JPH02140608A - Measuring instrument for surface shape - Google Patents

Measuring instrument for surface shape

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JPH02140608A
JPH02140608A JP29393688A JP29393688A JPH02140608A JP H02140608 A JPH02140608 A JP H02140608A JP 29393688 A JP29393688 A JP 29393688A JP 29393688 A JP29393688 A JP 29393688A JP H02140608 A JPH02140608 A JP H02140608A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
inclination
attitude angle
detected
scanning
Prior art date
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Pending
Application number
JP29393688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Wakana
伸一 若菜
Yoshiaki Goto
後藤 善朗
Munetoshi Inada
稲田 宗俊
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP29393688A priority Critical patent/JPH02140608A/en
Publication of JPH02140608A publication Critical patent/JPH02140608A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make a measurement in high accuracy over a long term without using a high accuracy scanning mechanism by providing an inclined angle sensor, scanning means, scanning position detecting means, reflection mirror, attitude angle sensor, and correction means. CONSTITUTION:By the inclined angle sensor 14, the inclined angle for the surface of a test sample 12 is detected in the manner of irradiating the test sample with a laser beam and receiving the reflected light. The sensor 14 is moved in the direction vertical to the surface of the test sample 12 by the scanning means consisting of a rail 20, carriage 22, feed screw 24, stepping motor 26, etc. The scanning position for the sensor 14 is detected by the scanning position detecting means consisting of a rotary encoder 28, position sensor 30, position coordinate counter 32, etc. The reflection mirror 34 is arranged on either a side board 18 at the fixed side or the sensor 14. The attitude angle sensor 36 is arranged on the other side either the side board 18 or the sensor 14, by which the attitude angle for the sensor 14 is detected in the manner of irradiating the reflection mirror with the light and receiving the reflected light. The detected inclined angle is corrected by the correction means in the manner of utilizing the detected attitude angle and the detected position.

Description

【発明の詳細な説明】 [目次] 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段及びその作用実施例 第1実施例(第1〜4図) 第2実施例(第5図) 第3実施例(第6図) 拡張 発明の効果 [概要] 試料表面の形状を測定する表面形状測定装置に係り、特
に、半導体ウェーハ又は磁気ディスク等の平面加工され
た試料表面のうねり形状を測定する表面形状測定装置に
関し、 高精度の走査機構を用いることなく、長期間にわたる高
精度測定を可能にすることを目的とし、ステージに保持
された試料表面にレーザ光を照射しその反射光を受光し
て該試料表面の傾角を検出する傾角センサと、該ステー
ジに対し該傾角センサを該試料表面に直角に相対的に移
動させる走査手段と、該ステージに対する該傾角センサ
の相対的な走査位置を検出する走査位置検出手段とを備
え、該走査位置及び該傾角を用いて該試料表面の形状を
測定する表面形状測定装置において、固定側又は移動体
(該ステージ又は該傾角センサ)のいずれか一方に設置
された光反射手段と、該固定側又は該移動体の他方に設
置され、該光反射手段に光を照射しその反射光を受光し
て移動する該ステージ又は該傾角センサの姿勢角を検出
する姿勢角センサと、検出された該姿勢角及び該検出位
置を用いて、検出された該傾角を補正する補正手段と、
を備えて構成する。
[Detailed description of the invention] [Table of contents] Overview Industrial field of application Conventional technology Problems to be solved by the invention Examples of means for solving the problems and their effects Embodiment 1 (Figs. 1 to 4) 2nd Embodiment (Figure 5) 3rd Embodiment (Figure 6) Expanded Effects of the Invention [Summary] It relates to a surface profile measuring device for measuring the shape of the surface of a sample, and is particularly suitable for surface processing of semiconductor wafers, magnetic disks, etc. Regarding the surface profile measuring device that measures the waviness shape of the sample surface, the purpose is to enable high-precision measurement over a long period of time without using a high-precision scanning mechanism. an inclination sensor that detects the inclination of the sample surface by irradiating the sample with reflected light; a scanning device that moves the inclination sensor relative to the stage at right angles to the sample surface; A surface profile measuring device comprising a scanning position detection means for detecting a relative scanning position of a sensor, and measuring the shape of the sample surface using the scanning position and the inclination. a light reflecting means installed on either one of the inclination angle sensors), and a stage installed on the other side of the fixed side or the movable body, which irradiates the light reflecting means with light and moves by receiving the reflected light. or an attitude angle sensor that detects the attitude angle of the inclination angle sensor, and a correction means that corrects the detected inclination angle using the detected attitude angle and the detected position;
and configure it.

