JPH04238229A

JPH04238229A - 反射光測定装置

Info

Publication number: JPH04238229A
Application number: JP3005620A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hattori; 哲也服部
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1992-08-26

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエッチング表面等の段差
を有する物体表面の反射光強度と段差を連続的に測定で
きる反射光測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射光測定装置として、例えば「
Ｏｐｔｉｃａｌ　　ａｎｄＱｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓ　　７（１９７５）１０９−１１３」中
に示された測定系がある。この装置は、被測定物にレー
ザー光線を放射して、その反射光をｐｉｎフォトダイオ
ードで受光することによって反射光の強度を測定するも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の反射
光測定装置では、被測定物の測定面への入射光の焦点合
わせは手動で行っていた。このため、段差を有した物体
の反射光強度の測定は、測定地点ごとに焦点合わせを行
なわなければならなかった。

【０００４】本発明の課題は、段差を有した物体であっ
ても、焦点合わせをすることなく連続して、段差面の反
射光の強度測定ができる反射光測定装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の反射光測定装置には、被測定物を載置する載
置面方向に移動可能なステージと、一定の周期で点滅す
る光源と、光源からの光を集光して被測定物に照射する
光学手段と、光学手段の光出射面とステージとの距離が
周期的に変化するように光学手段またはステージを光源
の点滅周期に同期した周期で振動させる駆動手段と、被
測定物からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段
と、光源の点灯時における電気信号の最大値およびその
位相角を検出する検出手段とが備えられている。

【０００６】

【作用】本発明の反射光測定装置によれば、光源から放
射された一定周期の断続光は、光学手段に入射する。光
学手段は入射光を集光して、ステージ上に載置された被
測定物に照射する。光学手段またはステージは、駆動手
段によって断続光の点滅周期に同期して振動する。この
振動によって、光学手段と被測定物の間隔が周期的に変
化するために、入射光が照射される被測定物上の面積も
周期的に変化する。照射光強度は入射光の照射面積に反
比例するので、照射光強度も振動周期に合わせて変化す
る。そして、この照射光が被測定物で反射して、光電変
換手段に入射される。光電変換手段ではこの入射光が電
気信号に変換されて、検出手段に与えられる。また、光
学手段またはステージの振動周期に同期した振動周期信
号も検出手段に与えられる。検出手段ではこれらの信号
より、光源の点灯時における電気信号の最大値、および
その位相角が検出される。

【０００７】

【実施例】以下、添付図面の図１〜図２を用いて、本発
明の一実施例である反射光測定装置について説明する。

【０００８】図１は本実施例である反射光測定装置の構
成図である。この反射光測定装置は、平行な断続光を出
射する光源１０と、入射光束の一部を反射し、一部を透
過させるハーフミラー２０と、光学式の対物レンズ３０
と、被測定物４０が載置されたステージ５０と、被測定
物４０からの反射光を電気信号に変換する光電変換手段
６０と、対物レンズ３０を上下に振動させるためのソレ
ノイド電磁石を用いた駆動手段であるアクチュエータ７
０と、アクチュエータ７０に駆動電力を与える電源装置
８０と、光源１０に駆動電力を与える電源装置８１と、
電源装置８０および電源装置８１を外部変調するファン
クションジュネレータ９０と、光電変換手段６０からの
電気信号およびファンクションジュネレータ９０からの
振動周期信号が与えられるロックインアンプ９１とから
構成されている。また、光源１０には、光を放射する発
光部１１と、発光部１１からの連続光を断続光に変える
シャッター１２と、通過する光を平行光線束に変えるコ
リメータ１３が備えられている。さらに、光電変換手段
６０には、反射光を集光する集光レンズ６１と、反射光
を受光して電流信号に変換する受光器６２と、受光器６
２から出力された電流信号を電圧信号に変換するプリア
ンプ６３が備えられている。

