JP2003139511A - 透明平行平板の表面形状測定および厚さ不均一測定のための干渉縞解析法 - Google Patents
透明平行平板の表面形状測定および厚さ不均一測定のための干渉縞解析法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 トワイマングリーン干渉計装置で透明平行平
板の光学的厚さと平行平板の表面形状を測定する従来の
方式では、測定誤差が大きかった。 【解決手段】 中心波長λが時間的に変化する照明光源
からの光束を平行光束として参照面上および被測定平板
表面上に導く。前記参照面と前記被測定平板表面との光
軸上での距離Ｌと前記被測定平板の光学的厚さｎＴの比
をＬ＝ｎＴ/３に設定し、該被測定平板表面および裏面
からの光束の光干渉により得られた干渉縞情報を撮像す
る。このとき両面からの反射光束の位相差がπ/６ずつ
変化する毎に連続的に１９画像撮像し、得られた１９枚
の干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，ｙ）,…,Ｉ９（ｘ，ｙ）
に対して、式（２）を用いた式（１）に基づく演算処理
を施して被測定平板の光学的厚さの不均一に関する位相
情報ψ２（ｘ、ｙ）を求め、提案した式により厚さ不均
一を測定する。同様にして別式で裏面の高さを測定す
る。
板の光学的厚さと平行平板の表面形状を測定する従来の
方式では、測定誤差が大きかった。 【解決手段】 中心波長λが時間的に変化する照明光源
からの光束を平行光束として参照面上および被測定平板
表面上に導く。前記参照面と前記被測定平板表面との光
軸上での距離Ｌと前記被測定平板の光学的厚さｎＴの比
をＬ＝ｎＴ/３に設定し、該被測定平板表面および裏面
からの光束の光干渉により得られた干渉縞情報を撮像す
る。このとき両面からの反射光束の位相差がπ/６ずつ
変化する毎に連続的に１９画像撮像し、得られた１９枚
の干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，ｙ）,…,Ｉ９（ｘ，ｙ）
に対して、式（２）を用いた式（１）に基づく演算処理
を施して被測定平板の光学的厚さの不均一に関する位相
情報ψ２（ｘ、ｙ）を求め、提案した式により厚さ不均
一を測定する。同様にして別式で裏面の高さを測定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変レーザを
観察用光源とする干渉計装置において被測定体である透
明平行平板の光学的厚さあるいは裏面形状の位相情報を
得るための干渉縞解析方法に関し、特に、平板の表面と
裏面双方からの反射出力光によって生じる干渉縞ノイ
ズ、および参照面、平行平板表面・裏面間のいずれかで
合計３回多重反射した出力光の光干渉によって生じる干
渉縞ノイズを除去する干渉縞解析方法に関するものであ
る。
観察用光源とする干渉計装置において被測定体である透
明平行平板の光学的厚さあるいは裏面形状の位相情報を
得るための干渉縞解析方法に関し、特に、平板の表面と
裏面双方からの反射出力光によって生じる干渉縞ノイ
ズ、および参照面、平行平板表面・裏面間のいずれかで
合計３回多重反射した出力光の光干渉によって生じる干
渉縞ノイズを除去する干渉縞解析方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、透明平行平板の光学的厚さ不
均一測定では、波長可変の照明光源を用し参照面を外し
たフィゾー型干渉計を用いた方法が知られている。この
方法では、照明光が平板の表面と裏面双方で反射してで
きる出力光によって生じる干渉縞の位相を検出すること
で厚さを決定するが、平板表面の形状を同時に測定する
ことができなかったため、厚さの不均一が表面あるいは
裏面どちらの凹凸に起因するのかを決定することができ
なかった。
均一測定では、波長可変の照明光源を用し参照面を外し
たフィゾー型干渉計を用いた方法が知られている。この
方法では、照明光が平板の表面と裏面双方で反射してで
きる出力光によって生じる干渉縞の位相を検出すること
で厚さを決定するが、平板表面の形状を同時に測定する
ことができなかったため、厚さの不均一が表面あるいは
裏面どちらの凹凸に起因するのかを決定することができ
なかった。
【０００３】一方、透明平行平板の表面（あるいは裏
面）形状を測定するためには、他方の面である裏面（あ
るいは表面）に屈折率合致オイル等を介在して反射防止
の布等を張り付ける処理を施した後に、フィゾー型干渉
計で平板表面と参照面とを比較する方法が広く行われて
いる。しかしながら、この方法では裏面反射がないため
光学的厚さ測定を同時に行うことはできなかった。平行
平板の光学的厚さと表面形状を別々の方法で測定する場
合、裏面処理に伴って平板の支持圧力が変わり平板が一
般に弾性変形するので、先の厚さ測定時とは異なる表面
形状を測定することが多く、測定の再現性が悪い問題点
があった。
面）形状を測定するためには、他方の面である裏面（あ
るいは表面）に屈折率合致オイル等を介在して反射防止
の布等を張り付ける処理を施した後に、フィゾー型干渉
計で平板表面と参照面とを比較する方法が広く行われて
いる。しかしながら、この方法では裏面反射がないため
光学的厚さ測定を同時に行うことはできなかった。平行
平板の光学的厚さと表面形状を別々の方法で測定する場
合、裏面処理に伴って平板の支持圧力が変わり平板が一
般に弾性変形するので、先の厚さ測定時とは異なる表面
形状を測定することが多く、測定の再現性が悪い問題点
があった。
【０００４】こうした測定の同時性の問題を解決する手
段として、K. Okada, H.Sakuta, T.Ose, and J. Tsujiu
chi, “Separate measurements of surface shapes and
refractive index inhomogeneity of an optical elem
ent using tunable source phase shifting interferom
etry,” Applied Optics, vol.29(1990) 3280-3285.
