JP2002333311A - 形状測定装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウエーハなどの薄板材の厚み変動を高精度で
能率的に測定するのが困難であった。 【解決手段】 レンズ１で絞られた光を偏光ビームスプ
リッタ２を通し、薄板材４に２回測定光を照射すること
により、ビーム径を０．１ｍｍ程度に絞り、偏光ビーム
スプリッタ２の異なる面にレンズ５を設置することによ
り、光信号の歪みを１／２に低減する。
能率的に測定するのが困難であった。 【解決手段】 レンズ１で絞られた光を偏光ビームスプ
リッタ２を通し、薄板材４に２回測定光を照射すること
により、ビーム径を０．１ｍｍ程度に絞り、偏光ビーム
スプリッタ２の異なる面にレンズ５を設置することによ
り、光信号の歪みを１／２に低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定方法及び
装置に関し、詳しくは半導体製造用のウェーハなどの薄
板材等、面方向における形状変動の少ないことが要求さ
れる表面形状を測定する方法及び装置に関する。
装置に関し、詳しくは半導体製造用のウェーハなどの薄
板材等、面方向における形状変動の少ないことが要求さ
れる表面形状を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造用のウェーハは、シリコンな
どの薄板材からなる。ウェーハ表面に半導体素子や回路
を作成するには、写真製版技術や印刷技術、各種の微細
加工技術などが適用される。
どの薄板材からなる。ウェーハ表面に半導体素子や回路
を作成するには、写真製版技術や印刷技術、各種の微細
加工技術などが適用される。
【０００３】このようなウェーハに対する加工処理の際
には、ウェーハの平坦度を高めることが重要である。ウ
ェーハ表面の平坦度が劣ると、写真製版の際に、素子や
回路のパターンがウェーハ表面に不鮮明に作成された
り、ウェーハ表面にパターン状に印刷される材料の輸郭
が不明確になったりする。特に、半導体素子や回路の高
密度化あるいは大型化が進むほど、上記問題は重要にな
る。
には、ウェーハの平坦度を高めることが重要である。ウ
ェーハ表面の平坦度が劣ると、写真製版の際に、素子や
回路のパターンがウェーハ表面に不鮮明に作成された
り、ウェーハ表面にパターン状に印刷される材料の輸郭
が不明確になったりする。特に、半導体素子や回路の高
密度化あるいは大型化が進むほど、上記問題は重要にな
る。
【０００４】半導体製造工程では、ウェーハの全面を、
平坦な支持面に真空吸着などの手段で保持して、各種加
工を行うことが多い。このとき、ウェーハの厚みに場所
によるバラツキがあると、ウェーハの裏面を平坦な支持
面に密着させて支持したときに、厚みのバラツキがその
ままウェーハ表面の平坦度のバラツキとして表れる。
平坦な支持面に真空吸着などの手段で保持して、各種加
工を行うことが多い。このとき、ウェーハの厚みに場所
によるバラツキがあると、ウェーハの裏面を平坦な支持
面に密着させて支持したときに、厚みのバラツキがその
ままウェーハ表面の平坦度のバラツキとして表れる。
【０００５】そこで、ウェーハの厚みにバラツキ、すな
わち場所による変動を生じさせないことが要求される。
ウェーハの製造工程などで、製造されたウェーハの厚み
変動が大きいか否かを評価するには、ウェーハの厚み変
動を正確かつ能率的に測定することが必要になる。
わち場所による変動を生じさせないことが要求される。
ウェーハの製造工程などで、製造されたウェーハの厚み
変動が大きいか否かを評価するには、ウェーハの厚み変
動を正確かつ能率的に測定することが必要になる。
【０００６】従来におけるウェーハ厚み変動測定機とし
て、特開２０００−２８３７２８号公報に記載された技
術がある。この技術では、円盤状のウェーハを垂直に立
てた状態で回転させながら、ウェーハの両面側方に配置
された光学式センサで、センサに対するウェーハ表面の
変位を測定し、左右のセンサで測定されたウェーハ表面
の変位からウェーハの厚み変動の大きさを算出する。ウ
ェーハを回転させながら、光学式センサをウェーハの半
径方向に走査することで、ウェーハの全面に対する厚み
変動の測定が可能になる。
て、特開２０００−２８３７２８号公報に記載された技
術がある。この技術では、円盤状のウェーハを垂直に立
てた状態で回転させながら、ウェーハの両面側方に配置
された光学式センサで、センサに対するウェーハ表面の
変位を測定し、左右のセンサで測定されたウェーハ表面
の変位からウェーハの厚み変動の大きさを算出する。ウ
ェーハを回転させながら、光学式センサをウェーハの半
径方向に走査することで、ウェーハの全面に対する厚み
変動の測定が可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のウェー
ハ厚み変動測定装置では、厚み変動の測定精度に限界が
あり、高精度あるいは高密度な半導体素子や回路の製造
に必要とされる高精度の厚み変動測定には将来において
十分に対応できない。
ハ厚み変動測定装置では、厚み変動の測定精度に限界が
あり、高精度あるいは高密度な半導体素子や回路の製造
に必要とされる高精度の厚み変動測定には将来において
十分に対応できない。
【０００８】前記測定装置に用いられる光学式変位計
で、センサとウェーハの距離の変化が、レーザ光の波長
λの１／２を周期として、正弦波状の干渉信号を発生す
る。測定に使用されるレーザ光は、ＩＳＯの長さ基準と
トレーサブルを保つため、６３３ｎｍ程度の波長の周波
数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザが使用されている。この測定
を前記手法で行うために、正弦波状の干渉信号の強弱を
アナログ的に検出し、演算によりλ／２の波長内の距離
を検出している。
で、センサとウェーハの距離の変化が、レーザ光の波長
λの１／２を周期として、正弦波状の干渉信号を発生す
る。測定に使用されるレーザ光は、ＩＳＯの長さ基準と
トレーサブルを保つため、６３３ｎｍ程度の波長の周波
数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザが使用されている。この測定
を前記手法で行うために、正弦波状の干渉信号の強弱を
アナログ的に検出し、演算によりλ／２の波長内の距離
を検出している。
【０００９】しかし、この正弦波状の干渉信号は、光の
偏光の特性を利用して発生させるため、従来の光学式変
位計で使用されるλ／４波長板等の光学部品での、ごく
わずかな偏光もれ等により、理想的な正弦波状の波形よ
り、ごくわずかずれたものとなっており、距離の測定に
誤差を発生させる。
偏光の特性を利用して発生させるため、従来の光学式変
位計で使用されるλ／４波長板等の光学部品での、ごく
わずかな偏光もれ等により、理想的な正弦波状の波形よ
り、ごくわずかずれたものとなっており、距離の測定に
誤差を発生させる。
【００１０】近年、半導体素子や回路の高密度化に合わ
せて、ウェーハの厚み変動の測定を、近い将来０．００
１５μｍ以下の精度で行うことが要求されてくるが、こ
のような高精度の厚み変動測定を、従来の光センサで実
現するのは、原理的に不可能に近い。従来の光センサで
は、０．００３μｍ程度の精度が限界である。
せて、ウェーハの厚み変動の測定を、近い将来０．００
１５μｍ以下の精度で行うことが要求されてくるが、こ
のような高精度の厚み変動測定を、従来の光センサで実
現するのは、原理的に不可能に近い。従来の光センサで
は、０．００３μｍ程度の精度が限界である。
【００１１】半導体装置製造用のウェーハ以外にも、磁
気ディスク用の基板など、厚み変動の精度として極めて
高い精度が要求される技術分野がある。
気ディスク用の基板など、厚み変動の精度として極めて
高い精度が要求される技術分野がある。
【００１２】本発明の課題は、ウェーハなどの薄板材の
厚み変動を高精度で能率的に測定できるようにすること
である。
厚み変動を高精度で能率的に測定できるようにすること
である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる薄板材の
表面形状測定方法は、薄板材の表面に測定光を照射し、
薄板材の表面で反射した測定光を受光して薄板材の表面
の変位を測定する光学式変位計を、薄板材の両面側方に
それぞれ配置しておき、それぞれの変位計で測定された
薄板材の表面の変位から薄板材の厚み変動を求める。
表面形状測定方法は、薄板材の表面に測定光を照射し、
薄板材の表面で反射した測定光を受光して薄板材の表面
の変位を測定する光学式変位計を、薄板材の両面側方に
それぞれ配置しておき、それぞれの変位計で測定された
薄板材の表面の変位から薄板材の厚み変動を求める。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、形状測定装置の概略図
で、具体的には、半導体ウェーハ用の厚み変動測定装置
を示している。ウェーハｗは、垂直に立てられた状態
で、円環状の中空スピンドル１００に保持されており、
中空スピンドル１００の回転駆動によって、ウェーハｗ
