JP4425747B2 - 仮想接面測定用の干渉計装置 - Google Patents

Description

本発明は形状測定用の干渉計装置に関し、特にプラズマディスプレイやＥＬ等の各種表示素子や半導体ウエハ等において、基板上に高密度に配設される多数の線状回路配線のコプラナリティ（ｃｏｐｌａｎａｒｉｔｙ：同一平面性、平坦性）計測等に利用可能な干渉計装置に関する。

プラズマディスプレイ等の表示素子、電子部品や半導体素子等の高集積化、大規模化、大面積化が進み、それに伴う回路配線の微細化や積層化が進んでいる。このような素子の製造工程においては、配線間の絶縁性の確保、配線の断線防止、積層間の絶縁確保や素子を機能させるために必要な配線断面積の確保等が重要な問題となっている。

配線間の絶縁性の確保、配線の断線防止、積層間の絶縁確保等のために、素子基板上に金属膜をエッチングして形成した配線上に絶縁層をオーバーコートして、その絶縁層の上面をラップ盤等で研磨して平坦化することで積層時の問題を解決する技術が知られている。この方法においては、絶縁性を確保するために配線上の絶縁層の厚さを厳密に管理しながら研磨を進めなければならない（下記特許文献１参照）。

しかし、金属膜をエッチングすることで配線を形成する方法では、配線の微細化に伴いアスペクト比（配線幅に対する金属膜の厚さの比）が大きくなり過ぎ、エッチングでは所望の配線断面形状を得ることが困難となる。その結果、素子を機能させるために必要な配線断面積の確保やエッチング残りによる配線間の絶縁不良などが問題となる。その問題を解決するために、あらかじめ基板上に成膜されている絶縁体に配線用の溝を形成しておき、その絶縁体上に溝の内部も含めて金属層を形成し、この金属層を化学的機械的研磨で絶縁体の表面まで一様に研磨することにより、絶縁体上の金属を除去して溝中の金属のみを配線として残すプロセスが採られるようになってきている。この方法においては、配線に必要な断面積を得るために絶縁体のエッチングによる溝の深さを高精度に管理しなければならない（下記特許文献２参照）。

また、半導体基板上に形成された金属膜上にフォトレジストで配線パターンのネガ像を作り、露出した金属配線パターン上にメッキ法で金等の金属をメッキして配線を形成する手段も知られている。この方法においては、基板の周辺部でメッキの電流漏れがおこり、中央部と周辺部でメッキの膜厚が変わることがあるので、基板あるいはフォトレジストの上面に対する金属配線上面の高さ分布を管理しなければならない（下記特許文献３参照）。

このような管理を行なうためには、各配線の上面、溝の底面、あるいはメッキした金属配線上面等の複数の線状被検面の同一平面性（コプラナリティ）を測定するだけではなく、絶縁層の表面、基板の表面あるいはフォトレジストの表面についてもその平面性を測定することが求められている。

従来、干渉分光膜厚計（特許文献１）、スポット干渉法（特許文献２）、光切断法、共焦点法、斜め照明による影領域測定法（特許文献４）等を用いて、各線状被検面および各線状被検面間から臨む基板表面の高さを局所的に測定することにより、各線状被検面のコプラナリティおよび基板表面の平面性を測定する方法が知られている。

