JP2000501508A

JP2000501508A - 半導体ウエファの厚さ誤差測定用干渉計

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Publication number: JP2000501508A
Application number: JP9542912A
Authority: JP
Inventors: クラウイーク・アンドリュー・ダブリュー
Original assignee: トロペルコーポレーション
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: WO1997045698A1; KR20000016177A; ATE258675T1; DE69727376D1; US5909282A; EP0902874A1; EP0902874B1; JP3392145B2

Abstract

(57)【要約】半導体ウエファの厚さは、赤外光の二つの光線を干渉させることによって測定される。その二つの光線は、ウエファの両面での反射により相対的に変形されている。非ナル干渉測定は、発散光線をウエファに照射することと、入射角の変化によって発生する誤差を除去することとによってなされる。ナル干渉測定は、厚さと平面度との両者によって構成される。ウエファ内を伝達することができる赤外光は、厚さを測定するために使用される。ウエファ内を伝達することができない可視光は、平面度を同時に測定するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】半導体ウエファの厚さ誤差測定用干渉計技術分野この発明は、光学的度量衡の分野に関し、特に半導体ウエファの厚さ誤差（th ickness variations）を測定するための干渉法の使用に関する。背景干渉法は、半導体ウエファの平面度および厚さ誤差の測定に用いられる。一般に、ウエファの両面は、両方とも平面度が測定され、厚さ誤差を決定するために二つの平面度の測定値が比較される。二つのうち、厚さ誤差が最も重要である。半導体ウエファは、厚さに対する直径の比が非常に大きく、その台座にならう傾向があるからである。シリコン、ガリウム砒素のような半導体材料は、通常、可視スペクトルの範囲では伝達性を有していない。しかし、ある半導体ウエファの表裏両面が高度に磨かれると、表裏両面は、試験光線を各面で反射させることと、その反射された試験光線に対比光線を結合して表面誤差を表す干渉縞を形成することによって、測定することができる。単一の干渉計を使用する一つの有用な技術は、一時に一つの面を測定する。毎回の測定毎に半導体ウエファが据え付けし直される。据え付ける毎に、半導体ウエファの形状に歪みが発生する可能性があり、その結果両方の平面度の測定値の正確さを減少させるとともに、計算された厚さ誤差の正確さを減少させる。据え付けし直すことは、時間を浪費する。他の有用な技術は、二つの干渉計を使用して表裏両面を同時に測定する。据え付けの際の歪みは、平面度の測定に影響を及ぼす可能性があるが、厚さ誤差の相対測定は、据え付けにほとんど影響されなくなる。しかしながら、二つの干渉計の位置は、据え付けに関して正確に分かっていなければならない。また、二つの干渉計を用いると費用が嵩むとともに、正確な位置に維持することが難しい。両面を単一の試験光線で横切るための反射光学系の配置を含む干渉計が開示されている。対比光線に対する試験光線の光路長のどのような誤差も、厚さ誤差として解釈される。一つの具体例では、二つの平面鏡が試験光線を導くための回折格子と結合される。他の具体例では、重なった鏡を格子の代用としている。これらの反射光学系の全ては、非常に大きく、かつ一列に配置する上で扱いにくい。半導体ウエファを測定するための公知の干渉技術が有するこれらの他の問題は、ここで測定しようとする直径が３０ｃｍであるウエファのように、ウエファのは、ウエファの直径の２〜３倍の鏡が必要である。そのような鏡は、かなり大きなウエファでは非現実的である。発明の要約磨かれた半導体ウエファは、赤外スペクトルの範囲では独特の反射性および伝達性を示す。そして、発明者、これらの性質がウエファの表裏両面を新規な干渉法的配置によって比較可能にすることを発見した。事実、二つの表面を干渉法の技術で比較することは、その干渉法の技術が平行平面を有する光学ガラスからなる同様の対象に対しては不可能であったとしても可能である。この発明は、その一または複数の実施例において、半導体ウエファの厚さ誤差を測定するための干渉装置を単純化すること、および寸法が大きいウエファに対する干渉法的厚さ測定の実用性を拡張することにより、この発見を利用する。正確さと効率の改良は、二つの面間に一つの試験光線を伝達するための追加の光学機器を必要とすることなく、表面両面を同時に比較することによって可能になる。半導体材料が少なくとも部分的に伝達可能であるスペクトル（例えば１μ以上の波長のスペクトル）の範囲で動作する干渉計は、ナル状態(null condition)と非ナル状態(non-null condition)とのいずれかにおいて半導体ウエファの表面両面を比較するのに使用可能である。