は垂直面内で回転する。ウェーハｗの両面側方に、それ
ぞれ光学式変位計２００が配置されている。図では、表
側のみが示されているが、裏側にも表側と対称位置に光
学式変位計２００が配置されている。一対の光学式変位
計２００は、ウェーハｗの面と平行な方向に移動自在に
取り付けられており、光学式変位計２００による変位の
測定位置は、ウェーハｗの半径上を左右に移動する。具
体的には、光学変位計２００の取付台２２を、ボ一ルネ
ジ２４の回転駆動によって直線的に移動させている。薄
板材の回転と光学式変位計の半径方向移動を組み合わせ
れば、薄板材の全面に対して測定を行うことができる。
光学式変位計の本体は移動させず、薄板材への測定光の
照射位置および反射した光の受光位置を変更する光学系
を備えておいても、同様の機能が達成される。このよう
な走査測定は、生産現場における品質管理などを能率的
に行うのに適している。
で、具体的には、半導体ウェーハ用の厚み変動測定装置
を示している。ウェーハｗは、垂直に立てられた状態
で、円環状の中空スピンドル１００に保持されており、
中空スピンドル１００の回転駆動によって、ウェーハｗ
は垂直面内で回転する。ウェーハｗの両面側方に、それ
ぞれ光学式変位計２００が配置されている。図では、表
側のみが示されているが、裏側にも表側と対称位置に光
学式変位計２００が配置されている。一対の光学式変位
計２００は、ウェーハｗの面と平行な方向に移動自在に
取り付けられており、光学式変位計２００による変位の
測定位置は、ウェーハｗの半径上を左右に移動する。具
体的には、光学変位計２００の取付台２２を、ボ一ルネ
ジ２４の回転駆動によって直線的に移動させている。薄
板材の回転と光学式変位計の半径方向移動を組み合わせ
れば、薄板材の全面に対して測定を行うことができる。
光学式変位計の本体は移動させず、薄板材への測定光の
照射位置および反射した光の受光位置を変更する光学系
を備えておいても、同様の機能が達成される。このよう
な走査測定は、生産現場における品質管理などを能率的
に行うのに適している。
【００１５】一対の光学式変位計で測定されたそれぞれ
の変位計に対する薄板材の両面の変位を合計演算すれ
ば、薄板材の厚みの変動が求められる。このような演算
を行って薄板材の厚み変動を求める厚み変動算出手段と
しては、電子回路で構成することができる。マイクロコ
ンピュータ等の演算処理装置を用いて、演算処理手順を
プログラミングしておくことができる。
の変位計に対する薄板材の両面の変位を合計演算すれ
ば、薄板材の厚みの変動が求められる。このような演算
を行って薄板材の厚み変動を求める厚み変動算出手段と
しては、電子回路で構成することができる。マイクロコ
ンピュータ等の演算処理装置を用いて、演算処理手順を
プログラミングしておくことができる。
【００１６】なお、薄板材は、厚み変動を高精度で測定
することが要求されるものであれば、各種の材料および
形状寸法からなるものに適用できる。導電材料でも絶縁
材料でも構わない。場所によって材質あるいは電気的特
性が異なる材料でも良い。複数材料の積層体であっても
良い。
することが要求されるものであれば、各種の材料および
形状寸法からなるものに適用できる。導電材料でも絶縁
材料でも構わない。場所によって材質あるいは電気的特
性が異なる材料でも良い。複数材料の積層体であっても
良い。
【００１７】具体的には、シリコンなどの半導体ウェー
ハ磁気ディスクの材料となる金属板、セラミック板、樹
脂板などが挙げられる。薄板材の形状は、前記ウェーハ
などは円板状あるいは円盤状をなすものが多いが、円形
以外の形状であっても良い。薄板材の表面が、鏡面など
の光の反射性に優れた特性を有するものが好ましい。
ハ磁気ディスクの材料となる金属板、セラミック板、樹
脂板などが挙げられる。薄板材の形状は、前記ウェーハ
などは円板状あるいは円盤状をなすものが多いが、円形
以外の形状であっても良い。薄板材の表面が、鏡面など
の光の反射性に優れた特性を有するものが好ましい。
【００１８】触針反射器を用いる場合には、薄板材の表
面は反射性のないものであっても構わない。
面は反射性のないものであっても構わない。
【００１９】光学式変位計には、被対象物に測定光を照
射して、被対象物の表面で反射した測定光を受光するこ
とで、被対象物までの距離あるいは距離の変化を測定
し、被対象物の表面の変位を測定する機能を有する計測
器、あるいは計測装置が使用される。
射して、被対象物の表面で反射した測定光を受光するこ
とで、被対象物までの距離あるいは距離の変化を測定
し、被対象物の表面の変位を測定する機能を有する計測
器、あるいは計測装置が使用される。
【００２０】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る
形状測定装置の光学式変位計の構造を示す図で、主に
０．１ｍｍ程度のスポット径で薄板材を測定する場合の
構成である。
形状測定装置の光学式変位計の構造を示す図で、主に
０．１ｍｍ程度のスポット径で薄板材を測定する場合の
構成である。
【００２１】図２に示すように、波長λで周波数安定化
された単一波長のレーザ光を光源とする光出力部より発
せられた単一波長の直線偏光のレーザ光は、偏光面を偏
光ビームスプリッタ２に対し、斜め４５度に設定するこ
とにより、レンズ１を入射後、偏光ビームスプリッタ２
で、計測光と、参照光とに分岐される。この時、レンズ
１の中心にレーザ光を入射させると、薄板材４又は、ミ
ラー８により、同じ経路で反射され戻ってくるので、レ
ンズ１の光学中心から、ビーム径より太くオフセットし
た位置に入射させている。
された単一波長のレーザ光を光源とする光出力部より発
せられた単一波長の直線偏光のレーザ光は、偏光面を偏
光ビームスプリッタ２に対し、斜め４５度に設定するこ
とにより、レンズ１を入射後、偏光ビームスプリッタ２
で、計測光と、参照光とに分岐される。この時、レンズ
１の中心にレーザ光を入射させると、薄板材４又は、ミ
ラー８により、同じ経路で反射され戻ってくるので、レ
ンズ１の光学中心から、ビーム径より太くオフセットし
た位置に入射させている。
【００２２】偏光ビームスプリッタ２により分岐された
計測光は、λ／４波長板３を介して薄板材４に照射し、
１回目の反射を行う。
計測光は、λ／４波長板３を介して薄板材４に照射し、
１回目の反射を行う。
【００２３】次に、この光を再度薄板材４に照射させ、
高精度な計測を行うために、以下の経路を通過させる。
薄板材４を反射した光は、λ／４波長板３を再度通過す
ることにより、偏光方向が９０度変更され、偏光ビーム
スプリッタ２に再度入射し、入射方向とは異なる方向に
反射される。この光は、レンズ５を通ることにより、平
行光になる。それは、焦点距離を薄板材４の反射位置か
らの距離に合わせているためである。そして、λ／４波
長板６を介してミラー７に照射し、反射された光が再
度、λ／４波長板６を通過することにより、偏光面を９
０度回転させている。その後、レンズ５を介して偏光ビ
ームスプリッタ２に入射させ、偏光面を変化させられた
ことにより、入射方向とは異なる方向に透過する。この
透過した光は、焦点位置に配されたミラー８により反射
され、再度偏光ビームスプリッタ２を通過する。そし
て、再びレンズ５を通過することにより平行光になり、
λ／４波長板６を介してミラー７に照射され、反射され
た光が再度、λ／４波長板６を通過することにより、偏
光面を９０度回転させられる。その後、レンズ５を介し
て偏光ビームスプリッタ２に入射させ、偏光面を変化さ
せられたことにより、偏光ビームスプリッタ２で向きを
変えて反射され、λ／４波長板３を介して、薄板材４の
同一箇所に再度この光が照射され、２回目の反射を行
う。
高精度な計測を行うために、以下の経路を通過させる。
薄板材４を反射した光は、λ／４波長板３を再度通過す
ることにより、偏光方向が９０度変更され、偏光ビーム
スプリッタ２に再度入射し、入射方向とは異なる方向に
反射される。この光は、レンズ５を通ることにより、平
行光になる。それは、焦点距離を薄板材４の反射位置か
らの距離に合わせているためである。そして、λ／４波
長板６を介してミラー７に照射し、反射された光が再
度、λ／４波長板６を通過することにより、偏光面を９
０度回転させている。その後、レンズ５を介して偏光ビ
ームスプリッタ２に入射させ、偏光面を変化させられた
ことにより、入射方向とは異なる方向に透過する。この
透過した光は、焦点位置に配されたミラー８により反射
され、再度偏光ビームスプリッタ２を通過する。そし
て、再びレンズ５を通過することにより平行光になり、
λ／４波長板６を介してミラー７に照射され、反射され
た光が再度、λ／４波長板６を通過することにより、偏
光面を９０度回転させられる。その後、レンズ５を介し
て偏光ビームスプリッタ２に入射させ、偏光面を変化さ
せられたことにより、偏光ビームスプリッタ２で向きを
変えて反射され、λ／４波長板３を介して、薄板材４の
同一箇所に再度この光が照射され、２回目の反射を行
う。
【００２４】そして、この光を計測する受光演算部へ導
くために、再度λ／４波長板３を通過させることにより
偏光方向を変え、偏光ビームスプリッタ２を通過して再
