JPS5973712A - Flatness measuring device - Google Patents
Flatness measuring deviceInfo
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- JPS5973712A JPS5973712A JP18399982A JP18399982A JPS5973712A JP S5973712 A JPS5973712 A JP S5973712A JP 18399982 A JP18399982 A JP 18399982A JP 18399982 A JP18399982 A JP 18399982A JP S5973712 A JPS5973712 A JP S5973712A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は平面度の測定装置に関し、特に不規則な凹凸形
状を有する被測定物を、外部から力を加えることにより
、実用上不都合の生じない程度の凹凸に形状の補正を行
なう機能を有する平面度測定装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a flatness measuring device, and in particular to a flatness measuring device, which measures an object to be measured having an irregularly uneven shape by applying an external force to the flatness to an extent that does not cause any practical inconvenience. The present invention relates to a flatness measuring device having a function of performing correction.
このような機能を有する平面度測定装置は、多くの分野
で有用であるが、なかでも半導体製造の分野において最
もその効果が大きい。近年、半導体製造技術の進歩に伴
い、シリコンウェハーの寸法は大きくなる傾向にある。A flatness measuring device having such a function is useful in many fields, but it is most effective in the field of semiconductor manufacturing. In recent years, with advances in semiconductor manufacturing technology, the size of silicon wafers has tended to increase.
これ圧対して、必要なパターンの最小寸法は微細化の方
向にあり、シリコンウニノ・−の平面性に対しては、ま
すます高い精度が必要とされている。すなわち、投影方
式の焼付けにおいては、ウエノ・−全面が必要な焦点深
度に保持されることが必要であり、微少間隙を介して焼
付けを行なう場合にも、焼付は全面に一様な間隙の形式
が不可決である。In contrast, the required minimum pattern size is becoming smaller, and higher precision is required for the flatness of silicon. In other words, in projection printing, it is necessary to maintain the entire surface at the required depth of focus, and even when printing is performed through minute gaps, the printing is done in the form of uniform gaps over the entire surface. is inconclusive.
これに対し7て、ウェハー自身のそり、変形等を半導体
作成の各プロセスを通じて完全に防止することは、表面
に形成される層の応力が大きいことおよび、経済性およ
び取扱いの都合上、ウェハー厚をそれ程厚くできないこ
とから非常に困難である。したがって、ウエノ・−を保
持しながら同時に適当な外力を加えてウニ・・−の凹凸
を補正することにより、実用上差支えない種子
度にまでウェハー入面の表面度を向上させる技術が不可
決となる。On the other hand, it is difficult to completely prevent warpage, deformation, etc. of the wafer itself through each process of semiconductor fabrication because the stress of the layer formed on the surface is large, and for reasons of economy and handling, the wafer thickness This is extremely difficult because it cannot be made that thick. Therefore, there is a need for a technology to improve the surface roughness of the wafer entrance surface to a level that does not cause any practical problems, by simultaneously applying an appropriate external force while holding the wafer to correct the unevenness of the wafer. Become.
従来、ウニ・・−等の表面凹凸を測定する方法として、
多くの方法が考案され、実行されてい千
る。一つの方法として、禾渉計やモアレ法を用いてウェ
ハー表面の等高線を得る方法がある。Conventionally, as a method for measuring surface irregularities of sea urchins, etc.
Thousands of methods have been devised and implemented. One method is to obtain contour lines on the wafer surface using a traverse meter or a moiré method.
これらの方法は本質的に等高線を検出する方法であるこ
とから、凹凸の数値への変換にあたつ干
では、干渉縞を解読するという高度の情報処理が必要な
こと、および二次元的に多数の光検出器が必要であるこ
と等の欠点を有していた。また半導体プロセス途中で平
面度の測定を行なう場合に、すでに形成されたパターン
の影響を受けて、等高線の形状が不明確になるという欠
点も有していた。Since these methods essentially detect contour lines, converting the unevenness into numerical values requires sophisticated information processing to decipher the interference fringes, and a large number of two-dimensional This method had drawbacks such as the need for a photodetector. Another drawback is that when flatness is measured during a semiconductor process, the shapes of contour lines become unclear due to the influence of already formed patterns.
ウェハーの平面度を測定する他の方法として、特許出願
公開昭52−143052号に示されたフレネルゾーン
プレートを用いて、レーザー光を被測定面に集光し回折
される光束に、回折さ干
れない光束との槃渉縞を形成して所定の間隙に調節され
ていることを確聞する方法がある。この方法は、多数点
を同時に測定することができ、しかも基準となるゾーン
プレートを単一基板上に、ステップ・アンド・リピート
等の生産性の良い方法で多数個容易に作製することが可
能な利点を有している。Another method for measuring the flatness of a wafer is to use a Fresnel zone plate disclosed in Patent Application Publication No. 143052/1985, which focuses a laser beam onto the surface to be measured and converts the diffracted light beam into a diffracted beam. There is a method to confirm that the gap is adjusted to a predetermined distance by forming intersecting fringes with the light beam that does not occur. This method allows measurement of multiple points at the same time, and also allows for the easy production of a large number of standard zone plates on a single substrate using highly productive methods such as step-and-repeat. It has advantages.
しかし、本方法は大口径の光学系を必要とし、高価で大
型の測定装置となってしまう欠点およ千
び、個々の干渉縞を検出するために、それぞれ多数の光
検出器を必要とし、信号判別に複雑な信号処理が必要と
なる欠点を有していた。However, this method requires a large-diameter optical system, resulting in an expensive and large measuring device, and requires a large number of photodetectors to detect individual interference fringes. This method has the disadvantage that complex signal processing is required for signal discrimination.
