JPH10274513A - Surface configuration measuring method and surface configuration measuring apparatus - Google Patents
Surface configuration measuring method and surface configuration measuring apparatusInfo
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- JPH10274513A JPH10274513A JP8090897A JP8090897A JPH10274513A JP H10274513 A JPH10274513 A JP H10274513A JP 8090897 A JP8090897 A JP 8090897A JP 8090897 A JP8090897 A JP 8090897A JP H10274513 A JPH10274513 A JP H10274513A
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の表面形状に
ついて、レーザー光の干渉を利用し波長を単位として高
精度、長ストロークの測定を行うことができ、特に半導
体ＩＣやＬＳＩ製造プロセスにおいてのウエハ段差の測
定装置、或いはＸ線露光装置においてマスクとウエハを
位置合せした後におけるマスク・ウエハ間のギャップ測
定装置に応用して好適な表面形状測定方法及び表面形状
測定器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention can measure a surface shape of an object with high accuracy and a long stroke in units of wavelength by using interference of laser light, and particularly in a semiconductor IC or LSI manufacturing process. The present invention relates to a surface shape measuring method and a surface shape measuring instrument suitable for application to a wafer step difference measuring device or a mask / wafer gap measuring device after a mask and a wafer are aligned in an X-ray exposure apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】物体の表面形状を計測する装置として
は、表面形状を原子レベルで計測する装置からμｍオー
ダーの段差を測定する装置まで、用途によって種々の測
定器がある。これらの測定装置の中で、半導体ＩＣやＬ
ＳＩ製造プロセスにおいて、パタン加工されたウエハ面
の段差の測定やＸ線露光でのマスクとウエハを位置合せ
した後におけるマスク・ウエハ間のギャップ測定などに
はμｍオーダーの比較的長い測定可能範囲とｎｍオーダ
ーの高分解能が要求される。2. Description of the Related Art As a device for measuring the surface shape of an object, there are various measuring devices depending on the application, from a device for measuring the surface shape at an atomic level to a device for measuring a step on the order of μm. Among these measuring devices, semiconductor ICs and L
In the SI manufacturing process, a relatively long measurable range on the order of μm is required for measuring the level difference on the patterned wafer surface or measuring the gap between the mask and wafer after aligning the mask and wafer by X-ray exposure. High resolution on the order of nm is required.
【０００３】従来、物体の表面形状を計測する装置とし
て、図６に示すようなパタン加工されたウエハ面の段差
測定装置がある（特願平７−３４０６２０号）。第６図
において、１，２はレーザー光源、３は１／２波長板、
４，７，１２，１４はミラー、５，２１は偏光ビームス
プリッター、６，１３は無偏光ビームスプリッター、
８，９は音響光学素子、１０，１１は平行プリズム、Ｌ
１〜Ｌ４はレーザービーム、１５，１６は縮小光学系、
１７，１８はウエハ面ビームスポット、１９はウエハ、
２０はウエハステージ、２２，２３は２分割ディテク
タ、２４はビート信号処理制御部である。Conventionally, as a device for measuring the surface shape of an object, there is a device for measuring a step on a wafer surface subjected to pattern processing as shown in FIG. 6 (Japanese Patent Application No. Hei 7-340620). In FIG. 6, reference numerals 1 and 2 denote a laser light source, 3 denotes a 波長 wavelength plate,
4, 7, 12, 14 are mirrors, 5, 21 are polarization beam splitters, 6, 13 are non-polarization beam splitters,
8, 9 are acousto-optic elements, 10 and 11 are parallel prisms, L
1 to L4 are laser beams, 15 and 16 are reduction optical systems,
17, 18 are beam spots on the wafer surface, 19 is the wafer,
Reference numeral 20 denotes a wafer stage, reference numerals 22 and 23 denote two-divided detectors, and reference numeral 24 denotes a beat signal processing control unit.
【０００４】レーザー光源１，２はそれぞれ波長がλ１
（周波数：ｆ１），λ２（周波数：ｆ２）の水平偏光
（Ｐ波）のレーザー光を発生する。レーザー光源１から
発生したレーザー光は、１／２波長板３により垂直偏光
（Ｓ波）となり、ミラー４を介して偏光ビームスプリッ
夕ー５によりレーザー光源２から発生したレーザー光と
合成される。この合成光は、偏光面が互いに垂直で周波
数が異なる２波長直交偏光光である。この２波長直交偏
光光は、無偏光ビームスプリッター６により２つのレー
ザー光に分岐され、一つはミラー７を介して音響光学素
子８に入射する。音響光学素子８の駆動周波数をｆ11と
すると、音響光学素子８から出射するレーザー光の周波
数はそれぞれ（ｆ１＋ｆ11）、（ｆ２＋ｆ11）に周波数
シフトされた２波長直交偏光光となる。一方、分岐され
た他の一方は、音響光学素子９に入射する。音響光学素
子９の駆動周波数をｆ22とすると、音響光学素子９から
出射するレーザー光の周波数はそれぞれ（ｆ１＋ｆ2
2）、（ｆ２＋ｆ22）に周波数シフトされた２波長直交
偏光光となる。The laser light sources 1 and 2 each have a wavelength of λ1.
A laser beam of horizontal polarization (P wave) of (frequency: f1) and λ2 (frequency: f2) is generated. The laser light generated from the laser light source 1 becomes vertical polarized light (S-wave) by the half-wave plate 3, and is combined with the laser light generated from the laser light source 2 by the polarization beam splitter 5 via the mirror 4. This combined light is two-wavelength orthogonally polarized light whose polarization planes are perpendicular to each other and have different frequencies. The two-wavelength orthogonally polarized light is split into two laser lights by the non-polarization beam splitter 6, and one of the two lights enters the acousto-optic device 8 via the mirror 7. Assuming that the driving frequency of the acousto-optic device 8 is f11, the frequency of the laser beam emitted from the acousto-optic device 8 becomes two-wavelength orthogonally polarized light whose frequency is shifted to (f1 + f11) and (f2 + f11), respectively. On the other hand, the other side is incident on the acousto-optic element 9. Assuming that the driving frequency of the acousto-optic element 9 is f22, the frequency of the laser light emitted from the acousto-optic element 9 is (f1 + f2).
2) It becomes two-wavelength orthogonally polarized light that is frequency-shifted to (f2 + f22).
【０００５】これらの２波長直交偏光光は、平行プリズ
ム１０、１１によりそれぞれ２つの平行なレーザービー
ムＬ１とＬ２、及びＬ３とＬ４に分割され、Ｌ１とＬ２
はミラー１２を介して無偏光ビームスプリッター１３に
入射する。Ｌ３とＬ４は、無偏光ビームスプリッター１
３、ミラー１４を介して縮小光学系１５、１６によりレ
ーザー光のビームが絞られてウエハステージ２０上に設
置されたウエハ１９にビームスポット１７、１８として
入射する。このレーザー光は、ウエハ面で反射され、再
度、縮小光学系１５、１６、ミラー１４を介して無偏光
ビームスプリッター１３に入射する。The two-wavelength orthogonally polarized light is split into two parallel laser beams L1 and L2, and L3 and L4 by parallel prisms 10 and 11, respectively.
