JP2021117190A - measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は測定装置に係り、特に真空容器の内部に設けられた構成部品の表面粗さや輪郭形状等を測定する技術に関する。 The present invention relates to a measuring device, and more particularly to a technique for measuring surface roughness, contour shape, etc. of components provided inside a vacuum vessel.
半導体製造装置用のプラズマエッチング装置やプラズマCVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)装置、スパッタリング装置等は、ワークを加工するためのガスを真空容器内に供給し、真空容器内でプラズマ化させたガスによりワークをエッチングしたり、ワークに薄膜を形成する。そのため、装置の稼働時間とともに、真空容器内の構成部品が消耗したり、成膜(デポ膜:Depot membraneとも呼ぶ)されたりして、装置の性能が変化する。 Plasma etching equipment, plasma CVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) equipment, sputtering equipment, etc. for semiconductor manufacturing equipment supply gas for processing workpieces into a vacuum vessel and turn it into plasma in the vacuum vessel. Etching the work or forming a thin film on the work. Therefore, with the operating time of the device, the performance of the device changes due to the consumption of the components in the vacuum vessel and the film formation (also called Depot membrane).
従来、この種の装置の性能の変化を防止するために、装置に具備された各種モニタリング機器で異常監視を行ったり、ワークの処理枚数や稼働時間で定期的に検査用ワークを処理し、仕様を満足しているかを確認しているが、性能の変化(例えば、構成部品の消耗、デポ膜等)を直接的に確認している訳ではない。 Conventionally, in order to prevent changes in the performance of this type of equipment, abnormality monitoring is performed with various monitoring equipment installed in the equipment, and inspection workpieces are periodically processed according to the number of workpieces processed and operating time. However, we have not directly confirmed changes in performance (for example, wear of component parts, depot film, etc.).
一方、測定対象物の表面の三次元形状を測定する形状測定装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
On the other hand, a shape measuring device for measuring the three-dimensional shape of the surface of an object to be measured is described in, for example,
特許文献1に記載の形状測定装置は、白色光等の低コヒーレンス光を出射する光源を使用し、光源から出射された低コヒーレンス光をビームスプリッタにより測定光と参照光とに分割し、分割した測定光を測定対象物に入射させ、参照光を参照ミラーに入射させる。
The shape measuring device described in
測定対象物の表面で反射した測定光の戻り光と参照ミラーで反射した参照光の戻り光とは、ビームスプリッタで合成されて干渉する。この測定光と参照光との干渉光を光検出手段により検出し、干渉光の強度が最大になるときの参照ミラーの位置を検出して、測定光が照射された測定対象物の表面の三次元形状を測定する。 The return light of the measurement light reflected on the surface of the measurement object and the return light of the reference light reflected by the reference mirror are combined by the beam splitter and interfere with each other. The interference light between the measurement light and the reference light is detected by the light detection means, the position of the reference mirror when the intensity of the interference light is maximized is detected, and the third order of the surface of the measurement object irradiated with the measurement light. Measure the original shape.
特許文献1に記載の形状測定装置により真空容器の内部に設けられた構成部品の表面の三次元形状を測定する場合、真空容器を開放する必要がある。尚、真空容器は、一旦、容器開放すると、再び元の真空状態に復帰させるためには、大きなダウンタイムが発生するという問題がある。
When measuring the three-dimensional shape of the surface of a component provided inside the vacuum vessel by the shape measuring device described in
また、真空容器を開放しても真空容器内にはプロセス性能を維持する上で障害物が沢山あり、特許文献1に記載の形状測定装置により構成部品の表面の三次元形状を直接測定することは困難である。この場合、真空容器から測定対象の構成部品を取り出す必要があり、作業が煩雑になる。
Further, even if the vacuum vessel is opened, there are many obstacles in maintaining the process performance in the vacuum vessel, and the three-dimensional shape of the surface of the component is directly measured by the shape measuring device described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、真空容器の真空状態を維持しながら、真空容器の内部に設けられた構成部品の表面粗さや輪郭形状等を非接触で測定することができる測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and measures the surface roughness, contour shape, etc. of components provided inside the vacuum vessel in a non-contact manner while maintaining the vacuum state of the vacuum vessel. It is an object of the present invention to provide a measuring device capable of performing.
上記目的を達成するために、第1態様に係る発明は、真空容器の内部に設けられ、XYZ座標系のXY平面と平行な表面を有する構成部品を測定対象物とし、測定対象物の表面を非接触で測定する測定装置であって、低コヒーレンス光を出射する光源と、光源から出射された低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段からの測定光の出射方向をX軸方向とすると、光分割手段から第1距離だけ離間したX軸方向の位置にて測定光をX軸方向と直交する方向に屈曲させる屈曲光学部材と、屈曲光学部材を先端部で保持し、真空容器に形成された開口部を介して真空容器の内部に屈曲光学部材を配置する屈曲光学部材保持軸と、開口部と屈曲光学部材保持軸との間の気密を保持し、かつ屈曲光学部材保持軸をX軸方向に移動可能にする気密手段と、光分割手段から出射される参照光を反射する参照光反射体と、少なくとも光分割手段、屈曲光学部材保持軸及び参照光反射体を搭載したステージをX軸方向に移動させる移動ステージと、ステージの移動位置を検出する第1位置検出手段と、ステージに対して参照光反射体を移動させて参照光の光路長を変更する参照光路長変更手段と、参照光反射体の位置を検出する第2位置検出手段と、測定対象物で反射した測定光と参照光反射体で反射した参照光とを一つに合わせて干渉させる光干渉手段と、測定光と参照光との干渉光を受光する光検出手段と、光検出手段により検出された干渉光の強度が最大となるときの参照光反射体の位置を検出する第3位置検出手段と、第1位置検出手段により検出されたステージの移動位置、及び第3位置検出手段により検出された参照光反射体の位置に基づいて、測定対象物の表面のX軸方向の位置における測定対象物の表面を測定する測定手段と、を備える。 In order to achieve the above object, in the invention according to the first aspect, a component component provided inside a vacuum vessel and having a surface parallel to the XY plane of the XYZ coordinate system is set as a measurement target, and the surface of the measurement target is set as a measurement target. A non-contact measuring device that emits low coherence light, an optical dividing means that divides the low coherence light emitted from the light source into measurement light and reference light, and measurement light from the optical dividing means. When the emission direction of the light is the X-axis direction, a bending optical member that bends the measured light in a direction orthogonal to the X-axis direction at a position in the X-axis direction separated by the first distance from the optical dividing means, and a bending optical member at the tip. Maintains airtightness between the bending optical member holding shaft, which is held by the portion and the bending optical member is arranged inside the vacuum container through the opening formed in the vacuum container, and the opening and the bending optical member holding shaft. An airtight means for making the bending optical member holding shaft movable in the X-axis direction, a reference light reflector for reflecting reference light emitted from the light dividing means, and at least the light dividing means, the bending optical member holding shaft and the reference. A moving stage that moves the stage equipped with the light reflector in the X-axis direction, a first position detecting means that detects the moving position of the stage, and a reference light reflector that moves the reference light reflector with respect to the stage to obtain the optical path length of the reference light. The reference light path length changing means to be changed, the second position detecting means for detecting the position of the reference light reflector, the measurement light reflected by the measurement object, and the reference light reflected by the reference light reflector are combined into one. The position of the reference light reflector when the intensity of the interference light detected by the light interference means, the light interference means for interfering with each other, the light interference means for receiving the interference light between the measurement light and the reference light, and the interference light detected by the light detection means is maximized is detected. X-axis direction of the surface of the object to be measured based on the third position detecting means, the moving position of the stage detected by the first position detecting means, and the position of the reference light reflector detected by the third position detecting means. A measuring means for measuring the surface of the object to be measured at the position of is provided.
本発明の第1態様によれば、真空容器の内部に設けられた、XY平面と平行な表面を有する構成部品(測定対象物)のX軸方向の表面を測定する場合、真空容器に形成された開口部を介して屈曲光学部材保持軸を真空容器内に挿入し、屈曲光学部材保持軸の先端部に保持された屈曲光学部材を、真空容器の内部の所望の位置に配置する。屈曲光学部材は、光分割手段からの測定光の出射方向(屈曲光学部材保持軸の軸方向)をX軸方向とすると、測定光をX軸方向と直交する方向に屈曲させるため、XY平面と平行な表面を有する測定対象物の表面に測定光を照射させることができる。これにより、真空容器の内部空間が狭くても測定対象物の表面に測定光を照射させることができる。 According to the first aspect of the present invention, when measuring the surface in the X-axis direction of a component (measurement object) having a surface parallel to the XY plane and provided inside the vacuum container, it is formed in the vacuum container. The bending optics member holding shaft is inserted into the vacuum vessel through the opening, and the bending optics member held at the tip of the bending optics member holding shaft is arranged at a desired position inside the vacuum vessel. When the emission direction of the measurement light from the optical dividing means (the axial direction of the bending optical member holding axis) is the X-axis direction, the bending optical member bends the measurement light in a direction orthogonal to the X-axis direction. The surface of the object to be measured having a parallel surface can be irradiated with the measurement light. As a result, the surface of the object to be measured can be irradiated with the measurement light even if the internal space of the vacuum container is narrow.
