JPH01156606A - 光干渉式形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ 本発明は、光の干渉を利用して被測定物の表面形状の測
定を行なう光干渉式形状測定装置に関するものである。

［背景技術１ 従来より光の干渉を利用して被測定物の表面形状を測定
する装置が提供されている。この種の測定装置は、光源
から放射された光線束をビームスプリッタにより分離し
て被測定物の表面と参照鏡とに照射し、被測定物の表面
と参照鏡とでの反射光同士の干渉による干渉縞を観測す
ることにより、被測定物の表面の形状を測定するのであ
る。すなわち、干渉縞は被測定物の表面に略直交する方
向の変位量に相当する位相差を示しているから、参照鏡
が理想的な平面であれば、干渉縞は測定面における１７
２波長ずつの等高線を表わすことになる。その結果、干
渉縞を分析すれば測定面の凹凸形状の測定が可能となる
のである。このような測定装置では、従来の触針式の形
状測定装置や表面粗さ計に対して、面の形状が短時間（
触針式で数１０分のところ、１分以内）で測定できる点
、被測定物表面の凹凸の高さの分解能（１０１１１程度
）に優れている点などの利点があるが、一般には干渉縞
の形状や本数を数える程度の、いわゆる定性的な測定し
かなされでいない。また、被測定物の表面に略平行な面
内での分解能はカメラ等の干渉縞観測手段と光学系との
関係により、一般には１〜２μｌが限界となっている。

すなわち、干渉縞観測手段として、ＣＣＤを用いている
場合であって、たとえば、画素数が２５６Ｘ２５６ピク
セルであるとし、干渉縞を拡大（２０倍程度）して４２
２゜４μｚＸ４２２．４μｌの範囲の観測を行なったと
すると、分解能は１．６５μｌとなるのである。

［発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
目的とするところは、被測定物の表面に沿う面内での分
解能を向上させた光干渉式形状測定装置を提供すること
にある。

［発明の開示］ （構成） 本発明に係る光干渉式形状測定装置は、光源からビーム
スプリッタを通して被測定物の表面と参照鏡とに照射さ
れ測定面と参照鏡とでそれぞ゛れ反射された光線同士の
干渉縞を干渉縞観測手段により観測し、干渉縞に基づい
て測定面の各部の形状を測定する光干渉式形状測定装置
において、被測定物はテーブル本体内に配設されたサン
プル台の上に載置され、被測定物の表面に略直交するサ
ンプル台の１つの側面とテーブル本体の内周面との間に
サンプル台をテーブル本体から離れる向きに付勢する第
１の精密ばねが配設され、被測定物の表面に略直交する
サンプル台の側面のうち上記側面に略直交する側面とテ
ーブル本体の内周面との間にサンプル台をテーブル本体
から離れる向きに付勢する第２の精密ばねが配設され、
第１の精密ばねおよび第２の精密ばねが設けられたサン
プル台の側面とは反対側の各側面とテーブル本体の内周
面との間には、印加電圧に呼応する距離だけ各精密ばね
のばね力に抗する向きにサンプル台を押圧する第１のピ
エゾ素子と第２のピエゾ素子とがそれぞれ挿入され、Ｗ
Ｓｌのピエゾ素子と第２のピエゾ素子とに印加される制
御電圧により、干渉縞観測手段により観測できる分解能
よりも小さい距離でサンプル台を移動させるものであり
、被測定物を載置したサンプル台を干渉縞観測手段の分
解能よりも微少な距離で変位させることにより、複数回
の測定結果に補間を行なうことができるようにし、実質
的な分解能を高めるようにしたものである。

（実施例） 本実施例における光干渉式形状測定装置は縞走査法によ
る測定装置である。すなわち、第１図に示すように、光
源１からの光をコリメートレンズ２を介してビームスプ
リッタ３に導入し、被測定物４の表面に向かう光線束と
、参照鏡５に向かう光線束とに分割する。被測定物４の
表面で反射された光線束と、参照鏡５で反射された光線
束とは再びビームスプリッタ３に導入され、対物レンズ
６を通して干渉縞測定手段である撮像装置７に導入され
る。撮像装置７は受光部にＣＯＤを用いて構成されてお
り、被測定物４の表面に沿う面内での分解能はＣＯＤの
画素数と対物レンズ６の倍率とに依存することになる。

