JP5199141B2 - Shape measuring device - Google Patents
Shape measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5199141B2 JP5199141B2 JP2009021290A JP2009021290A JP5199141B2 JP 5199141 B2 JP5199141 B2 JP 5199141B2 JP 2009021290 A JP2009021290 A JP 2009021290A JP 2009021290 A JP2009021290 A JP 2009021290A JP 5199141 B2 JP5199141 B2 JP 5199141B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measurement
- measured
- optical
- back sides
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は,半導体ウェハ等の被測定物の厚みを光干渉法により非接触で測定する形状測定装置に関するものである。 The present invention relates to a shape measuring apparatus that measures the thickness of an object to be measured such as a semiconductor wafer in a non-contact manner by an optical interference method.
薄板状の半導体ウェハ(被測定物の一例,以下,ウェハという)の形状測定において,干渉計を用いた非接触型の形状測定装置が普及している。これは,2つに分岐された一方の光線を被測定物の表面に反射させた反射光である測定光と,もう一方の光線を所定の参照面に反射させた反射光である参照光とを含む干渉光を受光し,その干渉光により形成される干渉画像から被測定物の表面形状(表面高さの分布)を求めるものである。これにより,非接触でウェハの表面形状を測定できるので,触針式の形状計で測定する場合のように,ウェハ表面に傷等を生じさせることなくその表面形状を測定できる。ウェハの形状測定では,その表面全体に渡る形状を測定する必要があるため,一般に,ウェハ周辺のエッジ部を支持(通常は3点支持)した状態で測定がなされる。 In the shape measurement of a thin semiconductor wafer (an example of an object to be measured, hereinafter referred to as a wafer), a non-contact type shape measuring apparatus using an interferometer has become widespread. This is because measurement light that is reflected light that reflects one of the light beams branched into two on the surface of the object to be measured, and reference light that is reflected light that reflects the other light beam on a predetermined reference surface, and The surface shape (surface height distribution) of the object to be measured is obtained from the interference image formed by the interference light. As a result, the surface shape of the wafer can be measured in a non-contact manner, so that the surface shape can be measured without causing scratches or the like on the wafer surface as in the case of measuring with a stylus type shape meter. In the measurement of the shape of the wafer, it is necessary to measure the shape over the entire surface thereof, and therefore generally the measurement is performed with the edge portion around the wafer supported (usually, three points are supported).
ところで,ウェハのような薄板状(例えば,厚みが1mm未満)の被測定物をそのエッジ部のみで支持した場合,わずかな風圧や他の機械の振動等によってウェハが振動する。この振動は,非常に高い測定精度(例えば,誤差20nm以下)が要求されるウェハの形状測定においては,無視できない振幅の振動となる。このようなウェハの振動を防止するため,特許文献1には,透明な剛体をウェハに近接して配置することにより,ウェハの振動を抑制する方法が示されている。しかし,この方法では,透明な剛体を光路に挿入することによって干渉光に乱れが生じるおそれがあるという問題点があった。
また,特許文献2には,周波数がわずかに異なる2種類の測定光を2分岐させて被測定物の表裏各面のヘテロダイン干渉計へ導き,表裏のヘテロダイン干渉計において物体光と参照光との関係を反対にして被測定物の厚みを測定する形状測定装置が示されている。
特許文献2に示される技術によれば,表裏のヘテロダイン干渉計の検出信号の差分をとることにより,振動によって生じる被測定物の変位の影響が除去され,被測定物の振動の影響を受けずに高精度な厚み測定が可能となる。
さらに,特許文献2には,表裏のヘテロダイン干渉計へ入射する直前の2種類の測定光の分岐光を干渉させ,その干渉光の強度信号を前記ヘテロダイン干渉計の検出信号に対する参照信号として用いることについて示されている。これにより,光源から2つのヘテロダイン干渉計へ至る光路において生じる2種類の測定光の位相の揺らぎに起因する測定誤差を解消することができる。
By the way, when a thin plate-like object to be measured such as a wafer (for example, a thickness of less than 1 mm) is supported only by its edge portion, the wafer vibrates due to slight wind pressure, vibration of other machines, or the like. This vibration is a vibration having a non-negligible amplitude in wafer shape measurement that requires very high measurement accuracy (for example, an error of 20 nm or less). In order to prevent such wafer vibration, Patent Document 1 discloses a method of suppressing wafer vibration by disposing a transparent rigid body close to the wafer. However, this method has a problem that interference light may be disturbed by inserting a transparent rigid body into the optical path.
In Patent Document 2, two types of measurement light having slightly different frequencies are branched into two and guided to the heterodyne interferometers on the front and back surfaces of the object to be measured. A shape measuring device for measuring the thickness of an object to be measured by reversing the relationship is shown.
According to the technique disclosed in Patent Document 2, by taking the difference between the detection signals of the front and back heterodyne interferometers, the influence of the displacement of the object to be measured caused by vibration is eliminated, and the influence of the vibration of the object to be measured is not affected. Highly accurate thickness measurement is possible.
Further, in Patent Document 2, two kinds of branched light beams of measurement light immediately before entering the front and back heterodyne interferometers are caused to interfere, and the intensity signal of the interference light is used as a reference signal for the detection signal of the heterodyne interferometer. Is shown about. As a result, it is possible to eliminate measurement errors caused by phase fluctuations of the two types of measurement light that occur in the optical path from the light source to the two heterodyne interferometers.
しかしながら,特許文献2に示される技術によっても,光源から2つのヘテロダイン干渉計へ至る光路で生じる2種類の測定光の位相の揺らぎが高速である場合には,位相検波の回路がその変化の速さに十分に追従できない。例えば,2種類の測定光が,光源から2つのヘテロダイン干渉計まで光ファイバにより伝送された場合,周囲の環境によって光ファイバが高速に振動し,2種類の測定光の位相が高速で揺らぐ場合がある。そうすると,特許文献2に示される技術において,前記参照信号を用いて2種類の測定光の位相の揺らぎを解消する処理が十分に機能しない。このように,特許文献2に示される技術によっても,2種類の測定光の位相の揺らぎに起因する測定誤差が十分に解消されない状況が生じ得るという問題点があった。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,被測定物の振動及び光源から干渉計に至る測定光の伝送媒体の振動の影響を受けずに,被測定物の厚みを簡易に高精度で測定できる形状測定装置を提供することにある。
However, even with the technique disclosed in Patent Document 2, when the phase fluctuations of the two types of measurement light generated in the optical path from the light source to the two heterodyne interferometers are high-speed, the phase detection circuit changes the speed of the change. I can't follow it enough. For example, when two types of measurement light are transmitted from the light source to two heterodyne interferometers using an optical fiber, the optical fiber may vibrate at high speed depending on the surrounding environment, and the phase of the two types of measurement light may fluctuate at high speed. is there. Then, in the technique disclosed in Patent Document 2, the processing for eliminating the phase fluctuation of the two types of measurement light using the reference signal does not function sufficiently. As described above, even the technique disclosed in Patent Document 2 has a problem in that a measurement error caused by phase fluctuations of two types of measurement light may not be sufficiently eliminated.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is not to be affected by the vibration of the object to be measured and the vibration of the transmission medium of the measurement light from the light source to the interferometer. An object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus that can easily and accurately measure the thickness of a measurement object.