また、屈曲光学部材保持軸は、気密手段により真空容器に設けられた開口部との間の気密が保持され、かつX軸方向への移動が可能であるため、真空容器の真空状態を維持しながら、測定対象物の表面に測定光を入射させることができる。 Further, since the bending optical member holding shaft is maintained airtight with the opening provided in the vacuum container by the airtight means and can be moved in the X-axis direction, the vacuum state of the vacuum container is maintained. However, the measurement light can be incident on the surface of the object to be measured.
移動ステージは、少なくとも光分割手段、屈曲光学部材保持軸及び参照光反射体を搭載したステージを、X軸方向に移動させることで、測定対象物の表面のX軸方向の所望の位置に測定光を照射させることができる。 The moving stage moves the stage on which at least the optical dividing means, the bending optical member holding shaft, and the reference light reflector are mounted in the X-axis direction, so that the measurement light can be measured at a desired position on the surface of the object to be measured in the X-axis direction. Can be irradiated.
参照光路長変更手段は、ステージに対して参照光反射体を移動させて参照光の光路長を変更し、光検出手段は、光路長の変更中に測定光と参照光との干渉光を検出する。そして、測定手段は、第3位置検出手段により検出された参照光反射体の位置(干渉光の強度が最大となるときの参照光反射体の位置)に基づいて、測定対象物の表面を測定する。尚、測定される測定対象物のX軸方向の表面の位置は、第1位置検出手段により検出されたステージの移動位置により特定される。 The reference optical path length changing means moves the reference light reflector with respect to the stage to change the optical path length of the reference light, and the light detecting means detects the interference light between the measurement light and the reference light while changing the optical path length. do. Then, the measuring means measures the surface of the object to be measured based on the position of the reference light reflector detected by the third position detecting means (the position of the reference light reflector when the intensity of the interference light is maximized). do. The position of the surface of the object to be measured in the X-axis direction is specified by the moving position of the stage detected by the first position detecting means.
第2態様に係る発明は、真空容器の内部に設けられ、XYZ座標系のXY平面と平行な表面を有する構成部品を測定対象物とし、測定対象物の表面を非接触で測定する測定装置であって、低コヒーレンス光を出射する光源と、光源から出射された低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段からの測定光の出射方向をX軸方向とすると、光分割手段から第1距離だけ離間したX軸方向の位置にて測定光をX軸方向と直交する方向に屈曲させる屈曲光学部材と、屈曲光学部材を先端部で保持し、真空容器に形成された開口部を介して真空容器の内部に屈曲光学部材を配置する屈曲光学部材保持軸と、開口部と屈曲光学部材保持軸との間の気密を保持し、かつ屈曲光学部材保持軸をX軸方向に移動可能にする気密手段と、光分割手段から出射される参照光を反射する参照光反射体と、少なくとも光分割手段、屈曲光学部材保持軸及び参照光反射体を搭載したステージをX軸方向に移動させる移動ステージと、ステージの移動位置を検出する第1位置検出手段と、ステージ上に設置され、少なくとも光分割手段及び参照光反射体を含む測定装置本体、又は屈曲光学部材保持軸を搭載し、測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸をX軸方向に微小移動させる精密移動ステージと、精密移動ステージによる測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸の移動位置を検出する第2位置検出手段と、測定対象物で反射した測定光と参照光反射体で反射した参照光とを一つに合わせて干渉させる光干渉手段と、測定光と参照光との干渉光を受光する光検出手段と、光検出手段により検出された干渉光の強度が最大となるときの測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸の位置を検出する第3位置検出手段と、第1位置検出手段により検出されたステージの移動位置、及び第3位置検出手段により検出された測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸の位置に基づいて、測定対象物の表面のX軸方向の位置における測定対象物の表面を測定する測定手段と、を備える。 The invention according to the second aspect is a measuring device provided inside a vacuum vessel and measuring a component having a surface parallel to the XY plane of the XYZ coordinate system as a measurement object and measuring the surface of the measurement object in a non-contact manner. There are a light source that emits low coherence light, an optical dividing means that divides the low coherence light emitted from the light source into measurement light and reference light, and the emission direction of the measurement light from the light dividing means is the X-axis direction. Then, the bending optical member that bends the measurement light in the direction orthogonal to the X-axis direction at the position in the X-axis direction separated from the optical dividing means by the first distance, and the bending optical member are held at the tip portion and placed in the vacuum vessel. The bending optical member holding shaft for arranging the bending optical member inside the vacuum vessel through the formed opening, and the bending optical member holding shaft for maintaining the airtightness between the opening and the bending optical member holding shaft. A stage equipped with an airtight means that makes it movable in the X-axis direction, a reference light reflector that reflects reference light emitted from the light dividing means, and at least a light dividing means, a bending optical member holding shaft, and a reference light reflector. A moving stage that moves in the X-axis direction, a first position detecting means that detects the moving position of the stage, a measuring device main body that is installed on the stage and includes at least an optical dividing means and a reference light reflector, or a bending optical member holding A precision moving stage that mounts a shaft and slightly moves the measuring device main body or bending optical member holding shaft in the X-axis direction, and a second position detection that detects the moving position of the measuring device main body or bending optical member holding shaft by the precision moving stage. Means, optical interference means for interfering with the measurement light reflected by the measurement object and reference light reflected by the reference light reflector, and light detection means for receiving the interference light between the measurement light and the reference light. A third position detecting means for detecting the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft when the intensity of the interference light detected by the light detecting means is maximized, and a stage detected by the first position detecting means. Measurement to measure the surface of the object to be measured at the position in the X-axis direction of the surface of the object to be measured based on the moving position of the Means and.
第1態様に係る発明が、ステージに対して参照光反射体を移動させて参照光の光路長を変更する参照光路長変更手段を備えているのに対し、第2態様に係る発明は、参照光路長変更手段に替えて精密移動ステージを備え、ステージに対して測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸をX軸方向に微小移動させることで、測定光の光路長を変更させる点で相違する。 While the invention according to the first aspect includes a reference optical path length changing means for moving the reference light reflector with respect to the stage to change the optical path length of the reference light, the invention according to the second aspect is referred to. The difference is that the optical path length of the measurement light is changed by providing a precision moving stage instead of the optical path length changing means and slightly moving the measuring device main body or the bending optical member holding axis with respect to the stage in the X-axis direction.
本発明の第3態様に係る測定装置において、光検出手段は、受光素子がマトリクス状に配列されて構成された撮像面を有する撮像素子であり、撮像面に入射する干渉光は、撮像面の大きさに対応した断面を有し、第3位置検出手段は、受光素子ごとに干渉光の強度が最大となるときの参照光反射体の位置を検出し、測定手段は、受光素子ごとに検出された参照光反射体の位置に基づいて、測定対象物の表面を測定することが好ましい。 In the measuring device according to the third aspect of the present invention, the photodetecting means is an image pickup device having an image pickup surface formed by arranging light receiving elements in a matrix, and the interference light incident on the image pickup surface is the interference light of the image pickup surface. It has a cross section corresponding to the size, the third position detecting means detects the position of the reference light reflector when the intensity of the interference light is maximized for each light receiving element, and the measuring means detects for each light receiving element. It is preferable to measure the surface of the object to be measured based on the position of the reference light reflector.
本発明の第4態様に係る測定装置において、光検出手段は、受光素子がマトリクス状に配列されて構成された撮像面を有する撮像素子であり、撮像面に入射する干渉光は、撮像面に対応した大きさの断面を有し、第2位置検出手段は、受光素子ごとに干渉光の強度が最大となるときの測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸の位置を検出し、測定手段は、受光素子ごとに検出された測定装置本体又は屈曲光学部材保持軸の位置に基づいて、測定対象物の表面を測定することが好ましい。 In the measuring device according to the fourth aspect of the present invention, the photodetecting means is an imaging element having an imaging surface formed by arranging light receiving elements in a matrix, and interference light incident on the imaging surface is transmitted to the imaging surface. The second position detecting means has a cross section of a corresponding size, and the second position detecting means detects the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft when the intensity of the interference light is maximized for each light receiving element, and the measuring means is It is preferable to measure the surface of the object to be measured based on the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft detected for each light receiving element.
本発明の第5態様に係る測定装置において、気密手段は、フィードスルー用ベローズロッド、Oリング、磁性流体、又はマグネットリングであることが好ましい。 In the measuring device according to the fifth aspect of the present invention, the airtight means is preferably a feedthrough bellows rod, an O-ring, a magnetic fluid, or a magnet ring.