[産業上の利用分野] 本発明は試料表面の形状を測定する表面形状測定装置に
係り、特に、半導体ウェーハ又は磁気ディスク等の平面
加工された試料表面のうねり形状を測定する表面形状測
定装置に関する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a surface shape measuring device for measuring the shape of a sample surface, and particularly relates to a surface shape measuring device for measuring the undulation shape of a planar surface of a sample such as a semiconductor wafer or a magnetic disk. .

[従来の技術] 例えば磁気ディスク装置では記録再生ヘッドを磁気ディ
スク表面に対し0.1〜0.2μ■まで接近させる必要
があるので、磁気ディスク表面のうねりの振幅がこの間
隔と同程度となる場合があり、記録再生ヘッドが磁気デ
ィスク表面に衝突して故障することがある。また、半導
体ウェー八表面のうねりが大きいと、回路パターン露光
時にピンボケが生じて歩留まりが低下する。したがって
、製造工程においてこの表面形状を管理する必要がある
[Prior Art] For example, in a magnetic disk device, it is necessary to bring the recording/reproducing head close to the magnetic disk surface by 0.1 to 0.2 μ■, so the amplitude of the waviness on the magnetic disk surface is about the same as this distance. In some cases, the recording/reproducing head may collide with the surface of the magnetic disk and malfunction. Furthermore, if the surface of the semiconductor wafer has large undulations, defocus will occur during circuit pattern exposure, resulting in a decrease in yield. Therefore, it is necessary to control this surface shape during the manufacturing process.

このうねりの傾斜角は通常10〜20秒以下程度と極め
て小さいので、高精度の表面形状測定装置が要望される
Since the angle of inclination of this waviness is extremely small, usually about 10 to 20 seconds or less, a highly accurate surface shape measuring device is required.

表面形状測定装置としては例えば特開昭62−1276
18号公報に開示されているように、傾角センサからの
レーザ光を試料表面に照射し、該照射方向に直角にこの
傾角センサを移動させながらその反射光を該傾角センサ
で受光して試料表面の傾角を検出し、傾角センサの位置
を検出し、検出された傾角及び位置を用いて試料表面の
うねりを測定する構成のものがある。
As a surface shape measuring device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-1276
As disclosed in Publication No. 18, a laser beam from an inclination sensor is irradiated onto the sample surface, and while the inclination sensor is moved at right angles to the irradiation direction, the reflected light is received by the inclination sensor to detect the sample surface. There is a configuration that detects the inclination angle of the sensor, detects the position of the inclination sensor, and measures the waviness of the sample surface using the detected inclination angle and position.

[発明が解決しようとする課!g] しかし、試料表面の傾角を高精度で検出する必要がある
ため、傾角センサの走査により傾角センサの姿勢が変化
しないように極めて高精度の走査機構を製作しなければ
ならず、装置がコスト高となる。
[The problem that the invention tries to solve! g] However, since it is necessary to detect the inclination of the sample surface with high precision, an extremely high-precision scanning mechanism must be manufactured to prevent the attitude of the inclination sensor from changing due to scanning by the inclination sensor, which increases the cost of the device. Becomes high.

また、走査機構には必ず摺動部分が存在し、かつ、傾角
センサを滑らかに走査させる必要があるので、この摺動
部分においてクリアランスが存在し、傾角センサが走査
中にガタついたり、装置の長期間の使用により機械的変
形が生じて表面形状の高精度測定が妨げられる。
In addition, since there is always a sliding part in the scanning mechanism, and it is necessary for the tilt angle sensor to scan smoothly, there is a clearance in this sliding part, which may cause the tilt angle sensor to wobble during scanning, or cause the device to Long-term use causes mechanical deformation that prevents high-precision measurement of surface topography.

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、高精度の走
査機構を用いることなく、長期間にわたって高精度測定
が可能な表面形状測定装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of these problems, an object of the present invention is to provide a surface shape measuring device that can perform high-precision measurements over a long period of time without using a high-precision scanning mechanism.