表裏両面の一方に入射する光線は、表裏両面の一方から内部への伝達と表裏両面での反射との結合により、相対的に変形された二つの光線に分割される。相対的に変形された光線のうちの少なくとも一方は、表裏両面間に伝達される。相対的に変形された光線のうちのいずれか一方が表裏両面で反射されるか、相対的に変形された光線の各々が表裏両面のうちの異なる面でそれぞれ反射される。相対的に変形された二つの光線を再結合することにより、干渉縞が形成される。その干渉縞は、相対的に変形された光線の各光路長間の差を表裏両面間の距離の関数として識別するために評価される。非ナル状態において、この発明の干渉計の光学的要素は、干渉性のある（cohe rent）照明の点光源と観察システムだけに限定することができる。点光源から発散する干渉性のある光線は、半導体ウエファを照射する。その光線の一部は、ウエファ内を伝播し、表裏両面の一方または両方で反射する。その光線の他の一部は、ウエファ内を伝播するか、あるいは一方の面で反射する。二つの光線部分（すなわち、相対的に変形された二つの光線）によって行われる反射の回数は偶数回である。それ故、両方の光線部分は、同一の面から観察システムに向かって放射される。観察システムは、観察スクリーンとこの観察スクリーンに焦点が合わせられた赤外光線に感応するカメラとを含むことが望ましい。二つの光線部分は、それらの光路長差によって形成される干渉縞を伴って観察スクリーンを照らす。二つの光線部分間の光路長差は、ウエファの厚さ誤差の結果生じるものもあり、ウエファが照らされる部分の入射角の変化に帰因するものもある。後者の差異は、前もって演算することができるとともに、厚さ誤差に基づくより一層の差異が比較される準拠基準(frame of reference)（すなわち、公知の非ナル状態）として用いることができる。ナル状態においては、一定の入射角で入射する光線でウエファを照らすためにコリメータが用いられる。ある特別の構成では、点光源、コリメータおよび観察スクリーンが共通の光軸に沿って一列に並べられる。入射角が０゜である場合、ウエファに入射される光線の一部は、ウエファを貫通して観察スクリーンに直接伝達され、他の光線部分は、ウエファの表裏両面で反射されることにより、ウエファ内を合計３回伝達され、その後観察スクリーンに到達する。その結果、観察スクリーンまでの二つの光線部分の光路長差は、ウエファの厚さの２倍と半導体材料の屈折率との積に等しくなる。厚さのどのような誤差も、直接に解明される観察スクリーン上の干渉縞を変える。半導体ウエファの厚さ誤差と平面度との両者は、二つの異なる波長の光を用いるナル状態では、同時に測定することができる。厚さ誤差は、半導体ウエファが少なくとも部分的に伝達可能である第１の波長の光を用いて測定され、平面度は、半導体ウエファが実質的に伝達しない第２の波長の光を用いて測定される。両方の波長の光は、ウエファで反射される。第１の波長の光は、表裏両面で反射され、二つの反射された部分は、厚さ誤差を測定するために比較される。第２の波長の光は、ウエファに入射する前に対比部分と試験部分とに分離される。対比部分は対比面で反射され、試験部分はウエファの最も近い面で反射される。対比部分および試験部分は、平面度を測定するために比較される。ナル状態と非ナル状態とのいずれかに関し、カメラによって記録された干渉縞は、ウエファの厚さ誤差または平面度をより一層正確に測定するための調整によってさらに評価するのが望ましい。例えば、波長と点光源の相対位置とのいずれかは、ある制御された様式で変化させて干渉縞を調整することができる。調整は、ウエファの近接する点間の厚さの差または平面度の差を演算可能にし、干渉縞の調整割合は、絶対厚さの演算に用いることができる。図面の簡単な説明図１は、半導体ウエファが非ナル状態での伝達によって観察されるこの発明の新規な干渉計の第１の実施例を示す図である。図２は、入射角を変化させて半導体ウエファを照明することによって引き起こされる光路長差を示すグラフである。図３は、半導体ウエファが非ナル状態での反射によって観察されるこの発明の新規な干渉計の第２の実施例を示す図である。図４は、半導体ウエファがナル状態での伝達によって観察されるこの発明の新規な干渉計の第３の実施例を示す図である。図５は、厚さ誤差と平面度との両者をナル状態で測定するために二つの異なる波長が用いられたこの発明の新規な干渉計の第４の実施例を示す図である。詳細な説明図１に示す干渉計１０は、干渉性のある赤外光の点光源１２、光の伝達性を有する観察スクリーン１４、およびカメラ１６を有しており、それらは全て共通な光軸１８上に一列に配置されている。検査中の半導体ウエファ２０は、点光源１２に面した前面２２および観察スクリーンに面した背面２４を有している。ウエファ２０は、シリコンまたはガリウム砒素で形成され、前面２２および背面２４が少なくとも大まかな平面度と平行度を有するようにきれいに磨かれていることが望ましい。この干渉計１０では、半導体ウエファ２０を支持するために、従来の据え付け装置（図示せず）を用いることが可能である。