JPH0783623A

JPH0783623A - 厚み計測方法及び装置

Info

Publication number: JPH0783623A
Application number: JP23388793A
Authority: JP
Inventors: Shinji Suzuki; 伸二鈴木; Tetsuo Hizuka; 哲男肥塚; Moritoshi Ando; 護俊安藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】試料の局所的厚みを計測し、かつ、物質内表面
付近に形成された空洞の内部と外部の間の部分の厚みを
計測する。【構成】レーザ１８から放射された光束を、対物レンズ
１４を通して試料１２に集光させ、試料１２からの反射
光を、対物レンズ１４に通し、次いで絞り２４の光透過
点２４ａに通して光検出器２６で受光し、試料１２を対
物レンズ１４の光軸方向へ移動させながら光検出器２６
の出力を読み取り、光検出器２６の出力が極大値となる
試料１２の２つの位置の間隔ｄを求め、間隔ｄと試料１
２の屈折率ｎとの積ｎｄを試料１２の厚みとして求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に形成された
膜、単体のフィルム又は物質内表面付近に形成された空
洞の内部と外部の間の部分の厚みを光学的に計測する計
測方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば図１３（Ａ）に示す如く、基板１
０上の膜１２の厚みを計測する場合、従来では、対物レ
ンズ１４で基板１０上に光束を収束させて基板１０の表
面位置を求め、同様に、対物レンズ１４で光束を膜１２
上に収束させて膜１２の表面位置を求め、両位置の差を
膜１２の厚みとして求めていた。この計測装置には、図
１２に示すような共焦点レーザ走査顕微鏡が用いられて
いる。

【０００３】基板１０は、移動ステージ１６上に搭載さ
れ、この基板１０に対しレーザ１８からの光束が、絞り
２０のピンホール２０ａを通りビームスプリッタ２２で
反射され、対物レンズ１４を通って照射される。照射点
からの反射光は、対物レンズ１４、ビームスプリッタ２
２及び絞り２４のピンホール２４ａを通って光検出器２
６で検出される。

【０００４】図１２（Ａ）に示す状態では、照射光束の
収束点が基板１０の表面からずれているので、光検出器
２６で受光される光量は少ない。この状態から、移動ス
テージ１６を光軸方向（図示Ｚ方向）へ移動させなが
ら、光検出器２６の出力を読取り、この出力が最大とな
る点で移動ステージ１６を停止させると、図１２（Ｂ）
に示す如く、照射光束の対物レンズ１４による収束点が
基板１０の表面に一致し、かつ、反射光束の対物レンズ
１４による収束点が絞り２４のピンホール２４ａの位置
に一致する。

【０００５】換言すれば、照射光束の対物レンズ１４に
よる収束点が膜１２の表面に一致したときに、反射光束
の対物レンズ１４による収束点が絞り２４のピンホール
２４ａの位置に一致して、光検出器２６の出力が最大と
なるように、光学系が配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、基板１０の表
面位置と膜１２の表面位置との差で膜１２の厚みを計測
しているので、基板１０に凹凸や撓みがあった場合に
は、計測値が不正確となる。換言すれば、試料の局所的
厚みを計測することができない。また、図１３（Ｂ）に
示すような、基板１０内の表面付近に形成された空洞１
０ａの内部と外部の間の部分の厚みｔを計測することが
できない。

【０００７】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、試料の局所的厚みを計測することができ、かつ、物
質内表面付近に形成された空洞の内部と外部の間の部分
の厚みを計測することが可能な厚み計測方法及び装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明に係
る厚み計測方法及び装置を、実施例図中の対応する構成
要素の符号を引用して説明する。第１発明の厚み計測方
法では、例えば図１に示す如く、レーザ１８から放射さ
れた光束を、対物レンズ１４を通して試料１２に集光さ
せ、試料１２からの反射光を、対物レンズ１４に通し、
次いで絞り２４の光透過点２４ａに通して光検出器２６
で受光し、一体としたレーザ１８、対物レンズ１４、絞
り２４及び光検出器２６に対し相対的に試料１２を対物
レンズ１４の光軸方向へ移動させながら光検出器２６の
出力を読み取り、光検出器２６の出力が極大値となる試
料１２の２つの位置の間隔ｄを求め、該間隔ｄと試料１
２の屈折率ｎとの積ｎｄを試料１２の厚みとして求め
る。

