JPH01406A - Sample shape measuring device - Google Patents

Sample shape measuring device

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JPH01406A
JPH01406A JP62-156212A JP15621287A JPH01406A JP H01406 A JPH01406 A JP H01406A JP 15621287 A JP15621287 A JP 15621287A JP H01406 A JPH01406 A JP H01406A
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JP
Japan
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sample
reference plane
interference fringes
interference
measuring device
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JP62-156212A
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孝治 大澤
仁 山崎
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株式会社 ニデック
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は干渉計を利用してフィルムやウェーハ等の試料
の形状を測定する装置、より詳細には試料の表面形状や
厚ざむらを高精度に測定評価する装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is an apparatus for measuring the shape of a sample such as a film or a wafer using an interferometer, and more specifically, a device for measuring the surface shape and thickness unevenness of a sample with high precision. This invention relates to a device for measuring and evaluating.

[従来技術] 一般にウェーハ等の薄板状の試料は、全体的反りと部分
的な凸凹とを併せもっており、試料の表面や裏面はこれ
らが合成された形状をなしている。
[Prior Art] Generally, a thin plate-like sample such as a wafer has both overall warpage and local unevenness, and the front and back surfaces of the sample have a shape that is a combination of these.

こうした試料の表面状態や厚さむらの測定については、
試料内の予め決められた複数ポイントをマイクロメータ
や静電容量センサ等により測定し、決定する装置が知ら
れている。
For measuring the surface condition and thickness unevenness of these samples,
There is known an apparatus that measures and determines a plurality of predetermined points within a sample using a micrometer, a capacitance sensor, or the like.

しかし、所定点の厚さを測定するにすぎないので得られ
る情報は不充分であるし、より詳細なデータを得ようと
すれば測定点を飛躍的に増やさなければならず、その結
果測定時間が長くなったり、非常に高価なものになって
しまう。
However, since it only measures the thickness at a predetermined point, the information obtained is insufficient, and in order to obtain more detailed data, the number of measurement points must be increased dramatically, resulting in a longer measurement time. The process becomes long and extremely expensive.

このため、従来において、試料の全測定領域の凸凹状態
を測定する装置として最も普及しているのは、光の波長
を測定の基準とする干渉計測定器を使用した装置である
For this reason, conventionally, the most popular device for measuring the unevenness of the entire measurement area of a sample is a device using an interferometer measuring device that uses the wavelength of light as a reference for measurement.

この装置により試料表面にできた干渉縞を読み取り表面
形状や厚さむらを求めるには、基準平面上の干渉縞が一
色となるように、予め干渉計の参照平面と被測定試料と
の位置関係を調整する必要がある。
In order to read the interference fringes formed on the sample surface using this device and determine the surface shape and thickness unevenness, the positional relationship between the reference plane of the interferometer and the sample to be measured must be adjusted in advance so that the interference fringes on the reference plane are of one color. need to be adjusted.

第3図はその装置により得られた表面形状の測定例でお
る。
FIG. 3 shows an example of surface profile measurements obtained using the device.

図上部は試料表面1上の干渉縞を示している。The upper part of the figure shows interference fringes on the sample surface 1.

図下部は試料表面の最も凸の部分と、最も凹の部分を含
む断面x−x ”の表面形状である。
The lower part of the figure shows the surface shape of the cross section xx'', which includes the most convex part and the most concave part of the sample surface.

もっとも、図上部からは図下部を直ちに求めることでは
できないので、干渉縞の凸凹判定機構により凸凹を判定
する。
However, since it is not possible to immediately determine the lower part of the figure from the upper part of the figure, the unevenness is determined by an interference fringe unevenness determination mechanism.

y軸は干渉縞の感度を1目盛として、凸凹量を表してい
る。試料の裏面は、干渉縞が一色となる基準平面2′に
密着しており、X軸に平行な直線となる。従って、試料
の厚ざむらは第3図のC寸法として求めることができる
The y-axis represents the amount of unevenness, with the sensitivity of interference fringes as one scale. The back surface of the sample is in close contact with the reference plane 2' where the interference fringes are one color, and form a straight line parallel to the X axis. Therefore, the thickness unevenness of the sample can be determined as dimension C in FIG.

