JPH043806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 次の順序で本発明を説明する。

Ａ 産業上の利用分野 Ｂ 開示の概要 Ｃ 従来技術 Ｄ 発明が解決しようとする問題点 Ｅ 問題点を解決するための手段 Ｆ 実施例 f1 第１の実施例 f2 第２の実施例 Ｇ 発明の効果 Ａ 産業上の利用分野 この発明は、平面状の対象物の厚さの偏差を干
渉的に測定するための装置に関するものである。
この発明の好適な適用分野は集積回路の製造と高
密度磁気デイスクである。

Ｂ 開示の概要 図面を参照すると、例えば不透明のウエーハで
ある、平面状の対象物６がその表面全体に亘つて
干渉装置（第１図）中で厚さの誤差を測定され
る。第１図においては、対象物６の表面と裏面上
の対称的な対向点がそれぞれ同一の光ビーム１０
により感知される。レーザー・ビーム３は（例え
ば格子４である）ビーム・スプリツタに斜めの角
度で入射して基準ビーム３ａと測定ビーム３ｂに
分かれる。測定ビーム３ｂは第１の平面鏡５ａに
よりサンプル６の表面に導かれ、そこから再び平
面鏡５ａへと反射され、ブレーズ（blaze）格子
７へ到達する。ブレーズ格子７は光ビームを対称
的に平面鏡５ｂへ屈曲する。こうしてサンプル６
の裏面は、サンプル６の裏面の点に入射した同一
の光ビームが、その点に厳密に対向するサンプル
６の裏面の点にも入射するように同一の入射角で
照射される。裏面で反射したビームは、平面鏡５
ｂでさらに反射した後、基準ビームと同一の方向
に沿つてビーム・スプリツタ４を通過し、こうし
てスクリーン８上に干渉パターン８が形成され
る。この干渉パターン中の縞の間隔がサンプル６
の局所的な厚さをあらわし、それは電子的に、ま
たパターン修復法によつてλ／200の精度で厚さ
を読み取るように数値化できる。本発明の第２の
実施例によれば、ビームを屈曲するためにブレー
ズ格子７のかわりに屈曲用の鏡が使用される。

Ｃ 従来技術 今日の、μmの範囲の精度をもつ製造技術にお
いては、基板の厚さを同一の許容度に制御するこ
とが要求される。その特定の例としてはフオトリ
ソグラフイの分野があり、その場合、例えばチヤ
ツクなどの支持体上に、きわめて高い平面度をも
つウエーハを厳密に平行に取り付けなくてはなら
ない。すなわち、ウエーハの厚さの1μm程度の偏
差ですら許容できない重ね合わせの誤差、つまり
歩どまりの低減につながりかねない。これと同じ
問題は、高解像度光プリンタの焦点深度が限定さ
れていることによつても生じ得る。

基板の厚さを測定するための１つの周知の方法
は、機械的なスタイラスまたは、誘導性あるいは
容量性プローブを用いることであるが、これらは
平面上の選択された特定の点またはラインに沿つ
て測定あるいは走査するものであるため、平面全
体の完全な厚さの分布を得ることができない。さ
らに、その平面をプローブにより損傷する虞れも
ある。

反射基板は、通常の光入射による干渉装置中で
厚さの偏差を測定することができる。このため
に、基板は、例えばチヤツクなどの基準面に固く
装着またはクランプされる。しかしこの方法は、
傷つきやすい基板には適用できない。基板がチヤ
ツクにより損傷される虞れがあるからである。

Ｄ 発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、基板に接触することなく、
その全面の厚さの分布を正確に測定できる装置を
提供することにある。

Ｅ 問題点を解決するための手段 この発明によれば、各光ビームが基準ビームと
干渉する前に基板の平面と裏面の厳密に対向する
点でそれぞれ反射されるような干渉装置が与えら
れる。拡散的に反射する基板は、十分に大きな入
射角を選択することにより測定することができ
る。もし、得られた干渉パターンを周知の電子的
手段により数値化するならばλ／200のオーダー
のきわめて高い解像度が得られる。この干渉装置
自体は比較的簡単な設計構造であり、製造ライン
に出入りするすべての基板を迅速にスクリーリン
グするために容易に使用することができる。

