JPH0445082B2 - - Google Patents
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- JPH0445082B2 JPH0445082B2 JP13445286A JP13445286A JPH0445082B2 JP H0445082 B2 JPH0445082 B2 JP H0445082B2 JP 13445286 A JP13445286 A JP 13445286A JP 13445286 A JP13445286 A JP 13445286A JP H0445082 B2 JPH0445082 B2 JP H0445082B2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 発明の目的
［産業上の利用分野］
この発明はシアリング干渉コントラスト法を利
用した段差測定装置に関するものである。
用した段差測定装置に関するものである。
［従来の技術］
位相物体を観察したり測定したりする技術は、
近年、光学、精密機械、物性物理、生物、医学な
ど様々な分野においてより重要性が高まつてい
る。例えば、近年より微細化が進められている半
導体集積回路、或いは結晶やコーテイング膜など
不透明、透明な位相物体、様々なものの段差測定
が要望されている。
近年、光学、精密機械、物性物理、生物、医学な
ど様々な分野においてより重要性が高まつてい
る。例えば、近年より微細化が進められている半
導体集積回路、或いは結晶やコーテイング膜など
不透明、透明な位相物体、様々なものの段差測定
が要望されている。
レンズ等の表面にコーテイングした極薄膜を測
定する場合に、従来は、例えば第５図に示すよう
な、触針を使用した膜厚測定装置を使用し、第５
図ａに示すようなダイヤモンドド触針２０１とス
キツド２０２の先端、第５図ｂに示すようなガラ
ス面２０３に接触させ、これを移動して膜２０４
上を横断させ、変化を電気的に増幅して検出する
ものであり、例えば試料上の膜直径をl0とすると
第５図ｃのように測定結果を得るものである。
定する場合に、従来は、例えば第５図に示すよう
な、触針を使用した膜厚測定装置を使用し、第５
図ａに示すようなダイヤモンドド触針２０１とス
キツド２０２の先端、第５図ｂに示すようなガラ
ス面２０３に接触させ、これを移動して膜２０４
上を横断させ、変化を電気的に増幅して検出する
ものであり、例えば試料上の膜直径をl0とすると
第５図ｃのように測定結果を得るものである。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、この様な機械電気的方法は必ず
しも高精度の測定が容易でなく、また顕微鏡的な
測定、例えば集積回路のような微細形状の段差測
定は不可能である。このようなことから、微細形
状でしかも極薄段差の測定技術の開発が望まれて
いる。
しも高精度の測定が容易でなく、また顕微鏡的な
測定、例えば集積回路のような微細形状の段差測
定は不可能である。このようなことから、微細形
状でしかも極薄段差の測定技術の開発が望まれて
いる。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、極薄膜段差の測定を高精度にかつ非
接触で容易に測定することが可能で、更に共通光
路光学系であることから外部振動に強く、装置の
小型が可能なシアリング干渉コントラスト法段差
測定装置を提供することを目的とするものであ
る。
のであつて、極薄膜段差の測定を高精度にかつ非
接触で容易に測定することが可能で、更に共通光
路光学系であることから外部振動に強く、装置の
小型が可能なシアリング干渉コントラスト法段差
測定装置を提供することを目的とするものであ
る。
(ロ) 発明の構成
［問題を解決するための手段］
この目的に対応して、この発明のシアリング干
渉コントラスト法段差測定装置は、光源からの光
を平行光にする対物レンズ及びコリメータレンズ
と、平行光を２波面にシアする複屈所性素子とを
備え、２波面を被測定物に照明し、被測定物から
反射した２物体波面を複屈折性素子によつて重ね
合せることによつてシアリング干渉させ、位相を
変化させた時の干渉縞の強度変化を測定するよう
に構成し、かつ複屈折性素子をシア方向に平行な
方向に移動させることによつて２波面に位相差を
与えるように構成したことを特徴としている。
渉コントラスト法段差測定装置は、光源からの光
を平行光にする対物レンズ及びコリメータレンズ
と、平行光を２波面にシアする複屈所性素子とを
備え、２波面を被測定物に照明し、被測定物から