特開平８−２４０４１３号公報 特開２００２−０４８５１９号公報 特開平５−１２１４０３号公報 特開２００１−２９８０３６号公報

しかし、このような測定方法は、測定点を多数設定する必要があるため測定に多くの時間を要し、特にインプロセス測定には向かないという問題を有している。

一方、上記基板の平面性が良好であれば、線状被検面は、その製作の過程から同一平面に概ね揃うことになる。そこで、表面形状測定用の干渉計装置を用いて複数の線状被検面が構成する１つの平面の形状に対応した干渉縞画像を撮影し、その解析を行なうことにより、各線状被検面のコプラナリティを調べることも考えられる。しかし、複数の線状被検面で構成される仮想平面は、線状被検面間に存在する絶縁体等により分断されており、連続する１つの平面を形成していない。また、各線状被検面間から臨む基板表面あるいはフォトレジスト表面についても、各線状被検面によって分断され連続する１つの平面を形成していない。このため、従来の干渉計装置ではその全体的な形状測定を行なうことは困難である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、表示素子の基板上や半導体ウエハ上などに高密度で形成された各線状被検面および各線状被検面から臨む基板表面のように、互いに略平行な相異なる仮想面上にそれぞれ位置するように形成された複数種の小被検面を有する被検体において、各小被検面の高さ方向に対する同一平面性を容易かつ高精度に測定することが可能な仮想接面測定用の干渉計装置を提供することを目的とする。

本発明に係る仮想接面測定用の干渉計装置は、被検体および干渉計の基準面に測定光を照射し、被検体からの反射光と基準面からの反射光とを合波して干渉光を得る干渉光学系と、干渉光の光強度分布を検出する光検出面とを備えた干渉計装置において、第１の基準仮想面上に第１の配置パターンで位置するように形成された第１の小被検面と接する第１の仮想接面、および前記第１の基準仮想面と略平行な第２の基準仮想面上に第２の配置パターンで位置するように形成された第２の小被検面と接する第２の仮想接面の形状を測定するため以下の構成を備えている。

すなわち、本発明に係る仮想接面測定用の干渉計装置は、
前記測定光は、前記第１の小被検面からの反射光と前記第２の小被検面からの反射光との光路長差よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光であり、
前記第１の小被検面を測定対象とする第１の測定時には該第１の小被検面からの反射光と前記基準面からの反射光とが干渉するように光路長を調整し、前記第２の小被検面を測定対象とする第２の測定時には該第２の小被検面からの反射光と前記基準面からの反射光とが干渉するように光路長を調整する光路長調整手段と、
前記光検出面上に分割設定された複数の検出単位領域の各々に、前記第１の測定時には前記第１の小被検面の像の少なくとも一部分が形成されるようにし、前記第２の測定時には前記第２の小被検面の像の少なくとも一部分が形成されるようにする像形成調整手段と、
前記検出単位領域ごとに平均化されて検出された各光強度に基づき、前記第１の測定時には前記第１の仮想接面の形状に対応した第１の干渉縞情報を得、前記第２の測定時には前記第２の仮想接面の形状に対応した第２の干渉縞情報を得る干渉縞情報取得手段とを備え、
前記干渉光学系の光路中において、前記第１および第２の小被検面のうち測定対象とする方の小被検面からの反射光が前記光検出面に到達することは許容し測定対象としない方の小被検面からの反射光が前記光検出面に到達することは抑制する、および／または前記測定対象とする方の小被検面からの反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することは許容し前記測定対象としない方の小被検面からの反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することは抑制する不要光除去手段を備えていることを特徴とする。

本発明において、前記干渉縞情報取得手段は、前記各光強度に基づき前記第１および第２の仮想接面の前記各検出単位領域に対応する各部分の位相をそれぞれ求め、これら各位相に基づき前記第１および第２の仮想接面の全体的な位相分布を求め、これにより前記第１および第２の干渉縞情報を得るように構成されたものとすることができる。

この不要光除去手段としては、前記測定対象とする方の小被検面からの反射光または該反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することを許容する開口を、前記測定対象とする方の小被検面の配置パターンに対応した位置に備えている構成とすることや、前記干渉光学系の光路に対して出し入れ可能に構成することができる。

なお、本発明は、上記第１および第２の小被検面が互いに分離した複数の小被検面で構成される場合の他に、上記第１または第２の小被検面が、幅が極めて細く長さの長い１つのものである場合でも、その小被検面が上記基準仮想面上を蛇行するように分布するような場合あるいは渦巻き状に分布するような場合等に対して適用することができる。また、小被検面の形状については、円形や正方形のものに拘るものではなく、直線状や曲線状のものなど種々の形状の場合を含む。

また、上記基準仮想面は平面に限定されない。球面、非球面など光干渉計測可能な種々の曲面で形成される場合を含む。

また、上記仮想接面が「小被検面に接する」とは、小被検面が幅が極めて細く長さの長い蛇行あるいは渦巻き状等に分布した１つのものである場合は小被検面の各部分に連続的に接することを意味し、小被検面が複数ある場合は各小被検面に連続的に接することを意味する。

