JPH02176411A - 表面うねり検査装置及びその光量補正方法 - 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】 〔概要〕 表面うねり検査装置、特に磁気ディスクや半導体ウェハ
等の被測定物に半導体レーザー光を照射して、その表面
うねり状態を計測する装置に関し、半導体レーザー投光
系の発光光量の制御について、被測定物の表面の反射率
の変動を無関係にすることなく、受光検出系の受光光量
の規格化処理を省き、かつ該反射率の変動の影響を取り
除き、高精度にその検査することを目的とし、発光手段
と、発光駆動手段と、受光検出手段と、制御手段とを具
備し、前記発光手段からのレーザー光を被測定物に出射
し、前記被測定物からの反射光を受光検出して、前記被
測定物の表面うねりを検査する表面うねり検査装置にお
いて、前記受光検出手段と発光駆動手段との間に帰還手
段を設け、前記受光検出手段から出力される受光光量に
基づいて、前記発光駆動手段から出力される発光光量を
制御することを含み構成し、 発光手段と、発光駆動手段との間に、出力制限手段が設
けられ、前記発光駆動手段から出力される発光光量が、
任意の設定値を越えると遮断され、かつ前記制御手段に
遮断情報を出力することを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、表面うねり検査装置及びその光量補正方法に
関するものであり、更に詳しく言えば、磁気ディスクや
半導体ウェハ等の被測定物の表面うねり状態を計測する
装置及びその投受光系の光量を補正する方法に関するも
のである。

近年、レーザー光を被検査対象に照射し、非接触、非破
壊で、半導体ウェハ等の高精度研磨面の表面うねり形状
を計測する表面うねり検査装置が用いられている。この
とき、被検査対象の表面の反射率は、常に一定ではない
、この反射率の変動は、受光光量に含まれ、測定誤差を
誘起するものとなる。

従って、反射率のむらを起因とする受光光量のバラツキ
は、総受光光量により規格化したり、別の監視系を導入
して、表面反射率により規格化したりして、補正されて
いる。

しかし、別の監視系を導入することは、検査コストの上
昇を招き、また反射率が変動する毎に総受光光量を算出
して、受光光量を規格化することは検査処理に長い時間
を要し、これにより検査の高速化を図ることができない
という問題がある。

そこで、被測定対象の反射率の変動に拘らず、総受光光
量を常に一定となるように発光光量を制御する装置及び
光量補正方法の要求がある。

〔従来の技術〕

第６．７図は、従来例に係る説明図である。

第６図は、従来例の表面うねり検査装置に係る構成図で
ある。

図において、１は半導体レーザー投光系、２は半導体レ
ーザー駆動電源、３は４分割検出器、４は電流電圧変換
回路、５は制御回路、Ｓｌは受光信号、Ｓ２は差分出力
、Ｓ３は受光光量和出力をそれぞれ示している。

表面うねり検査装置は、半導体ウェハ等の被測定物６に
レーザー光Ｌ１を照射し、その反射光Ｌ２を４分割光検
出器３、電流電圧変換回路４及び制御回路５により光電
変換処理し、被測定物６の表面うねり状態を検出結果デ
ータＤＯＴとして出力するものである。

第７図（ａ）、（ｂ）は、従来例の光量補正方法に係る
説明図であり、同図（ａ）は、半導体レーザー投光系の
駆動制御に係る説明図を示してい同図（ａ）において、
半導体レーザー投光系ｌは同一パッケージ内に形成され
た発光素子１ａと、受光素子１ｂと、基板１ｃから成る
。レーザー光Ｌｌの発光光量は、発光素子１ａに流入す
る駆動電流ＩＤの制御により一定に保たれている。この
制御は、受光素子ｌｂから出力された受光素子出力電流
ｉＰＤを入力して、半導体レーザー駆動電源２が駆動電
流ＩＤの出力制御することにより行われている。