反射した２物体波面を複屈折性素子によつて重ね
合せることによつてシアリング干渉させ、位相を
変化させた時の干渉縞の強度変化を測定するよう
に構成し、かつ複屈折性素子をシア方向に平行な
方向に移動させることによつて２波面に位相差を
与えるように構成したことを特徴としている。
以下、こ発明の詳細を一実施例について説明す
る。
る。
第１図において、１は段差測定装置である。段
差測定装置１はHe−Neレーザ光源１１を有し、
He−Neレーザ光源１１から発生するレーザビー
ムの光路に沿つて、対物レンズ１２、コリメータ
レンズ１３、ミラー１４、ビームスプリツタ１
５、偏光板１６、ビームスプリツタ１７、複屈折
性素子２１、対物レンズ２２を備えている。２３
は対物レンズ２２の前方に位置する被測定物であ
つて、基板ａと位相物体ｂとからなる。ビームス
プリツタ１７透過測には偏光素子２４、ビームス
プリツタ２５、レンズ２６及びピンホール２７，
２８が光路に沿つて順次位置する。更に、ビーム
スプリツタ２５の反射側には接眼レンズ３１が位
置する。ピンホール２７，２８の透過側にはフオ
トデイテクター３２，３３が位置し、フオトデイ
テクター３２，３３はそれぞれ増幅器３４，３
５、インターフエイス３６を介して処理装置３７
に接続している。また、ビームスプリツタ１５の
入射側にはランプ３８、レンズ４１、コリメータ
レンズ４２が位置する。複屈折性素子２１として
はノマルスキープリズム、サバール板、ウオラス
トンプリズム、方解石等を使用することができ
る。
差測定装置１はHe−Neレーザ光源１１を有し、
He−Neレーザ光源１１から発生するレーザビー
ムの光路に沿つて、対物レンズ１２、コリメータ
レンズ１３、ミラー１４、ビームスプリツタ１
５、偏光板１６、ビームスプリツタ１７、複屈折
性素子２１、対物レンズ２２を備えている。２３
は対物レンズ２２の前方に位置する被測定物であ
つて、基板ａと位相物体ｂとからなる。ビームス
プリツタ１７透過測には偏光素子２４、ビームス
プリツタ２５、レンズ２６及びピンホール２７，
２８が光路に沿つて順次位置する。更に、ビーム
スプリツタ２５の反射側には接眼レンズ３１が位
置する。ピンホール２７，２８の透過側にはフオ
トデイテクター３２，３３が位置し、フオトデイ
テクター３２，３３はそれぞれ増幅器３４，３
５、インターフエイス３６を介して処理装置３７
に接続している。また、ビームスプリツタ１５の
入射側にはランプ３８、レンズ４１、コリメータ
レンズ４２が位置する。複屈折性素子２１として
はノマルスキープリズム、サバール板、ウオラス
トンプリズム、方解石等を使用することができ
る。
［作用］
次にこのように構成された段差測定装置１の作
用について説明する。
用について説明する。
まず、シアリング干渉コントラスト法の原理を
述べれば、シアリング干渉を利用したコントラス
ト法は、物体の波面を２分割して、互いに横方向
にシアさせ、２波面間に適当な位相差を与えて干
渉させて観察するものである。
述べれば、シアリング干渉を利用したコントラス
ト法は、物体の波面を２分割して、互いに横方向
にシアさせ、２波面間に適当な位相差を与えて干
渉させて観察するものである。
レーザ光源１１からのレーザビームは対物レン
ズ１２、コリメータレンズ１３にて平行光とさ
れ、ミラー１４、ビームスプリツタ１５にて光路
変更されたのち、偏光板１６を通過後、直線偏光
となりビームスプリツタ１７にて反射される。こ
の光束はノマルスキープリズムからなる複屈折性
素子２１を通過後、僅かな分離角をもつた二つの
光線となる。干渉縞の局在面と対物レンズ２２の
像側焦点とが一致させてあるゆえに、二光線は対
物レンズ２２を通過後、シアした平行光束となつ
て被測定物２３を照明する。被測定物２３にて反
射した光束は対物レンズ２２、複屈折性素子２１
を通過後、ビームスプリツタ１７を透過し、偏光
素子２４に入射する。透過した二光束は干渉し、
ビームスプリツタ２５、レンズ２６を透過後結像
する。被測定物２３の結像面上でピンホール２
７，２８にてシアリングした二波面の明暗強度を
フイルタリングする。各々の強度をフオトデイテ
クタ３２，３３にて検出し、増幅器３４，３５を
通してデータ処理を行う。二波面の位相は複屈折
性素子２１を電歪素子４３にて周期的に変化させ
ることにより実現する。これはまた通常の白色光
源３８にて照明を行ない、通常の干渉コントラス
ト法としても被測定物を観察することが可能であ
る。
ズ１２、コリメータレンズ１３にて平行光とさ
れ、ミラー１４、ビームスプリツタ１５にて光路
変更されたのち、偏光板１６を通過後、直線偏光
となりビームスプリツタ１７にて反射される。こ