本発明に係る仮想接面測定用の干渉計装置によれば、上記構成を備えていることにより、表示素子の基板上や半導体ウエハ上などに高密度で形成された各線状被検面および各線状被検面から臨む基板表面のように、互いに略平行な相異なる仮想面上にそれぞれ位置するように形成された複数種の小被検面の高さ方向に対する全体的な位置分布（同一平面性）を、各小被検面に接する仮想接面の形状に対応した干渉縞を得ることによって高精度に測定することが可能となる。

また、スポット干渉法等のように測定点を多数設定する必要がないので、測定に要する時間を低減することができる。

また、測定光として低可干渉光を用いるとともに光路長調整手段により干渉に係る光路長の調整を行なうことができるので、上述したような透明な絶縁層やフォトレジスト材を介在させた状態での測定も可能となる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〈装置構成〉
まず図１および図２に基づいて、本発明の一実施形態に係る仮想接面測定用の干渉計装置の構成について概略的に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る仮想接面測定用の干渉計装置の概略構成図、図２は図１に示すコントローラの概略構成図である。

図１に示す仮想接面測定用の干渉計装置（以下、単に「干渉計装置」と称することがある）１０は、可干渉距離の短い光を測定光として出力する光源１１を搭載したマイケルソン型の干渉計装置であり、光源１１から射出された光の進む順に配置された、拡大レンズ１３，コリメータレンズ１５，ビームスプリッタ１７，遮光マスク１９，基準板２１，およびビームスプリッタ１７の上方に配置された集光レンズ２３，結像レンズ２５からなる干渉光学系と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子からなる光検出面２７を有する撮像手段２９とを備えている。また、干渉計装置１０は、被検体５０を載置する載置台２２と、撮像手段２９における結像倍率の調整や画像処理等の各種演算を行なうコンピュータを含むコントローラ３１と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置３３と、コントローラ３１に対する各種入力を行なうための入力装置３５とを備えている。なお、図示されていないが基準板２１には、フリンジスキャン計測を実施する際、および光路長を調整する際に基準板２１を光軸方向（図中の矢線方向）に微動させる、光路長調整手段としてのフリンジスキャンアダプタが設けられている。

上記光源１１としては、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ハロゲンランプ等の低可干渉光源、あるいは干渉縞の像を撮像手段２９の撮像素子で取り込んだ際に、上記低可干渉光源が有する可干渉距離と等価の可干渉距離となるように調整された波長変調光源を用いることができる。この種の波長変調光源は、撮像素子の応答時間（光蓄積時間）よりも短い時間内で、光源（一般的には半導体レーザ光源が用いられる）から射出される光の波長を変調し、撮像素子の応答時間において時間平均的に干渉縞を撮像することにより、スペクトル幅が広く可干渉距離が短い光を出射する光源を用いた場合と等価の結果が得られるようにしたもので、例えば、１９９５年５月光波センシング予稿集７５〜８２頁にコヒーレンス関数を合成する手法が示されている。また、本願出願人により、その手法を改良した技術も開示されている（特願２００２−１９２６１９号明細書）。

図１に示す被検体５０は、矩形状の基板５１上に形成された絶縁層５３および絶縁層５３上に形成された導電層５４と、この導電層５４の表面に高密度に配設された複数の金属配線５５と、これら各金属配線５５の間に形成された複数のフォトレジスト材５７とを備えている。金属配線５５およびフォトレジスト材５７は、紙面に垂直な方向に直線状に延びるように、かつ図の左右方向に交互に所定のピッチで並ぶように形成されている。

