JPS63214608A - 歪測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、ウェハー、ガラス基板またはセラミック基
板等の被測定物の表面における歪を測定する歪測定装置
に関するものである。

（従来の技術） 従来、ウェハの歪をその表面に複数本の針を接触させ、
その針の移動距離を検出することにより測定する装置が
知られているが、処理中のウェハの歪を測定することが
困難でその測定精度も低く、ウェハの表面を傷つけ易い
等の不都合がある。そこでこうした不都合がなく非接触
式で歪を測定し得る第１図示のような装置を出願人は先
に提案した。同図において、容器ａは入射窓すと出射窓
Ｃとを備え、その内部に、ウェハー、ガラス基板または
セラミック基板等の被測定物ｄを収容している。容３ａ
の外部には、レーザ発振装＠ｅルンズｆ、スキャナｑ、
位置検出器ｈ、増幅鼎ｉ、コンピュータｊ１表示器ｋが
配置され、レーザ発振装＠ｅより発振されたレーザ光線
ａはレンズｆを通過してスキャナｑに入射し、そこで反
射されている。スキャナｑは多面鏡またはガルバノ鏡等
の１ｍと、この鏡ｍを作動させるモータ０とによって構
成され、モータ０によって１１ｍを作動させると、スキ
ャナｑで反射するレーザ光線ｌの反射方向が自在に変動
制御されるようになる。スキャナＱで反射されたレーザ
光線ｌは入射窓すを透過して容器ａの内部に入った後、
被測定物ｄの表面の入射位置ｎに、被測定物ｄの表面と
のなす角θ１で入射し、そこで反射されるようになる。

このとき、スキャナｑで反射するレーザ光線１の反射方
向を自在に変動制御すれば、被測定物ｄの表面の入射位
ｆｉｎも変動し、スキャナＱで反射されたレーザ光線ｌ
が被測定物ｄの表面上を走査するようになる。被測定物
の表面で反射されたレーザ光線Ｉは出射窓Ｃを透過して
容器ａの外部に出た後、位置検出器りで受光され、受光
位ｉｐが検出される。位置検出器りで検出した受光位置
ｐの信号は増幅器ｉで増幅された後、コンピュータｊに
伝送される。コンピュータｊには受光位Ｍｐの信号の他
に、スキャナｇで反射されたレーザ光線ｌの反射方向く
即ち、被測定物ｄの表面への入射方向）の信号もスキャ
ナＱより伝送されている。コンピュータｊは、位置検出
器りで検出した受光位１ｐの信号、スキャナＱで反射さ
れたレーザ光線ｌの反射方向の信号等を用いて、被測定
物ｄが変形し歪を生じたときの被測定物ｄの歪量を演算
している。

