(57)【要約】【課題】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。【解決手段】被検査体３を載置台５に載置し、レーザ発光器１０により発光されたビーム光をポリゴンミラー２２で等角速度走査し、ｆθレンズ５０を介して、被検査体３表面を走査する。被検査体３表面から反射されたレーザ光をシリンドリカルレンズ６０で集光し、載置台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２つのビーム光検出センサ（第１及び第２レーザ光検出センサ３０，３２）でレーザ光を検出した時間差及び２つのビーム光検出センサ３０，３２の間の距離ｄ２、被検査体３表面からの距離Ｌに基づいて、被検査体３の表面の曲率を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平９−５０１２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】曲率測定装置１の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
【数１】
2011169796.tif 000003
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。
【００７８】
【数２】
2011169796.tif 000004
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。
【００７９】
【数３】
2011169796.tif 000005
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。
【００８０】
【数４】
2011169796.tif 000006
（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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
［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。
【００９２】
（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。
【００９３】
（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。
【００９４】
（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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【符号の説明】
【００９９】
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。
【図１】
2011169796.tif 000007
【図２】
2011169796.tif 000008
【図３】
2011169796.tif 000009
【図４】
2011169796.tif 000010