JPH1082615A - シアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置 - Google Patents
シアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置Info
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- JPH1082615A JPH1082615A JP25747596A JP25747596A JPH1082615A JP H1082615 A JPH1082615 A JP H1082615A JP 25747596 A JP25747596 A JP 25747596A JP 25747596 A JP25747596 A JP 25747596A JP H1082615 A JPH1082615 A JP H1082615A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】極小段差の測定を高精度にかつ非接触で容易に
測定することが可能で、更に外部振動に強く、装置の小
型化が容易で分解能が高いシアリング干渉コントラスト
法顕微鏡段差測定装置を得ること。 【解決手段】光源光を収束光または平行光にするコリメ
ーターレンズ１９と、コリメーターレンズからの光を平
行光または収束光にする対物レンズ２３と、コリメータ
ーレンズからの光を２波面にシアする複屈折性素子２２
とを備え、２波面を被測定物２４に照明し、反射した２
物体波面を複屈折性素子で重合わてシアリング干渉さ
せ、位相を変化させた時の干渉縞の強度変化を測定し、
かつ複屈折性素子をシア方向に平行な方向に移動させて
２波面に位相差を与える。
測定することが可能で、更に外部振動に強く、装置の小
型化が容易で分解能が高いシアリング干渉コントラスト
法顕微鏡段差測定装置を得ること。 【解決手段】光源光を収束光または平行光にするコリメ
ーターレンズ１９と、コリメーターレンズからの光を平
行光または収束光にする対物レンズ２３と、コリメータ
ーレンズからの光を２波面にシアする複屈折性素子２２
とを備え、２波面を被測定物２４に照明し、反射した２
物体波面を複屈折性素子で重合わてシアリング干渉さ
せ、位相を変化させた時の干渉縞の強度変化を測定し、
かつ複屈折性素子をシア方向に平行な方向に移動させて
２波面に位相差を与える。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はシアリング干渉コント
ラスト法顕微鏡段差測定装置に関するものである。
ラスト法顕微鏡段差測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】位相物体を観察したり測定したりする技
術は、近年、光学、精密機械、物性物理、生物、医学な
ど様々な分野に於いてより重要性が高まっている。例え
ば、近年より微細化が進められている半導体集積回路、
或いは結晶や薄膜など不透明、透明な位相物体、様々な
ものの段差測定が要求されている。レンズ等の表面にコ
ーテイングした極薄膜を測定する場合に、従来は例えば
図５に示すような触針を使用した膜厚測定装置を使用
し、図５ａに示すようなダイアモンド触針２０１とスキ
ッド２０２の先端を、図５ｂに示すようなガラス面２０
３に接触させ、これを移動して膜２０４を横断させ、変
化を電気的に増幅して検出するものであり、例えば試料
上の膜直径をｌ0 とすると図５ｃのように測定結果を得
るものである。
術は、近年、光学、精密機械、物性物理、生物、医学な
ど様々な分野に於いてより重要性が高まっている。例え
ば、近年より微細化が進められている半導体集積回路、
或いは結晶や薄膜など不透明、透明な位相物体、様々な
ものの段差測定が要求されている。レンズ等の表面にコ
ーテイングした極薄膜を測定する場合に、従来は例えば
図５に示すような触針を使用した膜厚測定装置を使用
し、図５ａに示すようなダイアモンド触針２０１とスキ
ッド２０２の先端を、図５ｂに示すようなガラス面２０
３に接触させ、これを移動して膜２０４を横断させ、変
化を電気的に増幅して検出するものであり、例えば試料
上の膜直径をｌ0 とすると図５ｃのように測定結果を得
るものである。
【０００３】
【［発明が解決しようとする課題】しかしながら、この
ような機械電気的方法は差動検出のため、基準電位の電
気的な安定度により必ずしも高精度の測定が容易でな
く、平面を測定するよう構成されているため、曲面を持
つ光学素子は曲率半径が充分大きくない限り測定できな
い。また、触針式のため試料の表面を破壊しており、測
定結果に疑問が残る。また、微分干渉顕微鏡的三次元的
な観察、測定はなされていない。微分干渉顕微鏡的三次
元的な観察、測定を可能とする技術としては、本願発明
