JPS63124901A - 干渉計 - Google Patents

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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は対象物の表面の状態についての情報を生成する
ための干渉計に関するものである。

Ｂ、従来技術 微小な寸法を測定するため、従来から干渉型の測定装置
が使用されてきた。こうした装置の１つのタイプとして
膨張計が知られるようになった。

そのような装置は、一般に、共通の源から発せられる複
数の光ビームの長さ及び方向を変える反射部材を用いて
いる。したがって、寸法の情報は、互いに関連する複数
の光ビーム間の周波数シフトで相関させることができる
。このような膨張計が米国特許第３７８８７４６号に示
されている。これは、プリズムの前面と後面の反射と共
にプリズムのコーナーを用いたものである。

これらの装置が簡単なものであるというのは１つの利点
である。成る構造では、個別的な光学部品を使って簡単
な部品を実現している。そのような構造は米国特許第４
１４２７９７号に示されている。ここでは、−枚の板の
両端が、１つの部品においてビームの分割のために用い
られ、別の部品において、成る角度で結合する２つの面
からの反射（ルーフミラーとして知られる）がビームの
方向を変えるために使用されている。

他の望ましい特徴は感度である。感度は部品の角度調整
によって得られる。そのような構造は、Ｍ、　Ｆｒａｎ
ｃｏｎｅによる”０ｐｔｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏ
ｍｅｔｅｒ″（Ａｃａｄｅｎ＋ｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　１
９６６）の第９９頁に記述されているＪａｍｉｎの干渉
計として知られる装置において説明されている。この装
置は、平行に設けられた２つの反射鏡の前面及び後面の
両方における反射による光の経路を使用する。感度はミ
ラーの平行度を変える角度調整によって得られる。

しかしながら、上述したような装置は、高価なプリズム
を使用し、またノイズに対する感度の点で問題がある。

Ｃ８問題点を解決するための手段 そこで本発明の干渉計はこの問題を解決するため、（ａ
）コヒーレントな光によるビームを供給する手段と、（
ｂ）このビームを３つの平行なビームに分割して該３つ
の平行なビームを対象物の表面に向ける手段と、（ｃ）
３つの平行なビームが上記対象物の表面で反射した後、
該３つの平行ビームのうちの外側のビームと中央のビー
ムとを組み合わせる手段と、（ｄ）これらのビーム間の
干渉を検出する感知手段とより成ることを特徴とする。

本発明の作用は以下の実施例と共に説明する。

Ｄ、実施例 本実施例はワークピースの表面の状態を示すための干渉
計である。本実施例によれば、コヒーレント光によるビ
ームが、平行に相対する反射部材の前面及び後面での反
射によって３つの平行ビームに分割される。３つの平行
ビームはワークピースの表面で反射され、この反射され
た３つの平行ビームは、平行に相対する反射部材の前面
及び後面での反射により組み合わされ、最終的に、各ビ
ームについての個別的なセンサに振り向けられる。

ワークピースの表面の状態（たとえば、反射率、変位、
回転、たわみなど）は生きビームとその外側の各ビーム
との位相差で測定される。

第１図を参照するに、コヒーレント光によるビーム１が
光源２（たとえばレーザ）から供給される。ビーム１は
平行な反射を生じる部材３にあたる。部材３は前側反射
面４と後側反射面５を有する。

光は、第１の区域（分割区域）９で反射面４及び反射面
５の一方又は双方における反射によって、３つの平行ビ
ーム６．７及び８に分割される。これらの３つの平行ビ
ーム６．７及び８はワークピース１４の表面１３の隣接
した領域１０．１１及む１２にあたる。説明の簡単のた
め１表面１３は中央領域１１で、他の領域１０及び１２
から離れた表面を含む対象１５を有するとする。これは
、たとえば、半導体ウェハー上に導電性部材が存在する
ような状態である。領域１０．１１及び１２における反
射後の３つの平行ビームは第２の区域（組合せ区域）１
６でさらにセンサ１７及び１８の方向に反射される。区
域１６において、部材３の２つの反射面４及び５の双方
での反射によって表面１３上の対象１５の存在により生
ずる区域９と区域１６との間における光路差は、ビーム
の組合せによって、中央ビーム７とビーム６との間の干
渉（センサ１７で感知される）を生せしめる。