（文献１）に示す波長可変レーザを光源として透明平行
平板の光学的厚さと平行平板の表面形状を測定するトワ
イマングリーン干渉計装置が知られている。この干渉計
装置では、平行平板表面と参照面を単色の平面光波で照
明し、平板裏面からの反射光および参照面からの反射光
を統合して干渉縞を形成し、ＣＣＤカメラ等の撮像装置
で撮像し、得られた干渉縞画像を解析して上記平板の光
学的厚さの不均一と表面形状を位相変化として観察測定
する。
段として、K. Okada, H.Sakuta, T.Ose, and J. Tsujiu
chi, “Separate measurements of surface shapes and
refractive index inhomogeneity of an optical elem
ent using tunable source phase shifting interferom
etry,” Applied Optics, vol.29(1990) 3280-3285.
（文献１）に示す波長可変レーザを光源として透明平行
平板の光学的厚さと平行平板の表面形状を測定するトワ
イマングリーン干渉計装置が知られている。この干渉計
装置では、平行平板表面と参照面を単色の平面光波で照
明し、平板裏面からの反射光および参照面からの反射光
を統合して干渉縞を形成し、ＣＣＤカメラ等の撮像装置
で撮像し、得られた干渉縞画像を解析して上記平板の光
学的厚さの不均一と表面形状を位相変化として観察測定
する。
【０００５】この測定では、平板裏面からの反射出力光
（測定光）の他に平板表面からの反射出力光、及び表面
と前記裏面の間を奇数回反射して出力する多重反射出力
光が存在し、それぞれ参照面からの出力光（参照光）と
統合して干渉縞を形成しノイズ信号となる。このため平
行平板面の測定では、これらのノイズ信号の影響を除去
する操作が必要である。
（測定光）の他に平板表面からの反射出力光、及び表面
と前記裏面の間を奇数回反射して出力する多重反射出力
光が存在し、それぞれ参照面からの出力光（参照光）と
統合して干渉縞を形成しノイズ信号となる。このため平
行平板面の測定では、これらのノイズ信号の影響を除去
する操作が必要である。
【０００６】この点に関して、前記文献１では、出力光
の波長λを１／１２００nmずつ変化させる毎に撮像装置
により記録した６０枚の干渉縞画像を解析処理すること
により、表面からの直接反射光が作るノイズ信号を除去
することに成功し、測定誤差としてλ/６０（ｒｍｓ:平
方根平均自乗誤差）以下を得ている。
の波長λを１／１２００nmずつ変化させる毎に撮像装置
により記録した６０枚の干渉縞画像を解析処理すること
により、表面からの直接反射光が作るノイズ信号を除去
することに成功し、測定誤差としてλ/６０（ｒｍｓ:平
方根平均自乗誤差）以下を得ている。
【０００７】しかしながら、光学ガラスを用いた平行平
板に要求される仕様は、最近ではλ/１００にも達して
おり、測定感度不足に陥っている。また、半導体ウェー
ハなどでは、反射率が２５％程度に達する場合も珍しく
なく、このような高反射率の平行平板測定では、この方
法による測定誤差はλ/１０（ｒｍｓ誤差）程度が得ら
れる。このため０．１μｍ以下の加工精度を問題とする
半導体製造に当たっては、測定感度が大幅に不足してい
る。
板に要求される仕様は、最近ではλ/１００にも達して
おり、測定感度不足に陥っている。また、半導体ウェー
ハなどでは、反射率が２５％程度に達する場合も珍しく
なく、このような高反射率の平行平板測定では、この方
法による測定誤差はλ/１０（ｒｍｓ誤差）程度が得ら
れる。このため０．１μｍ以下の加工精度を問題とする
半導体製造に当たっては、測定感度が大幅に不足してい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】現在までの技術では、
平行平板の光学的厚さ不均一および表面形状の同時測定
の最高測定精度は、文献１の方法によりλ/６０（ｒｍ
ｓ:平方根平均自乗誤差）が得られている。しかしなが
らこの精度では、光学ガラスあるいは半導体ウェーハの
製造・検査に当たっては、測定精度が不足している。
平行平板の光学的厚さ不均一および表面形状の同時測定
の最高測定精度は、文献１の方法によりλ/６０（ｒｍ
ｓ:平方根平均自乗誤差）が得られている。しかしなが
らこの精度では、光学ガラスあるいは半導体ウェーハの
製造・検査に当たっては、測定精度が不足している。
【０００９】本発明では波長可変の単色光源で平行平板
を照明し、平板からの反射光と別に用意した参照面から
の反射光を統合して得られる１９枚の干渉縞画像を解析
する新しい方法により、前記の問題である平板の光学的
厚さおよび表面形状の測定誤差として従来の３倍以上で
あるλ/２００以下（ｒｍｓ誤差）を実現することを目
的としている。また副次的に、得られた光学的厚さから
表面形状を引き算することで、平板の裏面形状を測定す
ることも目的とする。
を照明し、平板からの反射光と別に用意した参照面から
の反射光を統合して得られる１９枚の干渉縞画像を解析
する新しい方法により、前記の問題である平板の光学的
