JPS63214610A - 歪測定方法 - 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。容器ａ
の外部には、レーザ発掘装置ｅルンズｆ１スキャナ９、
位置検出器ｈ１増幅器１１コンピュータｊ１表示器ｋが
配置され、レーザ発振装置ｅより発振されたレーザ光線
ｌはレンズｆを通過してスキャナ９に入射し、そこで反
射されている。スキャナ９は多面鏡またはガルバノ鏡等
の鏡ｍと、この鏡ｍを作動させるモータ０とによって構
成ざれ、モータＯによって鏡ｍを作動さ往るど、スキャ
ナｑで反射するレーザ光線Ｉ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
ｔＱ１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ｌ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
置ｎ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プ光線α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
置ｐが検出される。位置検出器りで検出した受先位＠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には受光位置ｐの信号の他に
、スキャナｑで反射されたレーザ光線ｌの反射方向（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
りで検出しノだ受光位置ｐ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ｍ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、そこに被凋定物ｄの歪ｍ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
変形したとぎに生じる被測定物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
して破線で承りようになったとき、被測定物ｄの表面に
入射するレーザ光線Ｉ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Δｕ１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
光線名の入射方向は不変で、レーザ光線ｌの被測定物ｄ
の表面（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の変形前と変形後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線ｌの入射位置の変位ｍ
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ｌの入射位置の変位置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×薗θ１の関係にあるので、ΔＹ１はΔ
ｘ１より求まるが、未知量ΔＸ１およびθ２の二つは既
知聞がΔ旧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の歪量を正確に表示す
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図の入射位置ｑ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°（〈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い。

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、１つのレーザ光線を使用して　　゛筒車で比較的
正確に歪量を演算出来る測定方法を提案することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、被測定物の複数点に１つのレーザ光線を順
次入射させ、その反射光を位置検出装置により受光し、
レーザ光線の入射方向の信号と受光位置の信号とをコン
ピュータに入力して被測定物の歪を測定するようにした
ものに於いて、被測定物の各点の歪を２次以上の高次方
程式に沿った歪であると仮定し、レーザ光線入射方向を
少なくとも該高次方程式の次数の数だけ変化させてその
夫々の反射光の受光位置を測定し、該高次方程式と各入
射方向及び受光位置の信号とにより被測定物の歪を求め
ることを特徴とするにより前記問題点を解決するように
した。

（作　用） 被測定物の成る１点に対し、レーザ光線を成る角度で入
射させ、その反射光を位置検出装置で受光して受光位置
を知る。コンピュータはレーザ光線の入射方向の信号と
受光位置の信号を受け、被測定物の入射点が２次方程式
或いは２次以上の高次方程式で表わされる曲線上にある
と仮定して入射点の位置と反射光の被測定物に対する角
度を求める。次いでレーザ光線の角度を変えて被測定物
の別の点に入射させ、その反射光の受光位置を位置検出
装置により知り、このときの入射方向の信号と受光位置
の信号を受けてコンピュータが入射点の位置と反射光の
被測定物に対する角度を求める。Ｒ初に求めた入射点の
位置と角度、次に求めた入射点の位置と角度が仮定した
２次方程式等の接線の方程式をほぼ満足すれば、夫々の
位置は正解で、その値をもとに各点の歪量を算出して求
めることが出来る。

（実施例） 本発明の実施例を図面第３図乃至第５図に基づき説明す
ると第３図は本発明の実施に使用された装置を示し、そ
の構成は第１図示の従来のものと略同様で、符号（１）
は入射窓（２）と反射窓（３）とを備えた容器、（４）
は容器（１）内に収めたウェハ、ガラス基板、セラミッ
ク基板等の被測定物、（５）は該容器（１）の外部に設
けたレーザ発振装置、（６）はＭＯ８型固体躍像素子等
の位置検出装置である。該レーザ発振装置（５）から発
振されたレーザ光線（７）は、モータ（８）で傾動され
る多面鏡等の鏡（９）で構成されたスキャナ（１Ｇ及び
レンズａｖを介して被測定物（４）へと入射方向が制御
されて入射し、そこで反射した反射光が位置検出装置ａ
　（Ｇ）に於いて受光される。入射方向の信号はスキャ
ナ（ＩＯからコンピュータａ３へと入力され、位置検出
装置（６）で検出された受光位置の信号も該コンピュー
タａ３へ入力し、その演算結果が表示器■で表示される
。該位置検出装置（６）はその受光面を被測定物（４）
の表面と平行になるように設置される。

いま、第４図の実線で示すように平坦であった被測定物
（４）の表面（４ａ）が鎖線で示すように変形したとす
る。その変形による歪の測定は、レーザ光線（７＞をス
キャナａＯでその表面の点（＋４）　ａｓ　ａｅに順次
入射させ、各点からの反射光を位置検出装置（６）で受
光し受光位置ａ″？）　ａａ　（１りを知ることにより
行なうことは従来の測定法と同様であるが、本発明の方
法は、被測定物＜４）の表面を例えばｙ＝αｘ２＋β×
＋γの２次方程式に従って変形してると仮定し、レーザ
光線を少なくともその方程式の次数の数だけ被測定物の
点に入射させ、前記方程式と入射方向の信号及び受光位
置の信号とをコンピュータで演算し、各点（＋７）　ａ
ｅ　ａｓの歪ｍΔｙを求めるもので、被測定物（３）の
変形状態を連続した曲線と仮定することにより各点の歪
ｍは異常な値を排除した比較的正確な数値で表わすこと
が出来る。