同様に、中央ビーム７とビーム８の組合せも区域１６で
生じ、その結果得られる干渉がセンサ１８により観測さ
れる。

本実施例の構造は診断において及び製造器具として好都
合である。さらに、変動するノイズに対して、及びワー
クピースの縦及び横の両方向における一律的な動きに対
しては、比較的感度かにぷい。一方、１ミリワツトの光
エネルギ及び１オングストロームの突起を測定しうるに
十分な感度を有する。そのような感度があるので、その
部分のまわりの領域は空気の流れの如き周囲の作用によ
って影響されることがある。したがって、高感度が要求
される場合には、遮へいが使用されるであろう。

部材３は通常のミラーでもよいが、表面４の反射率より
も表面５の反射率を訃＜シておくと、より高い感度が得
られる。センサ１７及び１８は任意のフォトダイオード
でよい。

本実施例によれば、コヒーレントなビーム１は１つの区
域における両面の反射を使って平行ビームに分割され、
ワークピースの表面による反射後、そのビームを両面の
反射を使って別の区域で組み合せることによって、ワー
クピースの表面の差異を光学的位相差に変換することが
できる。

変位１反射、たわみ１回転などのワークピースにおける
表面の変動によって生じるビーム６とビーム７との間及
びビーム７とビーム８との間の光路差は、２つの平行な
表面４及び５の内部的な反射によるビームの組合せで表
わされ、強め合う又は弱め合うビームの干渉によるセン
サ１７及び１８による強度の変化が供給される。

区域１６における内部的なビームの干渉は第２図及び第
６図の別な構成例と共に詳しく説明する。

第２図で、部材３は第１の区域９及び第２の区域１６が
光源１ならびにセンサ１７及び１８を適当な位置に置く
ことによって配置されるように構成されている。この構
成は内部素子の大きさの融通性が高い、なお、この実施
例の場合、部材３は２つの素子から成る。

第２図を参照するに、光源２からのビーム１は第１の区
域９で部材３にあたる。ビーム１の一部は位置２０で前
側表面４にあたる６位置２０で反射したビームには参照
番号６を付した。位置２０からさらに進んだビームは位
置２１で後側表面５にあたり反射する。このビームには
参照番号７を付した。ビーム７はビーム６と平行である
。ビーム７の一部は前側表面４の内側の位置２２で反射
され、さらに後側表面５の内側の位＠２３で反射され、
ビーム６及びビーム７に平行なビームを作る。このビー
ムには参照番号８を付した。このようにしてコヒーレン
ト光によるビームは３つの平行なビーム６．７及び８に
分割され、ワークピース１４の表面１３において、位置
１０．１１及び１２にそれぞれあたる。

平行ビーム６．７及び８はワークピース１４の表面３の
位置１０．１１及び１２でさらに反射する。他の位置に
対する位置１０．１１及び１２における表面１３に直角
な方向の変動（矢印２４．２５及び２６で示した）は中
央ビーム７と外側のビーム６及び８の一方又は双方との
光路長の関係を変化させる。本実施例によれば、表面１
３が平らである限りは、表面１３とほぼ平行な方向にお
ける変動（矢印２７で示した）に対しては感応しない。

何故なら、相対的な光路長は影響されないからである。

さらに、ビーム６．７及び８と平行な方向でワークピー
ス１４が一律に動く場合にも感応しない。

位置１０．１１及び１２による反射の後、平行ビーム６
．７及び８は部材３の第２の区域１６にあたる。第２図
の構成では、部材３は２つの直交する素子を使って３３
のところで、直角に折れ曲がった構造となっている。

第２の区域における表面４及び表面５の間の内部的な反
射により、中央ビーム７と外側ビーム６及び８の一方又
は双方との間の強め合う又は弱め合う干渉が生ずる。

はじめに外側ビーム６について考えると、ビーム６は表
面５の位置２８でセンサ１７の方に反射する。ビーム７
は表面４の位置２９にあたり、その一部が部材３を通っ
て位置３０まで進む。これが表面５で反射して部材３か
ら出る。他の一部が位置２９で反射する。したがってこ
れがビーム６と強め合うように又は弱め合うように組み
合わされる。ビーム８は部材３の位置３１に入り１表面
５の位置３２でセンサ１８の方に反射する。ビーム７の
一部は表面４の内部の位置３１で反射しビーム８と組み
合わさって強め合う又は弱め合う干渉を生ずる。このよ
うな組合せの点は図中、曲がった矢印で示した。