平面度を検出する他の方法として、特許出願公開昭52
−148147号に示された方法がある。この方法は、
2次元的に配列したハエの目レンズを用い、反射光強度
より平面度を検出する方法であるが、シリコンウニ・・
−の平面度測定に必要な精度にまで、測定精度を向上さ
せることは困難であつ゛た。As another method for detecting flatness, a patent application published in 1972
There is a method shown in No.-148147. This method is
This method uses two-dimensionally arranged fly-eye lenses to detect flatness from the intensity of reflected light, but silicon sea urchin...
It has been difficult to improve the measurement accuracy to the level required for flatness measurement.
本発明の目的は、従来の平面度測定の欠点であった構成
が複雑なこと、半導体のパターンの影響を受けることな
どの点を改善し、薄型で、高密度配列の可能な平面度測
定法を提供することである。The purpose of the present invention is to improve the drawbacks of conventional flatness measurement, such as the complicated structure and the influence of semiconductor patterns, and to provide a flatness measurement method that is thin and capable of high-density arrangement. The goal is to provide the following.
本発明は、また同一出願人の特許出願公告昭55−61
62号の改良にかかわるものである。The present invention is also based on the patent application published by the same applicant on 1986-61.
This is related to the improvement of No. 62.
まず、第1図を用いて、先願特許の内容を説明゛する。First, the content of the prior patent will be explained using FIG.
図中、光源11からの光束は、遮光板12に取付けられ
た照明用ファイノW13aに入射する。照明用ファイバ
J 13 aを構成するファイバAl 3 at +
13 at +・・・・・・と、光検出用ファイバ・−
13b、、13b、、・・・・・とは、図1(b)にレ
ンズ16により、被測定物17と略結像関係に置かれて
いる。光検出用ファイバー13b[より導かれた光束は
、光検出器15により検出される。In the figure, a luminous flux from a light source 11 is incident on an illumination fine nozzle W13a attached to a light shielding plate 12. Fiber Al 3 at + constituting illumination fiber J 13 a
13 at +... and optical detection fiber -
13b, 13b, . . . are placed in a substantially image forming relationship with the object to be measured 17 by the lens 16 in FIG. 1(b). The light flux guided by the optical detection fiber 13b is detected by the optical detector 15.
いま、被測定物17が、光ファイバーの射出面
端A14と完全に結像しているときには、ファイバ13
al + 13 at +・・・・・・から射出した
光束は、被測定物]7で反射された後、完全にそのファ
イバーに戻り、ファイバー13bには光束はほとんど入
射しない。また、被測定物17が焦点外れの位置に動い
たときには、焦点外れによってファイバー13b、、1
3b、、・・・・・に光束が入射し、光検出器15では
光量の検出が行なわれることとなる。Now, when the object to be measured 17 is completely imaged with the exit surface end A14 of the optical fiber, the fiber 13
The light beam emitted from al + 13 at + . Furthermore, when the object to be measured 17 moves to an out-of-focus position, the fibers 13b, 13b, 1
A light flux is incident on 3b, . . . , and the amount of light is detected by the photodetector 15.
−の端面14を複数個配列する方法や、このような検出
装置10を複数個配列することによって実現が可能であ
る。しかし、前者の方法では、広いウェハー面全面にわ
たって良好な結像性能を有するレンズが必要なことから
、必然的に大型で高価な測定機となる欠点がある。また
、後者の方法を実行するには、部品数が増加し、それら
の間の位置調節が非常に煩雑なことが欠点として存在す
る。This can be realized by arranging a plurality of - end faces 14 or by arranging a plurality of such detection devices 10. However, the former method requires a lens that has good imaging performance over the entire wide wafer surface, which inevitably results in a large and expensive measuring device. Furthermore, implementing the latter method has disadvantages in that the number of parts increases and position adjustment among them is very complicated.
本発明け、先願特許を改善し、単純な構成でありながら
、高精度の平面度測定を行なう手段を提供するものであ
る。第2図に示す本発明の第1の実施例を用いて本発明
の詳細な説明する。The present invention improves on the prior patent and provides a means for measuring flatness with high accuracy despite its simple configuration. The present invention will be explained in detail using a first embodiment of the present invention shown in FIG.
半導体レーザー、LED等の光源1(第2図b)から射
出された光束は、ビームスプリッタ−2を透過し、た後
、セルフォックレンズ等の集光レンズ5等で集光され、
光ファイ・(−6に入射する。ここで用いられる光ファ
イバーとしては、通常のマルチモードファイバーの外に
、シングルモードファイバーや、その特殊なものである
、直線偏光や円偏光を、その偏光状態を乱すことなく伝
送する、偏波面保存光ファイバーが目的に応じて用いら
れる。この光ファイバ・−折率分布型集光レンズ16に
入射する。この屈折率分布型集光レンズの製法は、たと
えば特許出願公開昭55 135806号および1時許
出願公開昭57−53702号に示されているが、半導
体製造プロセス同様、適当なマスク月料をバターニング
した後、イオン交換等の手法により屈折率分布を形成し
たものである。光ファイバー6の射出端から放射された
光束は、集光レンズ16により被測定物17上に集光さ
れる。合焦状態において、被測定物17上の光束の大き
さVi最小となり、被測定物により反射された光束はそ
のまま光路を逆進し、再び光ファイバー6に入射する。A light beam emitted from a light source 1 (FIG. 2b) such as a semiconductor laser or LED passes through a beam splitter 2, and then is condensed by a condensing lens 5 such as a SELFOC lens.