点光源１２は、単一モードの光ファイバの出力、正確に一点に集められ、かつ空間的なフィルタ処理が施されたレーザー光、またはレーザーダイオードの直接の出力のいずれであってもよい。名目上の球形の波面２６が、点光源１２から発散し、光軸１８から半径方向へ離れるにしたがって増大する入射角をもって前面２２に入射する。発散する波面２６の一部は、入射時に屈折するが、半導体ウエファ２０内をその背面２４まで伝播し、そこで二つの比較可能な波面３０，３２に分割される。波面３０の光線は、背面２４で屈折し、発散する波面２６から生じた元の光線の光路に対して実質的に平行で、かつ側方にオフセットした光路に乗る。オフセット量は、元の光線の入射角とともに変化する。波面３２の光線は、最初背面２４で反射し、それから前面２２で反射する。その後、背面２４を屈折して出射し、発散する波面２６から生じた元の光線に対して実質的に平行で、かつ逆向きに側方へオフセットした光路上に乗る。二つの波面３０，３２は、光軸１８に沿って置き換えられた二つの仮想の点光源からそれぞれ発散するように見えるので、縦方向に分断されているものと見做すことができる。二つの波面３０，３２によって観察スクリーン１４に干渉縞が形成される。この干渉縞は、赤外線に対して感応性を有するカメラ１６によって記録される。しかしながら、理論的に完全な試験片がナル干渉縞（null interfe rene pattern）を作り出す従来の慣用されている干渉法技術に比べると、完全な半導体ウエファ２０によって形成される干渉縞は、半導体ウエファ２０が照らされる各部への入射角の変化に関連する光路長差を表す干渉縞を含む。この非ナル状態は、ウエファの厚さｔの標準的な誤差から予想される干渉縞の密度と同程度の干渉縞の密度を含み、かつ半導体ウエファ２０の相対位置または向きを調整することによって除去することができない。それにも拘わらず、非ナル干渉縞(non-null interference pattern)を作り出す光路長差は、記録された干渉模様の各点に関して処理装置３４により容易に演算することができ、かつ観察スクリーン１４に照らし出された実際の干渉縞によって表される光路長差から差し引かれる。残ったものが、理論的に完全なウエファと実際の半導体ウエファ２０との間の差異によって引き起こされる光路長差である。ウエファの変形および材料の不均一性が光路長差に含まれるが、残りの最も大きな差異は、ウエファの厚さｔの誤差に帰因する。非ナル状態に帰因するシステム的な誤差の例が図２にグラフ化されている。半導体ウエファ２０は、厚さの称呼寸法が０．７５ｍｍで、直径の称呼寸法が３００ｍｍであるものと仮定する。点光源１２は、１．５２３μｍの波長を有する光を０．１の開口数(numerical aperture)で発する。観察スクリーン１４は、ウエファ２０から１．０ｍｍ離れて配置される。予想されるように、非ナル状態に関連する光路長差の絶対値は、観察スクリーン１４上において光軸１８から半径方向へ離れるのにしたがって増大する。干渉縞の分析は、局部的な厚さの変化をより正確に決定するために従来から行われている調整を含む。例えば、出射される光の波長と点光源の相対位置とのいずれか一方は、干渉縞を調整するために変えられる。干渉縞の調整割合は、ウエファ２０の絶対厚さを決定するために用いられる。この調節割合は、絶対厚さ、屈折率、入射角および波長を含む数種の変数の公知の関数であり、唯一の未知数としての絶対厚さを求めるために解明される。他の干渉計４０が図３に描かれている。この干渉計４０の構成要素には、干渉計１０と同様に、点光源４２、観察スクリーン４４およびカメラ４６が含まれるが、それらの配置は大きく異なっている。半導体ウエファ５０は、磨かれた前面５２および背面５４を有しているが、ウエファ２０と比べると、前面５２は点光源４２および観察スクリーン４４に面している。また、ウエファ５０は、点光源４２の光軸４８に沿う光線に対して傾斜している。点光源４２によって発せられた名目上の球形の発散する波面５６は、ウエファ５０の前面５２に入射する。前面５２に対する波面５６の入射角は、ウエファ５０の直径に沿って漸次変化する。発散する波面５６は、ウエファの前面５２および背面５４での反射により類似性を有する(comparable)二つの波面６０，６２に分割される。波面６０の光線は、発散する波面５６から生じた元の光線の入射角と等しいが逆向きである反射角をもって前面５２で反射する。波面６２の光線は、ウエファ５０に入射する際に屈折し、背面５４で反射し、ウエファから出射する際に再度屈折する。そして、波面６０の対応する光線の光路に対して平行であるが、側方にオフセットした光路上を進む。類似性のある波面６０，６２の両者は、実質的に球面の形状を維持しているが、相対的に置き換えられた二つの仮想の点光源からそれぞれ投射されるように見える。二つの類似性のある波面６０，６２が互いに別れるから、観察スクリーン４４上には理論的に完全なウエファに関して非ナル干渉縞が形成される。先行する実施例と同様に、ナル状態に関連する光路長差は、処理装置６４によって演算されるとともに、ウエファの厚さｔの誤差の測定としての実際の干渉縞によって表される光路長差から減算される。