同図（ｂ）は、４分割光検出器の受光領域の模式図であ
る。

図において、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、各分割領域における受
光光量であり、４分割された受光領域で、反射光Ｌ２を
検出したものである０反射光Ｌ２の入射位置は、被測定
物７の表面の傾斜角ρの変動と共に変動する。また、反
射率ρの変動は、受光光量の変動となる。この時、反射
率ρの変動は、被測定物６の表面うねり形状を表す入射
光位置変移量とは異なる。従って、反射率ρの変動は、
披測定物７の表面うねり形状の真の測定に悪影響を与え
る。この反射率ρの変動による影響を取り除くため、次
の方法がなされている。

第１の方法は、補正率ｘｉ、ｘ２により反射率ρの変動
を含んだ差分受光光量を較正するものである。これは、
総光光光量Ｘ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを以って、差分受光光量
（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）又は（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）を
規格化するものである。ここで、総受光光量Ａ十Ｂ＋Ｃ
＋Ｄは、被測定物６の表面の反射率ρが変動する毎に制
御ｎ回路５により演算される。

また、第２の方法は、別の反射率測定用のセンサ系を導
入し、表面反射率を検出して、差分受光光量（Ａ＋Ｂ）
−（Ｃ＋Ｄ）、（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｈを規格化し、その
影響を取り除くものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで従来例によれば、半導体レーザー投光系１は、
半導体レーザー駆動電源２によりフィードバック制御さ
れ、レーザー光Ｌ１が一定に保たれている。また受光検
出系では、第７図（ｂ）のような第１の方法や前述の第
２の方法により被測定物６の表面の反射率の変動の影響
を取り除いている。

このため、次のような問題を生ずる。

■半導体レーザー投光系１は、発光光景について被測定
物７の反射率ρの変動に無関係に駆動電流ＩＤを制御し
ている。

■第１．の方法によれば、反射率ρが変動する毎に総受
光光量Ｘ−Ａ＋Ｂ十Ｃ＋Ｄの加算処理等の演算処理を必
要とする。これにより全体的に検査処理の高速化を図る
ことができない。

■第２の方法によれば、反射率測定用のセンサ系の導入
を必要とする。これにより検査コスト上昇を招く。

本発明は、係る従来例の問題点に鑑み創作されたもので
あり、半導体レーザー投光系の発光光量の制御について
、被測定物の表面の反射率の変動を無関係にすることな
く、受光検出系の受光光量の規格化処理を省き、かつ該
反射率の変動の影響を取り除き、高精度にその検査をす
ることを可能とする表面うねり検査装置及びその光量補
正方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するだめの手段］ 第１．　２図は、本発明の表面うねり検査装置及びその
光量補正方法に係る原理図をそれぞれ示している。

その装置は、発光手段１１と、発光駆動手段１２と、受
光検出手段１３と、制御手段１４とを具備し、前記発光
手段１１からのレーザー光Ｌ１１を被測定物１７に出射
し、前記被測定物１７からの反射光Ｌ２２を受光検出し
て、前記被測定物１７の表面うねりを検査する表面うね
り検査装置において、前記受光検出手段１３と発光駆動
手段１２との間に帰還手段１６を設け、前記受光検出手
段１３から出力される受光信号３１１（受光光量）に基
づいて、前記発光駆動手段１２から出力される駆動信号
ｒＤ（発光光量）を制御することを特徴とし、 発光手段１１と、発光駆動手段１２との間に、出力制限
手段１５が設けられ、前記発光駆動手段１２から出力さ
れる駆動信号ＩＤ（発光光Ｍ）が、任意の設定値ＳＲを
越えると遮断され、かつ前記制御手段１４に遮断情報Ｓ
１３を出力することを特徴とし、 その方法は、任意の反射率ρををする被測定物１７にレ
ーザー光Ｌ１１を照射し、前記被測定物１７からの反射
光Ｌ２１を受光検出し、前記受光検出された反射率ρの
影響を含む総光光光量を常に一定になるように、前記レ
ーザー光Ｌ１１の発光光量を制御することを特徴とし、
上記目的を達成する。