厚さおよび表面形状の測定誤差として従来の３倍以上で
あるλ/２００以下（ｒｍｓ誤差）を実現することを目
的としている。また副次的に、得られた光学的厚さから
表面形状を引き算することで、平板の裏面形状を測定す
ることも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は上
記課題を解決するため、透明平行平板の表面の各位置で
の光学的厚さ不均一を測定する方法において、出力光が
平行平板を透過するコヒーレントでその中心波長λを時
間的に変化させ得る照明光源と、該照明光源からの光束
を平行光束とした後、参照面上および被測定平板表面上
に導く光学系と、前記参照面と前記被測定平板表面との
光軸上での距離Ｌと前記被測定平板の光学的厚さｎＴの
比が、およそＬ＝ｎＴ/３を満たすように距離Ｌを設定
する装置と、該被測定平板表面および裏面からの光束の
光干渉により得られた干渉縞情報を撮像し、そのとき前
記出力光の波長λを変化させて、該被測定平板表面およ
び参照面からの反射光束の位相差がおよそπ/６ずつ変
化する毎に、連続的に１９画像撮像する撮像手段とを備
えた干渉計装置において、該撮像して得られた１９枚の
干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，ｙ）,Ｉ−８（ｘ，ｙ）,
…,Ｉ０（ｘ，ｙ）,Ｉ１（ｘ，ｙ）,…,Ｉ９（ｘ，ｙ）
に対して、数値式（２）を用いた下式（１）に基づく演
算処理を施して被測定平板の光学的厚さの不均一に関す
る位相情報ψ ２（ｘ、ｙ）を求め、数式（３）によって
該被測定平板の各位置での厚さ不均一を測定することを
特徴とする干渉縞解析方法としたものである。式（１）
記課題を解決するため、透明平行平板の表面の各位置で
の光学的厚さ不均一を測定する方法において、出力光が
平行平板を透過するコヒーレントでその中心波長λを時
間的に変化させ得る照明光源と、該照明光源からの光束
を平行光束とした後、参照面上および被測定平板表面上
に導く光学系と、前記参照面と前記被測定平板表面との
光軸上での距離Ｌと前記被測定平板の光学的厚さｎＴの
比が、およそＬ＝ｎＴ/３を満たすように距離Ｌを設定
する装置と、該被測定平板表面および裏面からの光束の
光干渉により得られた干渉縞情報を撮像し、そのとき前
記出力光の波長λを変化させて、該被測定平板表面およ
び参照面からの反射光束の位相差がおよそπ/６ずつ変
化する毎に、連続的に１９画像撮像する撮像手段とを備
えた干渉計装置において、該撮像して得られた１９枚の
干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，ｙ）,Ｉ−８（ｘ，ｙ）,
…,Ｉ０（ｘ，ｙ）,Ｉ１（ｘ，ｙ）,…,Ｉ９（ｘ，ｙ）
に対して、数値式（２）を用いた下式（１）に基づく演
算処理を施して被測定平板の光学的厚さの不均一に関す
る位相情報ψ ２（ｘ、ｙ）を求め、数式（３）によって
該被測定平板の各位置での厚さ不均一を測定することを
特徴とする干渉縞解析方法としたものである。式（１）
【数７】
ここで定数ａｒ，ｂｒは以下の値とする。式（２）
【数８】
式（３）
【数９】
【００１１】また、請求項２に係る発明は、透明平行平
板の表面の各位置での裏面の高さを測定する方法におい
て、出力光が平行平板を透過するコヒーレントでその中
心波長λを時間的に変化させ得る照明光源と、該照明光
源からの光束を平行光束とした後、参照面上および被測
定平板表面上に導く光学系と、前記参照面と前記被測定
平板表面との光軸上での距離Ｌと前記被測定平板の光学
的厚さｎＴの比が、およそＬ＝ｎＴ/３を満たすように
距離Ｌを設定する装置と、該被測定平板表面および裏面
からの光束の光干渉により得られた干渉縞情報を撮像
し、そのとき前記出力光の波長λを変化させて、該被測
定平板表面および参照面からの反射光束の位相差がおよ
そπ/６ずつ変化する毎に、連続的に１９画像撮像する
撮像手段とを備えた干渉計装置において、撮像して得ら
れた１９枚の干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，ｙ）,Ｉ−８
（ｘ，ｙ）, …,Ｉ０（ｘ，ｙ）,Ｉ１（ｘ，ｙ）,…,Ｉ
９（ｘ，ｙ）に対して、数値式（５）を用いた下式
（４）に基づく演算処理を施して被測定平板の第一面の
高さに関する位相情報ψ１（ｘ、ｙ）を求めた後、数式
（６）によって該被測定平板の各位置での裏面の高さを
測定することを特徴とする干渉縞解析方法。式（４）
板の表面の各位置での裏面の高さを測定する方法におい
て、出力光が平行平板を透過するコヒーレントでその中
心波長λを時間的に変化させ得る照明光源と、該照明光
源からの光束を平行光束とした後、参照面上および被測
定平板表面上に導く光学系と、前記参照面と前記被測定
平板表面との光軸上での距離Ｌと前記被測定平板の光学
的厚さｎＴの比が、およそＬ＝ｎＴ/３を満たすように
距離Ｌを設定する装置と、該被測定平板表面および裏面
からの光束の光干渉により得られた干渉縞情報を撮像
し、そのとき前記出力光の波長λを変化させて、該被測
定平板表面および参照面からの反射光束の位相差がおよ
そπ/６ずつ変化する毎に、連続的に１９画像撮像する