[課題を解決するための手段及びその作用]この目的を
達成するために、本第1発明では、試料表面にレーザ光
を照射しその反射光を受光して該試料表面の傾角を検出
する傾角センサと、該傾角センサを該試料表面に直角に
移動させる走査手段と、該傾角センサの走査位置を検出
する走査位置検出手段とを備え、該走査位置及び該傾角
を用いて該試料表面の形状を測定する表面形状測定装置
において、固定側又は該傾角センサのいずれか一方に設
置された光反射手段と、該固定側又は該傾角センサの他
方に設置され該光反射手段に光を照射しその反射光を受
光して該傾角センサの姿勢角を検出する姿勢角センサと
、検出された該姿勢角及び該検出位置を用いて、検出さ
れた該傾角を補正する補正手段とを備えている。
[Means for Solving the Problems and Their Effects] In order to achieve this object, the first invention provides an inclination angle that detects the inclination angle of the sample surface by irradiating the sample surface with a laser beam and receiving the reflected light. A sensor, scanning means for moving the inclination sensor perpendicular to the sample surface, and scanning position detection means for detecting the scanning position of the inclination sensor, and detecting the shape of the sample surface using the scanning position and the inclination angle. A surface shape measuring device for measuring a surface profile includes a light reflecting means installed on either the fixed side or the inclination sensor, and a light reflecting means installed on the other side of the fixed side or the inclination sensor. The apparatus includes an attitude angle sensor that receives reflected light and detects an attitude angle of the inclination angle sensor, and a correction means that corrects the detected inclination angle using the detected attitude angle and the detected position.

第4図に示す如く、試料の表面傾角がθであり、傾角セ
ンサの姿勢角がαである場合には、姿勢角センサの出射
光とその反射光のなす角は2αとなり、傾角センサの出
射光とその反射光とのなす角は2(θ+α)となる。し
たがって、両者の差を2で除せば表面傾角θが得られ、
傾角センサ走査中におけるその走査機構のガタつきや傾
角センサを案内するガイドの変形等による表面傾角の測
定誤差が除去されることになる。
As shown in Fig. 4, when the surface inclination angle of the sample is θ and the attitude angle of the inclination angle sensor is α, the angle formed by the emitted light of the attitude angle sensor and its reflected light is 2α, and the angle formed by the emitted light of the attitude angle sensor is 2α. The angle between the emitted light and its reflected light is 2(θ+α). Therefore, by dividing the difference between the two by 2, the surface inclination θ can be obtained,
Errors in measuring the surface inclination due to rattling of the scanning mechanism of the inclination sensor during scanning, deformation of the guide guiding the inclination sensor, etc. are eliminated.

よって、従来のような極めて高精度な傾角センサ走査機
構を用いる必要がなく、そのうえ長期間にわたる高精度
測定が可能となる。
Therefore, there is no need to use an extremely high-precision tilt angle sensor scanning mechanism as in the past, and moreover, high-precision measurement over a long period of time is possible.

姿勢角α及び表面傾角θにオフセット値が含まれていて
も、これらは傾角センサの移動により変化しないので、
得られる表面形状には直線が重ね合わされるだけであり
特に問題はなく、必要により、一般の計測器に備えられ
ている周知の電気的なオフセット調整装置を設ければよ
い。
Even if the attitude angle α and surface inclination θ include offset values, these do not change due to movement of the inclination sensor, so
There is no particular problem in the resulting surface shape since the straight lines are simply superimposed, and if necessary, a well-known electrical offset adjustment device that is included in general measuring instruments may be provided.

傾角センサは試料に対し相対的に移動させればよく、本
第2発明では、傾角センサを固定し、試料を保持するス
テージを移動させ、固定側及びステージの一方に姿勢角
センサを設置し他方に光反射手段を設置して、姿勢角セ
ンサから放射された光を該反射手段に照射しその反射光
を該姿勢角センサで受光し七該ステージの姿勢角を検出
する。
The inclination sensor may be moved relative to the sample, and in the second invention, the inclination sensor is fixed, the stage that holds the sample is moved, the attitude angle sensor is installed on one of the fixed side and the stage, and the attitude angle sensor is installed on the other side. A light reflecting means is installed in the stage, and the light emitted from the attitude angle sensor is irradiated onto the reflecting means, and the reflected light is received by the attitude angle sensor to detect the attitude angle of the stage.

他の点は第1発明と同一構成である。The other points are the same configuration as the first invention.

この第2発明の作用は上記第1発明の作用から容易に理
解できるのでその説明を省略する。
Since the operation of the second invention can be easily understood from the operation of the first invention, the explanation thereof will be omitted.

[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the drawings.

(1)第−実施例 第1図は表面形状測定装置の機械的基本構成を示す。(1) First example FIG. 1 shows the basic mechanical configuration of the surface profile measuring device.