本発明の第6態様に係る測定装置において、測定手段は、測定対象物の表面粗さ及び輪郭形状の少なくとも一方を測定することが好ましい。 In the measuring device according to the sixth aspect of the present invention, it is preferable that the measuring means measures at least one of the surface roughness and the contour shape of the object to be measured.
本発明の第7態様に係る測定装置において、第1距離は、測定対象物の表面のX軸方向の長さよりも長い距離であることが好ましい。 In the measuring device according to the seventh aspect of the present invention, the first distance is preferably a distance longer than the length of the surface of the object to be measured in the X-axis direction.
本発明の第8態様に係る測定装置において、ステージをX軸方向に移動させ、測定対象物の表面のX軸方向の一端から他端にわたって、測定光を測定対象物の表面に入射させるステージ制御部を更に備え、測定手段は、測定対象物の表面のX軸方向の全域を測定することが好ましい。 In the measuring device according to the eighth aspect of the present invention, stage control in which the stage is moved in the X-axis direction and the measurement light is incident on the surface of the measurement object from one end to the other end in the X-axis direction of the surface of the measurement object. It is preferable that the measuring means further includes a portion and measures the entire surface of the surface of the object to be measured in the X-axis direction.
本発明の第9態様に係る測定装置において、移動ステージは、少なくとも光分割手段、屈曲光学部材保持軸及び参照光反射体を搭載したステージを、XYZ座標系のX軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動させるXYステージであり、ステージ制御部は、ステージをX軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動させ、測定光を測定対象物の表面の全域にわたって入射させ、測定手段は、測定対象物の表面の全域を測定することが好ましい。 In the measuring device according to the ninth aspect of the present invention, the moving stage has at least a stage equipped with an optical dividing means, a bending optical member holding axis, and a reference light reflector in the X-axis direction and the Y-axis direction of the XYZ coordinate system, respectively. It is an XY stage to be moved, the stage control unit moves the stage in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, and the measurement light is incident on the entire surface of the measurement object, and the measurement means is the surface of the measurement object. It is preferable to measure the entire area.
本発明の第10態様に係る測定装置において、光分割手段から出射される測定光は、開口部を通過して屈曲光学部材に入射することが好ましい。 In the measuring device according to the tenth aspect of the present invention, it is preferable that the measuring light emitted from the optical dividing means passes through the opening and is incident on the bending optical member.
本発明の第11態様に係る測定装置において、屈曲光学部材保持軸を、光分割手段から屈曲光学部材に向かって出射される測定光の光軸を中心にして回転させる回転手段を更に備えることが好ましい。これにより、屈曲光学部材保持軸を挟んで、測定対象物と対向する他の測定対象物の表面の測定も可能になる。 The measuring device according to the eleventh aspect of the present invention may further include a rotating means for rotating the bending optical member holding shaft around the optical axis of the measurement light emitted from the optical dividing means toward the bending optical member. preferable. This makes it possible to measure the surface of another measurement object facing the measurement object with the bending optical member holding shaft interposed therebetween.
本発明の第12態様に係る測定装置において、光分割手段から出射される測定光は、真空容器に設けられた第1透明部材からなる窓部を透過して屈曲光学部材に入射することが好ましい。真空容器には、もともと第1透明部材からなる窓部を有するものがあり、この窓部を利用して、測定光を真空容器の内部に入射させることができる。 In the measuring device according to the twelfth aspect of the present invention, it is preferable that the measuring light emitted from the light dividing means passes through the window portion made of the first transparent member provided in the vacuum vessel and is incident on the bending optical member. .. Some vacuum containers originally have a window portion made of a first transparent member, and the measurement light can be incident on the inside of the vacuum vessel by using this window portion.
本発明の第13態様に係る測定装置において、光分割手段と参照光反射体との間に配置され、第1透明部材と同じ屈折率及び厚みを有する第2透明部材を備えることが好ましい。 In the measuring device according to the thirteenth aspect of the present invention, it is preferable to include a second transparent member which is arranged between the light dividing means and the reference light reflector and has the same refractive index and thickness as the first transparent member.
本発明によれば、真空容器の真空状態を維持しながら、真空容器の内部に設けられた構成部品の表面粗さや輪郭形状等を非接触で測定することができる。 According to the present invention, it is possible to measure the surface roughness, contour shape, etc. of the components provided inside the vacuum vessel in a non-contact manner while maintaining the vacuum state of the vacuum vessel.
以下、添付図面に従って本発明に係る測定装置の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the measuring device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[測定装置の第1実施形態]
図1は、本発明に係る測定装置の第1実施形態の概要を示す要部構成図である。
[First Embodiment of Measuring Device]
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part showing an outline of a first embodiment of the measuring device according to the present invention.
図1に示す第1実施形態の測定装置100−1は、プラズマCVD装置1−2に適用されたものである。 The measuring device 100-1 of the first embodiment shown in FIG. 1 is applied to the plasma CVD device 1-2.
プラズマCVD装置1−1は、真空容器10と、上部電極12と、静電チャックを兼ねる下部電極14と、上部電極12及び下部電極14をそれぞれ上下方向に駆動する上下駆動部16、18と、フォーカスリング20、22と、高周波電源30とを備えている。尚、図1には図示されていないが、プラズマCVD装置1−1は、真空容器10を真空にするための排気手段、及びワーク(例えば、シリコンウエハ)に薄膜を成膜する場合の薄膜の原料ガス、希釈ガス等を真空容器10内に供給するガス供給手段等を備えている。
The plasma CVD apparatus 1-1 includes a
ワーク(図示せず)は、下部電極14上に静電チャックにより固定される。上部電極12には多数のガス噴出孔が設けられており、ガス供給手段は、上部電極12の多数のガス噴出孔からシャワー状に上部電極12と下部電極14との間の処理空間に原料ガス等を供給する。
The work (not shown) is fixed on the
上部電極12はグランドに接続され、下部電極14は高周波電源30を介してグランドに接続されており、高周波電源30は、上部電極12と下部電極14との間に高周波のプラズマ生成用の電力を印加し、原料ガス(必要に応じて希釈ガス)をプラズマ化する。プラズマ化された原料ガスは、下部電極14上に載置されたワーク上に堆積して薄膜を形成する。
The
尚、フォーカスリング20、22は、上部電極12と下部電極14との間の処理空間におけるプラズマを均一化するためのものである。上下駆動部16、18は、上部電極12と下部電極14との間隔を調整したり、ワークのローディング/アンローディングのために下部電極14を上下方向(垂直方向)に昇降させる。
The focus rings 20 and 22 are for equalizing the plasma in the processing space between the
真空容器10の内部に設けられた、プラズマCVD装置1−1の構成部品(例えば、上部電極12、下部電極14、フォーカスリング20、22)には、装置の稼働時間にしたがってデポ膜が付着する。
A depot film adheres to the components (for example,
図1において、12A、14Aは、それぞれ上部電極12及び下部電極14に付着したデポ膜である。デポ膜とは、装置が長期間運用されるとことでワーク以外の部分に厚く堆積する被膜である。
In FIG. 1, 12A and 14A are depot films attached to the
プラズマCVD装置1−1の構成部品(例えば、上部電極12)にデポ膜12Aが堆積すると、デポ膜12Aにより上部電極12の多数のガス噴出孔の一部が塞がり、ガス噴出孔から放出される原料ガスが面内で不均一になり、プラズマCVD装置1−1の性能が変化(低下)する。
When the
ここで、装置の性能とは、ワークの処理速度、面内均一性、材料物性の変化やパーティクルの発生によるイールドの低下等をいう。 Here, the performance of the apparatus refers to the processing speed of the work, the in-plane uniformity, the change in the physical characteristics of the material, the decrease in yield due to the generation of particles, and the like.
測定装置100−1は、プラズマCVD装置1−1の性能の変化を直接的に確認するための装置であり、真空容器10の真空状態を維持しながら、真空容器10の内部に設けられた構成部品の表面粗さや輪郭形状等を非接触で測定するものである。
The measuring device 100-1 is a device for directly confirming the change in the performance of the plasma CVD device 1-1, and is provided inside the
即ち、測定装置100−1は、白色光等の低コヒーレンス光を使用する白色干渉光学系を有し、白色干渉の原理を用いて、非接触でワーク(測定対象物)の表面の三次元的な形状を測定するものであり、図1上では、測定装置100−1の一部(測定光の出射部分)が示されている。尚、白色干渉光学系を有する測定装置の詳細については後述する。 That is, the measuring device 100-1 has a white interference optical system that uses low coherence light such as white light, and uses the principle of white interference to make a non-contact three-dimensional surface of the work (measurement object). In FIG. 1, a part of the measuring device 100-1 (the part where the measurement light is emitted) is shown. The details of the measuring device having the white interference optical system will be described later.