撮像手段とを備えた干渉計装置において、撮像して得ら
れた１９枚の干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，ｙ）,Ｉ−８
（ｘ，ｙ）, …,Ｉ０（ｘ，ｙ）,Ｉ１（ｘ，ｙ）,…,Ｉ
９（ｘ，ｙ）に対して、数値式（５）を用いた下式
（４）に基づく演算処理を施して被測定平板の第一面の
高さに関する位相情報ψ１（ｘ、ｙ）を求めた後、数式
（６）によって該被測定平板の各位置での裏面の高さを
測定することを特徴とする干渉縞解析方法。式（４）
【数１０】
ここで定数ａｒ，ｂｒは以下の値とする。式（５）
【数１１】
式（６）
【数１２】
【００１２】また、請求項３に係る発明は、前記干渉計
装置がフィゾー型干渉計であり、被測定平行平板表面か
らの測定光とからの参照光との位相差をおよそπ/６ず
つずらして１９枚の画像を撮像する手段を備えている請
求項１または請求項２記載の干渉縞解析方法としたもの
である。
装置がフィゾー型干渉計であり、被測定平行平板表面か
らの測定光とからの参照光との位相差をおよそπ/６ず
つずらして１９枚の画像を撮像する手段を備えている請
求項１または請求項２記載の干渉縞解析方法としたもの
である。
【００１３】また、請求項４に係る発明は、前記干渉計
装置がミラウ型干渉計であり、被測定平行平板表面から
の測定光と前記参照面からの参照光との位相差をおよそ
π/６ずつずらして１９枚の画像を撮像する手段を備え
たことを特徴とする請求項１または請求項２記載の干渉
縞解析方法としたものである。
装置がミラウ型干渉計であり、被測定平行平板表面から
の測定光と前記参照面からの参照光との位相差をおよそ
π/６ずつずらして１９枚の画像を撮像する手段を備え
たことを特徴とする請求項１または請求項２記載の干渉
縞解析方法としたものである。
【００１４】また、請求項５に係る発明は、前記平行平
板が半導体ウェーハであり、照明光源が赤外波長光源で
ある場合に、被測定ウェーハ表面からの測定光と前記参
照面からの参照光との位相差をおよそπ/6ずつずらして
１９枚の画像を撮像する手段を備えていることを特徴と
する請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の干渉
縞解析方法としたのもである。
板が半導体ウェーハであり、照明光源が赤外波長光源で
ある場合に、被測定ウェーハ表面からの測定光と前記参
照面からの参照光との位相差をおよそπ/6ずつずらして
１９枚の画像を撮像する手段を備えていることを特徴と
する請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の干渉
縞解析方法としたのもである。
【００１５】また、請求項６に係る発明は、前記平行平
板が薄ガラス板にはさまれた透明液体であり、ガラス表
面からの測定光と前記参照面からの参照光との位相差を
およそπ/６ずつずらして１９枚の画像を撮像する手段
を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の
いずれか一つに記載の干渉縞解析方法としたものであ
る。
板が薄ガラス板にはさまれた透明液体であり、ガラス表
面からの測定光と前記参照面からの参照光との位相差を
およそπ/６ずつずらして１９枚の画像を撮像する手段
を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の
いずれか一つに記載の干渉縞解析方法としたものであ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明について、透明平行平板の
干渉縞解析方法の具体的な例を述べる前に、本発明によ
って上記課題を解決することができる原理について説明
する。図１の干渉計において出力光の波長λを時間的に
変化させたとき、光束の光干渉により形成され時刻ｔに
撮像装置に記録される干渉縞強度は、次式で表される。
干渉縞解析方法の具体的な例を述べる前に、本発明によ
って上記課題を解決することができる原理について説明
する。図１の干渉計において出力光の波長λを時間的に
変化させたとき、光束の光干渉により形成され時刻ｔに
撮像装置に記録される干渉縞強度は、次式で表される。
【数１３】
【００１７】参照面と平行平板の表面（測定面）の間隔
をＬとして波長が単位時間にδλ変化するとして、変調
周波数は、
をＬとして波長が単位時間にδλ変化するとして、変調
周波数は、
【数１４】
で表される。位相値ψ１が平板表面の形状を表す位相情
報であり、位相値ψ２が平板の光学的厚さを表す位相情
報である。振幅ｓｋを含む項は裏面反射や３回多重反射
により発生したノイズ項である。図２に平行平板の光学
的厚さがｎＴ＝３Ｌのときの信号およびノイズの周波数
スペクトルＪ(ν)を表す。
報であり、位相値ψ２が平板の光学的厚さを表す位相情
報である。振幅ｓｋを含む項は裏面反射や３回多重反射
により発生したノイズ項である。図２に平行平板の光学
的厚さがｎＴ＝３Ｌのときの信号およびノイズの周波数
スペクトルＪ(ν)を表す。
【００１８】光源波長をλ２/２４Ｌずつ変化させ、測
