JPH0432704A - ギャップ測定装置および表面形状測定装置 - 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】 （産業上の利用分野１ この発明は、光波が境界面で全反射する際のトンネリン
グ現象を利用して、微小なギャップを測定するためのギ
ャップ測定装置、および前記の現象を利用して供試体表
面の凹凸を測定するための表面形状測定装置に関する。

【従来の技術］ 距離を精密に測定する装置として、レーザ光の干渉を利
用するレーザ精密測長器（例えばマイケルソン形干渉計
など）が知られている。レーザ精密測長器は、レーザ光
の干渉によって形成される千渉縞の数が、移動鏡（直角
プリズム）の移動距離に比例するという現象を利用して
いる。

（発明が解決しようとする課題１ しかし、例えば半導体の製造工程において、ウェハ上に
マスクパターンを焼付ける際のマスクとウェハとのギャ
ップの測定や、ウェハ上の凹凸の測定には、レーザ精密
測長器は適していない。これは、レーザ精密測長器で測
定するためにはマスクとウェハとのギャップやウェハ上
の凹凸に応じて移動鏡を移動させなければならないが、
ギャップや凹凸の大きさが分かつていない状態で移動鏡
を移動させることは不可能だからである。

このように、従来は、微小なギャップや表面上の凹凸を
精密に測定するための装置が無いという問題があった。

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するた
めになされたものであり、微小なギャップや表面上の凹
凸を精密に測定するための装置を提供することを目的と
する。

（課題を解決するための手段） 上述の課題を解決するため、この発明の第１の構成では
、供試体の表面から所定の部材までのギャップを測定す
るためのギャップ測定装置において、レーザ光を発振す
るレーザ発振器と、ギャップを介して供試体の表面とほ
ぼ平行に位置決めされる反射面を有し、前記レーザ光を
当該反射面によって幾何光学的な全反射条件で反射する
透光性の反射部と、当該反射部によって反射されたレー
ザ光の強度を測定する受光センサと、前記レーザ発振器
と反射部と受光センサとが設置された架台と、当該架台
と前記供試体とを前記ギャップの増減方向に沿って相対
的に移動させる駆動機構とを備えている。そして、前記
反射部の反射面で反射されるレーザ光の強度に基づいて
、前記ギャップを測定する。

また、この発明の第２の構成では、供試体の表面の凹凸
を測定するための表面形状測定装置において、レーザ光
を発振するレーザ発振器と、ギャップを介して供試体の
表面とほぼ平行に位置決めされる反射面を有し、前記レ
ーザ光を当該反射面によって幾何光学的な全反射条件で
反射する透光性の反射部と、当該反射部によって反射さ
れたレーザ光の強度を測定する受光センサと、前記レー
ザ発振器と反射部と受光センサとが設置された架台と、
当該架台と前記供試体とを前記ギャップの増減方向に相
対的に移動させる第１の駆動機構と、前記架台と前記供
試体とを、前記ギャップの増減方向と垂直な面上に沿っ
て相対的に移動させる第２の駆動機構とを備えている。

そして、前記反射部の反射面で反射されるレーザ光の強
度に基づいて、前記供試体の表面の凹凸を測定する。

なお、ここで言う「ギャップの測定」とは、ギャップの
絶対値を求める場合に限らず、ギャップの大きさが所望
の大きさと相対的に等しいか否かを検出することも含む
用語である。

同様に、「凹凸の測定」も、凹凸の深さの絶対値を求め
る場合に限らず、凹凸の深さが所望の深さと相対的に等
しいか否かを検出することも含む用語である。

［作用） レーザ光を反射部によって幾何光学的な全反射条件で反
射させる場合に、その反射面と供試体の表面との間のギ
ャップがレーザ光の波長と同程度以下の大きさになると
、レーザ光の一部が反射面から供試体の内部に浸出す［
トンネリング現象Ｊ（その詳細はさらに後述する。）が
現われる。この時、供試体側に浸出す透過光の強度は、
ギャップの大きさに依存する。同様に、反射部の反射面
で反射されるレーザ光の強度もギャップの大きさに依存
するので、反射光の強度を測定することにより、ギャッ
プの大きさや、供試体表面の凹凸の大きさを求めること
ができる。