【０００９】本第１発明では、試料１２の表面と裏面の
位置を直接検出しているので、試料１２の局所的厚みを
計測することができ、かつ、物質内表面付近に形成され
た空洞の内部と外部の間の部分の厚みを計測することが
できる。ここで、図８に示す如く、試料１２が比較的薄
い場合には、受光強度ＳのピークＳ１及びＳ２の裾部分
の重なりが大きくなる。これは、試料１２の表面に光束
収束点を一致させて収束点を絞り２４の光透過点２４ａ
の位置に結像させたとき、試料１２の裏面からの反射光
の対物レンズ１４による収束点が光透過点２４ａの位置
に接近するためである。これにより、試料表面からの反
射光のみの受光強度ＳＵのピークの裾部分と、試料裏面
からの反射光のみの受光強度ＳＤのピークの裾部分との
重なりが大きくなると、実際に検出される受光強度Ｓ
は、特に、小さい方のピークＳ２が大きい方のピークＳ
１側へΔＳシフトし、ピーク間距離が理想的な場合より
も短くなる。また、両ピークが接近し過ぎると、小さい
方のピークが検出できなくなる。

【００１０】そこで、この問題点を解決するために、第
２発明の厚み計測方法では、例えば図１０に示す如く、
レーザ１８から放射された光束を、対物レンズ１４を通
して試料１２に集光させ、試料１２からの反射光を、対
物レンズ１４に通し、次いで絞り２４の光透過点２４ａ
に通して光検出器２６で受光し、試料１２を対物レンズ
１４の光軸方向へ移動させながら光検出器２６の出力を
読み取り、光検出器２６の出力が最大になったときの試
料１２の位置Ｚ１を読み取り、試料１２の位置をＺ１に
固定し、絞り２４及び光検出器２６を一体としてその光
入射方向へ後退させ、遮光点３４ａを有するマスク３４
を、遮光点３４ａを光軸上に一致させて後退前の絞り２
４の位置に配置し、絞り２４及び光検出器２６を一体と
して光軸方向へ移動させながら光検出器２６の出力を読
み取り、光検出器２６の出力が最大になったときの試料
１２の位置Ｚ２を読み取り、位置Ｚ１とＺ２の間隔ｄを
求め、間隔ｄと試料１２の屈折率ｎとに基づいて試料１
２の厚みを求める。

【００１１】本第２発明では、ピークＳ２の位置Ｚ２
を、ピークＳ１の影響を除去して求めているので、試料
１２が薄くて受光強度ＳのピークＳ１とＳ２とが互いに
接近しても、試料１２の厚みを正確に計測することがで
きる。第３発明の厚み計測装置では、例えば図１に示す
如く、試料１２が搭載される移動ステージ１６と、移動
ステージ１６の位置を検出する位置検出手段２９と、移
動ステージ１６の試料搭載面に対向して配置された対物
レンズ１４と、光束を試料１２に集光させるために該光
束を対物レンズ１４の光軸に沿って入射させるレーザ１
８と、該光束の試料１２からの反射光が対物レンズ１４
を通って入射される位置に配置された光検出器２６と、
遮光体に光透過点２４ａが形成され、光透過点２４ａを
光軸上に一致させて光検出器２６の受光面側に配置され
た絞り２４と、移動ステージ１６を光軸方向へ移動させ
ながら光検出器２６の出力及び移動ステージ１６の位置
を読み取り、光検出器２６の出力が極大値となる移動ス
テージ１６の２つの位置の間隔ｄを求める制御・測定回
路２８、３０と、を有し、間隔ｄと与えられた試料１２
の屈折率ｎとの積ｎｄを試料１２の厚みとして求める。

【００１２】本第３発明では、試料１２の表面と裏面の
位置を直接検出しているので、試料１２の局所的厚みを
計測することができ、かつ、物質内表面付近に形成され
た空洞の内部と外部の間の部分の厚みを計測することが
できる。ここで、図４（Ａ）に示すような光束が、空気
に対する屈折率が比較的大きい試料１２に入射すると、
光束中の各光線の入射角及び屈折角が異なることから、
光束が試料１２内で１点に収束せず、図３に示す位置Ｚ
＝Ｚ２での受光強度ＳのピークＳ２が鈍くなり、試料１
２の厚みを正確に計測することができない。