度レンズ１を通り、受光演算部へ測定光９として導く。
くために、再度λ／４波長板３を通過させることにより
偏光方向を変え、偏光ビームスプリッタ２を通過して再
度レンズ１を通り、受光演算部へ測定光９として導く。
【００２５】薄板材４の位置の変化により、位相が変化
する測定光９と干渉させ、干渉縞を発生させる参照光を
以下の手順で生成する。
する測定光９と干渉させ、干渉縞を発生させる参照光を
以下の手順で生成する。
【００２６】偏光ビームスプリッタ２により９０度方向
に反射し、分岐された参照光は、ミラー８により反射さ
れ、再度偏光ビームスプリッタ２に光を入射する。そし
て、レンズ１の方向に反射させて、受光演算部に参照光
１０として導く。
に反射し、分岐された参照光は、ミラー８により反射さ
れ、再度偏光ビームスプリッタ２に光を入射する。そし
て、レンズ１の方向に反射させて、受光演算部に参照光
１０として導く。
【００２７】測定光９と参照光１０による混合光を受光
演算部で受光し、位相差を計算する演算処理を行い、薄
板材の表面の変位を計測する。
演算部で受光し、位相差を計算する演算処理を行い、薄
板材の表面の変位を計測する。
【００２８】この装置では、変位計から薄板材４の表面
までの距離の違いによって、測定光の行程は変化するの
に対し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と
参照光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位
が求められる。
までの距離の違いによって、測定光の行程は変化するの
に対し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と
参照光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位
が求められる。
【００２９】これにより、測定光９を薄板材面上に２往
復させることになり、薄板材表面位置の変位ｄが受光演
算部上で４ｄの光路の変位として、高精度に検出でき
る。
復させることになり、薄板材表面位置の変位ｄが受光演
算部上で４ｄの光路の変位として、高精度に検出でき
る。
【００３０】光出力部では、周波数安定化されたレーザ
光で正確に波長が制御された参照光および測定光が生成
される。光分岐混合部は、偏向ビームスプリッタやλ／
４波長板、ミラーなどの光学系で構成される。受光演算
部は、光電変換素子や電気信号の処理回路、演算回路な
どで構成される。
光で正確に波長が制御された参照光および測定光が生成
される。光分岐混合部は、偏向ビームスプリッタやλ／
４波長板、ミラーなどの光学系で構成される。受光演算
部は、光電変換素子や電気信号の処理回路、演算回路な
どで構成される。
【００３１】上記のような装置の具体的構造として、本
発明者らが先に発明し、特許出願している特開平３−２
５５９０７号公報に開示された三次元形状測定装置の技
術が適用できる。
発明者らが先に発明し、特許出願している特開平３−２
５５９０７号公報に開示された三次元形状測定装置の技
術が適用できる。
【００３２】前記光生成部と前記光分岐混合部との問
に、前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給するレ
ンズ１を備えておくことができる。
に、前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給するレ
ンズ１を備えておくことができる。
【００３３】レンズ１は、薄板材に照射される測定光を
絞り込んで、薄板材の狭い範囲のみに測定光を照射し、
測定精度を高める機能がある。このレンズ１を、光分岐
混合部と薄板材との間ではなく、光生成部と光分岐混合
部の間に配置することで、光分岐混合部から薄板材まで
の行程を短くして、変位計と薄板材との間に介在する空
気揺らぎの影響を低減することができる。またレンズか
ら薄板材までの距離を長くすることができるので、薄板
材上でのスポット径を０．１ｍｍ程度に小さくでき、薄
板材の外周１ｍｍ近くの測定を高精度に行うことが可能
である。
絞り込んで、薄板材の狭い範囲のみに測定光を照射し、
測定精度を高める機能がある。このレンズ１を、光分岐
混合部と薄板材との間ではなく、光生成部と光分岐混合
部の間に配置することで、光分岐混合部から薄板材まで
の行程を短くして、変位計と薄板材との間に介在する空
気揺らぎの影響を低減することができる。またレンズか
ら薄板材までの距離を長くすることができるので、薄板
材上でのスポット径を０．１ｍｍ程度に小さくでき、薄
板材の外周１ｍｍ近くの測定を高精度に行うことが可能
である。
【００３４】さらに、光分岐混合部と受光演算部との間
に、混合光を収束させて受光演算部に供給するフォーカ
スレンズによる収束光学系を備えておくことができる。
収束光学系は、レンズやミラーなどの光学部材で構成さ
れる。収束光学系は、受光演算部の受光面に主確に混合
光を受光させることで測定精度を向上させる。通常、薄
板材の表面には傾きがあるため、薄板材の表面で反射し
た測定光は、受光演算部までの光学経路に対して傾きあ
るいはズレを生じる。この傾きやズレで、受光演算部の
受光面に正確に測定光が受光されなくなる。収束光学系
を備えていれば、測定光に傾きやズレがあっても受光面
に確実に収束させることができる。
に、混合光を収束させて受光演算部に供給するフォーカ
スレンズによる収束光学系を備えておくことができる。
収束光学系は、レンズやミラーなどの光学部材で構成さ
れる。収束光学系は、受光演算部の受光面に主確に混合
光を受光させることで測定精度を向上させる。通常、薄
板材の表面には傾きがあるため、薄板材の表面で反射し
た測定光は、受光演算部までの光学経路に対して傾きあ
るいはズレを生じる。この傾きやズレで、受光演算部の
受光面に正確に測定光が受光されなくなる。収束光学系
を備えていれば、測定光に傾きやズレがあっても受光面
に確実に収束させることができる。
【００３５】〔測定動作〕図３は、光学式変位計２００
によるウェーハｗの全面に対する表面変位の測定を行う
方法を説明する図である。ウェーハｗは、図１に示すよ
うに、垂直面内で１方向に回転させている。これに対
し、光学式変位計２００を、ウェーハｗの外周Ａから中
心Ｂに向かって半径方向に移動させながら、表面変位の
測定を行う。これによって、ウェーハｗに対し、光学式
変位計２００の位置は、軌跡Ｓで示す渦巻き線に沿って
移動することになる。この軌跡Ｓ上で、適宜の間隔をあ
けて、光学式変位計２００によるウェーハｗの表面変位
の測定を行えば、ウェーハｗの全面に対する表面変位の
測定が能率的に行える。光学式変位計２００の移動は、
水平方向に直線的に半径Ａ−Ｂの距離だけ行えぱよいの
で、光学式変位計２００の作動機構が簡単になる。
によるウェーハｗの全面に対する表面変位の測定を行う
方法を説明する図である。ウェーハｗは、図１に示すよ
うに、垂直面内で１方向に回転させている。これに対
し、光学式変位計２００を、ウェーハｗの外周Ａから中
心Ｂに向かって半径方向に移動させながら、表面変位の
測定を行う。これによって、ウェーハｗに対し、光学式
変位計２００の位置は、軌跡Ｓで示す渦巻き線に沿って
移動することになる。この軌跡Ｓ上で、適宜の間隔をあ
けて、光学式変位計２００によるウェーハｗの表面変位
の測定を行えば、ウェーハｗの全面に対する表面変位の
測定が能率的に行える。光学式変位計２００の移動は、
水平方向に直線的に半径Ａ−Ｂの距離だけ行えぱよいの
で、光学式変位計２００の作動機構が簡単になる。
【００３６】〔加減速過程〕ウェーハｗに対する表面変
位の測定は、ウェーハｗの回転を開始して、回転速度が
一定になってから行ってもよいが、以下に説明する方法
がより能率的である。
位の測定は、ウェーハｗの回転を開始して、回転速度が
一定になってから行ってもよいが、以下に説明する方法
がより能率的である。
【００３７】図４に示す動作線図は、１回の測定タクト
における、ウェーハｗの回転速度（角速度ω）の変化
（ａ）と、光学式変位計の直線移動速度Ｖｘの変化
（ｂ）を示している。中空スピンドルに保持されたウェ
ーハｗをモータなどで回転させるときには、ウェーハｗ
および中空スピンドルの回転部材などが有する慣性モー
メントがあるため、回転開始時に、直ちに所定の回転速
度にすることはできず、回転速度ω＝０の状態から徐々
に回転速度ωを増加させ、一定時間後に所定の速度に到
達させる。測定終了時に回転を止めるときも、回転速度
ωを徐々に低下させ、一定時間経過後に０に戻って停止
させる。
における、ウェーハｗの回転速度（角速度ω）の変化
（ａ）と、光学式変位計の直線移動速度Ｖｘの変化
（ｂ）を示している。中空スピンドルに保持されたウェ
ーハｗをモータなどで回転させるときには、ウェーハｗ
および中空スピンドルの回転部材などが有する慣性モー
メントがあるため、回転開始時に、直ちに所定の回転速
度にすることはできず、回転速度ω＝０の状態から徐々
に回転速度ωを増加させ、一定時間後に所定の速度に到
達させる。測定終了時に回転を止めるときも、回転速度
ωを徐々に低下させ、一定時間経過後に０に戻って停止
させる。