Optical fiber (-6) The optical fiber used here is not only a normal multi-mode fiber, but also a single-mode fiber, special fibers such as linearly polarized light, circularly polarized light, and other fibers with different polarization states. A polarization-maintaining optical fiber that transmits data without disturbance is used depending on the purpose.This optical fiber enters the gradient index condenser lens 16.The manufacturing method of this gradient index condenser lens is described in, for example, a patent application. As shown in Publication No. 135806 of 1982 and Publication No. 53702 of 1983, similar to the semiconductor manufacturing process, after buttering a suitable mask material, a refractive index distribution is formed by techniques such as ion exchange. The light beam emitted from the exit end of the optical fiber 6 is condensed onto the object to be measured 17 by the condenser lens 16. In the focused state, the size of the light beam on the object to be measured 17 Vi is minimum. The light beam reflected by the object to be measured travels the optical path in the opposite direction and enters the optical fiber 6 again.
この反射光束は、光ファイバー6を射出した後、集光レ
ンズ5、ビームスプリッタ−2を透過し、光検出器3に
入射して、被測定物の位置検出に用いられる信号となる
。必要に応じて、光源の出力をモニターする光検出器4
が用いられる。This reflected light beam exits the optical fiber 6, passes through the condenser lens 5 and the beam splitter 2, enters the photodetector 3, and becomes a signal used to detect the position of the object to be measured. If necessary, a photodetector 4 monitors the output of the light source.
is used.
第2図においては、光ファイバー6 、6’、 6“と
集光レンーズ16.16’、16“が−次元的に配列さ
れ、真空吸着によって(図示省略)被測定物を細かぐ分
割して保持する保持具18.18’。In Fig. 2, optical fibers 6, 6', 6'' and condensing lenses 16, 16', 16'' are arranged in a -dimensional manner, and the object to be measured is divided into small pieces and held by vacuum suction (not shown). Holder 18.18'.
18“と対応している。それぞれの保持具18゜18’
、 18“は、球軸受を介して、アクチュエーターロ、
ラドl<’1.19’、19“と接続されている。18". Each holder 18°18'
, 18" is the actuator rotor through the ball bearing,
Rad l<'1.19', 19'' is connected.
このような構造の結果、被測定物17の極部的な凹凸は
、アクチュエーターロッド19.19’。As a result of such a structure, the local unevenness of the object to be measured 17 is caused by the actuator rod 19, 19'.
1?“の出し入れによって望むだけ補正できることにな
る。1? You can correct it as much as you want by taking it in and taking it out.
第3図は、本発明の平面度測定装置を三次元的に配列す
る形態を示した図である。屈折率分布形レンズおよび光
ファイバーの取り付は部は、ともに二次元的な1回のパ
ターニング工程により夫々の平板上に加工されている。FIG. 3 is a diagram showing a form in which the flatness measuring device of the present invention is arranged three-dimensionally. Both the gradient index lens and the optical fiber mounting portion are processed on their respective flat plates by a single two-dimensional patterning process.
このため、通常の半導体製造工程におけるマスク合わせ
と同一の手法により、数μm稈度の位置合わせ精度によ
る組立てが一度に実現される。Therefore, by using the same method as mask alignment in a normal semiconductor manufacturing process, assembly with alignment accuracy of several micrometers can be achieved at once.
第4図は、本発明による被測定物の位置検出の様子を示
した図である。横軸は焦点外れ量を、縦軸は検出される
光量を示し7ている。被測定物17が焦光点に一欲して
いる場合には、検出される光量は最大(Imax)であ
り、前後に焦点外れの生じたときには検出される光量は
低下する。この光量低下は、反射されて戻って来た光束
が、ファイバ一端面において焦点外れのため広がってい
るために生じるものであるが、この検出感度は必要に応
じて高くすることも低くすることも可能である。−例と
して、λ= 0.83ttmの半導体レーザー光源と、
コア径5μmのシングルモードファイバ・−とを用い、
N、A、0.6のし・ズで集光した場合にh、検出光量
が半減する焦点外れ量Z (]/2 ) 4’i約0.
3μmと、非常に高精度の焦点検出が行なわれることと
なる。FIG. 4 is a diagram showing how the position of the object to be measured is detected according to the present invention. The horizontal axis represents the amount of defocus, and the vertical axis represents the amount of detected light. When the object to be measured 17 is in focus, the amount of detected light is at a maximum (Imax), and when out-of-focus occurs in the front and back, the amount of detected light decreases. This decrease in light intensity occurs because the reflected light beam is spread out because it is out of focus at one end of the fiber, but this detection sensitivity can be increased or decreased as necessary. It is possible. - for example, a semiconductor laser light source with λ = 0.83ttm;
Using a single mode fiber with a core diameter of 5 μm,
N, A, when condensing at a focal length of 0.6 h, the amount of defocusing that reduces the amount of detected light by half Z (]/2) 4'i approximately 0.
Focus detection is performed with extremely high precision of 3 μm.
本発明を用いて、被測定物17を所望の平面である。Using the present invention, the object to be measured 17 is a desired plane.
