JPS63214609A - 歪測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ウェハー、ガラス基板またはセラミック基
板等の被測定物の表面における歪を測定する歪測定装置
に関するものである。

（従来の技術） 従来、ウェハの歪をその表面に複数本の針を接触させ、
その針の移動距離を検出することにより測定する装置が
知られているが、処理中のウェハの歪を測定することが
困難でその測定精度も低く、ウェハの表面を傷つけ易い
等の不都合がある。そこでこうした不都合がなく非接触
式で歪を測定し得る第１図示のような装置を出願人は先
に提案した。同図において、容器ａは入射窓すと出射窓
Ｃとを備え、その内部に、ウェハー、ガラス基板または
セラミック基板等の被測定物ｄを収容している。容器ａ
の外部には、レーザ発振装置ｅルンズｆ１スキャナＱ１
位置検出器ｈ１増幅器１１コンピュータｊ１表示器ｋが
配置され、レーザ発振装置ｅより発振されたレーザ光線
ｌはレンズｆを通過してスキャすｑに入射し、そこで反
射されている。スキャナ０は多面鏡またはガルバノｌ！
ｉ等のｉｉｍと、このｌ１ｍを作動させるモータＯとに
よって構成され、モータ０によって鏡ｍを作動させると
、スキャナ９で反射するレーザ光線１の反射方向が自在
に変動制御されるようになる。スキャナｑで反射された
レーザ光線ｌは入射窓すを透過して容器ａの内部に入っ
た後、被測定物ｄの表面の入射位置ｎに、被測定物ｄの
表面とのなす角θ１で入射し、そこで反射されるように
なる。

このとき、スキャナ９で反射するレーザ光ｌＩｌの反射
方向を自在に変動制御すれば、被測定物ｄの表面の入射
位１１ｎも変動し、スキャナＱで反射されたレーザ光線
ａが被測定物ｄの表面上を走査するようになる。被測定
物の表面で反射されたレーザ光線ｌは出射窓Ｃを透過し
て容器ａの外部に出た後、位置検出器りで検出され、受
光位置ｐが検出される。位置検出器りで受光され、受光
位置ｐの信号は増幅器ｉで増幅された後、コンピュータ
ｊに伝送される。コンピュータｊには受光位置ｐの信号
の他に、スキャナｑで反射されたレーザ光線ｌの反射方
向く即ち、被測定物ｄが表面への入射方向）の信号もス
キャナｑより伝送されている。コンピュータｊは、位置
検出器りで検出した受光位置ｐの信号、スキＶすＱで反
射されたレーザ光線ｌの反射方向の信号等を用いて、被
測定物ｄで変形し歪を生じたときの被測定物ｄの歪量を
演算している。

コンピュータｊで演算された被測定物ｄの歪量の信号は
表示器ｋに伝送され、そこに被測定物ｄの歪量が表示さ
れる。

次に、上記のような従来の装置を用いて、被測定物ｄが
変形したときに生じる被測定物ｄの歪量をコンピュータ
ｊで演算する原理について説明する。

第２図に示すように、最初、真直ぐな実線で示されてい
た被測定物ｄの表面が、被測定物ｄの変形により、湾曲
して破線で示すようになったとき、被測定物ｄの表面に
入射するレーザ光線１の入射位置はｎより水平にΔＸ１
、垂直にΔＹ１だけ変位してｑに移行し、反射面が水平
より角度θ２だけ傾くので、位置検出器にで検出される
受光位置もｐよりΔｕ１だけ変位してｒに移行するよう
になる。このとき、被測定物ｄの表面に入射するレーザ
光線ｌの入射方向は不変で、レーザ光線ｌの被測定物ｄ
の表面（真平面と仮定したときの表面）とのなす角θ１
が被測定物ｄの変形前と変形後において変らないので、
スキャナ９で反射されたレーザ光線ｌの反射方向の信号
は不変になるが、位置検出器りで検出される受光位置は
ｐよりΔυ１だけ変位してｒに移行するようになる。そ
のため、位置検出器りで検出される受光位置の信号はΔ
旧の変位に応じて変化する。コンピュータｊは、位置検
出器りで検出される受光位置の信号の変化より、被測定
物ｄの表面に入射するレーザ光線ｌの入射位置の変位量
ΔＸ１、ΔＹ１、および反射面の傾き角度θ２を、幾何
学的関係より求めた算出式を用いて締出し、被測定物ｄ
の歪１を演算している。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の歪測定装置は上記のように位置検出器りで検出さ
れる受光位置の信号の変化より、被測定物ｄの表面に入
射するレーザ光線Ｉの入射位置の変位量ΔＸ１、ΔＹ１
および反射面の傾き角度θ２を算出して、被測定物ｄの
歪ｍを演算している。その場合、ΔＸ１とΔＹ１とはΔ
Ｙ１＝ΔＸＩＸｔｉｌＴθ１の関係にあルノテ、ΔＹ１
ハΔｘ１より求まるが、未知数ΔＸ１およびθ２の二つ
は既知数がΔｕ１一つのみであるため、仮定条件を設定
しなければ、演算不能となり、もし仮定条件を設定した
としても、その仮定条件が不適切であれば、演算結果が
信頼性に乏しいものとなり、被測定物ｄの歪量を正確に
表示することができなくなる等の問題点をもっていた。