コンピュータｊで演算された被測定物ｄの歪量の信号は
表示器ｋに伝送され、そこに被測定物ｄの歪量が表示さ
れる。

次に、上記のような従来の装置を用いて、被測定物ｄが
変形したときに生じる被測定物ｄの歪量をコンピュータ
ｊで演算する原理について説明する。

第２図に示すように、最初、真直ぐな実線で示されてい
た被測定物ｄの表面が、被測定物ｄの変形により、湾曲
して破線で示すようになったとき、被測定物ｄの表面に
入射するレーザ光線１の入射位置はｎより水平にΔＸ１
、垂直にΔＹ１だけ変位してｑに移行し、反射面が水平
より角度θ２だけ傾くので、位置検出器にで検出される
受光位置もｐよりΔ旧だけ変位してｒに移行するように
なる。このとき、被測定物ｄの表面に入射するレーザ光
線店の入射方向は不変で、レーザ光線ｌの被測定物ｄの
表面とのなす（真平面と仮定したときの表面）とのなす
角θ１が被測定物ｄの変形前と変形模において変らない
ので、スキャナＱで反射されたレーザ光線ｌの反射方向
の信号は不変になるが、位置検出器りで検出される受光
位置はｐよりΔｕ１だけ変位してｒに移行するようにな
る。そのため、位置検出器りで検出される受光位置の信
号はΔ旧の変位に応じて変化する。コンピュータｊは、
位置検出器りで検出される受光位置の信号の変化より、
被測定物ｄの表面に入射するレーザ光ＩＩｉの入射位置
の変位量Δｘ１、ΔＹ１、および反射面の傾き角度θ２
を、幾何学的関係より求めた算出式を用いて算出し、被
測定物ｄの歪量を演算している。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の歪測定装置は上記のように位置検出器りで検出さ
れる受光位置の信号の変化より、被測定物ｄの表面に入
射するレーザ光線ｉの入射位置の変位量Δｘ１、ΔＹ１
および反射面の傾き角度θ２を算出して、被測定物ｄの
歪量を演算している。その場合、Δｘ１とΔＹ１とはΔ
Ｙ１−ΔＸ１とＸ薗０１の関係にあるので、ΔＹ１はΔ
ｘ１より求まるが、未知数Δｘ１およびθ２の二つは既
知数がΔｕ１一つのみであるため、仮定条件を設定しな
ければ、演算不能となり、もし仮定条件を設定したとし
ても、その仮定条件が不適切であれば、演算結果が信頼
性に乏しいものとなり、被測定物ｄの歪ｍを正確に表示
することができなくなる等の問題点をもっていた。

例えばレーザ光線ｌが第２図の入射位ｆｆＱより離れた
ｑ′で反射した場合であっても、ｑ′の位置の面の傾き
がθ２°（くθ２）であれば受光位置ｒで反射光が検出
され、入射位置の特定が難しく、また微小間隔で多数の
測定点に於ける測定を必要とする問題点があった。

この発明は、上記のような従来のもののもつ問題点を解
決し、２つのレーザ光線と２つの位置検出装置を用いて
被測定物の歪量を簡単に演算して表示することが可能な
安価な歪測定装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明に係る歪測定装置は、被測定物に垂直の第１レ
ーザ光線と斜めの第２レーザ光線を入射させるレーザ発
振装置と、該第１レーザ光線の被測定物による反射光を
受光して受光位置を検出する第１位置検出装置及び第２
レーザー光線の被測定物による反射光を受光して受光位
置を検出する第２位置検出装置と、これら第１、第２位
置検出装置で検出した受光位置の信号及び被測定物に対
する第１、第２レーザ光線の入射方向の信号が入力され
て該被測定物の歪量を演算するコンピュータと、その演
算結果を表示する表示器とを備え、これにより前記目的
を達成するようにした。

（作　用） 第１レーザ光線は歪変形を生ずる前の被測定物に対し垂
直に入射するように設定され、第２レーザ光線はその被
測定物に対し予定の角度で斜めに入射するように設定さ
れる。被測定物に歪が生ずると、各レーザ光線の被測定
物からの反射光は第１位置検出装置及び第２位置検出装
置に於いて夫々受光され、その受光位置が明らかになる
。この受光位置の信号及び各レーザ光線の入射方向の信
号はコンピュータに入力され、コンピュータに於いて両
レーザ光線が被測定物の同一点に入射した場合の反射光
の受光位置を算出する。そのあと、いずれか一方のレー
ザ光線の入射方向を変え、その反射光の受光位置がコン
ピュータの算出した受光位置と合致したとき、その受光
位置の信号をもとにコンピュータにより歪量を演算し表
示器にその結果を表示する。

（実施例） 本発明の実施例を図面第３図乃至第９図に基づき説明す
る。

第３図に於いて符号（１）は透光窓（２）を備え、内部
にシリコンウェハ、ガラス基板、又はセラミック基板等
の被測定物（３）を収容した容器を示し、該容器（１）
の外部に、レーザ発振＠　’ａ　（４）、第１及び第２
位置検出装置（５ａＨ５ｂ）、コンピュータクロ）及び
表示器（７）が配置される。該レーザ発振器（４）から
発振されたレーザ光ＩＩ　（８）は、ハーフミラ−（９
）とスキャナ（ＩＯとにより反射され、レンズ０を介し
て被測定物（３）の真平面に対して垂直に入射する第１
レーザ光線（８ａ）と、該真平面に対して斜め入射する
第２レーザ光線（８ｂ）とに分離される。該ハーフミラ
−（９）はモータ（１２Ｃ）により被測定物（３）の平
面に対して平行移動可能なテーブルａ２１に取付けする
ようにした。