Is incident on a non-polarizing beam splitter 13 via a mirror 12. L3 and L4 are the unpolarized beam splitter 1
3. The laser beam is narrowed down by the reduction optical systems 15 and 16 via the mirror 14 and is incident as beam spots 17 and 18 on the wafer 19 installed on the wafer stage 20. This laser light is reflected on the wafer surface and again enters the non-polarization beam splitter 13 via the reduction optical systems 15 and 16 and the mirror 14.
【０００６】この時、無偏光ビームスプリッター１３に
より、周波数ｆ11で周波数シフトされた２波長直交偏光
光Ｌ１、Ｌ２と周波数ｆ22で周波数シフトされたウエハ
側からの反射光Ｌ３、Ｌ４とは、それぞれ、Ｌ１とＬ
４、Ｌ２とＬ３で光ヘテロダイン干渉光を生成し、さら
に偏光ビームスプリッター２１により水平偏光の光ヘテ
ロダイン干渉光と垂直偏光の光ヘテロダイン干渉光に分
離される。At this time, the two-wavelength orthogonally polarized lights L1 and L2 frequency-shifted at the frequency f11 and the reflected lights L3 and L4 from the wafer side frequency-shifted at the frequency f22 are respectively separated by the non-polarization beam splitter 13. L1 and L
4. Optical heterodyne interference light is generated by L2 and L3, and further separated by a polarization beam splitter 21 into horizontally polarized optical heterodyne interference light and vertically polarized optical heterodyne interference light.
【０００７】垂直偏光の光ヘテロダイン干渉光は、波長
がλ１（周波数：ｆ１）のレーザー光を基に生成された
光ヘテロダイン干渉光であり、Ｌ２とＬ３の垂直偏光の
光ヘテロダイン干渉光と、Ｌ１とＬ４の垂直偏光の光ヘ
テロダイン干渉光は、それぞれ独立に２分割ディテクタ
２２により検出してビート信号Ｉ１、Ｉ２としてビート
信号処理制御部２４に送られる。また、水平偏光の光ヘ
テロダイン干渉光は、波長がλ２（周波数：ｆ２）のレ
ーザー光を基に生成された光ヘテロダイン干渉光であ
り、Ｌ２とＬ３の水平偏光の光ヘテロダイン干渉光と、
Ｌ１とＬ４の水平偏光の光ヘテロダイン干渉光は、それ
ぞれ独立に２分割ディテクタ２３により検出してビート
信号Ｉ３、Ｉ４としてビート信号処理制御部２４に送ら
れる。The vertically polarized optical heterodyne interference light is an optical heterodyne interference light generated based on a laser beam having a wavelength of λ1 (frequency: f1), and the vertically polarized optical heterodyne interference light of L2 and L3 and L1 And L4 vertically polarized optical heterodyne interference light are independently detected by the split detector 22, and sent to the beat signal processing control unit 24 as beat signals I1 and I2. The horizontally polarized optical heterodyne interference light is an optical heterodyne interference light generated based on a laser beam having a wavelength of λ2 (frequency: f2), and includes a horizontally polarized optical heterodyne interference light of L2 and L3;
The L1 and L4 horizontally polarized optical heterodyne interference lights are independently detected by the split detector 23 and sent to the beat signal processing control unit 24 as beat signals I3 and I4.
【０００８】Ｌ２、Ｌ３の垂直偏光光は、波長がλ１
（周波数：ｆ１）のレーザー光の周波数が（ｆ１＋ｆ1
1）、（ｆ１＋ｆ22）にシフトしたレーザー光であり、
振幅強度をそれぞれＥ１、Ｅ２とすると、式（１）、
（２）のように表される。 Ｅ１（ｔ）＝Ａ１ｅｘｐ（２π（ｆ１＋ｆ11）ｔ・ｉ＋φ１） （１） Ｅ２（ｔ）＝Ａ２ｅｘｐ（２π（ｆ１＋ｆ22）ｔ・ｉ＋φ２） （２） ここで、Ａ１、Ａ２は振幅、φ１、φ２は初期位相であ
る。光ヘテロダイン干渉ビート信号Ｉ１は、 Ｉ１（ｔ）＝｜Ｅ１（ｔ）＋Ｅ２（ｔ）｜2 ＝Ａ１2＋Ａ２2＋２Ａ１Ａ２ｃｏｓ（２πｆ０ｔ＋Δφ１２） （３） で表され、 ｆ０＝｜ｆ11−ｆ22｜、Δφ１２＝φ１−φ２ である。The vertically polarized light of L2 and L3 has a wavelength of λ1
The frequency of the laser light (frequency: f1) is (f1 + f1)
1) is a laser beam shifted to (f1 + f22),
Assuming that the amplitude intensities are E1 and E2, respectively, Equation (1),
It is expressed as (2). E1 (t) = A1exp (2π (f1 + f11) t · i + φ1) (1) E2 (t) = A2exp (2π (f1 + f22) t · i + φ2) (2) Here, A1 and A2 are amplitudes, and φ1 and φ2 are initial values. Phase. Optical heterodyne interference beat signal I1 is, I1 (t) = | is expressed by 2 = A1 2 + A2 2 + 2A1A2cos (2πf0t + Δφ12) (3), f0 = | | E1 (t) + E2 (t) f11-f22 |, Δφ12 = φ1−φ2.
【０００９】同様に、Ｌ１，Ｌ４の垂直偏光光の光ヘテ
ロダイン干渉ビート信号Ｉ２は、 Ｉ２（ｔ）＝Ａ１2＋Ａ２2＋２ＡｌＡ２ｃｏｓ（２πｆ０ｔ＋Δφ１２ ＋２πＬ１／λ１） （４） となり、Ｌ１は波長λ１のレーザー光が光学系内で生じ
る光路長差である。Similarly, the optical heterodyne interference beat signal I2 of the vertically polarized light of L1 and L4 becomes I2 (t) = A1 2 + A2 2 + 2AlA2cos (2πf0t + Δφ12 + 2πL1 / λ1) (4), and L1 is the laser light of wavelength λ1. Is an optical path length difference generated in the optical system.
【００１０】一方、Ｌ２、Ｌ３の水平偏光光は、波長が
λ２（周波数：ｆ２）のレーザー光の周波数が（ｆ２＋
ｆ11）、（ｆ２＋ｆ22）にシフトしたレーザー光であ
り、同様に振幅強度をそれぞれＥ３、Ｅ４とすると、式
（５）、（６）のように表される。 Ｅ３（ｔ）＝Ａ３ｅｘｐ（２π（ｆ２＋ｆ22）ｔ・ｉ＋φ３） （５） Ｅ４（ｔ）＝Ａ４ｅｘｐ（２π（ｆ２＋ｆ22）ｔ・ｉ＋φ４） （６） ここで、Ａ３、Ａ４は振幅、φ３、φ４は初期位相であ
る。同様に、光ヘテロダイン干渉ビート信号Ｉ３は、 Ｉ３（ｔ）＝｜Ｅ３（ｔ）＋Ｅ４（ｔ）｜2 ＝Ａ３2＋Ａ４2＋２Ａ３Ａ４ｃｏｓ（２πｆ０ｔ＋△φ３４） （７） で表され、 △φ３４＝φ３−φ４である。On the other hand, the horizontally polarized light beams L2 and L3 have a wavelength of λ2 (frequency: f2) and a frequency of (f2 +
f11) and laser light shifted to (f2 + f22). Similarly, when the amplitude intensities are E3 and E4, respectively, they are expressed as in equations (5) and (6). E3 (t) = A3exp (2π (f2 + f22) t · i + φ3) (5) E4 (t) = A4exp (2π (f2 + f22) t · i + φ4) (6) Here, A3 and A4 are amplitudes, and φ3 and φ4 are initial values. Phase. Similarly, the optical heterodyne interference beat signal I3 is, I3 (t) = | E3 (t) + E4 (t) | is expressed by 2 = A3 2 + A4 2 + 2A3A4cos (2πf0t + △ φ34) (7), △ φ34 = φ3- φ4.