被検体５０の具体的な作製法は以下のようになっている。基板５１の表面は、ピンチャック盤６０で吸着されたときに高精度な平面性を有するように形成されており、そこに絶縁層（例えばシリコン酸化膜）５３がＣＶＤ法などで、また導電層（例えば金）５４がスパッタリング法などで形成された後に、フォトレジスト材５７がスピンコートなどの手法で塗布される。その後、所望の回路配線パターンをフォトレジスト材５７に焼き付け、現像処理を行なって回路配線を形成する部分のフォトレジスト材５７を除去し、その部分の導電層５４を露出させたメッキ用導電層小域面５４ａを形成する。この導電層５４をメッキ膜成長時の電流供給路としてメッキ処理を行なう。その結果、図１の右下の円内に拡大して示すように、メッキされた金属配線５５が、周囲のフォトレジスト材５７をマスクとして、メッキ用導電層小域面５４ａ上に所定の厚さで積層してなるものが被検体５０である。

なお、実際の回路基板製造工程では、金属配線５５が所定の厚さに積層した後、マスクとして機能した周囲のフォトレジスト材５７を除去し、除去したあとに露出した導電層５４の導電層小域面５４ｂと絶縁層５３をドライエッチング等で除去することで金属配線５５が配線された回路基板としている。

しかし、上記の回路基板作成法においては、絶縁層５３、導電層５４やフォトレジスト材５７は、その形成法の特長からほぼ均一な膜厚に作成することができるが、メッキ用導電層小域面５４ａ上に積層する金属配線５５は、基板５１表面の全域においてメッキ時の電流密度を一定とすることが容易ではないことやメッキ液の管理の問題などから、積層するそれぞれの高さ位置、すなわち金属配線５５の上面５５ａを所定の仮想平面（第１の基準仮想面）上に揃うように管理してもその通りにならないことがある。また、場合によっては、金属配線の上面５５ａがフォトレジスト材５７の上面５７ａ以上に成長し、隣接する金属配線の上面５５ａと一体となり絶縁不良を起こすことさえ発生する。そこで、マスクとしてのフォトレジスト材５７を除去する前に、金属配線５５の上面５５ａの高さ位置の同一平面性（コプラナリティ）を測定することが求められる。

上記測定は、例えば図示したピンチャック盤６０などにより被検体５０を保持した状態で行なわれる。このピンチャック盤６０は、基盤の被検体５０の支持面側に開口した真空室中に林立する複数の支持ピン６１を備え、各支持ピン６１の先端面で被検体５０を裏面側から支持しつつ真空室の排気を行ない各支持ピン６１上に吸着固定する矯正用チャック装置であり、吸着保持した被検体５０の基板５１（導電層５４の表面およびフォトレジスト材５７の上面５７ａ）の平面性を維持するため、これら各支持ピン６１の先端面の高さは高精度に揃うように形成されている。

一方、図２に示すように上記コントロ−ラ３１は、上記コンピュータ内の演算回路やメモリおよびこのメモリに格納されたプログラム等によってそれぞれ構成されている、像形成調整部３７および干渉縞情報取得部３９を備えている。これらは、本発明の像形成調整手段および干渉縞情報取得手段をそれぞれ構成するものである。

本実施形態の干渉計装置１０は、上述したようなメッキ工程において、各金属配線５５の上面５５ａの高さ位置の同一平面性（コプラナリティ）を測定する第１の測定と、導電層５４の表面の平面性を測定する第２の測定とを実施するように構成されている。なお、上記各金属配線５５の上面５５ａは本発明の第１の小被検面に相当するものであり、また各金属配線５５間から臨む導電層５４の表面（以下、「導電層小域面５４ｂ」と称する）は本発明の第２の小被検面に相当するものであり、これらの導電層小域面５４ｂは、導電層５４の表面の平面性が維持されている状態においては、上記第１の仮想平面と平行な仮想の平面（第２の仮想面）上に揃うようになっている。

以下、本実施形態の干渉計装置１０による測定手順を、上記第１の測定と第２の測定とに分けて説明する。なお、第１および第２の測定手順においては、被検体５０の反りを矯正するために、被検体５０をピンチャック盤６０により吸着保持した状態で行なわれる。

〈第１の測定〉
第１の測定では、図１に示す各金属配線５５の上面５５ａの高さ位置の均一性を測定する。まず、基準板２１を移動して、各金属配線５５の上面５５ａからの反射光と上記基準板２１の基準面２１ａからの反射光とが干渉するように光路長を調整する。

