JPH0216405A

JPH0216405A - 表面うねり計測装置

Info

Publication number: JPH0216405A
Application number: JP16412588A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Wakana; 伸一若菜; Munetoshi Inada; 稲田　宗俊; Yoshiaki Goto; 後藤　善朗
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-07-02
Filing date: 1988-07-02
Publication date: 1990-01-19

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】〔概　要〕磁気ディスク、半導体ウェハ等の高精度研磨面の表面う
ねり形状を計測する表面うねり計測装置に関し、光ファイバを用いて小型の測定端を構成し、センサの多
重化を可能とし、速度の速くしかも高精度な計測装置を
得ることを目的とし、測定端に、測定面を照射する投光ファイバと、該投光フ
ァイバの周辺に配置され、該投光ファイバからの照射光
の該測定面における反射光を受光する複数本の受光ファ
イバと、該投光ファイバおよび該受光ファイバの端部と
該測定面との間に設けられ、該投光ファイバからの光を
収束し、該測定面からの反射光を収束して該受光ファイ
バへ供給する集光レンズ系とを具備し、処理回路側に、
該投光ファイバの投光源と、該受光ファイバからの光信
号を受けて電気信号に変換する受光器と、該電気信号を
処理して該測定面の表面うねりを算出するデータ回路と
を具備するよう構成する。

（産業上の利用分野〕本発明は、磁気ディスク、半導体ウェハ等の高精度研磨
面の表面うねり形状を計測する表面うねり計測装置に関
し、特に処理速度の向上を意図したセンサ系の改良に関
するものである。

磁気ディスク装置のヘッドクラッシュ障害を防止するた
めには磁気ディスク表面の微細なうねり形状を正確に管
理し、障害の原因となる異常の発生を防止する必要があ
る。また、ＬＳＩ等の製造時（特に露光時）にウェハ表
面にうねりが存在すると回路パターンのぼけが発生し歩
留りが低下するため、表面の微細なうねりを常に管理す
る必要がある。従って、高精度に研磨された面の微細な
うねりを速い処理速度で計測できる表面うねり形状検査
の可能な装置が要望される。

〔従来の技術〕

従来、表面形状計測器としては、触針式の計測器がよく
知られている。しかし、これらの装置は表面に傷をつけ
る破壊検査であるため、抜き取り試験しか行うことがで
きない。

非破壊試験ができる装置としては、近年、光を使って非
接触で表面状態を観測する装置が発表され、商品化され
ている（例えば、特開昭６２−２０６４０８号公報参照
）。

第６図を用いて、従来型の光学系による表面うねり計測
装置を説明する。まず半導体レーザ６１からの光をコリ
メートレンズ６２を通して平行光線とし、スリット６３
を通して細いビームとし、偏光ビームスプリッタ６４．
２波長板６５、集光レンズ６６を介して測定面６７を照
射する。測定面６７からの反射光は集光レンズ６６、ス
波長板ｅ５を再び通って偏光ビームスプリッタ６４で直
角方向に進行方向を変えられ、光入射位置センサ６８で
検出される。この検出位置の偏差から測定面６７のうね
りが求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の触針式の装置は破壊検査しか行うことができず、
また、光を使った装置は非接触で測定できるが、計測速
度は接触式とほぼ同程度に遅いという問題点がある。特
に、半導体ウェハのように全面を計測したい場合には時
間がかかりすぎて適用が困難であり、その上、センサ系
が比較的大型であるため、複数個のセンサによる並列処
理も難しかった。

本発明の目的は、光ファイバを用いて小型の測定端を構
成し、センサの多重化を可能とし、処理速度の速い、高
精度な計測装置を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、第１図に示されるように、投光ファ
イバ１と、複数本の受光ファイバ２と、集光レンズ系４
を測定端に備え、投光ファイバｌの投光源５と、受光フ
ァイバ２からの光信号を受ける受光器６と、受光器６の
出力を処理するデータ処理回路７とを処理回路側に備え
た表面うねり計測装置が提供される。

投光ファイバ１からの照射光は測定面３を照射し、その
反射光が受光ファイバ２で受光される。

投光ファイバ１およびその周辺に配置された受光ファイ
バ２の端部と測定面３との間には集光レンズ系４が配置
され、投光ファイバ１から測定面３へ照射する光を測定
面上に収束し、その反射光を収束して受光ファイバ２へ
供給する。

受光器６は受光ファイバ２からの反射光信号を受けて電
気信号に変換する。電気信号はデータ処理回路７に送ら
れデータ処理され、測定面３の表面うねりを算出する。

本発明の他の形態として第１図の装置に加えて、第４図
に例示されるように複数本の受光ファイバ２の周辺部に
、さらに同心円状に配列された、測定面３からの散乱光
を受光するための複数本の光ファイバ８を設け、その出
力を加算し、この加算出力の多少に応じて、表面うねり
計測値の信頼度を判断するようにした表面うねり計測装
置が提供される。

〔作　用〕

前述の装置を用いれば、投光ファイバ１から照射された
光が測定面３で反射され、その反射方向が測定面のうね
り等により変化するから、反射光の或複数箇所の位置に
おける強度を比較し演算することによって測定面３の状
態を計測できる。第２図に示すように測定面３の反射面
の角度がθ（破線から実線）だけ変化すると反射光の方
向は２θだけ変化し、例えば投光ファイバの前後左右の
４箇所に受光ファイバを配置した場合、各受光ファイバ
で受光する光の強さの大小から光の反射方向がわかり、
それにより測定面の傾斜が算出できる。