定平板表面（第一面）および参照面からの反射光束の位
相差がおよそπ/６ずつ変化する毎に干渉縞画像を取り
込み、数式５のパラメータ値を用いた数式４で位相情報
を解析した結果は次式で表される。
定平板表面（第一面）および参照面からの反射光束の位
相差がおよそπ/６ずつ変化する毎に干渉縞画像を取り
込み、数式５のパラメータ値を用いた数式４で位相情報
を解析した結果は次式で表される。
【数１５】
【００１９】数式１５の右辺第一項が、平板表面の高さ
情報に関する位相値、第二項は誤差項である。ここで関
数Ｆは、数式５の値を用いた次式で表される。
情報に関する位相値、第二項は誤差項である。ここで関
数Ｆは、数式５の値を用いた次式で表される。
【数１６】
【００２０】さらに数式２のパラメータ値を用いた数式
１で位相情報を解析した結果は次式で表される。
１で位相情報を解析した結果は次式で表される。
【数１７】
数式１７の右辺第一項が平板の光学的厚さに関する位相
値、第二項は誤差項である。ここで関数Ｆは、数式２の
値を用いた次式で表される。
値、第二項は誤差項である。ここで関数Ｆは、数式２の
値を用いた次式で表される。
【数１８】
【００２１】被測定平行平板の光学的厚さがおよそＬ＝
ｎＴ/３である時に、図２の周波数スペクトル Ｊ(ν)
を求め、数式１０の解析パラメータａｒ，ｂｒを、数式
１５の右辺第二項誤差項を最小化するように決定する。
このようにして解析パラメータａｒ，ｂｒが数式５のよ
うに決定される。
ｎＴ/３である時に、図２の周波数スペクトル Ｊ(ν)
を求め、数式１０の解析パラメータａｒ，ｂｒを、数式
１５の右辺第二項誤差項を最小化するように決定する。
このようにして解析パラメータａｒ，ｂｒが数式５のよ
うに決定される。
【００２２】同様に被測定平行平板の光学的厚さがおよ
そＬ＝ｎＴ/３である時に、図２の周波数スペクトルＪ
(ν)を求め、数式１２の解析パラメータａｒ，ｂｒを、
数式１７の右辺第二項誤差項を最小化するように決定す
る。このようにして解析パラメータａｒ，ｂｒが数式２
のように決定される。
そＬ＝ｎＴ/３である時に、図２の周波数スペクトルＪ
(ν)を求め、数式１２の解析パラメータａｒ，ｂｒを、
数式１７の右辺第二項誤差項を最小化するように決定す
る。このようにして解析パラメータａｒ，ｂｒが数式２
のように決定される。
【００２３】図３にこの解析法を採用した場合の位相値
ψ２のｒｍｓ誤差を示す。ここで透明平行平板の表面反
射率は４％および２５％を仮定している。今回の方法に
より、反射率２５％程度の被測定平行平板の光学的厚さ
が２．５９Ｌ＜ｎＴ＜３．１５Ｌの範囲にある場合は、
ｒｍｓ誤差の大きさはλ/２００以下であり、従来法１
の最高値（平板の反射率４％の時にｒｍｓ誤差でλ/６
０、また２５％の時にλ/１０）よりも優れていること
がわかる。
ψ２のｒｍｓ誤差を示す。ここで透明平行平板の表面反
射率は４％および２５％を仮定している。今回の方法に
より、反射率２５％程度の被測定平行平板の光学的厚さ
が２．５９Ｌ＜ｎＴ＜３．１５Ｌの範囲にある場合は、
ｒｍｓ誤差の大きさはλ/２００以下であり、従来法１
の最高値（平板の反射率４％の時にｒｍｓ誤差でλ/６
０、また２５％の時にλ/１０）よりも優れていること
がわかる。
【００２４】また反射率４％程度の光学ガラス等を材質
とする被測定平行平板の光学的厚さが２．６７Ｌ＜ｎＴ
＜３．２６Ｌの範囲である時にも、最高測定精度である
λ/２００を実現することが証明される。
とする被測定平行平板の光学的厚さが２．６７Ｌ＜ｎＴ
＜３．２６Ｌの範囲である時にも、最高測定精度である
λ/２００を実現することが証明される。
【００２５】図４にこの解析法を採用した場合の位相値
ψ１のｒｍｓ誤差を示す。ここで透明平行平板の表面反
射率は４％および２５％を仮定している。今回の方法に
より、反射率がいずれの場合も被測定平行平板の光学的
厚さが２．６Ｌ＜ｎＴ＜４．２Ｌの範囲にある場合は、
ｒｍｓ誤差の大きさはλ/２００以下であり、従来法１
の最高値（平板の反射率４％の時にｒｍｓ誤差でλ/６
０、また２５％の時にλ/１０）よりも優れていること
がわかる。
ψ１のｒｍｓ誤差を示す。ここで透明平行平板の表面反
射率は４％および２５％を仮定している。今回の方法に
より、反射率がいずれの場合も被測定平行平板の光学的
厚さが２．６Ｌ＜ｎＴ＜４．２Ｌの範囲にある場合は、
ｒｍｓ誤差の大きさはλ/２００以下であり、従来法１
の最高値（平板の反射率４％の時にｒｍｓ誤差でλ/６
０、また２５％の時にλ/１０）よりも優れていること
がわかる。
【００２６】次に、本発明の一実施形態に係る干渉縞解
析方法について図面を参照しつつ説明する。図１は、本
実施形態に係る干渉縞解析方法を実施するためのフィゾ
ー型干渉計装置を示すものである。
析方法について図面を参照しつつ説明する。図１は、本
実施形態に係る干渉縞解析方法を実施するためのフィゾ
ー型干渉計装置を示すものである。
【００２７】このフィゾー型干渉計装置において、出力
光の波長λを可変とし得るレーザダイオード等の単色の
波長可変レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、コ
