JP2013002819A - 平面度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャック−ハルトマンの波面センサを用いた平面度測定装置において、測定精度及び領域分解能を向上させる。
【解決手段】平行化が可能な光束である一次光束Ｂ１を射出する光源１と、前記光源１から射出された一次光束Ｂ１を前記測定対象領域ＡＲに導いて反射させ、その反射した光束である二次光束Ｂ２を、平面状の波頭を有する光束として出力する導光手段２と、前記導光手段２から出力された二次光束Ｂ２と直交するように設けられたレンズアレイ３と、前記レンズアレイ３を構成する各レンズの入射側光軸上に設けられて、各レンズに入射する光径をレンズの径よりもそれぞれ小さくするアパーチャ部材４と、前記レンズアレイ３を通ってレンズ毎に分離された光である分離光Ｄを検出する光検出手段５と、前記光検出手段５で得られた各分離光Ｄの位置又は傾きに基づいて、前記測定対象領域ＡＲの平面度に係る値を算出する平面度算出部６とを設けるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークにおける表面の平面度を測定する平面度測定装置に関するものである。

表面の微細な反りや凹凸が問題となる半導体ウェーハなどの工業製品では、その表面の平面度が検査される。そのための平面度測定装置として例えば、特許文献１に示すようなシャック−ハルトマン（Shack-Hartmann）の波面センサを用いたものが知られている。この装置では、測定対象面から反射した光を波面センサに向けることにより、ウエハや光学部品の表面平面度を測定する。

この波面センサには、図１に示すような、アレイ状に敷き詰められた多数の小型レンズが設けられており、測定対象面で反射した光（以下、入射光とも言う。）が小型レンズを通過し、アレイ状の光スポットを形成するように構成されている。もし、入射光の波面がレンズ光軸と垂直であれば、光スポットはレンズ光軸上に形成されるが、図２に示すように、測定対象面の部分的な傾き等に起因して、入射光の波面が傾いていた場合には、光スポットの位置はレンズ光軸からずれる。

したがって、このずれ量を２次元光検出器（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光検出素子を２次元配列して構成したエリアイメージセンサ）で測定することによって、測定対象面の平面度を測定する。

より具体的に説明すると、例えば測定対象領域は、図３に示すように、隣接する矩形状の単位領域に区分けされていて、各単位領域で反射した光の略全てが各小型レンズにそれぞれ導かれる。そして、図３でハッチングを施した単位領域で反射した光は、対応する小型レンズを通過して図４に示すようなエリアイメージセンサの光検出面上に集光される。その集光された位置は、エリアイメージセンサの出力から特定できるので、その位置に基づいて前記ずれ量Δｅがわかり、単位領域毎の平面度が算出される。このように、平面度は単位領域毎に求められ、かつ、求められた各値は単位領域毎の、言わば平均した代表的な平面度を示す値となる。

特表２００３−５０３７２６号公報

しかしながら、上述した構成であると、各小型レンズの周縁部にも光が透過するので、周縁部での収差の影響を受けてスポット光がぼけたりずれたりして、測定精度に悪影響を及ぼす場合がある。

また、実際の測定では光スポットの位置を特定するまでに、光検出器での光電変換時間や読み出し時間等が必要である。しかしながら、ＣＶＤ中のウェーハの平面度を測定する場合など、検査物が動いている状態では、上述した単位領域が隣接している構成だと、当該単位領域に係る平面度測定の最中に、次の単位領域が移動してきてその反射光も受光することとなり、測定値の信頼性が落ちるという問題もある。

さらに、従来のものでは、単位領域を小さくしてピンポイントでの平面度測定をしようにも、レンズの大きさの制限によって単位領域を所定以上小さくすることができず、平面度測定に係る領域分解能を簡単には向上させることができないという不具合もある。

本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであって、シャック−ハルトマンの波面センサを用いた平面度測定装置において、測定精度及び領域分解能を簡単な構成で飛躍的に向上させることを主たる目的とするものである。