センサ１７及び１８は、各外側ビームと中央ビームとの
間の干渉の強度によって、ビーム６と７、ビーム６と８
のそれぞれの位相差を検出する。この位相差により生ず
る干渉は、ビーム間の光路差の結果である。　　。

第３図、第４図及び第５図を参照するに、干渉による強
度の感知が図示されている。第３図において、位相の関
係が経路長に対して図示されている。異なる経路長によ
る位相のずれが、ビーム６及びビーム７についてのセン
サ１７ならびにビーム７及びビーム８についてのセンサ
１８により感知される強度を、その干渉が強め合うもの
か又は強め合うものかに応じて、増加させ又は減少させ
る。したがって、センサにおける強度は、光の波長λに
等しい周期を有する発振カーブ（第４図及び第５図）に
従う。強度の変化は、変位を示すものであり、ワークピ
ースの回転やたわみも識別することができる。

センサは光の強度に対応した電圧を供給する簡単な光電
素子でもよい。

第１図に示す素子１５は、位置１０及び１２との関係か
ら、たわみ、変位、又は回転による表面の変動とみるこ
ともできる。

本実施例で説明した反射の他に別な反射も起こるが、こ
れらの反射の効果は、センサの配置や信号のしきい値レ
ベルの要件を適当に選ぶことによって最小化を図ること
ができる。

第６図を参照するに、好適な実施例が示されている。こ
こでは反射部材３はまっすぐなもので。

区域９と区域１６は単に離れて存在するだけである。

第１図、第２図及び第６図については、共通の参照番号
を付しである。

この実施例では部材３は簡単なミラーでよい。

この構造によれば、個々の構成要素の位置の自由度はも
つと大きくなる。

これまでの説明かられかるように、高感度な不装置は非
常に簡単な部品で構成されている。なお、光源２は単色
光源でビームの発散の少ないものである。たとえばヘリ
ウムネオンレーザ（λ＝６３２８オングストローム）は
この目的に適している。

ビームの分割及び組合せを行うための部材３は平行な表
面を有するミラーでよい。表面５を全反射とし表面４を
そうでないものにすると、感度はさらによくなる。この
実施例では、表面４と表面５との間の距離は３ミリメー
トルである。

表面１３と区域９及び区域１６との間の距離は５０ミリ
メートルないし２００ミリメートルのオーダである。ま
た、位置１０．１１及び１２のそれぞれの間の距離は５
ミリメートルのオーダである。センサ１７及び１８はシ
リコンフォトダイオードを用いた。

回転の測定及びたわみの測定はセンサ１７及び１８にお
ける位相シフトの検知によって以下の表に従ってなされ
る。なお、回転とは、２つの外側の位置１０及び１２へ
至る光学経路の一方が位置１１へ至る経路よりも短く他
方が長いような場合をいい、たわみとは、１つの位置（
たとえば１１）へ至る経路が他の位置１０及び１２の一
方又は双方へ至る経路よりも短いような場合をいう。

Ｅ０発明の効果 本発明に法づく構造によれば、干渉ビームは同じ光学素
子上の異なる点で全て反射しノイズの変動に対する感度
を大幅に減することができるとい利点がある。また横方
向の整列は平行な表面を有する分割区域及び組合せ区域
のみに依存するので。

ミラーの変更には再整列を要しないという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概観を示す図、第２図は本発
明の他の実施例における光の経路を示す図、第３図はビ
ーム６．７及び８の間の位相関係を示す図、第４図及び
第５図はセンサ１７及びセンサ１８における信号強度と
ビーム６．７間及び７．８間の光路差とのそれぞれの関
係を示す図、第６図は簡単な構造による実施例における
光の経路を示す図である。 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　　頓　　宮　　孝　　−（外１名） Ｎ ＦＩＧ、３ ７−Ｘ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）コヒーレントな光によるビームを供給する光源と
   、 （ｂ）上記ビームを３つの平行なビームに分割して該３
   つの平行なビームを対象物の表面に向ける手段と、 （ｃ）上記３つの平行なビームが上記対象物の表面で反
   射した後、該３つの平行なビームのうちの外側のビーム
   と中央のビームとを組み合わせる手段と、 （ｄ）上記ビーム間の干渉を検出する感知手段と、より
   成る干渉計。