リメータレンズ１２（入射面を３、出射面を４により示
す）によって平行光束とされ、基準板１３の基準面１お
よび被測定平行平板１４の表面（第一面）２に入射す
る。基準面１で反射された光束と被測定平板の表面２お
よび裏面３で反射された光束は互いに干渉しつつ光路を
逆行し、半透鏡１５で反射され、ＣＣＤカメラ１６の撮
像面上に被測定平板面２および３の位相情報を有する干
渉縞を形成する。
光の波長λを可変とし得るレーザダイオード等の単色の
波長可変レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、コ
リメータレンズ１２（入射面を３、出射面を４により示
す）によって平行光束とされ、基準板１３の基準面１お
よび被測定平行平板１４の表面（第一面）２に入射す
る。基準面１で反射された光束と被測定平板の表面２お
よび裏面３で反射された光束は互いに干渉しつつ光路を
逆行し、半透鏡１５で反射され、ＣＣＤカメラ１６の撮
像面上に被測定平板面２および３の位相情報を有する干
渉縞を形成する。
【００２８】ここで得られた干渉縞画像情報は演算装置
１７において所定の演算処理が施され、有効かつ高精度
な干渉縞解析がなされる。このような波長可変レーザ光
源１１を用いた干渉計装置においては、平板面２及び３
からの反射光が平板の光学的厚さ情報を担った干渉縞を
生成するほかに、基準面及び平板表面２からの反射光が
生成する表面２の高さ情報を持つ干渉縞、基準面及び平
板裏面３からの反射光が生成するノイズ縞、参照面、平
板面２，３の間で合計３回反射した反射光と基準面１及
び平板面２，３からの反射光とで生成されるノイズ縞が
発生し、従来の測定ではこれらのノイズ縞が重なって解
析されてしまい、測定精度を低下させる原因となってい
た。
１７において所定の演算処理が施され、有効かつ高精度
な干渉縞解析がなされる。このような波長可変レーザ光
源１１を用いた干渉計装置においては、平板面２及び３
からの反射光が平板の光学的厚さ情報を担った干渉縞を
生成するほかに、基準面及び平板表面２からの反射光が
生成する表面２の高さ情報を持つ干渉縞、基準面及び平
板裏面３からの反射光が生成するノイズ縞、参照面、平
板面２，３の間で合計３回反射した反射光と基準面１及
び平板面２，３からの反射光とで生成されるノイズ縞が
発生し、従来の測定ではこれらのノイズ縞が重なって解
析されてしまい、測定精度を低下させる原因となってい
た。
【００２９】本実施形態においては、基準面１、被測定
平板面２の間隔を平板の光学的厚さから算出される所定
値付近に設定するとともに、得られた干渉縞画像データ
に対し、上記演算装置１７において前述した演算処理を
施し、上記ノイズを除去するようにしている。
平板面２の間隔を平板の光学的厚さから算出される所定
値付近に設定するとともに、得られた干渉縞画像データ
に対し、上記演算装置１７において前述した演算処理を
施し、上記ノイズを除去するようにしている。
【００３０】ここで、上記方法において具体的数値を示
す。被測定平板１４の厚さＴを１．６mm、光源１１の波
長の光に対する平板の屈折率ｎを３とすると、基準面と
平板表面２の間の距離Ｌを１．６mmに設定すればよい。
数式（１）で示される位相シフトアルゴリズムに用いら
れる１９枚の画像のデータとしては、具体的には、上記
波長可変レーザ光源１１の中心波長λを1.5μｍとし
て、その波長を振幅０．０５８６nm（λ２/２４Ｌ）ず
つずらし、順次、ＣＣＤカメラ１６で撮像した１９枚の
干渉縞画像データＩｒ（ｘ、ｙ）を用いる。
す。被測定平板１４の厚さＴを１．６mm、光源１１の波
長の光に対する平板の屈折率ｎを３とすると、基準面と
平板表面２の間の距離Ｌを１．６mmに設定すればよい。
数式（１）で示される位相シフトアルゴリズムに用いら
れる１９枚の画像のデータとしては、具体的には、上記
波長可変レーザ光源１１の中心波長λを1.5μｍとし
て、その波長を振幅０．０５８６nm（λ２/２４Ｌ）ず
つずらし、順次、ＣＣＤカメラ１６で撮像した１９枚の
干渉縞画像データＩｒ（ｘ、ｙ）を用いる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の干渉縞解
析方法によれば、透明平行平板の光学的厚さ及び表面形
状に関する情報を、波長可変型レーザを観察用光源とし
た干渉計装置により非接触で同時に測定することが可能
である。これにより光学要素製造技術、半導体ウェーハ
加工技術の定量的で信頼性の高い評価ができる。
析方法によれば、透明平行平板の光学的厚さ及び表面形
状に関する情報を、波長可変型レーザを観察用光源とし
た干渉計装置により非接触で同時に測定することが可能
である。これにより光学要素製造技術、半導体ウェーハ
加工技術の定量的で信頼性の高い評価ができる。
【図１】本発明の干渉縞解析法を実施するための干渉計
装置を示す概略図である。
装置を示す概略図である。
【図２】撮像装置に入力する干渉縞信号のある位置にお
ける周波数スペクトルを示す説明図である。
ける周波数スペクトルを示す説明図である。
【図３】本発明の１９画像干渉縞解析法を用いて、フィ
ゾー型干渉計で透明平行平板の厚さ不均一を測定した場