【００１３】そこで、この問題点を解決するために、第
３発明の第１態様では、例えば図５に示す如く、遮光体
にリング形透光部３２ａが形成され、該リングの中心を
レーザ１８から放射された光束の中心に一致させて配置
され、一定発散角の光束のみを対物レンズ１４に通させ
るマスク３２を有する。この構成の場合、試料１２へ入
射する光束の入射角が一定になり、図４（Ｂ）に示すよ
うな収差が生じないので、照射光束を試料１２の裏面に
収束させることができる。したがって、図３に示す位置
Ｚ＝Ｚ２での受光強度ＳのピークＳ２が鋭くなり、位置
Ｚ２をより正確に検出することができ、もって、厚みｄ
をより正確に計測することができる。

【００１４】ここで、図６（Ａ）に示す如く、試料１２
の表面及び裏面が粗い場合、試料１２の表面又は裏面に
照射光束を収束させても、反射光が拡散するので、絞り
２４の直前での光強度分布は図６（Ｂ）に示す如く不均
一となる。図６（Ｃ）は、（Ｂ）の直線ＡＢに沿った光
強度分布を示す。このように光強度分布が不均一になる
と、受光強度Ｓのピーク位置が不正確にとなり、したが
って、試料１２の厚みの計測精度が低下する。

【００１５】そこで、この問題点を解決するために、第
３発明の第２態様では、例えば図７に示す如く、制御・
測定回路２８Ａ、３０は、移動ステージ１６を上記光軸
と直角な方向へ所定範囲内で移動させながら、光検出器
２６の出力を読み取り、該出力の平均値を、このときの
移動ステージ１６の光軸方向位置での光検出器２６出力
として用いる。

【００１６】この構成の場合、試料１２の表面及び裏面
が粗くても、試料１２の厚みをより正確に計測すること
ができる。第３発明の第３態様では、試料１２が比較的
薄い場合の上記問題点を解決するために、例えば図９に
示す如く、遮光体の、一定直径の円上に透光部３２ａが
形成され、該円の中心を対物レンズ１４の光軸に一致さ
せ且つ対物レンズ１４に接近して配置され、試料１２へ
の入射光束及び試料１２からの反射光束を制限するマス
ク３２を有する。

【００１７】この構成の場合、試料１２の表面からの反
射光は、入射光と同一光路となるので、対物レンズ１４
を通った後、マスク３２の透光部３２ａを通るが、試料
１２の裏面での反射光は、透光部３２ａを通ることがで
きない。これに対し、図９（Ｂ）に示す状態では、試料
１２の裏面からの反射光は、入射光と同一光路となるの
で、対物レンズ１４を通った後、マスク３２の透光部３
２ａを通るが、試料１２の表面での反射光は、透光部３
２ａを通ることができない。

【００１８】したがって、本第３態様によれば、試料１
２が薄くて受光強度ＳのピークＳ１とＳ２とが互いに接
近しても、試料１２の厚みを正確に計測することができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。［第１実施例］図１は、第１実施例の厚み計測装置の概
略構成を示す。図１２と同一構成要素には、同一符号を
付してその説明を省略する。

【００２０】試料１２は、基板上に形成された膜、単体
のフィルム又は図１３（Ｂ）に示すような物質内表面付
近に形成された空洞の内部と外部の間の部分である。図
１では、試料１２中の光路を明示できるように試料１２
を厚く記載し、かつ、簡単化のために試料１２を直接、
移動ステージ１６上に搭載した状態を示している。この
点は以下の各実施例においても同様である。

【００２１】光検出器２６の出力Ｓは、厚み測定回路２
８に供給される。また、移動ステージ１６の位置（試料
搭載部の位置）は、位置検出器２９で検出される。位置
検出器２９は、例えばマイケルソン干渉計を用いたレー
ザ干渉測長器である。検出位置は、ステージコントロー
ラ３０に供給され、ステージコントローラ３０は、厚み
測定回路２８からの指令に応じて、移動ステージ１６を
駆動し又は移動ステージ１６の位置を厚み測定回路２８
に供給する。

【００２２】厚み測定回路２８は、マイクロコンピュー
タを用いて構成されており、図２に示すような処理を行
う。（Ｑ１）ステージコントローラ３０を介し移動ステージ
１６を初期位置へ移動させる。この初期位置では、照射
光束の対物レンズ１４による収束点は必ず試料１２の上
方にあるとする。