【００１１】同様に、Ｌ１、Ｌ４の水平偏光光の光ヘテ
ロダイン干渉ビート信号Ｉ４は、 Ｉ４（ｔ）＝Ａ３2＋Ａ４2＋２Ａ３Ａ４ｃｏｓ（２πｆ０ｔ＋△φ３４ ＋２πＬ２／λ２） （８） となり、Ｌ２は波長λ２のレーザー光が光学系内で生じ
る光路長差である。レーザー光Ｌ３、Ｌ４がウエハ面上
の平坦面に入射した場合は、光学系内で生じる光路長差
Ｌ０は一定値となり、ビート信号Ｉ１（ｔ）とＩ２
（ｔ）の位相差φ１０、ビート信号Ｉ３（ｔ）とＩ４
（ｔ）の位相差φ２０は固定値となる。Similarly, the optical heterodyne interference beat signal I4 of the horizontally polarized light of L1 and L4 is I4 (t) = A3 2 + A4 2 + 2A3A4cos (2πf0t + △ φ34 + 2πL2 / λ2) (8), and L2 is the wavelength λ2. This is the optical path length difference generated in the optical system by the laser light. When the laser beams L3 and L4 are incident on a flat surface on the wafer surface, the optical path length difference L0 generated in the optical system becomes a constant value, and the beat signals I1 (t) and I2
(T) phase difference φ10, beat signals I3 (t) and I4
The phase difference φ20 of (t) is a fixed value.
【００１２】図７は、縮小光学系１５、１６によりレー
ザー光のビームが絞られて、ビームスポット１７が、ウ
エハ面上の段差パタンの上部に、ビームスポット１８
が、ウエハ面上の段差パタンの下部に入射した場合の段
差部の拡大図を示す。この場合、ビームスポット１７、
１８が段差の上部と下部に入射する場合とで光学系内で
光路長差が生じる。段差部の大きさをｌとすると、ビー
ト信号は、前述の固定値φ１０、φ２０を考慮して式
（４）、（８）は、式（９）、（１０）のように表され
る。FIG. 7 shows that the beam of the laser beam is narrowed by the reduction optical systems 15 and 16 so that the beam spot 17 is positioned above the step pattern on the wafer surface.
Is an enlarged view of the step portion when the light enters the lower part of the step pattern on the wafer surface. In this case, the beam spot 17,
An optical path length difference occurs in the optical system when the light enters the upper part and the lower part of the step. Assuming that the size of the step portion is 1, the beat signal is expressed by Expressions (9) and (10) in consideration of the fixed values φ10 and φ20 described above.
【００１３】 Ｉ２（ｔ）＝Ａ１2＋Ａ２2＋２ＡｌＡ２ｃｏｓ｛２πｆ０ｔ＋△φ１２ ＋φ１０＋２π（２ｌ）／λ１｝ （９） Ｉ４（ｔ）＝Ａ３2＋Ａ４2＋２Ａ３Ａ４ｃｏｓ｛２πｆ０ｔ＋△φ３４ ＋φ２０＋２π（２ｌ）／λ２｝ （１０） ビート信号処理制御部１７では、ビート信号Ｉ１（ｔ）
とＩ３（ｔ）との位相差Φ１３、Ｉ２（ｔ）とＩ４
（ｔ）との位相差Φ２４を算出する。 Φ１３＝△φ１２−△φ３４ （１１） Φ２４＝｛△φ１２＋φ１０＋２π（２ｌ）／λ１｝−｛△φ３４＋φ２０ ＋２π（２ｌ）／λ２｝ （１２）I2 (t) = A1 2 + A2 2 + 2AlA2cos {2πf0t + {φ12 + φ10 + 2π (2l) / λ1} (9) I4 (t) = A3 2 + A4 2 + 2A3A4cos {2πf0t + φ34 + φ20 / 2π2 (1) In the beat signal processing control unit 17, the beat signal I1 (t)
Phase difference Φ13 between I2 (t) and I3 (t), I2 (t) and I4
The phase difference Φ24 from (t) is calculated. Φ13 = {φ12−φ34 (11) φ24 = {φ12 + φ10 + 2π (2l) / λ1} − {φ34 + φ20 + 2π (2l) / λ2} (12)
【００１４】さらに、位相差Φ１３と位相差Φ２４との
差を演算することによりウエハ面上の段差ｌを求めるこ
とができる。 ΔΦ＝Φ１３−Φ２４ ＝（φ２０−φ１０）＋２π（２ｌ）／λ２−２π（２ｌ）／λ１） ＝（φ２０−φ１０）＋２π（２ｌ）（λ１−λ２）／λ１λ２ （１３） 式（１３）から明らかなように、（φ２０−φ１０）は
固定値であるから位相差信号｛△Φ−（φ２０−φ１
０）｝は、段差ｌ＝λ１λ２／２（λ１−λ２）を周期
として位相変化する。Further, the step 1 on the wafer surface can be obtained by calculating the difference between the phase difference Φ13 and the phase difference Φ24. ΔΦ = Φ13−Φ24 = (φ20−φ10) + 2π (2l) / λ2-2π (2l) / λ1) = (φ20−φ10) + 2π (2l) (λ1−λ2) / λ1λ2 (13) From equation (13) As is apparent, (φ20−φ10) is a fixed value, so that the phase difference signal ｛△ φ− (φ20−φ1
0)｝ changes in phase with the step 1 = λ1λ2 / 2 (λ1−λ2) as a cycle.
【００１５】したがって、波長λ１とλ２を選択するこ
とにより、段差測定範囲が決定される。例えば、ＬＳＩ
のプロセスウエハでは、段差の測定範囲としては最大１
０μｍ程度あれば十分であり、λ１＝７９０ｎｍ、λ２
＝７７０ｎｍを選択すると、位相差信号｛△Φ−（φ２
０−φ１０）｝の周期は、約１５．２μｍとなる。位相
差検出分解能を０．５゜とすれば、約２１ｎｍの段差検
出分解能が得られる。Accordingly, the step measurement range is determined by selecting the wavelengths λ1 and λ2. For example, LSI
Of process wafers, the maximum measurement range for steps is 1
About 0 μm is sufficient, λ1 = 790 nm, λ2
= 770 nm, the phase difference signal ｛△ Φ- (φ2
The period of 0−φ10)｝ is about 15.2 μm. If the phase difference detection resolution is 0.5 °, a step detection resolution of about 21 nm can be obtained.