【００３８】同様に、光学式変位計の直線移動について
も、移動の開始時には速度Ｖｘ＝０の状態から徐々に速
度を増加させ、移動の終了時は、速度Ｖｘを徐々に低下
させて０に戻る。
も、移動の開始時には速度Ｖｘ＝０の状態から徐々に速
度を増加させ、移動の終了時は、速度Ｖｘを徐々に低下
させて０に戻る。
【００３９】ところで、ウェーハｗの回転速度ωが、一
定速度の間だけ測定を行うようにすると、測定開始前の
加速時間および測定終了後の減速時間が、本来の測定時
間のほかに必要となり、測定タクトが長くなってしま
う。そこで、図４に示す方法では、ウェーハｗの回転開
始と同時に光学式変位計の直線移動を開始し、さらに光
学式変位計による変位測定（データ取り込み）も開始す
る。
定速度の間だけ測定を行うようにすると、測定開始前の
加速時間および測定終了後の減速時間が、本来の測定時
間のほかに必要となり、測定タクトが長くなってしま
う。そこで、図４に示す方法では、ウェーハｗの回転開
始と同時に光学式変位計の直線移動を開始し、さらに光
学式変位計による変位測定（データ取り込み）も開始す
る。
【００４０】ウェーハｗの回転速度と、光学式変位計の
直線移動速度あるいは移動位置を、ロータリエンコーダ
や位置センサなどのセンサで検出し、マイクロコンピュ
ータなどの演算手段で演算処理し、その結果にもとづい
て、ウェーハｗおよび光学式変位計の駆動モータなどを
制御して、ウェーハｗと光学式変位計との運動を同期さ
せれば、図３に示す渦巻き状の軌跡Ｓに沿って、ウェー
ハｗと光学変位計とを相対的に移動させることができ
る。そして、軌跡Ｓの上に設定された所定位置毎に、光
学式変位計による変位測定を行う。
直線移動速度あるいは移動位置を、ロータリエンコーダ
や位置センサなどのセンサで検出し、マイクロコンピュ
ータなどの演算手段で演算処理し、その結果にもとづい
て、ウェーハｗおよび光学式変位計の駆動モータなどを
制御して、ウェーハｗと光学式変位計との運動を同期さ
せれば、図３に示す渦巻き状の軌跡Ｓに沿って、ウェー
ハｗと光学変位計とを相対的に移動させることができ
る。そして、軌跡Ｓの上に設定された所定位置毎に、光
学式変位計による変位測定を行う。
【００４１】光学式変位計は、ウェーハｗの外周位置Ａ
から移動を開始する。図４（ｂ）に示すように、光学式
変位計が、外周位置Ａから半径Ａ−Ｂの半ば近くになる
までは移動速度Ｖｘを加速させ、一定の速度（例えば、
Ｖｘ＝８ｍｍ／ｓｅｃ2）に達すると、直ちに減速し
て、中心位置Ｂで停止させる。図４（ａ）に示すよう
に、ウェーハｗの回転速度ωは、回転開始から、光学式
変位計の移動速度Ｖｘのピーク時点までは同期して加速
し、最大速度（例えば、ω＝２４０ｒｐｍ）に達した
後、前記ピーク時点から減速して、光学式変位計の停止
と同時に回転を停止させる。
から移動を開始する。図４（ｂ）に示すように、光学式
変位計が、外周位置Ａから半径Ａ−Ｂの半ば近くになる
までは移動速度Ｖｘを加速させ、一定の速度（例えば、
Ｖｘ＝８ｍｍ／ｓｅｃ2）に達すると、直ちに減速し
て、中心位置Ｂで停止させる。図４（ａ）に示すよう
に、ウェーハｗの回転速度ωは、回転開始から、光学式
変位計の移動速度Ｖｘのピーク時点までは同期して加速
し、最大速度（例えば、ω＝２４０ｒｐｍ）に達した
後、前記ピーク時点から減速して、光学式変位計の停止
と同時に回転を停止させる。
【００４２】上記のような動作を行わせることで、一定
速度に達してから測定を開始し、測定を終了してから減
速停止を行う方法に比べて、測定タクトを大幅に削減す
ることができる。
速度に達してから測定を開始し、測定を終了してから減
速停止を行う方法に比べて、測定タクトを大幅に削減す
ることができる。
【００４３】〔触針反射機〕光学式変位計で薄板材の表
面変位を測定する場合、薄板材の表面の反射性が悪い
と、測定光の反射光が十分に得られず、測定が困難にな
ったり、測定結果が不正確になり易い。薄板材の表面に
場所によって、反射性にバラツキがある場合には、測定
結果にもバラツキが生じ易くなる。
面変位を測定する場合、薄板材の表面の反射性が悪い
と、測定光の反射光が十分に得られず、測定が困難にな
ったり、測定結果が不正確になり易い。薄板材の表面に
場所によって、反射性にバラツキがある場合には、測定
結果にもバラツキが生じ易くなる。
【００４４】そこで、触針反射器を備えておくことで、
薄板材の表面の反射性を原因とする上記問題が解消され
る。触針反射器は、薄板材の表面に当接し、薄板材の表
面の変位に追随して移動し、測定光を反射する反射面を
有する。
薄板材の表面の反射性を原因とする上記問題が解消され
る。触針反射器は、薄板材の表面に当接し、薄板材の表
面の変位に追随して移動し、測定光を反射する反射面を
有する。
【００４５】触針反射器の一般的な構造は、微小な先端
を有し、ダイアモンドなどの硬質材料からなる接触子
と、接触子の背面に配置され、兵射率の高い鏡面に仕上
げられた反射面とを有している。触針反射器を、薄板材
の表面に追従させて接離方向に移動可能にするには、バ
ネ板などで構成され弾力的に変形可能な支持腕に、針部
および反射面を片持式に支持して、バネ板の弾力的な変
形により、針部および反射面を移動可能にしておくこと
ができる。支持腕として、薄板材の表面と平行に間隔を
あけて配置された一対の平行な板片からなる平行板状支
持腕が、使用できる。このような、一対の平行な板片で
構成される平行四辺形の機構は、いわゆる平行リンク機
構と呼ばれる構造である。薄板材の表面の変位によっ
て、接触子を支持する平行板状支持腕を変形させると、
一対の板片が平行を保った平行四辺形を維持したままで
変形する。平行板状支持腕の先端に支持された接触子お
よび反射面が、同じ姿勢を保ったままで平行移動を行
う。接触子および反射面の姿勢が変わらなければ、測定
光を正確に同じ方向に反射させて、前記受光部で受光さ
れる測定光の傾きやズレを低減することができる。
を有し、ダイアモンドなどの硬質材料からなる接触子
と、接触子の背面に配置され、兵射率の高い鏡面に仕上
げられた反射面とを有している。触針反射器を、薄板材
の表面に追従させて接離方向に移動可能にするには、バ
ネ板などで構成され弾力的に変形可能な支持腕に、針部
および反射面を片持式に支持して、バネ板の弾力的な変
形により、針部および反射面を移動可能にしておくこと
ができる。支持腕として、薄板材の表面と平行に間隔を
あけて配置された一対の平行な板片からなる平行板状支
持腕が、使用できる。このような、一対の平行な板片で
構成される平行四辺形の機構は、いわゆる平行リンク機
構と呼ばれる構造である。薄板材の表面の変位によっ
て、接触子を支持する平行板状支持腕を変形させると、
一対の板片が平行を保った平行四辺形を維持したままで
変形する。平行板状支持腕の先端に支持された接触子お
よび反射面が、同じ姿勢を保ったままで平行移動を行
う。接触子および反射面の姿勢が変わらなければ、測定
光を正確に同じ方向に反射させて、前記受光部で受光さ
れる測定光の傾きやズレを低減することができる。
【００４６】図５〜７に示すように、触針反射器６０
は、光学式変位計のウェーハｗ側の先端に取り付けられ
ている基部６１と、接触子６２と反射面６４とを有する
応動部６３とが、平行板状支持腕６５により連結されて
いる。
は、光学式変位計のウェーハｗ側の先端に取り付けられ
ている基部６１と、接触子６２と反射面６４とを有する
応動部６３とが、平行板状支持腕６５により連結されて
いる。
【００４７】接触子６２は、ダイアモンドで作製され、
先端が１０μｍ程度の小さなものであり、先端をウェー
ハｗの表面に当接して、実質的に点接触で当接する。反
射面６４はガラスや金属の鏡面で構成され、測定光を効
率良く反射する。測定光の照射方向に対して反射面６４
は正対し、その測定光の照射方向を延長した先に接触子
６２の先端が配置されている。
先端が１０μｍ程度の小さなものであり、先端をウェー
ハｗの表面に当接して、実質的に点接触で当接する。反
射面６４はガラスや金属の鏡面で構成され、測定光を効
率良く反射する。測定光の照射方向に対して反射面６４
は正対し、その測定光の照射方向を延長した先に接触子
６２の先端が配置されている。
【００４８】平行板状支持腕６５は、図６に示すよう
に、バネ板などの弾力的に変形容易な材料からなる２枚
の板片６６が、上下に間隔をあけて平行に配置されてい
る。基部６１と応動部６３とで固定された２枚の平行な
板片６６は、平行四辺形のリンク機構、いわゆる平行リ
ンク機構を構成している。板片６６は、例えば、厚さが
１０μｍ程度、長さが１０ｍｍ程度の板バネ材で作製さ
れる。
に、バネ板などの弾力的に変形容易な材料からなる２枚
の板片６６が、上下に間隔をあけて平行に配置されてい
る。基部６１と応動部６３とで固定された２枚の平行な
板片６６は、平行四辺形のリンク機構、いわゆる平行リ
ンク機構を構成している。板片６６は、例えば、厚さが
１０μｍ程度、長さが１０ｍｍ程度の板バネ材で作製さ
れる。
【００４９】図７に示すように、板片６６の平面外形
は、基部６１側が広く、応動部６３側が狭い台形状をな
し、この台形状の外形の中央に、一回り小さな台形状の
切り抜き部６７が貫通している。残った部分の板片６６