撮像装ｆ！ｔ７の出力は画像入力用インク７エース１１
を介してコンピュータ等の演Ｗ、ｖ装置８に入力されて
所定の処理が施されるようになっている。また、画像入
力用インタフェース１１にはモニタ１２が接続され、撮
増装置７で観測されている干渉縞がそのまま表示される
ようになっている。演算装置８は、デジタル／アナログ
変換用インタフェース１３と増幅器１４とを介して参照
鏡５の位ｆ！１ｖ４ｆ！？ｉを行なうピエゾ素子１５と
、被測定物４が載置されているサンプル台２１の位置調
節を行なうピエゾ素子２２．２３とに制御電圧を印加す
るようになっている。サンプル台２１は、直方体状に形
成されていてテーブル本体２０内に配設されており、サ
ンプル台２１の隣合う一対の側面とテーブル本体２０の
内周面との間には、それぞれ第１のピエゾ素子２２と第
２のピエゾ素子２３とが介装される。これらのピエゾ素
子２２．２３としては、たとえば、１０００■で５μｌ
伸張するものが用いられる。すなわち、サブミクロンの
オーダ（１０ｎｍ程度）でサンプル台２１を変位させる
ことができるようになっているのである。また、ピエゾ
索子２２．２３が当接している側面とは反対側の側面に
は、テーブル本体２０の内周面との間に板ばねよりなる
精密ばね２４，２５が介装される。精密ばね２４．２５
は、サンプル台２１をテーブル本体２０の内周面から離
れる向きに押圧するようになっている。

縞走査法では、参照鏡５の背面にピエゾ素子１５が配設
されていることにより、ビームスプリッタ３と参照１！
５との距離が可変となっているのであり、この距離を光
源１から放射される光の波長の８分の１に相当する距離
ずつ変化させて４回の測定を行ない、各測定時における
干渉縞の形状から被測定物４の表面形状が測定できるよ
うになっているのである。ここに、各測定における干渉
縞の各点（撮像装置７の各画素に対応する格子点）の座
標を（ｘ＝ｙ）、各座標での干渉縞の強度をＩｔ（ｉ＝
０．１，２．３）とすれば、被測定物４の表面形状ｗ（
ｘｗｙ）は、次式で表わされるのである。

この測定法では、被測定物４の表面の凹凸が１００分の
１波長程度、すなわち、数ｒｖ程度で観測できるのであ
る。

（動作） 次に使用法を第２図に基づいて説明する。ここで、第１
のピエゾ素子２２によるサンプル台２１の変位方向をＸ
方向、第２のピエゾ素子２３によるサンプル台２１の変
位方向をＸ方向とする。まず、第１のピエゾ素子２２に
所定の電圧を印加してサンプル台２１をＸ方向に変位さ
せる。この変位量は、対物レンズ６の倍率を考慮して、
撮像装置７の１画素で検出できる長さを正の整数Ｎで割
った値となる。すなわち、背景技術の項で説明した分解
能では１．６５μｍであったから、１．６５／Ｎμ肩だ
けサンプル台２１を変位させるのである。

この状態で縞走査法による測定を行ない、Ｘ方向の変位
量が１．６５μｌになるまでサンプル台２１を段階的に
変位させながら、縞走査法による測定を繰り返す。次に
、サンプル台２１のＸ方向の位置を元の位置に復帰させ
、今度はＸ方向について同様の測定を行なう。Ｘ方向に
ついてもサンプル台２１の変位量が１．６５μｌに達し
たら元の位置に復帰させ、ここで、Ｘ方向お上りＸ方向
での変位による形状の変化に基づいて補間法によって被
測定物４の表面の凹凸状態を算出するのである。

こうして得られた値は、演算装置７の画面に表示される
のである。

以上のように、光学的な分解能よりも小さい変位量でサ
ンプル台２１を変位させて測定を繰り返すことにより、
被測定物４の表面に沿う面内の形状を精密に測定するこ
とができるのであり、実質的に分解能を高めたのと同等
の機能を有するのである。