【０００９】次に、本実施例の動作について説明する。図２は本実施例の原理を表す動作図である。図２（ａ）
、（ｂ）に示すように対物レンズ３０はアクチュレータ
７０によって周期的に振動する。被測定物４０の測定面
には段差があり、測定面Ａでは対物レンズ３０の高さが
ａの位置で入射光の焦点が合う。また、測定面Ｂでは対
物レンズ３０の高さがｂの位置で入射光の焦点が合う。一方、図２（ｃ）に示すように、シャッター１２によっ
て発光部１１からの連続光は対物レンズ３０の振動周期
に同期した断続光となる。つまり、対物レンズが最高位
から最低位へ降下するときには発光部１１からの光はそ
のまま放射されるが、最低位から最高位へ上昇するとき
には発光部１１からの光はシャッター１２によって遮断
され、断続光になるのである。このように、発光部１１
から放射した断続光は、コリメータ１３によって平行光
線になった後にハーフミラー２０で反射する。そして、
この平行光線は対物レンズ３０で集光光線となり被測定
物４０に照射される。被測定物４０からの反射光は対物
レンズ３０で平行光線となり、ハーフミラー２０を透過
して、集光レンズ６１で受光器６２に集光される。受光
器６２に集光された反射光の強度の時間変化を図２（ｄ
）に示す。ここでは、図２（ｂ）に示す対物レンズ３０
の振動周期に合わせて、ステージ５０をステッピングモ
ータで水平方向に移動させることによって、図２（ｅ）
、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）の順に連続的に反射光強度を
測定している。実際には、各測定点ごとにレンズ３０を
複数回数振動させて反射光強度を測定する。これにより
、各測定点での測定精度を高めている。図２では、簡単
のため、測定点ごとに一回ずつレンズ３０が振動するも
のとして説明している。この反射光強度の測定より、測
定面Ａでは、高さがａの位置で反射光強度が最強となる
ことがわかる（図２（ｅ）、（ｆ）参照）。また、測定
面Ｂでは、高さがｂの位置で反射光強度が最強となるこ
とがわかる（図２（ｇ）、（ｈ）参照）。受光器６２で
光電変換された反射光強度の電流信号はプリアンプ６３
で電圧信号に変換され、ロックインアンプ９１に与えら
れる。また、対物レンズ３０の振動周期信号もファンク
ションジュネレータ９０からロックインアンプ９１に与
えられる。この振動周期信号は光源１０の点滅周期に同
期しているので、振動周期信号から光源１０の点灯期間
と消灯期間がわかる。ロックインアンプ９１では、この
光源１０の点灯期間の電圧信号の最大値と、消灯期間の
電圧信号の値を検出する。消灯期間の電圧信号の値は外
部からの光によるものを含むので、点灯期間の電圧信号
の最大値からこの消灯期間の電圧信号の値を引くことに
よって、ノイズを除去することができる。したがって、
ロックインアンプ９１からは、ノイズを取り除いた電圧
信号が強度信号として出力される。また、反射光強度が
最大値となったときの位相角が、位相角信号として出力
される。

【００１０】このように出力された強度信号と位相角信
号によって、次のことがわかる。まず、強度信号からは
その測定面での反射光強度の最大値がわかる。また、位
相角信号からは、測定面の相対的な高さがわかる。さら
に、測定面の段差の正確な値も対物レンズの振幅を測定
することによって導き出すことができる。その具体例を
以下に示す。

【００１１】測定面ＡとＢでの位相角がψＡ　、ψＢ　
（ｄｅｇ）である場合には、測定面Ａと測定面Ｂの段差
は近似的に次式の関係がある。

【００１２】｜ψＡ　−ψＢ　｜：１８０＝段差：対物レンズ振幅し
たがって、対物レンズの振幅をこの式に代入することに
よって、測定面Ａと測定面Ｂの段差を導き出すことがで
きる。

【００１３】なお、強度信号の測定に重点を置く場合に
は比較的高い周波数を用い、段差測定に重点を置く場合
には比較的低い周波数を用いることが望ましい。

【００１４】また、本実施例では、対物レンズ３０の上
昇時にシャッター１２を用いて光を遮断しているが、対
物レンズ３０の下降時に光を遮断しても同様の効果が得
られる。

【００１５】さらに、本実施例では、対物レンズ３０を
上下振動させて、対物レンズ３０と被測定物４０との間
隔を変動させているが、ステージ５０に上下振動する可
動ステージを用いて、間隔を変動させても良い。

【００１６】

【発明の効果】本発明の反射光測定装置であれば、光学
手段またはステージが周期的に振動することによって、
照射光の強度が周期的に変化する。照射光は被測定物で
反射し、その反射光が光電変換手段に入射されて電気信
号となる。この電気信号は、光学手段と被測定物との間
隔が光学手段の焦点距離と同じ長さのときに最大となる
。電気信号の最大値を検出手段で検出することによって
、焦点が合った位置での反射光強度を測定することがで
きる。また、各測定面ごとに電気信号が最大値となった
ときの位相角を調べることによって、各測定面での段差
がわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る反射光測定装置の構成図
である。

【図２】本発明の実施例の原理を表す動作図である。

【符号の説明】

１０…光源１１…発光部１２…シャッター１３…コリメータ２０…ハーフミラー３０…対物レンズ４０…被測定物５０…ステージ６０…光電変換手段６１…集光レンズ６２…受光器６３…プリアンプ７０…アクチュエータ８０…電源装置８１…電源装置９０…ファンクションジュネレータ９１…ロックインアンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　被測定物を載置する載置面方向に移動
可能なステージと、一定の周期で点滅する光源と、前記
光源からの光を集光して被測定物に照射する光学手段と
、前記光学手段の光出射面と前記ステージとの距離が周
期的に変化するように前記光学手段または前記ステージ
を前記光源の点滅周期に同期した周期で振動させる駆動
手段と、被測定物からの反射光を電気信号に変換する光
電変換手段と、前記光源の点灯時における前記電気信号
の最大値およびその位相角を検出する検出手段とを備え
ることを特徴とする反射光測定装置。