〔作用〕

本発明の装置によれば、受光検出手段１３がら出力され
る受光信号Ｓ１１を帰還手段１６により発光駆動子ｒＬ
１２に帰還している。

このため、被測定物の表面の反射率ρの変動は、受光光
量に比例する受光信号Ｓ１１に自動的に含まれる。従っ
て、レーザー光Ｌ１１の発光光量に比例する駆動電流Ｉ
Ｄについて、常に反射率ρを含んだ受光信号により制御
することが可能となる。

これにより、被測定対象の反射率の変動に拘らず、聴受
光光量を常に一定にすることが可能となる。

また、本発明の装置によれば、発光駆動手段１２から出
力される駆動電流ＩＤが、任意の設定値【Ｒを越えると
、出力制限手段１５により遮断され、その遮断情報が制
御手段１４に出力される。

このため、被測定物の表面の反射率ρの変動が激しく、
投受光系の聴受光光景の制御口４！（ａから大きく外れ
た場合、表面うねり状態の計測を中断し、その異常発生
を認知することが可能となる。

このとき、出力制限手段１５によって、発光手段１１に
過大な電流が印加されることを防止でき、発光手段１１
を保護することが可能となる。

さらに、本発明の方法によれば、反射率ρの影響を含む
聴受光光量を常に一定になるようにレーザー光Ｌ１１の
発光光量を制御している。

このため、従来のように被測定物の反射率の変動を起因
とする受光光量のバラツキを、総受光光１１Ｘ−Ａ＋Ｂ
＋Ｃ＋Ｄや別のセンサ系を導入して表面反射率により規
格化する処理が不要となる。

従って、規格化に係る加算処理時間及び割り頁処理時間
について、検査処理時間の短縮を図ることが可能となる
。

これにより、制御回路１４の負担が軽減され、全体とし
て、表面うねり検査処理の高速化をすることが可能とな
る。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明をす
る。

第３〜５図は、本発明の実施例に係る表面うねり検査装
置及びその光量補正方法を説明する図であり、第３図は
、本発明の実施例の表面検査装置の構成図を示している
。

図において、２１は発光手段１１の一実施例となる半導
体レーザー投光系であり、半導体ウェハ２７等の被測定
物にレーザー光Ｌ２１を照射するものである。２２は、
発光駆動手段１２の一実施例となる半導体レーザー駆動
電源であり、半導体レーザー投光系２１に駆動電源ＩＤ
を供給するものである。

２３ａは、４分割光検出回路、２３ｂは電流／電圧変換
回路であり、受光検出手段１３の一実施例である。４分
割光検出回路２３ａは、半導体ウェハ２７等からの反射
光Ｌ２２を受光検出するものである。電流電圧変換回路
２３ｂは４分割光検出回路２３ａに取り込んだ受光光量
を光電変換し、さらに光起電流を電圧に変換して、受光
信号Ｓ１１や受光検出信号３１２を出力するものである
。受光信号Ｓ１１は、４分割光検出回路２３ａに取り込
んだ聴受光光量を電流／電圧変換した信号である。また
、受光検出信号Ｓ１２は４分割光検出回路２３の縦、横
方向の２つの差分出力（■Ａ＋ＶＢ）−（ＶＣ＋ＶＤ）
　と、（ＶＡ＋ＶＤ）−（ＶＢ士ＶＣ）から成る。

コノ差分出力（ｖＡ＋ＶＢ）−（ＶＣ＋ＶＤ）と（ＶＡ
＋ＶＤ）−（ＶＢ＋ＶＣ）　とは、反射光Ｌ２２の位置
変位量に比例する量である。

２４は制御手段１４の一実施例となるＣＰＵ　（中央演
算処理装置）であり、予め反射光Ｌ２２の位置データか
ら角度データ等の表面うねり形状を認知する変換テーブ
ルを保持している。

ＣＰＵ２４は、受光検出信号Ｓ１２や異常検出信号Ｓ１
３を入力して、変換テーブルに保持する角度データ等に
基づいて、半導体ウニ八２７の表面うねり状態を検出結
果データＤＯ’Ｔにして出力するものである。