最も単純な方法としては、検出される光束の絶対光敏を
用いる制(財)法がある。夫々のアクチュエーターロッ
ド19を前後に駆動することにより、夫々の光検出器3
からの出力は第4図に従って増減する。いま、ウェハー
上の各点の入射光に対する反射特注が同一であり、すべ
ての光検出器から合焦時には同一の大きさの出方を駆動
して検出される光量が特定の値、たとえば(I max
/2 )になるように制御を行なう。第4図より明らか
なように、光量が(Imax/2 )となる焦点外れの
位置tま2つ存在するが、この判別はアクチュエ・−タ
ーロッド19の出し入れに対する検出光量の増減の方向
により行なうことができる。The simplest method is a method that uses the absolute light sensitivity of the detected luminous flux. By driving each actuator rod 19 back and forth, each photodetector 3
The output from increases and decreases according to FIG. Now, the reflection customization for the incident light at each point on the wafer is the same, and the amount of light detected by driving the output direction of the same size from all photodetectors when in focus is a specific value, for example (I max
/2). As is clear from FIG. 4, there are two out-of-focus positions t where the light amount is (Imax/2), but this determination is made based on the direction of increase/decrease in the detected light amount with respect to the insertion and removal of the actuator rod 19. I can do it.
また、簡便な方法としては、検出光量が最大値I ma
xに十分近いことを確認手段として用いる方法もある。In addition, as a simple method, the amount of detected light is the maximum value I ma
There is also a method that uses the fact that it is sufficiently close to x as a means of checking.
たとえば、検出光量がImaxの95X以上あれば良い
とする方法であり、平面度の町・不可の判別は容易とな
る。For example, this method requires that the amount of detected light be 95X or more of Imax, and it is easy to determine whether the flatness is good or bad.
第2の制御法として、夫々の光検出器における最大検出
光量を検出【2、その値を記憶して前記制御を行なう方
法がある。このような制御を行なった場合には、夫々の
光束が照射されているウェハー上の夫々の点の表面構造
が異なり、その結果反射率が部分的に変化している場合
にも、正確に平面調節を行なうことが可能となる。As a second control method, there is a method of detecting the maximum amount of light detected by each photodetector [2], storing the value, and performing the above-mentioned control. When this kind of control is performed, even if the surface structure of each point on the wafer irradiated with each light beam is different, and as a result the reflectance varies locally, it is possible to accurately maintain a flat surface. Adjustments can be made.
第3の制御法としては、光ディスク等のオートフォーカ
ス等で用いられている極大値の検出法がある。アクチュ
エータ・−ロッド19を特定の周波数で前後に駆動し、
これに対する光検出器3の出力をみると、zNOの焦点
外れの位置にかける信号出力はアクチュエーターロッド
19の周波数と同一の周波数で変動し、その符号が前ピ
ン・後ピンに応じて反転する。一方、Z=。As a third control method, there is a local maximum value detection method used in autofocus of optical discs and the like. Actuator - drives the rod 19 back and forth at a specific frequency;
Looking at the output of the photodetector 3 in response to this, the signal output applied to the out-of-focus position of zNO fluctuates at the same frequency as the frequency of the actuator rod 19, and its sign is reversed depending on the front focus and rear focus. On the other hand, Z=.
の合焦位置においては、アクチュエーターロッド19の
駆動周波数と同一周波数の出力成分け0となり、倍の周
波数成分が生じてくる。At the in-focus position, the output component of the same frequency as the driving frequency of the actuator rod 19 becomes zero, and a frequency component twice as high as that of the actuator rod 19 is generated.
以上に示した3つの信号検出法は、被測定物17の反射
率の均一性、面の傾きの程度等に応じて使い分けること
ができる。The three signal detection methods described above can be used depending on the uniformity of the reflectance of the object to be measured 17, the degree of inclination of the surface, etc.
本発明においては、シネカメラや、光ディスクのオート
フォーカス等で問題となる被測定物の動きに対する追随
性能は全く問題とならない。In the present invention, the ability to follow the movement of the object to be measured, which is a problem in cine cameras, autofocus of optical discs, etc., is not a problem at all.
必要な平面補正を行なう許容時間に応じて、アクチュエ
ーターロッド19の駆動速度あるいは駆動周波数を定め
れば良い6また、いったん規定の平面度に制御゛した後
には、アクチュエーターロッド19を固定することによ
り、焼付は工程における平面度の達成が可能となる。又
、ウェハーの表面は平面であることのほかに、半導体焼
付は光学系の正しい結像面に一致して置かれる必要があ
る。本発明に於いては、複数個配列されたレンズの配置
面を焼付光学系に対して所定の位置に置かれる様に構成
されている。The driving speed or driving frequency of the actuator rod 19 may be determined according to the allowable time for performing the necessary flatness correction.6 Also, once the flatness is controlled to a specified level, by fixing the actuator rod 19, Baking allows achieving flatness in the process. In addition to the surface of the wafer being flat, the semiconductor printing must also be placed in line with the correct imaging plane of the optical system. In the present invention, the arrangement surface of a plurality of arranged lenses is placed at a predetermined position with respect to the printing optical system.
本発明の第2の実施例として集光レンズにホログラムレ
ンズを用いた例を第5図に示す。ここで用いられている
集光レンズ16.16’、16“は、ダイクロメートゼ
ラチン等の体積型ホログラムレンズで作られたホログラ
ムレンズであり、通常のレンズと同様な集光能力を有し
ている。FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention in which a hologram lens is used as a condenser lens. The condensing lenses 16, 16' and 16'' used here are hologram lenses made of volume hologram lenses such as dichromate gelatin, and have the same light condensing ability as ordinary lenses. .