まず、真空容器10の内部に設けられた構成部品(本例では、上部電極12、下部電極14)を測定対象物とし、測定対象物の表面は、XYZ座標系のXY平面と平行な表面を有するものとする。
First, the components (
即ち、上部電極12及び下部電極14は、それぞれXYZ座標系のXY平面と平行な表面を有している。また、上部電極12と下部電極14とはZ軸方向に離間し、これにより電極間の処理空間が構成される。
That is, the
測定装置100−1の測定光の出射部分は、保持軸(屈曲光学部材保持軸)40と、気密部材(気密手段)42と、プリズムミラー(屈曲光学部材)44とを備えている。 The emitting portion of the measurement light of the measuring device 100-1 includes a holding shaft (bending optical member holding shaft) 40, an airtight member (airtight means) 42, and a prism mirror (bending optical member) 44.
保持軸40は、測定光が内部を通過する長尺の筒体で構成され、その先端部にて対物レンズ43及びプリズムミラー44を保持する。
The holding
図示しない光源から出射される低コヒーレンス光(以下、「白色光」という)は、測定装置100−1の白色干渉光学系を構成するビームスプリッタ(光分割手段)により測定光と参照光とに分割される。 The low coherence light (hereinafter referred to as "white light") emitted from a light source (not shown) is divided into measurement light and reference light by a beam splitter (optical division means) constituting the white interference optical system of the measurement device 100-1. Will be done.
ビームスプリッタからの測定光の出射方向をX軸方向とすると、ビームスプリッタからX軸方向に出射された測定光は、保持軸40の内部を通過し、対物レンズ43を介してプリズムミラー44に入射する。
Assuming that the measurement light emitted from the beam splitter is in the X-axis direction, the measurement light emitted from the beam splitter in the X-axis direction passes through the inside of the holding
対物レンズ43は、ビームスプリッタから入射する測定光を集光させる機能を有し、表面粗さ/輪郭の測定の倍率、作業距離、視野等を決定する。プリズムミラー44は、ビームスプリッタから入射する測定光をX軸方向と直交する方向に屈曲させる屈曲光学部材として機能し、測定光を90°屈曲させることで上部電極12の表面に測定光を入射させる。
The
気密部材42は、真空容器10の側面に設けられた開口部10Aと保持軸40との間の気密を保持する。また、気密部材42は、保持軸40がX軸方向に移動する場合、及び保持軸40が測定光の光軸を中心にして回転する場合も、開口部10Aと保持軸40との間の気密を保持する。
The
保持軸40及び気密部材42は、例えば、直動式のフィードスルー用ベローズロッドにより構成することができる。この場合、フィードスルー用ベローズロッドのロッドは中空の筒状とする。また、フィードスルー用ベローズロッドは、回転式のフィードスルーとし、測定光の光軸を中心にして回転式のフィードスルーを回転させる回転手段(図示せず)を備えることが好ましい。
The holding
また、気密部材42は、Oリング、磁性流体、又はマグネットリング等により構成してもよい。
Further, the
上記の測定装置100−1によれば、保持軸40をX軸方向に移動させることで、上部電極12のX軸方向の任意の表面に測定光を入射させることができ、上部電極12のX軸方向の表面にわたってその表面の三次元形状を非接触で、かつ真空容器10の真空状態を維持しながら測定することができる。また、測定される三次元形状から上部電極12の表面粗さや輪郭形状等を算出することができる。
According to the above-mentioned measuring device 100-1, by moving the holding
更に、保持軸40を180°回転させることで、上部電極12と対向する下部電極14の表面も測定することができる。また、測定装置100−1は、フォーカスリング20、22の表面の測定も行うことができる。
Further, by rotating the holding
尚、プラズマCVD装置1−1を稼働させる場合、保持軸40は真空容器10の処理空間から退避させるが、保持軸40の先端(プリズムミラー44よりも前方)に蓋を設け、保持軸40の退避期間中、蓋により真空容器10の開口部10Aを塞ぐようにすることが好ましい。
When the plasma CVD apparatus 1-1 is operated, the holding
[測定装置の第2実施形態]
図2は、本発明に係る測定装置の第2実施形態を示す構成図である。
[Second Embodiment of Measuring Device]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the measuring device according to the present invention.
図2に示す第2実施形態の測定装置100−2は、プラズマCVD装置1−2に適用されたものである。 The measuring device 100-2 of the second embodiment shown in FIG. 2 is applied to the plasma CVD device 1-2.
プラズマCVD装置1−2は、図1に示したプラズマCVD装置1−1と略同一の構成を有するものである。尚、図2に示すプラズマCVD装置1−2において、図1に示したプラズマCVD装置1−1と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 The plasma CVD apparatus 1-2 has substantially the same configuration as the plasma CVD apparatus 1-1 shown in FIG. In the plasma CVD apparatus 1-2 shown in FIG. 2, the same reference numerals are given to the parts common to the plasma CVD apparatus 1-1 shown in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
図2に示すプラズマCVD装置1−2は、主として仕切りガラス(第1透明部材)からなる窓部32が設けられている点で、図1に示したプラズマCVD装置1−1と相違する。
The plasma CVD apparatus 1-2 shown in FIG. 2 differs from the plasma CVD apparatus 1-1 shown in FIG. 1 in that a
窓部32は、ビームスプリッタから出射される測定光を透過させ、真空容器10の内部に入射させるための窓部として使用される。また、窓部32は、真空容器10の内部を撮影し、又は目視するために設けられたものを使用することができる。
The
図2に示す測定装置100−2は、白色干渉光学系等を内蔵した測定装置本体50と、保持軸(屈曲光学部材保持軸)46Aと、気密手段として機能するベローズ46Bと、移動ステージ60−1と、から構成されている。
The measuring device 100-2 shown in FIG. 2 includes a measuring device
ベローズ46Bは、真空容器10の開口部10Aと保持軸46Aとの間の気密を保持し、かつ保持軸46AをX軸方向に移動可能にする気密手段として機能する。保持軸46A及びベローズ46Bは、フィードスルー用ベローズロッド46を構成する。
The bellows 46B functions as an airtight means for maintaining the airtightness between the
保持軸46Aの先端部には、プリズムミラー44が配設されており、測定装置本体50からX軸方向に出射される測定光は、窓部32を透過してプリズムミラー44に入射し、ここでX軸方向と直交する方向(本例では、Z軸方向)に屈曲させられる。即ち、プリズムミラー44は、測定装置本体50から出射されるX軸方向の測定光を、Z軸方向に屈曲させ、上部電極12の表面に入射させる。
A
移動ステージ60−1は、測定装置本体50及び保持軸46Aを搭載したステージをX軸方向に移動させるXステージであり、ステージを移動させるためのモータ62A等を含むステージ駆動部を備えている。
The moving stage 60-1 is an X stage that moves the stage on which the measuring device
図3は、図2に示した測定装置100−2の白色干渉光学系等を内蔵した測定装置本体50の要部を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a main part of the measuring device
本例の白色干渉光学系は、ビームスプリッタ(光分割手段)52、プリズムミラー54、及び参照ミラー(参照光反射体)56を含む。
The white interference optical system of this example includes a beam splitter (light splitting means) 52, a
測定装置本体50には、光源から出射された白色光が入力部51Aを介して入射される。入射した白色光は、レンズ鏡筒51Bに配置されたテレセントリックレンズにより拡大かつ平行化され、対物レンズを介して出射される。
White light emitted from the light source is incident on the measuring device
対物レンズから出射される白色光は、ビームスプリッタ52に入射し、ここでX軸方向に進む測定光とZ軸方向に進む参照光とに分割される。
The white light emitted from the objective lens is incident on the
ビームスプリッタ52から出射されるX軸方向の測定光は、真空容器10に設けられた窓部32を透過してプリズムミラー44に入射し、プリズムミラー44によりZ軸方向に屈曲して上部電極12の表面に入射する(図2参照)。
The measurement light in the X-axis direction emitted from the
一方、ビームスプリッタ52から出射されるZ軸方向の参照光は、プリズムミラー54によりX軸方向に屈曲して参照ミラー56に入射する。
On the other hand, the reference light emitted from the
上部電極12の表面で反射した測定光の戻り光は、プリズムミラー44、窓部32を経由してビームスプリッタ52に入射し、参照ミラー56で反射した参照光の戻り光は、プリズムミラー54を経由してビームスプリッタ52に入射する。
The return light of the measurement light reflected on the surface of the
ビームスプリッタ52は、上部電極12の表面で反射した測定光の戻り光と参照ミラー56で反射した参照光の戻り光とを一つに合わせて干渉させる光干渉手段としても機能する。測定光と参照光との干渉光は、レンズ鏡筒51B内の対物レンズ、テレセントリックレンズを介してレンズ鏡筒51Bの後端部51Cに配置された撮像素子(光検出手段)の受光面に入射し、ここで干渉光の強度に応じた電気信号に変換される。
The
尚、撮像素子の受光面(撮像面)には、テレセントリックレンズにより撮像面に対応した大きさの断面を有する平行な干渉光が入射し、撮像素子は、2次元の干渉縞として干渉光を撮影することができる。 In addition, parallel interference light having a cross section of a size corresponding to the image pickup surface is incident on the light receiving surface (imaging surface) of the image pickup element by a telecentric lens, and the image pickup element captures the interference light as two-dimensional interference fringes. can do.