すなわち、本発明に係る平面度測定装置は、工業製品等の検査物における測定対象領域の平面度をするものであって、以下の構成要件を具備するものである。
（１）略平面状、略部分球面状、又は略部分円筒状の波頭を有する光束などの平行化可能な光束である一次光束を射出する光源。なお、「平行化可能」における平行化の程度とは、平面度の測定精度によって定まる。
（２）前記光源から射出された一次光束を前記測定対象領域に導いて反射させ、その反射した光束である二次光束を、仮に前記測定対象領域が所定基準を満たす平面であった場合に、略平行なあるいは略平面状の波頭を有する光束として出力する導光手段。ここで「略平行」とは、後述するレンズアレイにアパーチャ部材を介して入射する二次光束において、隣のレンズに入射すべき光が入らない程度の平行度のことである。（３）仮に前記測定対象領域が所定基準を満たす平面であった場合に、前記導光手段から出力された二次光束と直交するように設けられたレンズアレイ。
（４）前記レンズアレイを構成する各レンズの入射側又は出射側に設けられて、各レンズに入射する又は各レンズから出射される光径をそれぞれレンズの実効径よりも小さくする、言い換えれば、各レンズに入射するときの又は各レンズから出射されるときの光の断面外輪郭が、レンズの実質的な外輪郭の内側になるようにするアパーチャ部材。
（５）前記レンズアレイを通ってレンズ毎に分離された光である分離光の位置を検出する光検出手段
（６）前記光検出手段で得られた各分離光の傾き又は位置に基づいて、前記測定対象領域の平面度に係る値を算出する平面度算出部。なお、平面度に係る値とは、面の傾き、曲率半径、平面粗さなどの他、これらから算出される値、例えば、検査物がウェーハなどであれば、Ｓｏｒｉ値やＷａｒｐ値、Ｂｏｗ値なども含む。

このようなものであれば、アパーチャ部材が、各レンズの周縁部を通って出る光を遮断し、各レンズの中央部分にのみ光を利用することとなるので、各レンズの周縁部分で生じる収差が低減し、光検出手段の受光面における分離光の光強度分布が、レンズに収差が無い場合の理想的な曲線に近くなる。その結果、分離光の位置測定精度が向上し、ひいては平面度をより精度良く測定できることとなる。

また、アパーチャ部材によって分離光の周縁部分がカットされるということは、そのカットされた分離光が由来する、測定対象領域における単位領域が互いに離れることになる。そうすると、その単位領域の離間距離、すなわちアパーチャ部材によるカット領域を適正に設定することによって、検査物が移動していたとしても、その検査物の移動によって測定中に隣の分離光の影響を受けてしまうといった不具合を排除できる。より具体的に説明すると、例えば、平面度を知りたい単位となる領域（以下、単位測定面とも言う）が、レンズアレイの並びに対応した数に設定されていて、かつそれら単位測定面が矩形状に隣接して設定されていたとして、この平面度検出装置による単位領域は、アパーチャ部材によって単位測定面からの反射光の周縁部が削られるので、前記単位測定面よりも小さな面積となる。この状態で検査物が移動しても、１回の測定にかかる時間内に前記単位領域が、単位測定面を出ない範囲に設定しておけば、移動による若干の平均化はあるものの、単位測定面の代表的な平面度を、隣の単位測定面の影響を全く受けることなく、確実に測定することができる。

さらに、アパーチャ部材によって分離光の周縁部分がカットされるということは、そのカットされた分離光が由来する単位領域も小さくなる。したがって、従来より小さな面積での平面度測定が可能となり、領域分解能を向上させることができるようになる。

前記光検出手段が受光素子を平面状に敷き詰めたエリアイメージセンサであり、その受光面が前記分離光の収束位置から光軸方向にずれた位置に設定されていれば、光スポット径は広がるが、その分、分離光が多くの受光素子に分散されるので、各受光素子のサチュレーションを回避でき、測定レンジを広く取れる。また、光軸位置は、複数の受光素子からの光強度信号値に基づいて算出するが、その受光素子の数が増えるので、光軸位置の算出精度を向上させることができ、ひいては平面度を精度良く測定できる。

簡単な構成のアパーチャ部材としては、各レンズの光軸に対応した位置に、レンズの実質径よりも小さな径の光透過窓を設けた薄板状をなすものを挙げることができる。

アパーチャ部材での光回折による測定への悪影響を回避するには、前記光透過窓において、レンズ光軸と交わる位置である中央部分が最も光透過度を大きく設定してあり、周縁部に向かうに連れ、光透過度が小さくなるなど、光透過度が途中で変化するように構成してあるものが好ましい。

