JP3207508B2 - 干渉計におけるアライメント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉計において、被検
体を支持する試料台を所定傾斜角度に調整するためのア
ライメント装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、光学素子、ミラー等
の被検体の表面形状の検査を行う干渉計は、レーザー光
の干渉性を利用し、被検体の凹凸を等高線干渉縞で測定
する装置であり、光学基準板の高精度平面からの反射光
と、被検体の表面からの反射光とを干渉させて、両者の
平面度のずれに応じて発生する干渉縞を測定するもので
ある。

【０００３】すなわち、可干渉性のあるレーザー光を広
い平行光束にコリメートし分割し、片方の光束を高精度
平面である基準板に当ててその反射光を参照光とし、も
う一方を被検体に当てて物体光とする。これらの２つの
光を合わせると干渉縞が発生し、これが被検体の形状の
等高線干渉縞となり、その等高線の本数から被検体の面
形状を求める技術である。

【０００４】上記のような干渉計で得られる等高線干渉
縞の間隔は、使用する光波の波長の半分であり、通常使
われるＨｅ−Ｎｅレーザー光源では0.3164μｍと極めて
微小である。

【０００５】そして、上記干渉計では微細な凹凸を測定
できるものであるが、その測定は基準板という標準との
比較測定であるため、被検体と基準板を光軸に対しミク
ロンオーダーの高精度で前もって平行調整しておかなけ
ればならず、すなわち、干渉縞が発生するためには被検
体と基準板とが高精度で平行になっていなければなら
ず、この平行度を得るための機構が設けられている。

【０００６】例えば、図５に示すように、光源41からの
レーザー光がダイバージャーレンズ42で集光され点光源
となってから広がった光は、コリメータレンズ43で平行
光とされ、基準板44、被検体45で反射されて入射光路を
逆に進み、コリメータレンズ43で集光され、元の点光源
に集光すると共に、第１のハーフミラー46で反射されて
結像レンズ47によってＴＶカメラ48に結像されて干渉縞
が観察される。一方、上記基準板44、被検体45で反射さ
れた光は第２のハーフミラー49でＯ₁ に集光され、これ
をもう一度結像レンズ50でスクリーン51のＯ₂ に結像す
る。このスクリーン51上の結像点は基準板44、被検体45
を傾けると移動し、両者が平行になると同じ点に結像す
る。

【０００７】上記特性に基づき、被検体45を反射しスク
リーン51に結像している点像を、基準板44から反射して
来た光でつくられた点像と重なるように被検体45の角度
を角度調整機構52の操作によって調整して、両者の平行
度を得るような技術が知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記のよう
な従来の干渉計でのアライメントは、干渉計の測定用光
学系を利用したアライメント光学系により行っているこ
とから、干渉計の光学系が大きくなったり、光学系が全
体として複雑となり、その精度確保が困難となるもので
あり、また、アライメント調整の範囲が拡大して作業が
煩雑になるなどの問題を有している。

【０００９】すなわち、干渉計の光学系にアライメント
光学系を付設したものでは、干渉計としての光学系から
一部の光を分岐することにより常時アライメントが行え
る方法と、アライメント時にアライメント光学系に切り
換える方法とがあるが、いずれにしても干渉縞が例えば
ＣＲＴ上に観察された段階では、必要のない光学系であ
る。つまり、干渉縞が見えればこの干渉縞の増減により
アライメントが可能となるものであり、上記干渉計への
アライメント光学系の付設によって干渉計の容積を大幅
に大きくする場合もある。

【００１０】また、上記のようなアライメントすなわち
基準面との平行調整を行うについて、被検体を載置する
試料台の載物面が基準面に対して調整されていると、被
検体が平行平面板またはこれに類するものであれば、わ
ずかな調整で試料面のアライメントが完了することにな
る。

【００１１】そこで、本発明は上記事情に鑑み、前記試
料台自体に能動的なアライメント機構を装備するように
して、アライメントの簡素化を図るようにした干渉計に
おけるアライメント装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の干渉計におけるアライメント装置は、基準板の
基準面からの反射光と被検体の測定面からの反射光との
干渉に基づき測定面の面形状を測定するについて、前記
被検体を支持する試料台に傾斜角度が調整可能なアライ
メント機構を付設すると共に、前記試料台と一体に傾動
するようにアライメント光学系を配設してなり、このア
ライメント光学系は、光源と、試料台の載置面と所定の
角度関係に設定された反射面を有する基準ミラーと、前
記光源からの光を前記基準板と基準ミラーとに分光する
ハーフミラーと、前記基準ミラーで反射した基準スポッ
ト光と基準板で反射した調整スポット光が入射される受
光手段とを備え、前記受光手段に入射される両スポット
光が同一点となるように前記アライメント機構を調整す
るように構成してなるものである。

【００１３】

【作用】上記のようなアライメント装置では、被検体を
載置する試料台と一体に傾動するようにアライメント光
学系を配設し、光源から照射された光がこの試料台の載
置面に関連して設置された基準ミラーで反射され受光手
段に入射された基準スポット光に対し、干渉計の固定部
分に設置された基準板の基準面で反射された調整スポッ
ト光は、上記試料台を傾動すると受光手段上での入射位
置が移動するものであり、両スポット光の入射位置が一
致するように試料台の角度調整を行うことで、基準面に
対して試料台の基準角度が所定の関係を満しアライメン
トが行えるようにしている。

