JPS61108904A - 光学的干渉測定装置 - Google Patents

光学的干渉測定装置

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JPS61108904A
JPS61108904A JP60130939A JP13093985A JPS61108904A JP S61108904 A JPS61108904 A JP S61108904A JP 60130939 A JP60130939 A JP 60130939A JP 13093985 A JP13093985 A JP 13093985A JP S61108904 A JPS61108904 A JP S61108904A
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ワルター・イエーリツシユ
ギユンター・マコシユ
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02015Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G01B9/02021Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations contacting different faces of object, e.g. opposite faces
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    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • GPHYSICS
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

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】 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 C0従来技術 り0発明が解決しようとする問題点 E0問題点を解決するための手段 F、実施例 fl、第1の実施例 f2.第2の実施例 G0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
気ディスクである。
B。開示の概要 図面を参照すると、例えば不透明のウェーハである。平
面状の対象物6がその表面全体に亘って干渉装置(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
・スプリッ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15bでさらに反射した後、基準ビームと
同一の方向に沿ってビーム・スプリッタ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
厚さをあられし、それは電子的に、またはパターン修復
法によって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。
C0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ォトリソグラフィの分野があ
り、その場合、例えばチャックなどの支持体上に、きわ
めて高い平面度をもつウェ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、ウェーハの厚さの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
とによっても生じ得る。
基板の厚さを測定するための1つの周知の方法は1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っ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1例え
ばチャッ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。基板がチャックにより損傷される虞れがあるから
である。
D1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。
E0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
迅速にスフ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 fl、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・スプリッタ4によって、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・スプリッタは半反射ガラス・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の間に配置される。測
定ビーム3bの入射角αは、ビームが1l15a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・スプリッタ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
えばディジタル化の後。
処理され電子的に数値化される。
参照符号1o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の距離り及びブレーズ格子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aが75°よりも大き
い値を有していなく隔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
のハイブリッド干渉装置のように、干渉パターンのディ
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、30b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間の距離り、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、32b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・スプリッタにより基準ビーム32aと測定ビーム3
2b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5a、5bの対称平面との垂直方向に進んで鏡30b
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3
2g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って実行される。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。
G1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、S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b)だ第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・スプリッタ、5a
、5b・・・・平面鏡、6・・・・対象物、7・・・・
ブレーズ格子、9・・・・テレビ・カメラ、30a、3
b・・・・折りたたみ可能な鏡。 出願人  インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人  弁理士  山  本  仁  朗(外1名) 獲1の支流例 第1riA 第2図 第3図 他の実施イ列

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)表裏面をもつ対象物を間に配置するための
    一対の平行な平面鏡と、 (b)光源と、 (c)上記光源からの光を基準光と、上記平面鏡の間に
    入射する光とに分けるためのビーム・スプリッタと、 (d)上記平面鏡から上記対象物の一方の面に入射し反
    射した光を、上記対象物の他方の面の対向箇所に入射す
    るように屈曲するための手段と、(e)上記他方の面か
    ら反射した光と上記基準光との干渉を測定するための手
    段、 とを具備する光学的干渉測定装置。
  2. (2)上記屈曲するための手段がブレーズ格子である特
    許請求の範囲第(1)項に記載の光学的干渉測定装置。
  3. (3)上記屈曲するための手段が折りたたみ可能な鏡で
    ある特許請求の範囲第(1)項に記載の光学的測定装置
JP60130939A 1984-10-31 1985-06-18 光学的干渉測定装置 Granted JPS61108904A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP84113059.4 1984-10-31
EP84113059A EP0179935B1 (en) 1984-10-31 1984-10-31 Interferometric thickness analyzer and measuring method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61108904A true JPS61108904A (ja) 1986-05-27
JPH043806B2 JPH043806B2 (ja) 1992-01-24

Family

ID=8192252

Family Applications (1)

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JP60130939A Granted JPS61108904A (ja) 1984-10-31 1985-06-18 光学的干渉測定装置

Country Status (4)

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US (1) US4653922A (ja)
EP (1) EP0179935B1 (ja)
JP (1) JPS61108904A (ja)
DE (1) DE3471368D1 (ja)

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