JPH0743674Y2 - ｒθステージ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は反射率測定装置やエリプソメータ等の光学測定
装置に用いられ、固定点の試料装着面中心に対応する極
座標（r,θ）を変化させるｒθステージに関する。

【従来の技術】 ｒθステージにサンプルを装着し、このサンプルに光源
からの光線束を照射しその反射光の光強度を光センサで
検出して、サンプル表面に形成されている膜の膜厚や屈
折率、或はサンプル表面の反射率等を正確に測定する場
合、光源の光軸と光センサの光軸とを含む面がサンプル
の表面に垂直になるように調整する必要がある。 従来のｒθステージでは、この調整機構が設けられてい
なかった。

【考案が解決しようとする課題】

このため、ｒθステージが載置される台の表面の傾きを
調整しなければならず、また、この調整は微調整であ
り、かつ、一方向の傾斜調整が他方向の傾斜調整に影響
し、両傾斜調整を交互に繰り返し行わなければならず、
調整が煩雑であった。 本考案の目的は、このような問題点に鑑み、サンプル装
着面の傾きを容易に調整することができるｒθステージ
を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、本考案に係るｒθステージ
では、 サンプル（28）が装着される回転ディスク（10）と、 一端部が該回転ディスクのサンプル装着面（11）と反対
面の中心部に垂直に固着された回転軸（34）と、 該回転軸が通され、該回転軸と同心に該回転軸を軸支
し、中心線と該サンプル装着面との交点である第１点
（Ｏ）を中心とする第１凸球面を有する旋回軸（48）
と、 該第１凸球面と接する第１凹球面を有し、該第１点を中
心として回転自在に該旋回軸を指示する第１枢支部（54
〜62）と、 該第１点から該第１凹球面の半径より遠く且つ該旋回軸
の中心線上の第２点を中心とする第２凸球面を有し、該
旋回軸と一体となった被枢支部（104）と、 該第２凸球面と接する第２凹球面を有し、該第２点を中
心として回転自在に該被枢支部を支持する第２枢支部
（102、98）と、 該第１枢支部に対し該第２枢支部を、該旋回軸の軸心方
向と略直角であり且つ互いに直角な第１方向及び第２方
向へ、微動調整自在な２軸微動手段（64〜97）と、 該第１枢支部を該サンプル装着面に略平行な方向へ移動
調整自在なｒステージ（63、120〜130）とを有する。

【作用】

θステージは、回転ディスク（10）と、回転軸（34）
と、旋回軸（48）とを備えた構成であり、サンプル装着
面傾斜調整機構は、該旋回軸の第１凸球面と、第１枢支
部（54〜62）と、被枢支部（104）と、第２枢支部（10
2、98）と、２軸微動手段（64〜97）とを備えた構成で
ある。 ２軸微動手段で第１枢支部に対し第２枢支部を第１方向
へ微動させると、サンプル装着面は、サンプル装着面内
の一軸の回りに旋回傾斜し、２軸微動手段で第１枢支部
に対し第２枢支部を第２方向へ微動させると、サンプル
装着面は、サンプル装着面内の該一軸に直角な軸の回り
に旋回傾斜する。両方向の調整は互いに独立であり、各
調整は１回のみ行なえばよい。 したがって、サンプル装着面の傾きを容易に調整するこ
とができる。