具体的な平面度算出方法としては、前記測定対象領域が規定以内の平面度である標準検査物に前記一次光を照射したときに得られる各分離光の位置である標準位置と、測定すべき検査物に前記一次光を照射したときに得られる各分離光から位置である測定位置との偏差に基づいて、前記測定対象領域の平面度に係る値を算出するものを挙げることができる。

具体的な光源としてはコヒーレントな平行光を射出するレーザを挙げることができる。
大面積の測定対象領域にも対応できるようにするには、測定対象領域と平面度測定装置とを相対的に移動させ、測定対象領域を走査するようにすればよい。

また、より緻密に測定対象領域を測定するには、次の測定までの相対移動距離を、単位領域と隣の単位領域との離間距離よりも小さく設定しておけばよい。１回の測定では埋めることのできない単位領域間をも測定できるからである。

このように構成した本発明によれば、シャック−ハルトマンの波面センサを用いた平面度測定装置において、上述した理由から、測定精度及び領域分解能を簡単な構成で飛躍的に向上させることができる。

従来におけるシャック−ハルトマンの波面センサを用いた平面度測定装置の概要図。 従来におけるシャック−ハルトマンの波面センサを用いた平面度測定装置の概要図。 従来における対象物での測定対象領域と単位領域とを示す平面図。 従来におけるイメージエリアセンサに集光される光スポットを示す平面図。 本発明の第１実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。 同実施形態のアパーチャ部材、レンズアレイ、エリアイメージセンサを示す分解斜視図。 同実施形態におけるアパーチャ部材、レンズアレイ及びエリアイメージセンサの位置関係を説明する模式的縦断面図。 同実施形態におけるエリアイメージセンサを受光面から視た状態を示す平面図。 同実施形態における測定対象領域、単位領域及び単位測定面との関係を示す平面図。 本発明の第２実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。 本発明の第３実施形態におけるアパーチャ部材、レンズアレイ及びエリアイメージセンサの位置関係を説明する模式的縦断面図。 本発明の第１実施形態におけるイメージエリアセンサに集光される光スポットを示す平面図。 本発明の第３実施形態におけるイメージエリアセンサに集光される光スポットを示す平面図。 本発明の第４実施形態におけるアパーチャ部材を示す平面図。 本発明の第１実施形態におけるアパーチャ部材を示す平面図。 前記第４実施形態の変形例におけるアパーチャ部材を示す平面図。 本発明の第５実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。 本発明の第６実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。 本発明のその他の実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。 本発明のその他の実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。 本発明のその他の実施形態における平面度測定装置を示す全体模式図。

以下に本発明に係る平面度測定装置１００の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
この平面度測定装置１００は、例えばＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）などの半導体製造システムの一部に組み込まれて、平板状の検査物であるウェーハＷの表面に設定された測定対象領域ＡＲの平面度を測定するものであり、図５、図６等に示すように、平面状の波頭を有する光束である一次光束Ｂ１を射出する光源１と、前記光源１から射出された一次光束Ｂ１を前記測定対象領域ＡＲに導いて反射させ、その反射した光束である二次光束Ｂ２を平面状の波頭を有する光束として出力する、光学部材で構成された導光手段２と、前記二次光束Ｂ２の光軸と直交するように設けられたレンズアレイ３と、前記レンズアレイ３を構成する各レンズ３１の入射側光軸上に設けられて、各レンズ３１に入射する光径を各レンズ３１の実効径よりも小さくするアパーチャ部材４と、前記レンズアレイ３を通ってレンズ３１毎に分離された光である分離光Ｄの位置を検出する光検出手段５と、前記光検出手段５で得られた各分離光Ｄの位置に基づいて、前記測定対象領域ＡＲの平面度に係る値を算出する平面度算出部６とを具備している。

各部を説明する。
光源１は、ここでは、コヒーレントで単一波長の平行光束である一次光を射出するレーザであるが、その他、ＬＥＤ等を用いた白色光を射出するものでも構わない。