者が先に提案したシアリング干渉コントラスト法段差測
定装置（平成４年特許出願公告第４５０８２号参照）が
あるが、ここでは試料に照明する２波面が重なっている
ので分解能は極めて高くすることは出来なかった。この
ようなことから、微細形状でしかも極薄段差の測定が可
能でしかも分解能が高い測定技術の開発が望まれてい
る。この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたもので
あって、極薄膜段差の測定を高精度にかつ非接触で容易
に測定することが可能で、更に共通光路光学系であるこ
とから、外部振動に強く、装置の小型化が容易で分解能
が高いシアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装
置を提供することを目的とするものである。
ような機械電気的方法は差動検出のため、基準電位の電
気的な安定度により必ずしも高精度の測定が容易でな
く、平面を測定するよう構成されているため、曲面を持
つ光学素子は曲率半径が充分大きくない限り測定できな
い。また、触針式のため試料の表面を破壊しており、測
定結果に疑問が残る。また、微分干渉顕微鏡的三次元的
な観察、測定はなされていない。微分干渉顕微鏡的三次
元的な観察、測定を可能とする技術としては、本願発明
者が先に提案したシアリング干渉コントラスト法段差測
定装置（平成４年特許出願公告第４５０８２号参照）が
あるが、ここでは試料に照明する２波面が重なっている
ので分解能は極めて高くすることは出来なかった。この
ようなことから、微細形状でしかも極薄段差の測定が可
能でしかも分解能が高い測定技術の開発が望まれてい
る。この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたもので
あって、極薄膜段差の測定を高精度にかつ非接触で容易
に測定することが可能で、更に共通光路光学系であるこ
とから、外部振動に強く、装置の小型化が容易で分解能
が高いシアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装
置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【［課題を解決するための手段】この目的に対応して、
この発明のシアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測
定装置は、光源からの光を収束光または平行光にするコ
リメーターレンズと、前記コリメーターレンズからの光
を平行光または収束光にする対物レンズと、前記コリメ
ーターレンズからの光を２波面にシアする複屈折性素子
とを備え、前記２波面を被測定物に照明し、前記被測定
物から反射した２物体波面を前記複屈折性素子によって
重ね合わせることによってシアリング干渉させ、位相を
変化させた時の干渉縞の強度変化を測定するように構成
し、かつ前記複屈折性素子を前記シア方向に平行な方向
に移動させることによって前記２波面に位相差を与える
ように構成したことを特徴としている。
この発明のシアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測
定装置は、光源からの光を収束光または平行光にするコ
リメーターレンズと、前記コリメーターレンズからの光
を平行光または収束光にする対物レンズと、前記コリメ
ーターレンズからの光を２波面にシアする複屈折性素子
とを備え、前記２波面を被測定物に照明し、前記被測定
物から反射した２物体波面を前記複屈折性素子によって
重ね合わせることによってシアリング干渉させ、位相を
変化させた時の干渉縞の強度変化を測定するように構成
し、かつ前記複屈折性素子を前記シア方向に平行な方向
に移動させることによって前記２波面に位相差を与える
ように構成したことを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下この発明の詳細を一実施の形
態を示す図面について説明する。この発明のシアリング
干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置は、光源からの
光をコリメータレンズを移動する事により、試料に対す
る照明光を平行光（二光束照明）、収束光（共焦点ダブ
ルスポット照明）の２方式にすることがでる。まず第一
の方式は光源からの光を収束光にするコリメーターレン
ズと平行光にする対物レンズと収束光を２波面にシアす
る複屈折性素子とを備え、コリメートされた２波面を被
測定物に照明し、被測定物からの反射した２物体光を複
屈折性素子により常光線、異常光線を重ね合わせること
によりシアリング干渉させ、位相を変化させた時の干渉
縞の強度変化を測定するよう構成し、かつ複屈折性素子
をシア方向に平行な方向に移動させることにより、２波
面間に位相差を与えるよう構成している。