【００２３】（Ｑ２）ステージコントローラ３０を介し
移動ステージ１６を設定距離だけ上昇させる。この際、
受光強度Ｓ及び位置Ｚを読み取り、受光強度Ｓと位置Ｚ
とを対応させてメモリに格納する。（Ｑ３）このメモリには、図３に示すような曲線のデー
タが格納され、厚み測定回路２８は、受光強度Ｓが極大
値Ｓ１及びＳ２となる２つの位置Ｚの値Ｚ１及びＺ２を
求める。

【００２４】図１（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、位置Ｚ
がＺ１及びＺ２である状態を示している。試料１２に入
射する光の一部は試料１２の表面で反射され、残りが試
料１２内を通り、その一部が試料１２の裏面で反射され
て対物レンズ１４の方へ向かう。図１（Ａ）では、照射
光束の対物レンズ１４による収束点が試料１２の表面に
一致し、この収束点からの反射光が対物レンズ１４を通
って絞り２４のピンホール２４ａの位置に結像されてい
る。この状態では、試料１２の裏面からの反射光は絞り
２４の下方に結像され、その光は僅かしかピンホール２
４ａを通らないので、受光強度Ｓはこのとき、第１の極
大値Ｓ１となる。

【００２５】これに対し、図１（Ｂ）では、照射光束は
試料１２の裏面に収束し、収束点からの反射光は絞り２
４のピンホール２４ａの位置に結像される。一方、試料
１２の表面で反射された光束は、絞り２４の位置では広
がっているので、僅かしかピンホール２４ａを通らな
い。このため、受光強度Ｓは極大値Ｓ１より小さい第２
の極大値Ｓ２となる。

【００２６】（Ｑ４）厚みｄ＝ｎ（Ｚ２−Ｚ１）を算出
する。ここに、空気に対する試料１２の屈折率ｎは、予
め厚み測定回路２８に与えられている。（Ｑ５）算出した厚みｄを出力する。本第１実施例では、試料１２の表面と裏面の位置を直接
検出しているので、試料１２の局所的な厚みを計測する
ことができ、また、物質内表面付近に形成された空洞の
内部と外部の間の部分の厚みも計測することができる。

【００２７】［第２実施例］図４（Ａ）に示すような光
束が、空気に対する屈折率が比較的大きい試料１２に入
射すると、光束中の各光線の入射角及び屈折角が異なる
ことから、光束が試料１２内で１点に収束せず、図３に
示す位置Ｚ＝Ｚ２での受光強度ＳのピークＳ２が鈍くな
る。このため、屈折率が比較的大きい試料１２に対して
は、上記第１実施例の厚み計測装置では、試料１２の厚
みを正確に計測することができない。

【００２８】そこで、このような問題を解決するため
に、本第２実施例の厚み計測装置では、図５（Ａ）に示
す如く、絞り２０とビームスプリッタ２２との間の光路
中に、マスク３２を配置している。マスク３２は、図５
（Ｂ）遮光体に透光リング３２ａを形成したものであ
り、絞り２０からの光束のうち、発散角が一定の光束の
みを透過させる。図５（Ｂ）では、遮光部をクロスハッ
チングで表している。

【００２９】これにより、試料１２へ入射する光束の入
射角が一定になり、図４（Ｂ）に示すような収差が生じ
ないので、照射光束を試料１２の裏面に収束させること
ができる。したがって、図３に示す位置Ｚ＝Ｚ２での受
光強度ＳのピークＳ２が鋭くなり、位置Ｚ２をより正確
に検出することができ、もって、厚みｄをより正確に計
測することができる。

【００３０】なお、マスク３２は、図５（Ａ）中の位置
Ａ以外の位置Ｂ、Ｃ又はＤに配置しても、前記効果が得
られる。［第３実施例］図６（Ａ）は、試料１２の表面及び裏面
が粗い場合を示している。この場合、試料１２の表面又
は裏面に照射光束を収束させても、反射光が拡散するの
で、絞り２４の直前での光強度分布は図６（Ｂ）に示す
如く不均一となる。図６（Ｃ）は、（Ｂ）の直線ＡＢに
沿った明るさ分布を示す。このように明るさ分布が不均
一になると、受光強度Ｓのピーク位置が不正確にとな
り、したがって、試料１２の厚みの計測精度が低下す
る。