上記目的を達成するために本発明に係る形状測定装置は,被測定物の表裏各面を走査してその被測定物の厚み分布を非接触で測定するために用いられる測定装置であり,次の(1)〜(11)に示される各構成要素を備える。
(1)所定の光源から出射される基幹光を二分岐させる第1の光分岐手段。
(2)前記第1の光分岐手段による分岐光それぞれを前記被測定物の表裏各面の表裏相対する測定部位それぞれの方向へ導く導光手段。
(3)前記被測定物の表裏それぞれにおける前記測定部位の方向へ導かれた前記基幹光の分岐光それぞれをさらに二分岐させる第2の光分岐手段。
(4)前記被測定物の表裏それぞれにおける前記第2の光分岐手段による分岐光の一方又は両方に周波数変調を施してそれぞれ周波数の異なる2つの測定光を生成する光変調手段。
(5)前記被測定物の表裏それぞれにおいて,一方の前記測定光を前記測定部位に照射させ,その測定部位で反射した一方の前記測定光である物体光と他方の前記測定光である参照光とを干渉させる2つのヘテロダイン干渉計。
(6)前記被測定物の表裏それぞれにおいて,2つの前記測定光それぞれを前記ヘテロダイン干渉計に入力される主光とそれ以外の副光とに二分岐させる第3の光分岐手段。
(7)前記被測定物の表裏それぞれにおいて,前記第3の光分岐手段により分岐された2つの前記副光を干渉させる副光干渉手段。
(8)前記被測定物の表裏それぞれにおいて,前記第2の光分岐手段,前記光変調手段,前記ヘテロダイン干渉計,前記第3の光分岐手段及び前記副光干渉手段を含む測定光学系を一体に保持する測定光学系保持手段。
(9)2つの前記ヘテロダイン干渉計により得られる干渉光それぞれを受光してその強度信号を出力する測定用光強度検出手段。
(10)前記被測定物の表裏それぞれにおいて,前記副光干渉手段により得られる干渉光を受光してその強度信号を出力する参照用光強度検出手段。
(11)前記被測定物の表裏それぞれにおける前記測定用光強度検出手段の出力信号及び前記参照用光強度検出手段の出力信号からなる2つのビート信号の位相検波によりそれら2つのビート信号の位相差を検出する位相情報検出手段。
In order to achieve the above object, a shape measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus used for scanning the front and back surfaces of a measured object and measuring the thickness distribution of the measured object in a non-contact manner. The components shown in (1) to (11) are provided.
(1) First light branching means for bifurcating basic light emitted from a predetermined light source.
(2) A light guiding means for guiding each of the branched lights by the first light branching means in the respective directions of the measurement parts facing each other on the front and back surfaces of the object to be measured.
(3) Second light branching means for further branching each branched light of the basic light guided in the direction of the measurement site on each of the front and back sides of the object to be measured.
(4) Light modulation means for performing frequency modulation on one or both of the branched lights by the second light branching means on the front and back of the object to be measured to generate two measurement lights having different frequencies.
(5) On each of the front and back sides of the object to be measured, one of the measurement light beams is irradiated onto the measurement site, and the object beam that is the one measurement beam reflected by the measurement site and the reference beam that is the other measurement beam Two heterodyne interferometers that interfere with each other.
(6) Third optical branching means for bifurcating each of the two measurement lights into main light input to the heterodyne interferometer and other auxiliary light on each of the front and back sides of the object to be measured.
(7) Sub-light interference means for causing the two sub-lights branched by the third light branch means to interfere with each other on the front and back sides of the object to be measured.
(8) The measurement optical system including the second optical branching unit, the optical modulation unit, the heterodyne interferometer, the third optical branching unit, and the auxiliary optical interference unit is integrated on each side of the object to be measured. Measuring optical system holding means for holding.
(9) Measuring light intensity detecting means for receiving each interference light obtained by the two heterodyne interferometers and outputting an intensity signal thereof.
(10) Reference light intensity detection means for receiving the interference light obtained by the auxiliary light interference means and outputting the intensity signal on each of the front and back sides of the object to be measured.
(11) The phase difference between the two beat signals by phase detection of the two beat signals composed of the output signal of the measurement light intensity detection means and the output signal of the reference light intensity detection means on the front and back sides of the object to be measured. Means for detecting phase information.
本発明に係る形状測定装置においては,周知のヘテロダイン干渉計の原理により,表裏の前記ヘテロダイン干渉計各々に対応する前記測定用光強度検出手段の検出信号(ビート信号)の位相は,前記被測定物の表裏相対する前記測定部位の高さに応じて定まる。
また,前記被測定物の表裏の前記測定部位各々について前記位相情報検出手段により検出される前記2つのビート信号の位相差は,前記ヘテロダイン干渉計から前記測定部位までの距離,即ち,前記測定部位の高さを表す。従って,前記被測定物の表裏各々についての前記位相情報検出手段の検出結果の差分から,前記被測定物の厚みの測定値を得ることができる。
さらに,本発明に係る形状測定装置においては,前記光源から出射される1つの前記基幹光に基づく分岐光が,前記被測定物の表裏各面の測定部位の近傍へ導かれた後に,前記光変調手段によって前記ヘテロダイン干渉計に入力される2種類の測定光へ変換される。そのため,前記光源から表裏の前記ヘテロダイン干渉計に至る前記分岐光の光路において,2種類の測定光の位相の揺らぎは発生し得ない。
また,前記光変調手段により生成される2種類の測定光を伝送する前記測定光学系が,前記被測定物の表裏において一体に保持される。そのため,前記測定光学系において生じ得る2種類の測定光の位相の揺らぎは,ごく小さく抑制される。
また,以上のようにして得られる前記被測定物の厚みの測定値は,前記被測定物の振動による変位量の成分が前記被測定物の表裏両側について相殺された測定値となる。従って,本発明に係る形状測定装置は,前記被測定物の振動の影響を受けずに前記被測定物の厚みを測定できる。
また,前記測定光学系において,2種類の前記測定光に多少の位相の揺らぎが生じた場合でも,その位相の揺らぎは,前記2つのビート信号各々においてほぼ同等に生じる。そのため,2種類の前記測定光に多少の位相の揺らぎが生じた場合でも,その位相の揺らぎは前記2つのビート信号の位相差にはほとんど反映されない。
従って,本発明に係る形状測定装置は,非常に高精度での形状測定が可能となる。
In the shape measuring apparatus according to the present invention, the phase of the detection signal (beat signal) of the measurement light intensity detecting means corresponding to each of the front and back heterodyne interferometers is determined according to the principle of a known heterodyne interferometer. It is determined according to the height of the measurement part opposite to the front and back of the object.
The phase difference between the two beat signals detected by the phase information detection means for each of the measurement sites on the front and back sides of the object to be measured is the distance from the heterodyne interferometer to the measurement site, that is, the measurement site. Represents the height of. Therefore, the measured value of the thickness of the object to be measured can be obtained from the difference between the detection results of the phase information detecting means for the front and back of the object to be measured.
Further, in the shape measuring apparatus according to the present invention, after the branched light based on the one basic light emitted from the light source is guided to the vicinity of the measurement site on each of the front and back surfaces of the object to be measured, the light The light is converted into two types of measurement light input to the heterodyne interferometer by the modulation means. Therefore, in the optical path of the branched light from the light source to the heterodyne interferometers on the front and back, two types of phase fluctuations of the measurement light cannot occur.
Further, the measurement optical system for transmitting two kinds of measurement light generated by the light modulation means is integrally held on the front and back of the object to be measured. Therefore, the phase fluctuation of the two types of measurement light that can occur in the measurement optical system is suppressed to a very small level.
Further, the measured value of the thickness of the measurement object obtained as described above is a measurement value in which the displacement component due to the vibration of the measurement object is canceled on both the front and back sides of the measurement object. Therefore, the shape measuring apparatus according to the present invention can measure the thickness of the measurement object without being affected by the vibration of the measurement object.