態を示す図面について説明する。この発明のシアリング
干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置は、光源からの
光をコリメータレンズを移動する事により、試料に対す
る照明光を平行光（二光束照明）、収束光（共焦点ダブ
ルスポット照明）の２方式にすることがでる。まず第一
の方式は光源からの光を収束光にするコリメーターレン
ズと平行光にする対物レンズと収束光を２波面にシアす
る複屈折性素子とを備え、コリメートされた２波面を被
測定物に照明し、被測定物からの反射した２物体光を複
屈折性素子により常光線、異常光線を重ね合わせること
によりシアリング干渉させ、位相を変化させた時の干渉
縞の強度変化を測定するよう構成し、かつ複屈折性素子
をシア方向に平行な方向に移動させることにより、２波
面間に位相差を与えるよう構成している。
【０００６】以下、この発明の詳細を一実施例について
説明する。図１において、１は顕微鏡段差測定装置であ
る。顕微鏡段差測定装置１はＨe −Ｎｅレーザ光源１１
を有し、Ｈe −Ｎｅレーザ光源から発生するレーザビー
ムの光路に沿って、ビームエキスパンダ−１２、ミラ−
１３、対物レンズ１４、ピンホール１５、ビームスプリ
ッタ−１６、コリメータレンズ１９、ポラライザ−２
０、ビームスプリッタ−２１、複屈折性素子２２、対物
レンズ２３を備えている。２４は対物レンズ２３の前方
に位置する被測定物であって、基板ａと位相物体ｂとか
らなる。ビームスプリッタ−２１の透過側にはアナライ
ザ−２５、ビームスプリッタ−２６、レンズ２８が光路
に沿って順次位置する。さらにビームスプリッター２６
の反射側にはアイピース２７が位置する。レンズ２８の
透過側にはＣＣＤカメラ２９が位置し、ＣＣＤカメラ２
９はイメージプロセッサ−３０に接続されデイスプレイ
３１で像を観察する。イメージプロセッサ−３０からの
信号はインターフェイス３４を介して処理装置３５に接
続している。また、ビームスプリッタ−１６の入射側に
は白色光源１７、レンズ１８が位置する。複屈折性素子
２２としてはノマルスキープリズム、サバール板、ウオ
ラストンプリズム、方解石などを使用することができ
る。
説明する。図１において、１は顕微鏡段差測定装置であ
る。顕微鏡段差測定装置１はＨe −Ｎｅレーザ光源１１
を有し、Ｈe −Ｎｅレーザ光源から発生するレーザビー
ムの光路に沿って、ビームエキスパンダ−１２、ミラ−
１３、対物レンズ１４、ピンホール１５、ビームスプリ
ッタ−１６、コリメータレンズ１９、ポラライザ−２
０、ビームスプリッタ−２１、複屈折性素子２２、対物
レンズ２３を備えている。２４は対物レンズ２３の前方
に位置する被測定物であって、基板ａと位相物体ｂとか
らなる。ビームスプリッタ−２１の透過側にはアナライ
ザ−２５、ビームスプリッタ−２６、レンズ２８が光路
に沿って順次位置する。さらにビームスプリッター２６
の反射側にはアイピース２７が位置する。レンズ２８の
透過側にはＣＣＤカメラ２９が位置し、ＣＣＤカメラ２
９はイメージプロセッサ−３０に接続されデイスプレイ
３１で像を観察する。イメージプロセッサ−３０からの
信号はインターフェイス３４を介して処理装置３５に接
続している。また、ビームスプリッタ−１６の入射側に
は白色光源１７、レンズ１８が位置する。複屈折性素子
２２としてはノマルスキープリズム、サバール板、ウオ
ラストンプリズム、方解石などを使用することができ
る。
【０００７】次にこのように構成された顕微鏡段差測定
装置１の作用について説明する。まずシアリング干渉コ
ントラスト法の原理を述べれば、シアリング干渉を利用
したコントラスト法は物体の波面を２分割して互いにシ
アさせ、２波面間に適当な位相差を与えて干渉させて観
察するものである。
装置１の作用について説明する。まずシアリング干渉コ
ントラスト法の原理を述べれば、シアリング干渉を利用
したコントラスト法は物体の波面を２分割して互いにシ
アさせ、２波面間に適当な位相差を与えて干渉させて観
察するものである。
【０００８】レーザ光源１１からのレーザビームはレン
ズ１２にてコリメートされ、ミラ−１３で光路変更され
た後、対物レンズ１４、ピンホール１５にて空間周波数
フィルタリングされ、ビームスプリッタ−１６にて光路
変更された後コリメーターレンズ１９にて収束光とさ
れ、ポラライザ−２０を通過後直線偏光となり、ビーム
スプリッタ−２１にて光路変更される。この光束はノマ
ルスキープリズムからなる複屈折性素子２２を通過後、
常光線、異常光線に別れた二つの光線となる。干渉縞の
局在面と対物レンズ２３を通過後シアした二つの平行光
束となって被測定物２４を照明する。被測定物２４にて
反射した物体光は元の光路をたどり、複屈折性素子２２
を通過後、ビームスプリッタ−２１を透過し、アナライ
ザ−２５に入射する。透過した２光束は干渉し、ビーム