【００３１】そこで、図７において、第３実施例の厚み
測定回路２８Ａは、各位置Ｚについて、Ｚ軸に垂直なＸ
−Ｙ面内の計測点近傍で移動ステージ１６を高速走査さ
せ、この際、受光強度Ｓを積算してその平均値を求め
る。図６（Ｃ）中の点線は、積算平均した光強度を示
す。このようにすれば、試料１２の表面及び裏面が粗い
場合でも、試料１２の厚みをより正確に計測することが
できる。

【００３２】［第４実施例］図８に示す如く、試料１２
が比較的薄い場合には、受光強度ＳのピークＳ１及びＳ
２の裾部分の重なりが大きくなる。これは、試料１２の
表面に光束収束点を一致させて収束点をピンホール２４
ａの位置に結像させたとき、試料１２の裏面からの反射
光の対物レンズ１４による収束点がピンホール２４ａの
位置に接近するためである。これにより、試料表面から
の反射光のみの受光強度ＳＵのピークの裾部分と、試料
裏面からの反射光のみの受光強度ＳＤのピークの裾部分
との重なりが大きくなると、実際に検出される受光強度
Ｓは、特に、小さい方のピークＳ２が大きい方のピーク
Ｓ１側へΔＳシフトし、ピーク間距離が理想的な場合よ
りも短くなる。また、両ピークが接近し過ぎると、小さ
い方のピークが検出できなくなる。

【００３３】そこで、本第４実施例では、図９に示す如
く、マスク３２を対物レンズ１４に接近して配置してい
る。図９（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１（Ａ）及び
（Ｂ）と対応している。図９（Ａ）に示す状態では、試
料１２の表面からの反射光は、入射光と同一光路となる
ので、対物レンズ１４を通った後、マスク３２の透光リ
ング３２ａを通るが、試料１２の裏面での反射光は、透
光リング３２ａを通ることができない。これに対し、図
９（Ｂ）に示す状態では、試料１２の裏面からの反射光
は、入射光と同一光路となるので、対物レンズ１４を通
った後、マスク３２の透光リング３２ａを通るが、試料
１２の表面での反射光は、透光リング３２ａを通ること
ができない。したがって、受光強度ＳのピークＳ１とＳ
２とが分離される。

【００３４】本第４実施例によれば、試料１２が薄くて
受光強度ＳのピークＳ１とＳ２とが互いに接近しても、
試料１２の厚みを正確に計測することができる。なお、
マスク３２の代わりに、図９（Ｄ）に示す如く、遮光体
にピンホール３２ｂ及び３２ｃが形成されたものを用い
ても、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示す光路となるので、上
記効果が得られる。

【００３５】［第５実施例］図１０は、第５実施例の厚
み計測装置の概略構成を示す。この厚み計測装置は、上
記第４実施例で述べた問題点を、他の手段で解決してい
る。上述のように、受光強度ＳのピークＳ１とＳ２の裾
部分の重なりが大きくなっても、ピークＳ１のシフトは
小さい。そこで、この厚み計測装置では、ピークＳ１の
位置Ｚ１は上記第１実施例と同様にして求め、ピークＳ
２の位置Ｚ２を、ピークＳ１の影響を除去して求めてい
る。

【００３６】絞り２４及び光検出器２６は、Ｚステージ
１６Ａにより光軸方向へ一体的に移動可能となってい
る。Ｚステージ１６Ａの位置（移動部位置）は、位置検
出器２９Ａで検出される。この検出位置はステージコン
トローラ３０Ａに供給され、ステージコントローラ３０
Ａは、厚み測定回路２８Ｂからの指令に応じて、Ｚステ
ージ１６Ａを駆動し又はＺステージ１６Ａの位置を厚み
測定回路２８Ｂに供給する。

【００３７】厚み計測装置は、計測処理の途中におい
て、マスク３４を用いる。マスク３４は、透明フィルム
の中心部に遮光点３４ａが形成されている。次に、図１
１に基づいて、厚み測定回路２８Ｂによる計測処理を説
明する。（Ｒ１）厚み測定回路２８Ｂは、ステージコントローラ
３０Ａを介してＺステージ１６Ａを初期位置にする。こ
のときのＺステージの位置を、Ｚ＝Ｚ１とする。