しかしながら、前記の基準平面上の干渉縞が一色となる
ような試料積載台2の基準平面2′と干渉計(参照平面
)との位置関係を、稼動中正値に保持することは非常に
困難である。一般に必要とされる干渉縞の感度からすれ
ば、装置の振動や熱変形の影響を無視することはできな
い。また、試料交換等のために試料積載台を移動した場
合、基準平面2′と干渉計(参照平面)との位置関係を
正確に再現するのは困難である。
However, it is extremely difficult to maintain the positional relationship between the reference plane 2' of the sample loading stage 2 and the interferometer (reference plane) at a positive value during operation, so that the interference fringes on the reference plane become one color. be. Considering the generally required sensitivity of interference fringes, the effects of vibration and thermal deformation of the device cannot be ignored. Further, when the sample loading stage is moved for sample exchange or the like, it is difficult to accurately reproduce the positional relationship between the reference plane 2' and the interferometer (reference plane).

[発明の目的] この発明は、上記従来装置の問題点に鑑み、干渉計の参
照平面と試料積載台の基準平面(=試料裏面)の位置関
係の変動にかかわりなく、被測定試料の表面形状や厚ざ
むら等を短時間に精度好く測定できる装置を提供するこ
とにある。
[Object of the Invention] In view of the above-mentioned problems of the conventional device, the present invention provides a method for determining the surface shape of a sample to be measured regardless of variations in the positional relationship between the reference plane of the interferometer and the reference plane (=back surface of the sample) of the sample loading stage. It is an object of the present invention to provide a device that can measure thickness irregularities, etc. with high accuracy in a short time.

[発明の構成] 本発明は、上記目的を達成するために、基準平面を有し
試料を強制吸着する試料積載台と、試料および基準平面
上に干渉縞を形成する干渉縞形成手段と、試料および基
準平面上の干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、検出さ
れた試料および基準平面上の干渉縞情報に基づき縞解析
を行う手段とから構成され、基準面と干渉計(プリズム
参照面)の位置関係の変動に影響されないことを特徴と
している。
[Structure of the Invention] In order to achieve the above object, the present invention provides a sample loading table having a reference plane and forcibly adsorbing a sample, an interference fringe forming means for forming interference fringes on the sample and the reference plane, and a sample loading table. and interference fringe detection means for detecting interference fringes on the reference plane, and means for performing fringe analysis based on the interference fringe information on the detected sample and the reference plane. It is characterized by being unaffected by changes in the positional relationship between the two.

[発明の実施例] 以下、本発明の一実施例でおる厚ざむら測定装置を図面
に基づいて説明する。
[Embodiments of the Invention] Hereinafter, a thickness unevenness measuring device according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は上記の装置全体の構造を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of the above device.

1は被測定試料、2は試料より1回り大きく高精度に仕
上げられた基準平面2−を有する試料積載台である。
1 is a sample to be measured, and 2 is a sample loading table having a reference plane 2- which is one size larger than the sample and finished with high precision.

基準平面2−には、試料1を強制吸着するための小穴が
多数あけられており、これらの吸着用の小穴の直径およ
びその配置位置は、試料1に局部的変形を生じさせるこ
となく、試料が基準平面2′に完全に密着するように考
慮されている。
A large number of small holes are drilled in the reference plane 2- for forcibly adsorbing the sample 1, and the diameters and positions of these small holes for adsorption are determined so that the sample 1 is not deformed locally. It is designed to be in complete contact with the reference plane 2'.

基準平面2−は、第2図に示しているようにオプチカル
フラットに対して傾斜させている。この傾斜量は干渉縞
感度、熱変形等によって生じる干渉計と被測定面の位置
関係の変化、試料を交換した場合の干渉計と被測定面の
再現性に対して充分大きくとってあり、干渉縞の凸凹状
態は一義的に決定される。第4図はこのような測定例を
示す。
The reference plane 2- is inclined with respect to the optical flat as shown in FIG. This amount of inclination is set sufficiently large to take into account interference fringe sensitivity, changes in the positional relationship between the interferometer and the measured surface caused by thermal deformation, etc., and reproducibility between the interferometer and the measured surface when the sample is replaced. The unevenness of the stripes is uniquely determined. FIG. 4 shows an example of such a measurement.