In the measurement optical system, even if some phase fluctuations occur in the two types of measurement light, the phase fluctuations occur approximately equally in each of the two beat signals. For this reason, even if some phase fluctuation occurs in the two types of measurement light, the phase fluctuation is hardly reflected in the phase difference between the two beat signals.
Therefore, the shape measuring apparatus according to the present invention can measure the shape with very high accuracy.
また,本発明に係る形状測定装置において,前記測定光学系保持手段が,表裏各々において前記測定光学系を分担して保持する板状の保持部を有する剛体であり,前記板状の保持部に前記測定光学系を伝播する光を通過させる貫通孔が形成されたものであれば好適である。この場合,前記測定光学系保持手段は,前記測定光学系を,前記板状の保持部の両側に渡って三次元的に保持する。
これにより,前記測定光学系を保持する前記板状の保持部を小さくでき,その小さな板状の保持部は,比較的薄い軽量な部材が採用されても,十分な剛性を確保できる。そのため,小型でごく簡易な構造の前記測定光学系保持手段により,前記板状の保持部の変形(撓み)に起因する2種類の前記測定光の位相のずれの発生を防止できる。例えば,前記板状の保持部は,その縁部が他の部材に固定されることによって補強された部材であることが考えられる。
ところで,装置をコンパクト化するために前記測定用光強度検出手段から前記位相検波手段に至るまでの信号伝送経路と,前記参照用光強度検出手段から前記位相検波手段に至るまでの信号伝送経路とを近接させると,一方のビート信号の伝送経路から発生する電磁波の不要輻射が他方のビート信号に対するノイズとなり,測定精度を悪化させる。
そこで,本発明に係る形状測定装置が,さらに次の(12)に示される構成要素を備えればより一層好適である。
(12)前記測定用光強度検出手段から前記位相情報検出手段に至るまでの信号伝送経路と前記参照用光強度検出手段から前記位相情報検出手段に至るまでの信号伝送経路との間に配置された金属製のシールド板。
これにより,前記不要輻射による測定精度の悪化を防止できる。
Further, in the shape measuring apparatus according to the present invention, the measurement optical system holding means is a rigid body having a plate-like holding portion that shares and holds the measurement optical system on each of the front and back sides, and the plate-like holding portion includes It is suitable if a through-hole through which light propagating through the measurement optical system passes is formed. In this case, the measurement optical system holding means holds the measurement optical system in a three-dimensional manner across both sides of the plate-like holding unit.
Thereby, the plate-like holding portion for holding the measurement optical system can be made small, and the small plate-like holding portion can ensure sufficient rigidity even when a relatively thin and lightweight member is employed. Therefore, the measurement optical system holding means having a small and very simple structure can prevent the occurrence of a phase shift of the two types of measurement light due to deformation (deflection) of the plate-like holding part. For example, the plate-like holding portion may be a member reinforced by fixing its edge to another member.
By the way, in order to make the apparatus compact, a signal transmission path from the measurement light intensity detection means to the phase detection means, a signal transmission path from the reference light intensity detection means to the phase detection means, If they are placed close to each other, unnecessary radiation of electromagnetic waves generated from the transmission path of one beat signal becomes noise with respect to the other beat signal, thereby degrading measurement accuracy.
Therefore, it is more preferable that the shape measuring apparatus according to the present invention further includes the constituent element shown in the following (12).
(12) Arranged between a signal transmission path from the measurement light intensity detection means to the phase information detection means and a signal transmission path from the reference light intensity detection means to the phase information detection means. Metal shield plate.
Thereby, the deterioration of the measurement accuracy due to the unnecessary radiation can be prevented.
本発明に係る形状測定装置によれば,被測定物の振動及び光源から干渉計に至る測定光の伝送媒体の振動の影響を受けずに,被測定物の厚みを簡易に高精度で測定できる。 According to the shape measuring apparatus according to the present invention, the thickness of the object to be measured can be easily and accurately measured without being affected by the vibration of the object to be measured and the vibration of the transmission medium of the measurement light from the light source to the interferometer. .
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
以下,図1に示される構成図を参照しながら,本発明の実施形態に係る形状測定装置Xについて説明する。
形状測定装置Xは,例えば半導体ウェハなどの薄板状の被測定物1の厚みを非接触で測定するために用いられる測定装置である。
図1に示されるように,形状測定装置Xは,光源ユニットYと,被測定物1の表裏各面に対向配置される2つの測定光学ユニットZと,その測定光学ユニットZごとに設けられる2つの位相検波回路Wと,計算機6とを備えている。
以下,便宜上,被測定物1の一方の面(図1における上側の面)をA面,これと表裏の関係にある他方の面をB面という。また,被測定物1の厚みの測定位置におけるA面側の表面部分をA面測定部位1a,そのA面測定部位1aと表裏相対するB面の表面部分をB面測定部位1bという。また,前記A面に対向配置された前記測定光学ユニットZをA面側測定光学ユニットaZ,前記B面に対向配置された前記測定光学ユニットZをB面側測定光学ユニットbZと称する。また,A面側測定光学ユニットaZに対して設けられた前記位相検波回路WをA面側位相検波回路aW,B面側測定光学ユニットbZに対して設けられた前記位相検波回路WをB面側位相検波回路bWと称する。
なお,図1には示されていないが,形状測定装置Xは,被測定物1の周辺のエッジ部を支持(例えば3点支持)する支持部と,その支持部を2次元方向(被測定物1の両測定面に平行な2次元方向)に移動させることにより被測定物1を2次元方向に移動させる移動機構とを備えている。そして,形状測定装置Xは,その移動機構により被測定物1を移動させることにより,被測定物1における前記A面測定部位1a及び前記B面測定部位1bの位置を変更しつつ測定値を得る。
Hereinafter, the shape measuring apparatus X according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the configuration diagram shown in FIG.
The shape measuring device X is a measuring device used to measure the thickness of a thin plate-like object 1 such as a semiconductor wafer without contact.
As shown in FIG. 1, the shape measuring device X includes a light source unit Y, two measuring optical units Z disposed opposite to the front and back surfaces of the DUT 1, and 2 provided for each measuring optical unit Z. Two phase detection circuits W and a
Hereinafter, for the sake of convenience, one surface (the upper surface in FIG. 1) of the DUT 1 is referred to as the A surface, and the other surface having the front and back relationship is referred to as the B surface. Further, the surface portion on the A surface side at the measurement position of the thickness of the DUT 1 is referred to as an A
Although not shown in FIG. 1, the shape measuring apparatus X supports a peripheral portion of the object to be measured 1 (for example, three-point support), and the support portion in a two-dimensional direction (measured object). A moving mechanism for moving the object to be measured 1 in a two-dimensional direction by moving the object 1 in a two-dimensional direction parallel to both measurement surfaces of the object 1. Then, the shape measuring apparatus X obtains measurement values while changing the positions of the
前記光源ユニットYは,所定の可干渉光であるビーム光P0を出射する単波長レーザ光源2と,アイソレータ2xと,無偏光のビームスプリッタ3と,2つの波長板2yと,2つの光ファイバ接続端子11とを備えている。
前記単波長レーザ光源2は,周波数ω0の単波長レーザ光を出力するレーザ光源である。例えば,前記短波長レーザ光源2として,波長633nmのレーザ光を出力するヘリウムネオンレーザ等を採用することが考えられる。以下,便宜上,前記短波長レーザ光源2の出射光を基幹光P0と称する。
前記ビームスプリッタ3は,前記単波長レーザ光源2から出射される前記基幹光P0を二分岐させる前記第1の光分岐手段の一例である。
The light source unit Y includes a single-wavelength laser light source 2 that emits beam light P0 that is predetermined coherent light, an
The single wavelength laser light source 2 is a laser light source that outputs a single wavelength laser beam having a frequency ω0. For example, as the short-wavelength laser light source 2, a helium neon laser that outputs laser light having a wavelength of 633 nm may be employed. Hereinafter, for the sake of convenience, the light emitted from the short-wavelength laser light source 2 is referred to as basic light P0.