は、左右に間隔をあけて配置された細い帯部６８が、基
部６１側では広く応動部６３側では狭くなった「ハ」字
形に配置された構造になっている。
は、基部６１側が広く、応動部６３側が狭い台形状をな
し、この台形状の外形の中央に、一回り小さな台形状の
切り抜き部６７が貫通している。残った部分の板片６６
は、左右に間隔をあけて配置された細い帯部６８が、基
部６１側では広く応動部６３側では狭くなった「ハ」字
形に配置された構造になっている。
【００５０】このような構造の触針反射器６０におい
て、光学式変位計２００に対して、ウェーハｗの表面が
上方側に変位すると、接触子６２は、ウェーハｗの表面
に押されて上方に移動し、平行板状支持腕６５を上方に
押し上げる。前記した平行リンク機構を構成する上下の
板片６６は、板片６６と板片６６とが平行状態を保った
ままで別個に上方側に反るように変形するので、応動部
６３は、基部６１に対して実質的に平行状態を保ったま
まで上下動する。応動部６３に備えた反射面６４も平行
移動をするので、測定光１に対して正対した状態のまま
で、上下移動が行われる。その結果、ウェーハｗの表面
の変位に関わらず、常に測定光の入射方向と同じ方向に
反射光を戻すことができる。
て、光学式変位計２００に対して、ウェーハｗの表面が
上方側に変位すると、接触子６２は、ウェーハｗの表面
に押されて上方に移動し、平行板状支持腕６５を上方に
押し上げる。前記した平行リンク機構を構成する上下の
板片６６は、板片６６と板片６６とが平行状態を保った
ままで別個に上方側に反るように変形するので、応動部
６３は、基部６１に対して実質的に平行状態を保ったま
まで上下動する。応動部６３に備えた反射面６４も平行
移動をするので、測定光１に対して正対した状態のまま
で、上下移動が行われる。その結果、ウェーハｗの表面
の変位に関わらず、常に測定光の入射方向と同じ方向に
反射光を戻すことができる。
【００５１】ウェーハｗの表面変位は、上下両方向に生
じる可能性がある。触針反射器６０を予めウェーハｗの
表面に軽く押し付けて、平行板状支持腕６５を弾力的に
変形させた状態で測定を行えば、上下両方向の表面変位
に対して、接触子６２をウェーハｗに確実に当接させる
ことができる。具体的には、平行板状支持腕６５が、１
００μｍ程度の弾力変形をした状態で配置しておくこと
ができる。
じる可能性がある。触針反射器６０を予めウェーハｗの
表面に軽く押し付けて、平行板状支持腕６５を弾力的に
変形させた状態で測定を行えば、上下両方向の表面変位
に対して、接触子６２をウェーハｗに確実に当接させる
ことができる。具体的には、平行板状支持腕６５が、１
００μｍ程度の弾力変形をした状態で配置しておくこと
ができる。
【００５２】前記したように、測定光の反射光の方向が
傾いたりズレたりすると、受光部の受光面で、正確に受
光することが困難になるが、前記した平行リンク機構を
構成する平行板状支持腕６５を用いる触針反射器６０で
あれば、反射光の傾きやズレを生じ難くすることができ
る。また、前記した左右の帯部６８で構成される平両
「ハ」字形構造を有する平行板状支持腕６６を備えてい
れば、応動部６３が「ハ」字形の左右方向に傾くこと、
あるいは、平行板状支持腕６５に捩れが生じることを有
効に阻止でき、測定光の反射方向をより適正に維持する
ことができる。
傾いたりズレたりすると、受光部の受光面で、正確に受
光することが困難になるが、前記した平行リンク機構を
構成する平行板状支持腕６５を用いる触針反射器６０で
あれば、反射光の傾きやズレを生じ難くすることができ
る。また、前記した左右の帯部６８で構成される平両
「ハ」字形構造を有する平行板状支持腕６６を備えてい
れば、応動部６３が「ハ」字形の左右方向に傾くこと、
あるいは、平行板状支持腕６５に捩れが生じることを有
効に阻止でき、測定光の反射方向をより適正に維持する
ことができる。
【００５３】なお、上記反射光の傾きやズレを防止する
機能は、前記したフォーカスレンズと共通する機能であ
る。したがって、触針反射器６０を備えていれぱ、フォ
ーカスレンズはなくても目的の機能は達成される。但
し、触針反射器６０に加えてフォーカスレンズも備えて
おけぱ、より高い機能を発揮させることができる。
機能は、前記したフォーカスレンズと共通する機能であ
る。したがって、触針反射器６０を備えていれぱ、フォ
ーカスレンズはなくても目的の機能は達成される。但
し、触針反射器６０に加えてフォーカスレンズも備えて
おけぱ、より高い機能を発揮させることができる。
【００５４】また、触針反射器６０を使用することで、
反射面６４による高い効率での反射機能が発揮できる。
ウェーハｗの表面が反射率の低い材料であったり、場所
によって反射率が違うような構造でも、反射率が高く、
しかも常に一定である反射面６４で測定光を反射させれ
ぱ、常に正確で安定した変位測定が可能になる。
反射面６４による高い効率での反射機能が発揮できる。
ウェーハｗの表面が反射率の低い材料であったり、場所
によって反射率が違うような構造でも、反射率が高く、
しかも常に一定である反射面６４で測定光を反射させれ
ぱ、常に正確で安定した変位測定が可能になる。
【００５５】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る
形状測定装置の光学式変位計の構造を示す図で、主に
０．０１ｍｍ程度のスポット径で薄板材を測定する場合
の構成である。
形状測定装置の光学式変位計の構造を示す図で、主に
０．０１ｍｍ程度のスポット径で薄板材を測定する場合
の構成である。
【００５６】図８に示すように、波長λで周波数安定化
された単一波長のレーザ光を光源とする光出力部より発
せられた単一波長の直線偏光のレーザ光は、偏光面を偏
光ビームスプリッタ１１に対し、斜め４５度に設定する
ことにより、偏光ビームスプリッタ１１で、計測光と、
参照光とに分岐される。計測光は、この後、λ／４波長
板１２を介して、レンズ１３に入射させるが、この時、
レンズ１３の中心にレーザ光を入射させると、薄板材４
により同じ経路で反射され戻ってくるので、レンズ１３
の光学中心から、ビーム径より太くオフセットした位置
に入射させている。
された単一波長のレーザ光を光源とする光出力部より発
せられた単一波長の直線偏光のレーザ光は、偏光面を偏
光ビームスプリッタ１１に対し、斜め４５度に設定する
ことにより、偏光ビームスプリッタ１１で、計測光と、
参照光とに分岐される。計測光は、この後、λ／４波長
板１２を介して、レンズ１３に入射させるが、この時、
レンズ１３の中心にレーザ光を入射させると、薄板材４
により同じ経路で反射され戻ってくるので、レンズ１３
の光学中心から、ビーム径より太くオフセットした位置
に入射させている。
【００５７】偏光ビームスプリッタにより分岐された計
測光は、レンズ１３を介して薄板材４に照射し、１回目
の反射を行う。
測光は、レンズ１３を介して薄板材４に照射し、１回目
の反射を行う。
【００５８】次に、この光を再度薄板材４に照射させ、
高精度な計測を行うために以下の経路を通過させる。薄
板材４を反射した光は、レンズ１３、λ／４波長板１２
を再度通過することにより、偏光方向を９０度変更さ
れ、偏光ビームスプリッタ１１に再度入射し、入射方向
とは異なる方向に反射される。この光は、λ／４波長板
１４を介してミラー１５に照射し、反射された光が再
度、λ／４波長板１４を通過することにより、偏光面を
９０度回転させ、偏光面を変化させている。これによっ
て、偏光ビームスプリッタ１１を透過する。この透過し
た光は、レンズ１６によりその焦点位置で、ミラー１７
上に照射される。この時、レンズ１３と同様の理由によ
り、レンズ１６の光学中心から、ビーム径より太くオフ
セットした位置に入射させている。そして、ミラー１７
により反射され、レンズ１６により平行光に戻された
後、再度偏光ビームスプリッタ１１を通過し、λ／４波
長板１４を介してミラー１５に照射している。この反射
された光が、再度、λ／４波長板１４を通過することに
より、偏光面を９０度回転させ、偏光面を変化させられ
たことにより、偏光ビームスプリッタ１１で向きを変え
て反射され、λ／４波長板１２、レンズ１３を介して薄
板材４の同一箇所に再度この光が照射され、２回目の反
射を行う。
高精度な計測を行うために以下の経路を通過させる。薄
板材４を反射した光は、レンズ１３、λ／４波長板１２
を再度通過することにより、偏光方向を９０度変更さ
れ、偏光ビームスプリッタ１１に再度入射し、入射方向
とは異なる方向に反射される。この光は、λ／４波長板
１４を介してミラー１５に照射し、反射された光が再
度、λ／４波長板１４を通過することにより、偏光面を
９０度回転させ、偏光面を変化させている。これによっ
て、偏光ビームスプリッタ１１を透過する。この透過し
た光は、レンズ１６によりその焦点位置で、ミラー１７
上に照射される。この時、レンズ１３と同様の理由によ
り、レンズ１６の光学中心から、ビーム径より太くオフ
セットした位置に入射させている。そして、ミラー１７
により反射され、レンズ１６により平行光に戻された
後、再度偏光ビームスプリッタ１１を通過し、λ／４波
長板１４を介してミラー１５に照射している。この反射