（実施例１ ここでは、まず光波が全反射する際のトンネリング現象
を説明し、次にこの現象を利用したギャップ測定装置お
よび表面形状測定装置の実施例について説明する。

トンネリング現象は、光に限らず、波動関数で表現され
る物理現象において一般的に観察される。

すなわち、やや専門的に言えば、物質の境界面で境界条
件を規定すると、その境界面の外側において波動関数が
指数関数的に減衰するような解が得られる。このような
解は、境界面の外側に波動が浸出していることを表わし
ており、その浸出しはその波動の波長の程度の長さにま
で及んでいる。

例えば、光が光学的に密な物質（ガラス）から疎な物質
（空気）に入射する場合、入射角が臨界角以上になると
幾何光学的には全反射となる。ところが、この時の光の
伝播状態を波動関数１界）で表わすと、幾何光学的には
全反射であるにもかかわらず疎な物質（空気）中に光（
電界）が浸出している解が得られる。

第２図は、密な物質Ｍ１から疎な物質Ｍ２に光が浸出す
場合を示す光路図である。図において、入射光Ｌｉはｘ
ｙ平面内に偏光方向を有する直線偏光（電界ベクトルが
ｘｙ平面に平行）であり、入射角θｌで物質Ｍｌと物質
Ｍ２との界面に入射している。物質Ｍｌの屈折率はｎｌ
、物質Ｍ２の屈折率はｎ２である。この図は幾何光学的
な全反射条件を満たす場合を示しているが、反射光Ｌｒ
とともに、透過角θ２で物質Ｍ２へ浸出している透過光
Ｌｔも描かれている。この透過光Ｌｔの電界Ｅｔは、次
式のような波動関数で表わされる。

Ｅｔ＝ＥＯ＊ｅｘｐ　（−ｋｔ＊ａ＊ｙ）ｅｘｐ［１本
（ｋｔ　（ｎｌ／ｎ２）ｓｉｎθ１＊　Ｘ　−ω　＊　
ｔ　）　　コ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・　　　　（１）ここで、ＥＯは定数、ｋｔおよびα
は各々次の（２）式および（３）式で表わされる定数、
ωは光の角周波数である。また、演算子水は乗算を表わ
す。

ｋｔ＝ｎ２＊　　（２＊ｙｒ）／λ　　　　　・　　（
２）ａ＝　［（ｎｌ　”　２／ｎ２°２）＊（ｓｉｎθ
す°２１］”０．５　　　　　　　　　　　・・・　　
（３）ここで、λは光の波長であり、演算子”はべき乗
を表わす。

上記（１）式において、ｅｘｐ　（−ｋｔ＊α木ｙ）の
項は、光波の電界が物質Ｍ２内に浸出しており、電界の
振幅ＩＥｔｌが波長λのオーダの長さにわたって指数関
数的に単調減少することを示している。なお、これらの
式は、例えばファインマン、レイトン、サンズ著［ファ
インマン物理学■、電磁波と物性Ｊ　　（１９８６年３
月、岩波書店）第１９６頁第２０行目の式と等価である
。

物質Ｍ２が空気であればｎ２＝１．０であり、（１）式
、（２）式、　（３）式はそれぞれ次のように書換られ
る。

Ｅｔ＝ＥＯ＊ｅｘｐ　（−ｋｔ＊α木ｙ）ｅｘｐ［１本
（ｋｔ＊ｎｌ＊ｓｉｎθ１ ＊Ｘ−ω＊　Ｌ）　］　　　　　　　　・・・　　（１
ａ）ｋｔ＝（２＊　π）／λ　　　　　　　　　・・・
　　（２ａ）α　＝［（ｎｌ＊ｓｉｎ　　θ　１）−２
−１コ　　′　０　、　５・・・　　（３ａ） この時、第３図に示すように第３の密な物質Ｍ３を用意
し、物質Ｍ３を空気Ｍ２側から物質Ｍｌ側に近づけてい
くと、物質ＭｌとのギャップＧが波長λ程度になったと
きに第３の物質Ｍ３の双極子モーメントが励起されて第
３の物質Ｍ３中に光波が透過し始めるようになる。第３
の物質Ｍ３に透過してい（透過光ＬＬの電界は、近似的
に上記（ｌ　ａ）〜（３ａ）式で表わすことができる。

