JP2004069585A - Method for measuring parallelism - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光反射面間の平行度を高精度に測定する平行度測定方法に関し、例えば、基台上に間隔をおいて極薄のガラス板が配される場合のように、複数の光反射平面が存在する場合に、その平面間の平行度を測定し得る平行度測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、基台上に微小間隔をおいて極薄のガラス板が配される部材において、平行平面ガラスの表面または裏面と、基台との平行度(局所的な平行度を含むため以下の説明では平行ムラとも称する)を高精度に測定したいという要請がある。
【0003】
この種の測定は、被検面以外の面による干渉縞ノイズを排除することが求められるため、従来より、可干渉距離の短い光束を出力し得る光源を搭載したマイケルソン型等の等光路長型の干渉計装置を用いて行うことが知られている。
【0004】
このマイケルソン型等の干渉計装置による測定の一例を説明すると、この部材を被検体載設用ステージ上に、平行平面ガラスが上方に位置するようにしてセットし、まず、平行平面ガラスの表面または裏面による干渉縞が観察される位置まで該ステージを上下方向に移動して、第1の干渉縞画像を得、次に、基台による干渉縞が観察される位置まで該ステージを上下方向に移動して、第2の干渉縞画像を得、しかる後、第1の干渉縞画像と第2の干渉縞画像の各々の傾き情報の差に基づいて両者の平行ムラを測定することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような被検体載設用ステージは、干渉計装置に搭載されるものであるから、その上下移動がスムーズかつ被検体の姿勢を保持し得るように高精度に構成されてはいるものの、移動前の被検面に対して移動後の被検面がどうしても若干の傾きを有してしまう。したがって、上述した例の如く、平行平面ガラスの表面または裏面と、基台との平行ムラを高精度で測定しなければならないような場合には、被検体載設用ステージの移動に伴う被検面の傾きの変化によって精度的に満足した測定結果を得ることが困難であった。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、被検面以外の面からの干渉縞ノイズの発生を防止し得る照明光を用い、複数の光反射面間の平行度を干渉計装置により高精度に測定する際に、測定すべき被検面を所望の位置に移動させる被検体載設用ステージの移動操作に伴い被検体の姿勢が傾いても、その傾きを高精度に校正し得る平行度測定方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の平行度測定方法は、上下方向に配列された複数の光反射面からなる被検面を有する被検体をステージ上に載設し、該複数の被検面の平行度を干渉計装置を用いて測定する方法において、
干渉計装置の照明光として、前記被検面と干渉計装置の参照面の距離に依存してコントラストが変化する干渉縞を生ぜしめる第1の光束と、該被検面と該参照面の距離に依存することなく所定のコントラストの干渉縞を生ぜしめる第2の光束とを切替可能に構成しておき、
複数の前記被検面のうちから選択された第1の被検面について、前記第1の光束により干渉縞が生じる第1の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第1の干渉縞画像を得るとともに、前記複数の被検面と相対的に略平行となるように固定された傾き校正面について、前記第2の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第2の干渉縞画像を得、
この後、前記ステージを上下方向に移動させ、前記複数の被検面のうちから選択された第2の被検面について、前記第1の光束により干渉縞が生じる第2の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第3の干渉縞画像を得るとともに、前記傾き校正面について、前記第2の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第4の干渉縞画像を得、
この後、前記第2の干渉縞画像と前記第4の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、前記第1の干渉縞画像と前記第3の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正して、前記第1の被検面と前記第2の被検面との平行度を測定することを特徴とするものである。
【0008】
また、前記第1の光束を可干渉距離の短い光とし、前記第2の光束を可干渉距離の長い光とするとすることができる。
この場合には、前記干渉計装置をマイケルソン型等の等光路長型干渉計装置とする。
【0009】
また、前記第1の光束を波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光とし、前記第2の光束を波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光とすることができる。
この場合には、前記干渉計装置をフィゾー型等の不等光路長型干渉計装置とする。
【0010】
また、前記傾き校正面は、前記ステージ上に配置されたミラー面とすることができる。
【0011】
ここで、上記平行度とは、2つの光反射面の平行の程度を表すものであり、全体的な平行の程度、および局所的な平行の程度(平行ムラ)の両者の総称である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る平行度測定方法について図面を用いて説明する。
【0013】
<第1の実施形態>
図1は第1の実施形態に係る平行度測定方法を実施するための干渉計装置の構成を示す概略図である。
【0014】
図示のように、この干渉計装置100は、マイケルソン型(トワイマングリーン型)の干渉計本体10と、複数の光反射面20a〜cを有する被検体20を上下移動可能および2軸周りの傾動可能に保持する被検体ステージ30と、コンピュータ40およびモニタ50とを備えてなり、被検体20を被検体ステージ30上に保持せしめた状態で複数の光反射面20a〜cを各々被検面として干渉縞測定を行うことにより、これら複数の光反射面間の平行ムラを高精度に測定することができるように構成されている。
【0015】
なお、本実施形態における被検体20は、例えば、基台上に微小間隔をおいて厚みの薄いガラス板が配された部材であって、例えば、光反射面20aは不透光面であり、光反射面20b、cは透光面である。
【0016】
上記干渉計本体10は、可干渉距離の短いハロゲンランプ等の第1の光源11、可干渉距離の長いレーザー等の第2の光源12、これら2つの光源11、12を択一的に切り替える光束切替ミラー13、ビームエクスパンダ14、ビームスプリッタ15、反射型の基準板16、収束レンズ17、撮像レンズ18、およびCCDカメラ等の撮像装置19を備えてなる。
【0017】
干渉計本体10においては、第1の光源11または第2の光源12から出力された照明光を、ビームスプリッタ15の光束分割面15aに入射させ、該光束分割面15aにおいて透過光束と反射光束とに2分割する。そして、透過光束を基準板16に入射させてその反射光を参照光とするとともに、反射光束を被検面に入射させてその反射光を物体光とし、これら参照光および物体光の光干渉により生じる干渉縞を撮像装置19により取り込んで干渉縞画像情報を測定するようになっている。
【0018】
さらに、基準板16は、図示せぬPZT駆動回路に接続された複数のピエゾ素子(不図示)を介してPZTステージ25に支持されている。そして、干渉計装置100においては、コンピュータ40からの指示により、所定のタイミングでピエゾ素子に所定電圧を印加して該ピエゾ素子を駆動することにより基準板16を光軸方向に移動させるとともに、この移動により変化する干渉縞の画像データがCCDカメラ19からコンピュータ40に出力されるようになっている。
【0019】
また、被検体ステージ30上には、本実施形態においてポイントとなる反射ミラー26が保持されている。
【0020】
また、上述したように、可干渉距離の短い第1の光源11からの出力光と可干渉距離の長い第2の光源12からの出力光は光束切替ミラー13によって切り替えられるようになっており、光束切替ミラー13が図示される位置に配された場合には第2の光源12からの出力光が、一方、光束切替ミラー13が図示される位置から所定の退避位置(図示されていない;以下同じ)に移動した場合には第1の光源11からの出力光が各々ビームエクスパンダ14に入射するようになっている。なお、この光束切替ミラー13の移動は手動で行っても良いし、コンピュータ40のプログラムに応じて自動的に行われるようにしても良い。