合の測定誤差（rms値）を示すグラフである。
ゾー型干渉計で透明平行平板の厚さ不均一を測定した場
合の測定誤差（rms値）を示すグラフである。
【図４】本発明の１９画像干渉縞解析法を用いて、フィ
ゾー型干渉計で透明平行平板の表面（第一面）形状を測
定した場合の測定誤差（rms値）を示すグラフである。
ゾー型干渉計で透明平行平板の表面（第一面）形状を測
定した場合の測定誤差（rms値）を示すグラフである。
１ 参照面
２ 被測定平行平板表面（第一面）
３ 平行平板裏面（第二面）
１１ 波長可変レーザー光源
１２ コリメータレンズ
１３ 基準板
１４ 平行平板
１５ 半透鏡
１６ 撮像装置
１７ 演算装置
Claims (6)
- 【請求項１】 透明平行平板の表面の各位置での光学的
厚さ不均一を測定する方法において、 出力光が平行平板を透過するコヒーレントでその中心波
長λを時間的に変化させ得る照明光源と、 該照明光源からの光束を平行光束とした後、参照面上お
よび被測定平板表面上に導く光学系と、 前記参照面と前記被測定平板表面との光軸上での距離Ｌ
と前記被測定平板の光学的厚さｎＴの比が、およそＬ＝
ｎＴ/３を満たすように距離Ｌを設定する装置と、 該被測定平板表面および裏面からの光束の光干渉により
得られた干渉縞情報を撮像し、そのとき前記出力光の波
長λを変化させて、該被測定平板表面および参照面から
の反射光束の位相差がおよそπ/６ずつ変化する毎に、
連続的に１９画像撮像する撮像手段とを備えた干渉計装
置において、 該撮像して得られた１９枚の干渉縞画像情報Ｉ
−９（ｘ，ｙ）,Ｉ−８（ｘ，ｙ）, …,Ｉ０（ｘ，
ｙ）,Ｉ１（ｘ，ｙ）,…,Ｉ９（ｘ，ｙ）に対して、数
値式（２）を用いた下式（１）に基づく演算処理を施し
て被測定平板の光学的厚さの不均一に関する位相情報ψ
２（ｘ、ｙ）を求め、数式（３）によって該被測定平板
の各位置での厚さ不均一を測定することを特徴とする干
渉縞解析方法。式（１） 【数１】 ここで定数ａｒ，ｂｒは以下の値とする。式（２） 【数２】 式（３） 【数３】 - 【請求項２】 透明平行平板の表面の各位置での裏面の
高さを測定する方法において、 出力光が平行平板を透過するコヒーレントでその中心波
長λを時間的に変化させ得る照明光源と、 該照明光源からの光束を平行光束とした後、参照面上お
よび被測定平板表面上に導く光学系と、 前記参照面と前記被測定平板表面との光軸上での距離Ｌ
と前記被測定平板の光学的厚さｎＴの比が、およそＬ＝
ｎＴ/３を満たすように距離Ｌを設定する装置と、 該被測定平板表面および裏面からの光束の光干渉により
得られた干渉縞情報を撮像し、そのとき前記出力光の波
長λを変化させて、該被測定平板表面および参照面から
の反射光束の位相差がおよそπ/６ずつ変化する毎に、
連続的に１９画像撮像する撮像手段とを備えた干渉計装
置において、 撮像して得られた１９枚の干渉縞画像情報Ｉ−９（ｘ，
ｙ）,Ｉ−８（ｘ，ｙ）, …,Ｉ０（ｘ，ｙ）,Ｉ
１（ｘ，ｙ）,…,Ｉ９（ｘ，ｙ）に対して、数値式
（５）を用いた下式（４）に基づく演算処理を施して被
測定平板の第一面の高さに関する位相情報ψ１（ｘ、
ｙ）を求めた後、数式（６）によって該被測定平板の各
位置での裏面の高さを測定することを特徴とする干渉縞
解析方法。式（４） 【数４】 ここで定数ａｒ，ｂｒは以下の値とする。式（５） 【数５】 式（６） 【数６】 - 【請求項３】 前記干渉計装置がフィゾー型干渉計であ
り、被測定平行平板表面からの測定光とからの参照光と
の位相差をおよそπ/６ずつずらして１９枚の画像を撮
像する手段を備えている請求項１または請求項２記載の
干渉縞解析方法。 - 【請求項４】 前記干渉計装置がミラウ型干渉計であ
り、被測定平行平板表面からの測定光と前記参照面から
の参照光との位相差をおよそπ/６ずつずらして１９枚
の画像を撮像する手段を備えたことを特徴とする請求項
１または請求項２記載の干渉縞解析方法。 - 【請求項５】 前記平行平板が半導体ウェーハであり、
照明光源が赤外波長光源である場合に、被測定ウェーハ
表面からの測定光と前記参照面からの参照光との位相差
をおよそπ/6ずつずらして１９枚の画像を撮像する手段
を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の
いずれか一つに記載の干渉縞解析方法。 - 【請求項６】 前記平行平板が薄ガラス板にはさまれた
透明液体であり、ガラス表面からの測定光と前記参照面
からの参照光との位相差をおよそπ/６ずつずらして１
９枚の画像を撮像する手段を備えていることを特徴とす
る請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の干渉縞
