JPH01406A - 試料形状測定装置 - 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］ 本発明は干渉計を利用してフィルムやウェーハ等の試料
の形状を測定する装置、より詳細には試料の表面形状や
厚ざむらを高精度に測定評価する装置に関する。

［従来技術］ 一般にウェーハ等の薄板状の試料は、全体的反りと部分
的な凸凹とを併せもっており、試料の表面や裏面はこれ
らが合成された形状をなしている。

こうした試料の表面状態や厚さむらの測定については、
試料内の予め決められた複数ポイントをマイクロメータ
や静電容量センサ等により測定し、決定する装置が知ら
れている。

しかし、所定点の厚さを測定するにすぎないので得られ
る情報は不充分であるし、より詳細なデータを得ようと
すれば測定点を飛躍的に増やさなければならず、その結
果測定時間が長くなったり、非常に高価なものになって
しまう。

このため、従来において、試料の全測定領域の凸凹状態
を測定する装置として最も普及しているのは、光の波長
を測定の基準とする干渉計測定器を使用した装置である
。

この装置により試料表面にできた干渉縞を読み取り表面
形状や厚さむらを求めるには、基準平面上の干渉縞が一
色となるように、予め干渉計の参照平面と被測定試料と
の位置関係を調整する必要がある。

第３図はその装置により得られた表面形状の測定例でお
る。

図上部は試料表面１上の干渉縞を示している。

図下部は試料表面の最も凸の部分と、最も凹の部分を含
む断面ｘ−ｘ　”の表面形状である。

もっとも、図上部からは図下部を直ちに求めることでは
できないので、干渉縞の凸凹判定機構により凸凹を判定
する。

ｙ軸は干渉縞の感度を１目盛として、凸凹量を表してい
る。試料の裏面は、干渉縞が一色となる基準平面２′に
密着しており、Ｘ軸に平行な直線となる。従って、試料
の厚ざむらは第３図のＣ寸法として求めることができる
。

しかしながら、前記の基準平面上の干渉縞が一色となる
ような試料積載台２の基準平面２′と干渉計（参照平面
）との位置関係を、稼動中正値に保持することは非常に
困難である。一般に必要とされる干渉縞の感度からすれ
ば、装置の振動や熱変形の影響を無視することはできな
い。また、試料交換等のために試料積載台を移動した場
合、基準平面２′と干渉計（参照平面）との位置関係を
正確に再現するのは困難である。

［発明の目的］ この発明は、上記従来装置の問題点に鑑み、干渉計の参
照平面と試料積載台の基準平面（＝試料裏面）の位置関
係の変動にかかわりなく、被測定試料の表面形状や厚ざ
むら等を短時間に精度好く測定できる装置を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ 本発明は、上記目的を達成するために、基準平面を有し
試料を強制吸着する試料積載台と、試料および基準平面
上に干渉縞を形成する干渉縞形成手段と、試料および基
準平面上の干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、検出さ
れた試料および基準平面上の干渉縞情報に基づき縞解析
を行う手段とから構成され、基準面と干渉計（プリズム
参照面）の位置関係の変動に影響されないことを特徴と
している。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例でおる厚ざむら測定装置を図面
に基づいて説明する。

第１図は上記の装置全体の構造を示す概略図である。

１は被測定試料、２は試料より１回り大きく高精度に仕
上げられた基準平面２−を有する試料積載台である。

基準平面２−には、試料１を強制吸着するための小穴が
多数あけられており、これらの吸着用の小穴の直径およ
びその配置位置は、試料１に局部的変形を生じさせるこ
となく、試料が基準平面２′に完全に密着するように考
慮されている。

基準平面２−は、第２図に示しているようにオプチカル
フラットに対して傾斜させている。この傾斜量は干渉縞
感度、熱変形等によって生じる干渉計と被測定面の位置
関係の変化、試料を交換した場合の干渉計と被測定面の
再現性に対して充分大きくとってあり、干渉縞の凸凹状
態は一義的に決定される。第４図はこのような測定例を
示す。