【実施例】

以下、図面に基づいて本考案の一実施例を説明する。 第１図はｒθステージ上部の一部縦断面側面図である。
回転ディスク10の前面縁部には、リング12がねじ14で螺
着され、リング12の前面にはスペーサ16がねじ18で螺着
されている。このスペーサ16は、リング12の中心から見
て90°の間隔で配置されている。スペーサ16の前端には
旋回自在に板ばね20の一端がねじ22で螺着され、板ばね
20の他端には摘24が螺着されている。また、回転ディス
ク10の前面には位置決め枠26が着脱自在に嵌合係止され
ている。位置決め枠26の中央部には円形開口があり、円
形のサンプル28の位置決め用となっている。位置決め枠
26は、サンプル28、例えば半導体ウエーハの直径に応じ
た開口直径のものが複数個用意さている。 サンプル28は、この開口と回転ディスク10の前面のサン
プル装着面11で形成される凹部に、真空吸着される。こ
の真空吸着前には、サンプル28はその表面を傷つけない
ように摘24で仮止めされる。すなわち、ねじ22を中心と
して板ばね20を旋回させ、摘24を回転ディスク10の中心
側へ移動させて、２点鎖線で示す如く摘24をサンプル28
の前面に位置させる。第１図では板ばね20の長手方向
は、回転ディスク10の中心とねじ18とを結ぶ直線に対し
約30°傾斜した状態を示している。 回転ディスク10の前面には複数の凹部30が形成され、凹
部30の底面には、回転ディスク10の後面凹部と連通する
孔32が形成されている。この凹部には、回転軸34の前端
に形成されたフランジ36が嵌合固着されている。孔32
は、フランジ36の前面に形成された凹部38を介して回転
軸34の筒内40に連通されている。39はシール用Ｏリング
である。 回転軸34の後部及び中間部は、それぞれベアリング44、
46を介し旋回軸48に、回転自在に支持されている。この
旋回軸48の前端にはフランジ49が形成され、フランジ49
の前面に回転伝達機構50が固着されている。回転伝達機
構50にはモータ52が固定されており、モータ52を回転さ
せると、不図示の歯車を介し回転軸34がその中心線の回
りに回転される。なお、この回転伝達機構50には、フォ
トインタラプタとパルス円板（回転遮光板）を用いた周
知の回転角検出器（不図示）が取り付けられている。 フランジ49の後面は、回転ディスク10の前面の中心点Ｏ
を中心とする凸球面となっている。この凸球面は、サポ
ートリング54の前面に形成された凹球面に接している。
サポートリング54の後面は、中心点Ｏを中心とする凸球
面となっている。旋回軸48には、この凸球面に接する凹
球面が前面に形成されたプッシュリング56が外嵌され、
さらに、ナット58及びナット60が螺合されおり、プッシ
ュリング56の前面がサポートリング54の後面に押接して
いる。 サポートリング54は、ボックス62の前面開口を閉じるよ
うにボックス62に固着されている。ボックス62の底面に
は円孔が形成され、この円孔に支柱63の上端小径部が嵌
合固着されている。ボックス62の後面には、バックベー
スプレート64が螺着されている。 バックベースプレート64の後面の上部及び下部にはそれ
ぞれ、紙面垂直方向へ延びた直接ガイド片65がねじ66で
螺着されている。これに対応して水平微動板67の上部及
び下部にはそれぞれ、紙面垂直方向へ延びた直線ガイド
片68がねじ70で螺着され、直線ガイド片65と直線ガイド
片68間にスチールボールが配置されている。これによ
り、バックベースプレート64に対し水平微動板67が紙面
垂直方向へ滑らかに移動自在となっている。 第２図はｒθステージ上部の後部平面図である。水平微
動板67の側部にはＬ字状のブラケット72の一端部が螺着
され、ブラケット72の他端部にはマイクロメータヘッド
74が固着されている。マイクロメータヘッド74は、その
摘75を回転させると、送りねじ76がこれと一体回転し、
送りねじ76がナット78に螺入する。ナット78はバックベ
ースプレート64に固着されている。したがって、摘75を
回転させると、水平微動板67がバックベースプレート64
に対し矢印Ａ方向で移動する。ナット78の側部には割部
（不図示）が形成され、この側部に固定ねじ80が螺合し
ており、その摘81を回すと送りねじ76がナット78で締め
つけられて、摘75による調整が固定される。 水平微動板67の後面両側部にはそれぞれ、直線ガイド片
65と同一構成の直線ガイド片82が長手方向を紙面垂直方
向にして螺着されている。これに対応して垂直微動板84
の前面両側部にはそれぞれ、直線ガイド片68と同一構成
の直線ガイド86が長手方向を紙面垂直方向にして螺着さ
れ、直線ガイド片82と直線ガイド片86間にスチールボー
ルが配置されている。したがって、垂直微動板84は水平
微動板67に対し第２図紙面垂直方向へ滑らかに移動自在
となっている。 第１図に示す如く、水平微動板67及び垂直微動板84の下
端部には、第２図に示す72〜80と同一構成の微調整機構
が取り付けられている。すなわち、水平微動板67の下端
部にＬ字状のブラケット88の一端部がねじ89で螺着さ
れ、ブラケット88の他端部にマイクロメータヘッド90が
固着されており、マイクロメータヘッド90の摘91を回す
と、送りねじ92がこれと一体回転してナット94に螺入す
る。ナット94は垂直微動板84の下端部に固着されてい
る。したがって、摘91を回すと、水平微動板67に対し垂