図4は、主として図2に示した移動ステージ60−1の実施形態を示す図である。 FIG. 4 is a diagram mainly showing an embodiment of the moving stage 60-1 shown in FIG.
図4に示す移動ステージ60−1は、ステージ(テーブル)61と、モータ62A及びボールねじ62Bを有するステージ駆動部62とから構成される。
The moving stage 60-1 shown in FIG. 4 is composed of a stage (table) 61 and a
ステージ61には、測定装置本体50及び保持軸46A(図2参照)が搭載され、また、ボールねじ62Bと螺合するナット61Aが設けられている。
A measuring device
モータ62Aの駆動軸はボールねじ62Bと連結されており、ステージ駆動部62は、モータ62Aを正転又は逆転させることにより、ボールねじ62B及びナット61Aを介してステージ61に直進駆動力を伝達し、ステージ61をX軸方向に移動させる。
The drive shaft of the
尚、移動ステージ60−1には、ステージ61をX軸方向に移動自在に案内するガイドレールが設けられ、また、ステージ61の移動位置(X軸方向の移動位置)を検出する、図示しない第1位置検出器(第1位置検出手段)が設けられている。第1位置検出器は、例えば、ステージ61に設けられるスケールヘッドと、ステージ61のガイドレール側に設けられるリニアスケールとにより構成することができ、ステージ61の移動に伴ってスケールヘッドでリニアスケールの位置情報を読み取ることで、ステージ61の移動位置を検出する。
The moving stage 60-1 is provided with a guide rail that guides the
図3に戻って、測定装置本体50には、参照ミラー56をX軸方向に移動させるピエゾ素子57が設けられている。ピエゾ素子57は、移動ステージ60−1のステージ61対して(ステージ61のX軸方向の移動とは独立して)、参照ミラー56をX軸方向に移動させ、参照光の光路長を変更する参照光路長変更手段として機能する。
Returning to FIG. 3, the measuring device
第2位置検出器(第2位置検出手段)58は、参照ミラー56のX軸方向の位置(基準位置からの変位量)を検出する。第2位置検出器58により検出された変位量は、後述するように上部電極12の表面の測定位置における形状(上部電極12の表面の基準面に対する凹凸量)に相当する。
The second position detector (second position detecting means) 58 detects the position (displacement amount from the reference position) of the
尚、参照光路長変更手段は、ピエゾ素子57に限らず、モータ等で参照ミラー56を移動させるものでもよく、参照ミラー56に位置変化を与えるものであればよい。
The reference optical path length changing means is not limited to the
図5は、図2に示した測定装置100−2の白色干渉光学系の白色干渉条件を説明するために用いた図である。 FIG. 5 is a diagram used to explain the white interference conditions of the white interference optical system of the measuring device 100-2 shown in FIG.
図1に示すように、測定光の光路であるビームスプリッタ52からプリズムミラー44までのX軸方向の距離(第1距離)をX1、プリズムミラー44から測定対象物の表面(基準面)までのZ軸方向の距離をZ1とし、一方、参照光の光路であるビームスプリッタ52からプリズムミラー54までのZ軸方向の距離をZ2、プリズムミラー54から参照ミラー56までのX軸方向の距離をX2とすると、次式、
[数1]
X1+Z1=X2+Z2
を満たした際に、撮像素子80で検出される干渉光の強度が最大となる。
As shown in FIG. 1, the distance (first distance) in the X-axis direction from the
[Number 1]
X1 + Z1 = X2 + Z2
When the above conditions are satisfied, the intensity of the interference light detected by the
[数1]式に示す白色干渉条件を満たす場合、プリズムミラー44から距離Z1に位置する測定対象物の表面で反射する測定光と、参照ミラー56で反射する参照光との干渉光の強度は最大になる。
When the white interference condition shown in the equation [Equation 1] is satisfied, the intensity of the interference light between the measurement light reflected on the surface of the measurement object located at the distance Z1 from the
尚、距離X1は、測定対象物の表面のX軸方向の長さよりも長い距離にすることが好ましい。測定対象物の表面のX軸方向の一端から他端にわたって、測定光を測定対象物の表面に入射させるためである。図2に示した上部電極12及びフォーカスリング20をそれぞれ測定対象物とする場合には、距離X1は、フォーカスリング20の外径よりも長い距離にする。
The distance X1 is preferably a distance longer than the length of the surface of the object to be measured in the X-axis direction. This is because the measurement light is incident on the surface of the measurement object from one end to the other end in the X-axis direction of the surface of the measurement object. When the
また、参照ミラー56は、干渉光の強度が最大になる位置を探すためにX軸方向に走査されるが、距離X2は、参照ミラー56のX軸方向の走査範囲の中央の位置(以下、「基準位置」という)に参照ミラー56が位置している場合の、プリズムミラー54と参照ミラー56と間のX軸方向の距離である。
Further, the
<測定原理>
次に、測定対象物の表面の形状を測定する測定原理について説明する。
<Measurement principle>
Next, the measurement principle for measuring the surface shape of the object to be measured will be described.
図6は、白色干渉光学系を有する測定装置の測定原理を説明するために用いた図である。 FIG. 6 is a diagram used to explain the measurement principle of the measuring device having the white interference optical system.
図6(A)は、白色干渉光学系の概略図である。 FIG. 6A is a schematic view of the white interference optical system.
図6(A)に示すように、白色発光ダイオード等により構成される光源70は、X軸方向に白色光を出射する。光源70から出射された白色光は、ビームスプリッタ72によりZ軸方向に反射され、対物レンズ群76に入射する。
As shown in FIG. 6A, the
対物レンズ群76は、対物レンズ74、参照ミラー56’及びビームスプリッタ(ハーフミラー)52’により構成され、Z軸方向に移動可能になっている。尚、参照ミラー56’及びビームスプリッタ52’は、図3に示した参照ミラー56及びビームスプリッタ52と同等の役割を果たすものである。
The
対物レンズ74により集光される白色光は、ビームスプリッタ52’により測定光と参照光とに分割され、ビームスプリッタ52’を透過する測定光は測定対象物78の表面に入射し、ビームスプリッタ52’で反射する参照光は参照ミラー56’に入射する。
The white light collected by the
測定対象物78の表面で反射した測定光の戻り光と、参照ミラー56’で反射した参照光の戻り光とはビームスプリッタ52’により合成され、測定光と参照光との干渉光として、対物レンズ74及びビームスプリッタ72を介して撮像素子80の受光面に入射する。
The return light of the measurement light reflected on the surface of the object to be measured 78 and the return light of the reference light reflected by the reference mirror 56'are combined by the beam splitter 52', and are objectively used as interference light between the measurement light and the reference light. It is incident on the light receiving surface of the
図6(B)は撮像素子80の受光面(撮像面)を示す斜視図である。
FIG. 6B is a perspective view showing a light receiving surface (imaging surface) of the
撮像素子80は、CCD(Charge Coupled Device)型、あるいはCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型のイメージセンサであり、受光素子(画素)がマトリクス状に配列されて構成された撮像面を有する。
The
対物レンズ群76を、Z軸方向に走査しながら、干渉光(干渉縞)を撮像素子80により撮影すると、測定対象物78と対物レンズ群76との間の距離に応じて干渉縞が変化する。撮像素子80がカラーイメージセンサの場合、実際には色相も変化する。
When the interference light (interference fringe) is photographed by the
したがって、撮像素子80の各画素により検出された輝度(干渉光の強度)が、画素毎に最大のときの対物レンズ群76の位置を読み取ることにより、測定対象物78の表面のZ軸方向の高さを測定することができる。
Therefore, by reading the position of the
図6(C)は、撮像素子80の各画素がそれぞれ受光する干渉光の一例を示す図である。
FIG. 6C is a diagram showing an example of interference light received by each pixel of the
いま、測定対象物78と対物レンズ群76との間の距離が、図6(A)に示す場合の対物レンズ群76のZ軸方向の位置を基準位置(Z=0)とし、測定対象物78の基準面の位置をゼロとすると、測定対象物78の表面が基準面よりも高い部分又は低い部分では、図6(C)に示すように干渉波(インターフェログラム)の振幅は、対物レンズ群76の位置が、基準位置から正方向又は負方向にシフトした位置で最大になる。
Now, the distance between the
したがって、対物レンズ群76を走査しながら、撮像素子80の画素毎に輝度が最大のときの対物レンズ群76のZ軸方向の位置を検出することで、測定対象物78の表面の基準面に対する高さ(凹凸形状)を測定することができる。
Therefore, by scanning the
また、撮像素子80は、干渉光を二次元の干渉縞として撮影することができるため、測定光が入射する、一定の視野の測定対象物78の表面の三次元形状を測定することができる。
Further, since the
図7は、図2に示した測定装置100−2の要部ブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram of a main part of the measuring device 100-2 shown in FIG.
