(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の対象の両側部から反射された光信号間の位相差を計測するための装置において、この装置が、
第１の入射平面において該第１の対象の第１の面に向かって第１の入射光信号を伝送するための第１の光源と、
該第１の面で反射された第１の反射光信号から、第１の位相を有する第１の混合された反射偏光光信号構成要素と、該第１の位相とは異なる第２の位相を有する第２の混合された反射偏光光信号構成要素とを分離するための第１の偏光スプリッタであって、該第１の偏光スプリッタにおいて、該第１の混合された反射偏光光信号構成要素は、該第１の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備しており、該第２の混合された反射偏光光信号構成要素は、該第１の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備する、第１の偏光スプリッタと、
該第１の混合された反射偏光光信号構成要素の第１の強度を検知するための第１の検知器と、
該第２の混合された反射偏光光信号構成要素の第２の強度を検知するための第２の検知器と、
該第１と第２の強度に基づいて、該第１と第２の混合された反射偏光光信号構成要素間の第１の位相差を決定するための第１の位相決定器と、
第１の入射平面とは異なる第２の入射平面において、該第１の対象の第２の面に向かって第２の入射光信号を伝送するための第２の光源と、
該第２の面で反射された第２の反射光信号から、第３の位相を有する第３の混合された反射偏光光信号構成要素と、該第３の位相とは異なる第４の位相を有する第４の混合された反射偏光光信号構成要素とを分離するための第２の偏光スプリッタであって、該第２の偏光スプリッタにおいて、該第３の混合された反射偏光光信号構成要素は、前記第２の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備しており、前記第４の混合された反射偏光光信号構成要素は、前記第２の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備する、第２の偏光スプリッタと、
該第３の混合された反射偏光光信号構成要素の第３の強度を検知するための第３の検知器と、
該第４の混合された反射偏光光信号構成要素の第４の強度を検知するための第４の検知器と、更に
該第３と第４の強度に基づいて、該第３と第４の混合された反射偏光光信号構成要素間の第２の位相差を決定するための第２の位相決定器と、
を具備する装置。
【請求項２】
該第１の対象が、磁気ディスク又はシリコンウエファーのいずれか一方である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該第１の対象が透明なガラス基板である請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該第１の位相差に基づいて、該第１の面上の潤滑剤の厚みを決定するための第１の厚み決定器を更に具備する請求項２に記載の装置。
【請求項５】
該第２の位相差に基づいて、該第２の面上の潤滑剤の厚みを決定するための第２の厚み決定器を更に具備する請求項４に記載の装置。
【請求項６】
該第１の位相差に基づいて、該第１の面上のカーボン層の厚みを決定するための第１のカーボン厚み決定器を更に具備する請求項２に記載の装置。
【請求項７】
該第２の位相差に基づいて、該第２の面のカーボン層の厚みを決定するための第２のカーボン厚み決定器を更に具備する請求項６に記載の装置。
【請求項８】
該第１の位相差に基づいて、該第１の面の磁気特性を決定するための第１の磁気識別器を更に具備する請求項２に記載の装置。
【請求項９】
該第２の位相差に基づいて、該第２の面の磁気特性を決定するための第２の磁気識別器を更に具備する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
該第１の位相差に基づいて、該第１の面の磁気光カー効果を計測するための第１のカー効果決定器を更に具備する請求項２に記載の装置。
【請求項１１】
該第１と第２の強度に基づいて、前記第１の面上の第１の位置に第１の欠陥が存在するかどうかを決定するための第１の欠陥決定器を更に具備する請求項２に記載の装置。
【請求項１２】
２つの光信号の各々の位相のずれを計測するための方法において、この方法が、