Ｆ 実施例 f1 第１の実施例 第１図は、本発明の第１図の実施例に係る光学
的装置の概要図である。第１の実施例ではブレー
ズ格子が使用されている。レーザー１の出力ビー
ムは結合レンズ系２で拡大されて照準されたビー
ム３となり、このビーム３はビーム・スプリツタ
４によつて、基準ビームの役目を果たす第１の部
分ビーム３ａと、測定ビーム３ｂとに分離され
る。このビーム・スプリツタは半反射ガラス・プ
レートまたは光格子でよい。測定すべき対象物６
は、平面度がλ／20よりもよい平面鏡５ａ，５ｂ
の間の中心位置に、平面鏡５ａ，５ｂと平行に配
置される。測定ビーム３ｂの入射角αは、ビーム
が鏡５ａに反射されブレーズ格子７に到達する箇
所でサンプル６の上面（全体）をビームが照射す
るように選択されている。この格子７のブレーズ
角は、測定ビームを平面鏡５ｂ及び対象物６の裏
面に対して対称的に折曲するように選択されてい
る。次に測定ビームは鏡５ｂで再び反射されてビ
ーム・スプリツタ４を通過し、基準ビーム３ａと
協働してスクリーン８上に干渉パターンを形成す
る。テレビ・カメラ９はこのパターンを撮映し、
このパターンは、例えばデイジタル化の後、処理
され電子的に数値化される。

参照符号１０は対象物の上面６の点１１で反射
された測定ビーム３中の単一のビームを示してい
る。ブレーズ格子７によるビームの折曲により、
このビームが、点１１と厳密に対向する対象物６
の裏面上の点１２を探査することが保証される。
ビーム１０の、対応する基準ビーム１０ａとの光
路差は、点１１と点１２の間の距離ｄにのみ依存
し、これにより干渉パターンがサンプルの厚さに
より完全に決定される。

入射角α、鏡５ａ，５ｂの距離Ｄ及びブレーズ
格子７の屈曲角は互いに関連しており、そのため
サンプル６の反射特性に応じて選択しなくてはな
らない。例えば、粗面の場合、鏡面反射を得るた
めにはαが75゜よりも大きい値を有していなくて
はならない。

厚さの偏差δに対応する干渉パターンの縞の間
隔ｘは次の式で与えられる： δ＝λ／（2x cosα） この干渉パターンは視覚的にも評価できるし、
周知の画像処理装置によれば一層正確に数値比で
きる。もし現在のハイブリツド干渉装置のよう
に、干渉パターンのデイジタル演算を望むなら、
平面鏡５ａ，５ｂのうち一方を垂直方向に移動さ
せるか、またはブレーズ格子７を水平方向に移動
させる必要がある。

ブレーズ格子７は、感光性プレートを、照準し
た２つのビームの干渉場に配置するようにした周
知のホログラフ方法により製造することができ
る。この干渉場は、基準ビームとは逆方向の第２
のビームが照光のため使用され、サンプル６が高
精度平行プレートで置きかえられるときにも第１
図の装置に形成される。そのようなホログラフ格
子は入力光を90％程度の効率で所望の出力方向に
回折する。

本発明の厚さ干渉測定装置はわずかに歪みまた
は屈曲したサンプルにも適用できる。このこと
は、ビーム２０が鏡５ａ，５ｂの間でサンプルの
表裏のほぼ対向する点に入射している第２図から
見てとれよう。しかし、この装置では、サンプル
表面の平行度と平面度については測定することが
できない。というのは、この装置は、表裏面の対
向点間の垂直距離ｄ以外には感知しないからであ
る。