ステージIO上には、測定対象である磁気ディスク又は
半導体ウェーハ等の試料!2が載置されている。試料I
2の上方には、傾角センサI4が対向して配置されてい
る。この傾角センサ14は、CDプレーヤ等に用いられ
る光ピツクアップと類似の構成であり、各種サーボ制御
系がなくかつ光スポットの径が通常の光ピツクアップの
それより大きい点で異なる。傾角センサI4から放射さ
れたレーザ光は試料12上に収束照射され、その反射光
が傾角センサ14内に戻されて傾角センサ14内の4分
割ホトダイオードにより検出され、その検出信号が傾角
測定回路16に供給されて照射レーザ光に直交する平面
に対する試料12の表面の傾角が測定される。
On the stage IO is the sample to be measured, such as a magnetic disk or semiconductor wafer! 2 is placed. Sample I
An inclination sensor I4 is disposed above 2 and facing each other. This tilt angle sensor 14 has a structure similar to that of an optical pickup used in a CD player or the like, except that it does not have various servo control systems and the diameter of the optical spot is larger than that of a normal optical pickup. The laser beam emitted from the inclination sensor I4 is convergently irradiated onto the sample 12, and the reflected light is returned to the inclination sensor 14 and detected by the four-division photodiode in the inclination sensor 14, and the detection signal is sent to the inclination measurement circuit 16. The inclination angle of the surface of the sample 12 with respect to a plane orthogonal to the irradiated laser beam is measured.

ステージIOの一端部には、ステージIOに直角に側板
18の下端部が固着され、側板18の上端部には、側板
18に直角にレール20の一端部が固着されている。レ
ール20には、その長手方向にスライド自在にキャリッ
ジ22が取り付けられている。このキャリツノ22には
、キャリッジ22のスライド方向に送りねじ24が螺貫
されている。送りねじ24の一端部は、側板18に固定
されたギアトスチッピングモータ26の回転軸に連結さ
れている。キャリッジ22には、上述の傾角センサI4
が固着されており、ギアドステッピングモータ26によ
り送りねじ24を回転駆動すると、傾角センサ14がそ
のレーザ照射方向を試料!2の表面に直角にして第1図
左右方向へ移動する。
A lower end of a side plate 18 is fixed to one end of the stage IO at a right angle to the stage IO, and one end of a rail 20 is fixed to an upper end of the side plate 18 at a right angle to the side plate 18. A carriage 22 is attached to the rail 20 so as to be slidable in its longitudinal direction. A feed screw 24 is threaded through the carriage horn 22 in the sliding direction of the carriage 22. One end of the feed screw 24 is connected to a rotating shaft of a geared chipping motor 26 fixed to the side plate 18. The carriage 22 includes the above-mentioned inclination sensor I4.
is fixed, and when the geared stepping motor 26 rotates the feed screw 24, the inclination sensor 14 determines the laser irradiation direction from the sample! 2 and move in the left and right direction in Figure 1.

ギアトスチッピングモータ26の回転量は、ギアトスチ
ッピングモータ26の回転軸にその回転軸が連結された
ロークリエンコーダ28により検出される。また、キャ
リッジ22の初期位置は、レール20に取り付けられた
位置センサ30により検出される。ロータリエンコーダ
28の出力パルスは位置座標アブプダウンカウンタ32
により計数され、その計数値は位置センサ30の検出信
号によりクリアされる。
The amount of rotation of the geared chipping motor 26 is detected by a rotary encoder 28 whose rotating shaft is connected to the rotating shaft of the geared chipping motor 26 . Further, the initial position of the carriage 22 is detected by a position sensor 30 attached to the rail 20. The output pulse of the rotary encoder 28 is the position coordinate abup down counter 32.
The counted value is cleared by the detection signal of the position sensor 30.

傾角センサI4の側板18側の側面には反射鏡34がレ
ール20に直角に固着され、この反射鏡34に対向して
側板18に姿勢角センサ36がその先軸を反射鏡34に
直交させて固着されている。
A reflecting mirror 34 is fixed to the rail 20 at right angles to the side surface of the inclination sensor I4 on the side plate 18 side, and an attitude angle sensor 36 is mounted on the side plate 18 opposite to this reflecting mirror 34 with its front axis perpendicular to the reflecting mirror 34. It is fixed.