絶対厚さと同様により正確な厚さ誤差の測定は、調整によって得られる。伝播器(diffuser)として機能する観察スクリーン４４は、観察スクリーン４４によって伝達される光を介してカメラ４６で観察されるのが望ましい。しかしながら、カメラ４６は、スクリーン４４で反射される光を介してスクリーン４４を観察するように配置することも可能である。さらに、この実施例または他のどの実施例においても、観察スクリーン４４からの光を集光し、かつそれをカメラ４６に向けるためにフレネルレンズその他の集光用光学機器を用いてもよい。図４に示す干渉計７０は、干渉計１０と同様に構成されているが、ナル状態で動作する。点光源７２は、発散する球形の波面８６を出射する。この波面８６は、屈折性、反射性または回折性を有する光学機器によって構成することができるコリメータによって平坦な波面８８に変えられる。平坦な波面８８は、半導体ウエファの前面８２を０゜の入射角で照らす。点光源７２およびコリメータ７３は、観察スクリーン７４およびカメラ７６と同様に、共通の光軸７８上に一列に並べるのが望ましい。しかしながら、平坦な波面８８は、ナル状態を維持する限り、０゜でない入射角をもって前面８２に入射させてもよい。ウエファ８０の背面８４において、平坦な波面８８は、類似性のある波面９０，９２に分割される。波面９０は、第２の面８４を直接通過して観察スクリーン７４に伝達される。波面９２は、最初背面８４で反射され、それから前面８２で反射される。その後、背面８４から出射し、波面９０と実質的に同一の光路に沿って観察スクリーン７４に至る。前面８２および背面８４が実質的に平坦であると仮定すると、類似性のある二つの波面９０，９２間の光路長差は、ウエファ８０の厚さの２倍とウエファ８０の半導体材料の屈折率との積に等しい。かくて、厚さｔにどのような誤差も存在しないならば、ナル干渉縞が観察スクリーン７４を照らすであろう。処理装置９４は、観察スクリーン７４に現れ、かつカメラ７６によって記録された干渉縞を従来から慣用されている評価法で評価するために用いられる。干渉する波面９０，９２は、実質的に平行である状態を維持しているから、ウエファ８０の背面８４上に現れる干渉縞を観察するようにカメラ７６を配置することも可能である。図１および図４の単純化された干渉計は、半導体ウエファが赤外光に対して十分な反射性と十分な伝達性との両者を有し、半導体ウエファを伝達して通過する赤外光線の第１の部分と、ウエファの両面で反射された赤外光線の残りの部分との間の干渉法的比較が可能であるという本発明者の発見によって可能になる。有用な干渉縞を作り出すには、二つの光線部分間に十分な大きさの相違Ｃが存在することが必要である。通常、この相違は、１０％若しくはそれ以上であるべきであり、次の等式によって演算されるＣ＝｛２（Ｉ₁・Ｉ₂）^1/2／（Ｉ₁＋Ｉ₂）｝・１００ここで、Ｉ₁は、観察スクリーンに到達する一方の光線部分の強度であり、Ｉ₂ は、観察スクリーンに到達する他方の光線部分の強度である。しかしながら、この発明にしたがって測定された半導体ウエファでは、約４０％の相違が可能である。光学ガラスを含む大部分の光伝達可能な光学材料は、空気と十分に異なる屈折率を有しておらず、２回反射した光の強度を、同じ元の光線のうちの単に伝達された部分に対して必要な相違を達成するの十分な大きさに維持することができない。半導体材料は、可視光の範囲では伝達性を有していない。しかしながら、シリコンのような半導体材料は、約１μｍで始まる赤外線の範囲では伝達性を有するようになり、必要な反射性を確保するのに十分な屈折率を示す。測定感度を変化させるために、過不足のない波長の赤外光線を選択することができる。図５には、干渉計１００が示されている。この干渉計は、ナル状態で動作するように構成されており、半導体ウエファ１０６を測定するために二つの異なる点光源１０２，１０４を有している。点光源１０２は、先行する実施例の点光源と同様であり、半導体ウエファ１０６が少なくとも部分的に伝達可能である範囲の波長を有する発散光線１０８を出射する。点光源１０４は、半導体ウエファ１０６が実質的に伝達しない波長を有する発散光線１１０を出射する。例えば、第１の点光源１０２としては、１５５０ナノメータの波長で動作するダイオードレーザーを用いることができ、第２の点光源１０４としては、６３３ナノメータで動作するヘリウムネオン（Ｈｅｎｅ）レーザーを用いることができる。コリメータ１１２，１１４は、発散光線１０８，１１０を平行光線１１６，１１８に変換する。平行光線は、それぞれ半波長板１２０，１２２を通って偏光ビームスプリッタ１２４，１２６に達する。半波長板１２０は、実質的に全ての平行光線１１６がビームスプリッタ１２４によって反射され、１／４波長板１２８を通って二色性のビームスプリッタ(dichroic beamsplitter)１３０に向かう光路に乗るように、ビームスプリッタ１２４に対して調節されている。