スプリッタ−２６、レンズ２８を通過後、被測定物上の
二点の干渉像をＣＣＤカメラ２９の光電面に結像する。
この結像した二点波面の各々の強度をＣＣＤカメラ２９
にて検出し、イメージプロセッサを介してデイスプレイ
３１にて画像表示を行なう。その各々のスポットデータ
をインターフェイス３４を介して処理装置３５にてデー
タ処理を行なう。二波面の位相は複屈折性素子２２を電
歪素子３２にて周期的に変化さぜる事により実現する。
これはまた通常の白色光源１７にて照明を行ない、通常
の干渉コントラスト法としても被測定物を観察すること
が可能である。
ズ１２にてコリメートされ、ミラ−１３で光路変更され
た後、対物レンズ１４、ピンホール１５にて空間周波数
フィルタリングされ、ビームスプリッタ−１６にて光路
変更された後コリメーターレンズ１９にて収束光とさ
れ、ポラライザ−２０を通過後直線偏光となり、ビーム
スプリッタ−２１にて光路変更される。この光束はノマ
ルスキープリズムからなる複屈折性素子２２を通過後、
常光線、異常光線に別れた二つの光線となる。干渉縞の
局在面と対物レンズ２３を通過後シアした二つの平行光
束となって被測定物２４を照明する。被測定物２４にて
反射した物体光は元の光路をたどり、複屈折性素子２２
を通過後、ビームスプリッタ−２１を透過し、アナライ
ザ−２５に入射する。透過した２光束は干渉し、ビーム
スプリッタ−２６、レンズ２８を通過後、被測定物上の
二点の干渉像をＣＣＤカメラ２９の光電面に結像する。
この結像した二点波面の各々の強度をＣＣＤカメラ２９
にて検出し、イメージプロセッサを介してデイスプレイ
３１にて画像表示を行なう。その各々のスポットデータ
をインターフェイス３４を介して処理装置３５にてデー
タ処理を行なう。二波面の位相は複屈折性素子２２を電
歪素子３２にて周期的に変化さぜる事により実現する。
これはまた通常の白色光源１７にて照明を行ない、通常
の干渉コントラスト法としても被測定物を観察すること
が可能である。
【０００９】次に、第二の方式は、光源からの光を収束
光にしたレンズをＨe −Ｎｅレーザ光源１１側に近ずけ
ることにより、Ｈe −Ｎｅレーザ光源１１からのビーム
を対物レンズ１４により、スペイシャルフィルタリング
された発散光のピンホール１５位置にコリメータレンズ
１９の焦点が置かれるようにする。白色光源１７ランプ
はコリメータレンズ１９の移動と共に遠く離し、非測定
物２４の被検面上にケーラー照明されるようにセットす
る。Ｈe −Ｎｅレーザ光はコリメータレンズ１９により
平行光束となり、複屈折性素子を通過後、常光線、異常
光線の２波面に分離し、対物レンズにより被検面上に２
つの赤いスポットで照明される。白色光源からの光束は
ケーラー照明されているため、この時の視野は緑の背景
の中央にＨe −Ｎｅレーザの赤い２つのスポットが観察
される。この二つのスポット光は被測定物で反射後、対
物レンズでコリメートされ、複屈折性素子により常光
線、異常光線を重ね合わせることによりシアリング干渉
させ、位相を変化させた時の干渉縞の強度変化を測定す
るよう構成し、かつ複屈折性素子をシア方向に平行な方
向に移動させる事により、２波面間に位相差を与える。
光にしたレンズをＨe −Ｎｅレーザ光源１１側に近ずけ
ることにより、Ｈe −Ｎｅレーザ光源１１からのビーム
を対物レンズ１４により、スペイシャルフィルタリング
された発散光のピンホール１５位置にコリメータレンズ
１９の焦点が置かれるようにする。白色光源１７ランプ
はコリメータレンズ１９の移動と共に遠く離し、非測定
物２４の被検面上にケーラー照明されるようにセットす
る。Ｈe −Ｎｅレーザ光はコリメータレンズ１９により
平行光束となり、複屈折性素子を通過後、常光線、異常
光線の２波面に分離し、対物レンズにより被検面上に２
つの赤いスポットで照明される。白色光源からの光束は
ケーラー照明されているため、この時の視野は緑の背景
の中央にＨe −Ｎｅレーザの赤い２つのスポットが観察
される。この二つのスポット光は被測定物で反射後、対
物レンズでコリメートされ、複屈折性素子により常光
線、異常光線を重ね合わせることによりシアリング干渉
させ、位相を変化させた時の干渉縞の強度変化を測定す
るよう構成し、かつ複屈折性素子をシア方向に平行な方
向に移動させる事により、２波面間に位相差を与える。
【００１０】次にシアリング干渉コントラスト法の原理
について述べる。２波面Σ1 、Σ2 の間の位相差をπ／
２、シア量をΔＳ、）物体の位相の大きさをδとする。
被測定物２４を通った後の２波面の位相分布は図２のよ
うになる。簡単化のために図２では位相δをもった位相
物体を用いている。まず波面Σ1 、Σ2 で位相物体を照
明し、２波面に分割する。これらの波面はΔＳのシア量
で互いに横方向にシアされ、それらの位相差は図２ａに
示した値で与えられる。図ｃは位相と干渉縞の強度分布
