JP2003315017A - 厚み計測装置 - Google Patents
厚み計測装置Info
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- optical fiber
- light
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- thickness measuring
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- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
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- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度の測定を可能としつつ、コンパクトな
構成で調整を容易にしたマイケルソン干渉計を利用した
厚み計測装置を提供する。 【解決手段】 厚み計測装置１００のマイケルソン干渉
計１は、光カプラ３によって接続された２本の光ケーブ
ル４、５からなり、各光ケーブル４、５は光コネクタ４
２等によって接続された偏波保持光ファイバ４１等から
なり、光コネクタ４２等は、接続される光ファイバ４１
等を光軸を中心として転動させてその角度位置を調整す
ることができる。
構成で調整を容易にしたマイケルソン干渉計を利用した
厚み計測装置を提供する。 【解決手段】 厚み計測装置１００のマイケルソン干渉
計１は、光カプラ３によって接続された２本の光ケーブ
ル４、５からなり、各光ケーブル４、５は光コネクタ４
２等によって接続された偏波保持光ファイバ４１等から
なり、光コネクタ４２等は、接続される光ファイバ４１
等を光軸を中心として転動させてその角度位置を調整す
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
厚みを計測するための厚み計測装置に関し、特にマイケ
ルソン干渉計を用いた厚み計測装置に関する。
厚みを計測するための厚み計測装置に関し、特にマイケ
ルソン干渉計を用いた厚み計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ等の厚みを非接触で測定す
る装置としてマイケルソン干渉計を用いた厚み計測装置
が知られている。例えば、特開平１０−３２５７９５号
公報に開示されている装置では、図１０に示されるよう
に、光源３０１からの光を集光レンズ３０３により集光
して測定対象物３０８に照射し、測定対象物３０８また
は集光レンズ３０３および参照光ミラー３０６を移動さ
せて、前面、後面それぞれにおける干渉光を光検出器３
０４で測定し、最大強度が表れたときの測定対象物３０
８または集光レンズ３０３および参照光ミラー３０６の
移動距離から測定対象物３０８の屈折率および厚みを計
測するものである。
る装置としてマイケルソン干渉計を用いた厚み計測装置
が知られている。例えば、特開平１０−３２５７９５号
公報に開示されている装置では、図１０に示されるよう
に、光源３０１からの光を集光レンズ３０３により集光
して測定対象物３０８に照射し、測定対象物３０８また
は集光レンズ３０３および参照光ミラー３０６を移動さ
せて、前面、後面それぞれにおける干渉光を光検出器３
０４で測定し、最大強度が表れたときの測定対象物３０
８または集光レンズ３０３および参照光ミラー３０６の
移動距離から測定対象物３０８の屈折率および厚みを計
測するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような計測装置に
おいては、測定精度を高めるためには、マイケルソン干
渉計３０２における光学系の配置を厳密に行う必要があ
り、装置の大型化や設備の調整が複雑なものとなる。
おいては、測定精度を高めるためには、マイケルソン干
渉計３０２における光学系の配置を厳密に行う必要があ
り、装置の大型化や設備の調整が複雑なものとなる。
【０００４】そこで本発明は、高精度の測定を可能とし
つつ、コンパクトな構成で調整を容易にしたマイケルソ
ン干渉計を利用した厚み計測装置を提供することを課題
とする。
つつ、コンパクトな構成で調整を容易にしたマイケルソ
ン干渉計を利用した厚み計測装置を提供することを課題
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る厚み計測装置は、マイケルソン干渉計
を用いた厚み計測装置において、マイケルソン干渉計
は、光カプラによって接続された２本の光ケーブルによ
り光学系が構成され、各光ケーブルは光コネクタによっ
て接続された偏波保持光ファイバからなり、各光コネク
タは接続される偏波保持光ファイバを光軸を中心として
相対的に転動させてその相対位置を調整可能に構成され
ているとともに、少なくとも(1)光カプラと参照光学系
のミラーとの間、(2)光カプラと光源との間、(3)光カプ
ラと測定対象物との間、のいずれかの光軸上に光軸を中
心に転動可能に配置されている偏光子を備えているもの
である。
め、本発明に係る厚み計測装置は、マイケルソン干渉計
を用いた厚み計測装置において、マイケルソン干渉計
は、光カプラによって接続された２本の光ケーブルによ
り光学系が構成され、各光ケーブルは光コネクタによっ
て接続された偏波保持光ファイバからなり、各光コネク
タは接続される偏波保持光ファイバを光軸を中心として
相対的に転動させてその相対位置を調整可能に構成され
ているとともに、少なくとも(1)光カプラと参照光学系
のミラーとの間、(2)光カプラと光源との間、(3)光カプ
ラと測定対象物との間、のいずれかの光軸上に光軸を中
心に転動可能に配置されている偏光子を備えているもの
である。
【０００６】マイケルソン干渉計の光学系の主要部分を
光ファイバによって形成することで、装置がコンパクト
になり、配置の自由度が向上する。この光ファイバとし
て偏波保持光ファイバを用いることで光ファイバの曲げ
具合を変えても偏光面が保たれるので安定した干渉光の
生成が可能となる。また、偏波保持光ファイバを光コネ
クタにより連結することで装置の製造や調整が容易とな
る。この光コネクタは、連結する光ファイバ同士を相対
的に転動可能な構成としているので、光ファイバ間で偏
光面方向を確実に合致させることができる。さらに、少
なくとも(1)光カプラと参照光学系のミラーとの間、(2)
光カプラと光源との間、(3)光カプラと測定対象物との
間、のいずれかの光軸上に偏光子を配置することで、光
カプラの外で偏光面が回転することによって生ずるノイ
ズ成分をカットして、干渉光信号を高精度で検出するこ
とが可能である。
光ファイバによって形成することで、装置がコンパクト
になり、配置の自由度が向上する。この光ファイバとし
て偏波保持光ファイバを用いることで光ファイバの曲げ
具合を変えても偏光面が保たれるので安定した干渉光の
生成が可能となる。また、偏波保持光ファイバを光コネ
クタにより連結することで装置の製造や調整が容易とな
る。この光コネクタは、連結する光ファイバ同士を相対
的に転動可能な構成としているので、光ファイバ間で偏
光面方向を確実に合致させることができる。さらに、少
なくとも(1)光カプラと参照光学系のミラーとの間、(2)
光カプラと光源との間、(3)光カプラと測定対象物との
間、のいずれかの光軸上に偏光子を配置することで、光
カプラの外で偏光面が回転することによって生ずるノイ
ズ成分をカットして、干渉光信号を高精度で検出するこ
とが可能である。
【０００７】光コネクタの少なくとも１つは、接続され
る光ファイバの端面間に光軸を軸として転動可能に配置
された偏光子を備えていることが好ましい。コネクタ部
で接続される光ファイバの端面間に偏光子を配置するこ
とで、ノイズ成分を除去して高精度の測定が可能とな
る。
る光ファイバの端面間に光軸を軸として転動可能に配置
された偏光子を備えていることが好ましい。コネクタ部
で接続される光ファイバの端面間に偏光子を配置するこ
とで、ノイズ成分を除去して高精度の測定が可能とな
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。
の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。
【０００９】図１は、本発明に係る厚み計測装置の一実
施形態を示す概略構成図である。この厚み計測装置１０
０は、計測対象である半導体ウエハ２００に計測光を照
射し、半導体ウエハ２００からの反射光と、参照光学系
で反射させた参照光とを干渉させて得られた干渉光の光
強度変化を利用して半導体ウエハ２００の厚みを計測す
るマイケルソン干渉計タイプの非接触式の厚み計測計で
ある。
施形態を示す概略構成図である。この厚み計測装置１０
０は、計測対象である半導体ウエハ２００に計測光を照
射し、半導体ウエハ２００からの反射光と、参照光学系
で反射させた参照光とを干渉させて得られた干渉光の光
強度変化を利用して半導体ウエハ２００の厚みを計測す
るマイケルソン干渉計タイプの非接触式の厚み計測計で
ある。
【００１０】この厚み計測装置１００は、マイケルソン
干渉計１とこれを制御するとともに検出結果から厚みの
演算を行う演算・制御部２とからなる。
干渉計１とこれを制御するとともに検出結果から厚みの
演算を行う演算・制御部２とからなる。
【００１１】マイケルソン干渉計１は、光カプラ３によ
って接続される２本の光ケーブル４、５によって主要部
分の光学系が構成されており、光ケーブル４の一端に
は、計測光源６が配置され、他端には、ウエハ２００に
測定光を照射して反射光を受光するためのプローブヘッ
ド７が配置される。一方、光ケーブル５の一端には、光
検出器８が配置され、他端には、参照光学系９が配置さ
れている。
って接続される２本の光ケーブル４、５によって主要部
分の光学系が構成されており、光ケーブル４の一端に
は、計測光源６が配置され、他端には、ウエハ２００に
測定光を照射して反射光を受光するためのプローブヘッ
ド７が配置される。一方、光ケーブル５の一端には、光
検出器８が配置され、他端には、参照光学系９が配置さ
れている。
【００１２】このうち、計測光源６としては、低コヒー
レンス光源、例えば波長１．３μｍの光を発生させる赤
外ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等を用いること
が好ましい。また、光検出器８としては、光強度の時間
的変化を測定できるタイプのものであれば良く、光電子
カウンターのほか、各種の光検出器を用いることができ
る。
レンス光源、例えば波長１．３μｍの光を発生させる赤
外ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等を用いること
が好ましい。また、光検出器８としては、光強度の時間
的変化を測定できるタイプのものであれば良く、光電子
カウンターのほか、各種の光検出器を用いることができ
る。
【００１３】光ケーブル４は、偏波保持光ファイバ４
０、４１を光コネクタ４２によって連結することで構成
されている。光ファイバ４０の他端は、計測光源６から
延びる出力用の偏波保持光ファイバ６０と光コネクタ６
２により接続されている。一方、光ファイバ４１の他端
は、光プラグ４６によりプローブヘッド７に接続されて
いる。
０、４１を光コネクタ４２によって連結することで構成
されている。光ファイバ４０の他端は、計測光源６から
延びる出力用の偏波保持光ファイバ６０と光コネクタ６
２により接続されている。一方、光ファイバ４１の他端
は、光プラグ４６によりプローブヘッド７に接続されて
いる。
【００１４】もう１本の光ケーブル５は、偏波保持光フ
ァイバ５０、５１を光コネクタ５２によって連結するこ
とで構成されている。光ファイバ５０の他端は、光検出
器８の入力端に光プラグ５３を介して接続されている。
一方、光ファイバ５１の他端にも光プラグ５４が設けら
れ、その光路上に参照光学系９が配置されている。
ァイバ５０、５１を光コネクタ５２によって連結するこ
とで構成されている。光ファイバ５０の他端は、光検出
器８の入力端に光プラグ５３を介して接続されている。
一方、光ファイバ５１の他端にも光プラグ５４が設けら
れ、その光路上に参照光学系９が配置されている。
【００１５】光カプラ３は、光ファイバ４１と光ファイ
バ５０とを溶融させて結合させることで形成されてい
る。こうした偏波保持光ファイバカプラについては蒲野
哲也らの”CO2レーザ照射法による偏波保持光ファイバ
カプラの作製”、第61回応用物理学会学術講演会講演予
稿集No.3，4p-Q-2(2000.9)等に開示されている。
バ５０とを溶融させて結合させることで形成されてい
る。こうした偏波保持光ファイバカプラについては蒲野
哲也らの”CO2レーザ照射法による偏波保持光ファイバ
カプラの作製”、第61回応用物理学会学術講演会講演予
稿集No.3，4p-Q-2(2000.9)等に開示されている。
【００１６】参照光学系９は、入射した光を反射させて
戻す光学系であって、内部の光路長を変更する機能を有
している。具体的には、光プラグ５４側に光軸を中心と
して転動可能に配置されている偏光子９０と、光路のこ
の偏光子９０とは反対側の末端に配置されているミラー
９１と、偏光子９０とミラー９１の間に配置されるガラ
ス基板９２と、ガラス基板９２を周期的に振動させるガ
ルバノメータ９３とを備えている。
戻す光学系であって、内部の光路長を変更する機能を有
している。具体的には、光プラグ５４側に光軸を中心と
して転動可能に配置されている偏光子９０と、光路のこ
の偏光子９０とは反対側の末端に配置されているミラー
９１と、偏光子９０とミラー９１の間に配置されるガラ
ス基板９２と、ガラス基板９２を周期的に振動させるガ
ルバノメータ９３とを備えている。
【００１７】演算・制御部２は、光検出器８から送られ
る信号を処理する信号処理部２０と、ガルバノメータ９
３を制御する光路長制御部２１と、信号処理部２０の処
理結果を基にウエハ２００の厚みを算出する演算部２２
からなる。これらはハード的に区分されていてもよい
し、演算・制御部２としてパーソナルコンピュータやＥ
ＷＳを用いる場合には、これらの機能をソフトウェアに
よって実現してもよい。
る信号を処理する信号処理部２０と、ガルバノメータ９
３を制御する光路長制御部２１と、信号処理部２０の処
理結果を基にウエハ２００の厚みを算出する演算部２２
からなる。これらはハード的に区分されていてもよい
し、演算・制御部２としてパーソナルコンピュータやＥ
ＷＳを用いる場合には、これらの機能をソフトウェアに
よって実現してもよい。
【００１８】光コネクタ４２、５２、６２の構成は共通
であるため、以下、光コネクタ４２を例にその構成を説
明する。図２はこの光コネクタの分解斜視図であり、図
３は、断面構成図である。この光コネクタ４２は、各光
ファイバ４０、４１の端部に取り付けられたプラグ４０
０、４１０とその中間に配置されるアダプタ４２０から
なる。基本的な構成は、ＪＩＳ Ｃ ５９７０のＦ０１
形単心光ファイバコネクタに準拠しており、アダプタ４
２０の構造について本発明に係る必要な改良を加えたも
のである。
であるため、以下、光コネクタ４２を例にその構成を説
明する。図２はこの光コネクタの分解斜視図であり、図
３は、断面構成図である。この光コネクタ４２は、各光
ファイバ４０、４１の端部に取り付けられたプラグ４０
０、４１０とその中間に配置されるアダプタ４２０から
なる。基本的な構成は、ＪＩＳ Ｃ ５９７０のＦ０１
形単心光ファイバコネクタに準拠しており、アダプタ４
２０の構造について本発明に係る必要な改良を加えたも
のである。
【００１９】プラグ４００は、被覆４０ａを除去した光
ファイバ４０の端部に取り付けられており、光ファイバ
４０を固定するフェルール４００ａと、これを取り巻き
固定するフレーム４００ｂと、その周囲に軸方向に設け
られたねじ込み用の接続ナット４００ｃと、フレーム４
０ａより光ファイバ４０側で被覆光ファイバを固定する
フード４００ｄからなる。なお、プラグ４１０、４６、
５３、５４も同様の構成をなしている。
ファイバ４０の端部に取り付けられており、光ファイバ
４０を固定するフェルール４００ａと、これを取り巻き
固定するフレーム４００ｂと、その周囲に軸方向に設け
られたねじ込み用の接続ナット４００ｃと、フレーム４
０ａより光ファイバ４０側で被覆光ファイバを固定する
フード４００ｄからなる。なお、プラグ４１０、４６、
５３、５４も同様の構成をなしている。
【００２０】一方、アダプタ４２０は、例えば、第一電
子工業製ＦＣＮ−ＡＡ−００１に類似した構成を有し、
スリーブ４２０ａと、同一形状の２個のスリーブホルダ
ー４２０ｂと、ホルダースリーブ４２０ｃと、形状の異
なる２個のハウジング４２０ｄ、４２０ｅと、２〜４本
の小ねじ４２０ｆからなる。本発明に係るアダプタ４２
０とＦＣＮ−ＡＡ−００１とは、ハウジング４２０ｅ側
の構造が相違する。
子工業製ＦＣＮ−ＡＡ−００１に類似した構成を有し、
スリーブ４２０ａと、同一形状の２個のスリーブホルダ
ー４２０ｂと、ホルダースリーブ４２０ｃと、形状の異
なる２個のハウジング４２０ｄ、４２０ｅと、２〜４本
の小ねじ４２０ｆからなる。本発明に係るアダプタ４２
０とＦＣＮ−ＡＡ−００１とは、ハウジング４２０ｅ側
の構造が相違する。
【００２１】ハウジング４２０ｅは、図４に示されるよ
うに、小ねじ４２０ｆが貫通するねじ孔の断面がＦＣＮ
−ＡＡ−００１のような円形ではなく、そら豆のような
形状をしている。すなわち、ハウジング４２０ｅの内側
円筒の中心を中心とする２つの円弧の両側に半円を配置
した形状となっており、円弧の角度は３５度に設定され
ている。そして、半円の半径は、従来の円形のねじ孔の
半径と同一である。これに応じて座面もこれに略相似す
る形状に座繰りされている。この構成によって、アダプ
タ４２０の両側にプラグ４００、４１０を取り付けた状
態でプラグ４００を４１０に対して相対的に回転させる
ことが可能となる。
うに、小ねじ４２０ｆが貫通するねじ孔の断面がＦＣＮ
−ＡＡ−００１のような円形ではなく、そら豆のような
形状をしている。すなわち、ハウジング４２０ｅの内側
円筒の中心を中心とする２つの円弧の両側に半円を配置
した形状となっており、円弧の角度は３５度に設定され
ている。そして、半円の半径は、従来の円形のねじ孔の
半径と同一である。これに応じて座面もこれに略相似す
る形状に座繰りされている。この構成によって、アダプ
タ４２０の両側にプラグ４００、４１０を取り付けた状
態でプラグ４００を４１０に対して相対的に回転させる
ことが可能となる。
【００２２】偏光子９０を前述したように転動可能とす
るためには、図５に示されるように円形の偏光フィルタ
からなる偏光子９０をホルダー９０ａ内の孔内に配置
し、必要に応じて止めねじ９０ｂで固定する構成をとれ
ばよい。あるいはギヤを用いてフィルタの角度を調整可
能としてもよい。
るためには、図５に示されるように円形の偏光フィルタ
からなる偏光子９０をホルダー９０ａ内の孔内に配置
し、必要に応じて止めねじ９０ｂで固定する構成をとれ
ばよい。あるいはギヤを用いてフィルタの角度を調整可
能としてもよい。
【００２３】次に、この厚み計測装置１００を用いた半
導体ウエハ２００の厚み測定について具体的に説明す
る。計測光源６から発せられた光は、光ファイバ６０、
光コネクタ６２、光ファイバ４０へと導かれる。光ファ
イバ４０を導波する光は、光カプラ３によってその一部
が光ファイバ５０へと入射し、光コネクタ５２、光ファ
イバ５１、光プラグ５４を介して参照光学系９へと導か
れる。参照光学系９に入射した光は、偏光子９０、ガラ
ス基板９２を通過した後にミラー９１で反射されて再び
ガラス基板９２、偏光子９０を通過して再度光プラグ５
４を介して光ファイバ５１に入射し、光コネクタ５２を
介して光ファイバ５０へと導かれる。
導体ウエハ２００の厚み測定について具体的に説明す
る。計測光源６から発せられた光は、光ファイバ６０、
光コネクタ６２、光ファイバ４０へと導かれる。光ファ
イバ４０を導波する光は、光カプラ３によってその一部
が光ファイバ５０へと入射し、光コネクタ５２、光ファ
イバ５１、光プラグ５４を介して参照光学系９へと導か
れる。参照光学系９に入射した光は、偏光子９０、ガラ
ス基板９２を通過した後にミラー９１で反射されて再び
ガラス基板９２、偏光子９０を通過して再度光プラグ５
４を介して光ファイバ５１に入射し、光コネクタ５２を
介して光ファイバ５０へと導かれる。
【００２４】一方、光ファイバ４０をそのまま導波した
光は光コネクタ４２、光ファイバ４１、光プラグ４６を
介してプローブヘッド７へと導かれ、ウエハ２００へと
向けて照射される。ウエハ２００においては、空気とウ
エハ２００との屈折率差により、図６で示されるよう
に、その表面と、裏面の２カ所で入射した光が反射され
る。図では反射位置をわかりやすく示すために垂直に入
射した光が斜めに反射するかのように描かれているが、
実際には、垂直に入射した光は垂直に反射する。反射光
は、入射した際の光路を逆に導波して、プローブヘッド
７へと入射し、光プラグ４６、光ファイバ４１、光コネ
クタ４２を介して光ファイバ４０へと導かれ、光カプラ
３部分へと至る。
光は光コネクタ４２、光ファイバ４１、光プラグ４６を
介してプローブヘッド７へと導かれ、ウエハ２００へと
向けて照射される。ウエハ２００においては、空気とウ
エハ２００との屈折率差により、図６で示されるよう
に、その表面と、裏面の２カ所で入射した光が反射され
る。図では反射位置をわかりやすく示すために垂直に入
射した光が斜めに反射するかのように描かれているが、
実際には、垂直に入射した光は垂直に反射する。反射光
は、入射した際の光路を逆に導波して、プローブヘッド
７へと入射し、光プラグ４６、光ファイバ４１、光コネ
クタ４２を介して光ファイバ４０へと導かれ、光カプラ
３部分へと至る。
【００２５】光カプラ３では、ウエハ２００で反射され
て光ファイバ４０まで戻ってきた光が参照光学系９を往
復して光ファイバ５０まで戻ってきた光とが合波されて
干渉し干渉光を生成する。生成された干渉光は光ファイ
バ５０を導波して光プラグ５３を介し、光検出器８へと
送られる。光検出器８は入力された干渉光の強度信号を
電気信号に変換する等して信号処理部２０へ伝達する。
演算部２２は信号処理部２０で得られた時間−強度変化
と光路長制御部２１の制御結果を基にしてウエハ２００
の厚みを算出する。
て光ファイバ４０まで戻ってきた光が参照光学系９を往
復して光ファイバ５０まで戻ってきた光とが合波されて
干渉し干渉光を生成する。生成された干渉光は光ファイ
バ５０を導波して光プラグ５３を介し、光検出器８へと
送られる。光検出器８は入力された干渉光の強度信号を
電気信号に変換する等して信号処理部２０へ伝達する。
演算部２２は信号処理部２０で得られた時間−強度変化
と光路長制御部２１の制御結果を基にしてウエハ２００
の厚みを算出する。
【００２６】ここで、光カプラ４において、参照光と反
射光の到達タイミングが一致したときに生成される干渉
光は、参照光と反射光の偏光軸が一致しているときに強
度が最大となる。厚み計測装置１００では、導波路の大
部分に偏波保持光ファイバを用いているので、同一の光
ファイバ内（光カプラ４内も含む）では偏光面は保持さ
れる。しかし、光コネクタ部分において相互の光ファイ
バの偏波主軸の向きが異なっていると、上流側の光ファ
イバで偏波主軸方向の直線偏光は、下流側の光ファイバ
では、偏波主軸方向の直線偏光と、これに直交する直線
偏光の２成分に分離される。そして、偏波主軸方向とこ
れに直交する方向とでは、屈折率が相違することから、
その伝播速度に違いを生じ、下流側の光ファイバを導波
するにしたがい、両偏光にずれが生ずる。この結果、偏
光主軸が揃っている場合とは異なるタイミングに参照
光、反射光が生成され、これらにより発生する干渉光が
ノイズとなる。特に、半導体ウエハ２００の透過率が低
いような場合には、ウエハ２００の裏面からの反射光自
体の強度が弱く、これに対して表面からの反射光強度が
強く、この結果、表面からの反射光に伴って生ずるノイ
ズも大きくなるため、ノイズのほうが裏面からの反射光
より強い場合があり、正確な測定が困難になる。図７
（ａ）〜（ｃ）は偏光主軸の位置関係によって光検出器
の出力がどのように変化するかを示したものである。偏
光主軸が全て揃っている場合には、光検出器８から出力
される信号の時間変化は、図７（ａ）に示されるように
なり、表面からの反射に対応する信号Ｐ１と裏面からの
反射に対応する信号Ｐ２の２つのみが得られる。しか
し、偏光主軸が不揃いの場合には図７（ｂ）に示される
ように本来の信号Ｐ１、Ｐ２に前後してノイズが発生す
る。そして、半導体ウエハ２００の不純物濃度が高いほ
ど光吸収が大きくなり、この結果、信号Ｐ１に付随して
発生するノイズ成分が大きくなる結果、図７（ｃ）に示
されるように信号Ｐ２とこれらのノイズ成分の識別が困
難になる。
射光の到達タイミングが一致したときに生成される干渉
光は、参照光と反射光の偏光軸が一致しているときに強
度が最大となる。厚み計測装置１００では、導波路の大
部分に偏波保持光ファイバを用いているので、同一の光
ファイバ内（光カプラ４内も含む）では偏光面は保持さ
れる。しかし、光コネクタ部分において相互の光ファイ
バの偏波主軸の向きが異なっていると、上流側の光ファ
イバで偏波主軸方向の直線偏光は、下流側の光ファイバ
では、偏波主軸方向の直線偏光と、これに直交する直線
偏光の２成分に分離される。そして、偏波主軸方向とこ
れに直交する方向とでは、屈折率が相違することから、
その伝播速度に違いを生じ、下流側の光ファイバを導波
するにしたがい、両偏光にずれが生ずる。この結果、偏
光主軸が揃っている場合とは異なるタイミングに参照
光、反射光が生成され、これらにより発生する干渉光が
ノイズとなる。特に、半導体ウエハ２００の透過率が低
いような場合には、ウエハ２００の裏面からの反射光自
体の強度が弱く、これに対して表面からの反射光強度が
強く、この結果、表面からの反射光に伴って生ずるノイ
ズも大きくなるため、ノイズのほうが裏面からの反射光
より強い場合があり、正確な測定が困難になる。図７
（ａ）〜（ｃ）は偏光主軸の位置関係によって光検出器
の出力がどのように変化するかを示したものである。偏
光主軸が全て揃っている場合には、光検出器８から出力
される信号の時間変化は、図７（ａ）に示されるように
なり、表面からの反射に対応する信号Ｐ１と裏面からの
反射に対応する信号Ｐ２の２つのみが得られる。しか
し、偏光主軸が不揃いの場合には図７（ｂ）に示される
ように本来の信号Ｐ１、Ｐ２に前後してノイズが発生す
る。そして、半導体ウエハ２００の不純物濃度が高いほ
ど光吸収が大きくなり、この結果、信号Ｐ１に付随して
発生するノイズ成分が大きくなる結果、図７（ｃ）に示
されるように信号Ｐ２とこれらのノイズ成分の識別が困
難になる。
【００２７】そこで、この厚み計測装置１００において
は、光コネクタ４２、５２、６２で接続される光ファイ
バ相互の光軸に対する相対位置をそれぞれ独立して調整
可能としている。これにより、偏光主軸を揃えてノイズ
の発生を抑制することにより高精度の測定を行うことが
可能となっている。また、偏光子９０の回転角を調整可
能とすることで、参照光学系９の空間中の光路内で偏波
面が回転することによって発生するノイズを抑制する効
果がある。
は、光コネクタ４２、５２、６２で接続される光ファイ
バ相互の光軸に対する相対位置をそれぞれ独立して調整
可能としている。これにより、偏光主軸を揃えてノイズ
の発生を抑制することにより高精度の測定を行うことが
可能となっている。また、偏光子９０の回転角を調整可
能とすることで、参照光学系９の空間中の光路内で偏波
面が回転することによって発生するノイズを抑制する効
果がある。
【００２８】この調整方法について次に説明する。ま
ず、半導体ウエハ２００に代えて、リファレンス媒体を
配置し、厚み計測装置１００を作動させる。このリファ
レンス媒体としては、透過率が低く、表面裏面での反射
は大きな媒体、例えばガラス基板等が好ましい。
ず、半導体ウエハ２００に代えて、リファレンス媒体を
配置し、厚み計測装置１００を作動させる。このリファ
レンス媒体としては、透過率が低く、表面裏面での反射
は大きな媒体、例えばガラス基板等が好ましい。
【００２９】このとき、各コネクタを構成するアダプタ
の小ねじを緩めておき、装着したプラグ同士の相対的な
回転を許容しうる状態にしておく。この状態で光検出器
８から出力される信号強度の変化をモニターしながら、
ノイズが小さくなるように各コネクタにおけるハウジン
グ相互の角度、偏光子の回転角を交互に調整する。図８
はこの信号強度例を示す図である。回転させるコネク
タ、偏光子によって強度の変化するノイズは異なってく
るので、強度変化の大きい信号成分（ノイズ）に着目し
て調整を行うとよい。ただし、他のコネクタ、偏光子の
回転角度を変化させた影響も受けるので、全てのノイズ
が許容限度以下になるまで繰り返し調整を行うことが好
ましい。なお、ノイズは本来の信号ピークに対して、基
本的には対称に表れるが、厳密に対称に表れるのではな
く、調整時にも一方を小さくすると、他方が大きくなる
場合が存在する。しかし、除去する必要が大きいのは、
ピーク信号より後に表れるノイズ、つまり図８ではピー
ク信号の下に表れるノイズなのでこれに着目して調整を
行うとよい。
の小ねじを緩めておき、装着したプラグ同士の相対的な
回転を許容しうる状態にしておく。この状態で光検出器
８から出力される信号強度の変化をモニターしながら、
ノイズが小さくなるように各コネクタにおけるハウジン
グ相互の角度、偏光子の回転角を交互に調整する。図８
はこの信号強度例を示す図である。回転させるコネク
タ、偏光子によって強度の変化するノイズは異なってく
るので、強度変化の大きい信号成分（ノイズ）に着目し
て調整を行うとよい。ただし、他のコネクタ、偏光子の
回転角度を変化させた影響も受けるので、全てのノイズ
が許容限度以下になるまで繰り返し調整を行うことが好
ましい。なお、ノイズは本来の信号ピークに対して、基
本的には対称に表れるが、厳密に対称に表れるのではな
く、調整時にも一方を小さくすると、他方が大きくなる
場合が存在する。しかし、除去する必要が大きいのは、
ピーク信号より後に表れるノイズ、つまり図８ではピー
ク信号の下に表れるノイズなのでこれに着目して調整を
行うとよい。
【００３０】調整後に小ねじを締め付けることで各光フ
ァイバ同士を調整した角度で固定する。このときも信号
強度をモニターしながら作業を行うと、締め付けに伴っ
て不用意に角度ずれが起こるのを防止でき、好ましい。
なお、調整後に回転させた側のアダプタからプラグを外
して再度取り付けることで、光ファイバのねじれを除去
し、さらにノイズを低減させることができる。この調整
は測定ごとに行う必要はなく、光学系を移動させた場合
にのみ行えば十分である。
ァイバ同士を調整した角度で固定する。このときも信号
強度をモニターしながら作業を行うと、締め付けに伴っ
て不用意に角度ずれが起こるのを防止でき、好ましい。
なお、調整後に回転させた側のアダプタからプラグを外
して再度取り付けることで、光ファイバのねじれを除去
し、さらにノイズを低減させることができる。この調整
は測定ごとに行う必要はなく、光学系を移動させた場合
にのみ行えば十分である。
【００３１】図９（ｂ）は本発明に係る厚み計測装置１
００のマイケルソン干渉計１の変形形態１ａを示す図で
ある。比較のため図９（ａ）に図１に示されるマイケル
ソン干渉計を示す。このマイケルソン干渉計１ａでは、
コネクタ４２、５２、６２のプラグ間およびプローブヘ
ッド７の先端にそれぞれ光軸を中心に回転可能に配置さ
れた偏光子４２０ｇ、５２０ｇ、６２０ｇ、７０が配置
されている。この構成を実現するためには、図３に示さ
れるアダプタ４２０に代えて、中央に偏光子４２０ｇを
配置したアダプタを設置するか、２つのレセプタクルの
間に偏光子を配置する等の方法が採用できる。この場
合、不要な成分を偏光フィルタによってカットすること
でよりＳ／Ｎ比を向上させ、透過率の低い対象物につい
ても測定が可能となる。この干渉計では、配置可能な位
置全てに偏光フィルタを配置しているが、少なくともこ
のうち１カ所に偏光フィルタを配置すればよい。
００のマイケルソン干渉計１の変形形態１ａを示す図で
ある。比較のため図９（ａ）に図１に示されるマイケル
ソン干渉計を示す。このマイケルソン干渉計１ａでは、
コネクタ４２、５２、６２のプラグ間およびプローブヘ
ッド７の先端にそれぞれ光軸を中心に回転可能に配置さ
れた偏光子４２０ｇ、５２０ｇ、６２０ｇ、７０が配置
されている。この構成を実現するためには、図３に示さ
れるアダプタ４２０に代えて、中央に偏光子４２０ｇを
配置したアダプタを設置するか、２つのレセプタクルの
間に偏光子を配置する等の方法が採用できる。この場
合、不要な成分を偏光フィルタによってカットすること
でよりＳ／Ｎ比を向上させ、透過率の低い対象物につい
ても測定が可能となる。この干渉計では、配置可能な位
置全てに偏光フィルタを配置しているが、少なくともこ
のうち１カ所に偏光フィルタを配置すればよい。
【００３２】以上の説明では、半導体ウエハの厚み計測
を例に説明してきたが、その他の光透過性の媒体の厚み
計測にも本発明は適用可能である。
を例に説明してきたが、その他の光透過性の媒体の厚み
計測にも本発明は適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
イケルソン干渉計を偏波保持光ファイバを中心として構
成し、この偏波保持光ファイバの接続部に用いる光コネ
クタを光ファイバ相互を転動させてその相対位置を調整
可能としているので、偏波主軸を揃える調整が容易であ
り、その結果、ノイズを抑制して高精度の測定を行うこ
とが可能となる。
イケルソン干渉計を偏波保持光ファイバを中心として構
成し、この偏波保持光ファイバの接続部に用いる光コネ
クタを光ファイバ相互を転動させてその相対位置を調整
可能としているので、偏波主軸を揃える調整が容易であ
り、その結果、ノイズを抑制して高精度の測定を行うこ
とが可能となる。
【図１】本発明に係る厚み計測装置の一実施形態を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】図１の装置で用いられる光コネクタの分解斜視
図である。
図である。
【図３】図２の光コネクタの断面構成図である。
【図４】図２の光コネクタのアダプタ部分の構成図であ
る。
る。
【図５】図１の装置の偏光子の構成図である。
【図６】半導体ウエハにおける反射の様子を説明する図
である。
である。
【図７】偏光主軸同士の配置関係による光検出器の出力
の違いを説明する図である。
の違いを説明する図である。
【図８】図１の装置の調整時の信号強度例を説明する図
である。
である。
【図９】図１のマイケルソン干渉計の変形例を示す図で
ある。
ある。
【図１０】従来の厚み計測装置を示す図である。
１…マイケルソン干渉計、２…演算・制御部、３…光カ
プラ、４、５…光ケーブル、６…計測光源、７…プロー
ブヘッド、８…光検出器、９…参照光学系、２０…信号
処理部、２１…光路長制御部、２２…演算部、４０、４
１、５０、５１６０…偏波保持光ファイバ、４２、５
２、６２…光コネクタ、４６、５３、５４…光プラグ、
９０…偏光子、９１…ミラー、９２…ガラス基板、９３
…ガルバノメータ、１００…厚み計測装置、２００…半
導体ウエハ、４００、４１０…プラグ、４２０…アダプ
タ。
プラ、４、５…光ケーブル、６…計測光源、７…プロー
ブヘッド、８…光検出器、９…参照光学系、２０…信号
処理部、２１…光路長制御部、２２…演算部、４０、４
１、５０、５１６０…偏波保持光ファイバ、４２、５
２、６２…光コネクタ、４６、５３、５４…光プラグ、
９０…偏光子、９１…ミラー、９２…ガラス基板、９３
…ガルバノメータ、１００…厚み計測装置、２００…半
導体ウエハ、４００、４１０…プラグ、４２０…アダプ
タ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB03 CC19 FF52 GG07
GG12 GG22 HH09 LL00 LL02
LL12 LL33 UU07
Claims (2)
- 【請求項１】 マイケルソン干渉計を用いた厚み計測装
置において、 前記マイケルソン干渉計は、光カプラによって接続され
た２本の光ケーブルにより光学系が構成され、各光ケー
ブルは光コネクタによって接続された偏波保持光ファイ
バからなり、各光コネクタは接続される偏波保持光ファ
イバを光軸を中心として相対的に転動させてその相対位
置を調整可能に構成されているとともに、少なくとも前
記光カプラと参照光学系のミラーとの間、前記光カプラ
と光源との間、前記光カプラと測定対象物との間、のい
ずれかの光軸上に光軸を中心に転動可能に配置されてい
る偏光子を備えている厚み計測装置。 - 【請求項２】 前記光コネクタの少なくとも１つは、接
続される光ファイバの端面間に光軸を軸として転動可能
に配置された偏光子を備えている請求項１記載の厚み計
測装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002124599A JP2003315017A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 厚み計測装置 |
| AU2003235351A AU2003235351A1 (en) | 2002-04-25 | 2003-04-22 | Thickness measuring device |
| US10/512,433 US20060152736A1 (en) | 2002-04-25 | 2003-04-22 | Thickness measuring device |
| PCT/JP2003/005113 WO2003091659A1 (fr) | 2002-04-25 | 2003-04-22 | Dispositif de mesure d'epaisseur |
| EP03719157A EP1498690B1 (en) | 2002-04-25 | 2003-04-22 | Thickness measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002124599A JP2003315017A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 厚み計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003315017A true JP2003315017A (ja) | 2003-11-06 |
| JP2003315017A5 JP2003315017A5 (ja) | 2005-09-15 |
Family
ID=29267533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002124599A Pending JP2003315017A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 厚み計測装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20060152736A1 (ja) |
| EP (1) | EP1498690B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003315017A (ja) |
| AU (1) | AU2003235351A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003091659A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100395516C (zh) * | 2004-12-25 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 光纤干涉式厚度测量装置 |
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|---|---|---|---|---|
| FR2930334B1 (fr) * | 2008-04-22 | 2011-05-13 | Nanotec Solution | Dispositif et procede d'analyse optique, appareil et procede de mesure chromatique associes |
| US8649022B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-02-11 | Harris Corporation | Interferometric material sensing apparatus including adjustable coupling and associated methods |
| US8675202B2 (en) * | 2011-05-06 | 2014-03-18 | Harris Corporation | Interferometric sensing apparatus including adjustable reference arm and associated methods |
| US8665451B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-03-04 | Harris Corporation | Interferometric biometric sensing apparatus including adjustable coupling and associated methods |
| US8649021B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-02-11 | Harris Corporation | Interferometric sensing apparatus including adjustable coupling and associated methods |
| US8675204B2 (en) * | 2011-05-06 | 2014-03-18 | Harris Corporation | Interferometric material sensing apparatus including adjustable reference arm and associated methods |
| US8675203B2 (en) * | 2011-05-06 | 2014-03-18 | Harris Corporation | Interferometric biological sensing apparatus including adjustable reference arm and associated methods |
| CN102538689B (zh) * | 2011-12-29 | 2014-02-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 光学***定心定位装置及其使用方法 |
| RU2542633C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-02-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Лазерный толщиномер и способ его калибровки |
| CN103940352B (zh) * | 2014-04-25 | 2017-01-04 | 广州飞拓优视光电科技有限公司 | 一种超高精度结冰探测装置及其实时探测结冰厚度方法 |
| JP6829992B2 (ja) * | 2016-12-28 | 2021-02-17 | 株式会社キーエンス | 光走査高さ測定装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5255428A (en) * | 1991-04-03 | 1993-10-26 | California Institute Of Technology | Electrooptic polymer voltage sensor and method of manufacture thereof |
| US5206924A (en) * | 1992-01-31 | 1993-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fiber optic Michelson sensor and arrays with passive elimination of polarization fading and source feedback isolation |
| US5422713A (en) * | 1994-03-21 | 1995-06-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Bi-refringent waveguide rotational alignment method using white light interferomety |
| JPH0829641A (ja) * | 1994-07-11 | 1996-02-02 | Mitsubishi Electric Corp | 光ファイバ接続用アダプタ |
| DE19733890C2 (de) * | 1996-08-04 | 2000-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Verfahren zum Vermessen eines Mediums und Vorrichtung dazu |
| JP3582311B2 (ja) | 1996-08-04 | 2004-10-27 | 松下電器産業株式会社 | 媒質の測定方法および測定装置 |
| JPH10221014A (ja) | 1997-02-10 | 1998-08-21 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 光導波路型変位センサ |
| JP4151159B2 (ja) * | 1999-06-17 | 2008-09-17 | 松下電器産業株式会社 | 媒質の測定装置 |
| US6201609B1 (en) | 1999-08-27 | 2001-03-13 | Zygo Corporation | Interferometers utilizing polarization preserving optical systems |
| JP4464519B2 (ja) | 2000-03-21 | 2010-05-19 | オリンパス株式会社 | 光イメージング装置 |
| AU2001225543A1 (en) * | 2000-01-21 | 2001-08-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Thickness measuring apparatus, thickness measuring method, and wet etching apparatus and wet etching method utilizing them |
| JP4486217B2 (ja) * | 2000-05-01 | 2010-06-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | 厚み計測装置、及びそれを用いたウエットエッチング装置、ウエットエッチング方法 |
| US20090030108A1 (en) | 2005-04-25 | 2009-01-29 | The University Of Tokyo | Gel composition and method for producing same |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002124599A patent/JP2003315017A/ja active Pending
-
2003
- 2003-04-22 WO PCT/JP2003/005113 patent/WO2003091659A1/ja active Application Filing
- 2003-04-22 EP EP03719157A patent/EP1498690B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-04-22 AU AU2003235351A patent/AU2003235351A1/en not_active Abandoned
- 2003-04-22 US US10/512,433 patent/US20060152736A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100395516C (zh) * | 2004-12-25 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 光纤干涉式厚度测量装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| AU2003235351A1 (en) | 2003-11-10 |
| EP1498690A1 (en) | 2005-01-19 |
| US20060152736A1 (en) | 2006-07-13 |
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