試料表面以外の基準平面２′の干渉縞は等間隔の直線と
なり、試料裏面の傾斜状態を正確に表わしている。従っ
て１．試料の表面の干渉縞より求められる凸凹状態から
、試料の裏面の斜傾成分を取り除くことにより、試料裏
面に対して、垂直方向の凸凹差Ｃを算出することができ
る。

３〜８は干渉縞を形成する部分で、いわゆる斜入射干渉
法による構成となっている。

３は光源で、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置を用いている。光源
３から射出された光束はイクスバンダ４によって必要な
大きざの光束に拡張される。コリメータレンズ５はその
前側焦点位置にイクスバンダ４が位置するように配置し
、レーザ光束を平行光束とする。

７は被測定試料１および基準平面２′上に干渉縞を発生
させるためのプリズムであり、７′は参照面である。８
はテレビカメラ９の搬像面上に干渉縞を結像するための
結像レンズである。

テレビカメラ９にズーム機能を備えれば小径の試料を拡
大して測定することができる。

６はレーザ光束の入射角を変える入射角調整プリズムで
ある。−縞の感度はレーザ光束の入射角を変えることに
よって任意に変化ざぜることができる。スイッチ１５、
コントローラ１４を介して、パルスモータ１６を駆動さ
せ、入射角調整プリズム６を動かすことにより、レーザ
光栄の入射角は調整される。

入射角調整プリズム６は、映像信号を画像処理プロセッ
サ１０によって２値化信号に変換するのに、鮮明な信号
として取り出すことができるよう変調をかけるためにも
使用される。

画像処理プロセッサ１０はテレビカメラ９を介して画像
データを取り込み、処理して被測定面の凸凹状態の解析
を行う。１１はスイッチパネルで測定に際し各種の測定
モードを設定するためのものである。１２は解析結果を
プリントするもので、１３は解析結果を表示するための
モニタである。

以上のような構成の実施例において、次にその動作を説
明する。

試料積載台２は、図示なき駆動手段にて、その基準平面
２−上に試料１を載せ、強制吸着した後、所定の測定位
置に移動する。

光源３から出射したレーザ光束はイクスパンダ４により
光束を拡げられ、コリメータレンズ５で平行光束となる
。平行光束となったレーザ光は入射角調整プリズム６に
てレーザ光の入射角が調整され、プリズム７に入射する
。プリズムの参照面７−を透過して試料１表面で反射し
た光束と参照面７′で反射した光束とが干渉現象を起こ
す。

干渉環条を起こした光束は、結像レンズ８によりテレビ
カメラ９の搬像面に結像される。このようにして得られ
た映像信号は画像処理プロセッサ１０に画像データは送
られ、Ａ／Ｄユニットを介して、画像データとして収納
する。画像データの取り込みは、前述したように干渉縞
を変調ざｔ！２回行う。

これらの画像データを演搾、フィルタリング、射影する
ことにより、試料領域の認識をし、２値化画像より干渉
縞の判別を行う。このようにして判別された干渉縞から
縞次数の決定等のデータの埠出をし、凸凹状態の解析を
行う。

解析結果に基づき、これをプリンタ１２で打ち出したり
、モニタ１３にその鳥撤図、等高線図を出力する。

［発明の効果］ 本発明によれば、試料表面と基準平面上とに干渉縞を形
成、撮影し、これを画像処理装置によって計算処理する
ことによって干渉計の参照平面と試料積載台の基準平面
（＝試料裏面）の位置関係の変動にかかわりなく、被測
定試料の表面形状や厚ざむら等を短時間に精度好く測定
できることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の装置全体の構造を示す概略
図、第２図は基準平面２′の状態を説明する図、第３図
は従来装置により得られた表面形状の測定例を示す図、
第４図は実施例の装置による測定例である。 １：被測定試料 ２；試料積載台　　　　２′：基準平面６：入射角調整
プリズム　７：プリズム９：テレビカメラ １０；画像処理プロセッサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基準平面を有し試料を強制吸着する試料積載台と、 試料および基準平面上に干渉縞を形成する干渉縞形成手
   段と、 試料および基準平面上の干渉縞を検出する干渉縞検出手
   段と、 検出された試料および基準平面上の干渉縞情報に基づき
   縞解析を行う手段とからなることを特徴とする試料形状
   測定装置。