten Lichts durch ein optisches Bauteil, welches Doppelbrechung aufweist, und Abziehen als normales Licht und anomales Licht, die eine Phasendifferenz aufweisen, welche sich entsprechend der Dicke des optischen Bauteils ändert; und
Durchlassen des abgezogenen normalen Lichtes und des anomalen Lichtes an einen Analysator zum Abziehen einer Komponente in einer Polarisationsrichtung, und zum Projizieren des Interferenzstreifens infolge einer Interferenz der normalen Lichtkomponente und der anomalen Lichtkomponente in der einen Polarisationsrichtung auf dem Bildschirm.

3. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bauteil ein Keilprisma ist.

4. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt der Projektion des Lichtmusters auf dem Bildschirm über ein Testobjekt, welches für das optische Muster transparent ist, und Doppelbrechung aufweist, weiterhin folgende Schritte umfaßt:
Einfügung eines Testobjekts, welches transparent für das Licht ist, und Doppelbrechung aufweist, in den optischen Weg des auftretenden Lichts, und Übertragung des Lichtmusters durch zumindest den Meßort des Testobjekts; und
Projizieren des Musters, bei dem eine Phasenverschiebung entsprechend der Dicke des Meßortes erzeugt wird, in Bezug auf das Muster, das auf dem Bildschirm projiziert wird, wenn das Licht nicht durch das Testobjekt zum Bildschirm hin durchgelassen wird, zusammen mit dem Meßort.

5. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts mit folgenden Schritten:
Anordnen eines Polarisators, eines Keilprismas und eines Analysators hintereinander auf demselben optischen Weg, und Projizieren des Interferenzstreifens infolge des Keilprismas, wenn kohärentes Licht von dem Polarisator eingegeben wird, und von dem Analysator auf einen Bildschirm ausgesandt wird;
Einfügung des Testobjekts, welches für das Licht transparent ist, und Doppelbrechung aufweist, zwischen dem Polarisator und dem Keilprisma, oder zwischen dem Keilprisma und dem Analysator, und Projizieren des Bildes von zumindest dem Meßort des Testobjekts, an welchem der Interferenzstreifen infolge des Keilprismas und des Testobjekts erzeugt wird, auf den Bildschirm; und
Messung der Dicke des Meßortes des Testobjekts, die mit der Phasenverschiebung zwischen dem Interferenzstreifen, der durch das Keilprisma hindurchgegangen ist, und auf den Bildschirm projiziert wird, und dem Interferenzstreifen des Meßortes des Testobjekts, der durch das Keilprisma durchgelassen wird, und dem Meßort des Testobjekts korreliert ist, und auf den Bildschirm projiziert wird, unter Verwendung der Phasenverschiebung.

6. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 5, bei welchem die Dicke des Meßortes des Testobjekts dadurch gemessen wird, daß die Phasenverschiebung des Interferenzstreifens infolge des Meßortes des Testobjekts und die Phasenverschiebung des Interferenzstreifens infolge einer Probe mit einer bekannten Dicke verglichen werden.

7. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 5, bei welchem das Testobjekt ein Rohkörper für einen Mesa-Kristalloszillator ist, bei dem zahlreiche Löcher in dem Gitter auf der Oberfläche durch Ätzung geöffnet sind, und die Messung der Dicke die Messung der Dicke des Bodens der Löcher ist.

8. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 5, bei welchem das Testobjekt ein Einkristallwafer für ein Oberflächenschallwellengerät ist.

9. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 8, bei welchem die Messung der Dicke die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Dicke an vorgegebenen fünf Punkten in der Waferebene bestimmt.

10. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 5, bei welchem der Einkristallwafer für ein Oberflächenschallwellengerät aus Quarz, Langasit, Lithiumtantalat (LT), Lithiumtetraborat (LBO), Saphir oder Diamant besteht.

11. Verfahren zur Messung der Dicke eines Testobjekts nach Anspruch 5, bei welchem mehrere Linien von Interferenzstreifen auf den Bildschirm projiziert werden, und die Dicke des Meßortes des Testobjekts durch Angleichung der Phasenverschiebung der mehreren Linien der Interferenzstreifen gemessen wird.

12. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt, bei welchem vorgesehen sind:
ein Bildschirm;
eine Mustererzeugungsvorrichtung zum Projizieren eines Musters von zyklisch auftretendem Licht auf dem Bildschirm; und
eine Meßvorrichtung zur Messung der Dicke des Testobjekts, die mit der Phasenverschiebung zwischen einem Muster, das nicht durch das Testobjekt hindurchgeht, und einem Muster, das durch das Testobjekt hindurchgeht, korreliert ist, das auf dem Bildschirm projiziert wird, wenn das Testobjekt für das Licht transparent ist, und Doppelbrechung aufweist, in den optischen Weg des Musters eingefügt wird, unter Verwendung der Phasendifferenz.

13. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 12, bei welchem die Mustererzeugungsvorrichtung weiterhin aufweist:
die Lichtquelle;
einen Polarisator, der das Licht von der Lichtquelle in linear polarisiertes Licht umwandelt, und das Licht in das Testobjekt einbringt;
ein optisches Bauteil, welches doppelbrechend ist, und so angeordnet ist, daß es eine Phasendifferenz bei dem Licht, das auf dem optischen Weg des Testobjekts hindurchgelassen wird, in Richtung senkrecht zu dem optischen Weg erzeugt; und
einen Analysator zur Erzeugung einer Interferenz, die von der Dicke des Testobjekts abhängt, aus dem Licht, das durch das Testobjekt und das Keilprisma hindurchgelassen wird.

14. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 12, bei welchem die Mustererzeugungsvorrichtung weiterhin aufweist:
eine Lichtquelle;
eine Polarisator zum Umwandeln von Licht von der Lichtquelle in linear polarisiertes Licht;
ein optisches Bauteil, welches doppelbrechend ist, und so angeordnet ist, daß es eine Phasendifferenz bei dem Licht erzeugt, das auf dem optischen Weg des Polarisators durchgelassen wird, in Richtung senkrecht zum optischen Weg, und das Licht in das Testobjekt einführt; und
einen Analysator zur Erzeugung einer Interferenz, die von der Dicke des Testobjekts abhängt, aus dem Licht, das durch das optische Bauteil und das Testobjekt hindurchgegangen ist.

15. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem das optische Bauteil ein Keilprisma ist.

16. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem das optische Bauteil ein Wheller-Steinprisma ist.

17. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem das optische Bauteil ein Newton-Ring ist.

18. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 12, welches weiterhin eine Berechnungseinheit aufweist, welche die Dicke des Meßortes des Testobjekts durch Vergleich der Phasenverschiebung des Interferenzstreifens infolge des Meßortes des Testobjekts und der Phasenverschiebung des Interferenzstreifens infolge einer Probe mit bekannter Dicke bestimmt.

19. Dickenmeßgerät für ein Testobjekt nach Anspruch 12, bei welchem die Lichtquelle eine lichtemittierende Diode ist.

20. Dickenmeßgerät nach Anspruch 12, bei welchem die lichtemittierende Diode eine im Blauen emittierende Diode ist.