このホログラムレンズは基板8上に感光材料を塗布した
後、光学的なステップパアンドリピート、あるいは多数
個同時焼料けの光学系によって、容易に量産することが
できる。また、前述の屈折率分布型レンズ同様、個々の
レンズピッチは製造時に数μm以下の位置誤差で形成さ
れているために、マスクアライメントの手法により全数
同時に光軸合わせをすることができる。This hologram lens can be easily mass-produced by applying a photosensitive material onto the substrate 8 and then using an optical step-and-repeat method or an optical system in which multiple lenses are fired simultaneously. Further, like the above-mentioned gradient index lens, since the individual lens pitches are formed with a positional error of several μm or less during manufacturing, the optical axes of all lenses can be aligned at the same time using the mask alignment method.
第5図中には、焦点外れの前後方向の判別を実現する手
法も示されている。いま、光ファイバー6を通して、二
つの波長λ3.λ、の光来が伝送されるとする。通常の
単純なレンズは、特別に色消しを行なわない限シ、光軸
上に色収差があシ、同一物体に対して結像点が光軸方向
にずれる。Also shown in FIG. 5 is a method for realizing front-back direction discrimination of out-of-focus conditions. Now, two wavelengths λ3. Suppose that the light of λ is transmitted. Unless a normal lens is specially achromatized, there will be chromatic aberration on the optical axis, and the focal point of the same object will shift in the optical axis direction.
第5図は、波長λ、の光束に対して完全な合焦位謄に被
測定物17の表面が一致した場合を示している。このと
き波長λ、の光束に対しては、レンズ16を介して光フ
ァイバー6の射出端面と被測定物17の表面とは結像関
係の共役の位置となっている。これに対して、異った波
長λ2の光に対しては、結像位鎧は図中の破線120で
示した面となり、この波長の光束に対しては被測定物1
7は焦点外れとなっている。この焦点外れ量をΔとする
と、この値はレンズ16の焦点距離に比例する。またホ
ログラムレンズにおいて、レンズの焦点距離は使用波長
に反比例するので、ごくわずかの波長変化で大幅な焦点
外れを作り出すことが可能となる。FIG. 5 shows a case where the surface of the object to be measured 17 is in perfect focus with respect to the light beam having the wavelength λ. At this time, for the light beam having the wavelength λ, the exit end face of the optical fiber 6 and the surface of the object to be measured 17 are located at a conjugate position in an imaging relationship through the lens 16. On the other hand, for light of a different wavelength λ2, the imaging position shield becomes the surface indicated by the broken line 120 in the figure, and for the light beam of this wavelength, the object to be measured
7 is out of focus. Letting this defocus amount be Δ, this value is proportional to the focal length of the lens 16. Furthermore, in a hologram lens, the focal length of the lens is inversely proportional to the wavelength used, so it is possible to create a large defocus with a very small change in wavelength.
同一の光ファイバー6を通して、二つの波長λ8.λ、
を伝送し、また独立に検出する手法は、光通信の分野で
用いられている波長多重の手法をそのまま用いることが
できる。第5図(blはこの波長多重技術の一例を示し
たものである。2つの異った波長λ1.λ、の光束は光
ファイバー6を通して伝送され、ガラスブロック20中
に入射する。この光束はコリメーションレンズ21を通
って平行光束となり、プリズム22を通って回折格子2
3に入射する。回折格子によって回折された光束の進行
方向は、光の波長に応じて大きく変化するため、波長λ
、の光束は回折後コリメーションレンズ21により集光
されて光ファイバー119に導かれ、また波長λ、の光
束は光ファイバー119′に導かれる。Through the same optical fiber 6, two wavelengths λ8. λ,
The wavelength multiplexing method used in the field of optical communication can be used as a method for transmitting and independently detecting. FIG. 5 (bl) shows an example of this wavelength multiplexing technique. Light beams of two different wavelengths λ1.λ are transmitted through the optical fiber 6 and enter the glass block 20. This light beam is collimated. It passes through the lens 21, becomes a parallel light beam, passes through the prism 22, and enters the diffraction grating 2.
3. The traveling direction of the light beam diffracted by the diffraction grating varies greatly depending on the wavelength of the light, so the wavelength λ
After diffraction, the light flux of , is condensed by the collimation lens 21 and guided to the optical fiber 119, and the light flux of wavelength λ is guided to the optical fiber 119'.
第6図1b+は、波長に応じて光束が分割される様子を
示したが、光の進行方向を逆にすると、これはそのまま
二つの異った波長の光源からの光束の合成に用いること
ができる。Figure 6 1b+ shows how the luminous flux is split according to the wavelength, but if the traveling direction of the light is reversed, this can be used as it is to combine the luminous flux from light sources with two different wavelengths. can.
第6図は二つの波長を用いることによシ焦点外れの方向
が検出できる原理を示した図で、横軸は焦点外れ量を、
縦軸は検出される光量を示している。波長λ、と波長λ
、の光束に対する集光位置は、焦点外れ量2に対して長
さΔだけずれているだめ、波長λ、の光束の検出光量ピ
ークは2=Δ/2で生じ、一方波長λ、の光束の検出光
量のピークはZ=−2Δで生じる。い4、Z>0の領域
では、波長λ、の光束の検出光量I(ハ)の方が波長λ
1の光束の検出光量I(λ1)よシも大きく、z〈0の
領域ではその逆である。両者の差をとると、第6図1b
+に示すようになシ、差信号の符号から焦点外れの方向
が検出できることとなる。Figure 6 is a diagram showing the principle by which the direction of defocus can be detected by using two wavelengths, and the horizontal axis represents the amount of defocus;
The vertical axis indicates the amount of light detected. wavelength λ, and wavelength λ
The focusing position for the light beam of wavelength λ is shifted by a length Δ with respect to the amount of defocus 2, so the detected light intensity peak of the light beam of wavelength λ occurs at 2=Δ/2, while the peak of the detected light amount of the light beam of wavelength λ, The peak of the amount of detected light occurs at Z=-2Δ. 4. In the region where Z>0, the detected light amount I (c) of the luminous flux with wavelength λ is smaller than the wavelength λ.