第１の入射平面において第１の対象の第１の面に向かって第１の入射光信号を伝送する手順と
該第１の面で反射された第１の反射光信号から、第１の位相を有する第１の混合された反射偏光光信号構成要素と、該第１の位相とは異なる第２の位相を有する第２の混合された反射偏光光信号構成要素とを分離する手順であって、この手順において、前記第１の混合された反射偏光光信号構成要素は、該第１の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備しており、前記第２の混合された反射偏光光信号構成要素は、該第１の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備する、分離する手順と、
該第１の混合された反射偏光光信号構成要素の第１の強度を検知する手順と、
該第２の混合された反射偏光光信号構成要素の第２の強度を検知する手順と、
該第１と第２の強度に基づいて、該第１と第２の混合された反射偏光光信号構成要素間の第１の位相差を決定する手順と、
前記第１の入射平面とは異なる第２の入射平面において、該第１の対象の第２の面に向かって第２の入射光信号を伝送する手順と、
該第２の面で反射された第２の反射光信号から、第３の位相を有する第３の混合された反射偏光光信号構成要素と、該第３の位相とは異なる第４の位相を有する第４の混合された反射偏光光信号構成要素とを分離する手順であって、この手順において、前記第３の混合された反射偏光光信号構成要素は、前記第２の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備しており、前記第４の混合された反射偏光光信号構成要素は、前記第２の入射光信号の入射平面に対してＰ偏光光及びＳ偏光光を共に具備する、分離する手順と、
該第３の混合された反射偏光光信号構成要素の第３の強度を検知する手順と、
該第４の混合された反射偏光光信号構成要素の第４の強度を検知する手順と、更に
該第３と第４の強度に基づいて、該第３と第４の混合された反射偏光光信号構成要素間の第２の位相差を決定する手順と、
を具備する方法。
【請求項１３】
前記第１の入射平面と前記第２の入射平面はお互いに実質的に垂直である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該第１の対象が、磁気ディスク又はシリコンウエファーのいずれか一方である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
該第１の対象が透明なガラス基板である請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
該第１の対象の前記第１の面の第１の位相ずれイメージを生成する手順と、
該第１の対象の前記第１の面の第２の位相ずれイメージを生成する手順と、更に
前記第１の位相ずれイメージと前記第２の位相ずれイメージを共に加えて、該第１の対象の前記第１の面上の模様により生成された信号を減少させる手順と、
を更に具備する請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
該第１の対象の前記第１の面の第１の位相ずれイメージを生成する手順と、
該第１の対象の前記第１の面の第２の位相ずれイメージを生成する手順と、更に
前記第１の位相ずれイメージを前記第２の位相ずれイメージから差し引いて、該第１の対象の前記第１の面上の模様により生成された信号を減少させる手順と、
を更に具備する請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の入射光信号を伝送する手順の後で、該第１の対象の第２の面で反射した光信号を遮断して、該第１の対象の前記第２の面で反射された該光信号の検知を阻止する手順を更に具備する請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の計測及びシリコンウェファー、磁気薄膜ディスク及び透明で被覆されたガラス基部上の欠陥の計測を目的としており、より特別には、薄膜の吸収層の非ブルースター角（ｎｏｎ−Ｂｒｅｗｓｔｅｒ‘ｓ  ａｎｇｌｅ）を含む多くの角度において薄膜ディスクの方向を向くレーザーを使用して、薄膜厚みの計測及び摩耗、面粗度、引っ掻き傷、粒子、歪み、窪み、マウンド、表面地形、段差高さ及び含有物の計測を目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
