JPS62180205A - 厚さ測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は厚さ測定装置に関する。詳しくは本発明は、半
導体ウェハーの厚み、あるいは光デイスク基板の厚みな
ど非接触式にて、高精度に厚さの測定を行う必要がある
分野に最適な厚さ測定装置に関するものである。

〔従来の技術及び問題点〕

非接触式にて、高精度に厚さ測定を行う手段として、従
来、超音波による方法、静電容量による方法、光の反射
角度を検出する方法などが、一般的に使用されている。

しかしながら、超音波による方法においては、超音波の
発射から反射されて元の位置にもどってくるまでの時間
を測定するのであるが、超音波は温度が変化すれば、そ
の補正をする必要があることと、超音波の広がりにより
、面分解能が悪くなる欠点がある。静電容量による方法
は被測定物がプラスチックなどの絶縁物のときは測定が
難しくなる。又面分解能も良いとは言えない。光の反射
角度を検出する方法については、光ディスクの様な時は
、表面と膜面との反射光が重なることもあり、調整が難
しくなる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は上記の如き問題点を解決すべく鋭意研究の結
果、非常に高い測定精度と面分解能を有しており、被測
定物の電気的特性に影否されずに測定することができる
厚さ測定装置を見出し本発明を完成するに到った。

即ち、本発明は、被測定物を中心に、光源の直線偏光レ
ーザー、該レーザーを平行にするレンズ、偏光ビームス
プリンター、ｌ／４λ板、フォーカスレンズ系が夫々、
左右対象に配置され、且つ被測定物の表面にビームを集
光させる回路を具備し、フォーカス用レンズの先端から
被測定物の表面までの変位量をアクチュエータの駆動電
流によりモニターし、その信号をコンピュータに入力し
、演算することを特徴とする厚さ測定装置を提供するも
のである。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の具体的事例について説明する
。

第１図は本発明の厚さ測定装置の一実施例を示す図であ
り、１は光源の直線偏光レーザーであり、半導体レーザ
ーが用いられているが、その他のレーザーを用いても良
い。２はコリメーターレンズであって、半導体レーダー
を使用したときは、半導体の広がり角が大きい為、これ
によって平行度の良いビームにする為のものである。３
は偏光による違いによってビームを分離する偏光ビーム
スプリッター、であり、常にＰ偏光は透過、Ｓ偏光は反
射する性質を有している。このとき半導体レーザー１は
Ｐ偏光である必要がある。４は１／４λ板であって、直
線偏光を円偏光に変換するものである。５はフォーカス
アクチュエータであって、内部にビーム集光用のレンズ
を有している。このレンズビームを回折限界にまで絞る
必要がある為、収差の小さいレンズを使用する必要があ
る。又、フォーカスアクチュエータ５はフォーカスサー
ボ回路１４と組み合わせて、被測定物７の表面に焦点を
結ぶ様に制御するものである。又フォーカスアクチュエ
ータ５の特性は第３図の様に、一般的には数十Ｈｚ程度
までは、駆動電流に比例した変位が得られるものであり
、この駆動電流を測定することにより、集光用レンズの
変位量を知ることができる。６はシリンドリカルレンズ
と４分割の受光素子から成り一般的に非点収差法と呼ば
れるフォーカス・エラーの検知方法に用いる一手段であ
る。この部分は非点収差法以外の方法を用いてもよい。

７は被測定物であって、表面が鏡面に近いものであれば
測定の対象とすることができる。いま、円偏光の光が被
測定物７により反射され再び１／４λ板４を通ることに
より円偏光からＳ偏光に変換される。偏光ビームスプリ
ッター、３により今度はＳ偏光である為、反射され、フ
ォーカスエラーの検知素子６に入る。この信号をフォー
カスサーボ回路１４により増幅し、フォーカスエラーが
なくなるようフォーカスアクチュエータ５に負帰還する
ものである。１６はマイクロコンピュータであり、フォ
ーカスサーボ回路１４より得られるフォーカスアクチュ
エータ５の駆動電流をモニターするものであり、駆動電
流より装置の較正のとき変位との対応直線を求め、以後
測定時はこの対応直線より変位を求める。