図7において、図4に示す移動ステージ60−1は、ステージ制御部63から加えられる駆動指令によりステージ駆動部62のモータ62Aを駆動し、ステージ61をX軸方向に移動させる。
In FIG. 7, the moving stage 60-1 shown in FIG. 4 drives the
ステージ制御部63は、測定対象物の表面のX軸方向の一端から他端にわたって、測定光を測定対象物の表面に入射させるべく、ステージ61の移動位置を制御することが好ましい。また、一定の視野の測定対象物78の表面の三次元形状は、ステージ61を移動させなくても測定することができる。したがって、測定対象物のX軸方向の全長にわたって、測定対象物の三次元形状を測定する場合には、視野の一部が重なるようにステージ61を所定のピッチで間欠的に移動させ、移動位置毎に三次元形状を測定することが好ましい。
The
ステージ61のX軸方向の移動位置は、第1位置検出器(第1位置検出手段)64により検出される。第1位置検出器64により検出されたステージ61の位置を示す位置検出信号は、表面測定部(測定手段)92に出力される。
The moving position of the
参照ミラー56は、ピエゾ素子57により基準位置を中心にして一定の走査範囲でX軸方向に駆動される。これにより、参照光の光路長は、一定の走査範囲内で変化する。
The
参照ミラー56のX軸方向の移動位置は、第2位置検出器58により検出される。第2位置検出器58により検出された参照ミラー56のX軸方向の位置を示す位置検出信号は、第3位置検出器(第3位置検出手段)90に出力される。
The moving position of the
第3位置検出器90の他の入力には、撮像素子80により撮影された干渉縞を示す画像信号(画素毎の干渉光の強度を示す信号)が加えられており、第3位置検出器90は、撮像素子80の画素毎に、輝度(干渉光の強度)が最大となるときの、参照ミラー56のX軸方向の移動位置を示す位置検出信号を検出(抽出)し、検出した位置検出信号を表面測定部92に出力する。
An image signal indicating interference fringes (a signal indicating the intensity of interference light for each pixel) captured by the
表面測定部92は、第1位置検出器64により検出されたステージ61の移動位置を示す位置検出信号、及び第3位置検出器90により検出された参照ミラー56の位置を示す位置検出信号に基づいて、測定対象物の表面のX軸方向の位置における測定対象物の表面を測定する。
The
即ち、表面測定部92は、第3位置検出器90により検出された参照ミラー56のX軸方向の位置(撮像素子80の画素毎に検出された、輝度が最大となるときの参照ミラー56のX軸方向の位置)に基づいて、測定対象物の表面の基準面の高さに対する変位量を求める。
That is, the
いま、測定対象物の表面の基準面の高さを、Z=0とすると、表面測定部92は、変位量ΔZを求める。変位量ΔZは、参照ミラー56の基準位置からの移動量に対応する。また、表面測定部92は、撮像素子80の画素毎に変位量ΔZを求める。これにより、表面測定部92は、対物レンズ等により設定された視野(測定光の照射領域)における、測定対象物の表面の三次元形状を測定することができる。
Now, assuming that the height of the reference surface of the surface of the object to be measured is Z = 0, the
また、対物レンズ等により設定された視野は、移動ステージ60−1によりX軸方向に移動することができる。 Further, the field of view set by the objective lens or the like can be moved in the X-axis direction by the moving stage 60-1.
したがって、移動ステージ60−1により視野を、測定対象物の表面のX軸方向の一端から他端にわたって移動させると、表面測定部92は、測定対象物の表面のX軸方向の全域を測定することができる。
Therefore, when the visual field is moved from one end to the other end of the surface of the object to be measured in the X-axis direction by the moving stage 60-1, the
また、表面測定部92は、測定対象物の表面の三次元形状を測定すると、その測定結果から更に表面粗さ、輪郭形状等を測定することができる。
Further, when the
図8は、図2等に示した測定装置の変形例を示す要部構成図である。尚、図8において、図4に示した移動ステージ60−1と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 FIG. 8 is a configuration diagram of a main part showing a modified example of the measuring device shown in FIG. 2 and the like. In FIG. 8, the parts common to the moving stage 60-1 shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図8に示す測定装置の移動ステージ60−2は、主としてステージ61上に精密移動ステージ59が設置され、精密移動ステージ59に測定装置本体50を搭載している点で、図4に示した移動ステージ60−1と相違する。
In the moving stage 60-2 of the measuring device shown in FIG. 8, the
即ち、精密移動ステージ59には、少なくともビームスプリッタ52及び参照ミラー56を含む測定装置本体50が搭載され、精密移動ステージ59は、測定装置本体50をX軸方向に微小移動させる。尚、プリズムミラー44を保持する保持軸40は、ステージ61上に搭載されている。
That is, the
したがって、精密移動ステージ59は、測定装置本体50をX軸方向に移動させることにより、測定光の光路長を変更する測定光路長変更手段として機能する。
Therefore, the
第2位置検出器58’(図9)は、ステージ61に対する測定装置本体50のX軸方向の位置(基準位置からの変位量)を検出する。
The second position detector 58'(FIG. 9) detects the position (displacement amount from the reference position) of the measuring device
図9は、図8に示した移動ステージ60−2を含む測定装置の変形例を示す要部ブロック図である。尚、図9において、図7に示した測定装置と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。 FIG. 9 is a main block diagram showing a modified example of the measuring device including the moving stage 60-2 shown in FIG. In FIG. 9, the same reference numerals are given to the parts common to the measuring device shown in FIG. 7, and detailed description thereof will be omitted.
図9に示す測定装置は、精密移動ステージ59により移動させられる測定装置本体50の位置を、第2位置検出器58’により検出する点で、図7に示した測定装置と相違する。
The measuring device shown in FIG. 9 differs from the measuring device shown in FIG. 7 in that the position of the measuring device
即ち、図7に示した測定装置は、ピエゾ素子57により参照ミラー56を微小移動させ、測定光の光路長に対して参照光の光路長を変更する参照光路長変更手段を有するのに対し、図9に示した測定装置は、精密移動ステージ59により測定装置本体50(少なくともビームスプリッタ52及び参照ミラー56)を微小移動させ、参照光の光路長に対して測定光の光路長を変更する測定光路長変更手段を有する。
That is, the measuring device shown in FIG. 7 has a reference optical path length changing means for finely moving the
参照光の光路長を変更する替わりに、測定光の光路長を変更しても白色干渉光学系の白色干渉条件を変更することができる。 Instead of changing the optical path length of the reference light, the white interference condition of the white interference optical system can be changed by changing the optical path length of the measurement light.
第2位置検出器58’により検出された測定装置本体50のX軸方向の位置を示す位置検出信号は、第3位置検出器90に出力される。
The position detection signal indicating the position of the measuring device
第3位置検出器90の他の入力には、撮像素子80により撮影された干渉縞を示す画像信号が加えられており、第3位置検出器90は、撮像素子80の画素毎に、輝度が最大となるときの、測定装置本体50のX軸方向の移動位置を示す位置検出信号を検出(抽出)し、検出した位置検出信号を表面測定部92に出力する。
An image signal indicating interference fringes taken by the
表面測定部92による測定対象物の表面の三次元形状等の測定方法は、図7に示した測定装置の場合と同一であるため、その説明は省略する。
Since the method of measuring the three-dimensional shape of the surface of the object to be measured by the
尚、図8に示した測定装置の変形例では、精密移動ステージ59に測定装置本体50を搭載し、ステージ61に対して測定装置本体50を微小移動させるようにしたが、これに限らず、プリズムミラー44を保持する保持軸46Aを精密移動ステージ59に搭載し、ステージ61に対して精密移動ステージ59を微小移動させて、測定光の光路長を変更できるようにしてもよい。また、保持軸46Aを精密移動ステージ59に搭載する場合には、第2位置検出器58’は、ステージ61に対する保持軸46Aの移動位置を検出することは言うまでもない。
In the modified example of the measuring device shown in FIG. 8, the measuring device
図10は、図3に示した測定装置の白色干渉光学系の変形例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the white interference optical system of the measuring device shown in FIG.
図10に示す白色干渉光学系の変形例は、プリズムミラー54と参照ミラー56との間に、調整ガラス(第2透明部材)55が設けられている点で、図3に示した白色干渉光学系と相違する。
A modification of the white interference optical system shown in FIG. 10 is a modification of the white interference optical system shown in FIG. 3 in that an adjusting glass (second transparent member) 55 is provided between the
調整ガラス55は、真空容器10の窓部32に設けられた仕切りガラス(第1光学部材)と同じ屈折率及び板厚を有するものである。
The adjusting
これにより、測定光と参照光とは、それぞれ同じ光学部材(仕切りガラス、調整ガラス)を透過するため、仕切りガラスが存在しない場合と同じ測定結果が得られる。 As a result, since the measurement light and the reference light pass through the same optical member (partition glass, adjustment glass), the same measurement result as when the partition glass does not exist can be obtained.