半波長板１２２は、ビームスプリッタ１２６が平行光線１１８をビームスプリッタ１２６を伝播する対比光線１３２と、ビームスプリッタ１２６で反射される試験光線１３４とに分割するよう、ビームスプリッタ１２６に対して調節されている。対比光線１３２は、１／４波長板１３６を通過して対比鏡１３８に達する。試験光線１３４は、１／４波長板１４０を通って二色性のビームスプリッタ１３０に達する。二色性のビームスプリッタ１３０は、平行光線１１６を反射することおよび平行試験光線１３４を伝達することに関して波長感応性を有している。両平行光線１１６，１３４は、集光光学機器１４２およびコリメータ１４４によって同様に拡大される。集光光学機器１４２およびコリメータ１４４は、ビームエクスパンダー(beam expander)を構成するのであるが、平行光線１１６，１３４間の波長差を合致させるための焦点調節で色消し(achromatic)または色球差のない（sphe rochromatic）ものにするのがよい。拡大された光線１１６は、半導体ウエファ１０６により一部が伝達され、一部が反射される波長を有している。拡大された試験光線１３４は、半導体ウエファ１０６により実質的に反射される波長を有している。拡大された光線１１６の一部１４８は、ウエファ１０６の前面１５０で反射し、他の一部１５２は、ウエファ１０６内を伝播してその背面１５４で反射する。二つの光線部分１４８，１５２は、ウエファの厚さの関数である光路長差を有するのであるが、それらはウエファ１０６の前面１５０で干渉し、二色性のビームスプリッタ１３０に第１の干渉光線１５６として戻る。１／４波長板１２８は、第１の干渉光線１５６がビームスプリッタ１２４を実質的に伝達されるように調整されている。集光光学機器１５８は、第１の干渉光線１５６による干渉縞の像を赤外線カメラ１６０の記録面上に作り出す。処理装置１６２は、ウエファ１０６の前面１５０と背面１５４との間の厚さ誤差を測定するために干渉縞を評価する。拡大された試験光線１３４は、ウエファの前面１５０で反射し、前面１５０の不規則性によって生じる光路長の変化を取り込んだ変形された試験光線１６４として二色性のビームスプリッタ１３０に戻る。変形された試験光線１６４は、反射された対比光線１３２と第２の干渉光線１６６を形成するビームスプリッタ１２６において干渉する。第２の干渉光線は、ウエファ１０６の前面１５０において試験光線１３４が経た光路長の誤差を記録する。二つの１／４波長板１３６，１４０は、反射された対比光線１３２と変形された試験光線１６４とを結合するために、ビームスプリッタ１２６の反射効率および伝達効率を改良するように調整されている。１／４波長板１３６，１４０は、光が点光源１０４に戻るのを阻止している。偏光板１６８は、第２の干渉光線１６６の構成要素である対比光線１３２と変形された試験光線１６４との間のコントラストを高めるように調整されている。集光光学機器１７０は、第２の干渉光線１６６による干渉縞の像をＣＣＤカメラ１７２の記録面に形成する。処理装置１７４は、処理装置１６２と同様の処理装置を用いることができるのであるが、ウエファの前面１５０の平面度を測定するために干渉縞を評価する。戻る二つの光線の両波長に対して感応性を有するカメラであれば、一つのカメラを用いてもよい。前面１５０の平面度と、前面１５０と背面１５４との間の厚さ誤差との両者が一旦分かれば、背面１５４の平面度は、両方の測定値を共通の準拠基準の範囲で関係つけることによって演算することができる。平面度と厚さ誤差とを同時に測定するために他の構成を採用してもよい。その構成は、平面度がナル状態で測定され続けることと、最初の二つの実施例の一方に記述されたように、厚さ誤差が非ナル状態で測定されることとの結合を含む。この発明は、半導体ウエファで機能するように特に設計されているが、伝達性および反射性に関する詳述された特徴を満たす材料からなる名目上平行な面を有するものであれば他の試験片もこの発明にしたがって測定することができる。入射角や点光源の発散角度のような変化するものは、個々の適用対象に適するように最適化される。また、非ナル状態での試験面の干渉測定法は、材料、試験面および測定の形式の広い範囲にわたって適用可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年１２月２９日（１９９７．１２．２９）【補正内容】請求の範囲１．平行面を有する試験片の厚さ誤差を非ナル状態において測定する干渉測定法であって、試験片の二つの平行面のうちの第１の平行面に、光源から放射された平行化されていない光線を、その光線の入射角が第１の平行面の各部で変化するようにして照射する照射工程と、上記平行化されていない光線を相対的に変形された二つの光線に分割するために、上記第１の平行面を通過する上記光線の伝達と、上記光線の両方の平行面での反射との結合を使用する使用工程と、上記相対的に変形された二つの光線間の干渉縞を形成する形成工程と、厚さ誤差に帰因する上記相対的に変形された二つの光線間の光路長差を、照射される試験片の第１の平行面での入射角の変化に起因する上記相対的に変形された二つの光線間の光路長差と区別するために、上記干渉縞を評価する評価工程とを含む干渉測定方法。２．