なお、透過光ＬＬの強度がその電界の振幅　Ｅｔの２乗
に比例することは、周知のとうりである。

透過光ＬＬの強度とギャップＧとの関係が、例えば（１
ａ）〜（３ａ）式のような計算式によって求められるこ
とを利用すれば、ギャップＧを測定することができる。

すなわち、透過光Ｌｔの強度とギャップＧとの関係を予
め計算で求めておき、透過光の強度を実測すれば、ギャ
ップＧの大きさを測定できる。もちろん、透過光Ｌｔの
電界Ｅｔを計算で正確に求めるためには、　（１ａ）〜
（３ａ）式のかわりに、物質Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３で構成さ
れる３層構造を境界条件としてマックスウェルの方程式
を解（必要がある。通常、このような計算はコンピュー
タを使用して行なわれており、そのためのプログラムは
、例えば、草用徹著「レンズ光学Ｊ　　（１９８８年、
東海大学出版会）第２９５頁〜第３１０頁に示されてい
る。

なお、密な物質Ｍ３への透過光Ｌｔの強度を測定するの
は難しいので、そのかわりに、反射光Ｌｒの強度を測定
するのが実際的である。入射光Ｌｉ２反射光Ｌｒ、透過
光Ｌｔの強度をそれぞれＰｉ、Ｐｒ、Ｐｔとすれば、こ
れらには次の関係がある。

Ｐ　ｔ　／　Ｐ　Ｌ　＝　１−　Ｐ　ｒ　／　Ｐ　ｉ　
　　　　−（４）第１表は、３層構造を伝播する光波の
電界について、正確な計算を行なって得られた反射光Ｌ
ｒの反射率Ｒｒ（＝Ｐｒ／Ｐｉ）を示す。なお、ここで
は、入射光ＬｉがＳ偏光の場合、ｐ偏光の場合、および
、これらと偏光方向が４５°異なる直線偏光（以下、ｓ
＋ｐ偏光と記す）の場合についての計算結果を示してい
る。

第１表 第１表の計算条件は、以下のとうりである。

ｎ１＝１．５１０３．ｋｌ＝ｏ、Ｏ（はうけい酸塩ガラ
ス、ＢＫ７） ｎ２＝１．０．に２＝ｏ、Ｏ（空気） ｎ３＝３．６７３．に３＝０．００５　　　（シリコン
） λ　＝０．８２７μｍ　　（ＧａＡＩＡｓレーザ）θ１
−４５゜ ここで、ｋｌ、に２．に３はそれぞれ物質Ｍｌ（ＢＫ７
）、Ｍ２　（空気）、　Ｍ３　（シリコン）の消衰係数
である。

なお、周知のように、任意の直線偏光はＳ偏光成分とｐ
偏光成分とに分けられる。そして、ある直線偏光の偏光
方向がＳ偏光の偏光方向がらθ。

傾いているとき、その反射率ＲｒａはＳ偏光の反射率Ｒ
ｒｓとｐ偏光の反射率Ｒｒｐとによって、次のように表
わすことができる。

Ｒｒａ＝ｃｏｓＯ”　２＊Ｒｒｓ 十ｓｉｎθ−２＊　Ｒｒ　ｐ　　　−（５）第４Ａ図な
いし第４Ｃ図は、第１表の結果をグラフにしたものであ
る。これらの図で、横軸はギャップＧの大きさ、縦軸は
反射率Ｒｒを示す、ギャップＧが波長久に比べて十分に
大きい時にはほぼ１００％反射（全反射）になっており
、一方、ギャップＧがゼロの時には反射率もゼロに近く
、はとんどの光が透過していることが分かる。

ところで、　（４）式からも明らかなように、透過率Ｒ
ｔ　（＝Ｐｔ／Ｐｉ）は、　（１−Ｒｒ）と等しい。第
５八図ないし第５Ｃ図は、透過率ＲしをギャップＧにた
いしてプロットしたグラフである。