導光手段２は、ここでは以下の構成要素からなる。すなわち、前記レーザ１から出力された一次光束Ｂ１を拡開する第１レンズ部材２１、拡開した一次光束Ｂ１をその光軸がウェーハＷの測定対象領域ＡＲに垂直に向かうように反射するハーフミラー等のビームスプリッタ２３、ビームスプリッタ２３で反射した一次光束Ｂ１を測定対象領域ＡＲを覆うだけの断面を有した平行光束、すなわち平面状の波頭を有する光束にする第２レンズ部材２２、前記測定対象領域ＡＲで垂直に反射し、前記第２レンズ部材２２及びビームスプリッタ２３を通過した光束の光軸上に設けられて、該光束を平行光束、すなわち平面状の波頭を有する光束である二次光束Ｂ２に変換する第３レンズ部材２４である。

なお、この導光手段２において、平面状の波頭を有する二次光束Ｂ２を出力する機能というのは、当業者であれば当然理解できようが、測定対象領域ＡＲが平面であった場合の機能である。実際の平面度測定では、測定対象領域ＡＲに凹凸や傾斜があった場合、その部分に対応する二次光束Ｂ２の波頭は平面ではなくなる。その部分を検出することこそが、シャック−ハルトマンの平面測定原理である。

レンズアレイ３は、図６、図７に示すように、例えば矩形（正方形）状の透明板３２における一方の面板部に複数の小型レンズ３１を一体に２次元配列したものである。このレンズアレイ３において、光の入射面３ａは前記透明板３２の他方の面板部に設定してあり、この入射面３ａが前記導光手段２から出力される二次光束Ｂ２の光軸と直交するように、該レンズアレイ３を配置してある。このレンズアレイ３に入射した前記二次光束Ｂ２は、各レンズ３１をそれぞれ通過して分離光Ｄとなる。なお、レンズアレイ３の形状は、これに限られるものではなく、例えば円形状等でもかまわない。
また、図６、図７等では、入射側が平面のレンズを用いているが、入射側が曲面のレンズでもよい。収差等の影響を低減するには、入射側が曲面である方が好ましい。その他、両面が曲面のものでも構わない。

アパーチャ部材４は薄いシート状のものであり、ここでは前記レンズアレイ３の入射面３ａに貼り付けてある。このアパーチャ部材４には、前記レンズ３１の光軸を中心とした円形の光透過窓であるアパーチャ４ａが、各レンズ３１に対応して設けてある。ここでのアパーチャ４ａは貫通孔であり、光を１００％透過させる。また、その径はレンズ径よりも小さく設定してある。

なお、アパーチャ４ａの形状は円形以外の矩形状や多角形状等でもかまわない。また、アパーチャ部材４を入射面３ａから離間させても良い。
また、この実施形態では、レンズアレイ３の入射面３ａが平面であるため、このアパーチャー部材４を、専用の支持部材を設けることなく配設できるが、レンズアレイの出射面が平面である場合などでは、出射面にアパーチャー部材４を貼り付けてもよい。ただし、収差等の影響を受けやすい点や、先に光が屈折してしまってアパーチャに入らない場合がある点等を考えれば、レンズアレイの入射面側にアパーチャ部材が配設されていることが好ましい。

光検出手段５は、図６〜図８に示すように、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子５１を縦横平面状に敷き詰めたエリアイメージセンサであり、ここでは、前記各レンズ３１を通過して分離した分離光Ｄが集光する位置（焦点位置）に、該エリアイメージセンサ５の受光面５ａが位置するように設定してある。すなわち、この光検出手段５は、各レンズ３１を通過した分離光Ｄが受光面５ａで受光されると、その光照射位置にある受光素子５１が、受光した光強度に応じた電気信号（光強度信号）を発生することから、各受光素子５１の光強度信号をモニターすることで、受光面５ａのどの位置に分離光Ｄが照射されているかを検出することができるように構成したものである。

平面度算出部６は、図１に示すように、エリアイメージセンサ５に接続されたものであり、物理的には、例えばＣＰＵ、メモリ、ＡＤコンバータなどから構成された電気回路である。また、この平面度算出部６は、機能的に言えば、メモリに記憶されたプログラムにしたがって前記ＣＰＵやその周辺機器が共働することにより、各レンズ３１を通過した分離光Ｄの受光面５ａでの光軸位置を算出する光軸位置算出部と、その算出された光軸位置の基準位置からの偏差Δｅ（図７参照）に基づいて、測定対象領域ＡＲにおける当該分離光Ｄが由来する単位領域Ｕ（図９参照）の平面度の１つである例えば傾きを算出する傾き算出部とを具備したものである。