この姿勢角センサ36は、第2図に示す如く、レーザダ
イオード38の前方に偏光ビームスプリッタ40.17
4波長板42を介しコリメートレンズ44が配置され、
偏光ビームスプリッタ40の側方に2分割ホトダイオー
ド46が配置されて構成されている。レーザダイオード
38から放射されたレーザ光はコリメートレンズ44で
平行化され、その全てが偏光ビームスプリッタ40.1
74波長板42を通って反射鏡34で反射され、再度1
74波長板42を通り、その全てが偏光ビームスプリブ
タ40で反射されて2分割ホトダイオード461こより
受光される。
This attitude angle sensor 36 has a polarizing beam splitter 40.17 in front of the laser diode 38, as shown in FIG.
A collimating lens 44 is arranged via a four-wavelength plate 42,
A two-split photodiode 46 is arranged on the side of the polarizing beam splitter 40. The laser light emitted from the laser diode 38 is collimated by the collimating lens 44, and all of it is collimated by the polarizing beam splitter 40.1.
It passes through the 74-wavelength plate 42 and is reflected by the reflecting mirror 34, and the 1
The light passes through the 74-wavelength plate 42, is reflected by the polarizing beam splitter 40, and is received by the two-split photodiode 461.

この姿勢角センサ36の構成は傾角センサ14に類似し
ているが、傾角センサ14が収束光を放射するのに対し
、姿勢角センサ36は平行光を放射する点で相違する。
The configuration of the attitude angle sensor 36 is similar to the inclination angle sensor 14, but the attitude angle sensor 36 is different in that the inclination angle sensor 14 emits convergent light, whereas the attitude angle sensor 36 emits parallel light.

第4図に示す如く、試料12の表面傾角がθであり、傾
角センサ14の姿勢角がαである場合には、姿勢角セン
サ36の出射光とその反射光のなす角は2αとなり、傾
角センサ14の出射光とその反射光とのなす角は2(θ
+α)となる。したがって、両者の差を2で除せば表面
傾角θが得られ、走査中におけるキャリッジ22のレー
ル20に対するガタつきやレール20の変形等による表
面傾角の測定誤差が除去されることになる。
As shown in FIG. 4, when the surface inclination angle of the sample 12 is θ and the attitude angle of the inclination angle sensor 14 is α, the angle formed by the emitted light of the attitude angle sensor 36 and its reflected light is 2α, and the inclination angle The angle between the emitted light from the sensor 14 and its reflected light is 2(θ
+α). Therefore, by dividing the difference between the two by 2, the surface inclination angle θ is obtained, and errors in measuring the surface inclination angle due to rattling of the carriage 22 with respect to the rail 20 or deformation of the rail 20 during scanning can be eliminated.

次に、第3図に基づいて表面形状測定装置の回路構成を
説明する。
Next, the circuit configuration of the surface shape measuring device will be explained based on FIG.

2分割ホトダイオード46は、ホトダイオード46aと
46bとからなり、その表面には光照射により光スポッ
トSPが両ホトダイオード46a146bにわたって形
成される。ホトダイオード46a、46bにより光電変
換された信号はそれぞれ、アンプ48A、48Bにより
増幅されて信号A、Bとなる。信号A及びBは減算器5
0及び加算器52へ供給されて信号 (A−B)及び(A + B )が作成される。これら
の信号は除算器54へ供給されて信号(A −B )/
(A +B)が作成され、姿勢角演算回路56へ供給さ
れる。信号(A −B)/(A + B )は、傾角セ
ンサ14の姿勢角α及び位置座標Xにより定まる看であ
り、姿勢角演算回路56は信号(A −B )/(A 
+ B )及び位置座標Xを用いてこの姿勢角αを補正
値として算出する。姿勢角αは、(A −B )/(A
 + B )及び位置座標Xの組み合わせでテーブルR
OMをアドレス指定することにより出力させるようにし
てもよい。この姿勢角α及び傾角測定回路16から出力
される信号(θ+α)は、減算器60に供給されて傾角
Oが求められ、次いで積分器64へ供給される。積分器
64は位置座標測定回路32から構成される装置座標X
についてこの傾角θを積分することにより表面高さを求
める。表面高さ及び位置座標Xはレコーダ66へ供給さ
れて試料12の表面形状が記録される。
The two-split photodiode 46 is composed of photodiodes 46a and 46b, and a light spot SP is formed on the surface thereof by light irradiation across both photodiodes 46a and 146b. The signals photoelectrically converted by the photodiodes 46a and 46b are amplified by amplifiers 48A and 48B to become signals A and B, respectively. Signals A and B are subtractor 5
0 and an adder 52 to create signals (A-B) and (A+B). These signals are supplied to a divider 54 to form a signal (A − B )/
(A + B) is created and supplied to the attitude angle calculation circuit 56. The signal (A − B)/(A + B) is determined by the attitude angle α and the position coordinate X of the tilt angle sensor 14, and the attitude angle calculation circuit 56
+B) and the position coordinate X to calculate this attitude angle α as a correction value. The attitude angle α is (A − B )/(A
+B) and position coordinates X to create table R.
The output may be caused by addressing the OM. The attitude angle α and the signal (θ+α) output from the inclination measurement circuit 16 are supplied to a subtracter 60 to obtain the inclination O, and then supplied to an integrator 64. The integrator 64 is configured from the position coordinate measuring circuit 32
The surface height is determined by integrating this inclination angle θ. The surface height and position coordinates X are supplied to a recorder 66, and the surface shape of the sample 12 is recorded.