された光が、再度、λ／４波長板１４を通過することに
より、偏光面を９０度回転させ、偏光面を変化させられ
たことにより、偏光ビームスプリッタ１１で向きを変え
て反射され、λ／４波長板１２、レンズ１３を介して薄
板材４の同一箇所に再度この光が照射され、２回目の反
射を行う。
【００５９】そして、この光を計測する受光演算部へ導
くために、レンズ１３により平行光に戻した後、再度λ
／４波長板１２を通過することにより偏光方向を変え、
偏光ビームスプリッタを通過させ、受光演算部へ測定光
１８として導く。
くために、レンズ１３により平行光に戻した後、再度λ
／４波長板１２を通過することにより偏光方向を変え、
偏光ビームスプリッタを通過させ、受光演算部へ測定光
１８として導く。
【００６０】薄板材４の位置の変化により、位相が変化
する測定光１８と干渉させ、干渉縞を発生させる参照光
を以下の手順で生成する。
する測定光１８と干渉させ、干渉縞を発生させる参照光
を以下の手順で生成する。
【００６１】偏光ビームスプリッタ１１により９０度方
向に反射し、分岐された参照光は、レンズ１６を介し
て、ミラー１７上に絞られて反射し、再度レンズ１６を
介して偏光ビームスプリッタ１１に光を入射する。そし
て、方向を変化させて、受光演算部に参照光１９として
導く。
向に反射し、分岐された参照光は、レンズ１６を介し
て、ミラー１７上に絞られて反射し、再度レンズ１６を
介して偏光ビームスプリッタ１１に光を入射する。そし
て、方向を変化させて、受光演算部に参照光１９として
導く。
【００６２】測定光１８と参照光１９による混合光を受
光演算部で受光し、位相差を計算する演算処理を行い、
薄板材の表面の変位を計測する。
光演算部で受光し、位相差を計算する演算処理を行い、
薄板材の表面の変位を計測する。
【００６３】この装置では、変位計から薄板材４の表面
までの距離の違いによって、測定光の行程は変化するの
に対し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と
参照光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位
が求められる。
までの距離の違いによって、測定光の行程は変化するの
に対し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と
参照光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位
が求められる。
【００６４】これにより、測定光１８を薄板材面上に２
往復させることになり、薄板材表面位置の変位ｄが受光
演算部上で４ｄの光路の変位として、高精度に検出でき
る。
往復させることになり、薄板材表面位置の変位ｄが受光
演算部上で４ｄの光路の変位として、高精度に検出でき
る。
【００６５】前記光分岐混合部と前記薄板材との間に、
前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給するレンズ
１３を備えておくことができる。
前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給するレンズ
１３を備えておくことができる。
【００６６】レンズ１３は、薄板材に照射される測定光
を絞り込んで、薄板材の狭い範囲のみに測定光を照射
し、測定精度を高める機能がある。レンズから薄板材ま
での距離を短くすることができるので、薄板材上でのス
ポット径を０．０１ｍｍ程度に小さくでき、薄板材の面
粗さを含む測定を高精度に行うことが可能である。
を絞り込んで、薄板材の狭い範囲のみに測定光を照射
し、測定精度を高める機能がある。レンズから薄板材ま
での距離を短くすることができるので、薄板材上でのス
ポット径を０．０１ｍｍ程度に小さくでき、薄板材の面
粗さを含む測定を高精度に行うことが可能である。
【００６７】さらに、光分岐混合部と受光演算部との間
に、混合光を収束させて受光演算部に供給するフォーカ
スレンズによる収束光学系を備えておくことができる。
収束光学系は、レンズやミラーなどの光学部材で構成さ
れる。収束光学系は、受光演算部の受光面に主確に混合
光を受光させることで測定精度を向上させる。通常、薄
板材の表面には傾きがあるため、薄板材の表面で反射し
た測定光は、受光演算部までの光学経路に対して傾きあ
るいはズレを生じる。この傾きやズレで、受光演算部の
受光面に正確に測定光が受光されなくなる。収束光学系
を備えていれば、測定光に傾きやズレがあっても受光面
に確実に収束させることができる。
に、混合光を収束させて受光演算部に供給するフォーカ
スレンズによる収束光学系を備えておくことができる。
収束光学系は、レンズやミラーなどの光学部材で構成さ
れる。収束光学系は、受光演算部の受光面に主確に混合
光を受光させることで測定精度を向上させる。通常、薄
板材の表面には傾きがあるため、薄板材の表面で反射し
た測定光は、受光演算部までの光学経路に対して傾きあ
るいはズレを生じる。この傾きやズレで、受光演算部の
受光面に正確に測定光が受光されなくなる。収束光学系
を備えていれば、測定光に傾きやズレがあっても受光面
に確実に収束させることができる。
【００６８】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る
形状測定装置の光学式変位計の構造を示す図で、主に
０．０１ｍｍ程度のスポット径で薄板材を測定する場合
の構成である。
形状測定装置の光学式変位計の構造を示す図で、主に
０．０１ｍｍ程度のスポット径で薄板材を測定する場合
の構成である。
【００６９】図９に示すように、波長λで周波数安定化
された単一波長のレーザ光を光源とする光出力部より発
せられた単一波長の直線偏光のレーザ光は、偏光面を偏
光ビームスプリッタ１１に対し、斜め４５度に設定する
ことにより、偏光ビームスプリッタ１１で、計測光と、
参照光とに分岐される。計測光は、この後、λ／４波長
板１２を介して、レンズ１３に入射させるが、この時、
レンズ１３の中心にレーザ光を入射させると、薄板材４
により同じ経路で反射され戻ってくるので、レンズ１３
の光学中心から、ビーム径より太くオフセットした位置
に入射させている。
された単一波長のレーザ光を光源とする光出力部より発
せられた単一波長の直線偏光のレーザ光は、偏光面を偏
光ビームスプリッタ１１に対し、斜め４５度に設定する
ことにより、偏光ビームスプリッタ１１で、計測光と、
参照光とに分岐される。計測光は、この後、λ／４波長
板１２を介して、レンズ１３に入射させるが、この時、
レンズ１３の中心にレーザ光を入射させると、薄板材４
により同じ経路で反射され戻ってくるので、レンズ１３
の光学中心から、ビーム径より太くオフセットした位置
に入射させている。
【００７０】偏光ビームスプリッタにより分岐された計
測光は、レンズ１３を介して薄板材４に照射し、１回目
の反射を行う。
測光は、レンズ１３を介して薄板材４に照射し、１回目
の反射を行う。
【００７１】次に、この光を再度薄板材４に照射させ、
高精度な計測を行うために以下の経路を通過させる。薄
板材４を反射した光は、レンズ１３、λ／４波長板１２
を再度通過することにより、偏光方向を９０度変更さ
れ、偏光ビームスプリッタ１１に再度入射し、入射方向
とは異なる方向に反射される。この光は、レンズ１６に
よりその焦点位置で、ミラー１７上に照射される。この
時、レンズ１３と同様の理由により、レンズ１６の光学
中心から、ビーム径より太くオフセットした位置に入射
させている。そして、ミラー１７により反射され、レン
ズ１６により平行光に戻された後、再度偏光ビームスプ
リッタ１１を通過し、薄板材４の同一箇所に再度この光
が照射され、２回目の反射を行う。
高精度な計測を行うために以下の経路を通過させる。薄
板材４を反射した光は、レンズ１３、λ／４波長板１２
を再度通過することにより、偏光方向を９０度変更さ
れ、偏光ビームスプリッタ１１に再度入射し、入射方向
とは異なる方向に反射される。この光は、レンズ１６に
よりその焦点位置で、ミラー１７上に照射される。この
時、レンズ１３と同様の理由により、レンズ１６の光学
中心から、ビーム径より太くオフセットした位置に入射
させている。そして、ミラー１７により反射され、レン
ズ１６により平行光に戻された後、再度偏光ビームスプ
リッタ１１を通過し、薄板材４の同一箇所に再度この光
が照射され、２回目の反射を行う。
【００７２】そして、この光を計測する受光演算部へ導
くために、レンズ１３により平行光に戻した後、再度λ
／４波長板１２を通過することにより偏光方向を変え、
偏光ビームスプリッタを通過させ、受光演算部へ測定光
１８として導く。
くために、レンズ１３により平行光に戻した後、再度λ
／４波長板１２を通過することにより偏光方向を変え、
偏光ビームスプリッタを通過させ、受光演算部へ測定光
１８として導く。
【００７３】薄板材４の位置の変化により、位相が変化
する測定光１８と干渉させ、干渉縞を発生させる参照光
を以下の手順で生成する。
する測定光１８と干渉させ、干渉縞を発生させる参照光
を以下の手順で生成する。
【００７４】偏光ビームスプリッタ１１により９０度方