を示しており、曲線は位相を強度に変換したものを示し
ている。ここでΔＩは位相変化Δに対する強度変化を示
している。被測定物を通過後のΣ1 、Σ2 の干渉波面か
ら得られる光の強度分布が図２ｂのようになることは図
ｃから容易に理解できる。ここで位相コントラスト像は
明強度（０．５＋Ｉ、図２ｃ）、暗強度（−０．５＋Δ
Ｉ、図２ｃ）の相対する勾配に変換して観察される。
について述べる。２波面Σ1 、Σ2 の間の位相差をπ／
２、シア量をΔＳ、）物体の位相の大きさをδとする。
被測定物２４を通った後の２波面の位相分布は図２のよ
うになる。簡単化のために図２では位相δをもった位相
物体を用いている。まず波面Σ1 、Σ2 で位相物体を照
明し、２波面に分割する。これらの波面はΔＳのシア量
で互いに横方向にシアされ、それらの位相差は図２ａに
示した値で与えられる。図ｃは位相と干渉縞の強度分布
を示しており、曲線は位相を強度に変換したものを示し
ている。ここでΔＩは位相変化Δに対する強度変化を示
している。被測定物を通過後のΣ1 、Σ2 の干渉波面か
ら得られる光の強度分布が図２ｂのようになることは図
ｃから容易に理解できる。ここで位相コントラスト像は
明強度（０．５＋Ｉ、図２ｃ）、暗強度（−０．５＋Δ
Ｉ、図２ｃ）の相対する勾配に変換して観察される。
【００１１】次にシアリング干渉コントラスト法による
段差の求め方を述べる。図３、図４にしめす被測定物を
セットし観測面で観察される２波面の各々の強度をＩA
、ＩB とすると、強度は Ｉ＝（Ｘ／２）［１＋Ｃ０Ｓ｛（２π／Ｔ）Ｘ＋ψ｝］ ・・・・・（１） で表わされる。ここでＴは周期、Ｘは複屈折性素子の光
軸の垂直な方向への移動量、ψは位相を表わす。 各々波面Σ1 、Σ2 について２点求める場合、周期
Ｔ、位相ψは（２）式、（３）式のように表わされる。 T = ２π（X1- X2）/ {COS-1（２Ｉ1 −１-COS-1（２Ｉ2 −１ }・・・（２） ψ＝COS -1（２Ｉ1 −１）−２πＸ／Ｔ ・・・・・・・・・（３） ａ）透過型 （基板ａ，位相物体ｂ共に透明な場合）
（図３ａ） 位相Δψは Δψ＝（２π／λ）（ｎ−１）ｄ ・・・・・・・・・・（４） Δψ＝（ψA −ψB ）λ／｛２π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・・・（５） 従って段差ｄは ｄ＝（ψA −ψB ）λ／｛２π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・・（６） により求まる。ここでｎは位相物体の屈折率を表わす。
これは（π／２）＋δと（π／２）一δの波面より求め
たが、π／２と（π／２）＋δまたは（π／２）一δと
の波面から求めることもできる。この場合には ｄ＝（ψA ・ψB ）λ／｛２π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・（７） により求まる。
段差の求め方を述べる。図３、図４にしめす被測定物を
セットし観測面で観察される２波面の各々の強度をＩA
、ＩB とすると、強度は Ｉ＝（Ｘ／２）［１＋Ｃ０Ｓ｛（２π／Ｔ）Ｘ＋ψ｝］ ・・・・・（１） で表わされる。ここでＴは周期、Ｘは複屈折性素子の光
軸の垂直な方向への移動量、ψは位相を表わす。 各々波面Σ1 、Σ2 について２点求める場合、周期
Ｔ、位相ψは（２）式、（３）式のように表わされる。 T = ２π（X1- X2）/ {COS-1（２Ｉ1 −１-COS-1（２Ｉ2 −１ }・・・（２） ψ＝COS -1（２Ｉ1 −１）−２πＸ／Ｔ ・・・・・・・・・（３） ａ）透過型 （基板ａ，位相物体ｂ共に透明な場合）
（図３ａ） 位相Δψは Δψ＝（２π／λ）（ｎ−１）ｄ ・・・・・・・・・・（４） Δψ＝（ψA −ψB ）λ／｛２π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・・・（５） 従って段差ｄは ｄ＝（ψA −ψB ）λ／｛２π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・・（６） により求まる。ここでｎは位相物体の屈折率を表わす。
これは（π／２）＋δと（π／２）一δの波面より求め
たが、π／２と（π／２）＋δまたは（π／２）一δと
の波面から求めることもできる。この場合には ｄ＝（ψA ・ψB ）λ／｛２π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・（７） により求まる。
【００１２】ｂ）反射型Ａ型（透明な位相物体ｂ）（図
３ｂ） Δψ＝（４π／λ）（ｎ−１）ｄ ・・・・・・・（８） Δψ＝（ψA ・ψB ）／２ ・・・・・・・・・・・・・・・（９） 従って段差ｄは ｄ＝（ψA −ψB ）λ／｛８π（ｎ−１）｝ ・・・・・・（１０） により求まる。π／２と（π／２）＋δまたは（π／