次に、上記遮光マスク１９を上記ビームスプリッタ１７と上記基準面２１ａとの間の光路中（基準面２１ａに近い位置が好ましい）に設置する。この遮光マスク１９は、干渉光学系の光路中において、上記各金属配線５５の上面５５ａからの反射光と合波される基準面２１ａからの反射光が前記光検出面に到達することは許容し、上記各フォトレジスト材５７の上面５７ａおよび各フォトレジスト材５７が塗布された下地である各導電層小域面５４ｂからの反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することは抑制する不要光除去手段を構成するものであり、光の通過を許容する線状の複数の開口１９ａを備えている。この遮光マスク１９は、透明板１９ｂの片面において上記開口１９ａの位置に相当する部分以外の領域に吸収型ＮＤコート１９ｃを積層されてなり、各開口１９ａに入射した光の通過は許容される一方で、吸収型ＮＤコート１９ｃの部分に入射した光は吸収されて通過が抑制されるようになっている。

また、遮光マスク１９は光路に対して出し入れ可能に構成されており、上記複数の開口１９ａは、上記各金属配線５５の上面５５ａの配置パターンと一致するように設けられている。すなわち、遮光マスク１９は、第１の測定時に光路中に設置され、その際上記各開口１９ａが上記各金属配線５５の上面５５ａからの反射光と合波される光の通過位置に位置するように調整がなされる。

次いで、図１に示す光検出面２７上に分割設定された複数の検出単位領域の各々に、上記各金属配線５５の上面５５ａの像の少なくとも一部分が形成されるように、上記像形成調整部３７により上記撮像手段２９の結像倍率が調整される。上記光検出面２７におけるこのような結像状態の一例を図３に示す。図３は光検出面における各金属配線の結像状態の一例を示す図である。

図３において小矩形で示されているのが、光検出面２７上に分割設定された複数の検出単位領域４１（付番一部省略）であり、黒い細長い矩形で示されているのが上記各金属配線５５の上面５５ａ（図１参照）の像（上面像４３、付番一部省略）である。また、大きい矩形状に示されている部分は、上記基板５１（図１参照）の像（基板像４５）である。

この図３に示すように上記像形成調整部３７（図２参照）は、上記上面像４３の少なくとも一部分が形成されるように、上記撮像手段２９（図１参照）の結像倍率を調整する。なお、図３において小矩形で表された複数の領域のうち上記上面像４３が全く形成されていない領域は検出単位領域４１とはならない。この検出単位領域４１は、光検出面２７の１つの画素が１つの検出単位領域４１に対応するようにしてもよいし、隣接する複数（例えば４、９、１６個）の画素を１組として１つの検出単位領域４１に対応するようにしてもよい。

次に、上記検出単位領域４１ごとに平均化されて検出された各光強度に基づき、上記干渉縞情報取得部３９（図２参照）において、上記各金属配線５５の上面５５ａと全体的に接する仮想の接平面（第１の仮想接面）の形状に対応した第１の干渉縞情報が求められる。本実施形態においては、上記干渉縞情報取得部３９は、上記各検出単位領域４１に対応する上記第１の仮想接面の各部分の位相をそれぞれ求め、これら各位相に基づき上記仮想接面の全体的な位相分布を求めるように構成されている。なお、この位相分布算定は、フリンジスキャン計測の手順に基づいて行なわれる。

フリンジスキャン計測では、干渉計の基準面からの反射光と被検面からの反射光の位相差を段階的に変化させ、各段階で得られた干渉縞の強度分布に対して所定の演算を施すことによって、干渉縞の各小部分に対応した位相を算定することができる。本実施形態においては、図１に示す基準板２１の基準面２１ａの位置を光軸方向に移動させることにより、基準面２１ａからの反射光と各金属配線５５の上面５５ａからの反射光との位相差を微調整し、調整ごとに光検出面２７において上記検出単位領域４１ごとに光強度を平均化して検出する（光検出面２７の１つの画素が１つの検出単位領域４１に対応する場合には通常の検出過程においてこの平均化がなされるが、隣接する複数の画素が１つの検出単位領域４１に対応する場合には複数の画素がそれぞれ検出した光強度をソフト的に平均化処理する）。

