JP2003329422A - 形状測定装置 - Google Patents
形状測定装置Info
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Abstract
に,被測定物の振動の影響を受けない高精度な形状測定
を行うこと。 【解決手段】 偏光ビームスプリッタ11(PBS)に
より照射光をウェハ1の主面1a及び主面側の参照面1
4aのそれぞれに照射するよう分光するとともに,それ
らの反射光である測定光と参照光とを重ね合わせた干渉
光を,プリズム30等によりウェハ1の裏面側へ導き,
その干渉光に含まれる測定光及び参照光それぞれを,裏
面側のPBS21によって,ウェハ1の裏面1b及び裏
面側の参照面24aそれぞれへ分光し,それらの反射光
それぞれを重ね合わせた干渉光を,干渉画像を検出する
ための受光器40に出射する。
Description
被測定物の表面及び所定の参照面からの各反射光を含む
干渉光に基づいて被測定物の表面形状を測定する形状測
定装置に関するものである。
例,以下,ウェハという)の形状測定において,干渉計
を用いた形状測定装置が普及している。これは,2つに
分岐された一方の光線を被測定物の表面に反射させた反
射光である測定光と,もう一方の光線を所定の参照面に
反射させた反射光である参照光とを含む干渉光に基づい
て,該干渉光により形成される干渉画像から被測定物の
表面形状(表面高さの分布)を求めるものである。これ
により,非接触でウェハの表面形状を測定できるので,
触針式の形状計で測定する場合のように,ウェハ表面に
傷等を生じさせることなくその表面形状を測定できる。
ウェハの形状測定では,その表面全体に渡る形状を測定
する必要があるため,一般に,ウェハ周辺のエッジ部を
支持(通常は3点指示)した状態で測定がなされる。
のような薄板状(例えば,厚みが1mm未満)の被測定
物をそのエッジ部のみで支持した場合,わずかな風圧や
他の機械の振動等によってウェハが振動する。この振動
は,非常に高い測定精度(例えば,誤差20nm以下)
が要求されるウェハの形状測定においては,無視できな
い振幅の振動となる。このようなウェハの振動を防止す
るため,特開2000−5640号公報には,透明な剛
体をウェハに近接して配置することにより,ウェハの振
動を抑制する方法が示されている。しかし,この方法で
は,透明な剛体を光路に挿入することによって干渉光に
乱れが生じるおそれがあるという問題点があった。ま
た,別の方法として,例えば,干渉画像の一部の画素の
輝度に着目し,その画素の輝度が一定となるようにウェ
ハの上下位置をフィードバック制御することも考えられ
る。しかしながら,干渉画像を取り込む一般的なCCD
カメラの画像取り込み周期は1/30秒であるが,ウェ
ハの振動周期は100Hz以上となることも考えられ,
この場合には制御できないという問題点があった。ま
た,高速カメラやフォトダイオード等の高速な受光手
段,及びピエゾ素子等の制御手段を設けると,装置が複
雑かつ高価となってしまうという問題点もあった。従っ
て,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,そ
の目的とするところは,干渉光に乱れを生じさせること
なくかつ簡易に,被測定物の振動の影響を受けない高精
度な形状測定を行える形状測定装置を提供することにあ
る。
に本発明は,所定の光線を被測定物の主面及び該主面側
の参照面のそれぞれに照射するよう分岐させる主面側光
分岐手段と,前記主面側光分岐手段により分岐された各
光線の反射光である測定光及び参照光を重ね合わせた第
1の干渉光を出射する第1の干渉光重合手段と,前記第
1の干渉光を前記被測定物の裏面側へ導く干渉光導光手
段と,前記被測定物の裏面側へ導かれた前記第1の干渉
光に含まれる前記測定光及び記参照光のそれぞれを,前
記被測定物の主面に対応する裏面及び該裏面側の参照面
それぞれに照射するよう分岐させる裏面側光分岐手段
と,前記裏面側光分岐手段により分岐された各光線の反
射光である測定光及び参照光を重ね合わせた第2の干渉
光を所定の干渉光受光手段に出射する第2の干渉光重合
手段と,を具備してなることを特徴とする形状測定装置
である。これにより,1つの光線を用いて被測定物の主
面及びこれに対応する裏面を同時に測定できるので,振
動によって生じる被測定物の変位分が主面側と裏面側と
で相殺され,被測定物の振動の影響を受けずに高精度な
形状測定が行える。
1の干渉光重合手段と,前記裏面側光分岐手段及び前記
第2の干渉光重合手段との一方又は両方が偏光ビームス
プリッタにより構成されたものが考えられる。これによ