(2)第2実施例 第5図は第2実施例の一体型傾角・姿勢角センサの光学
系を示す。
(2) Second Embodiment FIG. 5 shows an optical system of an integrated tilt angle/attitude angle sensor according to a second embodiment.

この第2実施例では、第1実施例と逆に、反射鏡34が
固定側としての側板!8に固着され、姿勢角センサが移
動側としての傾角センサに一体化されている。
In this second embodiment, contrary to the first embodiment, the reflecting mirror 34 is a side plate serving as a fixed side! 8, and the attitude angle sensor is integrated with the tilt angle sensor on the moving side.

傾角センサはレーザダイオード38、コリメートレンズ
44、偏光ビームスプリッタ40.1/4波長板42A
及び対物レンズ68が各光軸を一致させてこの順に配置
され、偏光ビームスプリッタ40の側方に4分割ホトダ
イオード70が配置されて構成されている。また、姿勢
角センサは、偏光ビームスプリッタ40の側方かつ4分
割ホトダイオード70の反対側に、偏光ビームスプリッ
タ40Aを介し1/4波長板42が配置され、偏光ビー
ムスプリッタ40Aの上方に2分割ホトダイオード38
が配置され構成されている。
The tilt angle sensor includes a laser diode 38, a collimating lens 44, a polarizing beam splitter 40, and a quarter wavelength plate 42A.
and an objective lens 68 are arranged in this order with their respective optical axes coincident, and a four-split photodiode 70 is arranged on the side of the polarizing beam splitter 40. Further, the attitude angle sensor includes a 1/4 wavelength plate 42 arranged on the side of the polarizing beam splitter 40 and on the opposite side of the 4-split photodiode 70 via the polarizing beam splitter 40A, and a 2-split photodiode placed above the polarizing beam splitter 40A. 38
are arranged and configured.

上記構成において、レーザダイオード38から放射され
たレーザ光はコリメートレンズ44で平行化されて、偏
光ビームスプリッタ40で2分割され、その一方がlハ
波長板42A、対物レンズ68を通って試料12上に収
束され、その反射光が対物レンズ68へ戻って平行化さ
れ、174波長板42Aを通り、その全光束が偏光ビー
ムスプリッタ40で反射されて4分割ホトダイオード7
0上に光スポットが形成される。この4分割ホトダイオ
ード70上の信号を処理して試料■2の補正部の表面傾
角が測定される。
In the above configuration, the laser light emitted from the laser diode 38 is collimated by the collimating lens 44 and split into two parts by the polarizing beam splitter 40, one of which passes through the wavelength plate 42A and the objective lens 68, and then onto the sample 12. The reflected light returns to the objective lens 68, is collimated, passes through the 174-wave plate 42A, and the entire luminous flux is reflected by the polarizing beam splitter 40 and sent to the 4-split photodiode 7.
A light spot is formed on 0. The signal on this four-part photodiode 70 is processed to measure the surface inclination of the correction section of sample (2).

一方、偏光ビームスプリッタ40で2分割された他方の
平行光束は、第1実施例と同様に偏光ビームスプリ1夕
40A、1/4波長板42を通って反射鏡34で反射さ
れ、再度!/4波長板42を通って偏光ビームスプリッ
タ40Aでその全てが反射され、2分割ホトダイオード
46上に光スポットが形成される。2分割ホトダイオー
ド46の出力信号の処理は第1実施例と同一である。
On the other hand, the other parallel light beam split into two by the polarizing beam splitter 40 passes through the polarizing beam splitter 40A and the quarter-wave plate 42, and is reflected by the reflecting mirror 34 again! All of the light is reflected by the polarizing beam splitter 40A through the /4 wavelength plate 42, and a light spot is formed on the two-split photodiode 46. The processing of the output signal of the two-split photodiode 46 is the same as in the first embodiment.

(3)第3実施例 第6図は第3実施例の姿勢角測定光学系を示す。(3) Third embodiment FIG. 6 shows the attitude angle measuring optical system of the third embodiment.