このような構成の平面度測定装置１００について、その動作を以下に説明する。
レーザ１から射出された一次光束Ｂ１は、第１レンズ部材２１で拡開する一次光束Ｂ１となり、ビームスプリッタ２３で反射して測定対象領域ＡＲに向かう。その途中で第２レンズ部材２２により平行光束にされ、測定対象領域ＡＲで垂直に反射し、反射前と同一軌跡をたどってビームスプリッタ２３に至る。そして、このビームスプリッタ２３を透過した一次光束Ｂ１は、第３レンズ部材２４によって平行化され、アパーチャ部材４を通ってレンズアレイ３に導かれ、各レンズ３１に対応した分離光Ｄに分離される。

各分離光Ｄは、光検出手段５の受光面５ａに集光され、各受光素子５１からの光強度信号によって、分離光Ｄが照射されている受光面５ａ上の位置が検出される。

そして、光検出手段５から出力された光強度信号を前記光軸位置算出部が解析して、各分離光Ｄの受光面５ａにおける光軸位置を算出する。例えば、各受光素子５１からの光強度信号の値の重心位置を求めることによって光軸位置を算出する。最後に、傾き算出部がその算出された（測定された）光軸位置の基準位置からの偏差Δｅに基づいて、測定対象領域ＡＲにおける当該分離光Ｄが由来する単位領域Ｕの全体的な傾き角度を算出する。

なお、光軸位置の算出には他の方法もある。例えば、各受光素子５１の光強度から、そのピーク位置を最小二乗法などによるフィッティングによって求め、該ピーク位置を光軸位置とするような態様が考えられる。
また、算出される平面度としては、前述した単位領域Ｕの傾き角度の他に、曲率半径や平面粗さなどでもよい。
さらに、このように算出した平面度が、ある一定の閾値を超えた場合に、その旨を報知する報知部を設けてもよい。

しかして、このようなものであれば、アパーチャ部材４が、各レンズ３１の周縁部に入る光を遮断し、中央部分にのみ光を導くので、各レンズ３１の周縁部分で生じる収差が低減し、光検出手段５の受光面５ａにおける分離光Ｄの光強度分布がレンズに収差が無い場合の理想的な曲線に近くなる。その結果、分離光Ｄの位置測定精度及び傾き測定精度が向上し、ひいては平面度をより精度良く測定できることとなる。

また、アパーチャ部材４によって分離光Ｄの周縁部分がカットされるということは、図９に示すように、そのカットされた分離光Ｄが由来する、測定対象領域ＡＲにおける単位領域Ｕが互いに離れることになる。そうすると、その単位領域Ｕの離間距離、すなわちアパーチャ部材４によるカット領域を適正に設定することによって、検査物が移動していたとしても、その検査物の移動によって測定中に隣の分離光Ｄの影響を受けてしまうといった不具合を排除できる。

図９を用いてより具体的に説明すると、例えば、平面度を知りたい単位となる領域（以下、単位測定面とも言う）Ｐが、レンズアレイ３の並びに対応した数に設定されていて、かつそれら単位測定面Ｐが矩形状に隣接して設定されていたとして、この平面度検出装置による単位領域Ｕは、アパーチャ部材４によって単位測定面Ｐからの反射光の周縁部が削られるので、前記単位測定面Ｐよりも小さな面積となる。この状態で検査物が移動しても、１回の測定にかかる時間内に前記単位領域Ｕが、単位測定面Ｐを出ない範囲に設定しておけば、移動による若干の平均化はあるものの、単位測定面Ｐの代表的な平面度を、隣の単位測定面Ｐの影響を全く受けることなく、確実に測定することができる。

さらに、アパーチャ部材４によって分離光Ｄの周縁部分がカットされることによって、そのカットされた分離光Ｄが由来する単位領域Ｕも小さくなる。したがって、従来より小さな面積での平面度測定が可能となり、領域分解能を向上させることができるようになる。
その他、測定対象領域ＡＲに垂直に平行一次光束Ｂ１を照射しているので、測定対象領域ＡＲが一次光束Ｂ１の光軸方向にずれても、測定精度を担保できるといった効果もある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。以下に、他の変形実施形態を説明する。また、第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

