JP3939028B2 - 斜入射干渉計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定物の表面形状の測定に好適な斜入射干渉計に関する。
【0002】
【従来技術】
斜入射干渉計としては、例えば半導体素子製造過程におけるシリコンウェハの平面度検査に利用されるものが知られている。この斜入射干渉計は、斜め方向から測定面へ光を入射させるので、比較的凹凸の大きな物でも測定可能であり、また、測定面への入射角度を変えることにより測定感度を変更できるという特徴を持つ。
【0003】
従来、測定感度を変更する構成は、例えば図5に示すように構成したものが知られている。光源であるHe−Neレーザ8から出射されたレーザ光は、レンズ7により必要な大きさに拡張された後、コリメーティングレンズ6で平行光束にされ、ロータリープリズム5を通ってプリズム1に入射する。プリズム参照面2で反射した光と、プリズム参照面2を透過して測定物の測定面3で反射した光が干渉現象を起こし、スクリーン4には干渉縞が写し出される。測定感度の変更は、ロータリープリズム5を動かしてプリズム1に対するレーザ光の入射角を変えることにより行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の半導体ウエハは大型化の傾向にあり、現在ではその直径が200mmになる物もある。これに対応するためには感度切替え用のロータリープリズム5もほぼそれに等しい大きさが必要となるが、このような光学部材を大きくして必要な精度を維持することはコストがかかるという欠点がある。
【0005】
また、上記の機構では、測定感度を変えるためにロータリープリズム5を動かして調整しているので、その為の駆動装置が必要となり、大きな光学部材を動かす機構は装置的に複雑になるという欠点がある。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑み、測定感度切替え用の機構を簡単な構造にして、大きな測定面にも安価に対応できる干渉計を提供することを技術課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【0008】
(1) 測定光源を出射した可干渉の測定光を略平行光束にするコリメーティングレンズと、被測定面に対向した参照面を持ち、該コリメーティングレンズにより略平行光束にされた可干渉光を参照面から被測定面に斜め方向から入射させるプリズムと、を有し、被測定面より反射する測定光と参照面で反射する測定光とにより干渉縞を得る斜入射干渉計において、複数の測定光源を、それを出射した測定光が前記コリメーティングレンズにより略平行光束になるとともに、異なる測定感度に対応して被測定面に入射する各測定光の入射角が変化するように、配置し、配置された測定光源を測定感度選択スイッチの選択信号の入力に応じて選択的に点灯させることにより測定光の出射位置を変化させる出射位置可変手段と、を備えることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
【0016】
10は可干渉光を出射するレーザ光源が配置された光源部であり、光源部10には測定感度を切替えるべく被測定物30の測定面30aへの入射角を変更できるように5つのレーザ光源11a〜11eが配置されている(この配置については後述する)。レーザ光源11a〜11eとしては、波長655nmの赤色光を発する半導体レーザ(以下、LDと示す)を使用して、配置スペースを節約できるようにしている。LD11a〜11eは、コントロールパネル21が持つ感度切替え用のスイッチ21aを操作することにより、制御部20の駆動制御によって選択的に点灯される。測定感度は1〜5μmで1μm毎に変更できるようにしている。
【0017】
LD11a〜11eの何れかから出射されたレーザ光は、固定配置されたコリメーティングレンズ12により平行光束にされた後、プリズム13に入射する。プリズム13に入射した光束は、参照面13aからの反射光とプリズム13を透過して測定面30aへ斜め方向から入射する光束に別れる。参照面13aで反射した光束と測定面30aで反射した光束とが干渉現象を起こし、これがスクリーン14に投影される。スクリーン14に投影された干渉縞は、フィールドレンズ15を介してテレビカメラ16に撮像され、その出力信号が画像処理装置22に入力される。画像処理装置22では入力された画像に所定の画像処理を施し、測定面30aの凹凸の状態が測定される。23はモニタで、テレビカメラ16に撮像される干渉縞画像や測定結果が表示される。31は、測定物30の載置台である。
【0018】