【発明の効果］ 本発明は上述のように、光源からビームスプリッタを通
して被測定物の表面と参照鏡とに照射され測定面と参照
鏡とでそれぞれ反射された光線同士の干渉縞を干渉縞観
測手段により観測し、干渉縞に基づいて測定面の各部の
形状を測定する光干渉式形状測定装置において、被測定
物はテーブル本体内に配設されたサンプル台の上に載置
され、被測定物の表面に略直交するサンプル台の１つの
側面とテーブル本体の内周面との間にサンプル台をテー
ブル本体から離れる向きに付勢する第１の精密ばねが配
設され、被測定物の表面に略直交するサンプル台の側面
のうち上記側面に略直交する側面とテーブル本体の内周
面との間にサンプル台をテーブル本体から離れる向きに
付勢する第２の精密ばねが配設され、第１の精密ばねお
より＃２の精密ばねが設けられたサンプル台の側面とは
反対側の各側面とテーブル本体の内周面との間には、印
加電圧に呼応する距離だけ各精密ばねのばね力に抗する
向きにサンプル台を押圧する第１のピエゾ素子と第２の
ピエゾ素子とがそれぞれ挿入され、第１のピエゾ素子と
第２のピエゾ素子とに印加される制御電圧により、干渉
縞観測手段により観測できる分解能よりも小さい距離で
サンプル台を移動させるものであり、被測定物を載置し
たサンプル台をピエゾ素子で干渉縞観測手段の分解能よ
りも微少な距離だけ変位させることにより、最終的には
補間を行なうことで、測定装置の実質的な分解能を高め
ることができるのである。

したがって、半導体ウェハの非接触パターン検査を従来
では、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で行なっていたのに対
して、本発明装置を用いれば、ＳＥＭを用いることなく
非接触パターン検査が行なえるようになるのであり、そ
の結果、ＳＥＭで必要とされていた、５１ν角程度に切
断して蒸着を行なうサンプリングという作業が不要とな
り、非破壊検査を行なうことができるようになるのであ
る。

また、どの方向に対しても分解能が高いから、光ディス
クや磁気ディスク等の表面形状の検査を行なうことがで
き、さらには、精密金型や曲率の大きな球面レンズ、非
球面レンズ等の形状測定も可能となり、応用分野が非常
に広いものとなる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す桶成図、第２図は同上
の動作説明図である。 １は光源、３はビームスプリッタ、４は被測定物、５は
参照鏡、７は撮像装置、２０はテーブル本体、２１はサ
ンプル台、２２は第１のピエゾ素子、２３は第２のピエ
ゾ素子、２４は第１の精密ばね、２５は第２の精密ばね
である。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源からビームスプリッタを通して被測定物の表
   面と参照鏡とに照射され測定面と参照鏡とでそれぞれ反
   射された光線同士の干渉縞を干渉縞観測手段により観測
   し、干渉縞に基づいて測定面の各部の形状を測定する光
   干渉式形状測定装置において、被測定物はテーブル本体
   内に配設されたサンプル台の上に載置され、被測定物の
   表面に略直交するサンプル台の１つの側面とテーブル本
   体の内周面との間にサンプル台をテーブル本体から離れ
   る向きに付勢する第１の精密ばねが配設され、被測定物
   の表面に略直交するサンプル台の側面のうち上記側面に
   略直交する側面とテーブル本体の内周面との間にサンプ
   ル台をテーブル本体から離れる向きに付勢する第２の精
   密ばねが配設され、第１の精密ばねおよび第２の精密ば
   ねが設けられたサンプル台の側面とは反対側の各側面と
   テーブル本体の内周面との間には、印加電圧に呼応する
   距離だけ各精密ばねのばね力に抗する向きにサンプル台
   を押圧する第１のピエゾ素子と第２のピエゾ素子とがそ
   れぞれ挿入され、第１のピエゾ素子と第２のピエゾ素子
   とに印加される制御電圧により、干渉縞観測手段により
   観測できる分解能よりも小さい距離でサンプル台を移動
   させることを特徴とする光干渉式形状測定装置。