The detected light quantity I(λ1) of the luminous flux of 1 is also larger, and the opposite is true in the region of z<0. Taking the difference between the two, Figure 6 1b
As shown in +, the direction of out-of-focus can be detected from the sign of the difference signal.
第7図は本発明の第3の実施例をあられした図である。FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
基板24上には、面発光型半導体レーザー1.1’、1
’および光検出器3.3’、3’が、それらの電源およ
び増幅回路(図示せず)とともに作成されている。レー
ザー1がら射出された光束は、略45°方向に結晶軸を
向けて切υ出された、複屈折性結晶板25中を進行する
。レーザーから射出する直線偏光が、この結晶の常光線
に相当している場合には、光束は通常の屈折の法則に従
ば進行する。結晶板25を透過した直線偏光は、4分の
1波長板126を通って円偏光とな9、非球面モールド
レンズ16によって被測定物17上に集光される。この
非球面モールドレンズは、−次元、あるいは2次元のハ
エの眼レンズとして一体に形成されている。被測定物1
7により反射された光束はレンズ16を通った後、4分
の1波長板126を再び通過して、最初に半導体レーザ
ーから射出された直線偏光とは、直交した方向に振動面
を有する直線偏光となるため、結晶板25に対しては異
常光線となる。この結果反射光束はレーザーから射出さ
れる光束とは異った光路を通って光検出器3に入射する
。光検出器の感肌の空間分布が適当であれば、その出力
から焦点外れの情報が検出される。On the substrate 24 are surface-emitting semiconductor lasers 1.1', 1.
' and photodetectors 3.3', 3' are created together with their power supply and amplification circuits (not shown). The light beam emitted from the laser 1 travels through a birefringent crystal plate 25 cut out with the crystal axis oriented in the approximately 45° direction. If the linearly polarized light emitted from the laser corresponds to the ordinary ray of this crystal, the light beam will proceed according to the normal law of refraction. The linearly polarized light that has passed through the crystal plate 25 passes through a quarter-wave plate 126 and becomes circularly polarized light 9, and is focused onto the object to be measured 17 by the aspherical molded lens 16. This aspherical molded lens is integrally formed as a -dimensional or two-dimensional fly's eye lens. Measured object 1
After the light beam reflected by 7 passes through the lens 16, it passes through the quarter-wave plate 126 again, and the linearly polarized light that is initially emitted from the semiconductor laser is linearly polarized light that has a plane of vibration in a direction perpendicular to the linearly polarized light emitted from the semiconductor laser. Therefore, it becomes an extraordinary ray with respect to the crystal plate 25. As a result, the reflected light beam enters the photodetector 3 through a different optical path from that of the light beam emitted from the laser. If the spatial distribution of the sensitive skin of the photodetector is appropriate, out-of-focus information can be detected from its output.
このような構成をとることによシ、光ファイバー、ビー
ムスプリッタ−等の部品が不要となり、しかも、同一平
面上に2次元的に形成された半導体レーザーと光検出器
を用いるために、個々の部品の位置合わせが不要で、超
薄型に形成できるという利点が生じる。This configuration eliminates the need for components such as optical fibers and beam splitters. Furthermore, since the semiconductor laser and photodetector are two-dimensionally formed on the same plane, individual components can be eliminated. There is no need for alignment, and the advantage is that it can be formed ultra-thin.
照明光束と、検出光束とを分離した、本発明の第4の実
施例を第8図に示す。面発光半導体レーザーからの光束
は、基板8を透過してオフアクシスホログラムレンズ1
6に入射する。オフアクシスホログラムレンズ16は、
光束を被測定物17上に斜め方向から集光する機能を有
している。反射光束はホログラムレンズ16に隣接して
形成されたホログラムレンズ26に入射し、回折されて
光検出器33および34に入射する。本実施例では、光
束が被測定物17に斜入射するため、光検出器上に生じ
る光点は、焦点外れ量に応じて横移動を生じる。したが
って、第8図に示したような2分割形光検出器33゜3
4を用いて、その差をとることにより焦点外れの方向判
別が可能となる。A fourth embodiment of the present invention in which the illumination light flux and the detection light flux are separated is shown in FIG. The light beam from the surface-emitting semiconductor laser passes through the substrate 8 and passes through the off-axis hologram lens 1.
6. The off-axis hologram lens 16 is
It has a function of focusing a light beam onto the object to be measured 17 from an oblique direction. The reflected light flux enters a hologram lens 26 formed adjacent to the hologram lens 16, is diffracted, and enters photodetectors 33 and 34. In this embodiment, since the light beam obliquely enters the object to be measured 17, the light spot generated on the photodetector causes lateral movement according to the amount of defocus. Therefore, a two-part photodetector 33°3 as shown in FIG.
By using 4 and taking the difference, it is possible to determine the direction of out-of-focus.