向に反射し、分岐された参照光は、λ／４波長板１４を
介してミラー１５に照射し、反射された光が再度、λ／
４波長板１４を通過することにより、偏光面を９０度回
転させ、偏光面を変化させている。これによって、偏光
ビームスプリッタ１１を透過する。この透過した光は、
レンズ１６を介して、ミラー１７上に絞られて反射し、
再度レンズ１６を介して偏光ビームスプリッタ１１を透
過する。この透過した光は、λ／４波長板１４を介して
ミラー１５に照射し、反射された光が再度、λ／４波長
板１４を通過することにより、偏光面を９０度回転さ
せ、偏光面を変化させている。これによって、方向を変
化させ、受光演算部に参照光１９として導く。
向に反射し、分岐された参照光は、λ／４波長板１４を
介してミラー１５に照射し、反射された光が再度、λ／
４波長板１４を通過することにより、偏光面を９０度回
転させ、偏光面を変化させている。これによって、偏光
ビームスプリッタ１１を透過する。この透過した光は、
レンズ１６を介して、ミラー１７上に絞られて反射し、
再度レンズ１６を介して偏光ビームスプリッタ１１を透
過する。この透過した光は、λ／４波長板１４を介して
ミラー１５に照射し、反射された光が再度、λ／４波長
板１４を通過することにより、偏光面を９０度回転さ
せ、偏光面を変化させている。これによって、方向を変
化させ、受光演算部に参照光１９として導く。
【００７５】測定光１８と参照光１９による混合光を受
光演算部で受光し、位相差を計算する演算処理を行い、
薄板材の表面の変位を計測する。
光演算部で受光し、位相差を計算する演算処理を行い、
薄板材の表面の変位を計測する。
【００７６】この装置では、変位計から薄板材４の表面
までの距離の違いによって、測定光の行程は変化するの
に対し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と
参照光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位
が求められる。
までの距離の違いによって、測定光の行程は変化するの
に対し、参照光の行程は一定である。そこで、測定光と
参照光の行程差を測定することで、薄板材の表面の変位
が求められる。
【００７７】これにより、測定光１８を薄板材面上に２
往復させることになり、薄板材表面位置の変位ｄが受光
演算部上で４ｄの光路の変位として、高精度に検出でき
る。
往復させることになり、薄板材表面位置の変位ｄが受光
演算部上で４ｄの光路の変位として、高精度に検出でき
る。
【００７８】前記光分岐混合部と前記薄板材との間に、
前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給するレンズ
１３を備えておくことができる。
前記出力光を収束させて光分岐混合部に供給するレンズ
１３を備えておくことができる。
【００７９】レンズ１３は、薄板材に照射される測定光
を絞り込んで、薄板材の狭い範囲のみに測定光を照射
し、測定精度を高める機能がある。レンズから薄板材ま
での距離を短くすることができるので、薄板材上でのス
ポット径を０．０１ｍｍ程度に小さくでき、薄板材の面
粗さを含む測定を高精度に行うことが可能である。
を絞り込んで、薄板材の狭い範囲のみに測定光を照射
し、測定精度を高める機能がある。レンズから薄板材ま
での距離を短くすることができるので、薄板材上でのス
ポット径を０．０１ｍｍ程度に小さくでき、薄板材の面
粗さを含む測定を高精度に行うことが可能である。
【００８０】さらに、光分岐混合部と受光演算部との間
に、混合光を収束させて受光演算部に供給するフォーカ
スレンズによる収束光学系を備えておくことができる。
収束光学系は、レンズやミラーなどの光学部材で構成さ
れる。収束光学系は、受光演算部の受光面に主確に混合
光を受光させることで測定精度を向上させる。通常、薄
板材の表面には傾きがあるため、薄板材の表面で反射し
た測定光は、受光演算部までの光学経路に対して傾きあ
るいはズレを生じる。この傾きやズレで、受光演算部の
受光面に正確に測定光が受光されなくなる。収束光学系
を備えていれば、測定光に傾きやズレがあっても受光面
に確実に収束させることができる。
に、混合光を収束させて受光演算部に供給するフォーカ
スレンズによる収束光学系を備えておくことができる。
収束光学系は、レンズやミラーなどの光学部材で構成さ
れる。収束光学系は、受光演算部の受光面に主確に混合
光を受光させることで測定精度を向上させる。通常、薄
板材の表面には傾きがあるため、薄板材の表面で反射し
た測定光は、受光演算部までの光学経路に対して傾きあ
るいはズレを生じる。この傾きやズレで、受光演算部の
受光面に正確に測定光が受光されなくなる。収束光学系
を備えていれば、測定光に傾きやズレがあっても受光面
に確実に収束させることができる。
【００８１】
【発明の効果】本発明にかかる薄板材の厚み変動測定方
法では、一対の光学式変位計で薄板材の両面における表
面の変位を測定して、その結果にもとづいて薄板材の厚
み変動を測定することにより、従来知られていた光学式
センサを用いる方法などに比べて、正確で高精度な測定
が可能になる。
法では、一対の光学式変位計で薄板材の両面における表
面の変位を測定して、その結果にもとづいて薄板材の厚
み変動を測定することにより、従来知られていた光学式
センサを用いる方法などに比べて、正確で高精度な測定
が可能になる。
【図１】形状測定装置全体の斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る形状測定装置
要部の詳細構造図
要部の詳細構造図
【図３】ウェーハに対する測定動作を説明する模式図
【図４】ウェーハおよび光学式変位計の経時的動作を示
す線図
す線図
【図５】触針反射器の斜視図
【図６】触針反射器の側面図
【図７】触針反射器の底面図
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る形状測定装置
要部の詳細構造図
要部の詳細構造図
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る形状測定装置
要部の詳細構造図
要部の詳細構造図
１ レンズ ２ 偏光ビームスプリッタ ３ λ／４波長板 ４ 薄板材 ５ レンズ ６ λ／４波長板 ７ ミラー ８ ミラー １１ 偏光ビームスプリッタ １２ λ／４波長板 １３ レンズ １４ λ／４波長板 １５ ミラー １６ レンズ １７ ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 半田 宏治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉住 恵一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB03 BB17 BB24 CC19 FF17 FF52 FF67 GG04 GG12 GG21 HH04 HH09 HH13 KK01 LL04 LL12 LL36 LL46 MM04 PP02 PP13 QQ25 TT02 UU07 4M106 AA01 BA05 CA48 DH03 DH12 DH32 DH38 DH39 DJ11
Claims (9)
- 【請求項１】 波長λの光を出射する光源と、この光源
から出射した光を中心からずらせた位置に入射させ、被
検査物上に集光させる第１のレンズと、この第１のレン
ズから出射した光を分岐させ、前記被検査物に出射させ
る偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタ
と前記被検査物の間に配置した第１のλ／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタを介した前記被検査物からの
反射光を中心からずらせた位置に入射させ、平行光にす
る第２のレンズと、この第２のレンズから出射した光を
反射させる第１のミラーと、この第１のミラーと前記第
２のレンズの間に配置した第２のλ／４波長板と、この
第２のλ／４波長板、前記偏光ビームスプリッタを介し
た前記第１のミラーからの反射光をその焦点の位置で反
射させ、かつ前記分岐した他方の光を反射させる第２の
ミラーと、この第２のミラーからの反射光を前記偏光ビ
ームスプリッタ、前記第１のレンズを介して受光する受
光部と、この受光した干渉信号を元に前記被検査物の形
状を測定する演算部とを有したことを特徴とする形状測
定装置。 - 【請求項２】 波長λの光を出射する光源と、この光源
から出射した光を分岐させ、被検査物に出射させる偏光
ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタと前記
被検査物の間に配置した第３のλ／４波長板と、この第
３のλ／４波長板から出射した光を中心からずらせた位
置に入射させ、前記被検査物上に集光させる第３のレン
ズと、この第３のレンズ、前記第３のλ／４波長板、前
記偏光ビームスプリッタを介した前記被検査物からの反
射光を中心からずらせた位置に入射させ、集光させる第
４のレンズと、この第４のレンズから出射した光をその