図３に示す各上面像４３上には、上記基準面２１ａからの反射光と上記各上面５５ａからの反射光との干渉光による干渉縞情報が重畳されており、このため、フリンジスキャン計測の各段階において各上面像４３における光強度は変化する。一方、上面像４３以外の部分の光強度は、フリンジスキャン計測の各段階において変化しない。したがって、フリンジスキャン計測の各段階において上記検出単位領域４１ごとに平均化された光強度情報には、各検出単位領域４１に含まれる各上面像４３の平均化された位相情報が重畳されることとなり、通常のフリンジスキャン計測と同様の演算処理を実施することにより、各検出単位領域４１に対応する上記第１の仮想接面の各部分の位相をそれぞれ求めることができ、これら各位相に基づき上記仮想接面の全体的な位相分布を求めることができる。

なお、このような位相分布算定が可能となるためには、隣接する各検出単位領域４１にそれぞれ含まれる各上面像４３に対応する各上面５５ａ（図１参照）の高さ位置のばらつきが測定光の波長の４分の１未満であることが前提となる。表示素子等の基板上に形成された導電層やフォトレジスト材の上面および金属配線の上面は、基板をピンチャック盤に吸着した段階では、一般的にこのような条件を満たしている。

そして、上記干渉縞情報取得部３９は、求められた上記仮想接面の全体的な位相分布に基づき、この第１の仮想接面の形状に対応した干渉縞情報を得るように構成されている。すなわち干渉縞情報取得部３９は、隣接する各検出単位領域４１に対応して求められた位相は略連続するものとしてアンラップ処理を行ない、第１の仮想接面の形状に対応した干渉縞画像を形成したり、第１の仮想接面の形状解析を行なったりしてその結果を上記モニタ装置３３（図１参照）に表示する。この得られた干渉縞情報に基づき、各金属配線５５の上面５５ａの高さ方向に対する全体的な位置分布を求めることができる。

〈第２の測定〉
第２の測定では、図１に示す各金属配線５５の間から臨む導電層５４の各導電層小域面５４ｂの高さ位置の同一平面性をフォトレジスト材５７経由で測定する。まず、基準板２１を移動して、各導電層小域面５４ｂからの反射光と上記基準板２１の基準面２１ａからの反射光とが干渉するように光路長を調整する。この第２の測定においては、上記各フォトレジスト材５７の上面５７ａからの反射光も生じ、基準面２１ａからの反射光と合波されることになるが、測定光の可干渉距離が各導電層小域面５４ｂからの反射光と各フォトレジスト材５７の上面５７ａからの反射光との光路長差よりも短いので、各フォトレジスト材５７の上面５７ａからの反射光と基準面２１ａからの反射光との干渉は起きない。

また、各導電層小域面５４ｂの高さ位置の同一平面性をフォトレジスト材５７経由ですることについては、前述したように、その形成法の特長からほぼ均一な膜厚に作成することができることと、膜厚が数μｍと極めて薄いため測定精度に悪影響を与えることはない。

次に、上記遮光マスク１９に変えて、他の遮光マスク（図示略）を上記ビームスプリッタ１７と上記基準面２１ａの間の光路中に設置する。この他の遮光マスクは、干渉光学系の光路中において、上記各導電層小域面５４ｂおよび上記各フォトレジスト材５７の上面５７ａからの反射光と合波される光の通過は許容し、上記各金属配線５５の上面５５ａからの反射光と合波される光の通過は抑制するものであり、線状に形成された複数の開口が上記各導電層小域面５４ｂの配置パターンと一致するように設けられている点を除けば、上述した遮光マスク１９と同様の構成を有している。なお、上記各金属配線５５および各フォトレジスト材５７の幅および配置ピッチが等しい場合には、上記遮光マスク１９を上記各開口１９ａを含む面内において各開口１９ａの延びる方向と直角な方向に横ずらしすることにより、上記他の遮光マスクの機能を果たすようにすることが可能となる。