The beam splitter 3 is an example of the first light branching unit that splits the basic light P0 emitted from the single wavelength laser light source 2 into two.
また,前記形状測定装置Xは,前記ビームスプリッタ3による分岐光それぞれを前記被測定物1における前記A面側測定部位1a及び前記B面側測定部位1bそれぞれの方向へ導く入力側の光ファイバa10,b10を備えている。より具体的には,一方の前記光ファイバa10は,前記分岐光の一方を前記被測定物1のA面に対向配置された前記A面側測定光学ユニットaZまで導光する。また,他方の前記光ファイバb10は,前記分岐光の他方を前記被測定物1のB面に対向配置された前記B面側測定光学ユニットbZまで導光する。
前記光ファイバa10,b10はシングルモードの光ファイバである。これにより,前記光ファイバa10,b10により伝送される前記分岐光の偏波面が,途中で乱れないよう一定に維持される。
なお,前記光ファイバa10,b10に代えて,ミラー等の導光手段が設けられることも考えられる。但し,その場合,前記基幹光P0の分岐光の光路調整に手間を要する。
Further, the shape measuring apparatus X has an input-side optical fiber a10 that guides each of the branched lights from the beam splitter 3 in the directions of the
The optical fibers a10 and b10 are single mode optical fibers. Thereby, the polarization plane of the branched light transmitted through the optical fibers a10 and b10 is kept constant so as not to be disturbed in the middle.
Note that light guiding means such as a mirror may be provided instead of the optical fibers a10 and b10. However, in this case, it takes time to adjust the optical path of the branched light of the basic light P0.
前記光ファイバ接続端子11は,前記光ファイバa10,b10それぞれの一端が接続される端子である。
また,前記波長板2yは,前記ビームスプリッタ3と前記光ファイバa10,b10の光の導入口との間に配置され,前記光ファイバa10,b10に入力される前記分岐光の偏波面(偏波方向)を調整する光学素子である。
また,前記アイソレータ2xは,前記単波長レーザ光源2と前記ビームスプリッタ3との間に配置され,前記ビームスプリッタ3や前記光ファイバa10,b10の入口等からの反射光が前記単波長レーザ光源2に戻ることを防止する光学素子である。前記アイソレータ2xにより,前記単波長レーザ光源2に前記反射光が戻って前記単波長レーザ光源2の出射光が不安定になることを防止できる。
The optical fiber connection terminal 11 is a terminal to which one end of each of the optical fibers a10 and b10 is connected.
The
The
また,図1に示されるように,前記測定光学ユニットZは,入力側の光ファイバ接続端子12と,一次側の無偏光のビームスプリッタ13と,2つの音響光学素子15,16と,ヘテロダイン干渉計20と,参照用干渉計30と,出力側の2つの光ファイバ接続端子26,36とを備えている。
前記光ファイバ接続端子12は,前記光源ユニットYと接続される前記光ファイバa10,b10の一端が接続される端子である。前記光ファイバ接続端子12を通じて,前記光源ユニットYにおける前記基幹光P0の分岐光が前記測定光学ユニットZに導入される。
As shown in FIG. 1, the measurement optical unit Z includes an optical
The optical
前記ビームスプリッタ13は,前記光ファイバa10,b10によって前記被測定物1の表裏それぞれにおける前記測定部位1a,1bの方向へ導かれた前記基幹光P0の分岐光それぞれをさらに二分岐させる前記第2の光分岐手段の一例である。
また,前記音響光学素子15,16は,前記被測定物1の表裏それぞれにおける前記ビームスプリッタ13による分岐光の各々に周波数変調を施してそれぞれ周波数の異なる2つの測定光P1,P2を生成する光変調手段の一例である。
例えば,2つの前記音響光学素子15,16の一方の変調周波数が80MHz,他方の変調周波数が81MHz程度であることが考えられる。
2種類の前記測定光P1,P2は,それぞれ単波長のビーム光である。前記測定光P1,P2それぞれの周波数(ω,ω+Δω)は,特に限定されるものではないが,例えば,両ビーム光の周波数の差Δωは数十kHz乃至数メガHz程度である。
The
The acousto-
For example, it is conceivable that one of the two
The two types of measurement lights P1 and P2 are single wavelength beam lights, respectively. The frequencies (ω, ω + Δω) of the measurement lights P1 and P2 are not particularly limited. For example, the frequency difference Δω between the two light beams is about several tens of kHz to several megaHz.
また,前記ヘテロダイン干渉計20は,前記被測定物1の表裏それぞれにおいて,一方の前記測定光P1を前記測定部位1a又は1bに照射させ,その測定部位で反射した前記測定光P1である物体光と,他方の前記測定光P2である参照光とを干渉させる干渉計である。前記ヘテロダイン干渉計20は,2つの前記測定光学ユニットZそれぞれに1つずつ設けられている。
前記ヘテロダイン干渉計20は,図1に示されるように,偏光ビームスプリッタ21と,四分の一波長板22と,無偏光のビームスプリッタ24と,偏光板25とを備えている。
前記偏光ビームスプリッタ21は,一方の前記測定光P1を前記測定部位1a又は1bの方向へ通過させるとともに,前記測定部位1a又は1bで反射した前記測定光P1である物体光を所定の方向へ反射する。
前記四分の一波長板22は,前記偏光ビームスプリッタ21と前記測定部位1a又は1bとの間に配置されている。この四分の一波長板22の存在により,前記偏光ビームスプリッタ21から前記測定部位1a又は1bへ向かう前記測定光P1の偏光の状態(P偏光かS偏光か)と,前記測定部位1a又は1bに反射して前記偏光ビームスプリッタ21に入射する前記測定光P1である物体光の偏光の状態とが入れ替わる。
また,前記測定光学ユニットZは,前記被測定物1の表面に対向配置された集光レンズ23も備えている。この集光レンズ23は,前記測定光P1を前記測定部位1a又は1bに集光させるとともに,前記測定部位1a又は1bで反射した物体光を往路の光軸に沿って前記偏光ビームスプリッタ21へ入射させる。
前記ビームスプリッタ24は,一方の前記測定光P1の前記測定部位1a又は1bでの反射光である物体光と,他方の前記測定光P2である参照光との光軸を一致させて同一方向へ導く光学素子である。
また,前記偏光板25は,前記ビームスプリッタ24により光軸が一致した前記物体光及び前記参照光を入力し,それらの同一方向の偏光成分を抽出することによって前記物体光及び前記参照光の干渉光Psを出力する光学素子である。
以下,前記ヘテロダイン干渉計20により得られる前記物体光及び前記参照光の干渉光Psのことを測定干渉光Psと称する。
なお,前記ヘテロダイン干渉計20には,必要に応じて,2つの前記測定光P1,P2の一方又は両方の光路を変向させるミラー等の変向素子も設けられる。
Further, the
As shown in FIG. 1, the
The polarization beam splitter 21 passes one measurement light P1 in the direction of the
The quarter-
The measurement optical unit Z also includes a condensing
The
Further, the
Hereinafter, the interference light Ps of the object light and the reference light obtained by the
The
また,前記参照用干渉計30は,前記被測定物1の表裏それぞれにおいて,2つの前記測定光P1,P2それぞれを前記ヘテロダイン干渉計20に入力される主光とそれ以外の副光とに二分岐させるとともに,それら2つの前記副光を干渉させる干渉計である。
前記参照用干渉計30は,図1に示されるように,3つの無偏光のビームスプリッタ31,32,34と,偏光板35とを備えている。
前記ビームスプリッタ31,32は,前記被測定物の表裏それぞれにおいて,2つの前記測定光P1,P2それぞれを前記ヘテロダイン干渉計20に入力される主光とそれ以外の副光とに二分岐させる第3の光分岐手段の一例である。