焦点位置で反射させる第３のミラーと、この第３のミラ
ーからの反射光を前記第４のレンズ、前記偏光ビームス
プリッタを介して反射させる第４のミラーと、この第４
のミラーと前記偏光ビームスプリッタの間に配置した第
４のλ／４波長板と、前記第４のミラーからの反射光を
受光する受光部と、この受光した干渉信号を元に前記被
検査物の形状を測定する演算部とを有したことを特徴と
する形状測定装置。 - 【請求項３】 受光部に入射する光を集光させるフォー
カスレンズを有したことを特徴とする請求項１、２のい
ずれかに記載の形状測定装置。 - 【請求項４】 光源が単一周波数のレーザ光源で、出力
光が直線偏光でかつ偏光ビームスプリッタに対し偏光方
向が４５°傾いていることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の形状測定装置。 - 【請求項５】 被検査物の表面に当接し、表面変位に追
随して移動し、測定光を反射する反射面を有する触針反
射器を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
に記載の形状測定装置。 - 【請求項６】 光を分岐させる工程と、この分岐させた
光の一方を被検査物に集光させる工程と、この被検査物
からの反射光を再び被検査物の同一箇所に集光させる工
程と、この被検査物からの２回目以降の反射光と前記分
岐された他方の光とを干渉させる工程と、この干渉させ
た信号から前記被検査物の形状を測定する工程とを有し
たことを特徴とする形状測定方法。 - 【請求項７】 波長λの光を第１のレンズによって集光
させる工程と、この集光させた光を偏光ビームスプリッ
タによって分岐させる工程と、この分岐した一方の光を
第１のλ／４波長板を介して被検査物に集光させる工程
と、分岐した他方の光を再び前記偏光ビームスプリッタ
に入射させる工程と、前記被検査物からの反射光を前記
第１のλ／４波長板を介して前記偏光ビームスプリッタ
に入射させる工程と、この入射した前記偏光ビームスプ
リッタからの出射光を第２のレンズによって平行光にす
る工程と、この平行光を第２のλ／４波長板を２度通過
させ、前記第２のレンズを介して前記偏光ビームスプリ
ッタに入射させる工程と、この入射した前記偏光ビーム
スプリッタからの出射光をその焦点位置で反射させ、前
記偏光ビームスプリッタに入射させる工程と、この入射
した前記偏光ビームスプリッタからの出射光を前記第２
のレンズによって平行光にする工程と、この平行光を前
記第２のλ／４波長板を２度通過させ、前記第２のレン
ズを介して前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程
と、この入射した前記偏光ビームスプリッタからの出射
光を前記第１のλ／４波長板を介して被検査物の同一箇
所に集光させる工程と、この被検査物からの反射光を前
記第１のλ／４波長板を介して前記偏光ビームスプリッ
タに入射させる工程と、この入射した前記偏光ビームス
プリッタからの出射光と、前記分岐した他方の光からの
出射光とを干渉させて前記第１のレンズを介して受光部
に照射させる工程と、この干渉させた信号から前記被検
査物の形状を測定する工程とを有したことを特徴とする
形状測定方法。 - 【請求項８】 波長λの光を偏光ビームスプリッタによ
って分岐させる工程と、この分岐した一方の光を第３の
λ／４波長板、第３のレンズを介して被検査物に集光さ
せる工程と、分岐した他方の光を第４のレンズを介して
その焦点位置で反射させ、再びこの第４のレンズを介し
て前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程と、前記
被検査物からの反射光を前記第３のレンズ、前記第３の
λ／４波長板を介して前記偏光ビームスプリッタに入射
させる工程と、この入射した前記偏光ビームスプリッタ
からの出射光を第４のλ／４波長板を２度通過させ、再
び前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程と、この
入射した前記偏光ビームスプリッタからの出射光を前記
第４のレンズを介してその焦点位置で反射させ、再びこ
の第４のレンズを介して前記偏光ビームスプリッタに入
射させる工程と、この入射した前記偏光ビームスプリッ
タからの出射光を前記第４のλ／４波長板を２度通過さ
せ、再び前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程
と、この入射した前記偏光ビームスプリッタからの出射
光を前記第３のλ／４波長板、前記第３のレンズを介し
て被検査物の同一箇所に集光させる工程と、この被検査
物からの反射光を前記第３のレンズ、前記第３のλ／４
波長板を介して前記偏光ビームスプリッタに入射させる
工程と、この入射した前記偏光ビームスプリッタからの
出射光と、前記分岐した他方の光からの出射光とを干渉
させて受光部に照射させる工程と、この干渉させた信号
から前記被検査物の形状を測定する工程とを有したこと
を特徴とする形状測定方法。 - 【請求項９】 波長λの光を偏光ビームスプリッタによ
って分岐させる工程と、この分岐した一方の光を第３の
λ／４波長板、第３のレンズを介して被検査物に集光さ
せる工程と、この被検査物からの反射光を前記第３のレ
ンズ、前記第３のλ／４波長板を介して前記偏光ビーム
スプリッタに入射させる工程と、この入射した前記偏光
ビームスプリッタからの出射光を第４のレンズを介して
その焦点位置で反射させ、再びこの第４のレンズを介し
て前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程と、この
入射した前記偏光ビームスプリッタからの出射光を前記
第３のλ／４波長板、前記第３のレンズを介して被検査
物の同一箇所に集光させる工程と、この被検査物からの
反射光を前記第３のレンズ、前記第３のλ／４波長板を
介して前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程と、
前記分岐した他方の光を第４のλ／４波長板を２度通過
させ、再び前記偏光ビームスプリッタに入射させる工程
と、この入射した前記偏光ビームスプリッタからの出射
光を前記第４のレンズを介してその焦点位置で反射さ
せ、再びこの第４のレンズを介して前記偏光ビームスプ
リッタに入射させる工程と、この入射した前記偏光ビー
ムスプリッタからの出射光を前記第４のλ／４波長板を
２度通過させ、再び前記偏光ビームスプリッタに入射さ
せる工程と、この入射した前記偏光ビームスプリッタか
らの出射光と、前記被検査物の同一箇所から反射した光
からの出射光とを干渉させて受光部に照射させる工程
と、この干渉させた信号から前記被検査物の形状を測定
する工程とを有したことを特徴とする形状測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001139752A JP2002333311A (ja) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | 形状測定装置及び方法 |
| KR10-2002-0024907A KR100465538B1 (ko) | 2001-05-10 | 2002-05-07 | 형상 측정장치 및 방법 |
| US10/140,815 US6934036B2 (en) | 2001-05-10 | 2002-05-09 | Configuration measuring apparatus and method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001139752A JP2002333311A (ja) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | 形状測定装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002333311A true JP2002333311A (ja) | 2002-11-22 |
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ID=18986473
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|---|---|---|---|
| JP2001139752A Pending JP2002333311A (ja) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | 形状測定装置及び方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6934036B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002333311A (ja) |
| KR (1) | KR100465538B1 (ja) |
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