【００３８】（Ｒ２）厚み測定回路２８Ｂは、ステージ
コントローラ３０Ａを介して移動ステージ１６を初期位
置にし、次いで試料１２を上昇させながら受光強度Ｓを
読み取り、受光強度Ｓが極大値になったと判定したとき
に、移動ステージ１６を停止させる。これにより、図１
０（Ａ）に示す状態となる。（Ｒ３）Ｚステージ１６Ａにより、絞り２４及び光検出
器２６を一体として設定距離だけ上昇させて退避させ
る。

【００３９】（Ｒ４）図１０（Ｂ）に示す如く、絞り２
４の初期位置に、遮光点３４ａを光軸上にしてマスク３
４を配置する。これにより、試料１２の表面からの反射
光は、遮光点３４ａで遮られ、ピンホール２４ａに到達
しない。以下においては、試料１２の位置を固定してい
るので、試料１２の表面からの反射光の遮光状態が維持
される。

【００４０】（Ｒ５、Ｒ６）絞り２４及び光検出器２６
を一体として上昇又は下降させながら受光強度Ｓを読み
取り、受光強度Ｓが極大であると判定したときに、Ｚス
テージ１６Ａを停止させる。この状態では、図１０
（Ｂ）に示す如く、試料１２の裏面からの反射光がピン
ホール２４ａの位置に収束している。（Ｒ７）このときのＺステージ１６Ａの位置Ｚ２を読み
取る。

【００４１】（Ｒ８）位置Ｚ１、Ｚ２及び試料１２の空
気に対する屈折率ｎに基づいて、試料１２の厚みｄを算
出する。（Ｒ９）算出した厚みｄを出力する。本第５実施例によれば、試料１２が薄くて受光強度Ｓの
ピークＳ１とＳ２とが互いに接近しても、試料１２の厚
みを正確に計測することができる。

【００４２】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。例えば、レーザ１８及び絞り２０と、絞り２４
及び光検出器２６との位置を入れ換えた構成であっても
よい。また、試料１２を移動させる代わりに、レーザ１
８、絞り２０、ビームスプリッタ２２、絞り２４及び光
検出器２６を一体的に、試料１２に対し移動させる構成
であってもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した如く、本第１発明に係る厚
み計測方法及び本第３発明に係る厚み計測装置ではいず
れも、試料の表面と裏面の位置を直接検出しているの
で、試料の局所的厚みを計測することができ、かつ、物
質内表面付近に形成された空洞の内部と外部の間の部分
の厚みを計測することができるという優れた効果を奏
し、厚み計測方法及び装置の用途拡大に寄与するところ
が大きい。

【００４４】本第２発明に係る厚み計測方法では、受光
強度の２つのピークのうち小さい方の位置を、大きい方
のピークの影響を除去して求めているので、試料が薄く
て受光強度の２つのピークが互いに接近しても、試料の
厚みを正確に計測することができるという効果を奏す
る。第３発明の第１態様によれば、試料へ入射する光束
の入射角が一定になって収差が生じないので、照射光束
を試料の裏面に収束させることができ、したがって、受
光強度の２つのピークのうち小さい方が鋭くなり、その
位置をより正確に検出することができ、もって、厚みを
より正確に計測することができるという効果を奏する。

【００４５】第３発明の第２態様によれば、試料の表面
及び裏面が粗くても、平均化処理により試料の厚みをよ
り正確に計測することができるという効果を奏する。第
３発明の第３態様によれば、試料が薄くて受光強度の２
つのピークが互いに接近しても、ピーク相互間の影響を
除去しているので、試料の厚みを正確に計測することが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の厚み計測装置を示す図で
ある。

【図２】図１の装置による計測処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図３】試料の高さに対する光検出器の出力を示す線図
である。