【0021】
また、上記第1の光源11からの出力光は可干渉距離が短いことから、基準板16からの参照光と所定の光反射面20a〜cからの物体光が丁度等光路長となったとき、すなわち被検体ステージ30の移動範囲内の所定位置でのみ所定の光反射面20a〜cについての干渉縞が生じる。したがって、被検体ステージ30の上下方向(矢印A)の移動により、所望の光反射面20a〜cについての干渉縞が発生する状態となったときは、他の光反射面20a〜cからの干渉縞は発生せず、得られた干渉縞情報は干渉縞ノイズが排除されたものとなり、所望の光反射面20a〜cの表面形状を良好に表したものとすることが可能となる。
【0022】
一方、上記第2の光源12からの出力光は可干渉距離が長いことから、基準板16からの参照光と所定の光反射面20a〜cからの物体光が等光路長とならなくとも所定の光反射面20a〜cについての干渉縞が発生することになり、被検体ステージ30の移動範囲内の全範囲において所望とする光反射面20a〜cについての干渉縞情報を得ることが可能である。したがって、本実施形態において第2の光源12からの出力光は、上下移動する被検体ステージ30の移動に伴なって同一距離だけ移動する反射ミラー26の各位置についての干渉縞情報を得るために利用される。
【0023】
以下、上記干渉計装置100を用いた第1の実施形態に係る平行度測定方法の測定手順について説明する。
【0024】
<1>まず、光束切替ミラー13を図1に示す位置から所定の退避位置に移動して設定し、可干渉距離の短い第1の光源11からの出力光を照明光として使用する。第1の光源11からの出力光により、撮像装置19の撮像素子上に、第1の光反射面20aについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ30の上下移動操作および2軸周りの傾動操作を行う。
【0025】
<2>第1の光源11を用いて得られた、第1の光反射面20aについての干渉縞を撮像装置19により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第1の干渉縞画像情報)をコンピュータ40のメモリ(図示せず)に格納する。
【0026】
<3>次に、被検体ステージ30はそのままの状態で、光束切替ミラー13を図1に示す位置に移動させ、可干渉距離の長い第2の光源12からの出力光を照明光として使用する。
【0027】
<4>第2の光源12を用いて得られた、反射ミラー26についての干渉縞を撮像装置19により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第2の干渉縞画像情報)をコンピュータ40のメモリに格納する。
【0028】
<5>光束切替ミラー13を図1に示す位置から所定の退避位置に移動させ、可干渉距離の短い第1の光源11からの出力光を照明光として使用する。第1の光源11からの出力光により、撮像装置19の撮像素子上に、第2の光反射面20bについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ30の上下移動操作および2軸周りの傾動操作を行う。
【0029】
<6>第1の光源11を用いて得られた、第2の光反射面20bについての干渉縞を撮像装置19により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第3の干渉縞画像情報)をコンピュータ40のメモリに格納する。
【0030】
<7>次に、被検体ステージ30はそのままの状態で、光束切替ミラー13を図1に示す位置に移動させ、可干渉距離の長い第2の光源12からの出力光を照明光として使用する。
【0031】
<8>第2の光源12を用いて得られた、反射ミラー26についての干渉縞を撮像装置19により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第4の干渉縞画像情報)をコンピュータ40のメモリに格納する。
【0032】
<9>メモリに格納された上記第2の干渉縞画像情報と上記第4の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を求め、この差に基づいて上記第1の干渉縞画像情報と上記第3の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を校正する。
【0033】
<10>必要に応じ、第3の光反射面20cについても上記手順<5>〜<8>を行い、第3の光反射面20cについての第5の干渉縞画像情報およびそのときの反射ミラー26についての第6の干渉縞画像情報を得、上記手順<9>を行って、この光反射面20cと、光反射面20aあるいは光反射面20bとの間の平行ムラを校正する。
【0034】
本実施形態においては、上述したように、各光反射面20a〜cの測定時に、反射ミラー26についての測定も行うようにして、各々傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された各光反射面20a〜cの傾き情報の差、すなわち各光反射面20a〜c間の平行ムラの測定を高精度なものとすることができる。
なお、光反射面20bと光反射面20cとの間の平行ムラは、前述した例ではガラス板の厚みムラである。
【0035】
上述した実施形態においては、第1の光源11からの出力光が可干渉距離の短い光からなり、第2の光源12からの出力光が可干渉距離の長い光からなるようにし、この2つの出力光を、光反射面20a〜cの測定時と反射ミラー26の測定時において互いに切り替えているが、以下に説明する実施形態の如く、波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光を上記可干渉距離の短い光に替えて用い、波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光を上記可干渉距離の長い光に替えて用いるようにし、多波長モードの光により光反射面の測定を行い、単波長モードの光により反射ミラーの測定を行うようにしてもよい。このようにすると、後述するように、干渉計装置として不等光路長型のフィゾー型等の干渉計装置を用いることが可能となる。
【0036】
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態に係る平行度測定方法について説明するが、まずこの平行度測定方法を実施するための干渉計装置の構成を図2を用いて説明する。
【0037】
図示のように、この干渉計装置101は、透明な平行平面ガラス板(被検体)117の被検面117aの表面形状を干渉縞により観察するフィゾー型の干渉計本体110と、コンピュータ120と、モニタ121と、半導体レーザ光源(LD)111の電源(LD電源)122と、この電源(LD電源)122からの出力電流値を制御する制御信号を発生するファンクション・ジェネレータ123とを備えてなる。
【0038】
上記干渉計本体101は、半導体レーザ光源111からの可干渉光をコリメータレンズ112、発散レンズ113、ビームスプリッタ114、コリメータレンズ115、被検体(平行平面ガラス板)117との間にワークスペースを介して対向する、基準面116aを有する基準板116、ならびに光干渉により得られた干渉縞を撮像する撮像レンズ118およびCCD撮像装置119とを備えてなる。
【0039】
この干渉計本体110においては、半導体レーザ光源111からのレーザ光140を基準板116の基準面116aに入射させて、該基準面116aにおいて透過光束と反射光束とに2分割し、透過光束を平行平面ガラス板117の被検面117aに入射させてその反射光を物体光とするとともに基準面116aにおける反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉光をコリメータレンズ115、ビームスプリッタ114、撮像レンズ118を介してCCD撮像装置119に導き、このCCD撮像装置119において干渉縞を撮像するようになっている。
【0040】
撮像された干渉縞はコンピュータ120において解析され、これにより被検面117aの表面形状を測定し得るようになっている。なお、撮像された干渉縞および解析された被検面117aの表面形状はモニタ121に表示されるようになっている。
【0041】
また、被検体としての平行平面ガラス板117は、被検体を上下移動可能および2軸周りの傾動可能に保持する被検体ステージ130上に保持されている。
また、被検体ステージ130上には、上記第1実施形態の反射ミラー26と同様に機能する反射ミラー126が保持されている。
【0042】
なお、基準板116は、図示されないPZT駆動回路に接続されたピエゾ素子124を介して図示されない基準板支持部材に支持されている。そして、コンピュータ120からの指示にしたがい、ピエゾ素子124に所定電圧が印加され該ピエゾ素子124が駆動され、これにより基準板116が光軸方向(図中左右方向)に所定位相分だけ移動せしめられる。この移動により変化する干渉縞の画像データはコンピュータ120に出力され、これら複数枚の画像データに対して、縞画像解析が行なわれる。