り,前記主面側の前記偏光ビームスプリッタによって,
それぞれ異なる偏光特性を有する前記測定光と前記参照
光とに分岐,及びそれらの重ね合わせが行われ,さらに
このように重ね合わされた干渉光が,前記裏面側の前記
偏光ビームスプリッタによって,再度,前記測定光及び
前記干渉光それぞれの変更特性の違いによって分岐さ
れ,再度それらの重ね合わせが行われる。また,前記干
渉光導光手段としては,例えば,三角プリズム,ミラ
ー,光ファイバのいずれかにより構成されてなるものが
考えられる。
発明の実施の形態及び実施例について説明し,本発明の
理解に供する。尚,以下の実施の形態及び実施例は,本
発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を
限定する性格のものではない。ここに,図1は本発明の
実施の形態に係る形状測定装置Xの構成図である。
に係る形状測定装置Xについて説明する。図1に示すよ
うに形状測定装置Xは,被測定物の一例であるウェハ1
(シリコンウェハ等)の一方の面1a(以下,主面とい
う)と,これに対応する反対面である裏面1bとの表面
形状を測定するものである。ここで,前記ウェハ1の一
方の面を前記主面1a,その反対面を前記裏面1bとし
ているが,これは便宜上そのように称するものであり,
前記ウェハ1の特定の面を意味するものではない。前記
ウェハ1の主面1a側及び裏面1b側それぞれには,偏
光ビームスプリッタ11,21(以下,PBSという)
と,2つの1/4波長板(12,13),(22,2
3)と,所定の参照面14a(反射面)を有するミラー
等である参照板14,24とが対称に配置されている。
さらに,前記ウェハ1の一方のエッジ側(側面側)に
は,三角プリズム30が配置されている。前記主面側の
PBS11及び前記裏面側のPBS21は,前記ウェハ
1を挟んでそれぞれ対向するよう配置,即ち,前記ウェ
ハ1の主面1a側の測定範囲,及びこれに対応する裏面
1b側の測定範囲をそれぞれカバーするよう配置されて
いる。
光源により照射された光線(例えば,円偏光や45°偏
光等)は,前記主面側のPBS11に入射し,該主面側
のPBS11によって,前記ウェハ1の主面1aに向か
うP偏光及び前記主面側の参照面14aに向かうS偏光
の2つの光線,即ち,それぞれ異なる偏光特性を有する
光線に分岐される。そして,前記主面1aに向かうP偏
光は,前記主面1a側の一方の前記1/4波長板12を
経て円偏光となり,さらに前記主面1aに反射した反射
光が前記一方の1/4波長板12を経てS偏光となって
再び前記主面側のPBS11に戻る。このように,前記
ウェハ1表面からの反射光を以下,測定光という。一
方,前記参照面14aに向かうS偏光は,前記主面1a
側のもう一方の前記1/4波長板13を経て円偏光とな
り,さらに前記参照面14aに反射した反射光が前記も
う一方の1/4波長板13を経てP偏光となって再び前
記主面側のPBS11に戻る。このように,参照面から
の反射光を以下,参照光という。さらに,前記主面1a
側における前記測定光及び前記参照光は,前記主面側の
PBS11において重ね合わされ,さらに重ね合わされ
た干渉光(以下,第1の干渉光という)が,前記ウェハ
1の一方のエッジ側にある前記三角プリズム30の方向
へ反射される(前記主面側のPBS11が前記主面側光
分岐手段及び前記第1の干渉光重合手段の一例を構成す
る)。そして,前記三角プリズム30(前記干渉光導光
手段の一例)により,前記第1の干渉光が前記ウェハ1
の裏面1b側に導かれる。
ェハ1の裏面1b側に導かれた前記第1の干渉光は,前
記裏面側のPBS21に入射し,前記第1の干渉光に含
まれる前記測定光及び参照光それぞれが,その偏光特性
の違いによって,前記ウェハ1の裏面1bに向かうS偏
光(即ち,前記測定光)及び前記裏面側の参照面24a
に向かうP偏光(即ち,前記参照光)の2つに分岐され
る。そして,前記裏面1bに向かうS偏光は,前記裏面
1b側の一方の前記1/4波長板22を経て円偏光とな
り,さらに前記裏面1bに反射した反射光が前記一方の
1/4波長板22を経てP偏光となって再び前記裏面側
のPBS21に戻る。一方,前記参照面24aに向かう
P偏光は,前記裏面1b側のもう一方の前記1/4波長
板23を経て円偏光となり,さらに前記参照面24aに
反射した反射光が前記もう一方の1/4波長板23を経
てS偏光となって再び前記裏面側のPBS21に戻る。
さらに,これら前記裏面1a側における前記測定光及び
前記参照光は,前記裏面側のPBS21において再度重
ね合わされ,この重ね合わされた干渉光(第2の干渉
光)が干渉画像検出用の受光器40に対して出射される