＜第２実施形態＞
例えば、図１０に示すように、標準平面を有したリファレンス部材Ｒを設け、前記一次光束Ｂ１を、検査物Ｗ又はリファレンス部材Ｒのいずれかに選択的に照射できるようにするとともに、前記標準平面で反射した光束を測定対象領域ＡＲからの光束と同じように、標準二次光束として、前記アパーチャ部材４及び光検出手段５に導けるように構成してもかまわない。

より具体的に説明すると、ここでは、第１レンズ部材２１とビームスプリッタ２３を挟んで対向する位置に第４レンズ部材９を設け、第１レンズ部材２１から出てビームスプリッタ２３を通過した一次光束Ｂ１がこの第４レンズ部材９で平行化、すなわち平面上の波頭を有する光束となるようにしてある。
そして、この第４レンズ部材９を通過した光束の光軸上に、標準平面が直交するように前記リファレンス部材Ｒを配置している。

また、検査物Ｗ又はリファレンス部材Ｒのいずれかに前記一次光束Ｂ１を選択的に照射するために、ビームスプリッタ２３で分離した各一次光束Ｂ１、つまりビームスプリッタ２３で反射して検査物Ｗに向かう一次光束と、ビームスプリッタ２３を透過してリファレンス部材Ｒに向かう一次光束との光路に、例えば機械式や液晶式のシャッタ８１、８２をそれぞれ設けて、いずれか一方のシャッタ８１（８２）を開けたときには、他方のシャッタ８２（８１）が閉じるように構成してある。

そして、リファレンス部材Ｒを用いたときの各分離光Ｄの光軸位置を基準位置として、実際の測定時の光軸位置である測定位置からの偏差を求め、平面度を算出するようにしている。
このような構成であれば、校正や調整が容易にできるので、経年変化にも耐えうる、より精度の高い平面度測定が可能になる。
特に、ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）装置などのように、検査物がチャンバ内に入っているとともに平面度測定装置がチャンバ外に設けられており、チャンバの透明窓を介してチャンバ外から光束を検査物に照射するような構成であると、前記透明窓が経年変化で徐々に曇ったりして、光束がその透明窓を通過するときに、微妙に曲がったり若干散乱したりする。しかしながら、このリファレンス部材Ｒを設けておけば、リファレンス部材Ｒでの測定結果と検査物Ｗの測定結果との差分をとることにより、透明窓の曇りといった周囲環境の変化をキャンセルできるので、極めて精度の良い測定が可能となる。

＜第３実施形態＞
例えば、図１１に示すように、その受光面５ａが前記分離光Ｄの収束位置から光軸方向にずれた位置、すなわち、収束位置よりも受光面を遠ざけた位置(近づけた位置でも構わない）に設定してもよい。このようにすれば、前記第１実施形態における受光面での光スポット（図１２参照）に比べ、光スポット径は広がる（図１３参照）が、その分、図１２、図１３から明らかなように、光が多くの受光素子５１に分散されるので、各受光素子５１のサチュレーションを回避でき、測定レンジを広く取れる。また、分離光の光軸位置は、複数の受光素子５１からの光強度信号値に基づいて算出するが、その受光素子５１の数が増えるので、光軸位置の算出精度を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
例えば、図１４に示すように、アパーチャ部材４がフィルム状をなし、光透過窓において、レンズ光軸と交わる位置である中央部分が最も光透過度を大きく設定してあり、周縁部に向かうに連れ、光透過度が小さくなるように構成してあるものであれば、回折による影響を排除できる。ここでは、光透過窓４ａの中央部分を光透過率１００％とし、そして周縁部に向かうに連れ、徐々に光透過度が小さくなるようにフィルムの塗装を変化させている。

すなわち、前記第１実施形態のように光透過窓４ａが単なる貫通孔であると、回折の影響で、図１５に示すように、光透過窓４ａより外側に光のピークが現れて測定に悪影響を及ぼすことがあるが、上述した構成によって、前記ピークを確実に排除することができる。
なお、光透過度は、図１４に示すように段階的に変化させてもよいし、連続的に変化させてもよい。また、光透過度は、周縁部に向かって小さくなるだけではなく、例えば、図１６に示すように、途中で大きくなる部分があってもよい。要は、受光面で得られる光強度分布が単一のピークを有する形となるように、光透過窓における光透過度が中心から外側に向かって変化するように構成しておけばよい。