また,前記ビームスプリッタ34は,前記ビームスプリッタ31,32による2つの前記測定光P1,P2の分岐光である2つの前記副光の光軸を一致させて同一方向へ導く光学素子である。
前記偏光板35は,前記ビームスプリッタ34により光軸が一致した2つの前記副光を入力し,それらの同一方向の偏光成分を抽出することによって2つの前記副光の干渉光Prを出力する光学素子である。
前記ビームスプリッタ34及び前記偏光板35が,前記被測定物1の表裏それぞれにおいて2つの前記副光を干渉させる副光干渉手段の一例である。
以下,前記参照用干渉計30により得られる2つの前記副光の干渉光Prのことを参照干渉光Prと称する。
なお,前記参照用干渉計30には,必要に応じて,2つの前記副光の一方又は両方の光路を変向させるミラー等の光学素子も設けられている。図1に示される前記参照用干渉計30は,前記測定光P2の分岐光を変向させるミラー33を備えている。
In addition, the
As shown in FIG. 1, the
The
The
The
The
Hereinafter, the two interference lights Pr of the secondary light obtained by the
Note that the
出力側の一方の前記光ファイバ接続端子26は,前記測定干渉光Psを後述する測定用光検出器b28へ伝送するための光ファイバa27又はb27の一端が接続される端子である。なお,一方の前記光ファイバa27は,前記被測定物1のA面側における前記測定干渉光Psを伝送するものであり,他方の前記光ファイバb27は,前記被測定物1のB面側における前記測定干渉光Psを伝送するものである。
また,出力側の他方の前記光ファイバ接続端子36は,前記参照干渉光Prを後述する参照用光検出器b38へ伝送するための光ファイバa37又はb37の一端が接続される端子である。なお,一方の前記光ファイバa37は,前記被測定物1のA面側における前記参照干渉光Prを伝送するものであり,他方の前記光ファイバb37は,前記被測定物1のB面側における前記参照干渉光Prを伝送するものである。
前記測定干渉光Ps及び前記参照干渉光Prは,その伝送経路において特に波面の保持の必要がないため,出力側の前記光ファイバa27,a37,b27,b37は,一般的なマルチモードの光ファイバが採用される。ここで,前記光ファイバa27,a37,b27,b37としてシングルモードの光ファイバが採用されてもよい。
一般に,マルチモードの光ファイバは,シングルモードの光ファイバよりもファイバのコア径が大きく,伝播光の光軸調整が容易であるとともに,より大きな光量の光を伝播できる。そのため,光軸調整及び伝播光の光量の優位性の面から,出力側の前記光ファイバa27,a37,b27,b37としてマルチモードの光ファイバを用いることが好適である。
One optical
The other optical
Since the measurement interference light Ps and the reference interference light Pr do not need to hold a wavefront in the transmission path, the optical fibers a27, a37, b27, and b37 on the output side are general multimode optical fibers. Is adopted. Here, single-mode optical fibers may be employed as the optical fibers a27, a37, b27, and b37.
In general, a multi-mode optical fiber has a fiber core diameter larger than that of a single-mode optical fiber, can easily adjust the optical axis of propagating light, and can propagate a larger amount of light. Therefore, it is preferable to use a multimode optical fiber as the optical fibers a27, a37, b27, and b37 on the output side from the viewpoint of optical axis adjustment and the superiority of the amount of propagating light.
また,前記位相検波回路Wは,図1に示されるように,測定用光検出器28,参照用光検出器38,測定系及び参照系それぞれの信号増幅用のアンプ29,39,位相検波器4及びシールド板8を備えている。
前記測定用光検出器28は,前記ヘテロダイン干渉計20により得られる前記測定干渉光Psを受光してその強度信号Sig1又はSig2を出力する光電変換素子である。なお,前記強度信号Sig1は,前記被測定物1のA面側において得られた信号,前記強度信号Sig2は,前記被測定物1のB面側において得られた信号である。
以下,前記強度信号Sig1,Sig2のことを,測定ビート信号Sig1,Sig2と称する。
また,前記参照用光検出器38は,前記参照用干渉計30により得られる前記参照干渉光Prを受光してその強度信号Ref1又はRef2を出力する光電変換素子である。なお,前記強度信号Ref1は,前記被測定物1のA面側において得られた信号,前記強度信号Ref2は,前記被測定物1のB面側において得られた信号である。
以下,前記強度信号Ref1,Ref2のことを,参照ビート信号Ref1,Ref2と称する。
As shown in FIG. 1, the phase detection circuit W includes a
The
Hereinafter, the intensity signals Sig1 and Sig2 are referred to as measurement beat signals Sig1 and Sig2.
The
Hereinafter, the intensity signals Ref1 and Ref2 are referred to as reference beat signals Ref1 and Ref2.
前記位相検波器4は,前記測定用光検出器28の出力信号である前記測定ビート信号Sig1又はSig2と,前記参照用光検出器38の出力信号である前記参照ビート信号Ref1又はRef2とからなる2つのビート信号の位相検波を行うことにより,その2つのビート信号の位相差ΔΦ1又はΔΦ2を検出する電子部品である。即ち,前記A面側位相検波回路aWにおける前記位相検波器4は,前記測定ビート信号Sig1と前記参照ビート信号Ref1との間の位相差ΔΦ1を検出する。また,前記B面側位相検波回路bWにおける前記位相検波器4は,前記測定ビート信号Sig2と前記参照ビート信号Ref2との間の位相差ΔΦ2を検出する。
前記被測定物1の表裏それぞれについて得られた前記2つのビート信号の位相差の差分(ΔΦ1−ΔΦ2)は,前記被測定物1の厚みを表す測定値となる。
また,A面側及びB面側の2つの前記位相検波器4は,前記計算機6から出力される同期信号に同期して2つのビート信号の位相検波を同時に行う。これにより,前記2つのビート信号の位相差の差分(ΔΦ1−ΔΦ2)は,前記被測定物1の振動の影響を受けることなく,前記被測定物1の厚みを表す。
前記位相検波器4は,例えば,ロックインアンプ等を採用できる。
なお,前記位相検波器4が,前記位相情報検出手段の一例である。
The
The difference (ΔΦ1−ΔΦ2) of the phase difference between the two beat signals obtained for each of the front and back surfaces of the device under test 1 is a measurement value representing the thickness of the device under test 1.
The two
For example, a lock-in amplifier or the like can be used as the
The
前記シールド板8は,前記測定用光検出器28から前記位相検波器4に至るまでの信号伝送経路と,前記参照用光検出器38から前記位相検波器4に至るまでの信号伝送経路との間に配置された金属製の板である。
装置をコンパクト化するために前記測定用光検出器28,前記参照用光検出器38及び前記位相検波器4を近接して配置すると,一方のビート信号の伝送経路から発生する電磁波の不要輻射が他方のビート信号に対するノイズとして干渉し,測定精度を悪化させる。サブナノメートルオーダーの形状測定の精度を実現するためには,前記不要輻射による相互干渉のノイズ成分を信号成分の0.5%未満に抑える必要がある。
前記シールド板8の存在により,前記不要輻射に起因する測定精度の悪化を防止できる。
また,前記不要輻射による相互干渉の抑制のために,2つの前記ビート信号の伝送経路の間隔が20mm程度以上であることが望ましい。
The
If the
Due to the presence of the
Further, in order to suppress mutual interference due to the unnecessary radiation, it is desirable that the interval between the transmission paths of the two beat signals is about 20 mm or more.