次いで、図１に示す光検出面２７上に分割設定された複数の検出単位領域４１（図３参照）の各々に、上記各導電層小域面５４ｂの像の少なくとも一部分が形成されるように、上記像形成調整部３７（図２参照）により上記撮像手段２９の結像倍率が調整される。図３において上記各上面像４３の間に位置する部分が、このような各導電層小域面５４ｂの像の形成位置に対応している。

次に、上記検出単位領域４１ごとに平均化されて検出された各光強度に基づき、上記干渉縞情報取得部３９において、上記各導電層小域面５４ｂと全体的に接する仮想の接平面（第２の仮想接面）の全体的な位相分布が求められ、求められたこの位相分布に基づき、第２の仮想接面の形状に対応した干渉縞情報が求められる。なお、これらの手順は上記第１の測定の説明において述べたものと同様であるので説明は省略する。

なお、上記像形成調整部３７において、上記各検出単位領域４１に上記各上面像４３および導電層小域面５４ｂの像が同数あるいは同密度ずつ含まれるような調整がなされた場合には、フリンジスキャン計測を実施しない場合においても、検出単位領域４１ごとに平均化されて検出された各光強度に基づき、上記第１および第２の仮想接面の形状に対応した干渉縞情報を得ることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々の実施形態をとることが可能である。

例えば上記実施形態においては、光路に対して出し入れ可能な遮光マスクにより不要光除去手段が構成されているが、基準板の基準面やその裏面（コリメータレンズ側の面）にコーティング処理を施すことにより、不要光除去手段を構成することもできる。コーティング処理の態様としては、基準面において上記開口（１９ａ）の位置に相当する部分以外の領域にＡＲ（反射防止）コートを形成するものを採用することができる。

また、上記実施形態においては、遮光マスクがビームスプリッタと基準板との間の光路中に配置されているが、このような遮光マスクをビームスプリッタと被検体との間の光路中に配置したり、その両方の光路中に配置したりすることも可能である。この場合、ビームスプリッタと被検体との間の光路中に配置される遮光マスクは、第１および第２の小被検面のうち測定対象とする方の小被検面からの反射光が光検出面に到達することは許容し、測定対象としない方の小被検面からの反射光が光検出面に到達することは抑制する不要光除去手段を構成する。

また、ビームスプリッタと被検体との間の光路中に、第１の小被検面または第２の小被検面に測定光を集光させるマイクロレンズアレイを配置するようにしてもよい。マイクロレンズアレイの構成としては、第１または第２の小被検面の配置パターンに応じて円形のレンズを２次元的に配置したものや、上記実施形態のように第１および第２の小被検面が直線状でそれぞれが平行に配置されているような場合には、第１または第２の小被検面の配置パターンに応じてシリンドリカルレンズを平行配置したものを採用することが可能である。このようなマイクロレンズアレイは、本発明において不要光除去手段の代替手段として、あるいは不要光除去手段と組み合わせて用いることが可能である。

また、上記実施形態における干渉計装置はマイケルソン型であるが、本発明はマイケルソン型以外の他の等光路長型の干渉計装置、例えば、公知のパスマッチ経路型干渉計装置（特開平９−２１６０６号公報）や、本願出願人により特許庁に対して既に開示されている、インプロセス測定に適した耐振動型干渉計装置（特願２００３−２９２９６５号明細書）に適用することも可能である。

また、第１の小被検面と第２の小被検面との高さの差の２倍の光学距離が、一般的な低可干渉性光源から出力される測定光の可干渉距離よりも短くなってしまうような場合には、斜入射型の干渉計装置に本発明を適用することにより、第１および第２の小被検面からの各反射光の光路長差を測定光の可干渉距離よりも大きくすることが可能となる。ただし、斜入射型の干渉計装置を用いる場合には、測定光を照射した際に測定対象とする小被検面に影が生じないように、第１および第２の小被検面の配置パターンに応じて測定光の照射方向に関して配慮する必要がある。