【００１６】[0016]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の段差測定装置では、縮小光学系１５、１６の大き
さに限界があるため、ウエハ面上でのビームスポット１
７、１８の径を小さく、且つ、ビームスポット１７と１
８との間隔を狭くすることが難しく、ウエハ面上の狭い
領域での段差の計測ができないという欠点があった。さ
らに、レーザー光Ｌ３、Ｌ４に対してそれぞれ独立に縮
小光学系１５、１６を配置しているため、相互の微小振
動の影響を受けやすく、高い検出分解能を得ることが難
しいという問題を有していた。本発明は、このような問
題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、縮小光学系を一体化した集光光学系により微小振動
等の外乱の影響を除去し、集光レンズの組合せによりウ
エハ表面でビーム径の小さい、且つビーム間隔の狭い２
つのレーザービームスポットを入射させ、ウエハ面上の
微小領域での段差形状を計測して高精度の表面形状測定
装置を得ることにある。However, in such a conventional step measuring device, since the size of the reduction optical systems 15 and 16 is limited, the beam spot 1 on the wafer surface is limited.
7 and 18 are small, and beam spots 17 and 1
There is a disadvantage that it is difficult to narrow the distance from the wafer 8 and the step cannot be measured in a narrow area on the wafer surface. Further, since the reduction optical systems 15 and 16 are disposed independently of the laser beams L3 and L4, the reduction optical systems 15 and 16 are susceptible to mutual micro-vibration and it is difficult to obtain a high detection resolution. Was. The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to remove the influence of disturbances such as minute vibrations by a condensing optical system integrated with a reduction optical system, and to form a condensing lens. The beam diameter is small on the wafer surface and the beam interval is narrow 2
An object of the present invention is to obtain a high-precision surface shape measuring device by irradiating two laser beam spots and measuring a step shape in a minute area on a wafer surface.
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、２つの波長の異なるレーザー光の偏
光面を直交させて合成し、合成されたレーザー光を２つ
のレーザー光に分割し、そのうちの１つは周波数シフタ
ーにより周波数をシフトさせ、これらのレーザー光をさ
らに２分割し、２分割した１つの組のレーザー光をプリ
ズムと集光レンズの組合せにより近接した２つの集光ビ
ームとして表面形状の測定対象となる被測定物体上に入
射させ、測定物体により反射さしたレーザー光の組と残
りの他のレーザー光の組とを合成して２つの光ヘテロダ
イン干渉光を生成し、合成された１つの干渉光を偏光面
に対応して２つの干渉光に分割して第１、第３のビート
信号を検出し、同様に、合成された他の１つの干渉光を
偏光面に対応して２つの干渉光に分割して第２、第４の
ビート信号を検出し、これらの第１、第２、第３、第４
の４つのビート信号に基づいて測定物体の表面形状を算
出するようにしたものである。従って、２波長のレーザ
ー光からなるレーザービームを２本、集光レンズの組合
せにより、ビーム間隔を狭くしたビーム径の小さいレー
ザービームを入射させることにより、微小振動等の外乱
の影響を除去し、ウエハ面上の微小領域での段差形状を
計測できる高精度の表面形状測定装置を実現することが
可能となる。また、測定対象となる測定物体上に入射さ
せるレーザー光を１つにして測定物体の表面形状を計測
するものである。また、２つの波長の異なるレーザー光
の偏光面を直交させて合成し、合成されたレーザー光を
２つのレーザー光に分割し、それぞれ異なる周波数で周
波数シフトさせて測定物体の表面形状を計測するもので
ある。また、測定物体を移動させることによって測定物
体の表面形状を計測するものである。また、光学系全体
を移動させることによって測定物体の表面形状を計測す
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention combines two laser beams having different wavelengths so that their polarization planes are orthogonal to each other, and combines the combined laser beams into two laser beams. One of these is shifted in frequency by a frequency shifter, the laser light is further split into two, and one set of the split laser light is divided into two condensed light beams by a combination of a prism and a condensing lens. A beam is incident on the object to be measured whose surface shape is to be measured, and a combination of the laser light reflected by the measurement object and the other laser light is combined to generate two optical heterodyne interference lights. Divides the combined one interference light into two interference lights corresponding to the polarization plane, detects the first and third beat signals, and similarly converts the other combined interference light into the polarization plane Corresponding to One of the second divided into interference light, and detecting a fourth beat signal, the first of these, the second, third, fourth
The surface shape of the measurement object is calculated based on the four beat signals. Therefore, by combining two laser beams composed of two wavelengths of laser light and a laser beam having a small beam diameter with a narrow beam interval by combining a condenser lens, the influence of disturbance such as minute vibration is removed. It is possible to realize a high-precision surface shape measuring device capable of measuring a step shape in a minute area on a wafer surface. In addition, the surface shape of the measurement object is measured by using one laser beam incident on the measurement object to be measured. In addition, two laser beams having different wavelengths are synthesized by making the polarization planes orthogonal to each other, the synthesized laser beam is split into two laser beams, and the surface shape of the measurement object is measured by shifting the frequency at different frequencies. It is. Further, the surface shape of the measurement object is measured by moving the measurement object. Further, the surface shape of the measurement object is measured by moving the entire optical system.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明に係る表面形状測定装置
の第１の実施の形態を示す図であり、半導体ＩＣやＬＳ
Ｉ製造においてパタン加工されたウエハ面の段差測定装
置の概略構成を示すものである。図１において、２５、
２６はミラー、２７はプリズム、２８は無偏光ビームス
プリッタ、２９、３０はウエハ面ビームスポット、ＬＥ
１，ＬＥ２，ＬＥ３は集光レンズである。それ以外のレ
ーザー光源部、周波数シフター部、ウエハステージ系、
ビート信号処理系などについては既に説明した図６の従
来装置と同一であり、従って図６の装置と同一符号を付
してある。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a surface shape measuring apparatus according to the present invention, and is a semiconductor IC or LS.
1 shows a schematic configuration of an apparatus for measuring a step on a wafer surface that has been subjected to pattern processing in manufacturing I. In FIG. 1, 25,
26 is a mirror, 27 is a prism, 28 is a non-polarizing beam splitter, 29 and 30 are wafer surface beam spots, LE
1, LE2 and LE3 are condenser lenses. Other laser light source, frequency shifter, wafer stage system,
The beat signal processing system and the like are the same as those of the conventional device of FIG. 6 already described, and therefore are denoted by the same reference numerals as those of the device of FIG.
【００１９】レーザー光源１、２はそれぞれ波長がλ１
（周波数：ｆ１）、λ２（周波数：ｆ２）の水平偏光
（Ｐ波）のレーザー光を発生する。レーザー光源１から
発生したレーザー光は、１／２波長板３により垂直偏光
（Ｓ波）となり、ミラー４を介して偏光ビームスプリッ
ター５によりレーザー光源２から発生したレーザー光と
合成される。この合成光は、偏光面が互いに垂直で周波
数が異なる２波長直交偏光光である。この２波長直交偏
光光は、無偏光ビームスプリッター６により２つのレー
ザー光に分岐され、一つはミラー７を介して音響光学素
子８に入射する。The laser light sources 1 and 2 each have a wavelength of λ1.
A laser beam of horizontal polarization (P wave) of (frequency: f1) and λ2 (frequency: f2) is generated. The laser light generated from the laser light source 1 becomes vertically polarized light (S-wave) by the half-wave plate 3, and is combined with the laser light generated from the laser light source 2 by the polarization beam splitter 5 via the mirror 4. This combined light is two-wavelength orthogonally polarized light whose polarization planes are perpendicular to each other and have different frequencies. The two-wavelength orthogonally polarized light is split into two laser lights by the non-polarization beam splitter 6, and one of the two lights enters the acousto-optic device 8 via the mirror 7.