また,前記計算機6は,前記被測定物1の表裏それぞれについて得られた前記2つのビート信号の位相差の差分(ΔΦ1−ΔΦ2)に応じた前記被測定物1の厚みの測定値を算出する厚み算出処理を実行する。
具体的には,前記計算機6は,前記2つのビート信号の位相差ΔΦ1,ΔΦ2を次の(d1)式に代入することにより,前記被測定物1の厚みの測定値Dsを算出する。
Ds = (ΔΦ1−ΔΦ2)×(λ/2)/(2π) …(d1)
なお,(d1)式において,λは前記測定光P1の波長である。また,(d1)式は,前記測定光P2の波長が前記測定光P1の波長と等しいとの近似に基づく式である。さらに,(d1)式は,A面側及びB面側の前記測定光学ユニットZにおいて,2つの前記測定光P1,P2のいずれを物体光又は参照光とするかの関係が同じ場合,即ち,A面側及びB面側で物体光の周波数と参照光の周波数との関係が同じ場合の式である。
一方,A面側及びB面側の前記測定光学ユニットZにおいて,2つの前記測定光P1,P2のいずれを物体光又は参照光とするかの条件が逆である場合,即ち,A面側及びB面側で物体光の周波数と参照光の周波数との関係が逆である場合の前記被測定物1の厚みの測定値Dsの算出式は,次の(d2)式となる。
Ds = (ΔΦ1+ΔΦ2)×(λ/2)/(2π) …(d2)
Further, the
Specifically, the
Ds = (ΔΦ1-ΔΦ2) × (λ / 2) / (2π) (d1)
In the equation (d1), λ is the wavelength of the measurement light P1. The equation (d1) is an equation based on an approximation that the wavelength of the measurement light P2 is equal to the wavelength of the measurement light P1. Further, the equation (d1) is obtained when the relationship between which one of the two measurement beams P1 and P2 is the object beam or the reference beam is the same in the measurement optical unit Z on the A side and the B side, that is, This is an expression in the case where the relationship between the frequency of the object light and the frequency of the reference light is the same on the A plane side and the B plane side.
On the other hand, in the measurement optical unit Z on the A surface side and the B surface side, when the conditions regarding which of the two measurement beams P1 and P2 are the object beam or the reference beam are reversed, that is, on the A plane side and The equation for calculating the measured value Ds of the thickness of the DUT 1 when the relationship between the frequency of the object light and the frequency of the reference light is opposite on the B side is the following equation (d2).
Ds = (ΔΦ1 + ΔΦ2) × (λ / 2) / (2π) (d2)
次に,図2を参照しつつ,前記測定光学ユニットZの構造の具体例について説明する。図2は,前記測定光学ユニットZの一例の概略構成図である。図2には,前記測定光学ユニットZの側面図(a)が示されている。なお,図2において,図1に示される各構成要素と同じ構成要素については同じ符号が付されている。
前記測定光学ユニットに含まれる各種光学素子は,前記被測定物1の表裏それぞれにおいて,所定の光学系保持具70により一体に保持されている。
図2(b)は,側面図(a)の視野方向に対して90°異なる方向から見た前記光学系保持具70の側面図である。
以下,前記測定光学ユニットに含まれる機器,即ち,前記光ファイバ接続端子12,26,36,前記ビームスプリッタ13,前記音響光学素子15,16,前記ヘテロダイン干渉計20と前記参照用干渉計30とを構成する機器,及び前記集光レンズ23を測定光学系と総称する。
前記光学系保持具70は,表裏各々において前記測定光学系の一部又は全部を分担して保持する板状の保持部71を有する剛体である。前記板状の保持部71には,前記測定光学系を伝播するビーム光を通過させる貫通孔71hが形成されている。例えば,前記板状の保持部71には,前記測定光学系のうち前記集光レンズ23を除く残りの光学素子が保持される。
図2に示されるように,前記光学系保持具70は,前記測定光学系を,前記板状の保持部71の両側に渡って三次元的に保持する。これにより,前記測定光学系を保持する前記板状の保持部71を小さくでき,その小さな板状の保持部71は,比較的薄い軽量な部材が採用されても,十分な剛性を確保できる。そのため,小型でごく簡易な構造の前記光学系保持具70により,前記板状の保持部71の変形(撓み)に起因する2種類の前記測定光P1,P2の位相のずれの発生を防止できる。
例えば,前記光学系保持具70は,150mm×90mm×100mm程度の大きさで,前記測定光学系を一体に保持できる。
なお,図2(a)において,前記測定光学系を前記板状の保持部71に対して固定する支持部材の記載は省略されている。
Next, a specific example of the structure of the measurement optical unit Z will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an example of the measurement optical unit Z. FIG. 2 shows a side view (a) of the measurement optical unit Z. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
Various optical elements included in the measurement optical unit are integrally held by a predetermined
FIG. 2B is a side view of the
Hereinafter, the devices included in the measurement optical unit, that is, the optical
The
As shown in FIG. 2, the
For example, the
In FIG. 2A, the description of the support member that fixes the measurement optical system to the plate-
また,前記板状の保持部71は,その縁部が他の部材に固定されることによって補強された部材である。
図2に示される例では,前記板状の保持部71は矩形状の板材であり,その三辺の縁部が屈曲状に連結された3つの補強板72〜74に固定されることによって補強されている。
また,図2に示される例では,1つの前記補強板74にも,前記被測定物1の方向へ通ずる貫通穴74hが形成されており,その貫通孔74hが前記測定光P1の光路となっている。また,前記補強板74には,前記集光レンズ23が保持されている。
前記光学系保持具70は,例えば,ステンレスや鉄,アルミニウム等の金属製の部材により構成される。
Further, the plate-
In the example shown in FIG. 2, the plate-
Further, in the example shown in FIG. 2, a through
The
次に,図3を参照しつつ,前記形状測定装置Xにより前記被測定物1の表面を走査する機構について説明する。
図3に示されるように,前記形状測定装置Xは,前記被測定物1を移動可能に支持する可動支持装置40を備えている。
前記形状測定装置Xは,前記被測定物1の振動の影響を受けることなく,前記被測定物1の特定の部位の厚みを高精度かつ高速で測定できる。
そして,前記形状測定装置Xは,前記被測定物1をその中央部や端部等で支持し,前記被測定物1をその厚み方向に直交する平面内(被測定物1の表裏各面に平行な面内)で移動させつつ前記被測定物1に対する物体光の走査を行う可動支持装置40を備えている。
Next, a mechanism for scanning the surface of the DUT 1 with the shape measuring device X will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the shape measuring apparatus X includes a
The shape measuring apparatus X can measure the thickness of a specific part of the device under test 1 with high accuracy and high speed without being affected by the vibration of the device under test 1.