被覆された薄膜ディスクは、半導体及び磁気ハードディスクの工業分野を含む種々の工業分野において使用される。コンピュータ用ハードディスク（磁気記憶装置）は不揮発性メモリデバイスであり、そのメモリデバイスは多量のデータを貯蔵可能である。ハードディスクの製造者が経験する１つの問題は、ハードディスクの稼動寿命を最大にする方法である。ハードディスクが故障すると、そこに貯蔵されたデータを回復することは、困難か、高価か又は不可能であり得る。ハードディスクの不具合は、薄膜ディスクの表面における欠陥により生じ得る。これらの欠陥を検知し分類し得ることは、ディスクドライブの故障の防止及び製造工程の管理のために、非常に重大である。
【０００３】
磁気記憶装置において使用される薄膜ディスクの図解図を図１に示す。それは、基部１０８（一般的にＮｉＰメッキされたＡｌ−Ｍｇ合金又はガラス）上に沈積された磁気薄膜（層）１０６を具備する。磁気薄膜１０６は、薄膜カーボン１０４（カーボン層）により保護可能であり、例えばその厚みは一般的に２０から２００オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍ）である。カーボン層１０４は一般的に、フルオロカーボン潤滑剤１０２（潤滑層）の薄層により（１０から３０オングストローム）により被覆される。潤滑剤１０２は、特に磁気読み／書きヘッドがディスクに接触する場合に、例えばディスクドライブが切られた場合に、設けられたカーボン層１０４の耐久性を増大するように作用する。ハードディスクドライブの分野は、薄膜ディスクの表面のより近くに薄膜ヘッドを飛ばすこと（ｆｌｙｉｎｇ）により記憶容量を劇的に改善してきた。その結果非常に小さな欠陥でさえもハードドライブの誤作動を生じ得る。これらの欠陥は、例えば引っ掻き傷、窪み、マウンド又は粒子等の形状的な（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ）ものであり得るか、又は歪みや含有物等の非形状的なものであり得る。欠陥の全てのタイプを計測してディスク製造工程を管理し、更にディスクドライブ製造の歩留まりを改善することが必要である。
【０００４】
半導体ウエファーの図解図が図２に示される。半導体ウエファーの構造は非常に複雑であり得るが、図２は銅の二重ダマスカス（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）プロセスが実施されたウエファーの単に一例を示す。図２を参照すると、銅層２０１と、第２のプラズマ促進式（ｅｎｈａｎｃｅｄ）化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）酸化層２０２と、第１のＰＥＣＶＤ酸化層２０３と更にシリコン基部２０４が図示される。銅層２０１は、経由孔及び銅線だけが残るまで、化学機械式研磨（ＣＭＰ）プロセスにより研磨される。問題は、ＣＭＰプロセスが残余の銅、窒化物、又はＣＭＰスラリをウエファー表面に残す可能性があることである。更に、歪み、粒子、引っ掻き傷及び微細な波形状が研磨ウエファー上に存在する可能性があることである。その様な欠陥を検知計測してウエファー製造プロセスを管理することが必要である。より欠陥が少ないことがまた、プロセスの終了において、よりウエファー歩留まりが良いことを意味するであろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ハードディスク、半導体及び光通信の分野における問題は、例えば粒子、引っ掻き傷、窪み、マウンド、歪み、形状的不規則性及び含有物等の欠陥に関するこれらの磁気ディスク及びウエファーの検査である。これらの問題を解決する従来技術は、米国特許第４，６７４，８７５号、米国特許第５，６９４，２１４号、米国特許第５，７４８，３０５号及び米国特許第６，１５７，４４４号に開示される。これらの特許は、基本的に複雑なスキャタロメーター（ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｅｒｓ）及び反射計を使用して欠陥を計測する技術を開示する。これらの装置（システム）において、形状的及び非形状的欠陥の同時計測が可能なものはない。本発明は、組み合わせ式反射計、スキャタロメーター、偏光解析器、粗面計及びカー効果（Ｋｅｒｒ  ｅｆｆｅｃｔ）顕微鏡の使用によりこの計測を可能にする。
【０００６】