【００２０】音響光学素子８の駆動周波数をｆ11とする
と、音響光学素子８から出射するレーザー光の周波数は
それぞれ（ｆ１＋ｆ11）、（ｆ２＋ｆ11）に周波数シフ
トされた２波長直交偏光光となる。一方、分岐された他
の一方は、音響光学素子９に入射する。音響光学素子９
の駆動周波数をｆ22とすると、音響光学素子９から出射
するレーザー光の周波数はそれぞれ（ｆ１＋ｆ22）、
（ｆ２＋ｆ22）に周波数シフトされた２波長直交偏光光
となる。Assuming that the driving frequency of the acousto-optic device 8 is f11, the frequency of the laser beam emitted from the acousto-optic device 8 becomes two-wavelength orthogonally polarized light whose frequency is shifted to (f1 + f11) and (f2 + f11), respectively. On the other hand, the other side is incident on the acousto-optic element 9. Acousto-optic element 9
Is the driving frequency of f22, the frequency of the laser light emitted from the acousto-optic element 9 is (f1 + f22), respectively.
It becomes a two-wavelength orthogonally polarized light frequency-shifted to (f2 + f22).
【００２１】これらの２波長直交偏光光は、平行プリズ
ム１０、１１によりそれぞれ２つの平行なレーザービー
ムＬ１とＬ２、及びＬ３とＬ４に分割され、Ｌ１とＬ２
はミラー１２、２６を介して無偏光ビームスプリッター
２８に入射する。Ｌ３とＬ４は、無偏光ビームスプリッ
ター１３を透過して、プリズム２７によりビームの入射
角を所定の角度に設定し、集光レンズＬＥ１、ＬＥ２、
ミラー２５、集光レンズＬＥ３を介してレーザー光のビ
ームが絞られてウエハステージ２０上に設置されたウエ
ハ１９にビームスポット２９、３０として入射する。こ
のレーザー光は、ウエハ面で反射され、再度、集光レン
ズＬＥ３、ミラー２５、集光レンズＬＥ２、ＬＥ１、無
偏光ビームスプリッター１３を介して無偏光ビームスプ
リッター２８に入射する。The two-wavelength orthogonally polarized light is split into two parallel laser beams L1 and L2 and L3 and L4 by parallel prisms 10 and 11, respectively.
Enters the non-polarizing beam splitter 28 via the mirrors 12 and 26. L3 and L4 are transmitted through the non-polarizing beam splitter 13 and set the incident angle of the beam to a predetermined angle by the prism 27, and the condenser lenses LE1, LE2,
The laser beam is narrowed down via the mirror 25 and the condenser lens LE3, and is incident as beam spots 29 and 30 on the wafer 19 installed on the wafer stage 20. This laser light is reflected on the wafer surface, and again enters the non-polarizing beam splitter 28 via the converging lens LE3, the mirror 25, the converging lenses LE2 and LE1, and the non-polarizing beam splitter 13.
【００２２】この時、無偏光ビームスプリッター２８に
より、周波数ｆ11で周波数シフトされた２波長直交偏光
光Ｌ１，Ｌ２と周波数ｆ22で周波数シフトされたウエハ
側からの反射光Ｌ３，Ｌ４とは、それぞれＬ１とＬ４、
Ｌ２とＬ３で光ヘテロダイン干渉光を生成し、さらに偏
向ビームスプリッター２１により垂直偏光の光ヘテロダ
イン干渉光に分離される。垂直偏光の光ヘテロダイン干
渉光は、波長がλ１（周波数：ｆ１）のレーザー光を基
に生成された光ヘテロダイン干渉光であり、Ｌ２とＬ３
の垂直偏光の光ヘテロダイン干渉光と、Ｌ１とＬ４の垂
直偏光の光ヘテロダイン干渉光は、それぞれ独立に２分
割ディテクタ２２により検出してビート信号Ｉ１、Ｉ２
としてビート信号処理制御部２４に送られる。At this time, the two-wavelength orthogonally polarized lights L1 and L2 frequency-shifted at the frequency f11 and the reflected lights L3 and L4 from the wafer side frequency-shifted at the frequency f22 are respectively converted to L1 by the non-polarizing beam splitter 28. And L4,
Optical heterodyne interference light is generated by L2 and L3, and further separated by a deflection beam splitter 21 into vertically polarized optical heterodyne interference light. The vertically polarized optical heterodyne interference light is an optical heterodyne interference light generated based on a laser beam having a wavelength of λ1 (frequency: f1), and L2 and L3
The vertically polarized optical heterodyne interference light and the vertically polarized optical heterodyne interference light L1 and L4 are independently detected by the two-divided detector 22, and the beat signals I1 and I2 are detected.
Is sent to the beat signal processing control unit 24.
【００２３】また、水平偏光の光ヘテロダイン干渉光
は、波長がλ２（周波数：ｆ２）のレーザー光を基に生
成された光ヘテロダイン干渉光であり、Ｌ２とＬ３の水
平偏光の光ヘテロダイン干渉光と、Ｌ１とＬ４の水平偏
光の光ヘテロダイン干渉光は、それぞれ独立に２分割デ
ィテクタ２３により検出してビート信号Ｉ３、Ｉ４とし
てビート信号処理制御部２４に送られる。The horizontally polarized optical heterodyne interference light is an optical heterodyne interference light generated based on a laser beam having a wavelength of λ2 (frequency: f2), and is an optical heterodyne interference light having a horizontal polarization of L2 and L3. , L1 and L4, the horizontally polarized optical heterodyne interference lights are independently detected by the split detector 23 and sent to the beat signal processing control unit 24 as beat signals I3 and I4.
【００２４】図２は、集光レンズＬＥ１、ＬＥ２、ミラ
ー２５、集光レンズＬＥ３によりレーザー光のビームが
絞られビーム間隔を狭くして、ビームスポット２９がウ
エハ面上の段差パタンの上部に、ビームスポット３０が
ウエハ面上の段差パタンの下部に入射した場合の段差部
の拡大図を示す。レーザー光Ｌ３’は、ウエハ面上の段
差パタンの上部により反射し、レーザー光Ｌ４’は、ウ
エハ面上の段差パタンの下部から反射する。したがっ
て、ウエハ面上の段差パタンの上部と下部との間隔、即
ち段差をｌとすると、パタン上部からの反射光とパタン
下部からの反射光には２ｌの光路長差が生じる。したが
って、従来例の段差測定と同様に、式（１３）により、
ウエハ面上の段差測定が可能である。FIG. 2 shows that the beam of the laser beam is narrowed by the condenser lenses LE1, LE2, the mirror 25, and the condenser lens LE3 to narrow the beam interval, so that the beam spot 29 is positioned above the step pattern on the wafer surface. FIG. 3 is an enlarged view of a step portion when a beam spot 30 is incident on a lower portion of a step pattern on a wafer surface. The laser light L3 'is reflected by the upper part of the step pattern on the wafer surface, and the laser light L4' is reflected by the lower part of the step pattern on the wafer surface. Therefore, assuming that the distance between the upper and lower portions of the step pattern on the wafer surface, that is, the step, is 1, there is a 2l optical path length difference between the reflected light from the upper pattern and the reflected light from the lower pattern. Therefore, similarly to the step measurement of the conventional example, by the equation (13),
Measurement of steps on the wafer surface is possible.