上記相対的に変形された二つの光線の両方が、上記試験片を通って伝達された後、上記干渉縞を形成し、相対的に変形された二つの光線の一方が、上記試験片の両方の平行面で反射された後、上記干渉縞を形成する請求項１に記載の測定法。３．上記変形された二つの光線のうちの一方が上記試験片の上記第１の平行面で反射され、上記変形された二つの光線のうちの他方が上記試験片の第２の平行面で反射される請求項１に記載の測定法。４．上記相対的に変形された二つの光線のうちの上記他方が、上記第１および第２の平行面間の上記試験片内を伝達される請求項３に記載の測定法。５．上記照射工程が、上記試験片の第１の平行面を発散光線で照射することを含む請求項１に記載の測定法。６．上記使用工程では、上記発散光線を二つのさらに発散する光線に分割する請求項５に記載の測定法。７．上記形成工程が、上記光源より上記試験片に接近して配置された観察スクリーンに上記干渉縞を形成することを含む請求項６の測定法。８．上記観察スクリーンを、上記試験片の第２の平行面に近接させ、かつ上記光源から離して配置する配置工程をさらに含む請求項７の測定法。９．上記配置工程が、上記光源、上記試験片および上記観察スクリーンを共通の光軸に沿って一列に並べることを含む請求項８に記載の測定法。１０．上記観察スクリーンを上記試験片の第１の平行面に近接して配置する工程をさらに含む請求項７の測定法。１１．上記試験片が、１μｍより短い波長の光を実質的に通さない半導体ウエファである請求項１の測定法。１２．上記光源から放射される光線が１μｍより長い波長を有している請求項１１に記載の測定法。２０．平行面を有する試験片の厚さ誤差と平面度との両者を測定する方法であって、試験片が実質的に通さない波長を有する第１の光線を作成する作成工程と、試験片が一部伝達可能である波長を有する第２の光線を作成する作成工程と、上記第１の光線を対比光線と試験光線とに分割する分割工程と、上記試験片の名目上平行である二つの平行面の第１の平行面に上記試験光線と上記第２の光線との両者を照射する照射工程と、上記試験片の第１の平行面で上記試験光線を反射させる反射工程と、上記対比光線を対比面で反射させる反射工程と、上記第２の光線を相対的に変形された二つの光線に分割するために、上記試験片を通る伝達と両方の平行面での反射との結合を使用する使用工程と、２７．平行面を有する試験片の厚さ誤差を測定するための干渉計であって、光源と、観察スクリーンと、処理装置とを備え、上記光源が、試験片の名目上平行である二つの平行面のうちの第１の平行面に発散光線を変化する入射角で照射するために発散光線を作成し、上記観察スクリーンが、上記試験片内を伝達される上記発散光線の第１および第２の部分間に形成される干渉縞を映し、上記第１の光線部分が上記試験片の両方の平行面での反射により上記第２の光線部分に対して相対的に変形され、上記処理装置が、厚さ誤差に帰因する上記相対的に変形された二つの光線部分間の光路長誤差を、上記試験片の第１の平行面を照射する発散光線の変化する入射角に帰因する上記相対的に変形された二つの光線部分の光路長誤差と区別するために、上記干渉縞を評価する干渉計。２８．上記光源が、１μｍより長い波長を有する発散光線を作成する請求項２７に記載の干渉計。２９．上記光源および上記観察スクリーンが、共通の光軸上に一列に並べられている請求項２７に記載の干渉計。３０．上記試験片が、上記光源と上記観察スクリーンとの間において上記光軸上に一列に並べられている請求項２９に記載の干渉計。３１．上記観察スクリーンが、上記試験片の二つの平行面のうちの第２の平行面に近接して配置されている請求項２７に記載の干渉計。３２．上記試験片が、上記光源より上記観察スクリーンに接近して配置されている請求項３１に記載の干渉計。３３．平行面を有する試験片の厚さ誤差と平面度との両者を測定するための干渉計であって、試験片が実質的に通さない波長を有する第１の光線を作成する第１の光源と、【手続補正書】【提出日】１９９９年３月１２日（１９９９．３．１２）【補正内容】【図５】

Claims

【特許請求の範囲】１．平行面を有する試験片の厚さ誤差を非ナル状態において測定する干渉測定法であって、試験片の二つの平行面のうちの第１の平行面に、光源から放射される光線を、その光線の入射角が第１の平行面の各部で変化するようにして照射する照射工程と、上記光線を相対的に変形された二つの光線に分割するために、上記第１の平行面を通過する上記光線の伝達と、上記光線の両方の平行面での反射との結合を使用する使用工程と、上記相対的に変形された二つの光線間の干渉縞を形成する形成工程と、厚さ誤差に帰因する上記相対的に変形された二つの光線間の光路長差を、照射される試験片の第１の平行面での入射角の変化に起因する上記相対的に変形された二つの光線間の光路長差と区別するために、上記干渉縞を評価する評価工程とを含む干渉測定方法。２．上記相対的に変形された二つの光線の両方が、上記試験片を通って伝達された後、上記干渉縞を形成し、相対的に変形された二つの光線の一方が、上記試験片の両方の平行面で反射された後、上記干渉縞を形成する請求項１に記載の測定法。３．