以上、本発明の種々の実施例における集光要素としては
、屈折率分布型レンズ、インライン型ホログラムレンズ
、オフアクシスホログラムレンズ、非球面モールドレン
ズを示したが、必要とされる測定精度に応じた結像性能
を有する光学系であれば、いかなるものでも使用可能で
ある。As described above, the converging elements in various embodiments of the present invention include a gradient index lens, an in-line hologram lens, an off-axis hologram lens, and an aspherical molded lens. Any optical system can be used as long as it has imaging performance.
第9図および第10図は、本発明において、結像光学系
に正立等倍結像光学系を用いた実施例である。第9図に
おいて、光ファイバー6の射出端より射出した光束は、
屈折率分布型結像レンズ(商品名:セルフォックレンズ
)により被測定物17上に集光され、壕だ反射光束は前
に示した実施例と同様に光フアイバー6上に′集光され
る。このような正立等倍結像系を用いた場合には、複数
の結像素子が協同して結像作用を行ない、適切な配置を
とることにより焦点外れの検出精度を高めることができ
る。まだ、結像光学系と、光ファイバーの光軸合わせが
基本的には不要であるという長所を有している。9 and 10 show examples in which an erect equal-magnification imaging optical system is used as the imaging optical system in the present invention. In FIG. 9, the light flux emitted from the exit end of the optical fiber 6 is
The light is focused onto the object to be measured 17 by a gradient index imaging lens (product name: SELFOC lens), and the trench-reflected light beam is focused onto the optical fiber 6 as in the previous embodiment. . When such an erect equal-magnification imaging system is used, a plurality of imaging elements cooperate to form an image, and by appropriately arranging them, it is possible to improve the accuracy of out-of-focus detection. However, it still has the advantage that alignment of the optical axes of the imaging optical system and the optical fiber is basically unnecessary.
第10図に示した実施例では、光ファイバー6は屈折率
分布型レンズ27 、27’の境界に配置されている。In the embodiment shown in FIG. 10, the optical fiber 6 is placed at the boundary between the gradient index lenses 27 and 27'.
光量的には損失が生じる反面、焦点外れ時の光量変化は
大きくなる。While there is a loss in light quantity, the change in light quantity when out of focus becomes large.
以上、本発明により、従来の平面度測定法では実現し得
ない、以下のような効果が生じた。As described above, the present invention has produced the following effects that cannot be achieved with conventional flatness measurement methods.
まず第1に、半導体製造工程中でも、プロセスの影響を
あまシ受けない平面度測定法が実現されることが効果と
してあげられる。本発明で被測定物の平面度を測定する
ために必要な測定点の大きさは、最小直径1μm程度に
することができ、ウェハー上のパターンを避けることが
容、ン
易となる。とくに、各ハク1p特定の部分を平面度測定
の領域としたり、切断時に用いられるスクライプライン
上を測定点として用いることにより、安定した平面展測
定が実現できる。First of all, it is possible to realize a flatness measurement method that is not affected by the process even during the semiconductor manufacturing process. In the present invention, the size of the measurement point required to measure the flatness of the object to be measured can be set to a minimum diameter of about 1 μm, making it easy to avoid patterns on the wafer. In particular, stable flatness measurement can be achieved by setting a specific portion of each square 1p as a flatness measurement area or by using a scribe line used during cutting as a measurement point.
第2の効果としては1.薄型で安定した平面度測定の手
段が提供されることである。本発明は、微小な被測定物
の位置測定器を並列に配列した構成をとっているため、
ウェハーの大きさが、5インチから6インチ、フインチ
・・・と大きくなっても、測定装置の厚さを増す必要が
ほとんど無い。The second effect is 1. It is an object of the present invention to provide a thin and stable means for measuring flatness. Since the present invention has a configuration in which position measuring devices for minute objects to be measured are arranged in parallel,
Even if the size of the wafer increases from 5 inches to 6 inches, finches, etc., there is almost no need to increase the thickness of the measuring device.