直微動板84が第１図上下方向へ移動する。第３図はｒθ
ステージ上部の背面図であり、ナット94の側部に形成さ
れた割部95の間隔は、固定ねじ96の摘97を回すことによ
り調整され、この間隔を狭くすることにより送りねじ92
がナット94で締めつけられて、マイクロメータヘッド90
による微調整が固定される。 第１図に示す如く、垂直微動板84の後面にはテイル98が
ねじ100で螺着されている。垂直微動板84及びている98
の両内面にわたって形成された矩形凹部には、旋回リン
グ支持枠102が嵌合固定されている。旋回リング支持枠1
02の内面は凹球面となっている。この凹球面の中心は旋
回軸48の中心線上にある。旋回リング支持枠102は２分
割されており、その凹球面にはこれとほぼ同一半径の凸
球面を有する旋回リング104が嵌合されている。旋回リ
ング104を貫通する円孔には、旋回軸48の後部が嵌入さ
れている。テイル98の後面に形成された凹部にはパッキ
ン106が嵌入され、パッキン106の孔には回転軸34の後端
部が嵌入されている。 テイル98の後面にはキャップ108がねじ110で螺着され、
テイル98の後面開口が閉じられている。このキャップ10
8内には室112が形成され、回転軸34の筒内40と連通して
いる。また、キャップ108には螺孔114が形成され、これ
にジョイント116が螺合され、ナット118でジョイント11
6がキャップ108に固定されている。室112は、ジョイン
ト116を介し外部と連通している。 第４図はｒθステージ下部を示す。支柱63の下端は、ス
ライダ120の上面に固着されている。第４図では、回転
ディスク10のサンプル装着面11を２点鎖線で示してい
る。ここで、図のようにサンプル装着面11の中心点Ｏを
原点とするXYZ直交座標系を採る。Ｘ軸及びＺ軸はサン
プル装着面11内にあり、Ｘ軸は水平方向となっている。
スライダ120の下部両側部は、支持枠122の両側部に互い
に平行に取着された直線ガイド124に案内されて、Ｘ軸
と平行方向へ移動自在となっている。 スライダ120には送りねじ126が螺貫され、送りねじ126
の両端部は支持枠122の両側部に軸支され、送りねじ126
の一端は支持枠122の一方の側部に固定されたモータ128
の回転軸に連結されている。したがって、モータ128を
回すと送りねじ126が一体回転し、スライダ12が直線ガ
イド124に案内されてＸ軸に平行方向へ移動する。 支持枠122の底面はベースプレート130に螺着され、ベー
スプレート130は、これに形成された孔132にねじ134が
嵌入されて不図示の入射角変更用回転テーブルに螺着さ
れる。この螺着状態では、回転テーブルの回転中心線は
Ｘ軸上を通る。また、スライダ120の位置は不図示の位
置センサで検出されており、スライダ120の初期位置
は、回転テーブルの中心線が中心点Ｏを通る位置に設定
されている。 次に、上記の如く構成された本実施例の動作を説明す
る。 ｒθステージのベースプレート130をねじ134で回転テー
ブル上に固定し、ジョイント116を、配管を介し真空ポ
ンプに接続し、モータ128を回転させてスライダ120を上
記初期位置にし、回転ディスク10のサンプル装着面11に
サンプル28の裏面を当て、摘24を第１図２点鎖線の位置
へ移動させてサンプル28を仮止めする。 次に、不図示の光源と光検出器の両光軸が通る面を回転
テーブルの面にほぼ平行な面内、すなわちサンプル装着
面11にほぼ垂直な面内とし、入射光束LIをサンプル28に
照射してその反射光束LRの光強度を検出する。 次に、摘91を回しながらこの検出光強度を観測する。こ
れにより、垂直微動板84が第１図上下方向へ移動し、サ
ポート54とフランジ49、プッシュ56間及び旋回支持枠10
2と旋回リング104間が摺動して、サンプル装着面11が第
４図Ｘ軸の回りに微小旋回する。光検出器の出力が最大
となったところで、摘91の回転を止め、摘97を締め付け
方向に回してこの微調整を固定する。 同様に、摘75を回しながら検出光強度を観測する。これ
により、水平微動板67が第２図Ａ方向へ移動し、サポー
ト54とフランジ49、プッシュ56間及び旋回支持枠102と
旋回リング104間が摺動して、サンプル装着面11が第４
図Ｚ軸の回りに微小旋回する。光検出器の出力が最大値
となったところで、摘75の回転を止め、摘81を締め付け
方向に回してこの微調整を固定する。 このような調整により、光源と光検出器の両光軸を通る
面がXY面に正確に平行となる。 次に、ｒθ走査しながらこの検出光強度を用い不図示の
信号処理装置でサンプル28の表面の膜厚や屈折率等の分
布を求める。この走査は、モータ128を回転させて回転
ディスク10をＸ方向へ所定距離移動させ、次にモータ52
を回転させて回転ディスク10を例えば５°ずつ間欠回転
又は連続回転させ、回転ディスク10が一回転すると、モ
ータ128を回転させて回転ディスク10をＸ方向へ所定距
離移動させ、このような処理を繰り返すことにより行な
う。 なお、本考案には外にも種々の変形例が含まれる。 例えば、上記実施例ではモータ52及び128を用いた場合
を説明したが、本考案はこれらを用いずに手動操作する
構成であってもよい。 また、サンプル装着面11へのサンプル28の吸着手段は、
真空吸着手段に限定されず、静電吸着手段、或は、サン
プル28の種類によっては機械的な係止手段であってもよ
い。