上記変形された二つの光線のうちの一方が上記試験片の上記第１の平行面で反射され、上記変形された二つの光線のうちの他方が上記試験片の第２の平行面で反射される請求項１に記載の測定法。４．上記相対的に変形された二つの光線のうちの上記他方が、上記第１および第２の平行面間の上記試験片内を伝達される請求項３に記載の測定法。５．上記照射工程が、上記試験片の第１の平行面を発散光線で照射することを含む請求項１に記載の測定法。６．上記使用工程では、上記発散光線を二つのさらに発散する光線に分割する請求項５に記載の測定法。７．上記形成工程が、上記光源より上記試験片に接近して配置された観察スクリーンに上記干渉縞を形成することを含む請求項６の測定法。８．上記観察スクリーンを、上記試験片の第２の平行面に近接させ、かつ上記光源から離して配置する配置工程をさらに含む請求項７の測定法。９．上記配置工程が、上記光源、上記試験片および上記観察スクリーンを共通の光軸に沿って一列に並べることを含む請求項８に記載の測定法。１０．上記観察スクリーンを上記試験片の第１の平行面に近接して配置する工程をさらに含む請求項７の測定法。１１．上記試験片が、１μｍより短い波長の光を実質的に通さない半導体ウエファである請求項１の測定法。１２．上記光源から放射される光線が１μｍより長い波長を有している請求項１１に記載の測定法。１３．平行面を有する試験片の厚さ誤差をナル状態において測定する干渉測定法であって、コヒーレントな光の光源からの光線を作成する作成工程と、試験片の名目上平行である二つの平行面のうちの第１の平行面に上記光線を０゜の入射角で照射する照射工程と、上記光線を相対的に変形された二つの光線に分割するために、上記試験片内を通る上記光線の伝達と、上記二つの平行面での反射との組み合わせを使用する使用工程と、上記相対的に変形された二つの光線のうちの一方を、上記試験片のいずれの平行面でも反射されることなく、上記試験片を伝達させる伝達工程と、上記相対的に変形された二つの光線のうちの他方を、上記試験片の二つの平行面で偶数回反射させることにより、上記試験片内を奇数回伝達させる伝達工程と、上記相対的に変形された二つの光線間の干渉縞を形成する形成工程と、上記試験片の二つの平行面間の厚さ誤差を示す上記相対的に変形された二つの光線間の光路長差を決定するために、上記干渉縞を評価する評価工程とを含む干渉測定法。１４．上記試験片が、１μｍより短い波長の光を実質的に通さない半導体ウエファである請求項１３に記載の測定法。１５．上記コヒーレントな光の光源から作り出された上記光線が１μｍより長い波長を有している請求項１４に記載の測定法。１６．上記コヒーレントな光の光源から作り出された上記光線を、上記試験片の第１の平行面を照射する前に平行にする平行化工程をさらに含む請求項１３に記載の測定法。１７．上記形成工程が、上記干渉縞を観察スクリーンに形成することを含み、上記観察スクリーンを上記試験片の第２の平行面に近接させ、かつ上記光源から離して配置する配置工程をさらに含む請求項１３に記載の測定法。１８．上記配置工程が、上記光源、上記試験片および上記観察スクリーンを共通な光軸に沿って一列に並べることを含む請求項１７に記載の測定法。１９．可視スペクトルを実質的に通さない半導体ウエファの厚さ誤差を測定する方法であって、１μｍより長い波長を有する光の発散光線を作成する作成工程と、上記光線を平行にする平行化工程と、上記ウエファの名目上平行である二つの平行面うちの第１の平行面に上記平行光線を照射する照射工程と、上記平行光線を相対的に変形された二つの光線に分割するために、上記平行光線の上記ウエファ内の伝達と、上記二つの平行面での反射との結合を使用する使用工程と、上記相対的に変形された二つの光線のうちの第１の光線を上記ウエファの第１の平行面で反射させる反射工程と、上記相対的に変形された二つの光線のうちの第２の光線を上記ウエファの二つの平行面間において伝達する伝達工程と、上記第２の相対的に変形された光線を上記ウエファの二つの平行面のうちの第２の平行面で反射させる反射工程と、上記第１および第２の相対的に変形された光線間の干渉縞を形成する形成工程と、上記ウエファの二つの平行面間の厚さ誤差を示す第１および第２の相対的に変形された光線間の光路長差を決定するために、上記干渉縞を評価する評価工程とを含む干渉測定法。２０．平行面を有する試験片の厚さ誤差と平面度との両者を測定する方法であって、試験片が実質的に通さない波長を有する第１の光線を作成する作成工程と、試験片が一部伝達可能である波長を有する第２の光線を作成する作成工程と、上記第１の光線を対比光線と試験光線とに分割する分割工程と、上記試験片の名目上平行である二つの平行面の第１の平行面に上記試験光線と上記第２の光線との両者を照射する照射工程と、上記試験片の第１の平行面で上記試験光線を反射させる反射工程と、上記対比光線を対比面で反射させる反射工程と、上記第２の光線を相対的に変形された二つの光線に分割するために、上記試験片を通る伝達と両方の平行面での反射との結合を使用する使用工程と、反射された対比光線と試験光線との間の第１の干渉縞を形成する形成工程と、上記相対的に変形された二つの光線間の第２の干渉縞を形成する形成工程と、上記試験片の第１の平行面の平面度を示す上記反射された対比光線と試験光線との間の光路長誤差を決定するために、上記第１の干渉縞を評価する評価工程と、上記試験片の二つの平行面間の厚さ誤差を示す上記相対的に変形された二つの光線間の光路長誤差を決定するために、上記第２の干渉縞を評価する評価工程とを備えたことを特徴とす干渉測定法。