Then, the shape measuring apparatus X supports the device under test 1 at its center, end, or the like, and places the device under test 1 in a plane perpendicular to its thickness direction (on the front and back surfaces of the device under test 1). A
図3に示される前記可動支持装置40は,半導体ウェハ等の円盤状の前記被測定物1を,その縁部(エッジ部)において,円周上の三箇所に配置された支持部44により3点支持する。これら3つの支持部44は,前記円周の中心に向かって伸びる回転軸41に連結されている。
さらに,その支持軸41は,サーボモータ等の回転駆動部42によって回転駆動される。これにより,前記被測定物1は,その中央部を回転中心として回転される。
また,前記支持軸41及び前記回転駆動部42は,直線移動機構43により,前記被測定物1の表裏各面に平行な方向(厚み方向に直交する方向)に所定の移動範囲内で直線移動される。即ち,前記直線移動機構43は,前記被測定物1をその半径方向に沿って移動させる。
また,前記支持軸41,前記回転駆動部42及び前記直線移動機構43を備えた前記可撓支持装置40は,前記A面側の前記ヘテロダイン干渉計20による前記測定光P1の照射位置と前記B面側の前記ヘテロダイン干渉計20による前記測定光P1の照射位置との間に前記被測定物1を支持する。
The
Further, the
Further, the
Further, the
そして,前記回転駆動部42による前記被測定物1の回転と,前記直線移動機構43による前記被測定物1の直線方向の移動とを併用することにより,前記被測定物1における前記測定部位1a,1bの位置を順次変更しつつ前記形状測定装置Xによる厚み測定を実行する。
例えば,前記被測定物1を一定速度で連続的に回転及び直線移動させつつ,一定周期で,或いは測定点1a,1bの位置が予め定められた位置となるごとに,前記計算機6が,前記A面側及び前記B面側の前記位相差ΔΦ1,ΔΦ2のデータを前記位相検波器4から取得する。さらに,前記計算機6が,それら2つの位相差ΔΦ1,ΔΦ2を前記(c1)式に代入することにより,前記被測定物1の厚みDsを算出する。
図4は,前記被測定物1における前記測定部位1a,1bの分布の一例を表す模式図である。
前記被測定物1を回転及び直線移動させつつ干渉光の位相検出を順次行った場合,図4に示されるように,前記測定部位1a,1bの位置は,前記被測定物1の表面における渦巻き状の線(波線)に沿って順次変化する。
そして,前記可動支持装置40により前記被測定物1の保持位置を二次元方向に移動させつつ厚み測定を順次行い,その測定データを所定の記憶部に記憶させれば,前記被測定物1の厚み分布データが得られる。
ここで,円盤状の前記被測定物1の厚みが薄い場合,その被測定物1は,図3に示されるように一部で支持されると,わずかな風圧や床の振動によって厚み方向に振動する。しかしながら,前記形状測定装置Xは,前記被測定物1がそのように振動しても,その振動の影響を受けずに高精度で前記被測定物1の厚み分布を測定できる。
なお,前記被測定物1をその表面に平行な面内で位置決めする機構は,図3に示される機構の他,いわゆるX−Yプロッタのように,前記被測定物1の支持部を交差する2直線それぞれに沿って移動させる機構であってもよい。
Then, by using both the rotation of the device under test 1 by the
For example, while continuously rotating and linearly moving the object to be measured 1 at a constant speed, the
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the distribution of the
When the phase of the interference light is sequentially detected while rotating and linearly moving the device under test 1, the positions of the
Then, if the thickness measurement is sequentially performed by moving the holding position of the DUT 1 in the two-dimensional direction by the
Here, when the disk-shaped object to be measured 1 is thin, if the object to be measured 1 is supported in part as shown in FIG. Vibrate. However, even if the device under test 1 vibrates in this way, the shape measuring apparatus X can measure the thickness distribution of the device under test 1 with high accuracy without being affected by the vibration.
In addition, the mechanism for positioning the device under test 1 in a plane parallel to the surface thereof crosses the support portion of the device under test 1 such as a so-called XY plotter in addition to the mechanism shown in FIG. It may be a mechanism that moves along two straight lines.
図5は,従来の形状測定装置の測定値の時系列変化の一例を表すグラフ,図6は,前記形状測定装置Xの測定値の時系列変化の一例を表すグラフである。ここで,従来の形状測定装置は,周波数がわずかに異なる2つの前記測定光P1,P2を光源の位置から光ファイバを用いて前記A面側及び前記B面側それぞれの前記参照用干渉計30及び前記ヘテロダイン干渉計20の位置まで伝送することによって前記被測定物1の厚み測定を行う装置である。なお,前記従来の形状測定装置及び前記形状測定装置Xにおいて,2つの前記測定光P1,P2又は前記基幹光P0の分岐光を光源の位置から前記被測定物1の両面へ伝送する光ファイバに対し,特に振動防止用の措置は施されていない。
図5に示されるように,前記従来の形状測定装置は,2つの前記測定光P1,P2の伝送経路の振動等のノイズに起因して,厚みの測定値が大きく変動する。
一方,前記形状測定装置Xは,前記光ファイバa10,b10に対して特に信号防止対策が取られていないにもかかわらず,安定した厚みの測定値が得られる。
従って,前記形状測定装置Xによれば,前記被測定物1の振動及び前記単波長レーザ光源2から前記測定光学ユニットZに至る前記基幹光P0の分岐光の伝送媒体の振動の影響を受けずに,前記被測定物1の厚みを簡易に高精度で測定できる。
FIG. 5 is a graph showing an example of the time series change of the measurement value of the conventional shape measuring apparatus, and FIG. 6 is a graph showing an example of the time series change of the measurement value of the shape measuring apparatus X. Here, in the conventional shape measuring apparatus, the
As shown in FIG. 5, in the conventional shape measuring apparatus, the measured value of the thickness largely fluctuates due to noise such as vibration of the transmission path of the two measuring beams P1 and P2.
On the other hand, the shape measuring apparatus X can obtain a stable thickness measurement value even though no signal prevention measures are taken for the optical fibers a10 and b10.
Therefore, according to the shape measuring apparatus X, it is not affected by the vibration of the device under test 1 and the vibration of the transmission medium of the branched light of the basic light P0 from the single wavelength laser light source 2 to the measurement optical unit Z. In addition, the thickness of the DUT 1 can be easily measured with high accuracy.
本発明は,半導体ウェハ等の被測定物についての形状測定装置に利用可能である。 The present invention is applicable to a shape measuring apparatus for an object to be measured such as a semiconductor wafer.