f2 他の実施例 第３図は、ブレーズ格子７を、ヒンジ３１によ
り揺動可能に連結された平面状の鏡３０ａ，３０
ｂをもつ折りたたみ可能な鏡で置き換えてなる他
の実施例を示す図である。半頂角βをもつ折曲可
能な鏡３０ａ，３０ｂの２等分線は、サンプル６
とともに干渉装置中の対称平面をなす。入射角α
と、平面鏡５ａ，５ｂ間の距離Ｄ、対称平面内の
サンプル６の位置と、折曲された鏡の半頂角βは
相互に関連し、各光ビームが厳密にサンプル表裏
面の対向点に入射するように選択する必要があ
る。角度αはまた測定の解像度を決定するので、
この実施例はさまざまなサンプルの特性及び解像
度に容易に適用できる。第４図は、入射角αを拡
げた場合の例である。第１の実施例で入射角αを
変更するためには、異なる格子定数をもつブレー
ズ格子を使用する必要がある。

第３図のビーム経路は、辺縁ビーム３２ａ，３
２ｂの一方を追跡することにより説明される。入
射ビームはビーム・スプリツタにより基準ビーム
３２ａと測定ビーム３２ｂとに分けられる。測定
ビーム３２ｂは鏡５ａで先ず先反した後にサンプ
ル６の上面に入射する。サンプル上で反射したビ
ーム３２ｃは点３４で鏡３０ａに入射し、鏡５
ａ，５ｂの対称平面との垂直方向に進んで鏡３０
ｂで反射された後、そこからサンプルの点３６に
到達する。点３６から拡散する光は平面鏡５ｂで
反射しビーム３２ｇとして、同一方向に進行する
ビーム３２ａと干渉する。

この干渉パターンの数値比は、周知のパターン
認識システムまたは電子的位相感知処理によつて
実行される。尚、電子的位相感知処理の場合、平
面鏡５ａ，５ｂは周期的に変化される。

Ｇ 発明の効果 以上のように、この発明の装置によれば、一対
の平行な平面鏡の間に対象物を配置し、同一のビ
ームが対象物の表裏の対応する点にそれぞれ入射
するようにビームを案内し、このビームと基準ビ
ームの干渉を解析することにより対象物の厚さを
測定するようにしたので、対象物に接触すること
なく、簡単に且つ迅速に対象物の全面の厚さが測
定できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の、ブレーズ格子をもつ第１
の実施例の概要図、第２図は、対象物が屈曲して
いる場合の光路を示す図、第３図は、折りたたみ
可能な鏡を用いた第２の実施例の概要図、第４図
は、折りたたみ可能な鏡を拡げた場合の図であ
る。 １……光源、４……ビーム・スプリツタ，５
ａ，５ｂ……平面鏡、６……対象物、７……ブレ
ーズ格子、９……テレビ・カメラ，３０ａ，３ｂ
……折りたたみ可能な鏡。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平坦な対象物の厚さの偏差を、光学的干渉に
   よつて決定するための装置であつて、 (a) 平坦な反射面をもち、該反射面が内側になる
   ように且つ互いに平行に配置された一対の平面
   鏡と、 (b) 上記平坦な対象物を、上記一対の平面鏡の間
   に、上記平面鏡と平行に且つ上記平坦な対象物
   の中心が上記一対の平面鏡の間の中心に位置す
   るように配置する手段と、 (c) 上記平面鏡の平面に対して垂直に支持された
   ビーム・スプリツタと、 (d) 上記ビーム・スプリツタに対して、照準され
   た光ビームを、傾斜した角度で入射させ、以
   て、該照準された光ビームの一部は、コヒーレ
   ントな基準ビームとして上記ビーム・スプリツ
   タから反射され、該照準された光ビームの一部
   は、測定ビームとして上記ビーム・スプリツタ
   を通過して上記平面鏡で反射されて上記対象物
   の一方の表面に至り、そこで反射されるように
   する光入射手段と、 (e) 上記対象物の一方の表面から規則的に反射さ
   れた光ビームを、それと同一の入射角度で上記
   対象物の他方の表面に入射するように、偏向さ
   せる手段と、 (f) 上記基準ビームと、上記測定ビームの干渉に
   よつて生じた干渉パターンを受け取る手段とを
   具備する、 光学的干渉装置。