＜第５実施形態＞
測定対象領域ＡＲには、前述した実施形態では、各レンズ部材に部分球面を有した凸レンズを用いていたが、図１７に示すように、例えばシリンドリカルレンズ２１‘、２２’（フレネル型でも良い）を用いて、リボン状の一次光束Ｂ１、つまり断面が線状の光束Ｂ１を測定対象領域ＡＲに照射しても良い。この場合、反射した二次光Ｂ２を受光する側でもシリンドリカルレンズ２３‘、２４’（フレネル型でも良い）を用い、レンズアレイ３は光束Ｂ２の線方向に沿って一次元配列されたものでよい。この図１６では、検査物Ｗが所定方向に移動する場合を示している。線状光束は、移動方向と直交（斜めでも良い）するように照射する。そして、一定時間、あるいは一定距離だけ移動する毎に平面度を測定すれば、走査することになるので、２次元配列された前記実施形態と同じく、面状に平面度を測定することが可能になる。

この走査の考え方を前記第１実施形態に適用しても良い。図９に示すように、単位領域Ｕ間には隙間があるので、平面度測定装置１００又は検査物を少しずつ動かすことによって、隙間部分の平面度を測定して、測定対象領域ＡＲの平面度に関するきめ細やかなプロファイルを作成することができる。

＜第６実施形態＞
前記光源１から射出される一次光束Ｂ１は、平行光束、すなわち波頭が平面状の光束に限られず、平行化できる光束、すなわち部分球面状又は部分円筒状の波頭を有した光束であればよい。例えば、図１８では、波頭が部分球面状の光束、すなわち拡開する光束を測定対象領域ＡＲに照射し、その反射光束をレンズ部材で平行化して光検出手段５に導くようにしている。

＜その他＞
ビームスプリッタを用いない図１７、図１９のような構成も可能であるし、測定対象領域に照射される平行光束の断面積よりも光検出手段に照射される平行光束の断面積を、前記実施形態のように小さくしなくとも、必ずしもよい。例えば、図２０のように同一面積にすれば、理論的には、途中のレンズ部材を排除できるという効果を奏し得る。すなわち、この図２０では、照射対象領域で反射した二次光束Ｂ２がそのままアパーチャ部材４乃至レンズアレイ３に導かれ、その間に、レンズや反射板のような光学部材が不要となり、導光手段２は、一次光束Ｂ１側にのみ配置されることとなる。

また、図２１に示すように、測定対象領域ＡＲで反射した光束Ｂ２を、別のビームスプリッタでさらに分離して、光干渉作用を利用した膜厚計１１に導入してもよい。ここでは、同図に示すように膜厚計１１を単位領域Ｕ毎に対応させて設けている。また、この種の膜厚計１１では、別にリファレンス光が必要となるが、光源１からの光束Ｂ１を図示しないビームスプリッタ等で分離し、図示しない光学系を介して各膜厚計１１に導くようにしている。

同様に、測定対象領域ＡＲからは温度に応じた波長の赤外光が放射されるので、その赤外光を単位領域Ｕ毎に分離して放射温度計１２に導いて検出し、単位領域Ｕ毎の温度を計測しても良い。この図１９では、放射温度計１２の手前に、単位領域Ｕに対応する第２レンズアレイを設け、各単位領域Ｕ内の適宜定めた代表的ポイントからの放射赤外光を各放射温度計１２に導いてその温度を測定できるようにしている。
なお、分離光Ｄをそれぞれビームスプリッタで分離して膜厚計１１や放射温度計１２に導いても良い。