【００２５】図３は、集光レンズＬＥ１、ＬＥ２、集光
レンズＬＥ３による集光ビーム光学系の部分を詳細に示
した図である。Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ集光レンズ
の焦点距離である。レーザー光Ｌ３、Ｌ４は、プリズム
２７により曲げられ所定の入射角θ１で集光レンズＬＥ
１に入射する。集光レンズＬＥ１、ＬＥ２により平行光
になり、集光レンズＬＥ３により、ビーム間隔ｄの２つ
のビームに絞られて試料面に入射する。FIG. 3 is a diagram showing in detail a part of the condensing beam optical system including the condensing lenses LE1, LE2 and LE3. F1, F2, and F3 are focal lengths of the condenser lens, respectively. The laser beams L3 and L4 are bent by the prism 27 and condensed at a predetermined incident angle θ1.
Incident on 1. The light is collimated by the converging lenses LE1 and LE2, and is converged by the converging lens LE3 to two beams with a beam interval d and is incident on the sample surface.
【００２６】図４は本発明の第２の実施の形態を示す図
であり、Ｘ線露光におけるマスク・ウエハ間のギャップ
測定装置の概略構成図である。図４において、３１はＸ
線マスク、３２はメンブレン部である。ギャップ測定装
置全体の光学系、機構系、回路系等の構成要素について
は、図１に示した段差測定装置と同様のものである。ま
た、マスク及びウエハを保持し、所定の位置に移動制御
するステージ等の機構系は図４では省略してある。FIG. 4 is a view showing a second embodiment of the present invention, and is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring a gap between a mask and a wafer in X-ray exposure. In FIG. 4, 31 is X
A line mask 32 is a membrane part. Components such as an optical system, a mechanical system, and a circuit system of the entire gap measuring apparatus are the same as those of the step measuring apparatus shown in FIG. Further, a mechanical system such as a stage for holding the mask and the wafer and controlling the movement to a predetermined position is omitted in FIG.
【００２７】図５は第２の実施の形態におけるマスク・
ウエハ間のギャップ部の拡大図を示すものである。図５
において、３３はＸ線吸収体からなるマスクパタンであ
る。レーザー光Ｌ３’は、マスクのＸ線吸収体からなる
マスクパタン３３により反射し、レーザー光Ｌ４’はマ
スクメンブレン部３２を透過してウエハ面に入射し、ウ
エハ面からの反射光を利用する。したがって、マスク面
とウエハ面との間隔、即ちギャップをｌとすると、マス
ク面からの反射光とウエハ面からの反射光には２ｌの光
路長差が生じる。したがって、第１の実施の形態の段差
測定と同様に、式（１３）により、マスク・ウエハ間の
ギャップ測定が可能である。FIG. 5 shows a mask according to the second embodiment.
FIG. 3 is an enlarged view of a gap between wafers. FIG.
In the above, 33 is a mask pattern made of an X-ray absorber. The laser light L3 'is reflected by a mask pattern 33 formed of an X-ray absorber of the mask, and the laser light L4' is transmitted through the mask membrane part 32 and is incident on the wafer surface, and utilizes the reflected light from the wafer surface. Therefore, assuming that the distance between the mask surface and the wafer surface, that is, the gap, is 1, there is a 2l optical path length difference between the reflected light from the mask surface and the reflected light from the wafer surface. Therefore, similarly to the step measurement of the first embodiment, the gap between the mask and the wafer can be measured by Expression (13).
【００２８】第１及び第２の実施の形態において、光学
系全体を同一基板からなる光学ステージ上に配置し、光
学ステージを任意のｘｙ方向に移動させることにより、
マスク、及びウエハ上の任意の位置での段差、或いはギ
ャップの測定が可能である。また、第１，第２の実施の
形態において、ウエハステージ２０を任意のｘｙ方向に
移動させて任意の位置でのウエハ面の段差を測定できる
ことは言うまでもない。In the first and second embodiments, the entire optical system is arranged on an optical stage composed of the same substrate, and the optical stage is moved in arbitrary xy directions.
Measurement of a step or a gap at an arbitrary position on a mask and a wafer is possible. In addition, in the first and second embodiments, it is needless to say that the wafer stage 20 can be moved in any xy directions to measure the step on the wafer surface at any position.
【００２９】また、第１，第２の実施の形態において、
２つの音響光学素子を用いて周波数シフトさせる方法を
示したが、何れか一つを用いて片側のレーザー光のみを
周波数シフトさせる方法を用いても同様の効果が得られ
る。また、試料面に入射するレーザービームＬ３、Ｌ４
の何れか一方について、試料面に入射させないで、無偏
光ビームスプリッター１３とウエハ１９との間の光路系
に反射ミラーを設けてレーザービームを反射させて干渉
させるようにして基準のレーザービームとして、試料面
に１つのレーザービームを入射させる方法を用いても同
様の効果が得られる。In the first and second embodiments,
Although the method of shifting the frequency using two acousto-optic elements has been described, the same effect can be obtained by using a method of shifting the frequency of only one side of the laser beam using any one of them. Further, laser beams L3 and L4 incident on the sample surface
Regarding any one of the above, without being incident on the sample surface, a reflecting mirror is provided in the optical path system between the non-polarizing beam splitter 13 and the wafer 19 so that the laser beam is reflected and interferes as a reference laser beam, The same effect can be obtained by using a method in which one laser beam is incident on the sample surface.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、微
小領域について、ウエハ表面の段差形状やマスク・ウエ
ハ間のギャップを計測でき、しかも微小振動等の外乱の
影響を除去した高精度の表面形状測定ができるという効
果が得られる。As described above, according to the present invention, it is possible to measure the step shape of the wafer surface and the gap between the mask and the wafer in a minute area, and to remove the influence of disturbances such as minute vibrations and to obtain a high precision. The effect that the surface shape can be measured is obtained.
【図１】 本発明に係る表面形状計測装置の第１の実施
の形態を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a surface shape measuring device according to the present invention.
【図２】 上記表面形状計測装置内の段差測定装置の段
差部を拡大して示した図である。FIG. 2 is an enlarged view of a step portion of the step measuring device in the surface shape measuring device.
【図３】 近接した２つの集光ビーム入射光学系の概略
を示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing two converging beam incident optical systems in close proximity.
【図４】 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図
である。FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図５】 上記第２の実施の形態に示されるギャップ測
定装置のギャップ部を拡大して表した図である。FIG. 5 is an enlarged view of a gap portion of the gap measuring device shown in the second embodiment.
【図６】 従来の段差測定装置の概略の構成を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional step measuring device.
【図７】 従来の段差測定装置の段差部を拡大して示し
た図である。FIG. 7 is an enlarged view of a step portion of the conventional step measuring device.
１，２…レーザー光源、３…１／２波長板、４，７，１
２，１４…ミラー、５，２１…偏光ビームスプリッタ
ー、６，１３…無偏光ビームスプリッター、８，９…音
響光学素子、１０，１１…平行プリズム、Ｌ１〜Ｌ４…
レーザービーム、１５，１６…縮小光学系、１７，１８
…ウエハ面ビームスポット、１９…ウエハ，２０…ウエ
ハステージ、２２，２３…２分割ディテクタ、２４…ビ
ート信号処理制御部、２５，２６…ミラー、２７…プリ
ズム、２８…無偏光ビームスプリッタ、２９，３０…ウ
エハ面ビームスポット、ＬＥ１〜ＬＥ３…集光レンズ、
３１…Ｘ線マスク、３２…メンブレン部、３３…Ｘ線吸
収体。1,2 ... laser light source, 3 ... 1/2 wavelength plate, 4,7,1
2,14 ... mirror, 5,21 ... polarizing beam splitter, 6,13 ... non-polarizing beam splitter, 8,9 ... acousto-optic element, 10,11 ... parallel prism, L1-L4 ...