必要なものは、薄膜ディスク、シリコンウエファー及び透明ウエファーの検査用装置（システム）及び方法であり、即ち、（１）  形状的及び非形状的欠陥の計測、（２）  これらの基部上の光学的外形の計測、（３）  同時計測の実施可能、（４）  薄膜の厚みの計測、（５）  パターン又は非パターンのシリコン又は光通信用ウエファーにおける計測可能、（６）  現場又はラインにおける実施、（７）  透明基部の一方側だけの計測、の装置（システム）及び方法である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
形状的及び非形状的欠陥の計測、及び薄膜磁気ディスク、シリコンウエファー及び透明基部における形状の計測のための装置（システム）及び方法。本発明は、薄膜ディスク又はシリコンウエファー上の欠陥の高さの計測を可能にしており、第１の角度において薄膜磁気ディスク上の第１の位置に向かって第１の信号を発生するための第１の電磁式信号発生源と、第２の角度において薄膜磁気ディスク上の第１の位置に向かって第２の信号を発生するための第２の電磁式信号発生源と、第１の位置を変化するために対象を回転するための回転（スピニング）装置と、対象から反射する該第１の信号の一部分を受信するためで且つ第１の信号の半径方向部分（Ｓ１ｒ）及び該第１の信号の円周方向部分（Ｓ１ｃ）を決定するための第１の位置検知器と、対象から反射する第２の信号の反射された部分を受信するためで且つ第２の信号の半径方向部分（Ｓ２ｒ）及び第２の信号の円周方向部分（Ｓ２ｃ）を決定するために第１の位置検知器から直角で位置決めされた第２の位置検知器と、を有する。
【０００８】
本装置（システム）はまた、Ｓ２ｃとＳ１ｃ間の相違に基づいた第１の位置の高さを決定するためのプロセッサを具備しており、それは傾斜情報を具備しない。本装置はまた、光学的波動の位相ずれ（シフト）の計測により形状的及び非形状的欠陥の計測を可能にする。本発明の形態は、データから半導体パターンを除く能力であり、更にパターン化されたシリコン又は光通信用ウエファー上の欠陥の存在を検知する能力を向上するための能力である。ディスク又はウエファーの両側部における計測を可能にする幾つかの縮小された実施の形態が提案される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態は、同様な参照番号が同一又は機能的に同様である要素を指定する図面を参照して開示される。また図面において、各参照番号の左の最大部の数字は、参照番号が最初に使用される図面に対応する。
【００１０】
図３は、本発明の一実施の形態に従う薄膜の特性計測のための装置の図面である。装置は焦点を合わせられる（ｆｏｃｖｓｅｄ）レーザー光信号を使用しており、その伝搬角度θ（図３に示されるように）は、法線から０度と法線から９０度との間にあることができる。
【００１１】
装置３００の一実施の形態は、例えばカリフォルニア、ＳｕｎｎｙｖａｌｅのＨｏｅｔｒｏｎ社によりコリメートされた（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ）日本の京都のローム（Ｒｏｌｍ）社から入手可能なＲＬＤ６５ＭＺＴ１又はＲＬＤ−７８ＭＤ等の従来のレーザーダイオード３０１と、例えばカリフォルニア、ＩｒｖｉｎｅのＮｅｗｐｏｒｔ社から市販で入手可能な例えばＰｏｌａｒｃｏｒから製造された従来のリニア（直線）偏光器（ポラライザ）３０２と、カリフォルニア、ＬｉｖｅｒｍｏｒｅのＣＶＩ  Ｌａｓｅｒから市販で入手可能な従来のゼロオーダー（次）の半波長板（ｈａｌｆ  ｗａｖｅ  ｐｌａｔｅ）３０３と、カリフォルニア、ＩｒｖｉｎｅのＮｅｗｐｏｒｔ社から市販で入手可能な従来の焦点調整（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）レンズ３０４と、カリフォルニア、ＩｒｖｉｎｅのＮｅｗｐｏｒｔ社から市販で入手可能な従来の鏡３０５と３０８と、を具備する。