また該スキャナａＯは多面鏡又はガルバノ鏡等の全反射
＆ｉ　（１０ａ　）と、このｔＡ　（１０ａ　）を作動
させるモータ（１０ｂ　）とで構成するものとし、モー
タ（１０ｂ　）によって鏡（１０ａ）を揺動すると第２
レーザ光線（８ｂ）の反射方向が自在に変化するように
した。該第１、第２位置検出装置（Ｓａ）　（５ｂ）は
例えば８０３型固体搬像センサ等の平面上の受光位置を
検出し得る平板状のセンサにて構成され、第１位置検出
装置（５ａ）を、第１レーザ光線（８ａ）の光路の周囲
に被測定物（３）の面に対して平行になるようにテーブ
ル（１２１に取付けて被測定物（３）で反射した第１レ
ーザ光線（８ａ）を受光するようにし、また第２位置検
出装置（５ｂ）を被測定物（３）の面に対して一定の角
度で取付けて被測定物（３）で反射した第２レーザ光線
（８ｂ）を受光するようにした。

コンピュータ（６）は、増幅器（１３ａ）（１３ｂ）を
介して入力するこれら第１、第２位置検出装置（５ａ）
（５ｂ）からの受光位置の信号と、第１、第２レーザ光
線（８ａ）（８ｂ）の入射方向の信号とが入力されて該
被測定物り３）の歪量を演算し、その演算結果を表示器
（Ｄに表示する。

次に上記実施例の装置を用いて被測定物（３）が変形し
たときの歪量を測定例を説明する。

第４図に示すように、最初、真直ぐな実線で示されてい
た被測定物（３）の表面が、被測定物（３）の変形によ
り湾曲して破線で示すようになったとき、それまで被測
定物（３）の表面（真平面と仮定した表面）に対し垂直
に入射していた第ル−ナ光線（８ａ）の反射光は第１位
置検出装置（５ａ）の受光位ｆｉｌ（１＠へ反射し、斜
めに１点へ入射していた第２レーザ光線（８ｂ）の反射
光は第２位置検出装置の受光位置ａＳへ反射する。この
場合、被測定物（３）の表面（真平面と仮定した表面）
に沿ってＸ軸を取り、この表面に垂直な軸をｙ軸と仮定
すると、被測定物（３）に入射する第１レーザ光線（８
ａ）の光軸の方程式はｘ　ｘｘｏで表され、第２レーザ
光線（８ｂ）の光軸の方程式はＶ　＝　ａ　Ｘ　＋　ｂ
ｏとなり、両光線（８ａ）（８ｂ）の交点は（ｘｏ、ａ
ｘ０＋ｂ）で表される。被測定物（３）の変形で、第１
レーザ光線（８ａ）の入射点の表面は接線ａｅで示すよ
うに変形前の表面に対して０℃だけ傾き、第２レーザ光
線（８ｂ）の入射点の表面は接線（＋７）で示すように
変形前の表面に対してθ酋 たけ傾く。そして第１レーザ光線（８ａ）を平行移動さ
せるか或は第２レーザ光線（８ｂ）の入射角をスキャナ
ａＯにより変え、θ、−〇　関係が成立諺 したとき、両レーザ光線（８ａ）（８ｂ）は被測定物（
３）の表面の同一点に入射していると判断出来、その角
度θ■＝θ　のときの被測定物（３）の歪量Δ万 ｙをコンピュータ（６）により算出することが出来る。