このようにすれば、単位領域Ｕ毎の平面度と、温度あるいは膜厚との相関が判断でき、より有効なＣＶＤ製造条件等を見出すことが可能となる。
なお、膜厚計や放射温度計を単位領域毎に設けず、双方１つにしても構わないし、一方を１つにして他方を単位領域にあわせた数にしてもよい。
また、検査物が移動している場合は、検査物の位置、姿勢などを検出する位置検出手段からの出力を、この平面度測定装置が取得するように構成し、前記測定対象領域ＡＲや単位領域Ｕの検査物における絶対的な位置を特定できるようにすることが望ましい。例えば、ＭＯＣＶＤ装置中に検査物であるウェーハが入っていて、ウェーハが自転や公転している場合、ウェーハの回転角度と中心位置を、前記自転角度及び好転角度を検出している位置検出手段たるエンコーダから逐次取得し、その値によってウェーハのどの領域を測定しているのかを特定できるようにしておけばよい。

その他、本発明は前記各実施形態に限られないし、その各部分構成を組み合わせても良く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・平面度測定装置
１・・・光源（レーザ）
２・・・導光手段
３・・・レンズアレイ
３１・・・レンズ
４・・・アパーチャ部材
４ａ・・・光透過窓
５・・・光検出手段
５１・・・受光素子
６・・・平面度算出部
ＡＲ・・・測定対象領域
Ｂ１・・・一次光束
Ｂ２・・・二次光束
Ｄ・・・分離光
Ｕ・・・単位領域Ｕ

Claims (10)

1. 工業製品等の検査物における測定対象領域の平面度を測定するものであって、
   平行化可能な光束である一次光束を射出する光源と、
   前記光源から射出された一次光束を前記測定対象領域に導いて反射させ、その反射した光束である二次光束を、略平行な光束として出力可能な導光手段と、
   前記導光手段から出力された二次光束と直交するように設けられたレンズアレイと、
   前記レンズアレイを構成する各レンズの入射側又は出射側に設けられて、各レンズに入射する又は各レンズから出射される光径をレンズの径よりもそれぞれ小さくするアパーチャ部材と、
   前記レンズアレイを通ってレンズ毎に分離された光である分離光を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段で得られた各分離光の傾き又は位置に基づいて、前記測定対象領域の平面度に係る値を算出する平面度算出部とを具備することを特徴とする平面度測定装置。
2. アパーチャ部材が、各レンズの光軸に対応した位置に、レンズ径よりも小さな径の光透過窓を設けた薄板状をなすものである請求項１記載の平面度測定装置。
3. 前記光透過窓において、レンズ光軸と交わる位置である中央部分が最も光透過度を大きく設定してあり、周縁部に向かうに連れ、光透過度が変化するように構成してある請求項２記載の平面度測定装置。
4. 前記光検出手段が受光素子を平面状に敷き詰めたエリアイメージセンサであり、その受光面が前記分離光の収束位置から光軸方向にずれた位置に設定されている請求項１乃至３いずれか記載の平面度測定装置。
5. 前記平面度算出部が、前記測定対象領域が規定以内の平面度である標準検査物に前記一次光を照射したときに得られる各分離光の、光検出手段での位置である基準位置と、測定すべき検査物に前記一次光を照射したときに得られる各分離光の光検出手段での位置である測定位置との偏差に基づいて、前記測定対象領域の平面度に係る値を算出するものである請求項１乃至４いずれか記載の平面度測定装置。
6. 前記光源が、コヒーレントな平行光を射出するレーザである請求項１乃至５いずれか記載の平面度測定装置。
7. 前記検査物が移動するものであり、該検査物に付帯してその位置及び／又は姿勢を検出する位置検出手段が設けられている場合において、前記位置検出手段からの出力である検査物位置情報を取得するとともに、該検査物位置情報に基づいて、前記測定対象領域の検査物における絶対的な位置を特定する測定領域特定部をさらに備えている請求項１乃至６いずれか記載の平面度測定装置。
8. 請求項１乃至７いずれか記載の平面度測定装置を用いて平面度を測定する平面度測定方法であって、測定対象領域と平面度測定装置とを相対的に移動させ、測定対象領域を走査することを特徴とする平面度測定方法。
9. 次の測定までの相対移動距離が、測定対象領域において１つの分離光が由来する部分領域である単位領域と、隣の単位領域との離間距離よりも小さく設定してある請求項８記載の平面度測定方法。
10. 前記検査物の位置及び／又は姿勢を検出し、該位置及び／又は姿勢に係る情報である検査物位置情報に基づいて、前記測定対象領域の検査物における絶対的な位置を特定する請求項８又は９記載の平面度測定装置。