試料表面以外の基準平面2′の干渉縞は等間隔の直線と
なり、試料裏面の傾斜状態を正確に表わしている。従っ
て1.試料の表面の干渉縞より求められる凸凹状態から
、試料の裏面の斜傾成分を取り除くことにより、試料裏
面に対して、垂直方向の凸凹差Cを算出することができ
る。
The interference fringes on the reference plane 2' other than the surface of the sample are equally spaced straight lines, and accurately represent the tilted state of the back surface of the sample. Therefore 1. By removing the oblique component of the back surface of the sample from the uneven state determined from the interference fringes on the front surface of the sample, it is possible to calculate the difference in unevenness C in the vertical direction with respect to the back surface of the sample.

3〜8は干渉縞を形成する部分で、いわゆる斜入射干渉
法による構成となっている。
Reference numerals 3 to 8 are parts for forming interference fringes, and the structure is based on the so-called oblique incidence interference method.

3は光源で、He−Neレーザ装置を用いている。光源
3から射出された光束はイクスバンダ4によって必要な
大きざの光束に拡張される。コリメータレンズ5はその
前側焦点位置にイクスバンダ4が位置するように配置し
、レーザ光束を平行光束とする。
3 is a light source, which uses a He-Ne laser device. The luminous flux emitted from the light source 3 is expanded by the extender 4 into a luminous flux of a necessary size. The collimator lens 5 is arranged so that the extender 4 is located at its front focal position, and the laser beam is made into a parallel beam.

7は被測定試料1および基準平面2′上に干渉縞を発生
させるためのプリズムであり、7′は参照面である。8
はテレビカメラ9の搬像面上に干渉縞を結像するための
結像レンズである。
7 is a prism for generating interference fringes on the sample to be measured 1 and the reference plane 2', and 7' is a reference plane. 8
is an imaging lens for forming an image of interference fringes on the image carrying plane of the television camera 9.

テレビカメラ9にズーム機能を備えれば小径の試料を拡
大して測定することができる。
If the television camera 9 is equipped with a zoom function, it is possible to enlarge and measure a small-diameter sample.

6はレーザ光束の入射角を変える入射角調整プリズムで
ある。−縞の感度はレーザ光束の入射角を変えることに
よって任意に変化ざぜることができる。スイッチ15、
コントローラ14を介して、パルスモータ16を駆動さ
せ、入射角調整プリズム6を動かすことにより、レーザ
光栄の入射角は調整される。
6 is an incident angle adjusting prism that changes the incident angle of the laser beam. - The sensitivity of the fringe can be varied arbitrarily by changing the incident angle of the laser beam. switch 15,
The incident angle of the laser beam is adjusted by driving the pulse motor 16 via the controller 14 and moving the incident angle adjusting prism 6.

入射角調整プリズム6は、映像信号を画像処理プロセッ
サ10によって2値化信号に変換するのに、鮮明な信号
として取り出すことができるよう変調をかけるためにも
使用される。
The incident angle adjustment prism 6 is also used to modulate the video signal so that it can be extracted as a clear signal when the image signal is converted into a binary signal by the image processing processor 10.

画像処理プロセッサ10はテレビカメラ9を介して画像
データを取り込み、処理して被測定面の凸凹状態の解析
を行う。11はスイッチパネルで測定に際し各種の測定
モードを設定するためのものである。12は解析結果を
プリントするもので、13は解析結果を表示するための
モニタである。
The image processing processor 10 takes in image data via the television camera 9, processes it, and analyzes the uneven state of the surface to be measured. Reference numeral 11 denotes a switch panel for setting various measurement modes during measurement. Reference numeral 12 is for printing the analysis results, and reference numeral 13 is a monitor for displaying the analysis results.

以上のような構成の実施例において、次にその動作を説
明する。
Next, the operation of the embodiment having the above configuration will be explained.

試料積載台2は、図示なき駆動手段にて、その基準平面
2−上に試料1を載せ、強制吸着した後、所定の測定位
置に移動する。
The sample loading table 2 is moved to a predetermined measurement position after the sample 1 is placed on the reference plane 2- by a drive means (not shown) and is forcibly adsorbed.