傾角センサI4の側面には、直角二等辺三角柱形の反射
、if!34Aおよび34Bが斜面を互いに対向させて
固着されている。これに対し、側板18には姿勢角セン
サ36Aが固着されている。この姿勢角センサ36Aは
、レーザダイオード38、コリメートレンズ44及び2
分割ホトダイオード46を備えており、レーザダイオー
ド38から放射されたレーザ光はコリメートレンズ44
で・V行化され、反射、l134Aで下方に偏向され、
次いで反射鏡34Bで姿勢角センサ36Aに戻されて2
分割ホトダイオード46に受光される。傾角センサI4
の姿勢角が変化すると、2分割ホトダイオード46の各
ホトダイオードの出力信号値が変化し、第1実施例と同
様にして姿勢角αが求められる。
On the side of the tilt angle sensor I4, there is a right-angled isosceles triangular prism-shaped reflection, if! 34A and 34B are fixed with their slopes facing each other. On the other hand, an attitude angle sensor 36A is fixed to the side plate 18. This attitude angle sensor 36A includes a laser diode 38, a collimating lens 44 and a
A split photodiode 46 is provided, and the laser light emitted from the laser diode 38 is passed through a collimating lens 44.
It is turned into a V row, reflected, and deflected downward by l134A,
Then, it is returned to the attitude angle sensor 36A by the reflector 34B and the 2
The light is received by the split photodiode 46. Tilt sensor I4
When the attitude angle changes, the output signal value of each photodiode of the two-part photodiode 46 changes, and the attitude angle α is determined in the same manner as in the first embodiment.

(3)拡張 なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。(3) Expansion Note that the present invention includes various other modifications.

例えば、上記各実施例では、ステージ10を固定し傾角
センサI4を移動させる場合を説明したが、逆に、傾角
センサI4を固定しステージIOを移動させ、姿勢角セ
ンサでステージ10の姿勢角を検出する構成であっても
よい。
For example, in each of the above embodiments, a case has been described in which the stage 10 is fixed and the inclination sensor I4 is moved, but conversely, the inclination sensor I4 is fixed and the stage IO is moved, and the attitude angle sensor is used to measure the attitude angle of the stage 10. It may be configured to detect.

さらに、傾角センサは上述の公報に記載された構成であ
ってもよく、この傾斜センサから放射される光を平行光
束にすれば姿勢角センサとして用いることができる。
Further, the tilt angle sensor may have the configuration described in the above-mentioned publication, and if the light emitted from the tilt sensor is made into a parallel light beam, it can be used as an attitude angle sensor.

[発明の効果〕 以上説明したように、本発明に係る表面形状測定装置に
よれば、傾角センサまたはステージの走査中におけるそ
の走香機構のガタつきや傾角センサまたはステージを案
内するガイドの変形等による表面傾角の測定誤差が除去
されるので、従来のような極めて高精度な走査機構を用
いる必要がなく、そのうえ長期間にわたる高精度測定が
可能となるという優れた効果を奏し、ij1産した場合
の装置のコストダウン、保守の容易化及び正確な表面形
状検査による半導体ウェーハ等の品質向上や歩留まり向
上に寄りするところが大きい。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the surface shape measuring device according to the present invention, there are no problems such as rattling of the scanning mechanism of the inclination sensor or the stage while scanning the inclination angle sensor or the deformation of the guide that guides the inclination sensor or the stage. Since the measurement error of the surface inclination is removed, there is no need to use a conventional extremely high-precision scanning mechanism, and it has the excellent effect of enabling high-precision measurement over a long period of time. This is largely aimed at reducing the cost of equipment, facilitating maintenance, and improving the quality and yield of semiconductor wafers through accurate surface shape inspection.

