JPH10267638A - 物体の表面における平坦度を測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きなレンズを用いることなく、ウェーハな
ど光を反射しやすい表面を有する物体の表面における平
坦度を確実に測定することができる方法および装置を提
供すること。 【解決手段】 所定の状態に配列された複数の光ファイ
バ４から被検査物体１の表面１ａに対して複数のレーザ
光３を、それらが被検査物体１の後方の一点７において
収斂するように照射し、そのとき被検査物体１の表面１
ａにおいて反射した光３’の状態に基づいて前記表面の
平坦度を測定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェーハ
や、このウェーハの製造過程において用いられるレティ
クルやマスクなどのように、光を反射しやすい表面を有
する物体の表面における平坦度を測定する方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ウェーハの平坦度を測定する手
法として、ハルトマン（Ｈａｒｔｍａｎｎ）波面検出方
法がある。図８は、このハルトマン波面検出法応用によ
るウェーハの平坦度を測定する装置の概要を示すもの
で、この図において、７１は測定対象物体であるウェー
ハ、７２はウェーハ７１に向けてレーザ光７３を発する
レーザ光源、７４はレーザ光源７２によって発せられた
レーザ光７３を平行光にするためのレンズである。７５
は平行な光束に直交するように設けられるマスクで、そ
の平面には、図９（Ａ）に示すように、複数の孔７６を
方形に配置したパターン７７が形成されている。７８は
ウェーハ７１とマスク７５との間に光路に対して４５°
に傾けて設けられる半透鏡、７９は半透鏡７８方向から
の光を集光する集光レンズ、８０は光検出器としてのＣ
ＣＤである。

【０００３】上記構成の装置においては、レーザ光源７
２を発したレーザ光７３は、レンズ７４を通過して平行
光となり、この平行光はマスク７５の孔７６を通過し、
さらに、半透鏡７８を透過してウェーハ７１の表面に垂
直に入射し、ここで反射した光の一部は、半透鏡７８を
透過するが、他の光は半透鏡７８において反射されて、
集光レンズ７９を透過してＣＣＤ８０に入射する。

【０００４】そして、ウェーハ７１が、図８において実
線で示すように平坦（フラット）な場合、ＣＣＤ８０に
おいて得られる像は、図９（Ａ）に示したマスク７５の
パターン７７と同じものが得られるが、ウェーハ７１
が、例えば図８において仮想線で示すように、その一部
が上方に撓むなどしてフラットでない場合には、ＣＣＤ
８０において得られる像は、図９（Ｂ）に示すように、
歪んだものとなる。そして、この歪んだ画像における歪
み量を積分することにより、ウェーハ７１の反り具合を
定量的に求めることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置においては、次のような不都合があった。すな
わち、図８からも理解されるように、光学系としてレン
ズ７４，７９を必要とし、しかも、これらのレンズ７
４，７９の大きさは、少なくとも測定対象物体７１と同
じかそれ以上でなければならず、このため、装置が重量
化かつ大型化するとともに、高価になるといった問題が
あった。また、レンズ７４，７９を用いるところから、
球面収差に起因する誤差があった。

【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、大きなレンズを用いることな
く、ウェーハなど光を反射しやすい表面を有する物体の
表面における平坦度を確実に測定することができる方法
および装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の物体の表面における平坦度を測定する方
法は、所定の状態に配列された複数の光ファイバから被
検査物体の表面に対して複数のレーザ光を、それらが被
検査物体の後方の一点において収斂するように照射し、
そのとき被検査物体の表面において反射した光の状態に
基づいて前記表面の平坦度を測定するようにしたことを
特徴としている。

【０００８】そして、この発明の物体の表面における平
坦度を測定する装置は、光出射端から発せられた光が一
点に向かって集光するように配置された複数の光ファイ
バと、前記一点と複数の光ファイバの間の光路中に配置
された被検査物体の表面に前記光が入射したときに生ず
る反射光の二次元的広がりを検出する光検出器と、この
光検出器の出力信号を受けて前記光ごとの光検出器にお
ける位置を特定するためのデータ処理装置を備えたこと
を特徴としている。