Ｎｅｗｐｏｒｔ社より手配可能なコリメート（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ）レンズ３０９と、ＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ社より入手可能なゼロオーダー（次）の四分の一波長板３１０と、ＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ社より入手可能な入射板に対して４５度で回転される従来の偏光ビームスプリッタ３１２と、日本の浜松市のはままつ（浜松）社から入手可能な一対の従来の四分儀（クアドラント）検知器３１１と３１３と、カリフォルニア、ＣａｍａｒｉｌｌｏのＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｘ社より入手可能な従来のアバランシェ(ａｖａｌａｎｃｈｅ)フォトダイオード３１４と、半波長板３０３を回転するためのカリフォルニア、ＢｕｒｌｉｎｇａｍｅのＭａｘｏｎ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｏｔｏｒｓより入手可能な従来のモーター３１５。
【００１２】
装置３００が本発明の一実施の形態であること及びこれとは別の設計が本発明から逸脱することなく使用可能であることは、当業者には明白であろう。装置３００のオペレーションは以下でより詳細に説明される。
【００１３】
レーザーダイオード３０１は、薄膜ディスク、シリコンウエファー、光通信用ウエファー又はガラス基部３０６に対して電磁信号を発する。実施の形態において電磁信号は、広い種類の波長が使用可能であるが、７８０又は６５５ナノメーター（ｎｍ）の波長を有する光信号である。光信号の伝搬の角度は０から９０度の間の任意の角度θであり得る。
【００１４】
レーザーダイオードがレーザー出力を監視するための内部のフォトダイオード有することは良く知られている。光の強度を制御するためのフィードバック制御回路の実施の形態は、レーザーダイオードの内部にあるフォトダイオードを使用することである。このフォトダイオードはレーザーダイオードの内部にあり、負のフィードバック回路に制御信号をフィードバックしており、そうすることによりレーザーの強さを一定値で保持する。レーザーの出力を概略一定に保持するこれとは別の手段は、レーザーダイオードの電流を制御すること、即ちダイオードレーザーを定電流モードで作動することである。レーザーダイオードは、月の期間での出力の非常に遅い減少を示す。スキャン時間が５ないし１０分より短い限り、レーザーの光学的出力はスキャンにおいて一定に保持される。この技術の利点はその単純性にある。
【００１５】
レーザー出力の長期間のドリフト（ずれ）は、標準の反射器を最初に計測することにより及びこれを使用して計測された信号を正規化する（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）ことにより装置（システム）の外でキャリブレーションされても良い。信号の値は、標準の（既知の）反射器について最初に計測されて、その後ディスク又はウエファーが計測される。標準の反射器の計測に任意のドリフトが存在した場合には、全てのデータはこのドリフト量に関して訂正される。結局長期間のドリフトは、定電流モードで運転される場合でさえも補正されても良い。発せられた光はリニア偏光器３０２を通過する。リニア偏光器３０２はレーザー光信号のリニア偏光を改善する。
【００１６】
リニアに偏光された光は機械的に回転可能なゼロオーダーの半波長板３０３を通過する。半波長板３０３は小型モータ３１５に固定されており、該モータは、Ｐ偏光（入射平面に平行）、Ｓ偏光（入射平面に垂直）及び４５度偏光（ＰとＳの間）との間で偏光を動的に回転可能である。偏光は、焦点調整レンズ３０４を通過して、回転鏡３０５により、薄膜磁気ディスク、シリコンウエファー又は透明基部３０６に向けられる。反射信号は別の回転鏡３０８により検知光学系に向けられて、別のレンズ３０９によりリコリメートされる。信号の散乱構成要素は、アバランシェフォトダイオード３１４により検知される。リコリメートされたビームは、ゼロオーダーの四分の一波長板３１０を通過し、該四分の一波長板３１０は、ビームの偏光を調整するように使用されるので、等量のエネルギが四分儀光検知器３１３と３１１に向けられる。四分の一波長板３１０を通過後にビームは、入射平面に４５度で回転された偏光ビームスプリッタ３１２により分割される。これとは別の実施の形態において、偏光ビームスプリッタは、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎプリズム又はＧｌａｎ  Ｔｈｏｍｐｓｏｎ又はＲｏｃｈｏｎプリズムのビームスプリッタであっても良い。スプリットビームは、２つの四分儀検知器３１３と３１１に向けられる。