の光束はノマルスキープリズムからなる複屈折性
素子２１を通過後、僅かな分離角をもつた二つの
光線となる。干渉縞の局在面と対物レンズ２２の
像側焦点とが一致させてあるゆえに、二光線は対
物レンズ２２を通過後、シアした平行光束となつ
て被測定物２３を照明する。被測定物２３にて反
射した光束は対物レンズ２２、複屈折性素子２１
を通過後、ビームスプリツタ１７を透過し、偏光
素子２４に入射する。透過した二光束は干渉し、
ビームスプリツタ２５、レンズ２６を透過後結像
する。被測定物２３の結像面上でピンホール２
７，２８にてシアリングした二波面の明暗強度を
フイルタリングする。各々の強度をフオトデイテ
クタ３２，３３にて検出し、増幅器３４，３５を
通してデータ処理を行う。二波面の位相は複屈折
性素子２１を電歪素子４３にて周期的に変化させ
ることにより実現する。これはまた通常の白色光
源３８にて照明を行ない、通常の干渉コントラス
ト法としても被測定物を観察することが可能であ
る。
次にシアリング干渉コントラスト法の原理につ
いて述べる。
いて述べる。
２波面Σ1，Σ2の間の位相差をπ／２、シア量
をΔS、物体の位相の大きさをδとする。被測定
物２３を通つた後の２波面間の位相分布は第２図
のようになる。簡単化のために第２図では位相変
化δをもつた位相物体を用いている。まず波面
Σ1，Σ2で位相物体を照明し２波面に分割する。
これらの波面はΔSのシア量で互いに横方向にシ
アされ、それらの位相差は第２図ａに示した値で
与えられる。第２図ｃは位相と干渉縞の強度分布
を示しており、曲線は位相を強度に変換したもの
を示している。ここでΔIは位相変化Δに対する
強度変化を示している。被測定物を通過後のΣ1，
Σ2の干渉波面から得られる光の強度分布が第２
図ｂのようになることは、第２図ｃから容易に理
解できる。ここで位相コントラスト像は明強度
（0.5＋ΔI、第２図ｃ）、暗強度（0.5−ΔI、第２図
ｃ）の相対する勾配に変換して観察される。
をΔS、物体の位相の大きさをδとする。被測定
物２３を通つた後の２波面間の位相分布は第２図
のようになる。簡単化のために第２図では位相変
化δをもつた位相物体を用いている。まず波面
Σ1，Σ2で位相物体を照明し２波面に分割する。
これらの波面はΔSのシア量で互いに横方向にシ
アされ、それらの位相差は第２図ａに示した値で
与えられる。第２図ｃは位相と干渉縞の強度分布
を示しており、曲線は位相を強度に変換したもの
を示している。ここでΔIは位相変化Δに対する
強度変化を示している。被測定物を通過後のΣ1，
Σ2の干渉波面から得られる光の強度分布が第２
図ｂのようになることは、第２図ｃから容易に理
解できる。ここで位相コントラスト像は明強度
（0.5＋ΔI、第２図ｃ）、暗強度（0.5−ΔI、第２図
ｃ）の相対する勾配に変換して観察される。
次にシアリング干渉コントラスト法による段差
の求め方を述べる。
の求め方を述べる。
被測定物をセツトし観測面で観測される２波面
の各々強度をIA，IBとすると、強度は Ｉ＝（１／２） ×〔１＋cos｛（2π／Ｔ）ｘ＋ψ｝〕 ………(1) で表わされる。ここで、Ｔは周期、ｘは複屈折性
素子の光軸に垂直な赴向への移動量、ψは位相を
表わす。
の各々強度をIA，IBとすると、強度は Ｉ＝（１／２） ×〔１＋cos｛（2π／Ｔ）ｘ＋ψ｝〕 ………(1) で表わされる。ここで、Ｔは周期、ｘは複屈折性
素子の光軸に垂直な赴向への移動量、ψは位相を
表わす。
各々波面Σ1，Σ2について２点求める場合周
期Ｔ、位相ψは(2)式、(3)式のように表わされ
る。
期Ｔ、位相ψは(2)式、(3)式のように表わされ
る。
Ｔ＝｛2π（x1−x2）｝／｛cos-1（2I1−１）
−cos-1（2I2−１）｝ ………(2)
ψ＝cos-1（2I1−１）−（2π／Ｔ）x1………(3)
ａ） 透過型（基板ａ、位相物体ｂ共に透明な
場合）（第３図ａ） 位相Δψは Δψ＝（2π／λ）（ｎ−１）ｄ ………(4) Δψ＝（ψA−ψB）／２ ………(5) 従つて段差ｄは ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／｛4π（ｎ−１）｝
………(6) により求まる。ここでｎは位相物体の屈折率
を表わす。これは（π／２）＋δと（π／２）
−δの波面より求めたが、π／２と（π／
２）＋δまたは（π／２）−δとの波面からも
求めることもできる。この場合には ｄ＝｛（ψAψB）λ｝／｛2π（ｎ−１）｝
………(7) により求まる。