２）一δとの波面から求める場合には、 ｄ＝（ψA −ψB ）λ／｛４π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・（１１） により求まる。
３ｂ） Δψ＝（４π／λ）（ｎ−１）ｄ ・・・・・・・（８） Δψ＝（ψA ・ψB ）／２ ・・・・・・・・・・・・・・・（９） 従って段差ｄは ｄ＝（ψA −ψB ）λ／｛８π（ｎ−１）｝ ・・・・・・（１０） により求まる。π／２と（π／２）＋δまたは（π／
２）一δとの波面から求める場合には、 ｄ＝（ψA −ψB ）λ／｛４π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・（１１） により求まる。
【００１３】ｃ）反射型Ｂ型（不透明な位相物体）（図
３Ｃ） 位相Δψは Δψ＝（４π／λ）ｄ ・・・・・・（１２） Δψ＝（ψA −ψB ）／２ ・・・・・・（１３） 従って段差ｄは ｄ＝（ψA −ψB ）λ／８π ・・・・・・（１４） より求まる。π／２と（π／２）＋δまたは（π／２）
−δとの波面から求める場合には ｄ＝（ψA −ψB ）λ／４π ・・・・・・（１５） により求まる。 各々の波面Σ1 、Σ2 について１点求める場合、今ま
では２波面の各々について求めた２点から周期Ｔ、位相
ψを求めたが、次に各々の波面について１点求めて段差
を導出する方法について示す。 （１）式において原点をＸ＝０にとる。ＩA ＝ＩOA、Ｉ
B ＝ＩOBとすると各々の位相ψOA、ψOBは図４に示すよ
うに ψOA＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOA−１） ・・・・・・・・・・・（１６） ψOB＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOB−１） ・・・・・・・・・・・（１７） と表わされる。以下、段差の算出はの場合と同様であ
る。
３Ｃ） 位相Δψは Δψ＝（４π／λ）ｄ ・・・・・・（１２） Δψ＝（ψA −ψB ）／２ ・・・・・・（１３） 従って段差ｄは ｄ＝（ψA −ψB ）λ／８π ・・・・・・（１４） より求まる。π／２と（π／２）＋δまたは（π／２）
−δとの波面から求める場合には ｄ＝（ψA −ψB ）λ／４π ・・・・・・（１５） により求まる。 各々の波面Σ1 、Σ2 について１点求める場合、今ま
では２波面の各々について求めた２点から周期Ｔ、位相
ψを求めたが、次に各々の波面について１点求めて段差
を導出する方法について示す。 （１）式において原点をＸ＝０にとる。ＩA ＝ＩOA、Ｉ
B ＝ＩOBとすると各々の位相ψOA、ψOBは図４に示すよ
うに ψOA＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOA−１） ・・・・・・・・・・・（１６） ψOB＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOB−１） ・・・・・・・・・・・（１７） と表わされる。以下、段差の算出はの場合と同様であ
る。
【００１４】このように一般に干渉縞は位相が変化する
と光の強度が正弦波的に変化するので、２波面の光の強
度差を位相差に換算して、位相物体の厚みを求める。 また干渉縞の周期より位相を求めることもできる。干
渉縞の周期Ｔ、π／２の位置に於ける２波面間の位相を
θとおくと段差ｄは ｄ＝λθ／２Ｔ（ｎ−１） ・・・・・・・・・・・（１８） で表わされる。
と光の強度が正弦波的に変化するので、２波面の光の強
度差を位相差に換算して、位相物体の厚みを求める。 また干渉縞の周期より位相を求めることもできる。干
渉縞の周期Ｔ、π／２の位置に於ける２波面間の位相を
θとおくと段差ｄは ｄ＝λθ／２Ｔ（ｎ−１） ・・・・・・・・・・・（１８） で表わされる。
【００１５】
（１）試料を作成して、それについてこの発明の顕微鏡
段差測定装置で測定し、測定結果を既存の膜厚監視モニ
ターで測定した結果と比較した。 （２）図６ａに示すように、３０ｍｍｘ３０ｍｍの基板
上に４０μｍｘ４０μｍのＳｉＯ２の蒸着膜を図６ｂに
示すように、マトリックス状に配置した。 （３）上記試料をこの発明の顕微鏡段差測定装置で測定
した。この場合、 Ｉ＝（１／２）［１＋Ｃ０Ｓ｛（２π／Ｔ）Ｘ＋ψA ｝］・・・・・（１９） 上式において原点をＸ＝０にとる。 ＩA ＝ＩOA、ＩB ＝ＩOB ・・・・・・・・・・・（２０） ψOA＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOA−１） ・・・・・・・・・・・（２１） ψOB＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOB−１） ・・・・・・・・・・・（２２） よって段差ｄは Δψ＝（ψOA−ψOB）／２ ・・・・・・・・・・・（２３） であるから、反射型位相物体のとき、 ｄ＝Δψ・λ／｛４π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・・・・・（２４） により求まる 今回は複屈折性素子の移動をマニュアル操作で行なっ