【0043】
上記半導体レーザ光源111は、温度制御機能が施されたものを用い、前述したように、注入電流を一定にしておくと単波長モードのレーザ光(例えば波長λが650nm付近の単波長)を発振し得るようになっており、一方、注入電流を変化させると、出力されるレーザ光の波長と光強度が変化し、多波長モードのレーザ光となる。
【0044】
また、上記撮像装置119は、1光蓄積期間が1/30(秒)のCCDを用いている。
また、上記ファンクション・ジェネレータ123から出力される上記制御信号は、矩形波(階段状矩形波を含む)とされており、その周波数は、例えば200Hz程度で、CCDにより撮像された画像情報を再生する際にフリッカが生じない程度の速さに設定されている。
【0045】
また、本実施形態の干渉計装置101においては、干渉縞ノイズの発生を阻止するために、以下のように構成されている。
すなわち、多波長モードのレーザ光を出力する際には、単一縦モードの半導体レーザ光源111を用い、干渉縞を受光する素子(CCD撮像装置119のCCD)の1光蓄積期間に対し十分短い周期で光源111から出力されるレーザ光140を複数の波長に変調し、被検体117からの干渉光を上記素子により受光することで、その干渉光を上記1光蓄積期間に亘って積分するようにしている。
【0046】
半導体レーザ光源は、注入電流を変化させることで波長が変化するという特徴を有しており、干渉縞を受光する素子は、所定の光蓄積期間を有しているため、本実施形態の多波長モードでは、その1光蓄積期間よりも十分速い速度で波長を走査することで、多波長の光を同時に出力する光源を用いて干渉縞を観察する場合と同様の結果が得られるようにしている。
【0047】
次に、干渉縞のコントラストの変化を表す図3を用いて、上記多波長モードの光により被検面117aの表面を測定する場合について概念的に説明する。本実施形態の干渉計装置101においては、図3のように光軸に対する距離が変化すると干渉縞コントラストが周期的に変化する。図3では、被検面117a(第1の光反射面)で“山”の状態となるように設定することにより、基準面116aと被検体表面117aとにおいてコントラストの良好な干渉縞を形成し、被検体裏面117bの干渉縞コントラストを0とすることで、被検体裏面117bの干渉縞ノイズを消去している。
【0048】
このように、本実施形態において、多波長モードの光を用いることは上記第1の実施形態において可干渉距離の短い光を用いることに相当し、一方、単波長モードの光を用いることは上記第1の実施形態において可干渉距離の長い光を用いることに相当する。
【0049】
以下、上述した干渉計装置を用いて行われる、第2の実施形態に係る平行度測定方法の測定手順について図4〜図7を参照しながら説明する。なお、ここでは、第1測定面としての上記被検面117aと第2測定面としての上記被検体裏面117bとの平行ムラ(厚みムラ)を測定する場合について説明する。
【0050】
<1>まず、ファンクション・ジェネレータ123を調整して、半導体レーザ光源111から出力される光束が所定の多波長モードとなるように設定し、この多波長モードのレーザ光を照明光として使用する。多波長モードのレーザ光により、撮像装置119の撮像素子上に、被検面117aについてコントラストの良い干渉縞が形成されるように、被検体ステージ130の上下移動操作および2軸周りの傾動操作を行う(図4)。
【0051】
<2>多波長モードのレーザ光を用いて得られた、被検面117aについての干渉縞を撮像装置119により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第1の干渉縞画像情報)をコンピュータ120のメモリ(図示せず)に格納する。
【0052】
<3>次に、被検体ステージ130はそのままの状態で、ファンクション・ジェネレータ123を調整して、半導体レーザ光源111から出力される光束が所定の単波長モードとなるように切り替え、この単波長モードのレーザ光を照明光として使用する。
【0053】
<4>単波長モードのレーザ光を用いて得られた、反射ミラー126についての干渉縞(図5参照)を撮像装置119により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第2の干渉縞画像情報)をコンピュータ120のメモリに格納する。
【0054】
<5>ファンクション・ジェネレータ123を調整して、半導体レーザ光源111から出力される光束が所定の多波長モードとなるように切り替え、この多波長モードのレーザ光を照明光として使用する。この多波長モードのレーザ光により、撮像装置119の撮像素子上に、被検体裏面117bについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ130の上下移動操作および2軸周りの傾動操作を行う(図6)。
【0055】
<6>多波長モードのレーザ光を用いて得られた、被検体裏面117bについての干渉縞を撮像装置119により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第3の干渉縞画像情報)をコンピュータ120のメモリ(図示せず)に格納する。
【0056】
<7>次に、被検体ステージ130はそのままの状態で、ファンクション・ジェネレータ123を調整して、半導体レーザ光源111から出力される光束が所定の単波長モードとなるように切り替え、この単波長モードのレーザ光を照明光として使用する。
【0057】
<8>単波長モードのレーザ光を用いて得られた、反射ミラー126についての干渉縞(図7参照)を撮像装置119により撮像し、得られた干渉縞画像情報(第4の干渉縞画像情報)をコンピュータ120のメモリに格納する。
【0058】
<9>メモリに格納された上記第2の干渉縞画像情報と上記第4の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を求め、この差に基づいて上記第1の干渉縞画像情報と上記第3の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を校正する。
【0059】
本実施形態においては、上述したように、被検面117aおよび被検体裏面117bの測定時に、反射ミラー126についての測定も行うようにして、各々傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された被検面117aおよび被検体裏面117bの傾き情報の差、すなわち被検面117aおよび被検体裏面117bの平行ムラ(厚みムラ)の測定を高精度なものとすることができる。
【0060】
図8〜図11は、上述した各測定手順により得られた各干渉縞画像情報を表したものである。なお、各図において、右側の大きい干渉縞は被検面117aおよび被検体裏面117bについてのものであり、左側の小さい円形内の干渉縞は反射ミラー126についてのものである。
【0061】
すなわち、図8は、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体ステージ130を移動させて被検面117aについての干渉縞画像情報(第1の干渉縞画像情報に対応)を得た際のものであり、図9は、被検体ステージ130はそのままの状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー126についての干渉縞画像情報(第2の干渉縞画像情報に対応)を得た際のものである。
【0062】
また、図10は、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体130を移動させて被検体裏面117bについての干渉縞画像情報(第3の干渉縞画像情報に対応)を得た際のものであり、図11は、被検体ステージ130はそのままの状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー126についての干渉縞画像情報(第4の干渉縞画像情報に対応)を得た際のものである。
【0063】
なお、本発明の平行度測定方法としては、上記実施形態のものに限られるものではなくその他の種々の態様の変更が可能である。例えば、測定する光反射面の順序はどのような順序で行ってもよく、光源から遠い側の光反射面から順に、あるいは光源から近い側の光反射面から順に測定を行うことが可能である。
【0064】
また、測定し得る光反射面としては、上記のものに限られるものではなく、例えば階段状に配された光反射面であれば、不透光の光反射面であっても測定可能である。
【0065】