ただし、縦軸の透過率Ｒｔは対数で表示している。

これらの図では、ギャップＧがゼロに近いところを除い
て、透過率Ｒｔの対数１ｏｇＲｔを直線で近似すること
ができる。第５Ａ図〜第５Ｃ図に破線で示す近似直線は
、ギャップＧが０．　２〜１゜０μｍの範囲において、
それぞれ次式で表わされる。

１ｏ　ｇＲｔ＝−２，６４２Ｇ−０，１３５（６ａ） １ａｇＲｔ＝−２．２１６Ｇ＋０．３４５（６ｂ） １ａｇＲｔ＝−２，２９ｔＧ＋０．　１６５（６ｃ） 第６Ａ図、第６Ｂ図ないし第１０Ａ図、第１ＯＢ図は、
構成される物質を図中に物質ｌ／物質２／物質３で示し
く他図においても同要領で示す）、レーザ光の波長や第
３の物質Ｍ３を変えた場合における透過率Ｒ［を示すグ
ラフである。ただし、（ｓ＋ｐ）偏光の透過率は前述の
ようにＳ偏光の透過率とｐ偏光の透過率とで表わすこと
ができるので、図示を省略している。これらの図から分
かるように、レーザ光の波長や第３の物質（供試体）が
変わっても、透過率Ｒｔの対数とギャップＧとの関係は
直線で近似することができる。

ギャップＧを測定しようとするときは、上述のようにギ
ャップＧと反射率または透過率との関係を予め計算して
おき、反射率を実測すれば、上記関係からギャップＧの
大きさを決定できる。

第１図は、上記の原理を利用してギャップを測定するギ
ャップ測定装置の構成を表わす概念図である。このギャ
ップ測定装置は、ベース１と、ベースｌ上に設置された
圧電アクチュエータ２と、圧電アクチュエータ２上に設
置された断面台形状の架台３とを備えている。架台３の
２つの斜面は、それらのなす角度が９０°となるように
形成されており、架台３の上部にはプリズム４が設置さ
れている。また、架台３の一方の斜面の端部にはＧａ　
Ａ　Ｉ　Ａ　ｓレーザなどのレーザ発振器５が固定され
、他方の斜面の端部にはフォトダイオードなどの受光セ
ンサ６が固定されている。プリズム４は、はうけい酸塩
ガラス（ＢＫ７）でつくられており、その底面４ａが、
供試体を載置保持するｘｙテーブル（図示せず）面と平
行なｘｙ平面に平行になるように設置されている。プリ
ズム４は、直角プリズムである。すなわち、その入射面
４ｂと出射面４ｃとが互いに９０°をなすように形成さ
れており、また、これらの面４ｂ、４ｃが底面４ａとな
す角度が４５°となるように形成されている。

プリズム４の上方には、ギャップＧを介して供試体２０
が図示しない保持機構によって保持されており、供試体
２０の下面２０ａがプリズム４の底面４ａとほぼ平行に
なるように設定されている。

なお、圧電アクチュエータ２はＺ方向に伸縮する圧電素
子を有しており、圧電素子に与える電圧を制御すること
によって架台３を２方向に移動させる働きをする。

レーザ発振器５から発振されたレーザ光Ｌｉは、プリズ
ム４の入射面４ｂに垂直に入射し、その底面４ａに４５
°の入射角で入射する。例えば上記第１表の条件におけ
る臨界角は４１．５°なので、幾何光学的な全反射条件
が満たされている。反射光Ｌｒは、出射面４Ｃから垂直
に出射した後、受光センサ６で受光される。

ギャップＧの測定は、次のような手順で行なう。

まず、ギャップＧをレーザ光の波長λの数倍以上の大き
さに保つ、この状態でレーザ光Ｌ１を出射し、受光セン
サ３で受光された反射光Ｌｒの強度を測定する。ギャッ
プＧを波長λの数倍以上に保った状態では、前述のよう
な光波の浸出しが無いので、レーザ光Ｌｉはプリズム４
の底面４ａで全反射される。従って、この時に受光セン
サ６で検出される反射光Ｌｒの強度は、入射光Ｌｉの強
度Ｐ１と等しい。すなわち、このようにすれば入射光Ｌ
ｉの強度Ｐ１を測定できる。次に、圧電アクチュエータ
６を駆動させて、架台３をＺ方向に移動させ、ギャップ
Ｇを波長λの程度にまで小さくする。この状態で再びレ
ーザ光Ｌｉを出射し、受光センサ６で反射光Ｌｒの強度
Ｐｒを測定する。