２５は、出力制限手段１５の一実施例となる電流リミッ
タ回路であり、第４図（ａ）にその構成図を示している
。これは、ある設定値ＩＲを越えた駆動電流ＩＤを、自
動遮断する機能を有している。また、電流リミッタ回路
２５は駆動電流！Ｄを遮断したとき、その情報を異常検
出信号Ｓ１３にして、ＣＰＵ２４に通知する機能を有し
ているなお、設定値！Ｒは、ＣＰＵ２４の設定信号Ｓ１
４により決定される。

異常検出信号Ｓ１３は、半導体ウェハ２７等の表面が塵
の付着等を示す異常事態発生の通知信号である。これは
、半導体ウェハ等の表面の塵の付着や傷等により、反射
率が著しく低下し、これに見合う半導体レーザー投光系
の発生光量を増加すべく、駆動電流ＴＤが設定値！Ｒを
越え、発生したものである。

２６は、帰還手段１６の一実施例となる利得制御回路で
あり、受光信号Ｓ１１が希望する制御値にない場合、そ
れを調整するものである。なおＳｗｌは、選択スイッチ
であり、利得制御回路２６を省略するものである。これ
は、受光信号３１１が希望する制御値を満足するとき、
ｂ点を選択して利得制御回路２６をパスするものである
。

これ等により、本発明の実施例に係る表面うねり検査装
置を構成する。

第４図（ａ）、　　（ｂ）は、本発明の実施例の表面う
ねり装置に係る説明図であり、同図（ａ）は電流リミッ
タ回路の構成図である。

同図（ａ）において、電流リミッタ回路２５はオペアン
プ５１、コンパレータ５２、抵抗器Ｒ。

リレースイッチＳＷ２等から成る。

半導体レーザー駆動電流２２より出力された駆動電流ｒ
Ｄは、ある設定値ｒＲ以上になると、リレースイッチＳ
Ｗ２が動作し、半導体レーザー投光系２１への流入が遮
断される。設定値ＩＲは、半導体レーザー投光系２１の
発光素子の破壊等を見込んで決定される。

同図（ｂ）は、反射率ρをパラメータとして舵受光光量
と駆動電流との関係を示す図である。

図において、縦軸は駆動電流ＩＤであり、横軸は舵受光
光量Ｘを示している。■Ｄ□８は半導体レーザー投光系
２１へ流入できる最大駆動電流を示している。ＡＸは、
電流リミッタ回路の動作範囲であり、ＩＤ、□を越える
駆動電流ＴＤを遮断する範囲である。

ＢＸは、制御目標値であり、舵受光光量Ｘに任意に設定
したものである。ρ１．ρ２．ρ３は反射率であり、ρ
３〉ρ２〉ρｌなる関係を有している。これは、半導体
ウェハ２７等の表面の反射率ρの変動を表している。ま
た、総受光光１ｘに反映した、反射率ρの変動は、駆動
電流ＩＤを変化させることにより、制御目標値Ｂを常に
一定に保つように制御ｎされる。また、反射率ρの変動
は、半導体ウェハ２７表面の傷や塵等によって、レーザ
ー光Ｌ２１が散乱されて生じるものと考えられている。

このときは、著しく受光光量が低下をする。

このようにして、電流／電圧変換回路２３ｂから出力さ
れる受光信号Ｓ１１を利得制御回路２６等により半導体
レーザー駆動電［２２に帰還している。

このため、半導体ウェハ２７の表面の反射率ρの変動は
、受光光量に比例する受光信号３１１に自動的に含まれ
る。従って、レーザー光Ｌ１１の発光光量に比例する駆
動電流ＩＤについて、常に反射率ρを含んだ受光信号Ｓ
１１により制御することが可能となる。

これにより、半導体ウェハ２７等の反射率ρの変動に拘
らず、総受光光１ｘを常に一定にすることが可能となる
。

また、本発明の実施例によれば、半導体レーザー駆動電
源２２から出力される駆動型？Ａ　Ｉ　Ｄが任意の設定
値ＩＲを越えると、電流リミック回路２５により遮断さ
れ、その異常検出信号Ｓ　Ｌ、　３がＣＰＵ２４に出力
される。