また、上記複数の被検面の平行度を校正する際の演算の順序としては、種々の態様を考えることができ、結果として、請求項1に記載した「第2の干渉縞画像と第4の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、第1の干渉縞画像と第3の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正した状態」とされていればよい。
【0066】
さらに、測定に用いられる干渉計装置としても上記実施形態のものに限られるものではなく、種々のタイプの干渉計装置を用いることが可能である。
【0067】
また、本発明の平行度測定方法は、種々の形態の被検体に対して適用可能であり、例えば半導体製造プロセス等で用いられる光学部材のように、サイズが小さく、高精度に設定する必要がある複数の光反射面を有する部材等の測定において特に有用である。
【0068】
【発明の効果】
上述したように、本発明の平行度測定方法によれば、干渉計装置の照明光として、被検面と干渉計装置の参照面との距離に依存してコントラストが変化する干渉縞を生ぜしめる第1の光束と、該被検面と該参照面の距離に依存することなく所定のコントラストの干渉縞を生ぜしめる第2の光束とを切替可能に構成しておき、被検体における各光反射面を上記第1の光束を用いて干渉縞測定する際に、第2の光束を用い、上記反射ミラーと相対的に略平行に固定配置された傾き校正面についての測定も行うようにして、各々の傾き校正面の干渉縞画像情報から傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された各光反射面の傾き情報の差、すなわち各光反射面間の平行度の測定を高精度なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る干渉計装置の概略図
【図2】本発明の第2の実施形態に係る干渉計装置の概略図
【図3】図2に示す干渉計装置の作用を示す図
【図4】図2に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、被検面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図5】図2に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図4の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図6】図2に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体裏面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図7】図2に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図6の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図8】図2に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、ステージを移動させて、被検面について得られた干渉縞画像を示す図
【図9】図2に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図8の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について得られた干渉縞画像を示す図
【図10】図2に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、ステージを移動させて、被検体裏面について得られた干渉縞画像を示す図
【図11】図2に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図10の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について得られた干渉縞画像を示す図
【符号の説明】
10、110 干渉計本体
11 第1の光源
12 第2の光源
13 光束切替ミラー
14 ビームエクスパンダ
15、114 ビームスプリッタ
16、116 基準板
16a、116a 基準面
17 収束レンズ
18、118 撮像レンズ
19、119 撮像装置(CCDカメラ)
20 被検体
20a〜c 光反射面(被検面)
26、126 反射ミラー
30、130 被検体ステージ
40、120 コンピュータ
50、121 モニタ
25 PZTステージ
100、101 干渉計装置
111 半導体レーザ光源(LD)
112,115 コリメータレンズ
113 発散レンズ
117 平行平面ガラス板(被検体)
117a 被検面
117b 被検体裏面
122 電源(LD電源)
123 ファンクション・ジェネレータ
124 ピエゾ素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a parallelism measuring method for measuring the parallelism between a plurality of light reflecting surfaces with high accuracy, for example, when a plurality of ultra-thin glass plates are arranged on a base at intervals. The present invention relates to a parallelism measuring method capable of measuring the parallelism between the light reflection planes when such planes exist.
[0002]
[Prior art]
For example, in a member in which an ultra-thin glass plate is arranged on the base at a minute interval, the parallelism between the front or back surface of the parallel plane glass and the base (including local parallelism, the following description In this case, there is a demand for measuring parallel unevenness with high accuracy.
[0003]
This type of measurement requires the elimination of interference fringe noise due to surfaces other than the surface to be inspected. Therefore, conventionally, an equal optical path length such as a Michelson type equipped with a light source capable of outputting a light beam with a short coherence distance has been used. It is known to use a type of interferometer device.
[0004]
An example of measurement by the Michelson-type interferometer device will be described. This member is set on a subject mounting stage such that the parallel flat glass is positioned above, and first, the surface of the parallel flat glass is set. Alternatively, the stage is moved up and down to the position where the interference fringes are observed by the back surface to obtain a first interference fringe image, and then the stage is moved up and down to the position where the interference fringes are observed by the base. Then, the second interference fringe image is obtained by moving, and thereafter, the parallel unevenness between the first interference fringe image and the second interference fringe image can be measured based on the difference between the respective pieces of inclination information.