【考案の効果】

以上説明した如く、本考案に係るｒθステージでは、２
軸微動手段で第１枢支部に対し第２枢支部を第１方向へ
微動させると、サンプル装着面は、サンプル装着面内の
一軸の回りに旋回傾斜し、２軸微動手段で第１枢支部に
対し第２枢支部を第２方向へ微動させると、サンプル装
着面は、サンプル装着面内の該一軸に直角な軸の回りに
旋回傾斜し、両方向の調整は互いに独立であり、各調整
は１回のみ行なえばよく、したがって、サンプル装着面
の傾きを容易に調整することができるという優れた効果
を奏し、光学測定の容易化及び正確化に寄与するところ
が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本考案の一実施例に係り、 第１図はｒθステージ上部の一部縦断面側面図、 第２図はｒθステージ上部かつ後部の平面図、 第３図はｒθステージ上部の背面図、 第４図はｒθステージ下部の斜視図である。 図中、 10は回転ディスク 11はサンプル装着面 26は位置決め枠 28はサンプル 34は回転軸 44、46はベアリング 48は旋回軸 49はフランジ 50は回転伝達機構 52、128はモータ 54はサポートリング 56はプッシュリング 58、60はナット 62はボックス 64はバックベースプレート 65、82、124は直線ガイド片 67は水平微動板 68、86は直線ガイド片 74、90はマイクロメータヘッド 84は垂直微動板 102は旋回リング支持枠 104は旋回リング 106はパッキン 116はジョイント 120はスライダ 126は送りねじ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】サンプル（28）が装着される回転ディスク
   （10）と、 一端部が該回転ディスクのサンプル装着面（11）と反対
   面の中心部に垂直に固着された回転軸（34）と、 該回転軸が通され、該回転軸と同心に該回転軸を軸支
   し、中心線と該サンプル装着面との交点である第１点
   （Ｏ）を中心とする第１凸球面を有する旋回軸（48）
   と、 該第１凸球面と接する第１凹球面を有し、該第１点を中
   心として回転自在に該旋回軸を支持する第１枢支部（54
   〜62）と、 該第１点から該第１凹球面の半径より遠く且つ該旋回軸
   の中心線上の第２点を中心とする第２凸球面を有し、該
   旋回軸と一体となった被枢支部（104）と、 該第２凸球面と接する第２凹球面を有し、該第２点を中
   心として回転自在に該被枢支部を支持する第２枢支部
   （102、98）と、 該第１枢支部に対し該第２枢支部を、該旋回軸の軸心方
   向と略直角であり且つ互いに直角な第１方向及び第２方
   向へ、微動調整自在な２軸微動手段（64〜97）と、 該第１枢支部を該サンプル装着面に略平行な方向へ移動
   調整自在なｒステージ（63、120〜130）と を有することを特徴とするｒθステージ。