例えばレーザ光線ｌが第２図の入射位＠ｑより離れたｑ
′で反射した場合であっても、ｑ′の位置の面の傾きが
θ２°（〈θ２）であれば受光位［ｒで反射光が検出さ
れ、入射位置の特定が難しく、また微小間隔で多数の測
定点に於ける測定を必要とする問題点があった。しかも
スキャナｑは、被測定物の歪をｔＪ、ｍの単位で測定す
る要求に応えるためには、その機械的精度やスキャンの
きざみの間隔が微小で高性能のものを備える必要があり
、装置が高価になって好ましくない。

この発明は、上記のような従来のもののもつ問題点を解
決し、２つのレーザ光線と２つの位置検出装置を用いて
被測定物の歪量を簡単に演算して表示することが可能な
安価な歪測定装置を提供することを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） この発明に係る歪測定装置は、被測定物の上方に、被測
定物の表面に平行に移動自在のテーブルを設け、該テー
ブルに、被測定物の表面の同一点に対し垂直の第１レー
ザ光線及び斜めの第２レーザ光線を入射させるレーザ発
振装置と、該第１レーザ光線の被測定物による反射光を
受光して受光位置を検出する第１位置検出装置及び第２
レーザ光線の被測定物による反射光を受光して受光位置
を検出する第２位置検出装置を取付けするようにし、こ
れら第１、第２位置検出装置及び受光位置の信号及び被
測定物に対する第１、第２レーザ光線の入射方向の信号
が入力されて該被測定物の歪量を演算するコンピュータ
と、その演算結果を表示する表示器とを備え、これによ
り前記目的を達成するようにした。

（作　用） テーブルに設けたレーザ発振装置からの第１レーザ光線
は、歪変形を生ずる前の被測定物の表面の一点に対し垂
直に入射するように設定され、もう一方の第２レーザ光
線はその被測定物の表面の第１レーザ光線が入射する点
へ予定の角度で斜めに入射するように設定される。

被測定物に歪が生ずると、各レーザ光線の被測定物から
の反射光は第１位置検出装置及び第２位置検出装置に於
いて夫々受光され、その受光位置が明らかになる。この
受光位置の信号及び各レーザ光線の入射方向の信号はコ
ンピュータに入力し、コンピュータに於いて両レーザ光
線が近似的に被測定物の同一点に入射しているものとし
てその表面の傾きを算出し、その点の歪量を演算して表
示器に表示する。テーブルを移動させて被測定物の所望
の点に各レーザ光線を入射し、前記した演算を繰返すこ
とにより、被測定物の表面を広範囲に亘り測定出来る垂
直の第１レーザ光線と斜めの第２レーザ光線を同一点に
集中するように設定して使用するので、コンピュータの
演算処理も簡単になり、比較的正確な歪量を算出出来る
。

（実施例） 本発明の実施例を図面第３図及び第４図に基づき説明す
る。

第３図に於いて符号（１）は透孔窓（２）を備え、内部
にシリコンウェハ、ガラス基板、又はセラミック基板等
の被測定物（３）を収容した容器を示し、該容器（１）
の外部に、被測定物（３）の表面と平行に高精度で移動
自在のテーブル（４）、コンピュータ（５）及び表示器
（６）が配置され、該テーブル（４）にはレーザ発振装
置（７）と第１及び第２位置検出装置（８ａ）（８ｂ）
が取付けされる。該レーザ発振装置（７）から発振され
たレーザ光線（９）は、該テーブル（４）に設けたハー
フミラ−（１０と全反射する＆ＩＱつとにより、レンズ
ａのを介して被測定物（３）の頁平面の１点ａ３に対し
て垂直に入射する第１レーザ光線（９ａ）と同点ａ３に
対して斜めに予定の角度で入射する第２レーザ光線（９
ｂ）とに分離される。