２１．上記試験片の第１の平行面を照射する上記照射工程に先行して、上記試験光線と上記第２の光線とを結合する結合工程をさらに備えている請求項２０に記載の測定法。２２．上記第１および第２の干渉縞を形成する工程に先行して、上記相対的に変形された光線から上記反射された試験光線を分離する分離工程をさらに備えている請求項２１に記載の測定法。２３．上記相対的に変形された二つの光線のうちの第１の光線を上記試験片の第１の平行面で反射させる反射工程をさらに備えた請求項２０に記載の測定法。２４．上記相対的に変形された二つの光線のうちの第２の光線を上記試験片の二つの平行面間で伝達させる伝達工程をさらに備えている請求項２３に記載の測定法。２５．上記第２の相対的に変形された光線を上記試験片の二つの平行面のうちの第２の平行面で反射させる反射工程をさらに備えている請求項２４に記載の測定法。２６．上記照射工程が、上記試験片の第１の平行面に上記試験光線と上記第２の光線との両者を０゜の入射角で照射することを含む請求項２０に記載の測定法。２７．平行面を有する試験片の厚さ誤差を測定するための干渉計であって、光源と、観察スクリーンと、処理装置とを備え、上記光源が、試験片の名目上平行である二つの平行面のうちの第１の平行面を変化する入射角で照射するための発散光線を作成し、上記観察スクリーンが、上記試験片内を伝達される上記発散光線の第１および第２の部分間に形成される干渉縞を映し、上記第１の光線部分が上記試験片の両方の平行面での反射により上記第２の光線部分に対して相対的に変形され、上記処理装置が、厚さ誤差に帰因する上記相対的に変形された二つの光線部分間の光路長誤差を、上記試験片の第１の平行面を照射する発散光線の変化する入射角に帰因する上記相対的に変形された二つの光線部分の光路長誤差と区別するために、上記干渉縞を評価する干渉計。２８．上記光源が、１μｍより長い波長を有する発散光線を作成する請求項２７に記載の干渉計。２９．上記光源および上記観察スクリーンが、共通の光軸上に一列に並べられている請求項２７に記載の干渉計。３０．上記試験片が、上記光源と上記観察スクリーンとの間において上記光軸上に一列に並べられている請求項２９に記載の干渉計。３１．上記観察スクリーンが、上記試験片の二つの平行面のうちの第２の平行面に近接して配置されている請求項２７に記載の干渉計。３２．上記試験片が、上記光源より上記観察スクリーンに接近して配置されている請求項３１に記載の干渉計。３３．平行面を有する試験片の厚さ誤差と平面度との両者を測定するための干渉計であって、試験片が実質的に通さない波長を有する第１の光線を作成する第１の光源と、上記試験片が一部伝達可能である波長を有する第２の光線を作成する第２の光源と、上記第１の光線を対比光線部分と試験光線部分とに分割する第１のビームスプリッタと、上記対比光線部分を反射する対比面と、上記試験光線部分が上記試験片の名目上平行である二つの平行面のうちの第１の平行面で反射し、上記第２の光線の相対的に変形された二つの光線部分のうちの第１の光線部分が上記第１の平行面で反射し、上記第２の光線の相対的に変形された二つの光線部分のうちの第２の光線部分が上記試験片の二つの平行面のうちの第２の平行面で反射するように、上記試験光線部分と上記第２の光線との両者を上記試験片に導くビームエクスパンダと、上記第１の光線の反射された対比光線および試験光線間の第１の干渉縞を写すとともに、上記第２の光線の反射された相対的に変形された二つの光線部分間の第２の干渉縞を写すための少なくとも一つのカメラと、上記第１の干渉縞を評価して、上記試験片の第１の平行面の平面度を測定するために上記第１の光線の上記反射された対比光線部分と上記試験光線部分との間の光路長誤差を識別するとともに、上記第２の干渉縞を評価して、上記試験片の二つの平行面間の厚さ誤差を測定するために上記第２の光線の上記反射された相対的に変形された二つの光線部分間の光路長誤差を識別する少なくともーつの処理装置とを備えた干渉計。３４．上記ビームエクスパンダに先立って上記第１の光線の試験光線部分を上記第２の光線に結合するための第２のビームスプリッタをさらに備えた請求項３３に記載の干渉計。３５．上記光線拡大手段が、上記試験片の第１の平行面に上記試験光線および上記第２の光線を０゜の入射角で照射するためのコリメータを含む請求項３３に記載の干渉計。３６．上記第１のビームスプリッタが、上記第１の光線の試験光線部分および対比光線部分を結合する請求項３３に記載の干渉計。３７．上記第２のビームスプリッタが、上記第２の光線の反射された相対的に変形された二つの光線部分から上記第１の光線の反射された試験光線部分を分離する請求項３３に記載の干渉計。