その具体的実施例を被測定物（４）の変形した表面がｙ
＝αｘ２＋βχ＋γであると仮定した場合につき説明す
る。これに於いてＸ軸は変形前の被測定物（４）の表面
と平行でＶ　ｆＮＡはＸ軸に垂直であると想定し、スキ
ャナＩＩＧにより点（＋４）　ａｓ　ａｅへ順次レーザ
光線（７）が入射するものとする。

点（ｌｌＤへ入射するレーザ光線（７ａ）の光軸の方程
式はｙ＝ａ、ｘ＋ｂで表わされ、ａｌは（２）θ１に等
しく、その角度θ１はスキャナ（ＩＧからの入射方向の
信号として知り得る。また位置検出装置（６）により受
光位置■の座標（Ｘｎ、Ｖｎ）が分る。点（１４１）座
標を（Ｘ、　、　ａ、　−Ｘｌｌ−１−ｂ）とすれば、
歪量Δｙはａｌ・　ｘ、４＋ｂとなり−、点ａ＠の接線
■の傾キＧ；ｔｄｙ／ｄｘ＝　２　ｔｘ　Ｘ１４＋β＝
薗θ１４、又反射光の接線■に対する傾きは第５図のよ
うな関係にあるので、 ｌ１１（θＩ＋２Ｘ０１４）−（Ｖｎ　　　（ａ＋−Ｘ
１４＋ｂ））／　（ＸＩ７−　　Ｘ１４　）−［Ｉ］と
なる。この式に於いて０１ｘ　　ＸＩ？、ｙ？７−及び
ｂは装置の設定で分る既知−数であり、未知数はθ詞と
Ｘ１４であるから、コンピュータａｅによりこの［Ｉ１
式を満足するθ１４とＸ１４の具体的数値を夫々１つ若
しくは複数を求めることが出来る。

そして更にスキャナ（１０を作動させ次の点（Ｉ９にレ
ーザ光線（７ｂ）を入射させ、その反射光を位置検出装
置で受光する。その点■の座標が（Ｘｓ＋ａ２−Ｘ１１
＋ｂ）、受光位置ａａの座標が（ＸｔｌＩ。

■、７）であるなら、接線口の傾きは２゛αＸＩＳ　＋
β−訂θ巧となり、反射光の接線■に対する傾ぎは、（
２）（θ２＋２×θ＋ｓ　）　＝　［Ｖａｔ　　（＜（
２）θ２／ａ２）　Ｘ　ＸＦＩ　＋ｂ］］　／　（Ｘｎ
ｅ　　　ＸＦ、）　・・・［Ｉ［］となる。この［ＩＩ
］式の未知数はθ鴇とｘｉｓであるから、コンピュータ
ａ３によりこの式を満足するθ汚とＸ１６を求めること
が出来る。

更にスキャナａＯを作動させ次の点（ＩＧにレーデ光線
（７ｂ）を入射させ、前記と同様の手法により点のＸ座
標のＸＩ６と接線の傾きθ箇を求める。

以上の手順により求めたθ１４とＩ１４及びθ１５とＩ
６並びにθ拓とＸ％で共通のαとβを求め得るかどうか
の検証を行ない、もし近似的に一致すれば、そのＸＩ４
及びｘ６数値をもとに各点の歪量を薗θ、Ｘ　Ｘｎ、　
＋ｂ　、　ｍθ２ｘｘＩＳ＋ｂから求め、その値を表示
器■に表示する。

更にスキャナａＧを作動して次の点０ｅヘレーザ光線を
入射させ、前記と同様の手順で入射点のＸ座標を検証し
乍ら歪量を求めることが出来、これを繰返すことにより
被測定物（４）の任意の点の歪量を測定することが出来
る。

尚、被測定物（４）の変形した表面の各測定点が３次方
程式で連続すると仮定して演算することも可能であり、
この場合、少なくとも４点にレーザ光線を入射させ、前
記と同様の手法で歪量を求めることが出来る。

（発明の効果） 以上のように本発明によるときは、１つのレーザ光線の
入射方向を変えて被測定物の複数点に入射させ、その反
射光の受光位置を夫々測定し、これらの複数点は２次以
上の高次方程式の曲線上にあると仮定してコンピュータ
により入射点の位置を求め、更に歪量を演算するように
したので、１つのレーザ光線により比較的正確な歪量を
簡単に求めることが出来、レーザ光線の本数が少なくて
済むので測定装置も安価に製作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図は本発明に使用した歪測
定装置の側面図、第４図及び第５図は本発咀の測定方法
の説明線図である。 （４）・・・被測定物 （６）・・・位置検出装置 （７）（７ａ）（７ｂ）・・・レーザ光線（１３・・・
コンピュータ 特　許　出　願　人　　日本真空技術株式会社第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物の複数点に１つのレーザ光線を順次入射させ、
   その反射光を位置検出装置により受光し、レーザ光線の
   入射方向の信号と受光位置の信号とをコンピュータに入
   力して被測定物の歪を測定するようにしたものに於いて
   、被測定物の各点の歪を２次以上の高次方程式に沿った
   歪であると仮定し、レーザ光線入射方向を少なくとも該
   高次方程式の次数の数だけ変化させてその夫々の反射光
   の受光位置を測定し、該高次方程式と各入射方向及び受
   光位置の信号とにより被測定物の歪を求めることを特徴
   とする歪測定方法。