【００１４】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１に一実施例のアライメント装置を備えた干渉計
の要部の概略構成を示している。すなわち、フィゾー型
干渉計に代表される干渉計の被検体を支持するオートア
ライメント付き試料台の概略断面図を示し、干渉計の干
渉縞測定用の光学系については図示を省略している。

【００１５】被検体（図示せず）を載置する平板状の試
料台15の上方には、干渉計10の基準反射面11a を有する
基準板11がホルダー12に支持されている。

【００１６】上記試料台15は、ベース16に立設された台
盤17上に傾斜角度が調整可能にアライメント機構20を介
して設置されている。このアライメント機構20は、図２
に配置図を示すように、試料台15の一隅の底面には球面
ジョイント18が設けられて、該ジョイント18を支点とし
て台盤17に対していずれの方向にも傾動可能に枢支さ
れ、他の直交する２つの隅部にはリニアアクチュエータ
21,22 が設置されている。このリニアアクチュエータ2
1,22 は入力信号に応じて伸縮ロッド21a,22a の突出量
が調整されるものであって、本体部分が試料台15に固着
され、その伸縮ロッド21a,22a の先端が台盤17のＶ溝17
a に係合され、その伸縮作動によって試料台15のＸ方向
およびＹ方向の傾斜角度が調整可能である。なお、上記
台盤17のＶ溝17a は、上記球面ジョイント18の方向に延
び、試料台15の傾斜角度の変化に応じてリニアアクチュ
エータ21,22 の伸縮ロッド21a,22a の先端の接触点が移
動するのに対応するように構成されている。また、上記
試料台15の中心には、ビーム穴15a が開口されている。

【００１７】一方、前記試料台15の下面には、下方に延
びる支持板24が固着されている。そして、この支持板24
には、レーザー光源25、ハーフミラー26、受光手段27
（ＴＶカメラ）、基準ミラー28によるアライメント光学
系30が設置されている。上記レーザー光源25は、特に広
がり角度の大きな半導体レーザーの場合には、平行で細
いビーム光に変換するための光学系が内蔵されている。

【００１８】上記レーザー光源25の前方で試料台15のビ
ーム穴15a の下方には斜め45°に傾斜したハーフミラー
26が設置され、さらに前方には基準ミラー28が配設され
ている。そして、上記ハーフミラー26によってビーム光
の一部が上方の基準板11の基準面11a に照射され、透過
したビーム光が基準ミラー28に照射される。また、上記
基準ミラー28は、その反射面が前記試料台15の被検体載
置面15b に対して正確に直交する角度に設置されてい
る。

【００１９】さらに、前記ハーフミラー26の下方にはＴ
Ｖカメラによる受光手段27が設けられ、この受光手段27
には前記基準板11の基準面11a から反射したビーム光が
ハーフミラー26を透過して、および、基準ミラー28の反
射面で反射したビーム光がハーフミラー26で反射されて
それぞれ入射される。この受光手段27では両ビーム光の
入射位置を検出し、基準ミラー28から反射されたビーム
光は試料台15が傾動しても入射位置が変化しない基準ス
ポット光Ｒとなり、基準板11から反射したビーム光は試
料台15の傾動によって入射位置が変更する調整スポット
光Ｐとして検出される（図３参照）。

【００２０】上記光学系30の相対的位置関係は、試料台
15の載置面15b と基準板11の基準面11a とが平行になる
と、上記基準スポット光Ｒと調整スポット光Ｐとが同光
路を戻って受光手段27の同一点に入射されるように調整
されている。

【００２１】また、前記受光手段27の検出信号は制御手
段32におけるフレームメモリ33に記憶され、このフレー
ムメモリ33の信号は演算処理装置34（ＣＰＵ）に入力さ
れて両スポット光Ｐ，Ｒの位置に基づいて演算処理さ
れ、ドライバー35を介して前記両リニアアクチュエータ
21,22 に駆動信号が出力され、基準スポット光Ｒに対し
て調整スポット光Ｐが重なるように自動的にアライメン
ト調整を行うものである。

【００２２】図３は前記フレームメモリ33による両スポ
ット光Ｐ，Ｒの検出位置の例を示すものであり、基準ス
ポット光Ｒはその座標の原点に入射し、調整スポット光
Ｐが座標（ｘ，ｙ）に入射されている場合の、演算処理
装置34による演算処理のフローチャートを図４に示す。

【００２３】図４によれば、アライメントの開始に応
じ、ステップＳ１でフレームメモリ33から画像を取り込
み、ステップＳ２でこの画像（図３）から基準スポット
光Ｒの位置を検出すると共に、ステップＳ３で調整スポ
ット光Ｐの位置を検出する。そして、ステップＳ４で上
記調整スポット光Ｐの位置座標のｘ，ｙの値が小さくな
る方向、すなわち、基準スポット光Ｒの位置に近付く方
向に、リニアアクチュエータ21,22 の駆動量（ステップ
量）を演算し、ドライバー35を介して駆動信号を出力す
る。