(前記裏面側のPBS21が前記裏面側光分岐手段及び
前記第2の干渉光重合手段の一例を構成する)。図1に
示すように,本形状測定装置Xは,前記ウェハ1の主面
1a側及び裏面1b側それぞれにマイケルソン干渉計を
対向させて配置したものであるが,1つの光源からの光
線を用いて,表裏両面を同時測定する点において,従来
の形状測定装置と異なる。
て説明する。以下,便宜上,前記主面側のPBS11の
中央aに照射された光線の経路について説明するが,前
記主面側のPBS11のその他の位置に照射された光に
ついても同様である。まず,前記主面側のPBS11で
分岐された光線のうち,前記測定光(前記ウェハ1の表
面1a,1bに反射させる側の光)に着目すると,該測
定光は,前記主面側のPBS11の中央の位置a→前記
位置aに対応する前記ウェハ1の主面1a上の位置c→
位置a→前記三角プリズム30の所定の位置g,h→前
記裏面側のPBS21の中央の位置d→前記位置cに対
応する(反対側の)前記ウェハ1の裏面1b上の位置f
→前記位置d(即ち,a→c→a→g→h→d→f→
d)の経路をたどる。一方,前記主面側のPBS11で
分岐された光線のうち,前記参照光(前記参照面14
a,24aに反射させる側の光線)に着目すると,該参
照光は,前記位置a→前記位置aに対応する前記参照面
14a上の位置b→位置a→前記位置g,h→前記位置
d→前記位置dに対応する前記参照面24a上の位置e
→前記位置d(即ち,a→b→a→g→h→d→e→
d)の経路をたどる。ここで,前記位置a〜c間の往復
距離をd1,前記位置a〜b間の往復距離をD1,前記
位置d〜f間の往復距離をd2,前記位置d〜e間の往
復距離をD2とすると,前記測定光及び参照光の光路差
Δは,次の(1)式で表される。 Δ=(D1+D2)−(d1+d2) …(1) この光路差Δに対応する干渉縞画像が,前記受光器40
で検出された干渉光により観測される。そして,周知の
方法,即ち,前記参照板14,24(即ち,前記参照面
14a,24a)のいずれか又は両方を,例えばピエゾ
アクチュエータ等(不図示)により90°の位相(1/
8波長)ごとに4段階移動させる,或いは光の入射角を
振ることやレーザ波長掃引等によって位相シフトを行
い,それぞれの位置(位相)での干渉縞画像データに基
づいて所定のアンラップ処理を行う方法により距離(D
1+D2)を求めることができる。また,最小縞数の計
数等による方法によっても距離(D1+D2)を求める
ことができる。この距離(D1+D2)は,前記ウェハ
1表面の凹凸分だけ増減するものであり,前記ウェハ1
の厚みを表すものである。従って,本形状測定装置Xに
より,前記ウェハ1の厚み分布(表面形状)を測定する
ことができる。
cが前記主面1a側の方向にδだけ変位した場合を考え
ると,前記位置a〜c間の往復距離は(D1−2δ),
前記位置d〜f間の往復距離は(D2+2δ)となり,
変位δ分が前記主面1a側と前記裏面1b側で相殺さ
れ,前記光路差Δは前記ウェハ1に変位がない(振動が
ない)ときと変わらない。ここで,前記第1の干渉光が
前記主面1aから前記裏面1bに到達するまでの時間
は,前記ウェハ1の振動周期に比べて無視できる程度に
十分小さい(即ち,主面1aと裏面1bとが同時測定さ
れるといえる)ことはいうまでもない。また,前記ウェ
ハ1は,該ウェハ1の面に平行な方向にも振動するが,
一般にこの方向については,前記ウェハ1の振動が影響
する程の高い測定精度は要求されないため問題はない。
従って,本形状測定装置Xによれば,前記ウェハ1の振
動の影響を受けずに高精度な形状測定を行うことが可能
となる。
を前記ウェハ1の表裏両面に対向配置するものであった
が,これに限るものでなく,フィゾー干渉計や斜入射干
渉計等を用いるものであってもかまわない。また,前記
形状測定装置Xでは,前記ウェハ1の主面1a側から裏
面1b側への導光手段として三角プリズムを用いている
が,ミラーや光ファイバ等,他の手段を用いても何ら問
題はない。
1つの光を用いて被測定物の主面及びこれに対応する裏
面を同時に測定できるので,振動によって生じる被測定
物の変位分が主面側と裏面側とで相殺され,被測定物の
振動の影響を受けずに高精度な形状測定が行える。さら
に,光路に光学系以外のものを挿入することがないの
で,干渉光に乱れを生じさせることもない。また,被測
定物の振動の影響を除くための特別な制御装置や高速カ
メラ等を設ける必要がないばかりか,干渉計を被測定物
の表裏両面側に2つ設ける従来の形状測定装置に比べ,
干渉光を被測定物の表側から裏側へ導く若干の光学部材
(三角プリズム,ミラー,光ファイバ等)を追加するだ