このため、半導体ウェハ２７等の表面の反射率ρの変動
が激しく、４分割光検出器２３ａや電流／電圧変換回路
２３ｂの総受光光〒Ｘの制御目標値から大きく外れた場
合、即刻、表面うねり状態の計測を中断し、その異常発
生を認知することが可能となる。

第５図は、本発明の実施例の光量補正方法に係るフロー
チャートである。

図において、まずステップＰ１で任意の反射率ρを有す
る半導体ウェハ２７にレーザー光Ｌ２１を照射する。次
に、ステップＰ２で半導体ウェハ２７からの反射光Ｌ２
２を受光検出する。このとき、半導体ウェハ２７の表面
の反射率ρの変動の影響は、総受光光１ｘに含まれる。

次いで、ステップＰ３で聴受光光量の大小判断をする。

この判断は、ＣＰＵ２４を介して実施しても良く、半導
体ウェハ２７等の表面の反射率とほぼ一定しているとき
は、測定者が行っても良い。

このとき、受光信号Ｓ１１が帰還量として十分満足して
いる場合（ＹＥＳ）には、ステップＰ５に移行する。帰
還量として満足されない場合（Ｎｏ）には、ステップＰ
４に移行する。

ステップＰ４では、利得の調整をする。利得の調整は、
ＣＰＵ２４を介して実施しても良く、測定者が行っても
良い、このとき、受光信号Ｓ１１が、例えば振幅が小さ
い場合には、その増幅を行う、また、受光信号Ｓ１１が
大きい場合には、その利得を小さくする。

次に、ステップＰ５で受光した総受光光！ｌＸを受光信
号３１１にして、半導体レーザー駆動電源２２に帰還す
る。

さらに、ステップＰ６でレーザー光Ｌ２１の発光光量を
制御して、制御目標値Ｂ＝総受光光量Ｘとする。

次いで、ステップＰ７で駆動電流ＩＤの大小判断をする
。この判断は電流リミッタ回路２５のコンパレータ５２
が実施する。このとき、駆動電流【Ｄが設定値ＩＲを越
えた場合（ＹＥＳ）には、ステップＰ８に移行する。

ステップＰ８では、駆動電流ＩＤを遮断する。

その後、ステップＰ９でＣＰＵ２４に異常事態の発生を
通知する。その通知終了後、ステップＰＩ２に移行する
。

また、ステップＰ７の判断で駆動電流ＩＤを遮断しない
場合（ＮＯ）には、ステップＰＩＯに移行する。

ステップＰＩＯ以降は、従来例と同様に、受光検出信号
３１２をＣＰＵ２４に出力し、ステップｐＨで受光検出
信号Ｓ１２と、ＣＰＵ２４の保持するデータとを比較し
、半導体ウェハ２７の表面うねりの検査をする。

その後ステップＰ１２で検査の全部終了、否を判断する
。終了しない場合（Ｎｏ）には、ステップＰ１に再度戻
って、ステップＰ１〜Ｐ７．ＰｉＯ〜Ｐ１２又はステッ
プＰＬ−Ｐ９．Ｐ１２の処理内容を繰り返す、全部終了
の場合（ＹＥＳ）には、表面うねり検査処理を終了する
。

このようにして、反射率ρの影響を含む聴受光光量を常
に一定になるようにレーザー光Ｌ１１の発光光量を制御
している。

このため、従来のように半導体ウェハ２７の反射率ｐの
変動を起因とする受光光量のバラツキを、総受光光１ｉ
Ｘ−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄや、別のセンサ系を導入して表面反
射率により規格化する処理が不要となる。従って、規格
化に係る加算処理時間及び割り算処理時間について短縮
を図ることが可能となる。

これにより、ＣＰＵ２４の負担が軽減され、全体として
、表面うねり検査処理の高速化をすることが可能となる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被測定物の表面の
反射率の変動の影響については、聴受光光量を一定に制
御することによって自動補正することができる。