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the object mounting stage as described above is mounted on the interferometer device, although it is configured with high precision so that its vertical movement is smooth and the posture of the object can be maintained, The test surface after the movement necessarily has a slight inclination with respect to the test surface before the movement. Therefore, as in the above-described example, when it is necessary to measure the parallel unevenness between the front or back surface of the parallel flat glass and the base with high accuracy, the test is performed along with the movement of the subject mounting stage. It has been difficult to obtain a measurement result that is satisfactory with accuracy due to a change in the surface inclination.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses an illuminating light that can prevent the occurrence of interference fringe noise from a surface other than the surface to be inspected, and uses an interferometer device to measure the parallelism between a plurality of light reflecting surfaces. When measuring with high precision, even if the posture of the subject is tilted with the moving operation of the subject mounting stage for moving the test surface to be measured to a desired position, the tilt can be calibrated with high precision. It is an object of the present invention to provide a parallelism measuring method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The parallelism measuring method according to the present invention is a method of mounting a test object having a test surface including a plurality of light reflecting surfaces arranged in a vertical direction on a stage, and measuring the parallelism of the plurality of test surfaces with an interferometer device. In the method of measuring using
A first light beam that produces interference fringes whose contrast changes depending on the distance between the test surface and the reference surface of the interferometer device as illumination light of the interferometer device, and a distance between the test surface and the reference surface. Is configured so as to be switchable with a second light beam that produces interference fringes of a predetermined contrast without depending on
The stage is set at a first position where an interference fringe is generated by the first light beam for a first test surface selected from a plurality of the test surfaces, and in this state, the interference fringe is imaged. To obtain a first interference fringe image, and image an interference fringe obtained using the second light flux on a tilt calibration surface fixed so as to be substantially parallel to the plurality of test surfaces. To obtain a second interference fringe image,
Thereafter, the stage is moved in the vertical direction, and the stage is moved to a second position where interference fringes are generated by the first light beam with respect to a second test surface selected from the plurality of test surfaces. In this state, the interference fringes are imaged to obtain a third interference fringe image, and an interference fringe obtained by using the second light flux is imaged on the tilt calibration surface to obtain a fourth interference fringe image. Get a striped image,
Thereafter, based on the difference between the tilt information obtained from each of the second interference fringe image and the fourth interference fringe image, the image is obtained from each of the first interference fringe image and the third interference fringe image. The method is characterized in that the difference between the inclination information is calibrated and the parallelism between the first test surface and the second test surface is measured.