次に、測定感度を変更するためのLD11a〜11eの配置について説明する。斜入射干渉計では、干渉縞の1縞分が被測定面の高低差に対してどのくらいに相当するかを示す測定感度Sは、図2に示すようにプリズム参照面の法線と、プリズムから出射した光線とのなす角をθとするとき、
S=λ/2COSθ
で表される。ここで、λ=655nmとすると、θ=70.9°でS=1.0μmとなる。同様に、θ=80.6°でS=2.0μm、θ=83.7°でS=3.0μm、θ=85.3°でS=4.00μm、θ=86.2°でS=5.0μmとなる。
【0019】
したがって、各LD11a〜11eは、その出射光束がコリメーティングレンズ12及びプリズム13を介して測定面30aに上記の入射角度で入射するように設計配置しておけば良い。
【0020】
なお、コリメーティングレンズ12の焦点距離を短く設定すると、各LDを配置すべき間隔は狭くなり、LDのパッケージ同士が干渉して望みの感度を得る為のライン上の配置が難しい場合がある。この場合は図3のように各LD11a〜11eを互い違いにずらして配置すれば良い(図3は、各LD11a〜11eをコリメーティングレンズ12の方向から見た図である)。測定感度はプリズム参照面から出射した光束が測定面へ入射する角度θによるが、光線は図1または図2の紙面内になければならないということはないので、このような配置も可能である。
【0021】
測定感度を変更するときは、コントロールパネル21にあるスイッチ21aにより所望の測定感度を選択する。制御部20はスイッチ21aによる選択信号の入力に応じて光源部10のLD11a〜11eの何れかを点灯駆動する。測定感度の変更はLDの電気的な点灯駆動だけで即座に行える。また、機械的な可動部が無いので、角度ずれによる測定精度の低下や故障の心配が少ない。
【0022】
LDの点灯によりスクリーン14には、参照面13aで反射した光束と測定面30aで反射した光束とにより所望の測定感度を持つ干渉縞が投影される。この干渉縞がテレビカメラ16により撮像され、画像処理装置22に入力される。画像処理装置22は撮像された画像データに対して所定の画像解析を行う。また、画像処理装置22にはスイッチ21aにより選択された測定感度の情報が制御部20を介して入力されるので、画像解析の結果と測定感度の情報とに基づいて測定面30aの平坦度の測定結果を算出する。
【0023】
以上説明した実施形態では光源を複数個設けて構成したが、図4に示すように(先の形態と同一の要素には同一の符号を付している)、1つのLD11を使用してその位置を移動装置40により移動することにより、LD11から出射するレーザ光の出射位置を変化させ、測定面30aに斜め入射するレーザ光の入射角を変えるようにしても良い。制御部20はコントロールパネル21からの感度変更の信号により移動装置40を駆動し、LD11を感度に応じた位置に移動する。この場合、測定感度は連続可変が可能である。
【0024】
この形態の場合、測定感度を変更するための可動機構としては光源の移動だけで良く、また、光源として小型のLDを使用することによりその機構を大きくしなくてすむので、大きな測定面に対しても安価に構成することができる。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定感度切替え用の機構を簡略化して大きな測定面にも安価に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
【図2】測定感度に対応させて被測定面に斜めに入射させる光の入射角度を説明する図である。
【図3】光源を配置すべき間隔が狭い場合の配置例を示す図である。
【図4】本発明の変容例を示す図である。
【図5】従来の斜入射干渉計における測定感度の切替え機構を示す図である。
【符号の説明】
10 光源部
11a〜11b レーザ光源
12 コリメーティングレンズ
13 プリズム
13a 参照面
14 スクリーン
15 フィールドレンズ
20 制御部
30 被測定物
30a 測定面
Claims (1)
- 測定光源を出射した可干渉の測定光を略平行光束にするコリメーティングレンズと、被測定面に対向した参照面を持ち、該コリメーティングレンズにより略平行光束にされた可干渉光を参照面から被測定面に斜め方向から入射させるプリズムと、を有し、被測定面より反射する測定光と参照面で反射する測定光とにより干渉縞を得る斜入射干渉計において、複数の測定光源を、それを出射した測定光が前記コリメーティングレンズにより略平行光束になるとともに、異なる測定感度に対応して被測定面に入射する各測定光の入射角が変化するように、配置し、配置された測定光源を測定感度選択スイッチの選択信号の入力に応じて選択的に点灯させることにより測定光の出射位置を変化させる出射位置可変手段と、を備えることを特徴とする斜入射干渉計。
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