Laser beam, 15, 16 ... reduction optical system, 17, 18
... Wafer surface beam spot, 19 ... Wafer, 20 ... Wafer stage, 22, 23 ... 2 split detector, 24 ... Beat signal processing control unit, 25,26 ... Mirror, 27 ... Prism, 28 ... Non-polarizing beam splitter, 29, 30: beam spot on wafer surface, LE1 to LE3: condensing lens,
31: X-ray mask, 32: membrane part, 33: X-ray absorber.
Claims (8)
周波光を発生して、この２周波光を第１及び第２の２周
波光の２つに分割し、第１及び第２の２周波光の何れか
一方の２周波光の周波数をシフトさせ、前記第１の２周
波光を２つに分割して第３及び第４の２周波光を生成
し、前記第２の２周波光を２つに分割して第５及び第６
の２周波光を生成し、前記第５及び第６の２周波光をプ
リズムと集光レンズの組合せにより近接した２つの集光
ビームとして被測定物体上に入射させ、前記第３及び第
４の２周波光と前記被測定物体によって反射された第５
及び第６の２周波光をそれぞれ合成し、前記第３及び第
５の各２周波光の合成によって得られた光ヘテロダイン
干渉光を偏光面の異なる第１及び第３の光ヘテロダイン
干渉光に分離し、第１及び第３のビート信号を求めると
共に、前記第４及び第６の各２周波光の合成によって得
られた光ヘテロダイン干渉光を偏光面の異なる第２及び
第４の光ヘテロダイン干渉光に分離し、第２及び第４の
ビート信号を求め、第１のビート信号と第３のビート信
号の位相差及び第２のビート信号と第４のビート信号の
位相差に基づいて前記被測定物体の表面形状を算出する
ことを特徴とする表面形状測定方法。1. The polarization planes are orthogonal to each other and have different frequencies.
Frequency light is generated, the two-frequency light is split into two, a first and a second two-frequency light, and the frequency of one of the first and the second two-frequency light is shifted. Dividing the first dual-frequency light into two to generate third and fourth dual-frequency light, and dividing the second dual-frequency light into two to produce fifth and sixth light.
Is generated, and the fifth and sixth dual-frequency lights are incident on the object to be measured as two converging beams close to each other by a combination of a prism and a converging lens, and the third and fourth The second frequency light and the fifth reflected by the object to be measured.
And the sixth dual-frequency light are combined, and the optical heterodyne interference light obtained by combining the third and fifth dual-frequency lights is separated into first and third optical heterodyne interference lights having different polarization planes. Then, the first and third beat signals are obtained, and the optical heterodyne interference light obtained by combining the fourth and sixth two-frequency lights is converted into second and fourth optical heterodyne interference lights having different polarization planes. And the second and fourth beat signals are obtained, and the measured signal is measured based on the phase difference between the first beat signal and the third beat signal and the phase difference between the second beat signal and the fourth beat signal. A surface shape measuring method comprising calculating a surface shape of an object.
周波光を発生して、この２周波光を第１及び第２の２周
波光の２つに分割し、第１及び第２の２周波光の何れか
一方の２周波光の周波数をシフトさせ、前記第１の２周
波光を２つに分割して第３及び第４の２周波光を生成
し、前記第２の２周波光を２つに分割して第５及び第６
の２周波光を生成し、前記第５及び第６の２周波光の何
れか一方をプリズムと集光レンズの組合せによる集光ビ
ームとして被測定物体上に入射させると共に、前記第５
及び第６の２周波光の何れか他方をミラーにより反射さ
せ、前記第３及び第４の２周波光と前記被測定物体及び
ミラーによって反射された第５及び第６の２周波光をそ
れぞれ合成し、前記第３及び第５の各２周波光の合成に
よって得られた光ヘテロダイン干渉光を偏光面の異なる
第１及び第３の光ヘテロダイン干渉光に分離し、第１及
び第３のビート信号を求めると共に、前記第４及び第６
の各２周波光の合成によって得られた光ヘテロダイン干
渉光を偏光面の異なる第２及び第４の光ヘテロダイン干
渉光に分離し、第２及び第４のビート信号を求め、第１
のビート信号と第３のビート信号の位相差及び第２のビ
ート信号と第４のビート信号の位相差に基づいて前記被
測定物体の表面形状を算出することを特徴とする表面形
状測定方法。2. The polarization planes are orthogonal to each other and have different frequencies.
Frequency light is generated, the two-frequency light is split into two, a first and a second two-frequency light, and the frequency of one of the first and the second two-frequency light is shifted. Dividing the first dual-frequency light into two to generate third and fourth dual-frequency light, and dividing the second dual-frequency light into two to produce fifth and sixth light.
Is generated, and one of the fifth and sixth two-frequency lights is incident on the object to be measured as a condensed beam by a combination of a prism and a condensing lens.
And the other one of the second and sixth dual-frequency lights is reflected by a mirror, and the third and fourth dual-frequency lights are combined with the fifth and sixth dual-frequency lights reflected by the measured object and the mirror, respectively. Then, the optical heterodyne interference light obtained by synthesizing the third and fifth dual-frequency lights is separated into first and third optical heterodyne interference lights having different polarization planes, and the first and third beat signals are separated. And the fourth and sixth
Is separated into second and fourth optical heterodyne interference lights having different polarization planes, and second and fourth beat signals are obtained.
A surface shape of the object to be measured based on a phase difference between the beat signal and the third beat signal and a phase difference between the second beat signal and the fourth beat signal.
周波数シフトさせることを特徴とする表面形状測定方
法。3. The surface shape measuring method according to claim 1, wherein the first and second two-frequency lights are frequency-shifted at different frequencies.
周波光を発生する２周波光発生手段と、この２周波光を
第１及び第２の２周波光の２つに分割する第１の２周波
光分割手段と、第１及び第２の２周波光の周波数をシフ
トさせる周波数シフト手段と、被測定物体を載せるため
のステージと、前記第１の２周波光を第３及び第４の２
つの２周光に分割する第２の２周波光分割手段と、前記
第２の２周波光を第５及び第６の２つの２周光に分割す
る第３の２周波光分割手段と、前記第５及び第６の２周
波光をプリズムと集光レンズの組合せにより近接した２
つの集光ビームとして被測定物体上に入射させる集光ビ
ーム入射手段と、前記第３及び第４の２周波光と前記被
測定物体によって反射された第５及び第６の２周波光を
それぞれ合成する光合成手段と、前記第３及び第５の各
２周波光の合成により得られた光ヘテロダイン干渉光を
偏光面の異なる第１及び第３の光ヘテロダイン干渉光に
分離する第１の干渉光分離手段と、前記第４及び第６の
各２周波光の合成により得られた光ヘテロダイン干渉光
を偏光面の異なる第２及び第４の光ヘテロダイン干渉光
に分離する第２の干渉光分離手段と、第１及び第３の光
ヘテロダイン干渉光からそれぞれ独立に第１及び第３の
ビート信号を検出すると共に、第２及び第４の光ヘテロ
ダイン干渉光からそれぞれ独立に第２及び第４のビート
信号を検出する信号検出手段と、第１のビート信号と第
３のビート信号の位相差及び第２のビート信号と第４の
ビート信号の位相差に基づいて、前記被測定物体の表面
形状を算出する信号処理制御手段とを有することを特徴
とする表面形状測定器。4. Polarization planes are orthogonal to each other and have different frequencies.