[0008]
Further, the first light beam may be light having a short coherence distance, and the second light beam may be light having a long coherence distance.
In this case, the interferometer device is an equal optical path length interferometer device such as a Michelson type.
[0009]
Further, the first light beam may be multi-wavelength mode light output from a wavelength variable laser light source, and the second light beam may be single wavelength mode light output from a wavelength variable laser light source.
In this case, the interferometer device is an unequal optical path length type interferometer device such as a Fizeau type.
[0010]
Further, the tilt calibration surface can be a mirror surface arranged on the stage.
[0011]
Here, the degree of parallelism represents the degree of parallelism between the two light reflecting surfaces, and is a general term for both the degree of overall parallelism and the degree of local parallelism (parallel unevenness).
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a parallelism measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an interferometer apparatus for performing the parallelism measuring method according to the first embodiment.
[0014]
As shown in the figure, the
[0015]
Note that the subject 20 in the present embodiment is, for example, a member in which a thin glass plate is disposed at a minute interval on a base, and the
[0016]
The interferometer main body 10 includes a first light source 11 such as a halogen lamp having a short coherence distance, a second light source 12 such as a laser having a long coherence distance, and a light beam for selectively switching the two light sources 11 and 12. It comprises a switching mirror 13, a beam expander 14, a
[0017]
In the interferometer main body 10, the illumination light output from the first light source 11 or the second light source 12 is made incident on the light
[0018]
Further, the reference plate 16 is supported by a
[0019]
A
[0020]
Further, as described above, the output light from the first light source 11 having a short coherent distance and the output light from the second light source 12 having a long coherent distance are switched by the light beam switching mirror 13, When the light beam switching mirror 13 is arranged at the position shown in the figure, the output light from the second light source 12, on the other hand, moves from the position at which the light beam switching mirror 13 is shown to a predetermined retracted position (not shown; (The same), the output light from the first light source 11 is incident on the
[0021]
Since the output light from the first light source 11 has a short coherence distance, the reference light from the reference plate 16 and the object light from the predetermined
[0022]
On the other hand, since the output light from the second light source 12 has a long coherent distance, the reference light from the reference plate 16 and the object light from the predetermined
[0023]
Hereinafter, a measurement procedure of the parallelism measurement method according to the first embodiment using the
[0024]
<1> First, the light beam switching mirror 13 is moved from the position shown in FIG. 1 to a predetermined retreat position and set, and output light from the first light source 11 having a short coherence distance is used as illumination light. The object stage 30 is moved up and down and around the two axes so that the output light from the first light source 11 forms an interference fringe on the first
[0025]
<2> Interference fringes on the first
[0026]
<3> Next, while the object stage 30 is kept as it is, the light beam switching mirror 13 is moved to the position shown in FIG. 1, and the output light from the second light source 12 having a long coherence distance is used as illumination light. .
[0027]
<4> An interference fringe of the
[0028]
<5> The light beam switching mirror 13 is moved from the position shown in FIG. 1 to a predetermined retreat position, and output light from the first light source 11 having a short coherence distance is used as illumination light. The object stage 30 is moved up and down and around the two axes so that the output light from the first light source 11 forms an interference fringe on the second light reflecting surface 20b on the imaging device of the
[0029]
<6> Interference fringes on the second light reflection surface 20b obtained by using the first light source 11 are imaged by the
[0030]
<7> Next, while the object stage 30 is kept as it is, the light beam switching mirror 13 is moved to the position shown in FIG. 1, and the output light from the second light source 12 having a long coherence distance is used as illumination light. .
[0031]
<8> An interference fringe of the
[0032]
<9> A difference between the tilt information extracted from each of the second interference fringe image information and the fourth interference fringe image information stored in the memory is determined, and based on the difference, the first interference fringe image is determined. The difference between the information and the inclination information extracted from each of the third interference fringe image information is calibrated.
[0033]
<10> If necessary, the above steps <5> to <8> are also performed on the third
[0034]
In the present embodiment, as described above, at the time of measuring each of the
The parallel unevenness between the
[0035]
In the above-described embodiment, the output light from the first light source 11 is constituted by light having a short coherence distance, and the output light from the second light source 12 is constituted by light having a long coherence distance. The output light is switched between when measuring the light reflection surfaces 20a to 20c and when measuring the
[0036]
<Second embodiment>
Hereinafter, a parallelism measuring method according to the second embodiment will be described. First, a configuration of an interferometer apparatus for performing the parallelism measuring method will be described with reference to FIG.