なお、この時は前述のように光波の一部が供試体２０に
浸出している。この反射光強度Ｐｒを前のステップで求
めた入射光強度Ｐ１で割ることにより、反射率Ｒしを求
めることができる。さらに、透過率Ｒｔ　　（＝ｌ−Ｒ
ｒ）も求めることができる。

供試体２０がシリコンであり、入射光ＬｉがＳ偏光であ
る場合には、第５Ａ図のグラフ上で、上記のように得ら
れた透過率Ｒｔに対応するギャップＧを参照すれば、ギ
ャップＧの大きさを求めることができる。

なお、このようにギャップＧを求めるのに際しては、第
５Ａ図のような関係をルックアップテーブルなどの形で
記憶しておき、これを参照するとともに、必要に応じ補
間を行なってギャップＧの大きさを求めるようにしても
よい、また、上記（６ａ）式のような式を記憶しておき
、この式にしたがって透過率Ｒｔに対するギャップＧの
大きさを求めるようにしてもよい。さらに、　（６ａ）
式のような１次関数でなく、より高次の関数や対数関数
、指数関数などを用いて透過率（または反射率）とギャ
ップとの関係を表わし、これを利用するようにしてもよ
い。

第１１図は、この発明の実施例としてのプロキシミティ
ギャップ測定装置の構成を表わす概念図である。プロキ
シミテイ露光は、よく知られているように、液晶用のフ
ラットパネルや半導体用のシリコンウェハにマスクパタ
ーンを露光する方法の１つである。

このプロキシミティギャップ測定装置は・プロキシミテ
ィ露光を行なう際に、例えばシリコンウェハ上に塗布さ
れたフォトレジストとフォトマスクとの間の微小なギャ
ップを測定するための装置である。このプロキシミテイ
ギャツブ測定装置は、第１図のギャップ測定装置と同様
に、ベース１と、圧電アクチュエータ２と、架台３と、
プリズム４と、レーザ発振器５と、受光センサ６とを備
えている。但し、これらの要素は、第１図に示すギャッ
プ測定装置の要素とは上下の向きが逆に設置されている
。また、プリズム４の底面４ａは、フォトマスク３０に
密着している。フォトマスク３０は、フォトレジスト２
０が塗布されたシリコンウェア２１の上方に、１μｍ前
後のギャップＧを挟んでフォトレジスト２０の上面とほ
ぼ平行になるように位置決めされる。

このフォトマスク３０はガラスで作成されており、第１
１図に示すように、レーザ発振器５から出射されたレー
ザ光Ｌｉはプリズム４の底面４ａをほぼそのまま透過し
、フォトマスク３０の底面３０ａで反射する。この時、
反射光Ｌｒの光路は、図中の点線から破線に変わる。受
光センサ６は、このように反射光Ｌｒの光路が変わった
時にも反射光Ｌｒをすべて受光できるように、その受光
面の形状を設定している。

なお、この場合にはプリズム４とフォトマスク３０とが
一体として反射部としての役割を果たしていることが分
かる。もちろん、ギャップの測定を行なわないときは、
プリズム４とフォトマスク３０とを密着させておく必要
は無い。

ギャップＧを測定する場合には、まず、シリコンウェハ
２１上にフォトレジスト２０を塗布した状態で、エリブ
ソメトリイによってフォトレジスト２０の光学定数（屈
折率および消衰係数）を求める。この時、フォトマスク
３０はフォトレジスト２０からレーザ光の波長λの数倍
以上離しておく。そして、この状態で反射光Ｌｒの強度
（これは、前述のように入射光Ｌｉの強度に等しい。）
を測定する。その後、フォトマスク３０を第１１図の状
態まで近づけて、反射光Ｌｒの強度を測定する。こうし
て求められた入射光Ｌｉと反射光Ｌｒの強度に基づいて
、ギャップＧの大きさを決定する。

なお、プロキシミテイ露光を再現性良（行なうためには
、ギャップＧの絶対値を求める必要はなく、露光の際に
、ギャップＧが常に所望の一定値になるように制御でき
ればよい。この場合には、フォトレジスト２０の光学定
数を求める必要がなく、反射率Ｒｒが一定になるように
フォトマスク３０をフォトレジスト２０に近づけるよう
にすればよい。