<移動ステージの他の実施形態>
図11は、主として移動ステージの他の実施形態を示す図である。
<Other embodiments of the moving stage>
FIG. 11 is a diagram mainly showing another embodiment of the moving stage.
図11に示す移動ステージ60−3は、測定装置本体50等を搭載したステージ61をX軸方向及びY軸方向に移動させるXYステージである。
The moving stage 60-3 shown in FIG. 11 is an XY stage that moves the
移動ステージ60−3は、図4に示した移動ステージ60−1と同様に構成されたXステージを、更にY軸方向に移動させるXYステージである。 The moving stage 60-3 is an XY stage that further moves the X stage configured in the same manner as the moving stage 60-1 shown in FIG. 4 in the Y-axis direction.
移動ステージ60−3は、ステージ61をX軸方向に移動させるXステージを、更にモータ65A及びボールねじ65Bを有するステージ駆動部65によりY軸方向に移動させる。
The moving stage 60-3 further moves the X stage, which moves the
尚、図11において、64−1は、ステージ61のX軸方向の位置を検出する第1位置検出器であり、64−2は、ステージ61のY軸方向の位置を検出する第1位置検出器64−2である。これらの第1位置検出器64−1、64−2は、それぞれ相対的に移動するスケールヘッドとリニアスケールとにより構成され、ステージ61のX軸方向及び/又はY軸方向の移動に伴ってスケールヘッドでリニアスケールの位置情報を読み取ることで、ステージ61のX軸方向及び/又はY軸方向の移動位置を検出する。
In FIG. 11, 64-1 is a first position detector that detects the position of the
上記構成の移動ステージ60−3によれば、ステージ61をXY平面内の任意に位置に移動させることができ、これによりプリズムミラー44の位置に対応する視野(測定光の照射領域)もXY平面内の任意に位置に移動させることができる。
According to the moving stage 60-3 having the above configuration, the
図11において、78Aは、測定対象物の表面の測定領域を示す。測定領域78Aは、測定対象物の表面の全域を含むように設定することが好ましい。これによれば、測定光を測定対象物の表面の全域にわたって入射させることができ、測定対象物の表面の全域の表面粗さ、輪郭形状等を測定することができる。
In FIG. 11, 78A shows a measurement area on the surface of the object to be measured. The
尚、図11に示す移動ステージ60−3を使用する場合、測定光を透過させる窓部は、ステージ61のY軸方向の移動量に対応してY軸方向に長いものにする必要があり、同様にプリズムミラー44を保持する保持軸と真空容器10との開口部、及びその気密手段もY軸方向に長いものにする必要がある。
When the moving stage 60-3 shown in FIG. 11 is used, the window portion for transmitting the measurement light needs to be long in the Y-axis direction corresponding to the amount of movement of the
[その他]
本実施形態では、プラズマCVD装置の真空容器に適用される測定装置について説明したが、本発明に係る測定装置は、これに限らず、例えば、プラズマエッチング装置の真空容器にも適用でき、要は装置の稼働時間とともに、真空容器内の構成部品が消耗したり、成膜されたりして、装置の性能が変化する真空容器であれば、如何なる真空容器にも適用できる。
[others]
In the present embodiment, the measuring device applied to the vacuum vessel of the plasma CVD apparatus has been described, but the measuring apparatus according to the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, the vacuum vessel of the plasma etching apparatus. It can be applied to any vacuum container as long as the performance of the device changes as the components in the vacuum container wear out or a film is formed with the operating time of the device.
また、真空容器内の測定対象物は、上部電極、下部電極、及びフォーカスリングに限らず、真空容器の内部に設けられ、少なくもと表面粗さ等を測定するための表面を有する構成部品であればよい。 The object to be measured in the vacuum vessel is not limited to the upper electrode, the lower electrode, and the focus ring, but is a component provided inside the vacuum vessel and having a surface for measuring surface roughness and the like at least. All you need is.
更に移動ステージは、XYZ座標系のXY平面と平行な表面を有する構成部品に対して、ステージをX軸方向、又はX軸方向及びY軸方向に移動させるが、XYZ座標系の軸方向とステージの移動方向とは完全に一致していなくてもよく、例えば、参照ミラー(参照光反射体)を一定の走査範囲で走査した場合に最大の干渉光が得られればよい。 Further, the moving stage moves the stage in the X-axis direction, or the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to a component having a surface parallel to the XY plane of the XYZ coordinate system, but the axial direction and the stage of the XYZ coordinate system. It does not have to completely match the moving direction of, for example, it is sufficient that the maximum interference light can be obtained when the reference mirror (reference light reflector) is scanned in a certain scanning range.
更にまた、測定装置は、測定対象物のX軸方向の表面、又は測定対象物のX軸方向及びY軸方向の表面の全域を隙間なく測定する場合に限らず、離散的に測定するものでもよい。 Furthermore, the measuring device is not limited to measuring the entire surface of the object to be measured in the X-axis direction or the surface of the object to be measured in the X-axis direction and the Y-axis direction without gaps, and may also measure discretely. good.
また、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1−1、1−2 プラズマCVD装置
10 真空容器
10A 開口部
12 上部電極
12A デポ膜
14 下部電極
16、18 上下駆動部
20、22 フォーカスリング
30 高周波電源
32 窓部
40 保持軸
42 気密部材
43、74 対物レンズ
44 プリズムミラー
46 フィードスルー用ベローズロッド
46A 保持軸
46B ベローズ
50 測定装置本体
51A 入力部
51B レンズ鏡筒
51C 後端部
52、52'、72 ビームスプリッタ
54 プリズムミラー
55 調整ガラス
56、56' 参照ミラー
57 ピエゾ素子
58、58’ 第2位置検出器
59 精密移動ステージ
60−1、60−2 移動ステージ
61 ステージ
61A ナット
62、65 ステージ駆動部
62A、65A モータ
62B、65B ボールねじ
63 ステージ制御部
64、64−1、64−2 第1位置検出器
70 光源
76 対物レンズ群
78 測定対象物
78A 測定領域
80 撮像素子
90 第3位置検出器
92 表面測定部
100−1、100−2 測定装置
1-1, 1-2
Claims (13)
低コヒーレンス光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記光分割手段からの前記測定光の出射方向をX軸方向とすると、前記光分割手段から第1距離だけ離間した前記X軸方向の位置にて前記測定光をX軸方向と直交する方向に屈曲させる屈曲光学部材と、
前記屈曲光学部材を先端部で保持し、前記真空容器に形成された開口部を介して前記真空容器の内部に前記屈曲光学部材を配置する屈曲光学部材保持軸と、
前記開口部と前記屈曲光学部材保持軸との間の気密を保持し、かつ前記屈曲光学部材保持軸を前記X軸方向に移動可能にする気密手段と、
前記光分割手段から出射される前記参照光を反射する参照光反射体と、
少なくとも前記光分割手段、前記屈曲光学部材保持軸及び前記参照光反射体を搭載したステージを前記X軸方向に移動させる移動ステージと、
前記ステージの移動位置を検出する第1位置検出手段と、
前記ステージに対して前記参照光反射体を移動させて前記参照光の光路長を変更する参照光路長変更手段と、
前記参照光反射体の位置を検出する第2位置検出手段と、
前記測定対象物で反射した前記測定光と前記参照光反射体で反射した前記参照光とを一つに合わせて干渉させる光干渉手段と、
前記測定光と前記参照光との干渉光を受光する光検出手段と、
前記光検出手段により検出された前記干渉光の強度が最大となるときの前記参照光反射体の位置を検出する第3位置検出手段と、
前記第1位置検出手段により検出された前記ステージの移動位置、及び前記第3位置検出手段により検出された前記参照光反射体の位置に基づいて、前記測定対象物の表面の前記X軸方向の位置における前記測定対象物の表面を測定する測定手段と、
を備えた測定装置。 A measuring device provided inside a vacuum vessel and having a surface parallel to the XY plane of the XYZ coordinate system as a measurement object, and measuring the surface of the measurement object in a non-contact manner.
A light source that emits low coherence light and
An optical dividing means for dividing the low coherence light emitted from the light source into measurement light and reference light, and
Assuming that the emission direction of the measurement light from the optical dividing means is the X-axis direction, the measurement light is directed in a direction orthogonal to the X-axis direction at a position in the X-axis direction separated from the optical dividing means by a first distance. Bending optical member to bend and
A bending optical member holding shaft that holds the bending optical member at the tip portion and arranges the bending optical member inside the vacuum container through an opening formed in the vacuum container.
An airtight means for maintaining airtightness between the opening and the bending optical member holding shaft and allowing the bending optical member holding shaft to move in the X-axis direction.