[0037]
As shown in the figure, the
[0038]
The
[0039]
In this interferometer
[0040]
The captured interference fringes are analyzed by the
[0041]
The parallel
Further, on the subject stage 130, a reflection mirror 126 that functions similarly to the
[0042]
The
[0043]
The semiconductor
[0044]
Further, the
The control signal output from the
[0045]
Further, the
That is, when outputting the laser light of the multi-wavelength mode, the semiconductor
[0046]
The semiconductor laser light source has a feature that the wavelength changes by changing the injection current, and the element that receives the interference fringes has a predetermined light accumulation period. In the mode, by scanning the wavelength at a speed sufficiently faster than the one light accumulation period, the same result as in the case of observing interference fringes using a light source that outputs light of multiple wavelengths simultaneously can be obtained. .
[0047]
Next, a case where the surface of the test surface 117a is measured by the light in the multi-wavelength mode will be conceptually described with reference to FIG. 3 showing a change in contrast of interference fringes. In the
[0048]
As described above, in the present embodiment, using light in the multi-wavelength mode corresponds to using light having a short coherence distance in the first embodiment, while using light in the single-wavelength mode is as described above. This corresponds to using light having a long coherence distance in the first embodiment.
[0049]
Hereinafter, a measurement procedure of the parallelism measurement method according to the second embodiment, which is performed using the above-described interferometer apparatus, will be described with reference to FIGS. Here, a case will be described in which parallel unevenness (thickness unevenness) between the test surface 117a as the first measurement surface and the subject back surface 117b as the second measurement surface is measured.
[0050]
<1> First, the
[0051]
<2> An interference fringe on the test surface 117a obtained by using the laser light in the multi-wavelength mode is imaged by the
[0052]
<3> Next, the
[0053]
<4> An interference fringe (see FIG. 5) on the reflection mirror 126 obtained by using the laser light in the single wavelength mode is imaged by the
[0054]
<5> The
[0055]
<6> An image of the interference fringe on the back surface 117b of the subject obtained by using the laser light in the multi-wavelength mode is captured by the
[0056]
<7> Next, the
[0057]
<8> An interference fringe (see FIG. 7) on the reflection mirror 126 obtained by using the laser light in the single wavelength mode is imaged by the
[0058]
<9> A difference between the tilt information extracted from each of the second interference fringe image information and the fourth interference fringe image information stored in the memory is determined, and based on the difference, the first interference fringe image is determined. The difference between the information and the inclination information extracted from each of the third interference fringe image information is calibrated.
[0059]
In the present embodiment, as described above, at the time of measuring the test surface 117a and the subject back surface 117b, the measurement is also performed on the reflection mirror 126 to obtain the tilt calibration data. The difference between the tilt information of the test surface 117a and the tilt information of the subject back surface 117b calibrated based on the data, that is, the measurement of the parallel unevenness (thickness unevenness) of the test surface 117a and the subject back surface 117b can be made highly accurate. it can.
[0060]
8 to 11 show the respective interference fringe image information obtained by the above-described respective measurement procedures. In each figure, the large interference fringes on the right are for the test surface 117a and the back surface 117b of the subject, and the interference fringes in the small circle on the left are for the reflection mirror 126.
[0061]
That is, in FIG. 8, the interference stage image information (corresponding to the first interference fringe image information) on the test surface 117a is obtained by using the multi-wavelength mode light as the illumination light and moving the object stage 130. FIG. 9 shows an example in which the object stage 130 is left as it is, and light of a single wavelength mode is used as illumination light, and interference fringe image information (a second interference fringe image information Response).
[0062]
FIG. 10 shows a case where light of a multi-wavelength mode is used as illumination light, and the object 130 is moved to obtain interference fringe image information (corresponding to third interference fringe image information) on the back surface 117b of the object. FIG. 11 shows that interference light image information (corresponding to the fourth interference fringe image information) of the reflection mirror 126 is used while the object stage 130 is intact and light of a single wavelength mode is used as illumination light. ).
[0063]
Note that the parallelism measuring method of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other various aspects can be changed. For example, the order of the light reflecting surfaces to be measured may be performed in any order, and the measurement can be performed in order from the light reflecting surface farther from the light source or from the light reflecting surface closer to the light source. .
[0064]
In addition, the light reflecting surface that can be measured is not limited to the above-described one. For example, as long as the light reflecting surface is arranged in a step-like manner, it can be measured even with an opaque light reflecting surface. .
[0065]
In addition, various modes can be considered as the order of calculation when calibrating the parallelism of the plurality of test surfaces, and as a result, the “second interference fringe image and the fourth And a state in which the difference between the tilt information obtained from each of the first and third interference fringe images is calibrated based on the difference between the tilt information obtained from each of the interference fringe images.
[0066]
Further, the interferometer device used for the measurement is not limited to the above embodiment, and various types of interferometer devices can be used.