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

第1図乃至第4図は本発明の第1実施例に係り、第1図
は表面形状測定装置の機械的基本構成図、第2図は姿勢
角測定光学系を示す図、 第3図は表面形状測定装置の回路図、 第4図は表面傾角測定値補正説明図である。 第5図は本発明の第2実施例に係る一体型傾角・姿勢角
センサの光学系を示す図である。 第6図は本発明の第3実施例に係る姿勢角測定光学系を
示す図である。 図中、 IOはステージ 12は試料 14は傾角センサ 16は傾角測定回路 20はレール 22はキャリッジ 24は送りねじ 26はギアトスチッピングモータ 28はロータリエンコーダ 30は位置センサ 32は位置座標カウンタ 34.34A134Bは反射鏡 36.36Aは姿勢角センサ 40.40Aは偏光ビームスプリッタ 42.42Aは1ハ波長板 44はコリメートレンズ 46は2分割ホトダイオード 48A、48Bはアンプ 50は減算器 52は加算器 54は除算器 56は姿勢角演算回路 64は積分器 66はレコーダ 姿勢角λ・1定光学系 第2図 表面形状測定装装置 第1図 第 図 一体型傾角・姿勢角センサ光学系 第 図
1 to 4 relate to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a mechanical basic configuration diagram of the surface shape measuring device, FIG. 2 is a diagram showing the attitude angle measuring optical system, and FIG. 3 is a diagram showing the attitude angle measuring optical system. A circuit diagram of the surface shape measuring device, and FIG. 4 is an explanatory diagram of surface inclination measurement value correction. FIG. 5 is a diagram showing an optical system of an integrated tilt angle/attitude angle sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing an attitude angle measuring optical system according to a third embodiment of the present invention. In the figure, IO is the stage 12, the sample 14, the inclination sensor 16, the inclination measurement circuit 20, the rail 22, the carriage 24, the feed screw 26, the geared chipping motor 28, the rotary encoder 30, the position sensor 32, the position coordinate counter 34.34A134B is a reflector 36.36A is an attitude angle sensor 40.40A is a polarizing beam splitter 42.42A is a 1C wavelength plate 44, a collimating lens 46 is a 2-split photodiode 48A, 48B is an amplifier 50, a subtracter 52, an adder 54 is a divider The instrument 56 is an attitude angle calculation circuit 64 is an integrator 66 is a recorder attitude angle λ・1 constant optical system Fig. 2 Surface profile measuring device Fig. 1 Fig. 1 Integrated tilt/attitude angle sensor optical system

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)試料表面にレーザ光を照射しその反射光を受光して
該試料表面の傾角を検出する傾角センサ(14)と、 該傾角センサを該試料表面に直角に移動させる走査手段
(20〜26)と、 該傾角センサの走査位置を検出する走査位置検出手段(
28〜32)とを備え、 該走査位置及び該傾角を用いて該試料表面の形状を測定
する表面形状測定装置において、 固定側(18)又は該傾角センサ(14)のいずれか一
方に設置された光反射手段(34、34A、34B)と
、該固定側(18)又は該傾角センサ(14)の他方に
設置され、該光反射手段に光を照射しその反射光を受光
して該傾角センサの姿勢角を検出する姿勢角センサ(3
6、36A)と、 検出された該姿勢角及び該検出位置を用いて、検出され
た該傾角を補正する補正手段(56、60)と、を有す
ることを特徴とする表面形状測定装置。 2)ステージに保持された試料の表面にレーザ光を照射
しその反射光を受光して該試料表面の傾角を検出する傾
角センサ(14)と、 該ステージを該照射方向に直角に移動させる走査手段と
、 該ステージの走査位置を検出する走査位置検出手段とを
備え、 該走査位置及び該傾角を用いて該試料表面の形状を測定
する表面形状測定装置において、 固定側又は該ステージのいずれか一方に設置された光反
射手段と、 該固定側又は該ステージの他方に設置され、該光反射手
段に光を照射しその反射光を受光して該ステージの姿勢
角を検出する姿勢角センサと、検出された該姿勢角及び
該検出位置を用いて、検出された該傾角を補正する補正
手段と、 を有することを特徴とする表面形状測定装置。
[Claims] 1) An inclination sensor (14) that irradiates a sample surface with a laser beam and receives the reflected light to detect the inclination angle of the sample surface; and the inclination sensor is moved perpendicularly to the sample surface. scanning means (20 to 26); scanning position detection means (20 to 26) for detecting the scanning position of the inclination sensor;
28 to 32), and measures the shape of the sample surface using the scanning position and the tilt angle, the surface shape measuring device comprising: The light reflecting means (34, 34A, 34B) is installed on the other side of the fixed side (18) or the tilt angle sensor (14), and the light reflecting means is irradiated with light and the reflected light is received to measure the tilt angle. Attitude angle sensor (3) that detects the attitude angle of the sensor
6, 36A); and correction means (56, 60) for correcting the detected inclination angle using the detected attitude angle and the detected position. 2) An inclination sensor (14) that irradiates the surface of a sample held on a stage with a laser beam and detects the inclination of the sample surface by receiving the reflected light; and a scanning device that moves the stage perpendicular to the irradiation direction. and a scanning position detection means for detecting a scanning position of the stage, the surface profile measuring device measuring the shape of the sample surface using the scanning position and the inclination angle, the surface profile measuring device comprising: a light reflecting means installed on one side; and an attitude angle sensor installed on the fixed side or the other side of the stage, which irradiates the light reflecting means with light and receives the reflected light to detect the attitude angle of the stage. A correction means for correcting the detected inclination angle using the detected attitude angle and the detected position.
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