た。その結果を次に示す。 （４）測定結果 Ｗスポット照明法の場合 この発明の顕微鏡段差測定装置の測定値 ８４．０ｎｍ 膜厚監視モニターによる測定値 ７４．５ｎｍ 二光束照明法の場合 この発明の顕微鏡段差測定装置の測定値 ４２．０ｎｍ 膜厚監視モニターによる測定値 ４６．０ｎｍ このようにＷスポット照明法の場合も、二光束照明法の
場合もこの発明の顕微鏡段差測定装置の測定値と膜厚監
視モニターによる測定値とは、よく一致しており、この
発明の顕微鏡段差測定装置が高精度に極微小段差を検出
することが出来ることが確認出来る。
段差測定装置で測定し、測定結果を既存の膜厚監視モニ
ターで測定した結果と比較した。 （２）図６ａに示すように、３０ｍｍｘ３０ｍｍの基板
上に４０μｍｘ４０μｍのＳｉＯ２の蒸着膜を図６ｂに
示すように、マトリックス状に配置した。 （３）上記試料をこの発明の顕微鏡段差測定装置で測定
した。この場合、 Ｉ＝（１／２）［１＋Ｃ０Ｓ｛（２π／Ｔ）Ｘ＋ψA ｝］・・・・・（１９） 上式において原点をＸ＝０にとる。 ＩA ＝ＩOA、ＩB ＝ＩOB ・・・・・・・・・・・（２０） ψOA＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOA−１） ・・・・・・・・・・・（２１） ψOB＝Ｃ０Ｓ-1（２ＩOB−１） ・・・・・・・・・・・（２２） よって段差ｄは Δψ＝（ψOA−ψOB）／２ ・・・・・・・・・・・（２３） であるから、反射型位相物体のとき、 ｄ＝Δψ・λ／｛４π（ｎ−１）｝ ・・・・・・・・・・・（２４） により求まる 今回は複屈折性素子の移動をマニュアル操作で行なっ
た。その結果を次に示す。 （４）測定結果 Ｗスポット照明法の場合 この発明の顕微鏡段差測定装置の測定値 ８４．０ｎｍ 膜厚監視モニターによる測定値 ７４．５ｎｍ 二光束照明法の場合 この発明の顕微鏡段差測定装置の測定値 ４２．０ｎｍ 膜厚監視モニターによる測定値 ４６．０ｎｍ このようにＷスポット照明法の場合も、二光束照明法の
場合もこの発明の顕微鏡段差測定装置の測定値と膜厚監
視モニターによる測定値とは、よく一致しており、この
発明の顕微鏡段差測定装置が高精度に極微小段差を検出
することが出来ることが確認出来る。
【図１】顕微鏡段差測定装置を示す構成図
【図２】２波面の位相と強度を示すグラフ
【図３】各種形式の被測定物体を示す縦断面拡大図
【図４】２波面の強度を示すグラフ
【図５】従来の触針式段差測定装置を示す説明図
【図６】資料を示す説明図
１ 顕微鏡段差測定装置 １１ Ｈe −Ｎｅレーザ光源 １２ ビームエキスパンダ− １３ ミラ− １４ 対物レンズ １５ ピンホール １６ ビームスプリッタ− １７ 白色光源 １８ レンズ １９ コリメータレンズ ２０ ポラライザ− ２１ ビームスプリッタ− ２２ 複屈折性素子 ２３ 対物レンズ ２４ 被測定物 ２５ アナライザ− ２６ ビームスプリッタ− ２７ アイピース ２８ レンズ ２９ ＣＣＤカメラ ３０ イメージプロセッサ− ３１ デイスプレイ ３２ 電歪素子駆動装置 ３３ 電歪素子駆動アンプ ３４ インターフェイス ３５ 処理装置 ａ 基板 ｂ 位相物体
Claims (4)
- 【請求項１】光源からの光を収束光または平行光にする
コリメーターレンズと、前記コリメーターレンズからの
光を平行光または収束光にする対物レンズと、前記コリ
メーターレンズからの光を２波面にシアする複屈折性素
子とを備え、前記２波面を被測定物に照明し、前記被測
定物から反射した２物体波面を前記複屈折性素子によっ
て重ね合わせることによってシアリング干渉させ、位相
を変化させた時の干渉縞の強度変化を測定するように構
成し、かつ前記複屈折性素子を前記シア方向に平行な方
向に移動させることによって前記２波面に位相差を与え
るように構成したことを特徴とするシアリング干渉コン
トラスト法顕微鏡段差測定装置。 - 【請求項２】光源からの光を収束光にするコリメーター
レンズと、前記コリメーターレンズからの光を平行光に
する対物レンズと、前記コリメーターレンズからの光を
２波面にシアする複屈折性素子とを備え、前記２波面を
被測定物に照明し、前記被測定物から反射した２物体波
面を前記複屈折性素子によって重ね合わせることによっ
てシアリング干渉させ、位相を変化させた時の干渉縞の
強度変化を測定するように構成し、かつ前記複屈折性素
子を前記シア方向に平行な方向に移動させることによっ