該第１、第２位置検出装置（８ａ）（８ｂ）は、例えば
８０３型固体撮像センサ等の平面上の受光位置を検出し
得る平板状のセンサにて構成され、第１位置検出装置　
（８ａ）を第１レーザ光線（９ａ）の光路の周囲に被測
定物（３）の表面に対して平行になるようにテーブル（
４）に取付けて被測定物（３）で反射した第２レーザ光
線（９ａ）を受光するようにし、また第２位置検出装置
（８ｂ）を被測定物（３）の表面に対して一定の角度で
テーブル（４）に取付けて被測定物（３）で反射した第
２レーザ光ＩＩ　（９ｂ）を受光するようにした。

コンピュータ（５）は、増幅器（１４ａ）（１４ｂ）を
介して入力するこれら第１、第２位置検出装置（８ａ）
（８ｂ）からの受光位置の信号と、第１、第２レーザ光
線（９ａ）（９ｂ）の入射方向の信号とが入力されて被
測定物（３）の歪量を演算し、その演算結果を表示器（
６）に表示する。

次に上記実施例の装置を用いて被測定物（３）が変形し
たときの歪量の測定例を説明する。

第４図に示すように、最初、真直ぐな実線で示されてい
た被測定物（３）の表面が、被測定物（３〉の変形によ
り湾曲して破線で示すようになったとき、それまで被測
定物（３）の表面（真平面と仮定した表面）の１点ａ３
に対し垂直に入射する第１レーザ光線（９ａ）の反射光
は点■で反射して第１位置検出装置８　（８ａ）の受光
位置（１！ｉ１に於いて受光されるようになり、斜めに
入射する第２レーザ光線（９ｂ）の反射光は第２位置検
出装置（８ｂ）の受光位置ａｅに於いて受光されるよう
になる。

この場合、被測定物（３）の表面（真平面と仮定した表
面）に沿ってＸ軸を取り、この表面に垂直な軸をＹ軸と
すれば、被測定物（３）に入射する第１レーザ光線（９
ａ）の光軸の方程式はｘ−Ｘ　　で表され、第２レーザ
光線（９ｂ）の光軸の方程式はＹ＝ａＸ＋ｂトなり、両
光線（９ａ）（９ｂ）の交わる点（１３は座標（Ｘ　　
、　ａＸ　　＋ｂ）で表わされる。被測定物（３）ｔ３
　　　　　　　　日 の変形で各レーザ光線（９ａ）（９ｂ）の入射点（反射
点）■ａｅの表面が傾くが、両点（＋７１　ａｅは、歪
がきわめて大きくない限り非常に接近しているので、近
似的に同一点に入射し且つその表面の傾きをθ。の傾角
を有する接線ａ９として取り扱うことが出来、その角度
θ、７を、受光位置（Ｉｓ　０９の位置信号と第１第２
レーザ光線（９ａ）（９ｂ）の入射方向の方程式の信号
とが入力するコンピュータ（５）により算出し、その角
度θ。のときの被測定物（３〉の歪量ΔＹを弾出するこ
とが出来る。

これを具体的に説明すると、変形した被測定物（３）の
表面の各点（＋７１■で第１第２レーザ光線（９ａＮ９
ｂ）が反射され、その各反射光は第１位置検出装置（８
ａ）の座標（Ｘ＋、Ｙ＋）で表わされる受光位置〇と第
２位置検出装置（８ｂ）の座標（Ｘ２．Ｙ２）で表わさ
れる受光位置ａｅで受光される。各点（１７１ｃ＋ｅの
表面の傾きをθ、７とすれば、第１レーザ光線（９ａ）
のＹ軸に対する各θ、は２ｘθ７に等しく、その入射光
の式がｘ＝ｘ　　で、その受口 先位ＩＩ（＋５１の座標が（Ｘ＋、Ｙ＋）であるのでｔ
ａｎθ、＝ｊａｎ（２Ｘθｒｔ　）　＝（Ｙｔ−Ｙｎ　
）　／（Ｘｉ　　−Ｘ＋）となり、ここで歪が微小であ
れば Ｙ、−ａ−Ｘ日令すとしてよく、 従って ｔａｎθ、−ｔａｎ（２ｘθ。） −（Ｙｌ−（ａＸｏ　＋ｂ））／　（Ｘｏ　　−Ｘ＋　
）　−（Ｉ　）と表わされる。