第１図において、８．　９．１０．１１．１２．１３゜
１５はそれぞれ前記した５、４．３．２，１，６゜１４
に対応しており、全く同じ物が被測定物７の反対側に対
称に取りつけられている。

次に、測定の手順と方法を第２図のフロー図に従って説
明する。第１ステツプとして厚さの既に分かっている基
準の試料を置く。この試料の厚さをｄｏとする。第２ス
テツプはフォーカスサーボ回路１４．１５を動作させて
被測定物７の表面にて焦点を結ばせる。第３ステツプで
フォーカスアクチュエータ５の駆動電流をＩｔとし、フ
ォーカスアクチュエータ８の駆動電流を■８としてマイ
クロコンピュータ１６に入力する。第１ステツプから第
３ステツプは較正の時のみ行うものであって測定の度に
行う必要はない。第４のステップは、実際に測定する試
料を被測定物７の位置にセットする。その後は、較正時
と同じ様に第５ステツプで被測定物７の表面にて焦点を
結ばせる。第６ステノプにてフォーカスアクチュエータ
５の駆動電流を■、とし、フォーカスアクチュエータ８
の駆動電流をＩＭＮとしてマイクロコンピュータ１６に
入力する。第７ステソプにて被測定物７の厚さの計算を
次式にて行う。

ｄ　＝ｄｏ　＋　（ＩＲＩＭＲ）・ＫＲ＋（ＩＬ　　　
１１．Ｉｔ）・ＫＬ上記の式においてｄｏは較正時に使
用した較正用試料の厚さであり、普通測定する厚さと同
程度の物を使用する。ＫＲ＋に１は別途に駆動電流と変
位との対応カーブより求めた傾きであり、ＫＬはフォー
カスアクチュエータ５の駆動電流と変位の係数であり、
Ｘ＋＋はフォーカスアクチュエータ８の駆動電流と変位
の係数である。以上の手順にて容易に非接触式にて試料
の厚さの測定が行える。

又、試料の配置の上でフォーカスアクチュエータ５とフ
ォーカスアクチュエータ８の間で、左右方向にずれてセ
ットされても測定には支障をきたすものではない。又、
被測定物７を連続して、二次元方向に移動させれば、容
易に試料の厚さの二次元分布を自動的に得ることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明は接触式に測定することが不可能な試料、例えば
光ディスク、半導体ウェハーなどの厚さを非接触にて測
定する手段を提供するものであり、以下の特徴を有して
いる。

（１）非接触にて、高精度に測定が可能である。

（２）光ディスクのそりなどにも影響されずに測定でき
る。

（３）装置の構成が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の厚さ測定装置の一実施例を示す図、第
２図は第１図に示す装置を用いた測定法のフロー図、第
３図はフォーカスアクチュエータの駆動電流と変位との
直線性を示す図である。 １．１２・・・光源 ２．１１・・・コリメーターレンズ ３．１０・・・偏光ビームスプリッター、４，９・・・
１／４λ板 ５．８・・・フォーカスアクチュエータ６．１３・・・
シリンドリカルレンズと４分割受光素子 １４．１５・・・フォーカスサーボ回路１６　　　・・
・マイクロコンピュータ出願人代理人　　古　谷　　　
馨 第　　３　　図 変　　位

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物を中心に、光源の直線偏光レーザー、該レーザ
   ーを平行にするレンズ、偏光ビームスプリッター、１／
   ４λ板、フォーカスレンズ系が夫々、左右対象に配置さ
   れ、且つ被測定物の表面にビームを集光させる回路を具
   備し、フォーカス用レンズの先端から被測定物の表面ま
   での変位量をアクチュエータの駆動電流によりモニター
   し、その信号をコンピュータに入力し、演算することを
   特徴とする厚さ測定装置。