て前記２波面に位相差を与えるように構成したことを特
徴とするシアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定
装置。 - 【請求項３】光源からの光を平行光にするコリメーター
レンズと、前記コリメーターレンズからの光を収束光に
する対物レンズと、前記コリメーターレンズからの光を
２波面にシアする複屈折性素子とを備え、前記２波面を
被測定物に照明し、前記被測定物から反射した２物体波
面を前記複屈折性素子によって重ね合わせることによっ
てシアリング干渉させ、位相を変化させた時の干渉縞の
強度変化を測定するように構成し、かつ前記複屈折性素
子を前記シア方向に平行な方向に移動させることによっ
て前記２波面に位相差を与えるように構成したことを特
徴とするシアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定
装置。 - 【請求項４】光源からの光を収束光または平行光にする
光軸上に位置可変のコリメーターレンズと、前記コリメ
ーターレンズからの光を平行光または収束光にする対物
レンズと、前記コリメーターレンズからの光を２波面に
シアする複屈折性素子とを備え、前記２波面を被測定物
に照明し、前記被測定物から反射した２物体波面を前記
複屈折性素子によって重ね合わせることによってシアリ
ング干渉させ、位相を変化させた時の干渉縞の強度変化
を測定するように構成し、かつ前記複屈折性素子を前記
シア方向に平行な方向に移動させることによって前記２
波面に位相差を与えるように構成したことを特徴とする
シアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25747596A JPH1082615A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | シアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25747596A JPH1082615A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | シアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082615A true JPH1082615A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=17306828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25747596A Pending JPH1082615A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | シアリング干渉コントラスト法顕微鏡段差測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1082615A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998014B2 (en) | 2002-01-26 | 2006-02-14 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for plasma assisted deposition |
| US7094685B2 (en) | 2002-01-26 | 2006-08-22 | Applied Materials, Inc. | Integration of titanium and titanium nitride layers |
-
1996
- 1996-09-06 JP JP25747596A patent/JPH1082615A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6998014B2 (en) | 2002-01-26 | 2006-02-14 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for plasma assisted deposition |
| US7094685B2 (en) | 2002-01-26 | 2006-08-22 | Applied Materials, Inc. | Integration of titanium and titanium nitride layers |
| US7473638B2 (en) | 2002-01-26 | 2009-01-06 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
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