X :本発明の実施形態に係る形状測定装置
Y :光源ユニット
Z :測定光学ユニット
W :位相検波回路
1 :被測定物
1a,1b:測定部位
2 :単波長レーザ光源
3 :ビームスプリッタ
4 :位相検波器
6 :計算機
11,12,26,36:光ファイバ接続端子
15,16:音響光学素子
20:ヘテロダイン干渉計
30:参照用干渉計
40:可動支持装置
a10,b10:入力側の光ファイバ
a27,b27,a37,b37:出力側の光ファイバ
P0:基幹光
P1,P2:測定光
X: shape measuring apparatus Y according to an embodiment of the present invention Y: light source unit Z: measurement optical unit W: phase detection circuit 1: measured
Claims (3)
所定の光源から出射される基幹光を二分岐させる第1の光分岐手段と,
前記第1の光分岐手段による分岐光それぞれを前記被測定物の表裏各面の表裏相対する測定部位それぞれの方向へ導く導光手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおける前記測定部位の方向へ導かれた前記基幹光の分岐光それぞれをさらに二分岐させる第2の光分岐手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおける前記第2の光分岐手段による分岐光の一方又は両方に周波数変調を施してそれぞれ周波数の異なる2つの測定光を生成する光変調手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおいて,一方の前記測定光を前記測定部位に照射させ,該測定部位で反射した一方の前記測定光である物体光と他方の前記測定光である参照光とを干渉させる2つのヘテロダイン干渉計と,
前記被測定物の表裏それぞれにおいて,2つの前記測定光それぞれを前記ヘテロダイン干渉計に入力される主光とそれ以外の副光とに二分岐させる第3の光分岐手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおいて,前記第3の光分岐手段により分岐された2つの前記副光を干渉させる副光干渉手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおいて,前記第2の光分岐手段,前記光変調手段,前記ヘテロダイン干渉計,前記第3の光分岐手段及び前記副光干渉手段を含む測定光学系を一体に保持する測定光学系保持手段と,
2つの前記ヘテロダイン干渉計により得られる干渉光それぞれを受光してその強度信号を出力する測定用光強度検出手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおいて,前記副光干渉手段により得られる干渉光を受光してその強度信号を出力する参照用光強度検出手段と,
前記被測定物の表裏それぞれにおける前記測定用光強度検出手段の出力信号及び前記参照用光強度検出手段の出力信号からなる2つのビート信号の位相検波により該2つのビート信号の位相差を検出する位相情報検出手段と,
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。 A shape measuring device used for scanning the front and back surfaces of a measured object to measure the thickness distribution of the measured object in a non-contact manner,
First light branching means for branching the basic light emitted from a predetermined light source;
A light guiding means for guiding each of the branched lights by the first light branching means in the respective directions of the measurement parts opposite to the front and back surfaces of the object to be measured;
Second light branching means for further branching the branched light of the basic light guided in the direction of the measurement site on each of the front and back sides of the object to be measured;
Light modulating means for performing frequency modulation on one or both of the branched lights by the second light branching means on each of the front and back sides of the object to be measured to generate two measurement lights having different frequencies,
In each of the front and back sides of the object to be measured, one measurement light is irradiated onto the measurement site, and the object light that is one measurement light reflected from the measurement site interferes with the reference light that is the other measurement light. Two heterodyne interferometers to be
Third optical branching means for bifurcating each of the two measurement lights into main light input to the heterodyne interferometer and other auxiliary light on each of the front and back sides of the object to be measured;
Sub-light interference means for causing the two sub-lights branched by the third light branch means to interfere with each other on the front and back sides of the object to be measured;
Measurement optical systems including the second optical branching unit, the optical modulation unit, the heterodyne interferometer, the third optical branching unit, and the auxiliary optical interference unit are integrally held on the front and back sides of the object to be measured. Measuring optical system holding means;
A measuring light intensity detecting means for receiving interference light obtained by the two heterodyne interferometers and outputting an intensity signal thereof;
A reference light intensity detecting means for receiving interference light obtained by the auxiliary light interference means and outputting an intensity signal on each of the front and back sides of the object to be measured;
The phase difference between the two beat signals is detected by phase detection of two beat signals composed of the output signal of the measurement light intensity detection means and the output signal of the reference light intensity detection means on the front and back sides of the object to be measured. Phase information detection means;
A shape measuring apparatus comprising:
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009021290A JP5199141B2 (en) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | Shape measuring device |
US13/138,247 US8670128B2 (en) | 2009-02-02 | 2010-01-26 | Profile measuring apparatus |
KR1020117018008A KR101235384B1 (en) | 2009-02-02 | 2010-01-26 | Shape determining device |
PCT/JP2010/050972 WO2010087337A1 (en) | 2009-02-02 | 2010-01-26 | Shape determining device |
DE112010000808.6T DE112010000808B4 (en) | 2009-02-02 | 2010-01-26 | Profile measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009021290A JP5199141B2 (en) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | Shape measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010175499A JP2010175499A (en) | 2010-08-12 |
JP5199141B2 true JP5199141B2 (en) | 2013-05-15 |
Family
ID=42706604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009021290A Active JP5199141B2 (en) | 2009-02-02 | 2009-02-02 | Shape measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5199141B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170143069A (en) * | 2016-06-17 | 2017-12-29 | 삼성전자주식회사 | Apparutus and Method of Detecting Thickness |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6046535B2 (en) * | 2013-03-27 | 2016-12-14 | 株式会社東京精密 | Semiconductor wafer mapping method and semiconductor wafer laser processing method |
JP6309868B2 (en) | 2014-09-26 | 2018-04-11 | 株式会社神戸製鋼所 | Shape measuring apparatus and shape measuring method |
JP6482251B2 (en) * | 2014-11-21 | 2019-03-13 | 株式会社ミツトヨ | Shape measuring device |
JP6279013B2 (en) * | 2016-05-26 | 2018-02-14 | Ckd株式会社 | 3D measuring device |
JP6513619B2 (en) * | 2016-09-28 | 2019-05-15 | Ckd株式会社 | Three-dimensional measuring device |
JP2019168339A (en) | 2018-03-23 | 2019-10-03 | 株式会社コベルコ科研 | Shape measurement device and shape measurement method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1660950A1 (en) * | 2003-08-26 | 2006-05-31 | UT-Battelle, LLC | Spatial-heterodyne interferometry for transmission (shift) measurements |
JP4839301B2 (en) * | 2006-12-28 | 2011-12-21 | 株式会社神戸製鋼所 | Shape measuring device |
JP5054623B2 (en) * | 2008-06-25 | 2012-10-24 | 株式会社神戸製鋼所 | Shape measuring device |
-
2009
- 2009-02-02 JP JP2009021290A patent/JP5199141B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170143069A (en) * | 2016-06-17 | 2017-12-29 | 삼성전자주식회사 | Apparutus and Method of Detecting Thickness |
KR102594111B1 (en) * | 2016-06-17 | 2023-10-26 | 삼성전자주식회사 | Apparutus and Method of Detecting Thickness |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010175499A (en) | 2010-08-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5199141B2 (en) | Shape measuring device | |
WO2010087337A1 (en) | Shape determining device | |
JP4839301B2 (en) | Shape measuring device | |
US5894531A (en) | Method and apparatus for detection of ultrasound using a fiber-optic interferometer | |
US10571245B2 (en) | Grating measurement apparatus | |
JP4861281B2 (en) | Heterodyne interference measurement method, heterodyne interference device, thickness measurement device, thickness measurement method | |
JP4469604B2 (en) | Optical interferometry | |
JP5054623B2 (en) | Shape measuring device | |
JP4897586B2 (en) | Shape measuring device | |
KR100941981B1 (en) | Laser interferometric mekometer | |
JPH09166414A (en) | Light measuring device | |
JP2022145717A (en) | Multiaxis laser interference length measurer and displacement detection method | |
JP2011164090A (en) | Heterodyne laser interferometric measuring machine | |
JP5289383B2 (en) | Shape measuring device and shape measuring method | |
JPH09189537A (en) | Measuring method using optical heterodyne interference and device using the method | |
JP4536873B2 (en) | Three-dimensional shape measuring method and apparatus | |
CN110849593B (en) | Measuring equipment for measuring wave aberration of optical system based on heterodyne interference of acousto-optic modulator | |
JP5149085B2 (en) | Displacement meter | |
JP3045567B2 (en) | Moving object position measurement device | |
KR100675607B1 (en) | Laser encoder using optic fiber as laser transfer medium | |
JP3184914B2 (en) | Surface shape measuring method and surface shape measuring instrument | |
JP2003329422A (en) | Shape measuring instrument | |
JPH08304027A (en) | Method and apparatus for measurement of very small displacement amount | |
JP2004069394A (en) | Apparatus, method, and program for measuring groove surface shape | |
JP4580579B2 (en) | Surface shape measuring method and surface shape measuring apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110901 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130205 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130207 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160215 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5199141 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |