JP2011169796A - Curvature measuring device - Google Patents

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一義 武藤
Yutaka Takano
裕 高野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a curvature measuring device which is small and capable of accurately measuring a wide range of curvatures. <P>SOLUTION: An inspection object 3 is placed on a placement stand 5. Beam light emitted by a laser emitter 10 scans at an equal angular velocity by a polygon mirror 22 the surface of the inspection object 3 through a fθ lens 50. A cylindrical lens 60 converges laser light reflected by the surface of the inspection object 3. The curvature of the surface of the inspection object 3 is calculated on the basis of the time difference of laser beam detection by two beam light detection sensors (first and second laser light detection sensors 30, 32), the distance d2 between these two beam light detection sensors 30, 32, and the distance L from the surface of the inspection object 3, wherein these two beam light sensors are arranged at places with an equal distance from one point of the placement stand 5 and with a constant distance from each other, and detect beam light reflected from the inspection object 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、非接触で被検査体の表面の曲率半径を測定する曲率測定装置に関する。   The present invention relates to a curvature measuring device that measures the radius of curvature of the surface of an object to be inspected in a non-contact manner.

曲率が低い（反りが少ない)半導体ウエハ又はサファイヤウエハなどの半導体製造素子用ウエハ（以下、単にウエハとも呼ぶ）上に半導体結晶又は薄膜を形成すると、結晶や薄膜の形成過程で加わる熱などにより反りが生じて、応力が発生する。   When a semiconductor crystal or thin film is formed on a semiconductor manufacturing element wafer (hereinafter also simply referred to as a wafer) such as a semiconductor wafer or sapphire wafer having a low curvature (low warpage), the warp is caused by heat applied in the process of forming the crystal or thin film. Occurs and stress is generated.

この応力は、ウエハから製造される半導体素子の特性に影響を与えるとともに、反りは、半導体素子の製造工程中のフォトリソグラフィング工程で加工精度に悪影響を与えるおそれがあるため、この反りの度合い、つまり、ウエハ表面の曲率を測定し、測定した曲率に基づいて半導体の製造工程の良否を評価する必要がある。   This stress affects the characteristics of the semiconductor element manufactured from the wafer, and the warpage may adversely affect the processing accuracy in the photolithography process during the manufacturing process of the semiconductor element. That is, it is necessary to measure the curvature of the wafer surface and evaluate the quality of the semiconductor manufacturing process based on the measured curvature.

ウエハ表面の曲率の測定には、探針式の接触方式と光を利用した非接触方式とがある。半導体製造工程において接触方式を用いるとウエハ上に形成した薄膜等を傷つけるため、半導体製造工程では、ウエハ上の薄膜を傷つけるおそれがない非接触方式が採用される。   Measurement of the curvature of the wafer surface includes a probe-type contact method and a non-contact method using light. When the contact method is used in the semiconductor manufacturing process, the thin film formed on the wafer is damaged. Therefore, in the semiconductor manufacturing process, a non-contact method that does not cause the possibility of damaging the thin film on the wafer is adopted.

従来、非接触方式として、被検査体の表面に入射光と反射光の成す角度から曲率を測定する曲率測定装置がある。
この曲率測定装置では、被検査体に対して一定の入射角からレーザビームを照射し、被検査体から反射するレーザビームをＣＣＤ素子又はＰＳＤ素子で検出することにより、反射レーザビームのスポット位置を測定する。そして、測定したスポット位置からレーザビームの反射角を算出する。さらに、算出したレーザビームの反射角と一定の入射角とから被検査体表面の曲率を計算して測定する（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as a non-contact method, there is a curvature measuring device that measures a curvature from an angle formed by incident light and reflected light on the surface of an object to be inspected.
In this curvature measuring apparatus, the spot position of the reflected laser beam is determined by irradiating the object to be inspected with a laser beam from a constant incident angle and detecting the laser beam reflected from the object to be inspected with a CCD element or PSD element. taking measurement. Then, the reflection angle of the laser beam is calculated from the measured spot position. Further, the curvature of the surface of the object to be inspected is calculated and measured from the calculated reflection angle of the laser beam and a constant incident angle (see, for example, Patent Document 1).

特表平９−５０１２４１号公報JP-T 9-501241

ところが、上記非接触方式の曲率測定装置では、反射レーザビームのスポット位置がＣＣＤ素子やＰＳＤ素子などの画素数と画素サイズにより、検出素子の測定分解能が制限を受ける、つまり、画素数が少なかったり、画素サイズが大きかったりすると、スポット位置の測定精度が悪く、その結果被検査体の曲率の測定精度が悪くなるという問題があった。   However, in the non-contact type curvature measuring apparatus, the spot resolution of the reflected laser beam is limited in the measurement resolution of the detection element depending on the number of pixels such as a CCD element and PSD element and the pixel size, that is, the number of pixels is small. When the pixel size is large, the measurement accuracy of the spot position is poor, and as a result, the measurement accuracy of the curvature of the object to be inspected is deteriorated.

また、被検査体の曲率が大きくなると、反射レーザビームの反射角が大きくなり、検出素子の検出範囲を超えるので、それを防止するためには、大きな面積を有する検出素子が必要になり、装置が大型化するという問題もあった。換言すれば、曲率の測定範囲を大きくしようとすると、装置が大型化するという問題があった。   In addition, when the curvature of the object to be inspected increases, the reflection angle of the reflected laser beam increases and exceeds the detection range of the detection element. To prevent this, a detection element having a large area is required. There was also a problem that the size of the system increased. In other words, there is a problem that the apparatus becomes large when attempting to increase the measurement range of the curvature.

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、小型で広い範囲の曲率を精度よく測定できる曲率測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a curvature measuring apparatus that is small and can accurately measure a wide range of curvature.

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。   In this column, in order to facilitate understanding of the invention, the reference numerals used in the “Mode for Carrying Out the Invention” column are attached as necessary, which means that the scope of claims is limited by this reference numeral. is not.

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた請求項１に記載の曲率測定装置（１）は、載置手段（５）、ビーム光発光手段（１０）、走査手段（２０）、ビーム光検出手段（３０，３２）、曲率算出手段（４０）を備えている。   The curvature measuring device (1) according to claim 1, which has been made to solve the problem described in the above-mentioned "problem to be solved by the invention", is a mounting means (5), a beam light emitting means (10), Scanning means (20), beam light detection means (30, 32), and curvature calculation means (40) are provided.

載置手段（５）は、被検査体（３）を載置し、ビーム光発光手段（１０）は、ビーム光を発光する。また、走査手段（２０）は、ビーム光発光手段（１０）により発光されたビーム光を等角速度走査して載置手段（５）に載置された被検査体（３）表面に対して照射する。   The placing means (5) places the object to be inspected (3), and the beam light emitting means (10) emits the beam light. The scanning means (20) irradiates the surface of the inspection object (3) placed on the placing means (5) by scanning the beam light emitted from the light beam emitting means (10) at a constant angular velocity. To do.

ビーム光検出手段（３０，３２）は、載置手段（５）の一点から等距離で、互いの距離が一定である位置に配置され、被検査体（３）から反射されるビーム光を検出するものであり、２つ備えられている。   The beam light detection means (30, 32) is arranged at a position equidistant from one point of the mounting means (5) and at a constant distance from each other, and detects the beam light reflected from the object to be inspected (3). There are two.

さらに、曲率算出手段（４０）は、ビーム光発光手段（１０）で発光したビーム光を走査手段（２０）で被検査体（３）に対して走査したときに、２つのビーム光検出手段（３０，３２）がビーム光を検出した時間差及び２つのビーム光検出手段（３０，３２）の間の距離に基づいて、被検査体（３）の表面の曲率を算出する。   Further, the curvature calculating means (40) has two beam light detecting means (when the light beam emitted from the light beam emitting means (10) is scanned with respect to the inspection object (3) by the scanning means (20). 30, 32) calculates the curvature of the surface of the object to be inspected (3) based on the time difference when the beam light is detected and the distance between the two light beam detection means (30, 32).

このような曲率測定装置（１）では、ビーム光発光手段（１０）で発光されたビーム光が走査手段（２０）により等角速度走査され、載置手段（５）に載置された被検査体（３）表面に照射される。すると、被検査体（３）表面からビーム光が反射されるので、反射されたビーム光が２つのビーム光検出手段（３０，３２）で検出される。   In such a curvature measuring apparatus (1), the light beam emitted from the beam light emitting means (10) is scanned at a constant angular velocity by the scanning means (20) and placed on the placing means (5). (3) Irradiate the surface. Then, since the beam light is reflected from the surface of the inspection object (3), the reflected beam light is detected by the two beam light detecting means (30, 32).

ここで、２つのビーム光検出手段（３０，３２）は、載置手段（５）の一点から等距離で、互いの距離が一定である位置に配置されており、被検査体（３）表面から反射されるビーム光は走査手段（２０）により等角速度走査されている。   Here, the two beam light detection means (30, 32) are arranged at positions that are equidistant from one point of the placement means (5) and have a constant distance from each other, and the surface of the inspection object (3) The beam light reflected from the beam is scanned at a constant angular velocity by the scanning means (20).

したがって、２つのビーム光検出手段（３０，３２）がビーム光を検出した時間差及び２つのビーム光検出手段（３０，３２）の間の距離に基づいて、被検査体（３）の表面の曲率を算出することができる。   Therefore, the curvature of the surface of the object to be inspected (3) is based on the time difference at which the two light beam detection means (30, 32) detect the light beam and the distance between the two light beam detection means (30, 32). Can be calculated.

つまり、走査手段（２０）により等角速度走査したビーム光の被検査体（３）表面から反射ビーム光を２つのビーム光検出手段（３０，３２）のみで検出することにより被検査体（３）表面の曲率を算出することができる。   That is, the object to be inspected (3) is detected by detecting the reflected light beam from only the two light beam detecting means (30, 32) from the surface of the object to be inspected (3) scanned at a constant angular velocity by the scanning means (20). The curvature of the surface can be calculated.

したがって、反射ビーム光のスポット位置がＣＣＤ素子やＰＳＤ素子などの画素数と画素サイズにより、検出素子の測定分解能が制限を受ける、つまり、画素数が少なかったり、画素サイズが大きかったりすると、スポット位置の測定精度が悪く、その結果被検査体（３）の曲率の測定精度が悪くなるという問題がなくなる。   Therefore, if the spot position of the reflected light beam is limited by the measurement resolution of the detection element depending on the number of pixels and the pixel size of the CCD element or PSD element, that is, if the number of pixels is small or the pixel size is large, the spot position Measurement accuracy is poor, and as a result, there is no problem that the measurement accuracy of the curvature of the inspection object (3) is deteriorated.

また、被検査体（３）の曲率が大きくなると、反射レーザ光の反射角が大きくなり、検出素子の検出範囲を超える、換言すれば、曲率の測定範囲を大きくしようとすると、大きな面積を有する検出素子が必要になり、装置が大型化するという問題も解消できる。   Further, when the curvature of the object to be inspected (3) increases, the reflection angle of the reflected laser beam increases and exceeds the detection range of the detection element. In other words, if the measurement range of the curvature is to be increased, it has a large area. The detection element is required, and the problem that the apparatus becomes large can be solved.

つまり、小型で広い範囲の曲率を精度よく測定できる曲率測定装置（１）とすることができるのである。
ところで、走査手段（２０）でビーム光を等角速度走査させると、走査手段（２０）の構造によっては、レーザ光の走査幅に誤差が生じる場合がある。 That is, it is possible to provide a curvature measuring device (1) that is small and can accurately measure a wide range of curvature.
By the way, when the scanning means (20) scans the beam light at a constant angular velocity, an error may occur in the scanning width of the laser light depending on the structure of the scanning means (20).

例えば、走査手段（２０）として、ポリゴンミラーを用いたような場合には、走査手段（２０）と被検査体（３）表面までの光路長にわずかな変化が生じる場合があり、被検査体（３）表面で反射したビーム光が２つのビーム光検出手段（３０，３２）に入射するレーザ光の時間差から算出されるレーザ光の走査幅に誤差が生じる場合がある。   For example, when a polygon mirror is used as the scanning means (20), a slight change may occur in the optical path length between the scanning means (20) and the surface of the inspection object (3). (3) There may be an error in the scanning width of the laser light calculated from the time difference between the laser light incident on the two light beam detection means (30, 32) when the beam light reflected on the surface is incident.

この場合、請求項１に係る曲率測定装置（１）では、２つのビーム光検出手段（３０，３２）がビーム光を検出した時間差から算出したレーザ走査幅とビーム光検出手段（３０，３２）の間の距離に基づいて、被検査体（３）の表面の曲率を算出しているので、曲率の精度が劣化する場合がある。   In this case, in the curvature measuring apparatus (1) according to the first aspect, the laser beam scanning width and the beam light detection means (30, 32) calculated from the time difference between the two beam light detection means (30, 32) detecting the beam light. Since the curvature of the surface of the inspection object (3) is calculated based on the distance between the two, the accuracy of the curvature may be deteriorated.

そこで、請求項２に記載のように、走査手段（２０）及び載置手段（５）に載置された被検査体（３）の間の光路中に配置され、走査手段（２０）で走査されたビーム光を透過し、照射面である被検査体（３）表面上で等速走査させるｆθレンズ（５０）を備えるようにするとよい。   Therefore, as described in claim 2, it is arranged in the optical path between the scanning means (20) and the object to be inspected (3) placed on the placing means (5) and scanned by the scanning means (20). It is preferable to provide an fθ lens (50) that transmits the emitted beam light and scans the surface of the object to be inspected (3) that is the irradiation surface at a constant speed.

このようにすると、走査手段（２０）と被検査体（３）表面までの光路長にわずかな変化が生じる場合であっても、ｆθレンズ（５０）により、ビーム光が照射面である被検査体（３）表面上でのレーザ光の走査幅は、一定であるので、より正確な曲率を算出することができる。   In this way, even if a slight change occurs in the optical path length between the scanning means (20) and the surface of the object to be inspected (3), the object to be inspected whose beam light is the irradiation surface by the fθ lens (50). Since the scanning width of the laser beam on the surface of the body (3) is constant, a more accurate curvature can be calculated.

さらに、請求項３に記載のように、被検査体（３）に照射したビーム光の線を２つのビーム光検出手段（３０，３２）を結ぶ線方向のみに結像させるように配置されたシリンドリカルレンズ（６０）を備えるようにすると、被検査体（３）表面から反射されたビーム光が２つのビーム光検出手段（３０，３２）を結ぶ線上に集光される。   Further, as described in claim 3, the light beam irradiated to the object to be inspected (3) is arranged so as to form an image only in a line direction connecting the two light beam detecting means (30, 32). When the cylindrical lens (60) is provided, the beam light reflected from the surface of the object to be inspected (3) is collected on a line connecting the two beam light detection means (30, 32).

したがって、被検査体（３）を搭載した載置台（５）等の回転軸揺らぎ等による、被検査体（３）表面からの反射レーザ光の角度揺らぎが発生しても、レーザビーム走査軸に平行に配置されたシリンドリカルレンズ（６０）により、第１レーザ光検出センサ（３０）及び第２レーザ光検出センサ（３２）にレーザ光が入射するようすることができる。   Therefore, even if the angle fluctuation of the reflected laser beam from the surface of the inspection object (3) occurs due to the rotation axis fluctuation of the mounting table (5) or the like on which the inspection object (3) is mounted, the laser beam scanning axis Laser light can be incident on the first laser light detection sensor (30) and the second laser light detection sensor (32) by the cylindrical lenses (60) arranged in parallel.

また、請求項４に記載のように、被検査体（３）表面から反射されたビーム光の出力を検出する出力検出手段（７２）を備え、ビーム光発光手段（１０）を、発光するビーム光の出力を調整可能に構成し、曲率算出手段（４０）を、出力検出手段（７２）により検出された被検査体（３）表面から反射されたビーム光の出力に基づいて、ビーム光発光手段（１０）から発光するビーム光の出力を調整するようにするとよい。   According to a fourth aspect of the present invention, the apparatus further comprises output detecting means (72) for detecting the output of the beam light reflected from the surface of the inspection object (3), and the beam light emitting means (10) emits the light beam. The light output is configured to be adjustable, and the curvature calculation means (40) emits the light beam based on the output of the light beam reflected from the surface of the object to be inspected (3) detected by the output detection means (72). The output of the beam light emitted from the means (10) may be adjusted.

このようにすると、ビーム光発光手段（１０）で発光するビーム光の出力を２つのビーム光検出手段（３０，３２）の検出可能光強度レベルに対して最適化することができるので、曲率を正確に測定するとともに消費エネルギを抑制することができる。   In this way, the output of the beam light emitted from the beam light emitting means (10) can be optimized with respect to the detectable light intensity level of the two beam light detecting means (30, 32), so that the curvature can be reduced. Accurate measurement and energy consumption can be suppressed.

つまり、例えば、被検査体（３）表面を走査した場合に、被検査体（３）表面からの反射ビーム光の強度が弱く、出力検出手段（３０、３２）で、被検査体（３）表面からの反射ビーム光が検出されない場合には、曲率が正確に計測できない。   That is, for example, when the surface of the inspection object (3) is scanned, the intensity of the reflected beam light from the surface of the inspection object (3) is weak, and the output detection means (30, 32) causes the inspection object (3). If the reflected beam light from the surface is not detected, the curvature cannot be measured accurately.

したがって、出力検出手段（７２）で検出した被検査体（３）表面から反射されたビーム光の出力に基づいて、ビーム光発光手段（１０）で発光するビーム光の出力を大きくすることにより、ビーム光検出手段（３０，３２）で反射ビームを検出できるようにすれば、曲率を正確に計測できるようになる。逆に、反射ビーム光の出力が必要以上に大きい場合には、ビーム光の出力を小さくして消費エネルギを抑制することができる。   Therefore, based on the output of the beam light reflected from the surface of the object to be inspected (3) detected by the output detection means (72), by increasing the output of the beam light emitted by the beam light emission means (10), If the reflected light can be detected by the beam light detection means (30, 32), the curvature can be accurately measured. On the other hand, when the output of the reflected beam light is larger than necessary, the energy consumption can be suppressed by reducing the output of the beam light.

ところで、被検査体（３）から反射されるビーム光のビーム光検出手段（３０，３２）上での照射スポット径が小さいと、計測できる曲率の分解能を向上させることができる。
そこで、請求項５に記載のように、ビーム光発光手段（１０）で発光するビーム光のビーム拡がり角を調整するビーム拡がり角調整手段（８０）を備えるようにする。 By the way, if the irradiation spot diameter of the beam light reflected from the object to be inspected (3) on the beam light detection means (30, 32) is small, the resolution of the measurable curvature can be improved.
Therefore, as described in claim 5, beam divergence angle adjusting means (80) for adjusting the beam divergence angle of the beam light emitted by the beam light emitting means (10) is provided.

また、出力検出手段（７０）を、被検査体表面から反射されたビーム光の出力を検出可能に構成し、曲率算出手段（４０）を、出力検出手段（７０）により検出されたビーム光の出力に基づいて、ビーム拡がり角調整手段（８０）を介して、ビーム光発光手段（１０）で発光するビーム光のビーム拡がり角を調整するようにするとよい。   The output detecting means (70) is configured to detect the output of the beam light reflected from the surface of the object to be inspected, and the curvature calculating means (40) is configured to detect the beam light detected by the output detecting means (70). Based on the output, the beam divergence angle of the beam light emitted from the beam light emitting means (10) may be adjusted via the beam divergence angle adjusting means (80).

このようにすると、被検査体（３）表面からの反射ビーム光のビーム光検出手段（３０，３２）上での照射スポット径が小さくなるように、ビーム光発光手段（１０）で発光するビーム光のビーム拡がり角を調整することができるので、計測できる曲率の分解能を向上させることができる。   In this way, the beam emitted by the beam light emitting means (10) so that the irradiation spot diameter of the reflected beam light from the surface of the object to be inspected (3) on the beam light detecting means (30, 32) becomes small. Since the beam divergence angle of light can be adjusted, the resolution of the measurable curvature can be improved.

ところで、被検査体（３）が半導体製造用ウエハなどのように、表面の半導体結晶や薄膜を形成するものである場合、被検査体（３）の表面の反射率は、光学薄膜の干渉に伴って変化する。つまり、被検査体（３）の表面に形成される半導体結晶や薄膜の厚さによって変化する。   By the way, when the object to be inspected (3) forms a semiconductor crystal or thin film on the surface, such as a semiconductor manufacturing wafer, the reflectance of the surface of the object to be inspected (3) is caused by interference of the optical thin film. It changes with it. That is, it varies depending on the thickness of the semiconductor crystal or thin film formed on the surface of the device under test (3).

また、被検査体（３）表面の反射率は、被検査体（３）表面から反射される光ビームの光強度の逆数に比例する。
そこで、請求項６に記載のように、曲率算出手段（４０）において、出力検出手段（７２）で検出されたビーム光の出力に基づいて、被検査体（３）の厚さの変化を算出するようにすると、被検査体（３）表面に形成される半導体結晶や薄膜の膜厚変化を算出することができる。 The reflectance of the surface of the inspection object (3) is proportional to the reciprocal of the light intensity of the light beam reflected from the surface of the inspection object (3).
Therefore, as described in claim 6, in the curvature calculation means (40), the change in the thickness of the object to be inspected (3) is calculated based on the output of the beam light detected by the output detection means (72). By doing so, it is possible to calculate the change in film thickness of the semiconductor crystal or thin film formed on the surface of the object to be inspected (3).

曲率測定装置１の概略の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a curvature measuring device 1. FIG. 被検査体３の表面の曲率半径、レーザ光の光路と第１レーザ光検出センサ３０、第２レーザ光検出センサ３２の距離との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the curvature radius of the surface of the to-be-inspected object 3, the optical path of a laser beam, and the distance of the 1st laser beam detection sensor 30 and the 2nd laser beam detection sensor 32. FIG. 被検査体３表面が凸状に湾曲している場合の、ポリゴンミラー２２のレーザ光反射面から第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの光学系の概略を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an outline of an optical system from a laser light reflecting surface of a polygon mirror 22 to a first laser light detection sensor 30 and a second laser light detection sensor 32 when the surface of an inspection object 3 is curved in a convex shape. is there. 被検査体３表面が凹状に湾曲している場合の、ポリゴンミラー２２のレーザ光反射面から第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの光学系の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the optical system from the laser beam reflective surface of the polygon mirror 22 to the 1st laser beam detection sensor 30 and the 2nd laser beam detection sensor 32 in case the to-be-inspected object 3 surface is curving concavely. .

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。   Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the following embodiment, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.

（曲率測定装置１の構成）
図１は、本発明が適用された曲率測定装置１の概略の構成を示すブロック図である。曲率測定装置１は、載置台５、回転ステージ７、角度センサ９、レーザ発光器１０、走査装置２０、第１レーザ光検出センサ３０、第２レーザ光検出センサ３２、制御部４０、ｆθレンズ５０、シリンドリカルレンズ６０、第１出力検出センサ７０、第２出力検出センサ７２、第２分離ミラー７４、第３分離ミラー７６、スリット７８、ビーム拡がり角調整部８０、バンドパスフィルタ９０及び第１分離ミラー１００を備えている。 (Configuration of curvature measuring apparatus 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a curvature measuring apparatus 1 to which the present invention is applied. The curvature measuring apparatus 1 includes a mounting table 5, a rotary stage 7, an angle sensor 9, a laser emitter 10, a scanning device 20, a first laser light detection sensor 30, a second laser light detection sensor 32, a control unit 40, and an fθ lens 50. , Cylindrical lens 60, first output detection sensor 70, second output detection sensor 72, second separation mirror 74, third separation mirror 76, slit 78, beam divergence angle adjustment unit 80, bandpass filter 90, and first separation mirror. 100.

載置台５は、被検査体３を載置する台であり、被検査体３として、半導体ウエハ又はサファイヤウエハなど曲率が低い半導体製造素子用ウエハ（以下、単にウエハとも呼ぶ）又はレンズや加工部品等が載置される。したがって、載置台５の被検査体３を載置する面は、非常に平坦であり、面粗度も低くなるように成形されている。また、載置台５は、回転ステージ７上に搭載されている。   The mounting table 5 is a table on which the object to be inspected 3 is mounted. As the object to be inspected 3, a semiconductor manufacturing element wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) having a low curvature such as a semiconductor wafer or a sapphire wafer, a lens, or a processed part Etc. are placed. Accordingly, the surface of the mounting table 5 on which the inspection object 3 is mounted is formed to be very flat and to have a low surface roughness. The mounting table 5 is mounted on the rotary stage 7.

回転ステージ７は、載置台５を搭載しており、図示しないステッピングモータやＤＣモータなどのモータを内蔵し、制御部４０からの指令信号により、モータを駆動することにより一定角速度で回転する。このように、載置台５を搭載し、一定角速度で回転するので、載置台５に載置されている被検査体３が一定角速度で回転する。   The rotation stage 7 is equipped with a mounting table 5 and has a built-in motor such as a stepping motor and a DC motor (not shown), and rotates at a constant angular velocity by driving the motor according to a command signal from the control unit 40. Thus, since the mounting table 5 is mounted and rotated at a constant angular velocity, the inspection object 3 mounted on the mounting table 5 rotates at a constant angular velocity.

角度センサ９は、回転ステージ７の回転軸端、又は回転軸にギア等を介して接続されたエンコーダ、レゾルバ又はポテンショメータなどの角度検出用のセンサであり、回転ステージ７の回転軸周りの回転角度を検出し、制御部４０へ出力する。   The angle sensor 9 is an angle detection sensor such as an encoder, a resolver, or a potentiometer connected to the rotary shaft end of the rotary stage 7 or a rotary shaft via a gear or the like. Is output to the control unit 40.

レーザ発光器１０は、ビーム光としてコヒーレントなレーザ光を発光する発光器であり、レーザ駆動回路１２及び半導体レーザ１４を備えている。
レーザ駆動回路１２は、制御部４０からの指令信号により、半導体レーザ１４から発光されるレーザの発光タイミング及びレーザの出力を制御する。 The laser emitter 10 is a light emitter that emits coherent laser light as beam light, and includes a laser drive circuit 12 and a semiconductor laser 14.
The laser drive circuit 12 controls the emission timing of the laser emitted from the semiconductor laser 14 and the output of the laser according to a command signal from the control unit 40.

半導体レーザ１４は、レーザ駆動回路１２からの駆動信号により、レーザ光を発光する。その際、レーザ光の発光タイミング及びレーザ光の出力がレーザ駆動回路１２からの駆動信号により制御される。   The semiconductor laser 14 emits laser light in response to a drive signal from the laser drive circuit 12. At that time, the emission timing of the laser beam and the output of the laser beam are controlled by the drive signal from the laser drive circuit 12.

また、半導体レーザ１４から発光されるレーザ光の出力は、第１出力検出センサ７０及び第２出力検出センサ７２により検出された、被検査体３表面から反射されたレーザ光の出力に基づいて、調整可能に構成されている。   The output of the laser light emitted from the semiconductor laser 14 is based on the output of the laser light reflected from the surface of the inspection object 3 detected by the first output detection sensor 70 and the second output detection sensor 72. It is configured to be adjustable.

走査装置２０は、レーザ発光器１０により発光されたレーザ光を等角速度走査して載置台５に載置された被検査体３表面に対して照射するものであり、ポリゴンミラー２２とミラー駆動装置２４とを備えている。   The scanning device 20 irradiates the surface of the inspection object 3 mounted on the mounting table 5 by scanning the laser light emitted from the laser light emitter 10 at an equal angular velocity, and includes a polygon mirror 22 and a mirror driving device. 24.

ポリゴンミラー２２は、側面が反射面となっており、中心軸周りに一定角速度で回転する多角柱の回転ミラーである。本実施形態では、八角柱形である。
ミラー駆動装置２４は、制御部４０からの指令信号により、ポリゴンミラー２２を一定角速度で回転させるステッピングモータやＤＣモータなどのモータと、その駆動回路からなる駆動装置である。 The polygon mirror 22 is a polygonal column rotating mirror whose side surface is a reflecting surface and rotates at a constant angular velocity around a central axis. In this embodiment, it is an octagonal prism shape.
The mirror driving device 24 is a driving device including a motor such as a stepping motor or a DC motor that rotates the polygon mirror 22 at a constant angular velocity in response to a command signal from the control unit 40 and a driving circuit thereof.

第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２は、被検査体３から反射されるレーザ光を検出するための光電変換素子であり、レーザ光を受光し電気信号に変換する光電子増倍管、フォトダイオードなどであり、載置台５の一点から等距離で、互いの距離が一定（図２〜図４においてｄ２）である位置に配置された２つのセンサである。   The first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 are photoelectric conversion elements for detecting the laser light reflected from the object to be inspected 3, and increase the photoelectrons that receive the laser light and convert it into an electrical signal. These are double tubes, photodiodes, and the like, which are two sensors arranged at positions that are equidistant from one point of the mounting table 5 and have a constant distance (d2 in FIGS. 2 to 4).

ｆθレンズ５０は、走査装置２０及び載置台５に載置された被検査体３の間の光路中に配置され、走査装置２０で走査されたレーザ光を透過し、照射面である被検査体３表面上に垂直に入射して、なおかつ等速走査させるためのレンズである。   The fθ lens 50 is disposed in the optical path between the scanning device 20 and the inspection object 3 placed on the mounting table 5, transmits the laser beam scanned by the scanning device 20, and is an inspection object that is an irradiation surface. 3 is a lens that vertically enters the surface and scans at a constant speed.

ポリゴンミラー２２が一定角速度で回転しているので、ポリゴンミラー２２の反射面で反射されたレーザ光を直接被検査体３の表面に投射すると、表面において等速走査されない。   Since the polygon mirror 22 rotates at a constant angular velocity, when the laser beam reflected by the reflecting surface of the polygon mirror 22 is directly projected on the surface of the inspection object 3, the surface is not scanned at a constant speed.

ここで、ｆθレンズ５０は、レーザ光の入射角θに比例した像高（Ｙ）を有しており、その関係は、焦点距離をｆとすると、Ｙ＝ｆθとなる。したがって、ｆθレンズ５０を用いることにより、一定角速度で回転するポリゴンミラー２２の反射面で反射されたレーザ光を被検査体３の表面において等速走査させることができる。   Here, the fθ lens 50 has an image height (Y) proportional to the incident angle θ of the laser beam, and the relationship is Y = fθ where the focal length is f. Therefore, by using the fθ lens 50, the laser beam reflected by the reflecting surface of the polygon mirror 22 rotating at a constant angular velocity can be scanned at a constant speed on the surface of the inspection object 3.

シリンドリカルレンズ６０は、被検査体３から反射されたレーザ光を第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２を結ぶ線方向のみ、つまり、レーザ光走査軸に平行に集光するように配置されたレンズである。   The cylindrical lens 60 condenses the laser beam reflected from the inspected object 3 only in the line direction connecting the first laser beam detection sensor 30 and the second laser beam detection sensor 32, that is, parallel to the laser beam scanning axis. It is the lens arranged in.

被検査体３を搭載した載置台５（回転ステージ７）等の回転軸揺らぎ等による、被検査体３表面からの反射レーザ光の角度揺らぎが発生しても、レーザビーム走査軸に平行に配置されたシリンドリカルレンズ６０により、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２にレーザ光が入射するようになっている。   Even if the angle fluctuation of the reflected laser beam from the surface of the inspection object 3 occurs due to the rotation axis fluctuation of the mounting table 5 (rotary stage 7) or the like on which the inspection object 3 is mounted, it is arranged parallel to the laser beam scanning axis. Laser light is incident on the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 by the cylindrical lens 60 thus formed.

第１出力検出センサ７０及び第２出力検出センサ７２は、被検査体３表面から反射されたレーザ光の出力を検出するセンサであり、光電子増倍管やフォトダイオードなどである。   The first output detection sensor 70 and the second output detection sensor 72 are sensors that detect the output of the laser light reflected from the surface of the inspection object 3, and are a photomultiplier tube, a photodiode, or the like.

第２分離ミラー７４は、被検査体３表面からの反射レーザ光の一部を反射して、スリット７８に入射し、スリット７８を透過したレーザ光が第１出力検出センサ７０に入射する。   The second separation mirror 74 reflects a part of the reflected laser light from the surface of the inspection object 3 and enters the slit 78, and the laser light transmitted through the slit 78 enters the first output detection sensor 70.

第３分離ミラー７６は、被検査体３表面からの反射レーザ光の一部を反射して第２出力検出センサ７２に入射する。
スリット７８は、載置台５の一点からの距離が、載置台５の一点から、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの距離と同じとなる位置に配置されており、レーザ光を透過しない金属などの板材に切り込みを入れ、入射されるレーザ光の一部を透過する。 The third separation mirror 76 reflects a part of the reflected laser light from the surface of the inspection object 3 and enters the second output detection sensor 72.
The slit 78 is disposed at a position where the distance from one point of the mounting table 5 is the same as the distance from one point of the mounting table 5 to the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32, A plate material such as a metal that does not transmit laser light is cut, and part of the incident laser light is transmitted.

ビーム拡がり角調整部８０は、スリット７８を透過して第２出力検出センサ７２により検出された被検査体３表面から反射されたレーザ光の出力に基づいて、レーザ発光器１０で発光するレーザ光のビーム拡がり角を調整するものである。   The beam divergence angle adjusting unit 80 is a laser beam that is emitted by the laser emitter 10 based on the output of the laser beam that is transmitted from the slit 78 and reflected from the surface of the inspection object 3 detected by the second output detection sensor 72. The beam divergence angle is adjusted.

ビーム拡がり角調整部８０は、第１凸レンズ又は凹レンズ８２と、第２凸レンズ又は凹レンズ８４と、レンズ駆動部８６と、を備えている。
第１凸レンズ又は凹レンズ８２は半導体レーザ１４のレーザ発光器１０からポリゴンミラー２２の間の光路途中に固定されて設置され、第２凸レンズ又は凹レンズ８４は、同じ光路途中に光路方向（つまり、半導体レーザ１４とポリゴンミラー２２方向）に移動可能に設置されており、レンズ駆動部８６により移動される。 The beam divergence angle adjustment unit 80 includes a first convex lens or concave lens 82, a second convex lens or concave lens 84, and a lens driving unit 86.
The first convex lens or concave lens 82 is fixed and installed in the middle of the optical path between the laser emitter 10 of the semiconductor laser 14 and the polygon mirror 22, and the second convex lens or concave lens 84 is arranged in the optical path direction (that is, the semiconductor laser) in the same optical path. 14 and the polygon mirror 22 direction), and is moved by the lens driving unit 86.

レンズ駆動部８６は、制御部４０からの指令信号により、第２凸レンズ又は凹レンズ８４を移動させる。
具体的には、図示しないステッピングモータやＤＣモータなどのモータの回転軸と、第２凸レンズ又は凹レンズ８４とにボールスクリュやラックアンドピニオン機構を装着する。そして、制御部４０からの指令信号によりモータを駆動し、第２凸レンズ又は凹レンズ８４をレンズの光軸方向に移動させる。 The lens driving unit 86 moves the second convex lens or the concave lens 84 according to a command signal from the control unit 40.
Specifically, a ball screw or a rack and pinion mechanism is mounted on the rotation shaft of a motor such as a stepping motor or a DC motor (not shown) and the second convex lens or concave lens 84. And a motor is driven by the command signal from the control part 40, and the 2nd convex lens or the concave lens 84 is moved to the optical axis direction of a lens.

このように、第２凸レンズ又は凹レンズ８４を光軸方向に移動させると、第２凸レンズ又は凹レンズ８４と、第１凸レンズ又は凹レンズ８２との相対距離が変化する。したがって、第２凸レンズ又は凹レンズ８４を移動させることにより、半導体レーザから被検査体３に照射されるレーザ光のビーム拡がり角を調整することができる。   As described above, when the second convex lens or concave lens 84 is moved in the optical axis direction, the relative distance between the second convex lens or concave lens 84 and the first convex lens or concave lens 82 changes. Therefore, by moving the second convex lens or the concave lens 84, it is possible to adjust the beam divergence angle of the laser light emitted from the semiconductor laser to the object 3 to be inspected.

具体的には、第１凸レンズ又は凹レンズ８２と、第２凸レンズ又は凹レンズ８４とによりビーム拡がり角が変化するレーザ光の、スリット７８を透過して第２出力検出センサ７２で検出される出力が最大となるように、レンズ駆動部８６により第２凸レンズ又は凹レンズ８４を移動させる。   Specifically, the output of the laser beam whose beam divergence angle is changed by the first convex lens or concave lens 82 and the second convex lens or concave lens 84 is transmitted through the slit 78 and detected by the second output detection sensor 72 is maximum. The second convex lens or concave lens 84 is moved by the lens driving unit 86 so that

バンドパスフィルタ９０は、被検査体３上に形成する半導体薄膜の半導体薄膜生成過程において、高温状態となる被検査体３、又は図示しない加熱器からの発光が測定に影響を与えないように、レーザ光の波長のみ透過するバンドパスフィルタであり、第１レーザ光検出センサ３０、第２レーザ光検出センサ３２、第１出力検出センサ７０及び第２出力検出センサ７２への光路である、シリンドリカルレンズ６０と第２分離ミラー７４の間に配置する。   The band-pass filter 90 is configured so that light emitted from the device under test 3 that is in a high temperature state or a heater (not shown) does not affect the measurement in the semiconductor thin film generation process of the semiconductor thin film formed on the device under test 3. A cylindrical lens that is a band-pass filter that transmits only the wavelength of the laser light and is an optical path to the first laser light detection sensor 30, the second laser light detection sensor 32, the first output detection sensor 70, and the second output detection sensor 72 60 and the second separation mirror 74.

第１分離ミラー１００は、ポリゴンミラー２２により偏向され、ｆθレンズ５０により偏向されたレーザ光を各々平行に、かつ、被検査体３に垂直に入射するように反射するとともに、被検査体３の表面からの反射レーザ光を透過して、シリンドリカルレンズ６０、バンドパスフィルタ９０を介して、第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２に入射させる。   The first separation mirror 100 reflects the laser beams deflected by the polygon mirror 22 and deflected by the fθ lens 50 so as to enter each of the laser beams in parallel and perpendicularly to the object 3 to be inspected. The reflected laser light from the surface is transmitted and incident on the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 via the cylindrical lens 60 and the band pass filter 90.

制御部４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ、Ｉ／Ｏを備え、第１レーザ光検出センサ３０、第２レーザ光検出センサ３２、第１出力検出センサ７０或いは第２出力検出センサ７２から出される情報を入力し、それらの情報に基づいて、回転ステージ７、レーザ発光器１０、走査装置２０或いはビーム拡がり角調整部８０を制御する。   The control unit 40 includes a CPU, ROM, RAM, and I / O (not shown), and is output from the first laser light detection sensor 30, the second laser light detection sensor 32, the first output detection sensor 70, or the second output detection sensor 72. And the rotation stage 7, the laser emitter 10, the scanning device 20, or the beam divergence angle adjusting unit 80 is controlled based on the information.

また、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２に入射するレーザ光の光強度は、被検査体３の表面の反射率により変化する。
したがって、制御部４０は、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２に入射する光強度の変化による測定誤差を少なくするため、第２出力検出センサ７２により、被検査体３表面から反射するレーザ光強度を検出し、レーザ光強度に比例する電圧出力を図示しないＡ／Ｄ変換回路でＣＰＵに入力して、レーザ光強度が検出に適した値になるように、レーザ駆動回路１２に指令信号を出力し、レーザ光強度を制御する。 Further, the light intensity of the laser light incident on the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 varies depending on the reflectance of the surface of the inspection object 3.
Therefore, the control unit 40 uses the second output detection sensor 72 to cause the surface of the inspected object 3 to reduce measurement errors due to changes in light intensity incident on the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32. The laser drive circuit detects the intensity of the laser beam reflected from the laser beam and inputs a voltage output proportional to the laser beam intensity to the CPU by an A / D conversion circuit (not shown) so that the laser beam intensity has a value suitable for detection. A command signal is output to 12, and the laser beam intensity is controlled.

さらに、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２に入射するレーザ光のビームスポット径は、被検査体３の曲率により変化する。したがって、制御部４０では、ビームスポット径の大きさにより生ずる誤差を無くするため、スリット７８を透過するレーザ光強度を第１出力検出センサ７０で検出して、その値が最大になるように、第２凸レンズ又は凹レンズ８４の位置をレンズ駆動部８６により制御している。   Furthermore, the beam spot diameter of the laser light incident on the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 varies depending on the curvature of the inspection object 3. Therefore, in order to eliminate the error caused by the size of the beam spot diameter, the control unit 40 detects the intensity of the laser beam transmitted through the slit 78 by the first output detection sensor 70 so that the value is maximized. The position of the second convex lens or concave lens 84 is controlled by the lens driving unit 86.

さらに、制御部４０は、レーザ発光器１０で発光したレーザ光を走査装置２０で被検査体３に対して走査したときに、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２がレーザ光を検出した時間差及び第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２の間の距離に基づいて、被検査体３の表面の曲率を算出する。   Furthermore, when the control unit 40 scans the laser light emitted from the laser emitter 10 with respect to the inspection object 3 by the scanning device 20, the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 are lasers. Based on the time difference at which the light is detected and the distance between the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32, the curvature of the surface of the inspection object 3 is calculated.

被検査体３の表面の曲率の具体的な算出方法については、後述する曲率測定装置１の作動において説明する。
（曲率測定装置１の作動）
本曲率測定装置１では、半導体レーザ１４から発光されたレーザ光は、ビーム拡がり角調整部８０（第１凸レンズ又は凹レンズ８２と、第２凸レンズ又は凹レンズ８４）により、第１出力検出センサ７０に最少径ビームスポットとなるように結像される。 A specific method for calculating the curvature of the surface of the inspection object 3 will be described in the operation of the curvature measuring apparatus 1 described later.
(Operation of curvature measuring device 1)
In the curvature measuring apparatus 1, the laser light emitted from the semiconductor laser 14 is minimized in the first output detection sensor 70 by the beam divergence angle adjustment unit 80 (the first convex lens or concave lens 82 and the second convex lens or concave lens 84). An image is formed to be a radial beam spot.

レーザ光は、ポリゴンミラー２２により偏向された後、ｆθレンズ５０によりさらに偏向され、平行に、かつ、第１分離ミラー１００にて反射して、被検査体３に垂直に入射するように走査される。   The laser light is deflected by the polygon mirror 22, further deflected by the fθ lens 50, reflected in parallel and reflected by the first separation mirror 100, and scanned so as to enter the inspection object 3 perpendicularly. The

被検査体３の表面から反射されたレーザ光は、第１分離ミラー１００、シリンドリカルレンズ６０、バンドパスフィルタ９０を透過して、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２に入射される。   The laser light reflected from the surface of the object to be inspected 3 passes through the first separation mirror 100, the cylindrical lens 60, and the bandpass filter 90 and enters the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32. Is done.

反射レーザ光は、第２分離ミラー７４により、その一部が反射され、スリット７８に入射し、スリット７８を透過した光が第１出力検出センサ７０に入射する。また、第３分離ミラー７６により、被検査体３からの反射レーザ光が、第２出力検出センサ７２に入射される。   A part of the reflected laser light is reflected by the second separation mirror 74, enters the slit 78, and light transmitted through the slit 78 enters the first output detection sensor 70. In addition, the reflected laser light from the object 3 is incident on the second output detection sensor 72 by the third separation mirror 76.

そして、制御部４０において、第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２に入射するレーザ光の時間差が図示しないタイムインターバル測定回路で測定される。   Then, in the control unit 40, the time difference between the laser beams incident on the first laser beam detection sensor 30 and the second laser beam detection sensor 32 is measured by a time interval measurement circuit (not shown).

測定された時間差と被検査体３と第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２の距離、ポリゴンミラー２２の回転数、ｆθレンズ５０の焦点距離から被検査体３の曲率または、曲率半径が算出される。   From the measured time difference and the distance between the inspection object 3 and the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32, the rotation speed of the polygon mirror 22, and the focal length of the fθ lens 50, the curvature of the inspection object 3 or A radius of curvature is calculated.

ここで、曲率半径の算出方法について図２及び図３に基づいて説明する。図２は、被検査体３の表面の曲率半径、レーザ光の光径と第１レーザ光検出センサ３０、第２レーザ光検出センサ３２の距離との関係を示す図である。   Here, a method for calculating the radius of curvature will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the radius of curvature of the surface of the inspection object 3 and the light diameter of the laser light and the distance between the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32.

また、図３は、ポリゴンミラー２２のレーザ光反射面から第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの光学系の概略を示す図である。
図２及び図３において、
θ：被検査体３表面におけるレーザ光の走査の一端において入射レーザ光が反射して第２レーザ光検出センサ３２に入射する際の、入射レーザ光の被検査体３表面への入射角、すなわち、入射レーザ光の被検査体３への入射面の法線に対する入射レーザ光の角度［度］
φ：被検査体３表面におけるレーザ光の走査の他端において入射レーザ光が反射して第１レーザ光検出センサ３０に入射する際の、入射レーザ光の被検査体３表面への入射角、すなわち、入射レーザ光の被検査体３への入射面の法線に対する入射レーザ光の角度［度］
ｄ１：被検査体３表面における第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２に入射するレーザ光の時間差におけるレーザ光の走査幅［ｍｍ］
ｄ２：第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２の距離［ｍｍ］
Ｌ：被検査体３表面から第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの距離
ｆ：ｆθレンズ５０の焦点距離
ｒ：ポリゴンミラー２２の回転数［ｒｐｍ］
ｔ：第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２のレーザ光検出時間差［ｎｓｅｃ］
ｖ：被検査体３表面でのレーザ光走査速度［ｍｍ／ｓｅｃ］
Ｒ：被検査体３表面の曲率半径［ｍ］
１／Ｒ：曲率[１／ｋｍ］
である。 FIG. 3 is a diagram showing an outline of the optical system from the laser light reflecting surface of the polygon mirror 22 to the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32.
2 and 3,
θ: the incident angle of the incident laser light on the surface of the inspection object 3 when the incident laser light is reflected at one end of the scanning of the laser light on the surface of the inspection object 3 and enters the second laser light detection sensor 32, that is, The angle [degree] of the incident laser beam with respect to the normal of the incident surface of the incident laser beam on the inspection object 3
φ: the incident angle of the incident laser light on the surface of the inspection object 3 when the incident laser light is reflected at the other end of the scanning of the laser light on the surface of the inspection object 3 and enters the first laser light detection sensor 30; That is, the angle [degree] of the incident laser beam with respect to the normal of the incident surface of the incident laser beam on the inspection object 3
d1: The scanning width [mm] of the laser beam in the time difference between the laser beams incident on the first laser beam detection sensor 30 and the second laser beam detection sensor 32 on the surface of the inspection object 3
d2: Distance [mm] between the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32
L: Distance from the surface of the inspection object 3 to the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 f: Focal length of the fθ lens 50 r: Number of revolutions of the polygon mirror 22 [rpm]
t: Laser light detection time difference [nsec] between the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32
v: Laser beam scanning speed [mm / sec] on the surface of the inspection object 3
R: radius of curvature of surface of object 3 [m]
1 / R: Curvature [1 / km]
It is.

本実施形態においては、図３に示すように、被検査体３の表面は、外側に膨らんだ凸面を形成している。
このとき、被検査体３表面でのレーザ光走査速度ｖは、下記式１によって算出される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the surface of the inspected object 3 forms a convex surface that bulges outward.
At this time, the laser beam scanning speed v on the surface of the inspection object 3 is calculated by the following formula 1.

Figure 2011169796
そして、被検査体３表面におけるレーザ光の走査幅ｄ１は、式１で算出されたレーザ光走査速度ｖと、第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２のレーザ光検出時間差と、を用いて、下記式２によって算出される。
Figure 2011169796
 The scanning width d1 of the laser beam on the surface of the object 3 to be inspected is the laser beam scanning speed v calculated by Equation 1, the difference in the laser beam detection time between the first laser beam detection sensor 30 and the second laser beam detection sensor 32. , And is calculated by the following formula 2.

Figure 2011169796
ここで、第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２の距離ｄ２は予め与えられた値である。したがって、そのｄ２と式２により算出された、被検査体３表面におけるレーザ光の走査幅ｄ１とを用い、被検査体３表面におけるレーザ光の走査の両端において入射レーザ光が反射して第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２に入射する際の、入射レーザ光に対する反射レーザ光の角度の和である（θ＋φ）が、下記式３によって算出される。
Figure 2011169796
 Here, the distance d2 between the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 is a value given in advance. Therefore, using the d2 and the scanning width d1 of the laser beam on the surface of the inspection object 3 calculated by the expression 2, the incident laser light is reflected at both ends of the scanning of the laser light on the surface of the inspection object 3 and the first (Θ + φ), which is the sum of the angles of the reflected laser light with respect to the incident laser light when entering the laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32, is calculated by the following equation (3).

Figure 2011169796
式３によって算出された（θ＋φ）及び式２において算出されたｄ１を用いて、被検査体３表面の曲率が下記式４により算出される。
Figure 2011169796
 Using (θ + φ) calculated by Expression 3 and d1 calculated by Expression 2, the curvature of the surface of the inspection object 3 is calculated by Expression 4 below.

Figure 2011169796
（曲率測定装置１の特徴）
以上に説明した曲率測定装置１では、レーザ発光器１０で発光されたレーザ光が走査装置２０により等角速度走査され、載置台５に載置された被検査体３表面に照射される。すると、被検査体３表面からレーザ光が反射されるので、反射されたレーザ光が第１及び第２レーザ光検出センサ３０，３２で検出される。
Figure 2011169796
 (Characteristics of curvature measuring device 1)
In the curvature measuring apparatus 1 described above, the laser light emitted from the laser emitter 10 is scanned at a constant angular velocity by the scanning device 20 and irradiated onto the surface of the inspection object 3 mounted on the mounting table 5. Then, since the laser beam is reflected from the surface of the inspection object 3, the reflected laser beam is detected by the first and second laser beam detection sensors 30 and 32.

ここで、上述したように、第１及び第２レーザ光検出センサ３０，３２により検出された時間差により、式１〜式４に従って、被検査体３表面の曲率を算出することができる。
このように、２つのレーザ光検出センサ（第１及び第２レーザ光検出センサ３０，３２）のみにより、被検査体３表面の曲率を算出することができる。 Here, as described above, the curvature of the surface of the object to be inspected 3 can be calculated from the time difference detected by the first and second laser light detection sensors 30 and 32 according to Equations 1 to 4.
In this way, the curvature of the surface of the inspection object 3 can be calculated only by the two laser light detection sensors (first and second laser light detection sensors 30 and 32).

したがって、反射レーザ光のスポット位置がＣＣＤ素子やＰＳＤ素子などの画素数と画素サイズにより、検出素子の測定分解能が制限を受ける、つまり、画素数が少なかったり、画素サイズが大きかったりすると、スポット位置の測定精度が悪く、その結果被検査体３の曲率の測定精度が悪くなるという問題がなくなる。   Therefore, if the spot position of the reflected laser beam is limited by the number of pixels and the pixel size of the CCD element, PSD element, etc., and the measurement resolution of the detection element is limited, that is, if the number of pixels is small or the pixel size is large, Measurement accuracy is poor, and as a result, there is no problem that the measurement accuracy of the curvature of the inspected object 3 is deteriorated.

また、被検査体３の曲率が大きくなると、反射レーザ光の反射角が大きくなり、検出素子の検出範囲を超える、換言すれば、曲率の測定範囲を大きくしようとすると、大きな面積を有する検出素子が必要になり、装置が大型化するという問題も解消できる。   Further, when the curvature of the object to be inspected 3 increases, the reflection angle of the reflected laser beam increases and exceeds the detection range of the detection element. In other words, if the curvature measurement range is increased, the detection element having a large area. And the problem that the apparatus becomes large can be solved.

つまり、小型で広い範囲の曲率を精度よく測定できる曲率測定装置１とすることができるのである。
また、走査装置２０のポリゴンミラー２２の反射面と被検査体３表面までの光路長が一定でない場合であっても、ｆθレンズ５０を使用しているので、レーザ光が照射面である被検査体３表面で等速走査される。 That is, it is possible to provide a curvature measuring apparatus 1 that is small and can accurately measure a wide range of curvature.
Even if the optical path length from the reflection surface of the polygon mirror 22 of the scanning device 20 to the surface of the inspection object 3 is not constant, since the fθ lens 50 is used, the inspection object whose laser light is the irradiation surface is used. A constant speed scan is performed on the surface of the body 3.

したがって、被検査体３表面における第１レーザ光検出センサ３０と第２レーザ光検出センサ３２に入射するレーザ光の時間差から算出されるレーザ光の走査幅の変化はわずかとなり、より正確な曲率を算出することができる。   Therefore, the change in the scanning width of the laser beam calculated from the time difference between the laser beams incident on the first laser beam detection sensor 30 and the second laser beam detection sensor 32 on the surface of the inspection object 3 becomes small, and a more accurate curvature can be obtained. Can be calculated.

また、被検査体３から反射されたビーム光を２つのレーザ光検出センサ（第１及び第２レーザ光検出センサ３０，３２）を結ぶ線方向のみに集光するように配置されたシリンドリカルレンズ６０を用いている。   Further, the cylindrical lens 60 arranged so as to collect the beam light reflected from the inspection object 3 only in the direction of the line connecting the two laser light detection sensors (first and second laser light detection sensors 30 and 32). Is used.

したがって、被検査体３を搭載した載置台５（回転ステージ７）等の回転軸揺らぎ等による、被検査体３表面からの反射レーザ光の角度揺らぎが発生しても、レーザビーム走査軸に平行に配置されたシリンドリカルレンズ６０により、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２にレーザ光が入射するようになっている。   Therefore, even if the angle fluctuation of the reflected laser beam from the surface of the inspection object 3 occurs due to the rotation axis fluctuation of the mounting table 5 (rotary stage 7) on which the inspection object 3 is mounted, it is parallel to the laser beam scanning axis. Laser light is incident on the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 by the cylindrical lens 60 disposed in the first position.

したがって、載置台５（回転ステージ７）等の回転軸揺らぎ等による測定誤差を少なくでき、求める曲率の分解能を向上させることができる。
さらに、被検査体３表面から反射されたビーム光の出力を検出する第２出力検出センサ７２を備えているので、レーザ発光器１０で発光するレーザ光の出力を、第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２の検出可能光強度レベルに対して最適化することができる。したがって、曲率を正確に測定するとともに消費エネルギを抑制することができる。 Therefore, it is possible to reduce measurement errors caused by fluctuations in the rotation axis of the mounting table 5 (rotation stage 7), and to improve the resolution of the required curvature.
Further, since the second output detection sensor 72 that detects the output of the beam light reflected from the surface of the inspection object 3 is provided, the output of the laser light emitted from the laser emitter 10 is changed to the first laser light detection sensor 30. In addition, the second laser light detection sensor 32 can be optimized with respect to the detectable light intensity level. Therefore, it is possible to accurately measure the curvature and suppress energy consumption.

また、ビーム拡がり角調整部８０によりレーザ光のビーム拡がり角を調整している。したがって、ビーム光検出手段（３０，３２）上での照射スポット径が小さくなるように、レーザ発光器１０で発光するレーザ光のビーム拡がり角を調整することができるので、計測できる曲率の分解能を向上させることができる。   In addition, the beam divergence angle adjustment unit 80 adjusts the beam divergence angle of the laser light. Therefore, since the beam divergence angle of the laser light emitted from the laser emitter 10 can be adjusted so that the irradiation spot diameter on the beam light detection means (30, 32) becomes small, the resolution of the measurable curvature can be reduced. Can be improved.

また、回転ステージ７にて、被検査体３を回転しながら、角度センサ９により検出した、角度信号を制御部４０に入力することによって、被検査体３の角度毎の曲率を測定して、三次元形状を測定することができる。   Further, by rotating the inspection object 3 on the rotary stage 7 and inputting the angle signal detected by the angle sensor 9 to the control unit 40, the curvature for each angle of the inspection object 3 is measured, A three-dimensional shape can be measured.

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、次に、他の実施形態について説明する。
（１）上記実施形態では、被検査体３表面が凸状に湾曲している場合について説明したが、図４に示すように、被検査体３表面が凹状に湾曲していても、ポリゴンミラー２２のレーザ光反射面から第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの光学系の関係は、上記実施形態と変わるところはないので、同じ効果を得ることができる。 [Other Embodiments]
Although the embodiment of the present invention has been described above, another embodiment will be described next.
(1) In the above embodiment, the case where the surface of the inspection object 3 is convexly curved has been described. However, as shown in FIG. 4, even if the surface of the inspection object 3 is concavely curved, the polygon mirror Since the relationship of the optical system from the laser light reflecting surface 22 to the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 is not different from the above embodiment, the same effect can be obtained.

（２）ポリゴンミラー２２の代わりに、ガルバノミラーを用いても、そのレーザ光照射面から第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２までの光学系の関係は上記実施形態と変わるところはないので、同じ効果を得ることができる。   (2) Even if a galvano mirror is used instead of the polygon mirror 22, the relationship of the optical system from the laser light irradiation surface to the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32 is different from the above embodiment. Since there is no place, the same effect can be obtained.

（３）本曲率測定装置１を、半導体薄膜生成装置に取り付けることにより、生成過程における曲率の変化をリアルタイムに計測することができる。
（４）第１レーザ光検出センサ３０及び第２レーザ光検出センサ３２以外に、レーザ光検出センサ（光電変換素子）を増やすことにより、走査方向の曲率分布を測定することができる。 (3) By attaching the curvature measuring apparatus 1 to a semiconductor thin film generating apparatus, it is possible to measure a change in curvature in the generation process in real time.
(4) In addition to the first laser light detection sensor 30 and the second laser light detection sensor 32, the curvature distribution in the scanning direction can be measured by increasing the number of laser light detection sensors (photoelectric conversion elements).

（５）回転ステージ７に代えて、被検査体３を直線上に移動させるコンベアを用い、コンベア上で移動する被検査体３の移動する方向での曲率分布を測定できる。
（６）上記実施形態における曲率測定装置１では、被検査体３の表面の曲率を測定していたが、被検査体３表面に形成される半導体結晶や薄膜の膜厚変化を計測することもできる。 (5) Instead of the rotary stage 7, a conveyor that moves the inspection object 3 on a straight line can be used to measure the curvature distribution in the moving direction of the inspection object 3 that moves on the conveyor.
(6) In the curvature measuring apparatus 1 in the above-described embodiment, the curvature of the surface of the inspection object 3 is measured. However, the change in the thickness of the semiconductor crystal or thin film formed on the surface of the inspection object 3 can also be measured. it can.

つまり、被検査体３が半導体製造用ウエハなどのように、表面の半導体結晶や薄膜を形成するものである場合、被検査体３の表面の反射率は、光学薄膜の干渉に伴って変化する。換言すれば、被検査体３の表面に形成される半導体結晶や薄膜の厚さによって変化する。   That is, when the inspected object 3 forms a semiconductor crystal or thin film on the surface, such as a semiconductor manufacturing wafer, the reflectance of the surface of the inspected object 3 changes with the interference of the optical thin film. . In other words, it varies depending on the thickness of the semiconductor crystal or thin film formed on the surface of the device under test 3.

さらに、被検査体３表面の反射率は、被検査体３表面から反射される光ビームの光強度の逆数に比例する。
そこで、制御部４０において、第２出力検出センサ７２で検出されたビーム光の出力に基づいて、被検査体３の厚さの変化を算出するようにすると、被検査体３表面に形成される半導体結晶や薄膜の膜厚変化を算出することができる。 Further, the reflectance of the surface of the inspection object 3 is proportional to the reciprocal of the light intensity of the light beam reflected from the surface of the inspection object 3.
Therefore, when the control unit 40 calculates the change in the thickness of the inspection object 3 based on the output of the beam light detected by the second output detection sensor 72, it is formed on the surface of the inspection object 3. The change in thickness of the semiconductor crystal or thin film can be calculated.

さらに具体的には、曲率測定装置１では、制御部４０から指令信号を出力してレーザ発光器１０から出力されるレーザ光の出力（レーザ光強度）を制御し、被検査体３表面からのレーザ光の反射強度が一定の値になるようにしている。   More specifically, the curvature measuring apparatus 1 outputs a command signal from the control unit 40 to control the output (laser light intensity) of the laser light output from the laser emitter 10, and from the surface of the inspection object 3. The reflection intensity of the laser beam is set to a constant value.

したがって、指令信号の値（レーザ光強度値）の逆数は、被検査体３表面に反射率に比例するものとなる。そのため、指令信号の値（レーザ光強度値）の逆数によって、反射率の変化を測定可能となるのである。反射率変化は、光学薄膜の干渉に伴い変化することから、半導体結晶や薄膜の膜厚変化を算出することができる。   Therefore, the reciprocal of the value of the command signal (laser beam intensity value) is proportional to the reflectance on the surface of the inspection object 3. Therefore, the change in reflectance can be measured by the reciprocal of the value of the command signal (laser beam intensity value). Since the change in reflectance changes with the interference of the optical thin film, the change in film thickness of the semiconductor crystal or thin film can be calculated.

１…曲率測定装置、３…被検査体、５…載置台、７…回転ステージ、９…角度センサ、１０…レーザ発光器、１２…レーザ駆動回路、１４…半導体レーザ、２０…走査装置、２２…ポリゴンミラー、２４…ミラー駆動装置、３０…第１レーザ光検出センサ、３２…第２レーザ光検出センサ、４０…制御部、５０…ｆθレンズ、６０…シリンドリカルレンズ、７０…第１出力検出センサ、７２…第２出力検出センサ、７４…第２分離ミラー、７６…第３分離ミラー、７８…スリット、８０…ビーム拡がり角調整部、８２，８４…凸レンズ又は凹レンズ、８６…レンズ駆動部、９０…バンドパスフィルタ、１００…第１分離ミラー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Curvature measuring device, 3 ... Test object, 5 ... Mounting stage, 7 ... Rotary stage, 9 ... Angle sensor, 10 ... Laser emitter, 12 ... Laser drive circuit, 14 ... Semiconductor laser, 20 ... Scanning device, 22 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Polygon mirror, 24 ... Mirror drive device, 30 ... 1st laser beam detection sensor, 32 ... 2nd laser beam detection sensor, 40 ... Control part, 50 ... f (theta) lens, 60 ... Cylindrical lens, 70 ... 1st output detection sensor 72 ... second output detection sensor, 74 ... second separation mirror, 76 ... third separation mirror, 78 ... slit, 80 ... beam divergence angle adjustment unit, 82, 84 ... convex lens or concave lens, 86 ... lens drive unit, 90 ... band-pass filter, 100 ... first separation mirror.

Claims (6)

被検査体を載置する載置手段と、
ビーム光を発光するビーム光発光手段と、
ビーム光発光手段により発光されたビーム光を等角速度走査して前記載置手段に載置された前記被検査体表面に対して照射する走査手段と、
前記載置手段の一点から等距離で、互いの距離が一定である位置に配置され、前記被検査体から反射されるビーム光を検出する２つのビーム光検出手段と、
前記ビーム光発光手段で発光したビーム光を前記走査手段で前記被検査体に対して走査したときに、前記２つのビーム光検出手段がビーム光を検出した時間差及び前記２つのビーム光検出手段の間の距離に基づいて、前記被検査体の表面の曲率を算出する曲率算出手段と、
を備えたことを特徴とする曲率測定装置。 Mounting means for mounting the object to be inspected;
Beam light emitting means for emitting beam light;
Scanning means for irradiating the surface of the object to be inspected placed on the placing means by scanning the beam light emitted by the beam light emitting means at an equal angular velocity;
Two beam light detection means for detecting the beam light that is equidistant from one point of the placement means and is disposed at a position where the distance from each other is constant, and reflected from the inspection object;
When the beam light emitted from the beam light emitting means is scanned with respect to the inspection object by the scanning means, the time difference when the two beam light detecting means detect the beam light and the two beam light detecting means Curvature calculating means for calculating the curvature of the surface of the object to be inspected based on the distance between;
A curvature measuring apparatus comprising: 請求項１に記載の曲率測定装置において、
前記走査手段及び前記載置手段に載置された前記被検査体の間の光路中に配置され、前記走査手段で走査されたビーム光を透過し、照射面である前記被検査体表面上で等速走査させるｆθレンズを備えたことを特徴とする曲率測定装置。 The curvature measuring apparatus according to claim 1,
On the surface of the object to be inspected, which is arranged in an optical path between the scanning means and the object to be inspected placed on the placing means, transmits the beam light scanned by the scanning means, and is an irradiation surface A curvature measuring apparatus comprising an fθ lens that scans at a constant speed. 請求項１又は請求項２に記載の曲率測定装置において、
前記被検査体から反射されたビーム光を前記２つのビーム光検出手段を結ぶ線方向のみに結像させるように配置されたシリンドリカルレンズを備えたことを特徴とする曲率測定装置。 In the curvature measuring device according to claim 1 or 2,
A curvature measuring apparatus comprising: a cylindrical lens disposed so as to form an image of the beam light reflected from the object to be inspected only in a line direction connecting the two beam light detecting means. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の曲率測定装置において、
前記被検査体表面から反射されたビーム光の出力を検出する出力検出手段を備え、
前記ビーム光発光手段は、発光するビーム光の出力を調整可能に構成されており、
前記曲率算出手段は、
前記出力検出手段により検出された前記被検査体表面から反射されたビーム光の出力に基づいて、前記ビーム光発光手段から発光するビーム光の出力を調整することを特徴とする曲率測定装置。 In the curvature measuring device according to any one of claims 1 to 3,
Comprising output detection means for detecting the output of the beam light reflected from the surface of the object to be inspected,
The beam light emitting means is configured to be capable of adjusting the output of the emitted light beam,
The curvature calculating means includes
A curvature measuring apparatus that adjusts the output of the beam light emitted from the beam light emitting means based on the output of the beam light reflected from the surface of the inspection object detected by the output detection means. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の曲率測定装置において、
前記ビーム光発光手段で発光するビーム光のビーム拡がり角を調整するビーム拡がり角調整手段を備え、
前記出力検出手段は、
前記被検査体表面から反射されたビーム光の出力を検出可能に構成され、
前記曲率算出手段は、
前記出力検出手段により検出されたビーム光の出力に基づいて、前記ビーム拡がり角調整手段を介して、前記ビーム光発光手段で発光するビーム光のビーム拡がり角を調整することを特徴とする曲率測定装置。 In the curvature measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A beam divergence angle adjusting means for adjusting a beam divergence angle of the beam light emitted by the beam light emitting means,
The output detection means includes
It is configured to be able to detect the output of the beam light reflected from the surface of the inspection object,
The curvature calculating means includes
Curvature measurement characterized by adjusting the beam divergence angle of the beam light emitted from the beam light emission means via the beam divergence angle adjustment means based on the output of the beam light detected by the output detection means. apparatus. 請求項４又は請求項５に記載の曲率測定装置において、
前記曲率算出手段は、
前記出力検出手段で検出されたビーム光の出力に基づいて、前記被検査体の厚さの変化を算出することを特徴とする曲率測定装置。 In the curvature measuring device according to claim 4 or 5,
The curvature calculating means includes
A curvature measuring apparatus that calculates a change in thickness of the object to be inspected based on an output of the beam light detected by the output detecting means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113375545A (en) * 2020-10-12 2021-09-10 爱德森（厦门）电子有限公司 Method and device for detecting surface curvature of metal material
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