【図４】空気に対する試料の屈折率が大きい場合の問題
点を示す図である。

【図５】本発明の第２実施例の厚み計測装置を示す図で
ある。

【図６】試料の表面及び裏面が粗い場合の問題点を示す
図である。

【図７】本発明の第３実施例の厚み計測装置を示す図で
ある。

【図８】試料が薄い場合の問題点を示す図である。

【図９】本発明の第４実施例の厚み計測装置を示す図で
ある。

【図１０】本発明の第５実施例の厚み計測装置を示す図
である。

【図１１】図５の装置による計測処理手順を示すフロー
チャートである。

【図１２】従来の厚み計測装置を示す図である。

【図１３】従来の厚み計測装置及びその問題点の説明図
である。

【符号の説明】

１２試料１４対物レンズ１６移動ステージ１６ＡＺステージ１８レーザ２０、２４絞り２０ａ、２４ａピンホール２２ビームスプリッタ２６光検出器２８、２８Ａ、２８Ｂ厚み測定回路２９、２９Ａ位置検出器３０、３０Ａステージコントローラ３２、３２Ａ、３４マスク３２ａ透光リング３２ｂ、３２ｃピンホール３４ａ遮光点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ（１８）から放射された光束を、
対物レンズ（１４）を通して試料（１２）に集光させ、
該試料からの反射光を、該対物レンズに通し、次いで絞
り（２４）の光透過点（２４ａ）に通して光検出器（２
６）で受光し、一体とした該レーザ、該対物レンズ、該絞り及び該光検
出器に対し相対的に該試料を該対物レンズの光軸方向へ
移動させながら該光検出器の出力を読み取り、該光検出
器の出力が極大値となる該試料の２つの位置の間隔ｄを
求め、該間隔ｄと該試料の屈折率ｎとの積ｎｄを該試料の厚み
として求めることを特徴とする厚み計測方法。
【請求項２】レーザ（１８）から放射された光束を、
対物レンズ（１４）を通して試料（１２）に集光させ、
該試料からの反射光を、該対物レンズに通し、次いで絞
り（２４）の光透過点（２４ａ）に通して光検出器（２
６）で受光し、該試料を該対物レンズの光軸方向へ移動させながら該光
検出器の出力を読み取り、該光検出器の出力が最大にな
ったときの該試料の位置Ｚ１を読み取り、該試料の位置
をＺ１に固定し、該絞り及び該光検出器を一体としてその光入射方向へ後
退させ、遮光点（３４ａ）を有するマスク（３４）を、該遮光点
を光軸上に一致させて後退前の該絞りの位置に配置し、該絞り及び該光検出器を一体として光軸方向へ移動させ
ながら該光検出器の出力を読み取り、該光検出器の出力
が最大になったときの該試料の位置Ｚ２を読み取り、該位置Ｚ１とＺ２の間隔ｄを求め、該間隔ｄと該試料の
屈折率ｎとに基づいて該試料の厚みを求めることを特徴
とする厚み計測方法。
【請求項３】試料（１２）が搭載される移動ステージ
（１６）と、該移動ステージの位置を検出する位置検出手段（２９）
と、該移動ステージの試料搭載面に対向して配置された対物
レンズ（１４）と、光束を該試料に集光させるために該光束を該対物レンズ
の光軸に沿って入射させるレーザ（１８）と、該光束の該試料からの反射光が該対物レンズを通って入
射される位置に配置された光検出器（２６）と、遮光体に光透過点（２４ａ）が形成され、該光透過点を
光軸上に一致させて該光検出器の受光面側に配置された
絞り（２４）と、該移動ステージを光軸方向へ移動させながら該光検出器
の出力及び該移動ステージの位置を読み取り、該光検出
器の出力が極大値となる該移動ステージの２つの位置の
間隔ｄを求める制御・測定回路（２８、３０）と、を有し、該間隔ｄと与えられた該試料の屈折率ｎとの積
ｎｄを該試料の厚みとして求めることを特徴とする厚み
計測装置。
【請求項４】遮光体にリング形透光部（３２ａ）が形
成され、該リングの中心を前記レーザ（１８）から放射
された光束の中心に一致させて配置され、一定発散角の
光束のみを前記対物レンズ（１４）に通させるマスク
（３２）を有することを特徴とする請求項３記載の厚み
計測装置。
【請求項５】前記制御・測定回路（２８Ａ、３０）
は、前記移動ステージ（１６）を前記光軸と直角な方向
へ所定範囲内で移動させながら、前記光検出器（２６）
の出力を読み取り、該出力の平均値を、このときの該移
動ステージの光軸方向位置での光検出器出力として用い
ることを特徴とする請求項３記載の厚み計測装置。
【請求項６】遮光体の、一定直径の円上に透光部（３
２ａ）が形成され、該円の中心を前記対物レンズ（１
４）の光軸に一致させ且つ該対物レンズに接近して配置
され、該試料（１２）への入射光束及び該試料からの反
射光束を制限するマスク（３２）を有することを特徴と
する請求項３記載の厚み計測装置。