場合）（第３図ａ） 位相Δψは Δψ＝（2π／λ）（ｎ−１）ｄ ………(4) Δψ＝（ψA−ψB）／２ ………(5) 従つて段差ｄは ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／｛4π（ｎ−１）｝
………(6) により求まる。ここでｎは位相物体の屈折率
を表わす。これは（π／２）＋δと（π／２）
−δの波面より求めたが、π／２と（π／
２）＋δまたは（π／２）−δとの波面からも
求めることもできる。この場合には ｄ＝｛（ψAψB）λ｝／｛2π（ｎ−１）｝
………(7) により求まる。
ｂ） 反射型Ａ型（透明な位相物体ｂ）（第３
図ｂ） Δψ＝（4π／λ）（ｎ−１）ｄ ………(8) Δψ＝（ψAψB）／２ ………(9) 従つて段差ｄは ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／｛8π（ｎ−１）｝
………(10) により求まる。π／２と（π／２）＋δまた
は（π／２）−δとの波面から求める場合に
は ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／｛4π（ｎ−１）｝
………(11) により求まる。
図ｂ） Δψ＝（4π／λ）（ｎ−１）ｄ ………(8) Δψ＝（ψAψB）／２ ………(9) 従つて段差ｄは ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／｛8π（ｎ−１）｝
………(10) により求まる。π／２と（π／２）＋δまた
は（π／２）−δとの波面から求める場合に
は ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／｛4π（ｎ−１）｝
………(11) により求まる。
ｃ） 反射型Ｂ（不透明な位相物体）
位相Δψは
Δψ＝（4π／λ）ｄ ………(12)
Δψ＝（ψA−ψB）／２ ………(13)
従つて段差ｄは
ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／8π……(14)
により求まる。π／２と（π／２）＋δまた
は（π／２）−δとの波面から求める場合に
は ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／4π ………(15) による求まる。
は（π／２）−δとの波面から求める場合に
は ｄ＝｛（ψA−ψB）λ｝／4π ………(15) による求まる。
各々の波面Σ1，Σ2について１点求る場合今
までは２波面の各々について求めた２点から周
期Ｔ、位相ψを求めたが、次に各々の波面につ
いて１点求めて段差を導出する方法について示
す。
までは２波面の各々について求めた２点から周
期Ｔ、位相ψを求めたが、次に各々の波面につ
いて１点求めて段差を導出する方法について示
す。
(1)式において原点をｘ＝０にとる。
IA＝IOA′、IB＝IOBとすると各々の位相ψOA′、ψOB
は、第４図に示すように、 ψOA＝cos-1（2IOA−１） ………(16) ψOB＝cos-1（2IOB−１） ………(17) と表わされる。
は、第４図に示すように、 ψOA＝cos-1（2IOA−１） ………(16) ψOB＝cos-1（2IOB−１） ………(17) と表わされる。
以下、段差の算出はの場合と同様である。
このように一般に干渉縞は位相が変化すると
光の強度が正弦波的に変化するので、PD1３
２，PD2３３における光の強度差を位相差に換
算して、位相物体の厚みを求める。
光の強度が正弦波的に変化するので、PD1３
２，PD2３３における光の強度差を位相差に換
算して、位相物体の厚みを求める。
また干渉縞の周期より位相を求めることもで
きる。干渉縞の周期Ｔ、π／２の位置における
２波面間の位相をθとおくと段差ｄは ｄ＝（λθ）／｛2T（ｎ−１）｝ で表わされる。
きる。干渉縞の周期Ｔ、π／２の位置における
２波面間の位相をθとおくと段差ｄは ｄ＝（λθ）／｛2T（ｎ−１）｝ で表わされる。
(ハ) 発明の効果
この発明では極薄段差の測定を高精度にかつ非
接触で容易に測定することが可能で、更に共通光
路光学系であることから外部振動に強く、装置の
小型化が可能なシアリング干渉コントラスト法段
差測定装置を得ることができる。
接触で容易に測定することが可能で、更に共通光
路光学系であることから外部振動に強く、装置の
小型化が可能なシアリング干渉コントラスト法段
差測定装置を得ることができる。
第１図は段差測定装置を示す構成説明図、第２
図は２波面の位相と強度を示すグラフ、第３図は
各種形式の被測定物体を示す縦断面拡大図、第４
図は２波面の強度を示すグラフ、及び第５図は従