四分儀検知器は、スプリットビーム間の位相ずれ（シフト）、反射率（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）、半径方向及び円周方向における光学的プロファイル（形状）、及びカー回転（もし基部３０６の膜が磁性である場合には）を計算するように使用される。四分儀検知器からの出力は、従来のアナログ−デジタル変換器によりデジタル化されて、従来のパソコンのメモリーに送られる。信号はその後パソコンにより解析されて、欠陥を検知し、形状を計測し、更に歪みが計測される。全体の光学装置３００は、半径方向に該装置を駆動するステージ上に設置される一方で、モータ３０７はサンプル３０６を回転する。この方法においてサンプル３０６の全面は、欠陥をスキャンされても良い。
【００１７】
スピンドル又はモータはディスクを高速で回転しており、例えば３６０回転する際に１０２４パルス発生するエンコーダを具備する。このエンコーダは、ディスク周囲の円周位置を決定するように使用される。本発明は、ディスクの円周周りの位置の決定において非常に高い解像度を適用することが好ましい。このことは、位相ロックループ(ｐｈａｓｅ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ)を使用して実施されて、選択可能な係数（ファクタ）をエンコーダ信号に乗ずる。位相ロックループは１０２４のエンコーダパルスを乗じており、エンコーダにおける任意の速度ジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）を追跡する能力を有する。この形態は、横の解像度の損失無しで、繰り返される回転の平均化の実施を可能にする。即ち、その後の（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ）回転はお互いに位相内にあり、平均化する場合に結果生じる像はジッタ効果により損傷され（ｓｍｅａｒｅｄ）ない。平均化は信号−ノイズ比を改善するように実施される。
【００１８】
図４は、光学粗面計の頂面図の設計を示しており、それは高さだけで且つ直接高さを計測可能であり、即ちそれは傾斜を計測しないで高さを計測可能である。それはまた、高さに依存しない面の傾斜も計測可能である。これは、傾斜と高さを共に同時に計測する以前の光学粗面計とは異なる。その様な装置により高さは、傾斜情報の積分により傾斜データから求められる。しかしもし傾斜情報が、高さ情報により悪影響を与えられる場合には、積分は正しい面形状を与えない。問題は、高さ情報のみを含んでいて傾斜と高さの両者の組み合わせを含まないデータを求めることである。図４から７を参照して図示され説明される設計により、２つのレーザーとお互いに対して直角の向きを有する２つの位置検知用検知器（ＰＳＤ）の使用によりこれが実現される。
【００１９】
位置検知用検知器（ＰＳＤ）は、四分儀検知器であり、それは図４に示すような向きである。ＰＳＤは、適切なＰＳＤ四分儀（ｑｕａｄｒａｎｔｓ）を減じることにより半径方向及び円周方向においてビームの変位を計測する。レーザービームが計測されるべき対象の面に沿って移動する際に、面の粗さ及び波動は、面の傾斜に応じてレーザービームを四分儀検知器上で「揺れ動か（ｗｉｇｇｌｅ）」す。四分儀検知器は、一対の四分儀の合計を別の対の合計から減じることによりこれを計測する。例えば図６を参照すると、円周方向の面の傾斜は、[(A1+B1)−(C1+D1)]／[A1+B1+C1+D1] で与えられており、ここで分母の４つの四分儀の合計は、反射率の相違に関して正規化する（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）ために使用される。同時にもし検知器からの面の平均距離が変化すると、四分儀検知器におけるビームの平均位置は変化する。上記の等式における結果生じる相違の信号は、実際に面高さに相違が発生すると、傾斜の変化を記録する。問題は、傾斜変化を高さ変化から分離可能であることである。これは、半径方向における傾斜を考慮することにより実現可能であり、それは図６を参照して求められて更に[(A1+D1)−(B1+C1)]／[A1+B1+C1+D1] で与えられる。半径方向の傾斜に関する等式は、半径方向におけるビームの「揺れ動き」を計測する。半径方向の傾斜の場合において、もし検知器からの面の平均距離が変化する場合には、ビームは単純に、A1+D1をB1+C1から分離する線に沿って動く。結果として半径方向の傾斜信号は、面高さが変化する場合に変化せず、半径方向の傾斜に関する等式は傾斜だけを記録し、高さの変化は記録しない。