【００２４】このリニアアクチュエータ21,22 の駆動に
伴い調整スポット光Ｐの入射位置が変化するものであ
り、ステップＳ５でこの調整スポット光Ｐの座標ｘ，ｙ
が０になったか否かを判定し、ＮＯ判定で一致しない時
には上記ステップを繰り返してリニアアクチュエータ2
1,22 のフィードバック制御を行い、一致したＹＥＳ判
定時にアライメント調整を終了するもので、この状態で
試料台15の載置面15b が基準板11の基準面11a と平行と
なる。

【００２５】上記のように試料台15の載置面15b のアラ
イメントを行った後に、この試料台15に被検体を載置
し、干渉計10のレーザー光源25から光学系を介してレー
ザービームを射出して、被検体の測定面で反射した参照
光と基準板11で反射した基準波光との干渉縞を測定する
ものであって、被検体の載置時のアライメントが不要あ
るいは簡易となる。

【００２６】なお、上記実施例ではＴＶカメラによる受
光手段27でスポット光を検出しているが、他のフォトデ
ィテクター、４分割ダイオード等による受光手段を使用
して、基準スポット光Ｒと調整スポット光Ｐとのずれを
検出するようにしてもよい。すなわち、例えば、４分割
ダイオードでは受光面が上下左右に４分割され、上下部
分の受光量の差に応じてアライメント機構のＸ方向の傾
斜を調整し、左右部分の受光量の差に応じてアライメン
ト機構のＹ方向の傾斜を調整するように比較回路を介し
て、アクチュエータ21,22 に駆動信号を出力することに
よってオートアライメントが実現できるものである。

【００２７】また、試料台15の傾斜角度を調整するアラ
イメント機構20についても、上記実施例のような構成の
ほか公知の角度調整機構に適宜設計変更可能である。上
記実施例では、アライメント用のレーザー光源25のオン
・オフについては説明していないが、干渉計10による測
定時には試料台15のアライメント機能は不要であり、ア
ライメント作動時にみ電源をオン作動するように構成す
るのが好ましい。

【００２８】一方、上記実施例では、ＴＶカメラによる
スポット光の位置検出に基づいて自動的にアライメント
調整を行うように設けているが、このＴＶカメラの撮像
面の位置にスクリーンによる受光手段を設置して、直接
スポット光を観察して作業者によってアライメント調整
を行うように構成してもよい。

【００２９】前記実施例において、試料台15のアライメ
ントを行った後、この試料台15に平行平面状の被検体を
載置した際には、その被検体に対するアライメントは不
要となるが、平行平面板でなくても試料台15への載置面
15b と測定面とが予め規定の傾斜角度があるものでは、
測定面が基準面と平行となるように該測定面に対して前
記基準ミラー28の面が直角となるように角度調整を行っ
ておくと、試料台15が予め上記規定角度だけ傾斜状態に
アライメントが行われることになり、測定面に対するア
ライメントを不要とすることができるものである。

【００３０】

【発明の効果】上記のような干渉計におけるアライメン
ト装置では、被検体を載置する試料台と一体に傾動する
ようにアライメント用の光学系を設置したことにより、
干渉計の測定システムの立ち上げ時の試料台とのアライ
メントが容易に行え、その、自動化の実現も容易であ
る。さらに、干渉計内部の測定用光源にはアライメント
光学系を設置する必要がなくなり、干渉計のコンパクト
化が図れると共に光学系の精度確保が容易となり、ま
た、アライメント範囲を干渉計とは別に決定することが
可能となるなどの効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるアライメント装置を
備えた干渉計の要部構成図

【図２】試料台の配置図

【図３】受光手段での検出画像例を示す説明図

【図４】図３に基づく制御手段の処理を説明するための
フローチャート図

【図５】従来のアライメント装置を備えた干渉計の概略
構成図

【符号の説明】

10 干渉計 11 基準板 11a 基準面 15 試料台 15b 載置面 20 アライメント機構 21,22 アクチュエータ 25 光源 26 ハーフミラー 27 受光手段 28 基準ミラー 30 アライメント光学系 32 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−10733（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312513（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−24505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−198325（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−25790（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭51−42495（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 H01L 21/30 H01L 21/66

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準板の基準面からの反射光と、被検体
   の測定面からの反射光との干渉に基づき測定面の面形状
   を測定する干渉計において、 前記被検体を支持する試料台と、該試料台の傾斜角度が
   調整可能なアライメント機構と、前記試料台と一体に傾
   動するように配設されたアライメント光学系とからな
   り、 前記アライメント光学系は、光源と、試料台の載置面と
   所定の角度関係に設定された反射面を有する基準ミラー
   と、前記光源からの光を前記基準板と基準ミラーとに分
   光するハーフミラーと、前記基準ミラーで反射した基準
   スポット光と基準板で反射した調整スポット光が入射さ
   れる受光手段とを備え、 前記受光手段に入射される両スポット光が同一点となる
   ように前記アライメント機構が調整されることを特徴と
   する干渉計におけるアライメント装置。