具体例として第１レーザ光線（８ａ）を移動させて歪ｍ
Δｙを測定する場合につき説明する。

いま被測定物（３）が変形し、第１、第２レーザ光線（
８ａＨ８ｂ）が夫々点ａ９■に於いて反射され、各反射
光は、第１位置検出装置（５ａ）の座標（ＸＩ、Ｙ＋）
で表わされる受光位置（＋４１と、第２位置検出装置（
５ｂ）の座標（Ｘｚ、ｙ２）で表わされる受光位１６５
）とで受光される。このとき各点（＋！！ｌ■に於ける
被測定物（３）の表面の接線と、被測定物（３）のもと
の表面との傾きを夫々θ嘗、θ　と仮定する。

第１、第２レーザ光線（８ａ）（８ｂ）の入射光軸の方
程式は前記のように既知であり、第１レーザ光線（８ａ
）が反射する点（＋！１１の座標を（Ｘｏ、Ｖｎ）、第
２レーザ光線（８ｂ）が反射する点■の座標を（ｘ　　
、　ａｘ　　＋ｂ）、第１レーザ光線（８ａ）の反射角
を（θ　／２）、第２レーザ光線（８ｂ）の反射角を（
π／２−θ　）とする。

第２レーザ光線（８ｂ）の光軸の方程式はｙ−ａｘ＋ｂ
であり、ａ＝ｔｙθａと表すことが出来、第２レーザ光
線（８ｂ）が点■に於いて反射する角度は変形前の被測
定物（３）の表面に対しθ　＋θ　−θａ　＋２Ｘθ　
角度を有する。

２Ｉ２０２１１ 従って第２レーザ光線（８ｂ）の反射光の光軸の方程式
は ｔａｎ（θａ＋２６　　）−（Ｖｚ−（ａＸ　　＋ｂ）
）／（ｘｚ−Ｘ　　）個　　　　　　　　　　　　　　
２０　　　　　　　　　　　　　　２１１・・・　（Ｉ
） と表すことが出来る。

一方、点ａ９に於いて反射する第１レーザ光線（８ａ）
の反射光の光軸の方程式は、θ　−２θ。

の関係があるので （２）θ＋ｔ　−（Ｘｏ　　Ｘ＋　）　／　（Ｖ＋−Ｖ
ｎ　）−（２）２０１・・・（ｎ） と表すことが出来る。

以上の２式では、θ　ｘ　、ｙｎ１θ、が未２１１２＋ 知数であるので、歪量Δｙ＝ａｘ　　＋ｂは求められな
々 い。そこで、第１レーザ光線（８ａ）を点線で示すよう
にＸ、ａＸ　　となるように平行移動することを仮定す
る。この仮定によれば、第２レーザ光線（８ａ）は点■
に於いて反射され、第２位置検出装置ａ　（５ａ）の受
光位＠■で受光されることになり、その点■の反射面の
傾角はθ　、また受光位置迦 ■の座標を（Ｘ’＋、’Ｖ＋）と仮定出来るので、反射
角θ′　は、 笥θ’、、＝ｔａ１２θ２１　＝（Ｘ　　　Ｘ旬／（Ｖ
＋　−（ａＸ　　＋ｂ））・・・　（Ｉ［［） となる。

この（ＩＩ）式を（Ｉ）に代入することにより、Ｘ　は
×１の関数として表すことが出来、θａ１瀝 ×２、ｙ２、ｂは既知数であるのでＸ　に各種の数回 値を与えたときのｘ％の値をコンピュータ（６）により
予想しておくことが出来る。そして第１レーザ光線（８
ａ）を実際に平行移動させる。

第１レーザ光線（８ａ）の移動距離しよりＸ　の瀝 値がＸ、−Ｌとして求まるので、Ｌの値を逐次変えなが
ら、その時のＸ　の値に対して予想された諺 受光点０と現実の受光点が一致するかどうかを調べる。