【０００９】この発明の物体の表面における平坦度を測
定する方法および装置においては、大きなレンズなど巨
大な光学素子を用いなくてもウェーハなどの平坦度を測
定することができる。したがって、装置を小型でコンパ
クトかつ安価に構成できる。また、レンズを用いないか
ら球面収差が生ずることもなく、これに起因する測定誤
差が生ずることもない。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照しながら説明する。図１〜図４は、第１の実施の形態
を示すもので、まず、図１および図２において、１は測
定対象物体としてのウェーハで、２はこのウェーハ１の
被検面１ａに対してその斜め方向からレーザ光３を照射
するための光照射部である。この光照射部２は、図３に
示すように、格子状に均等配置された複数の光ファイバ
４よりなる。なお、詳しく図示してないが、光照射部２
のケース２ａ内に、複数に仕切られ、各光ファイバ４を
それぞれガイドするガイド体を設け、これによって腰の
弱い光ファイバ４を保持している。

【００１１】そして、各光ファイバ４の上端側は、束ね
られて複芯のケーブル５となって、光源であるレーザ管
６に接続されている。また、各光ファイバ４から発せら
れるレーザ光３は、ウェーハ１の後方（被検面１ａの裏
側）における点７において収斂するように、各光ファイ
バ３の角度が調整され、隣り合う距離が設定されてい
る。

【００１２】言い換えれば、光照射部２における複数の
光ファイバ３は、それらの光出射端から発せられたレー
ザ光３がある点７に向かって集光するように、かつ、前
記光出射端が均一な間隔をもって所定の状態（図示例で
は、方形状態）となるように配置されている。そして、
ウェーハ１は、前記光照射部２の光出射端と集光点７と
を結ぶ光路の途中に、レーザ光３の照射を受けるように
設けられ、かつ、レーザ光３の列（光列）の幅がウェー
ハ１の大きさにほぼ等しくなるように配置される。

【００１３】さらに、図１および図２において、８は光
照射部２から発せられたレーザ光３がウェーハ１の被検
面１ａにおいて反射した光３’を検出する光検出器とし
てのＣＣＤカメラで、検出素子が格子状に配列されてい
る。このＣＣＤカメラ８は、前記反射した光３’が垂直
に入射するように設けるのが好ましく、そして、ＣＣＤ
カメラ８に入射する反射光３’の全てを検出する必要が
あるが、図２に示すように、反射光３’における広がり
角度θを設定する必要がある。

【００１４】そして、図１において、９はコンピュータ
などのデータ処理装置で、信号ケーブル１０を介してＣ
ＣＤカメラ８からの信号に基づいて、ＣＣＤカメラ８に
おいて受光した各光列における各光ごとの検出素子上の
位置を特定するものである。

【００１５】上記構成の装置において、ウェーハ１を図
１および図２に示すように配置して、これに対して、図
３に示すように、格子状に配列された複数の光ファイバ
４からレーザ光３を照射したとき、ＣＣＤカメラ８によ
って得られる像は、ウェーハ１が全く平坦な場合は、図
４（Ａ）に示すように、規則正しい像が得られる。な
お、この図４（Ａ）に示されるＣＣＤ像は、前記図３に
示した光ファイバ４の配置形態と合同または相似の関係
にある。

【００１６】これに対して、ウェーハ１に反りや平坦度
に乱れがある場合は、被検面１ａのレーザ光３が照射さ
れた部分の傾きに応じて、反射光３’がその傾きを変え
るので、図４（Ｂ）において、符号１１で示すように、
ＣＣＤ像の一部が歪む。この歪みの大きさや位置は、ウ
ェーハ１における反りなどの歪みに対応しており、その
まま、レーザ光３が照射された被検面１ａにおける部位
の傾きの度合いに対応している。すなわち、このＣＣＤ
像は、被検面１ａの傾きの分布を表している。このよう
な信号を例えば積分することにより、被検面１ａの高さ
分布、すなわち、反りや平坦の度合いを得ることができ
る。

【００１７】上述した第１の実施の形態においては、従
来と異なり、光学系にウェーハ１と同等またはそれ以上
の大きさのレンズを用いてないので、装置を小型でコン
パクトかつ安価に構成できる。また、レンズを用いない
から球面収差が生ずることもなく、これに起因する測定
誤差が生ずることもない。

【００１８】図５は、第２の実施の形態を示すもので、
この実施の形態においては、複数の光ファイバ４の各光
出射側にＣＣＤカメラ８の受光面上に焦点を有する集光
レンズ１２を設けるとともに、ＣＣＤカメラ８の受光面
の前方に倍率変更レンズ１３を設けている。この実施の
形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、ＣＣ
Ｄカメラ８における像倍率を変化させることができ、所
望の倍率の鮮明な像を得ることができるといった効果が
ある。