解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001332363A JP3632078B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 透明平行平板の表面形状測定および厚さ不均一測定のための干渉縞解析法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001332363A JP3632078B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 透明平行平板の表面形状測定および厚さ不均一測定のための干渉縞解析法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139511A true JP2003139511A (ja) | 2003-05-14 |
| JP3632078B2 JP3632078B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=19147787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001332363A Expired - Lifetime JP3632078B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 透明平行平板の表面形状測定および厚さ不均一測定のための干渉縞解析法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3632078B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005106824A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | General Electric Co <Ge> | 内部特徴を再構成する方法及び装置 |
| JP2006266958A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Tosoh Corp | 平板の厚みムラ測定方法および装置 |
| JP2016169959A (ja) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | 株式会社溝尻光学工業所 | 透明板の形状測定方法および形状測定装置 |
| JP2018004442A (ja) * | 2016-07-01 | 2018-01-11 | 株式会社溝尻光学工業所 | 透明板の形状測定方法および形状測定装置 |
| CN114636382A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-06-17 | 上海大学 | 一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9384540B2 (en) | 2013-12-03 | 2016-07-05 | Sunedison Semiconductor Limited (Uen201334164H) | Systems and methods for interferometric phase measurement |
-
2001
- 2001-10-30 JP JP2001332363A patent/JP3632078B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JP2005106824A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | General Electric Co <Ge> | 内部特徴を再構成する方法及び装置 |
| JP2006266958A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Tosoh Corp | 平板の厚みムラ測定方法および装置 |
| JP4559271B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2010-10-06 | 東ソー株式会社 | 平板の厚みムラ測定方法および装置 |
| JP2016169959A (ja) * | 2015-03-11 | 2016-09-23 | 株式会社溝尻光学工業所 | 透明板の形状測定方法および形状測定装置 |
| JP2018004442A (ja) * | 2016-07-01 | 2018-01-11 | 株式会社溝尻光学工業所 | 透明板の形状測定方法および形状測定装置 |
| CN114636382A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-06-17 | 上海大学 | 一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统 |
| CN114636382B (zh) * | 2021-10-20 | 2024-03-19 | 上海大学 | 一种用于透明平行平板在任意测量位置下的四表面干涉测量方法及夹具导轨系统 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3632078B2 (ja) | 2005-03-23 |
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