光源3から出射したレーザ光束はイクスパンダ4により
光束を拡げられ、コリメータレンズ5で平行光束となる
。平行光束となったレーザ光は入射角調整プリズム6に
てレーザ光の入射角が調整され、プリズム7に入射する
。プリズムの参照面7−を透過して試料1表面で反射し
た光束と参照面7′で反射した光束とが干渉現象を起こ
す。
A laser beam emitted from a light source 3 is expanded by an expander 4 and turned into a parallel beam by a collimator lens 5. The incident angle of the laser beam, which has become a parallel beam, is adjusted by an incident angle adjusting prism 6, and then enters a prism 7. The light beam transmitted through the reference surface 7- of the prism and reflected on the surface of the sample 1 and the light beam reflected on the reference surface 7' cause an interference phenomenon.

干渉環条を起こした光束は、結像レンズ8によりテレビ
カメラ9の搬像面に結像される。このようにして得られ
た映像信号は画像処理プロセッサ10に画像データは送
られ、A/Dユニットを介して、画像データとして収納
する。画像データの取り込みは、前述したように干渉縞
を変調ざt!2回行う。
The light beam causing the interference ring is imaged by the imaging lens 8 on the image plane of the television camera 9. The image data of the video signal obtained in this way is sent to the image processing processor 10 and stored as image data via the A/D unit. Image data is captured by modulating the interference fringes as described above! Do it twice.

これらの画像データを演搾、フィルタリング、射影する
ことにより、試料領域の認識をし、2値化画像より干渉
縞の判別を行う。このようにして判別された干渉縞から
縞次数の決定等のデータの埠出をし、凸凹状態の解析を
行う。
By extracting, filtering, and projecting these image data, the sample area is recognized and interference fringes are determined from the binarized image. From the interference fringes determined in this manner, data such as determining the fringe order is extracted and the uneven state is analyzed.

解析結果に基づき、これをプリンタ12で打ち出したり
、モニタ13にその鳥撤図、等高線図を出力する。
Based on the analysis result, it is printed out on the printer 12 or the bird's-eye map and contour map are output on the monitor 13.

[発明の効果] 本発明によれば、試料表面と基準平面上とに干渉縞を形
成、撮影し、これを画像処理装置によって計算処理する
ことによって干渉計の参照平面と試料積載台の基準平面
(=試料裏面)の位置関係の変動にかかわりなく、被測
定試料の表面形状や厚ざむら等を短時間に精度好く測定
できることとなった。
[Effects of the Invention] According to the present invention, interference fringes are formed and photographed on the sample surface and a reference plane, and are calculated and processed by an image processing device, thereby forming a reference plane of an interferometer and a reference plane of a sample loading stage. Regardless of variations in the positional relationship (=back side of the sample), the surface shape, thickness unevenness, etc. of the sample to be measured can be measured with high precision in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の1実施例の装置全体の構造を示す概略
図、第2図は基準平面2′の状態を説明する図、第3図
は従来装置により得られた表面形状の測定例を示す図、
第4図は実施例の装置による測定例である。 1:被測定試料 2;試料積載台    2′:基準平面6:入射角調整
プリズム 7:プリズム9:テレビカメラ 10;画像処理プロセッサ
Fig. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of the device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram illustrating the state of the reference plane 2', and Fig. 3 is an example of measuring the surface shape obtained by the conventional device. A diagram showing
FIG. 4 shows an example of measurement using the apparatus of the embodiment. 1: Sample to be measured 2; Sample loading table 2': Reference plane 6: Incident angle adjustment prism 7: Prism 9: Television camera 10; Image processing processor

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)基準平面を有し試料を強制吸着する試料積載台と、 試料および基準平面上に干渉縞を形成する干渉縞形成手
段と、 試料および基準平面上の干渉縞を検出する干渉縞検出手
段と、 検出された試料および基準平面上の干渉縞情報に基づき
縞解析を行う手段とからなることを特徴とする試料形状
測定装置。
[Claims of Claims] 1) A sample loading table having a reference plane and forcibly adsorbing a sample, an interference fringe forming means for forming interference fringes on the sample and the reference plane, and detecting interference fringes on the sample and the reference plane. A sample shape measuring device comprising: interference fringe detection means for detecting interference fringes; and means for performing fringe analysis based on interference fringe information on the detected sample and a reference plane.
JP62156212A 1987-06-23 1987-06-23 Sample shape measuring device Expired - Lifetime JP2557650B2 (en)

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