[0067]
In addition, the parallelism measurement method of the present invention is applicable to various types of test objects, and needs to be set to a small size and high accuracy, for example, an optical member used in a semiconductor manufacturing process or the like. It is particularly useful for measuring a member having a plurality of light reflecting surfaces.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the parallelism measurement method of the present invention, as the illumination light of the interferometer device, an interference fringe whose contrast changes depending on the distance between the test surface and the reference surface of the interferometer device is generated. The first light beam and the second light beam that generates interference fringes having a predetermined contrast without depending on the distance between the test surface and the reference surface are configured to be switchable, and each light reflection on the test object is performed. When measuring the interference fringes of the surface using the first light beam, the second light beam is used to perform measurement on the tilt calibration surface fixed and arranged substantially parallel to the reflection mirror, Since the inclination calibration data is obtained from the interference fringe image information of each inclination calibration surface, the difference between the inclination information of each light reflection surface calibrated based on the calibration data, that is, the parallelism between each light reflection surface Measurement can be highly accurate
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an interferometer apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an interferometer apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the operation of the interferometer apparatus shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram when an interference fringe image is obtained on a surface to be inspected using light in a multi-wavelength mode as illumination light using the interferometer apparatus shown in FIG. 2;
FIG. 5 shows a case where an interference fringe image is obtained on a reflection mirror surface using the interferometer apparatus shown in FIG. 2 and the object stage in the same state as the measurement in FIG. Illustration of
FIG. 6 is an explanatory diagram for obtaining an interference fringe image on the back surface of a subject by using the interferometer apparatus shown in FIG. 2 and using light in a multi-wavelength mode as illumination light.
FIG. 7 shows a case where an interference fringe image is obtained on a reflection mirror surface using the interferometer apparatus shown in FIG. Illustration of
FIG. 8 is a diagram showing an interference fringe image obtained on a surface to be measured by using the interferometer apparatus shown in FIG. 2 and using a multi-wavelength mode light as illumination light and moving a stage.
FIG. 9 shows an interference fringe image obtained on a reflection mirror surface using the interferometer apparatus shown in FIG. 2 and the object stage in the same state as in the measurement in FIG. 8, using single-wavelength mode light as illumination light. Figure showing
FIG. 10 is a diagram showing an interference fringe image obtained on the back surface of a subject by using the interferometer apparatus shown in FIG. 2 and using a light in a multi-wavelength mode as illumination light and moving a stage.
FIG. 11 shows an interference fringe image obtained on a reflection mirror surface using the interferometer apparatus shown in FIG. 2 and the object stage in the same state as in the measurement of FIG. 10, using single-wavelength mode light as illumination light. Figure showing
[Explanation of symbols]
10,110 Interferometer body
11 First light source
12 Second light source
13 Light beam switching mirror
14 Beam expander
15, 114 beam splitter
16, 116 Reference plate
16a, 116a Reference plane
17 Convergent lens
18, 118 Imaging lens
19, 119 Imaging device (CCD camera)
20 subjects
20a-c Light reflecting surface (test surface)
26, 126 Reflecting mirror
30, 130 Subject stage
40, 120 computers
50, 121 monitors
25 PZT stage
100, 101 interferometer device
111 Semiconductor laser light source (LD)
112,115 Collimator lens
113 Divergent lens
117 Parallel flat glass plate (subject)
117a Test surface
117b Back side of subject
122 Power supply (LD power supply)
123 Function Generator
124 piezo element
Claims (6)
干渉計装置の照明光として、前記被検面と干渉計装置の参照面の距離に依存してコントラストが変化する干渉縞を生ぜしめる第1の光束と、該被検面と該参照面の距離に依存することなく所定のコントラストの干渉縞を生ぜしめる第2の光束とを切替可能に構成しておき、
複数の前記被検面のうちから選択された第1の被検面について、前記第1の光束により干渉縞が生じる第1の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第1の干渉縞画像を得るとともに、前記複数の被検面と相対的に略平行となるように固定された傾き校正面について、前記第2の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第2の干渉縞画像を得、
この後、前記ステージを上下方向に移動させ、前記複数の被検面のうちから選択された第2の被検面について、前記第1の光束により干渉縞が生じる第2の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第3の干渉縞画像を得るとともに、前記傾き校正面について、前記第2の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第4の干渉縞画像を得、
この後、前記第2の干渉縞画像と前記第4の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、前記第1の干渉縞画像と前記第3の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正して、前記第1の被検面と前記第2の被検面との平行度を測定することを特徴とする平行度測定方法。A method of mounting a subject having a test surface composed of a plurality of light reflecting surfaces arranged in a vertical direction on a stage and measuring the parallelism of the plurality of test surfaces using an interferometer device,
A first light beam that produces interference fringes whose contrast changes depending on the distance between the test surface and the reference surface of the interferometer device as illumination light of the interferometer device, and a distance between the test surface and the reference surface. Is configured so as to be switchable with a second light beam that produces interference fringes of a predetermined contrast without depending on
The stage is set at a first position where an interference fringe is generated by the first light beam for a first test surface selected from a plurality of the test surfaces, and in this state, the interference fringe is imaged. To obtain a first interference fringe image, and image an interference fringe obtained using the second light flux on a tilt calibration surface fixed so as to be substantially parallel to the plurality of test surfaces. To obtain a second interference fringe image,
Thereafter, the stage is moved in the vertical direction, and the stage is moved to a second position where interference fringes are generated by the first light beam with respect to a second test surface selected from the plurality of test surfaces. In this state, the interference fringes are imaged to obtain a third interference fringe image, and an interference fringe obtained by using the second light flux is imaged on the tilt calibration surface to obtain a fourth interference fringe image. Get a striped image,
Thereafter, based on the difference between the tilt information obtained from each of the second interference fringe image and the fourth interference fringe image, the image is obtained from each of the first interference fringe image and the third interference fringe image. A method of measuring parallelism, comprising: calibrating a difference between pieces of inclination information and measuring a parallelism between the first test surface and the second test surface.
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