一方、第２レーザ光線（９ｂ）のＸ軸に対する角度θ２
は、その入射光の式がＹ−ａＸ＋ｂでａ−ｔａｎθａ１
反射角がθδ＋θ７となり、受光位置０ｅの座標が（Ｘ
２．Ｙ２）であるから、同様に ｔａｎ（θａ＋２×θｎ　）　−（Ｙ２−（ａＸｎ＋ｂ
））／（Ｘ２−Ｘｎ）・・・（ＩＩ） の関係が近似的に成立する。

以上の２式に於いて、Ｙ、は第１位置検出装置（８ａ）
の設置時に知り得る値であるので、２Ｘθ訂を消去すれ
ばｘＯを求めることが出来、そのときの歪量ΔＹをａＸ
ｎ＋ｂから演算することが出来る。

コンピュータ（５）は以上の計算を行ない、その結果が
表示器（６）に示されるが、テーブル（４）を移動させ
被測定物り３）の各点に第１、第２レーザ光線（９ａ）
（９ｂ）を当ててコンピュータ（５）で上記の演算を繰
返せば、被測定物（３）の表面の各点の歪量を求めるこ
とが出来る。

被測定物（３）が６インチのシリコンウェハである場合
、歪ｍは１ＭＲを越えることは殆どなく、たとえ１１１
ＩＩＩ歪んだとしても、その曲率半径は約３ＴｒＬで非
常に緩やかであるので、第１レーザ光線（９ａ）の入射
点と第２レーザ光線（９ｂ）の入射点の表面の傾きを近
似的に同一としても実用に差しつかえる程の誤差は生じ
ない。

該テーブル（４）を、コンピュータ（５）で制御された
モータ■によりＸ軸と紙面に垂直な方向とに移動させれ
ば、被測定物（３）の表面全域に亘る歪量の測定を自動
的に行うことが出来る。

尚レーザ発振装置を第２レーザ光線用と第２レーザ光線
用の２個で構成することら可能であり、第２レーザ光線
はそのレーザ発振装置をテーブル外に設けてスキャナに
より動かすことも可能である。

（発明の効果） 以上のように、本発明では、被測定物に平行に移動する
テーブルを設け、これに被測定物の同一点に垂直と斜め
とにレーザ光線を入射するレーザ発振装置と、その反射
光を受光する第１、第２位置検出装置を搭載し、各位置
検出装置の受光位置の信号とレーザ光線の入射方向の信
号をコンピュータにより演算して表示器に表示するよう
にしたので、被測定物に接触することなく被測定物の表
面の任意の点の歪ｍを測定出来、レーザ光線は被測定物
の同一点に垂直と斜めとに入射するように設定するので
、コンピュータに於ける演算が簡単化され、テーブルの
移動で任意の点の歪の測定を出来るので装置を安価に製
作出来る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の歪測定装置の１例の側面図、第２図はそ
の測定方法の説明線図、第３図は本発明の実施例の側面
図、第４図は第３図示の実施例のものの測定例の説明線
図である。 （３）・・・被測定物 （４）・・・テーブル （５）・・・コンピュータ （６）・・・表示器 （７）・・・レーザ発振装置 （８ａ）・・・第１位置検出装置 （８ｂ）・・・第２位置検出装置 （９ａ）・・・第２レーザ光線 （９ｂ）・・・第２レーザ光線 特　許　出　願　人　　日本真空技術株式会社マ１−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物の上方に、被測定物の表面に平行に移動自在の
   テーブルを設け、該テーブルに、被測定物の表面の同一
   点に対し垂直の第１レーザ光線及び斜めの第２レーザ光
   線を入射させるレーザ発振装置と、該第１レーザ光線の
   被測定物による反射光を受光して受光位置を検出する第
   １位置検出装置及び第２レーザ光線の被測定物による反
   射光を受光して受光位置を検出する第２位置検出装置を
   取付けするようにし、これら第１、第２位置検出装置で
   受光位置の信号及び被測定物に対する第１、第２レーザ
   光線の入射方向の信号が入力されて該被測定物の歪量を
   演算するコンピュータと、その演算結果を表示する表示
   器とを備えたことを特徴とする歪測定装置。