さらに、本発明では、平板上に定められたピッチで配列
された光学要素を組合せる形をとっているため、従来の
光学系のコスト上昇の太きな要因であった1、光軸合せ
の手順が一度で済むこととなシ、その効果は大きい。1Furthermore, since the present invention combines optical elements arranged at a predetermined pitch on a flat plate, it is difficult to align optical axes, which was a major factor in increasing the cost of conventional optical systems. The effect is great because the procedure only needs to be done once. 1
第1図は本発明の先願特許をあられした図、第2図は本
発明の第1の実施例をあられした図、第3図は本発明の
第1の実施例今寺妾弁釣→11ktを斜視図としてあら
れした図、第4図は本発明によシ検出される焦点外れ信
号をあられした図、
第5図は本発明の第2の実施例をあられした図、
第6図は本発明の第2の実施例において検出される焦点
外れ信号をあられした図、
第7図は本発明の第3の実施例をあられした図、
第8図は本発明の第40笑施例をあられした図、
第9図、第10図は本発明の実施例の変形例をあられし
た図である。
図中、11は白熱光源、12は遮光板、13は光ファイ
バー、16は集光レンズ、15は光検出器、6.6’、
6“は光ファイバー、7は遮光板、8,9はガラス基板
、1は半尋体レーザー、LED等の光γ、2はビームス
グリツタ−13゜4は光検出器、18.18’、18“
は保持具、19.19’、19“はアクテユ集−ターロ
ツド、23は回折格子、26はオフアクシスホログラム
レンズである。
出願人 キャノン株式会社
F、7図
(α)
篩?(2)
(α)
す
(b)
憤11
¥5に
(α)
(b)Figure 1 is a diagram showing the prior patent of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the first embodiment of the present invention, and Figure 3 is the first embodiment of the present invention. 11kt as a perspective view, FIG. 4 is a diagram showing the out-of-focus signal detected by the present invention, FIG. 5 is a diagram depicting the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram depicting the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the out-of-focus signal detected in the second embodiment of the invention, FIG. 7 is a diagram showing the third embodiment of the invention, and FIG. 8 is a diagram showing the 40th embodiment of the invention. Figures 9 and 10 are diagrams showing modified examples of the embodiment of the present invention. In the figure, 11 is an incandescent light source, 12 is a light shielding plate, 13 is an optical fiber, 16 is a condensing lens, 15 is a photodetector, 6.6',
6" is an optical fiber, 7 is a light shielding plate, 8 and 9 are glass substrates, 1 is a light gamma such as a semicircular laser or LED, 2 is a beam sinter - 13°, 4 is a photodetector, 18.18', 18 “
19, 19', 19'' are actuator rods, 23 is a diffraction grating, and 26 is an off-axis hologram lens. Applicant: Canon Corporation F, Figure 7 (α) Sieve? (2) (α ) Su (b) Anger 11 ¥5 (α) (b)
Claims (1)
、および、該被測定物から反射される光束を検出する手
段より構成された非接触位置検出方法において、前記光
源、導光手段、光検出手段を夫々略同一平面上に複数個
配列したことを特徴とする平面度測定装置。 (2、特許請求の範囲第1項記載の平面度測定装置にお
いて前記導光手段は、同一基板上に配列されたホログラ
ムレンズであることを特徴とする平面度測定装置。 (8)特許請求の範囲第1項記載の平面度測定装置にお
いて前記導光手段は、平行平板の外形を有する屈折率分
布型の集光素子であることを特徴とする平面度測定装置
。 (4)特許請求の範囲第1項記載の平面度測定装置にお
いて、前記果光喪素は、複数個のレンズを一体に構成し
なマルチレンズであることを特徴とした平面度測定装置
。 (6)特許請求の範囲第1項記載の平面度測定装置にお
いて、前記複数個の被測定物の位置検出手段に対応して
、前記被測定物に変形を与える手段を有し、被測定物の
形状を略平面に補正する機能を有することを7侍徴とす
る平面度測定装置。[Scope of Claims] (1) A non-contact position detection method comprising a light source, a means for guiding a light beam from the light source to an object to be measured, and a means for detecting a light beam reflected from the object to be measured, A flatness measuring device characterized in that a plurality of light sources, light guide means, and light detection means are arranged on substantially the same plane. (2. The flatness measuring device according to claim 1, wherein the light guide means is a hologram lens arranged on the same substrate. (8) The flatness measuring device according to claim 1) The flatness measuring device according to claim 1, wherein the light guide means is a gradient index condensing element having a parallel plate outer shape. (4) Scope of Claims The flatness measuring device according to claim 1, wherein the optical element is a multi-lens that does not integrally constitute a plurality of lenses. The flatness measuring device according to item 1, further comprising means for deforming the object to be measured, corresponding to the position detection means for the plurality of objects to be measured, and correcting the shape of the object to be approximately flat. A flatness measurement device with seven functions.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18399982A JPS5973712A (en) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | Flatness measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18399982A JPS5973712A (en) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | Flatness measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5973712A true JPS5973712A (en) | 1984-04-26 |
Family
ID=16145544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18399982A Pending JPS5973712A (en) | 1982-10-20 | 1982-10-20 | Flatness measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5973712A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2600412A1 (en) * | 1986-06-18 | 1987-12-24 | Bertin & Cie | OPTO-ELECTRONIC DEVICE FOR DETERMINING THE DISTANCE AND SHAPE OF AN OBJECT |
KR20020079615A (en) * | 2002-07-03 | 2002-10-19 | 김경석 | Simplified Light Measurement System for Simultaneous Deformation and Shape Measurement using Fiber-Optic Light Deliverly System |
EP1347279A2 (en) * | 2002-03-19 | 2003-09-24 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Ultrasonic receiving apparatus and ultrasonic imaging apparatus |
JP2015034792A (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | キヤノン株式会社 | Interference measurement device |
CN109668861A (en) * | 2018-12-25 | 2019-04-23 | 江苏日托光伏科技股份有限公司 | The component backboard method of inspection after a kind of MWT lamination |
-
1982
- 1982-10-20 JP JP18399982A patent/JPS5973712A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2600412A1 (en) * | 1986-06-18 | 1987-12-24 | Bertin & Cie | OPTO-ELECTRONIC DEVICE FOR DETERMINING THE DISTANCE AND SHAPE OF AN OBJECT |
EP1347279A2 (en) * | 2002-03-19 | 2003-09-24 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Ultrasonic receiving apparatus and ultrasonic imaging apparatus |
EP1347279A3 (en) * | 2002-03-19 | 2005-05-25 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Ultrasonic receiving apparatus and ultrasonic imaging apparatus |
KR20020079615A (en) * | 2002-07-03 | 2002-10-19 | 김경석 | Simplified Light Measurement System for Simultaneous Deformation and Shape Measurement using Fiber-Optic Light Deliverly System |
JP2015034792A (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | キヤノン株式会社 | Interference measurement device |
CN109668861A (en) * | 2018-12-25 | 2019-04-23 | 江苏日托光伏科技股份有限公司 | The component backboard method of inspection after a kind of MWT lamination |
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