けで,主面側の干渉計における受光器(CCDカメラ
等)を省くことができ,むしろ従来よりも構成が簡略化
され簡易かつ低コストで実現できる。
成図。
Claims (3)
- 【請求項1】 所定の光線を被測定物の主面及び該主面
側の参照面のそれぞれに照射するよう分岐させる主面側
光分岐手段と,前記主面側光分岐手段により分岐された
各光線の反射光である測定光及び参照光を重ね合わせた
第1の干渉光を出射する第1の干渉光重合手段と,前記
第1の干渉光を前記被測定物の裏面側へ導く干渉光導光
手段と,前記被測定物の裏面側へ導かれた前記第1の干
渉光に含まれる前記測定光及び記参照光のそれぞれを,
前記被測定物の主面に対応する裏面及び該裏面側の参照
面それぞれに照射するよう分岐させる裏面側光分岐手段
と,前記裏面側光分岐手段により分岐された各光線の反
射光である測定光及び参照光を重ね合わせた第2の干渉
光を所定の干渉光受光手段に出射する第2の干渉光重合
手段と,を具備してなることを特徴とする形状測定装
置。 - 【請求項2】 前記主面側光分岐手段及び前記第1の干
渉光重合手段と,前記裏面側光分岐手段及び前記第2の
干渉光重合手段との一方又は両方が偏光ビームスプリッ
タにより構成されてなる請求項1に記載の形状測定装
置。 - 【請求項3】 前記干渉光導光手段が,三角プリズム,
ミラー,光ファイバのいずれかにより構成されてなる請
求項1又は2のいずれかに記載の形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002137053A JP3964260B2 (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002137053A JP3964260B2 (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 形状測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003329422A true JP2003329422A (ja) | 2003-11-19 |
JP3964260B2 JP3964260B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=29698910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002137053A Expired - Fee Related JP3964260B2 (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3964260B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008180708A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-08-07 | Kobe Steel Ltd | 形状測定装置 |
JP2015004533A (ja) * | 2013-06-19 | 2015-01-08 | 株式会社ミツトヨ | 光学干渉計 |
JP2016038213A (ja) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | 株式会社ミツトヨ | 外形寸法測定装置及び外形寸法測定方法 |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002137053A patent/JP3964260B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008180708A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-08-07 | Kobe Steel Ltd | 形状測定装置 |
JP2015004533A (ja) * | 2013-06-19 | 2015-01-08 | 株式会社ミツトヨ | 光学干渉計 |
JP2016038213A (ja) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | 株式会社ミツトヨ | 外形寸法測定装置及び外形寸法測定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3964260B2 (ja) | 2007-08-22 |
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