第１２図は、この発明の実施例としての表面形状測定装
置の構成を表わす概念図である。この表面形状測定装置
は、シリコンウェハなどの供試体２２の表面上の凹凸を
測定するための装置である。

この表面形状測定装置は、圧電アクチュエータ２と、架
台３と、プリズム４と、１ノ一ザ発振器５ど、受光セン
サ６とを備えている。但し、これらの要素は、ベース１
のうえに載置されたｘｙテーブルｌａの上に設置されて
いる。ｘｙテーブルｌａは、Ｘ方向の駆動モータ７Ｘと
ｙ方向の駆動モータ７ｙとでそれぞれ駆動される２つの
精密ボールネジによってｘｙ力方向位置決めされる。さ
らに、この表面形状測定装置はサーボ増幅回路１０を備
えている。サーボ増幅回路１０は、互いに直列に接続さ
れたアンプ１１と比較器１２とアンプ１３とを有してい
る。

供試体２２の表面２２ａ上の凹凸の測定は、次のように
して行なわれる。受光センサ６で反射光Ｌｒの強度が測
定されると、反射光強度に比例した信号Ｓｒがサーボ増
幅回路１０のアンプ１１に入力される。アンプ１１で増
幅された信号Ｓｒａは、比較器１２の一方入力に与えら
れ、比較器１２の他方入力に与えられている比較信号Ｓ
ｒｒと比較される。この比較信号Ｓｒｒは、供試体２２
とプリズム４との間のギャップＧの所定の大きさに相当
する。比較器１２はゼロシフト機能も有しており、信号
ＳｒａとＳｒｒとの大小関係に応じてゼロシフトした結
果の信号ＳＯを出力する。この出力信号ＳＯはさらにア
ンプ１３でその出力ＳＯａに増幅された後、２方向の圧
電アクチュエータ２に与えられる。比較器１２のゼロシ
フト量は、信号ＳｒａとＳｒｒとが一致するまでの間、
信号ＳｒａとＳｒｒとの大小関係に応じて増大または減
少する。この結果、供試体２２とプリズム４との間のギ
ャップＧが所定の一定値になり、信号ＳｒａとＳｒｒど
のレベルが一致するまで信号Ｓｏ。

Ｓｏａの値がシフトを続ける。この間、シフトした信号
Ｓｏａは圧電アクチュエータ２を駆動して架台３を２方
向に移動させている。圧電アクチュエータ２が有する圧
電素子は、入力される信号Ｓｏａに比例した量だけ伸縮
する。比較器１２の出力信号Ｓｏも信号Ｓｏａに比例し
ているので、信号Ｓｏは圧電アクチュエータ２の伸縮量
に比例する。従って、信号Ｓｏを記録し、これを圧電ア
クチュエータ２の伸縮量に変換することにより、供試体
２２の表面２２ａの凹凸量を測定することができる。

なお、上記のプロキシミティギャップ測定装置において
、サーボ増幅回路ｌＯを設けること無く、受光センサ６
の出力信号Ｓｒに基づいて、第５Ａ図のような透過率（
または反射率）とギャップＧとの関係からギャップＧを
求めてもよい、そして、ｘｙ子テーブルａをモータ７ｘ
、？ｙで駆動しつつギャップＧを測定すれば、ｘ、　ｙ
平面上のギャップＧの変化を求めることができる。この
ギャップＧの変化は、供試体表面２２ａの凹凸の変化と
等しいので、実質的に供試体表面２２ａの凹凸を測定で
きることになる。

なお、上記実施例では、Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓレーザ
やＨｅ　−Ｎ　ｅレーザを用いたが、これらに限らず、
どのような種類のレーザ発振器を用いてもよい。

一般に、レーザ光の波長はレーザ発振器の種類によって
異なる。上述のギャップ測定装置や表面形状測定装置を
用いた測定は、供試体とプリズム（または、）第１・マ
スク）との間のギャップがレーザ光の波長λの１／１０
から２倍程度の大きさにあるときに比較的精度がよく、
特に、波長ど同程度の大きさになったときに精度がよい
。従って、測定の対象となるギャップの大きさに応じて
レーザ発振器を使い分けるようにしてもよい。