来の触針式段差測定装置を示す説明図である。 １……段差測定装置、１１……He−Neレーザ
光源、１２……対物レンズ、１３……コリメータ
レンズ、１４……ミラー、１５……ビームスプリ
ツタ、１６……偏光板、１７……ビームスプリツ
タ、２１……複屈折性素子、２２……対物レン
ズ、２３……被測定物、２４……偏光素子、２５
……ビームスプリツタ、２６……レンズ、２７…
…ピンホール、２８……ピンホール、３１……接
眼レンズ、３２……フオトデイテクタ、３３……
フオトデイテクタ、３４……増幅器、３５……増
幅器、３６……インターフエイス、３７……処理
装置、３８……白色光源、４１……レンズ、４２
……コリメータレンズ、４３……電歪素子。
図は２波面の位相と強度を示すグラフ、第３図は
各種形式の被測定物体を示す縦断面拡大図、第４
図は２波面の強度を示すグラフ、及び第５図は従
来の触針式段差測定装置を示す説明図である。 １……段差測定装置、１１……He−Neレーザ
光源、１２……対物レンズ、１３……コリメータ
レンズ、１４……ミラー、１５……ビームスプリ
ツタ、１６……偏光板、１７……ビームスプリツ
タ、２１……複屈折性素子、２２……対物レン
ズ、２３……被測定物、２４……偏光素子、２５
……ビームスプリツタ、２６……レンズ、２７…
…ピンホール、２８……ピンホール、３１……接
眼レンズ、３２……フオトデイテクタ、３３……
フオトデイテクタ、３４……増幅器、３５……増
幅器、３６……インターフエイス、３７……処理
装置、３８……白色光源、４１……レンズ、４２
……コリメータレンズ、４３……電歪素子。
Claims (1)
- １ 光源からの光を平行光にする対物レンズ及び
コリメータレンズと、前記平行光を２波面にシア
する複屈折性素子とを備え、前記２波面を被測定
物に照明し、前記被測定物から反射した２物体波
面を前記複屈折性素子によつて重ね合せることに
よつてシアリング干渉させ、位相を変化させた時
の干渉縞の強度変化を測定するように構成し、か
つ前記複屈折性素子を前記シア方向に平行な方向
に移動させることによつて前記２波面に位相差を
与えるように構成したことを特徴とするシアリン
グ干渉コントラスト法段差測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13445286A JPS62289704A (ja) | 1986-06-10 | 1986-06-10 | シアリング干渉コントラスト法段差測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13445286A JPS62289704A (ja) | 1986-06-10 | 1986-06-10 | シアリング干渉コントラスト法段差測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62289704A JPS62289704A (ja) | 1987-12-16 |
| JPH0445082B2 true JPH0445082B2 (ja) | 1992-07-23 |
Family
ID=15128672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13445286A Granted JPS62289704A (ja) | 1986-06-10 | 1986-06-10 | シアリング干渉コントラスト法段差測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62289704A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5017012A (en) * | 1989-08-04 | 1991-05-21 | Chapman Instruments, Inc. | Viewing system for surface profiler |
| JP2546500B2 (ja) * | 1993-06-30 | 1996-10-23 | 日本電気株式会社 | 膜厚測定方法 |
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-
1986
- 1986-06-10 JP JP13445286A patent/JPS62289704A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62289704A (ja) | 1987-12-16 |
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