【００１９】図６は、第３の実施の形態を示すもので、
この実施の形態においては、反射光３’の光路を二つに
分割して、各光路における像の倍率を異ならせて、測定
感度の異なる状態で同時に測定できるようにしている。
すなわち、図６において、１３Ａは反射光３’を平行な
光束に整えるレンズ、１４は平行な反射光３’を二分割
する半透鏡で、一方の光路Ａには倍率変更レンズ１５Ａ
を介して第１のＣＣＤカメラ８Ａが、他方の光路Ｂには
倍率変更レンズ１５Ａとは異なる倍率を有する倍率変更
レンズ１５Ｂを介して第２のＣＣＤカメラ８Ｂが設けら
れている。なお、ＣＣＤカメラ８Ａ，８Ｂは、前記ＣＣ
Ｄカメラ８と同様のものである。

【００２０】ところで、一般に、図１における角度θを
大きくすると、ウェーハ１の被検面１ａとＣＣＤカメラ
８との距離を短くすることができ、逆に、前記角度θを
小さくすると、前記距離を長くすることができる。そし
て、ウェーハ１とＣＣＤカメラ８との距離が大きくなる
と、ウェーハ１の同じ傾きに対してもＣＣＤカメラ８上
での光点の移動量が大きくなり、測定感度を高くでき
る。したがって、前記角度θを変化できるようにしても
よい。以下、これを第４の実施の形態として説明する。

【００２１】図７は、第４の実施の形態を示すもので、
この実施の形態においては、光ファイバ４の位置を、図
中に符号４’で示すように、例えば平行移動できるよう
にして、ＣＣＤカメラ８への反射光３’の入射角をθか
らをψに変えられるようしている。このように構成した
場合、ウェーハ１やＣＣＤカメラ８の位置を変えなくて
もサイズの異なるウェーハ１を全光列で測定することが
できる。

【００２２】この発明は、上記各実施の形態に限られる
ものではなく、例えば光ファイバ４の配列は同心円状や
放射状など二次元的広がりのあるものであればよい。

【００２３】また、この発明は、上記ウェーハの反りま
たは平坦度の測定のみに適用されるものではなく、測定
対象とする物体は、光を反射しやすい表面を有する物体
の表面における平坦度を測定するのに広く適用すること
ができることはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】この発明の物体の表面における平坦度を
測定する方法および装置によれば、大きなレンズなど巨
大な光学素子を用いなくても測定対象物体の表面におけ
る反りまたは平坦度を測定することができる。したがっ
て、装置を小型でコンパクトかつ安価に構成できる。ま
た、レンズを用いないから球面収差が生ずることもな
く、これに起因する測定誤差が生ずることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る装置の全体構成を示す
図である。

【図２】前記装置の要部を概略的に示す図である。

【図３】前記装置における光ファイバの配列を示す図で
ある。

【図４】前記装置の動作を説明するための図である。

【図５】第２の実施の形態に係る装置の要部を概略的に
示す図である。

【図６】第３の実施の形態に係る装置の要部を概略的に
示す図である。

【図７】第４の実施の形態に係る装置の要部を概略的に
示す図である。

【図８】従来の装置を概略的に示す図である。

【図９】前記装置の動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１…被検査物体、１ａ…表面、３…レーザ光、３’…反
射光、４…光ファイバ、７…集光点、８…光検出器、９
…データ処理装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の状態に配列された複数の光ファイ
   バから被検査物体の表面に対して複数のレーザ光を、そ
   れらが被検査物体の後方の一点において収斂するように
   照射し、そのとき被検査物体の表面において反射した光
   の状態に基づいて前記表面の平坦度を測定するようにし
   たことを特徴とする物体の表面における平坦度を測定す
   る方法。
2. 【請求項２】 光出射端から発せられた光が一点に向か
   って集光するように配置された複数の光ファイバと、前
   記一点と複数の光ファイバの間の光路中に配置された被
   検査物体の表面に前記光が入射したときに生ずる反射光
   の二次元的広がりを検出する光検出器と、この光検出器
   の出力信号を受けて前記光ごとの光検出器における位置
   を特定するためのデータ処理装置を備えたことを特徴と
   する物体の表面における平坦度を測定する装置。