供試体の材質は、ガラス、シリコン、シリコン酸化物、
フォトレジストなどに限らず、どのような材質であって
もよい。但し、光学定数がよく知られている材質を用い
れば、ギャップの絶対値を測定し易いという利点がある
。

さらに、圧電アクチュエータ２は、架台３を駆動するの
でなく、供試体２０（または２２）を駆動するように装
置を構成してもよい、また、圧電アクチュエータ２の代
わりに、他の駆動機構を用いてもよい。すなわち、供試
体とプリズムとをギャップの増減方向に相対的に移動さ
せるような駆動機構（第１の駆動機構）であればよい、
ただ（７、圧電アクチュエータを用いれば、１μｍ以下
の距離を精度よく制御できるという利点がある。

プロギシミティ測定装置における駆動モータ７ｘ　　７
ｙは、ｘｙテーブルｌａと供試体２２とをギャップの増
減方向と垂直な面上に沿って相対的に移動させるような
何らかの駆動機構（第２の駆動機構）であればよい。

（発明の効果１ 以上説明したように、この発明によれば、レーザ光を反
射部によって幾何光学的な全反射条件で反射させたとき
、レーザ光の一部が反射面から微小なギャップを介して
供試体の内部に浸出す「トンネリング現象」が生じるこ
とを認識し、この時の反射光の強度がギャップの大きさ
に依存することを利用して、測定された反射光の強度に
基づいてギャップの大きさや、供試体表面の凹凸の大き
さを求めるので、微小なギャップや表面上の凹凸を精密
に測定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ギャップ測定装置の構成を表わす概念図、 第２図は、２層構造における光の浸出しを示す光路図 第３図は、３層構造における光の浸出しを示す光路図 第４Ａ図ないし第４Ｃ図は、反射率とギャップの大きさ
との関係を示すグラフ、 第５Ａ図ないし第５Ｃ図は、透過率とギャップの大きさ
との関係を示すグラフ、 第６Ａ図ないし第１０Ｂ図は、他の条件における透過率
とギャップの大きさとの関係を示すグラフ、 第１１図は、ギャップ測定装置の他の実施例を示す概念
図、 第１２図は、表面形状測定装置の実施例を示す概念図で
ある。 ２　・・・　圧電アクチュエータ、 ３　・・・　架台、　　４　・・・　プリズム、５　・
・・　レーザ発振器、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）供試体の表面から所定の部材までのギャップを測
   定するためのギャップ測定装置であって、レーザ光を発
   振するレーザ発振器と、 ギャップを介して供試体の表面とほぼ平行に位置決めさ
   れる反射面を有し、前記レーザ光を当該反射面によって
   幾何光学的な全反射条件で反射する透光性の反射部と、 当該反射部によって反射されたレーザ光の強度を測定す
   る受光センサと、 前記レーザ発振器と反射部と受光センサとが設置された
   架台と、 当該架台と前記供試体とを前記ギャップの増減方向に沿
   って相対的に移動させる駆動機構とを備え、 前記反射部の反射面で反射されるレーザ光の強度に基づ
   いて、前記ギャップを測定することを特徴とするギャッ
   プ測定装置。
2. （２）供試体の表面の凹凸を測定するための表面形状測
   定装置であって、 レーザ光を発振するレーザ発振器と、 ギャップを介して供試体の表面とほぼ平行に位置決めさ
   れる反射面を有し、前記レーザ光を当該反射面によって
   幾何光学的な全反射条件で反射する透光性の反射部と、 当該反射部によって反射されたレーザ光の強度を測定す
   る受光センサと、 前記レーザ発振器と反射部と受光センサとが設置された
   架台と、 当該架台と前記供試体とを前記ギャップの増減方向に相
   対的に移動させる第１の駆動機構と、前記架台と前記供
   試体とを、前記ギャップの増減方向と垂直な面上に沿っ
   て相対的に移動させる第２の駆動機構とを備え、 前記反射部の反射面で反射されるレーザ光の強度に基づ
   いて、前記供試体の表面の凹凸を測定することを特徴と
   する表面形状測定装置。