このため、自動補正された投受光系において精度良い表
面うねり状態の検査処理を行うことが可能となる。

また、従来のような受光光量の規格化処理が必要となる
。このため、検査処理時間の短縮を図ることができる。

これにより、表面うねり検査装置の処理効率の向上を図
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の表面うねり検査装置に係る原理図、 第２図は、本発明の表面うねり検査装置の光量補正方法
に係る原理図、 第３図は、本発明の実施例の表面うねり検査装置の構成
図、 第４図（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例の表面うねり
検査装置に係る説明図、 第５図は、本発明の実施例の光量補正方法に係るフロー
チャート、 第６図は、従来例の表面うねり検査装置に係る構成図、 第１ｕ　（ａ）、　　（ｂ）は、従来例の光景補正方法
に係る説明図である。 （符号の説明） １．１１．２１．・・・発光手段 （半導体レーザー投光系）、 ２．１２．２２・・・発光駆動手段 （半導体レーザー駆動電源）、 １３・・・受光検出手段、 ５．１４．２４・・・制御手段 （ＣＰＵ又は制御回路）、 １５．２５・・・出力制御手段 （電流リミッタ回路）、 １６．２６・・・帰還手段（利得制御回路）、６．１７
．２７・・・被測定物（半導体ウェハ等）、３．２３ａ
・・・４分割光検出器、 ４．２３ｂ・・・電流／１ｉｔ圧変換回路、５１・・・
オペアンプ、 ５２・・・コンパレータ、 １ａ・・・発光素子、 ｌｂ・・・受光素子、 ｌｃ・・・基板、 Ｌｌ、Ｌ１１、Ｌ２１・・・レーザー光、Ｌ２．Ｌ１２
．Ｌ２２・・・反射光、 ρ、ρ１．ρ２．ρ３・・・反射率、 ＩＲ・・・設定値、 ！Ｄ・・・駆動型ｆｉ（発光光量）、 ３１、Ｓ１１・・・受光信号（受光光量）、Ｓ２．Ｓ１
２・・・受光検出信号（差分出力）、Ｓ３・・・受光光
量和出力、 Ｓ１３・・・遮断情報（異常検出信号）、３１４・・・
設定信号、 ＤＯＴ・・・検出結果データ、 ＳＷＩ、ＳＷ２・・・スイッチ又はリレースイ・ンチ、
Ｒ・・・抵抗器、 ｉＰＤ、ＩＦ・・・帰還電流（受光素子出力電流）、Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・受光光量、 ｘｉ、ｘ２・・・補正率、 ＡＸ・・・電流リミッタ回路の動作範囲、ＢＸ・・・制
御目標値、 Ｘ・・・総受光光量。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）発光手段（１１）と、発光駆動手段（１２）と、
   受光検出手段（１３）と、制御手段（１４）とを具備し
   、前記発光手段（１１）からのレーザー光（Ｌ１１）を
   被測定物（１７）に出射し、前記被測定物（１７）から
   の反射光（Ｌ２２）を受光検出して、前記被測定物（１
   ７）の表面うねりを検査する表面うねり検査装置におい
   て、 前記受光検出手段（１３）と発光駆動手段 （１２）との間に帰還手段（１６）を設け、前記受光検
   出手段（１３）から出力される受光光量に基づいて、前
   記発光駆動手段（１２）から出力される発光光量を制御
   することを特徴とする表面うねり検査装置。 （２）請求項１記載の発光手段（１１）と、発光駆動手
   段（１２）との間に、出力制限手段（１５）が設けられ
   、前記発光駆動手段（１２）から出力される発光光量が
   、任意の設定値（ＩＲ）を越えると遮断され、かつ前記
   制御手段（１４）に遮断情報（Ｓ１３）を出力すること
   を特徴とする表面うねり検査装置。 （３）任意の反射率（ρ）を有する被測定物（１７）に
   レーザー光（Ｌ１１）を照射し、前記被測定物（１７）
   からの反射光（Ｌ２１）を受光検出し、前記受光検出さ
   れた反射率（ρ）の影響を含む総受光光量を常に一定に
   なるように、前記レーザー光（Ｌ１１）の発光光量を制
   御することを特徴とする表面うねり検査装置の光量補正
   方法。