本発明の一実施形態に係る仮想接面測定用の干渉計装置の概略構成図 図１に示すコントローラの概略構成図 図１に示す光検出面における結像状態の一例を示す図

符号の説明

１０ 仮想接面測定用の干渉計装置
１１ 光源
１３ 拡大レンズ
１５ コリメータレンズ
１７ ビームスプリッタ
１９ 遮光マスク
１９ａ 開口
１９ｂ 透明板
１９ｃ 吸収型ＮＤコート
２１ 基準板
２１ａ 基準面
２２ 載置台
２３ 集光レンズ
２５ 結像レンズ
２７ 光検出面
２９ 撮像手段
３１ コントローラ
３３ モニタ装置
３５ 入力装置
３７ 像形成調整部
３９ 干渉縞情報取得部
４１ 検出単位領域
４３ 上面像
４５ 基板像
５０ 被検体
５１ （被検体の）基板
５３ 絶縁層
５４ 導電層
５４ａ メッキ用導電層小域面
５４ｂ 導電層小域面
５５ 金属配線
５５ａ （金属配線の）上面
５７ フォトレジスト材
５７ａ （フォトレジスト材の）上面
６１ 支持ピン

Claims (4)

1. 第１の基準仮想面上に第１の配置パターンで位置するように形成された第１の小被検面と前記第１の基準仮想面と略平行な第２の基準仮想面上に第２の配置パターンで位置するように形成された第２の小被検面とを有する被検体、および干渉計の基準面に測定光を照射し、前記第１または第２の小被検面からの反射光と前記基準面からの反射光とを合波して干渉光を得る干渉光学系と、前記干渉光の光強度分布を検出する光検出面とを備えた干渉計装置であって、
   前記測定光は、前記第１の小被検面からの反射光と前記第２の小被検面からの反射光との光路長差よりも短い可干渉距離を有する低可干渉光であり、
   前記第１の小被検面を測定対象とする第１の測定時には該第１の小被検面からの反射光と前記基準面からの反射光とが干渉するように光路長を調整し、前記第２の小被検面を測定対象とする第２の測定時には該第２の小被検面からの反射光と前記基準面からの反射光とが干渉するように光路長を調整する光路長調整手段と、
   前記光検出面上に分割設定された複数の検出単位領域の各々に、前記第１の測定時には前記第１の小被検面の像の少なくとも一部分が形成されるようにし、前記第２の測定時には前記第２の小被検面の像の少なくとも一部分が形成されるようにする像形成調整手段と、
   前記検出単位領域ごとに平均化されて検出された各光強度に基づき、前記第１の測定時には前記第１の小被検面と接する第１の仮想接面の形状に対応した第１の干渉縞情報を得、前記第２の測定時には前記第２の小被検面と接する第２の仮想接面の形状に対応した第２の干渉縞情報を得る干渉縞情報取得手段とを備え、
   前記干渉光学系の光路中において、前記第１および第２の小被検面のうち測定対象とする方の小被検面からの反射光が前記光検出面に到達することは許容し他の部分からの反射光が前記光検出面に到達することは抑制する、および／または前記小被検面からの反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することは許容し前記測定対象としない方の小被検面からの反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することは抑制する不要光除去手段を備えていることを特徴とする仮想接面測定用の干渉計装置。
2. 前記干渉縞情報取得手段は、前記各光強度に基づき前記第１および第２の仮想接面の前記各検出単位領域に対応する各部分の位相をそれぞれ求め、これら各位相に基づき前記第１および第２の仮想接面の全体的な位相分布を求め、これにより前記第１および第２の干渉縞情報を得るように構成されていることを特徴とする請求項１記載の仮想接面測定用の干渉計装置。
3. 前記不要光除去手段が、前記測定対象とする方の小被検面からの反射光または該反射光と合波される前記基準面からの反射光が前記光検出面に到達することを許容する開口を、前記測定対象とする方の小被検面の配置パターンに対応した位置に備えていることを特徴とする請求項１または２記載の仮想接面測定用の干渉計装置。
4. 前記不要光除去手段が、前記干渉光学系の光路に対して出し入れ可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項記載の仮想接面測定用の干渉計装置。

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