さらに散乱光の強さを求める受光素子およびデータ処理
回路を設けると、散乱光の強い異常の状態を知ることが
でき、計測値の信軌度を判定できる。

〔実施例〕

本発明の一実施例としての表面うねり計測装置の構成が
第３図に示される。この実施例の装置は、１本の投光フ
ァイバ１．４本の受光ファイバ２、投光源として半導体
レーザＬＤ、受光器としての光検出器ＰＤＡ、ＰＤＢ、
ＰＤＣ，およびＰＤＤ、電流対電圧変換器ＶＡ、ＶＢ、
ＶＣ，およびＶ　Ｄ、半導体レーザの電源であるＬＤ電
源３Ｉ、差分器３２、データ処理部３３、コントローラ
およびデイスプレィ３４、集光レンズ系４、および駆動
機構３５を具備する。

投光ファイバ１は半導体レーザＬＤからの光を伝送し、
端部から集光レンズ系４を介して測定面３を照射する。

測定面３からの反射光は、投光ファイバ１の前後左右に
配置された４個の受光ファイバで集光レンズ系４を介し
て受光される。受光された光は４本の光ファイバによっ
て伝送され、その端末において光検出器（４分割検出器
等）により光信号から電気信号に変換され、さらに電流
対電圧変換器で変換されて差分器３２に供給される。

集光レンズ系４は、投光ファイバ１からの光を測定面に
対しレンズで絞り込んで（直径５０μ…程度）投射する
。反射光は測定面の表面の傾き角の２倍だけ傾いた方向
に帰還する。反射光の傾きに応じて、それぞれの受光フ
ァイバに結合する光量が異なる。そこで、受光ファイバ
の逆側に取付けた光検出器からの出力の差分を取れば、
その大きさは表面傾き角度と１対ｌの関係にあるので、
表面の微小な部分の傾きを測定できる。すなわち、あら
かじめ較正データを測定して求めておき、そのデータと
比較すれば変換できる。この測定し変換して求めた傾き
に、測定点の間隔を乗算することによって、測定表面の
高さの変化を計算する。

ファイバ束と測定対象物との相対位置を駆動機構３５で
動かして（例えば矢印方向に動かして）、この操作を繰
り返すことによって、表面のうねり形状の計測ができる
。

データ処理部３３は差分器３２で求められた各受光ファ
イバからの出射光量の差分を受けてデータ処理し、測定
面のうねりを算出する部分である。

コントローラおよびデイスプレィ３４はＬＤ電源３１、
駆動機構３５、およびデータ処理部３３の制御を行い、
得られた計測値の表示を行う。

このようにして、構成した測定端要素はファイバ１本１
本が細いために、全体として直径数ミリメートル程度と
細くすることができる。また、ファイバは十分長（する
こ七ができるので、測定端に配置される要素の大きさを
小さく抑えることができる。

他の実施例として、測定用のファイバをその断面が第４
図に示すように配置して、散乱光を検出する散乱光ファ
イバ８を同心円状に設け（二重丸で表示）、その出力の
合計を電気信号に変換すれば、この値がしきい値を超え
た場合、散乱光が多いと判定できる。測定面の表面に傷
や突起等がある場合に散乱光が増加するので、これを察
知でき計測値の信頼度を判定するのに利用できる。

本発明の装置は測定端が小さくできるから、第５図に示
されるように、測定端要素５１を複数個並列動作させる
ことができる。このため測定面のデータ取り込み時間は
、第３図に示す実施例の場合Ｘとなり、従来１回当たり
１５秒程度であったものが約４秒となる。すなわち、測
定位置を多重化することができ、大きな面積を有する被
測定面を高速で並行して測定することができる。これに
より測定の高速化が可能となり処理速度を向上すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光ファイバを用いて小型の測定端を構
成し、センサ（測定端要素）の多重化を可能とし、処理
速度が速くしかも高精度な表面うねり計測装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明する構成図、第２図は本発明の詳細な説明する図、第３図は本発明の一実施例としての表面うねり計測装置
の構成を示す図、第４図は本発明の他の実施例の測定ファイバの断面図、第５図は本発明の装置の測定端を多重化した実施例を説
明する図、および第６図は従来型の光学系を用いた表面うねり計測装置の
構成を説明する図である。図において、 ■・・・投光ファイバ、２・・・受光ファイバ、３・・・測定面、４・・・集光レンズ系、５・・・投光源、６・・・受光器、７・・・データ処理回路、８・・・散乱光ファイバ、３１・・・ＬＤ電源、３２・・・差分器、３３・・・データ処理部、３４・・・コントローラおよびデイスプレィ、３５・・
・駆動機構、５１・・・測定端要素、５２・・・処理回路、５３・・・半導体ウェハ、である。

Claims

【特許請求の範囲】１、測定端に、測定面（３）を照射する投光ファイバ（１）と、該投光
ファイバ（１）の周辺に配置され、該投光ファイバ（１
）からの照射光の該測定面（３）における反射光を受光
する複数本の受光ファイバ（２）と、該投光ファイバ（
１）および該受光ファイバ（２）の端部と該測定面（３
）との間に設けられ、該投光ファイバ（１）からの光を
該測定面（３）上に収束し、該測定面（３）からの反射
光を収束して該受光ファイバ（２）へ供給する集光レン
ズ系（４）とを具備し、処理回路側に、該投光ファイバ（１）の投光源（５）と、該受光ファイバ（２）からの光信号を受けて電気信号に
変換する受光器（６）と、該電気信号を処理して該測定面（３）の表面うねりを算
出するデータ処理回路（７）と、を具備する表面うねり
計測装置。２、前記複数本の受光ファイバ（２）の配置された周辺
部に同心円状に配列された、散乱光を受光するための複
数本の散乱光ファイバ（８）を設け、該散乱光ファイバ
（８）の出力を加算し、該加算出力の多少に応じて前記
表面うねり計測値の信頼度を判断するようにした請求項
１記載の表面うねり計測装置。