Two-frequency light generating means for generating high-frequency light, first two-frequency light splitting means for splitting the two-frequency light into two, first and second two-frequency light, and first and second two-frequency light Frequency shifting means for shifting the frequency of the light, a stage for placing the object to be measured, and a third and a fourth
A second two-frequency light splitting means for splitting the light into two two-circular light, a third two-frequency light splitting means for splitting the second two-frequency light into fifth and sixth two-round light, The fifth and sixth two-frequency lights are brought closer by a combination of a prism and a condenser lens.
Converging beam incident means for impinging on the object to be measured as two converging beams; and synthesizing the third and fourth dual-frequency lights and the fifth and sixth dual-frequency lights reflected by the measuring object, respectively. Interfering light, and a first interfering light separating unit that separates the optical heterodyne interference light obtained by synthesizing the third and fifth two-frequency light into first and third optical heterodyne interference lights having different polarization planes. Means, and second interference light separating means for separating the optical heterodyne interference light obtained by synthesizing the fourth and sixth two-frequency lights into second and fourth optical heterodyne interference lights having different polarization planes. , The first and third beat signals are detected independently from the first and third optical heterodyne interference lights, and the second and fourth beat signals are detected independently from the second and fourth optical heterodyne interference lights. Detect the signal Signal processing control for calculating a surface shape of the object to be measured based on a phase difference between the first beat signal and the third beat signal and a phase difference between the second beat signal and the fourth beat signal; And a means for measuring a surface profile.
周波光を発生する２周波光発生手段と、この２周波光を
第１及び第２の２周波光の２つに分割する第１の２周波
光分割手段と、第１及び第２の２周波光の周波数をシフ
トさせる周波数シフト手段と、被測定物体を載せるため
のステージと、前記第１の２周波光を第３及び第４の２
つの２周光に分割する第２の２周波光分割手段と、前記
第２の２周波光を第５及び第６の２つの２周光に分割す
る第３の２周波光分割手段と、前記第５及び第６の２周
波光の何れか一方をプリズムと集光レンズの組合せによ
る集光ビームとして被測定物体上に入射させる集光ビー
ム入射手段と、前記第５及び第６の２周波光の何れか他
方を反射させる反射光学手段と、前記第３及び第４の２
周波光と前記被測定物体及び反射光学手段によって反射
された第５及び第６の２周波光をそれぞれ合成する光合
成手段と、前記第３及び第５の各２周波光の合成により
得られた光ヘテロダイン干渉光を偏光面の異なる第１及
び第３の光ヘテロダイン干渉光に分離する第１の干渉光
分離手段と、前記第４及び第６の各２周波光の合成によ
り得られた光ヘテロダイン干渉光を偏光面の異なる第２
及び第４の光ヘテロダイン干渉光に分離する第２の干渉
光分離手段と、第１及び第３の光ヘテロダイン干渉光か
らそれぞれ独立に第１及び第３のビート信号を検出する
と共に、第２及び第４の光ヘテロダイン干渉光からそれ
ぞれ独立に第２及び第４のビート信号を検出する信号検
出手段と、第１のビート信号と第３のビート信号の位相
差及び第２のビート信号と第４のビート信号の位相差に
基づいて、前記被測定物体の表面形状を算出する信号処
理制御手段とを有することを特徴とする表面形状測定
器。5. Polarization planes are orthogonal to each other and have different frequencies.
Two-frequency light generating means for generating high-frequency light, first two-frequency light splitting means for splitting the two-frequency light into two, first and second two-frequency light, and first and second two-frequency light Frequency shifting means for shifting the frequency of the light, a stage for placing the object to be measured, and a third and a fourth
A second two-frequency light splitting means for splitting the light into two two-circular light, a third two-frequency light splitting means for splitting the second two-frequency light into fifth and sixth two-round light, A converging beam incidence means for causing one of the fifth and sixth dual-frequency lights to enter the object to be measured as a converging beam by a combination of a prism and a condensing lens; and the fifth and sixth dual-frequency lights Reflecting optical means for reflecting any one of the third and fourth two
Light combining means for combining the high-frequency light with the fifth and sixth two-frequency lights reflected by the object to be measured and the reflection optical means, respectively, and the light obtained by combining the third and fifth two-frequency lights First interference light separating means for separating the heterodyne interference light into first and third optical heterodyne interference lights having different polarization planes, and optical heterodyne interference obtained by combining the fourth and sixth dual-frequency lights Light is converted to a second polarized light
A second interference light separating means for separating the first and third optical heterodyne interference lights into first and third optical signals, and a second and a fourth optical heterodyne interference light. Signal detecting means for detecting the second and fourth beat signals independently from the fourth optical heterodyne interference light; a phase difference between the first and third beat signals; Signal processing control means for calculating the surface shape of the object to be measured based on the phase difference between the beat signals.
波数で周波数シフトさせる周波数シフト手段を有するこ
とを特徴とする表面形状測定器。6. The surface profile measuring device according to claim 4, further comprising frequency shift means for shifting the first and second two-frequency lights at different frequencies.
方向に移動可能なものであることを特徴とする表面形状
測定器。7. The surface shape measuring device according to claim 4, wherein the stage is movable in a direction parallel to a surface of the object to be measured.
第３の２周波光分割手段、集光ビーム入射手段、反射光
学手段、光合成手段、第１及び第２の干渉光分離手段、
及び信号検出手段は同一の光学系ステージ上に配置さ
れ、この光学ステージは前記被測定物体の表面に対して
平行な方向に移動可能なものであることを特徴とする表
面形状測定器。8. The method according to claim 4, wherein the two-frequency light generating means, the frequency shifting means, the first to third two-frequency light dividing means, the converging beam incident means, the reflecting optical means, the light combining means, First and second interference light separating means,
And a signal detecting means disposed on the same optical system stage, wherein the optical stage is movable in a direction parallel to the surface of the object to be measured.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8090897A JPH10274513A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Surface configuration measuring method and surface configuration measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8090897A JPH10274513A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Surface configuration measuring method and surface configuration measuring apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10274513A true JPH10274513A (en) | 1998-10-13 |
Family
ID=13731490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8090897A Pending JPH10274513A (en) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | Surface configuration measuring method and surface configuration measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10274513A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103499385A (en) * | 2013-09-25 | 2014-01-08 | 北京理工大学 | Novel high-precision double-frequency simultaneous measurement laser heterodyne interference phase vibration measuring light path |
| JP2014071432A (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-21 | Astro Design Inc | Laser scanning microscope device |
| CN110806184A (en) * | 2019-09-17 | 2020-02-18 | 中国计量大学 | Double-measurement-mode interference device and measurement method thereof |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP8090897A patent/JPH10274513A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110806184A (en) * | 2019-09-17 | 2020-02-18 | 中国计量大学 | Double-measurement-mode interference device and measurement method thereof |
| CN110806184B (en) * | 2019-09-17 | 2021-04-16 | 中国计量大学 | Double-measurement-mode interference device and measurement method thereof |
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