一致しなければ、Ｌの値を変え同様の過程をくり返す。

一致したときのしの値よりＸ　を求めると、これが現実
のＸ−の値である。

歪量Δｙはａｘ　　＋ｂから求めることができる。

第２レーザ光線（８ｂ）をスキャナａＧにより振り、被
測定物（３）の他の点に入射させ、その反射光の位置を
第２位置検出装置（５ｂ）により知り、前記のように第
１レーザ光線（８ａ）の反射位置を想定したのち第１レ
ーザ光線（８ａ）を移動することを繰返せば、被測定物
（３）の各点の歪量を測定出来、その結果を表示器（７
＞に於いて観察することが出来る。

第２レーザ光線（８ｂ）は、第５図示のように、テーブ
ル（ＩＺと同様のモータ■により移動するテーブル■を
設け、該テーブルのに取付けた鏡［相］により被測定物
（３）へ入射するようにしてもよい。

またレーザ発振装置（４）は、第６図或は第７図示のよ
うに、第１レーザ光線（８ａ）を発振する第１レーザ発
振装置（４ａ）と、第２レーザ光線（８ｂ）を発振する
第２レーザ発振装置（４ｂ）の複数で構成することも可
能であり、各レーザ発振装置（４ａ）（４ｂ）を夫々テ
ーブル（１２ａ）（１２ｂ）ニ取（１テ平行移動自在と
し、或はその一方だけをテーブル（１２ａ　）に取付け
て移動自在とするようにしてもよい。

更に第８図、第９図のように１個のレーザ発振装置（４
）をテーブルａのに設け、ハーフミラ−（９）により第
２レーザ光線（８ｂ）を得ることも出来、スキャナ（Ｉ
Ｏは第９図のようにテーブル（＋２１に取付けして移動
自在とし、或は第８図示のように定位置に設ける等任意
である。

（発明の効果） 以上のように本発明は、レーザ発振装置から被測定物に
垂直に入射する第１レーザ光線と斜めに入射する第２レ
ーザ光線を発振し、その各反射光を夫々第１、第２位置
検出装置で受光すると共にその受光位置の信号と各レー
ザ光線の。

入射方向の信号をコンピュータにより演算して表示器に
より表示するようにしたので、被測定物に接触すること
な（被測定物の歪量を測定出来、被測定物に垂直にレー
ザ光線を入射させるので仮定条件が少なくなり正確な歪
量を算出出来る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の歪測定装置の１例の側面図、第２図はそ
の測定方法の説明線図、第３図は本発明の実施例の側面
図、第４図は本発明に於ける測定例の説明線図、第５図
乃至第９図は本発明の他の実施例の要部の側面図である
。 〈３）・・・被測定物 （４）・・・レーザ発振装置 （５ａ）・・・第１位置検出装置 （５ｂ）・・・第２位置検出装置 （６）・・・コンピュータ （７）・・・表示器 外２名− マ１１ 第３図 第４図 第５ｒＩＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物に垂直の第１レーザ光線と斜めの第２レー
   ザ光線を入射させるレーザ発振装置と、該第１レーザ光
   線の被測定物による反射光を受光して受光位置を検出す
   る第１位置検出装置及び第２レーザー光線の被測定物に
   よる反射光を受光して受光位置を検出する第２位置検出
   装置と、これら第１、第２位置検出装置で検出した受光
   位置の信号及び被測定物に対する第１、第２レーザ光線
   の入射方向の信号が入力されて該被測定物の歪量を演算
   するコンピュータと、その演算結果を表示する表示器と
   を備えたことを特徴とする歪測定装置。 ２、前記レーザ発振装置は被測定物の表面に対して平行
   に移動自在であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の歪測定装置。 ３、前記レーザ発振装置からの１本のレーザ光線をハー
   フミラーと鏡とで反射して前記第１レーザ光線と第２レ
   ーザ光線を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の歪測定装置。 ４、前記レーザ発振装置は第１レーザ光線を発振する第
   １レーザ発振装置と第２レーザ光線を発振する第２レー
   ザ発振装置とで構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の歪測定装置。