A reference light reflector that reflects the reference light emitted from the light dividing means, and
A moving stage for moving at least the light dividing means, the bending optical member holding shaft, and the stage on which the reference light reflector is mounted in the X-axis direction.
The first position detecting means for detecting the moving position of the stage and
A reference optical path length changing means for moving the reference light reflector with respect to the stage to change the optical path length of the reference light, and
A second position detecting means for detecting the position of the reference light reflector, and
An optical interference means that causes the measurement light reflected by the measurement object and the reference light reflected by the reference light reflector to interfere with each other.
A photodetecting means that receives interference light between the measurement light and the reference light,
A third position detecting means for detecting the position of the reference light reflector when the intensity of the interfering light detected by the light detecting means is maximized, and
Based on the moving position of the stage detected by the first position detecting means and the position of the reference light reflector detected by the third position detecting means, in the X-axis direction of the surface of the object to be measured. A measuring means for measuring the surface of the object to be measured at a position,
A measuring device equipped with.
低コヒーレンス光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記光分割手段からの前記測定光の出射方向をX軸方向とすると、前記光分割手段から第1距離だけ離間した前記X軸方向の位置にて前記測定光をX軸方向と直交する方向に屈曲させる屈曲光学部材と、
前記屈曲光学部材を先端部で保持し、前記真空容器に形成された開口部を介して前記真空容器の内部に前記屈曲光学部材を配置する屈曲光学部材保持軸と、
前記開口部と前記屈曲光学部材保持軸との間の気密を保持し、かつ前記屈曲光学部材保持軸を前記X軸方向に移動可能にする気密手段と、
前記光分割手段から出射される前記参照光を反射する参照光反射体と、
少なくとも前記光分割手段、前記屈曲光学部材保持軸及び前記参照光反射体を搭載したステージを前記X軸方向に移動させる移動ステージと、
前記ステージの移動位置を検出する第1位置検出手段と、
前記ステージ上に設置され、少なくとも前記光分割手段及び前記参照光反射体を含む測定装置本体、又は前記屈曲光学部材保持軸を搭載し、前記測定装置本体又は前記屈曲光学部材保持軸を前記X軸方向に微小移動させる精密移動ステージと、
前記精密移動ステージによる前記測定装置本体又は前記屈曲光学部材保持軸の移動位置を検出する第2位置検出手段と、
前記測定対象物で反射した前記測定光と前記参照光反射体で反射した前記参照光とを一つに合わせて干渉させる光干渉手段と、
前記測定光と前記参照光との干渉光を受光する光検出手段と、
前記光検出手段により検出された前記干渉光の強度が最大となるときの前記測定装置本体又は前記屈曲光学部材保持軸の位置を検出する第3位置検出手段と、
前記第1位置検出手段により検出された前記ステージの移動位置、及び前記第3位置検出手段により検出された前記測定装置本体又は前記屈曲光学部材保持軸の位置に基づいて、前記測定対象物の表面の前記X軸方向の位置における前記測定対象物の表面を測定する測定手段と、
を備えた測定装置。 A measuring device provided inside a vacuum vessel and having a surface parallel to the XY plane of the XYZ coordinate system as a measurement object, and measuring the surface of the measurement object in a non-contact manner.
A light source that emits low coherence light and
An optical dividing means for dividing the low coherence light emitted from the light source into measurement light and reference light, and
Assuming that the emission direction of the measurement light from the optical dividing means is the X-axis direction, the measurement light is directed in a direction orthogonal to the X-axis direction at a position in the X-axis direction separated from the optical dividing means by a first distance. Bending optical member to bend and
A bending optical member holding shaft that holds the bending optical member at the tip portion and arranges the bending optical member inside the vacuum container through an opening formed in the vacuum container.
An airtight means for maintaining airtightness between the opening and the bending optical member holding shaft and allowing the bending optical member holding shaft to move in the X-axis direction.
A reference light reflector that reflects the reference light emitted from the light dividing means, and
A moving stage for moving at least the light dividing means, the bending optical member holding shaft, and the stage on which the reference light reflector is mounted in the X-axis direction.
The first position detecting means for detecting the moving position of the stage and
A measuring device main body or the bending optical member holding shaft, which is installed on the stage and includes at least the light dividing means and the reference light reflector, is mounted, and the measuring device main body or the bending optical member holding shaft is mounted on the X axis. A precision movement stage that moves minutely in the direction,
A second position detecting means for detecting the moving position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft by the precision moving stage, and
An optical interference means that causes the measurement light reflected by the measurement object and the reference light reflected by the reference light reflector to interfere with each other.
A photodetecting means that receives interference light between the measurement light and the reference light,
A third position detecting means for detecting the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft when the intensity of the interference light detected by the photodetecting means is maximized.
The surface of the object to be measured based on the moving position of the stage detected by the first position detecting means and the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft detected by the third position detecting means. A measuring means for measuring the surface of the object to be measured at the position in the X-axis direction of the above.
A measuring device equipped with.
前記撮像面に入射する前記干渉光は、前記撮像面に対応した大きさの断面を有し、
前記第3位置検出手段は、前記受光素子ごとに前記干渉光の強度が最大となるときの前記参照光反射体の位置を検出し、
前記測定手段は、前記受光素子ごとに検出された前記参照光反射体の位置に基づいて、前記測定対象物の表面を測定する、
請求項1に記載の測定装置。 The light detection means is an image pickup device having an image pickup surface formed by arranging light receiving elements in a matrix.
The interference light incident on the imaging surface has a cross section having a size corresponding to the imaging surface.
The third position detecting means detects the position of the reference light reflector when the intensity of the interference light is maximized for each light receiving element.
The measuring means measures the surface of the object to be measured based on the position of the reference light reflector detected for each light receiving element.
The measuring device according to claim 1.
前記撮像面に入射する前記干渉光は、前記撮像面に対応した大きさの断面を有し、
前記第2位置検出手段は、前記受光素子ごとに前記干渉光の強度が最大となるときの前記測定装置本体又は前記屈曲光学部材保持軸の位置を検出し、
前記測定手段は、前記受光素子ごとに検出された前記測定装置本体又は前記屈曲光学部材保持軸の位置に基づいて、前記測定対象物の表面を測定する、
請求項2に記載の測定装置。 The light detection means is an image pickup device having an image pickup surface formed by arranging light receiving elements in a matrix.
The interference light incident on the imaging surface has a cross section having a size corresponding to the imaging surface.
The second position detecting means detects the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft when the intensity of the interference light is maximized for each light receiving element.
The measuring means measures the surface of the object to be measured based on the position of the measuring device main body or the bending optical member holding shaft detected for each light receiving element.
The measuring device according to claim 2.
請求項1から4のいずれか1項に記載の測定装置。 The airtight means is a feedthrough bellows rod, an O-ring, a ferrofluid, or a magnet ring.
The measuring device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から6のいずれか1項に記載の測定装置。 The first distance is a distance longer than the length of the surface of the measurement object in the X-axis direction.
The measuring device according to any one of claims 1 to 6.
前記測定手段は、前記測定対象物の表面のX軸方向の全域を測定する、
請求項7に記載の測定装置。 A stage control unit for moving the stage in the X-axis direction and causing the measurement light to enter the surface of the measurement object from one end to the other end in the X-axis direction of the surface of the measurement object is further provided.
The measuring means measures the entire surface of the object to be measured in the X-axis direction.
The measuring device according to claim 7.
前記ステージ制御部は、前記ステージを前記X軸方向及び前記Y軸方向にそれぞれ移動させ、前記測定光を前記測定対象物の表面の全域にわたって入射させ、
前記測定手段は、前記測定対象物の表面の全域を測定する、
請求項8に記載の測定装置。 The moving stage is an XY stage that moves at least a stage equipped with the light dividing means, the bending optical member holding shaft, and the reference light reflector in the X-axis direction and the Y-axis direction of the XYZ coordinate system, respectively.
The stage control unit moves the stage in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, and causes the measurement light to be incident on the entire surface of the measurement object.
The measuring means measures the entire surface of the object to be measured.
The measuring device according to claim 8.
請求項1から9のいずれか1項に記載の測定装置。 The measurement light emitted from the light dividing means passes through the opening and is incident on the bending optical member.
The measuring device according to any one of claims 1 to 9.
請求項10に記載の測定装置。 A rotating means for rotating the bending optical member holding shaft about the optical axis of the measurement light emitted from the optical dividing means toward the bending optical member is further provided.
The measuring device according to claim 10.
請求項1から9のいずれか1項に記載の測定装置。 The measurement light emitted from the light dividing means passes through a window portion made of a first transparent member provided in the vacuum container and is incident on the bending optical member.
The measuring device according to any one of claims 1 to 9.
請求項12に記載の測定装置。 A second transparent member arranged between the light dividing means and the reference light reflector and having the same refractive index and thickness as the first transparent member is provided.
The measuring device according to claim 12.
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