【００２０】
レーザービームの向きが９０度（図４のレーザー２とＰＳＤ２による様に）で回転される場合に、半径方向及び円周方向の傾斜の挙動は逆である。レーザー２とＰＳＤ２の場合において、円周方向の傾斜の等式は、傾斜の変化のみを記録し、高さの変化は記録しない。他方においてレーザー２に関して、半径方向の傾斜の等式は、傾斜と高さの変化の両者を記録する。レーザー１と２の両者の出力ビームは面（図４に示すように）上の同じ位置に配置されるので、レーザー１とＰＳＤ１からの半径方向の傾斜の等式を、レーザー２とＰＳＤ２からの半径方向の傾斜の等式から減じることが可能である。結果生じる減算は、高さ情報だけを含み、傾斜情報は含まない。レーザー１とＰＳＤ１からの円周方向の傾斜の等式を、レーザー２とＰＳＤ２からの円周方向の傾斜の等式から減じることにより同じ情報を求めることもまた可能である。半径方向の傾斜（高さ情報なしで）は、レーザー１とＰＳＤ１からの半径方向の傾斜の等式の選択により求めることが可能である。円周方向の傾斜（高さ情報なしで）は、レーザー２とＰＳＤ２からの円周方向の傾斜の等式の選択により求めることが可能である。この方法において、面の高さの変化及び傾斜の変化を独立に計測することが可能である。
【００２１】
本光学式粗面計のこれとは別の実施の形態において図５に示すように、単一のレーザーが使用されており、複合角度の方向を有する５０／５０の鏡５０４は、第２のビームを図５の５０２の符号の位置を向く面に向かわせる。５０／５０の鏡５０４を通過するビームは、図５の５０１の符号の位置を向く面に向かわせる。計測されるべき対象の全面は、両ビームによりスキャンされて、面の少なくとも２つの像を生じる。生じる像は記憶されてデジタルでシフトされるので、生じる像は同じｘ、ｙ位置で形状計測される（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）対象を有する。結果生じて送られる像はその後、上記のような方法で高さ形状を与えるために減じられても良い。本実施の形態の利点は、それが単一のレーザーだけを使用し且つ少ない光学構成要素を使用しており、更に２つのビームのビーム形状が同一であることである。
【００２２】
レーザー１とＰＳＤ１は通常、半径方向の信号Ｓｒと円周方向の信号Ｓｃを計測する。しかしＰＳＤの性質は、傾斜情報に加えて、高さ情報のにより悪影響されるレーザー１とＰＳＤ１からのＳｃを生じる。レーザー１とＰＳＤ１からのＳｒは傾斜情報のみを含む。レーザー２とＰＳＤ２はまた通常は、半径方向と円周方向の傾斜を計測する。しかしレーザー２とＰＳＤ２からのＳｒは、レーザー１とＰＳＤ１からのＳｒのように、同じ位置で傾斜と高さの両者を計測する。結果として真の高さの変化は、レーザー２とＰＳＤ２からのＳｒをレーザー１とＰＳＤ１からのＳｒから減じることにより求め得る。即ち傾斜情報は、ＰＳＤ２からのＳｒをＰＳＤ１からのＳｒから減じることにより削除し、高さ情報のみを残す。
【００２３】
同様な結果は、傾斜情報のみを含むＰＳＤ２からのＳｃを減じることにより求め得る。結果としてＰＳＤ２からのＳｃをＰＳＤ１からのＳｃから減じることは、高さ情報のみを含むデータを与える。結果は高さの直接計測である。この技術の利点は、それが高さの直接計測を与えており、それが高速で非接触な方法で実施可能であることである。この技術はまた、９０度の段差角度で段差高さを計測可能である。従来の装置は、傾斜の計測を使用しており、９０度段差高さの計測は可能ではない。
【００２４】
図６は光学粗面計の側面図の設計を示す。この図は、側面図の設計を簡単に示すために、レーザー１とＰＳＤ１のみを示す。図６において、光学粗面計は、薄膜ディスク又はウエファーの上に配置されており、ディスク又は半導体ウエファーが回転される間に、半径方向に移送されることが分かる。
【００２５】
図６に示される入射角度（θ）は、特定の用途に関して選択可能である。任意の入射角度は、垂直入射以外は選択可能であり、ここではＰＳＤは高さの感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）は有さない。透明基部を含む用途に関して、面からの反射信号を増大するために、４５度より大きい角度を選択可能である。入射角度が増大するので、高さの感度はまた、ファクター（係数）ｓｉｎ（θ）／ｃｏｓ2（θ）により増大する。このファクターのプロットは図７に示される。このことは、必須ではないが概略６０度以上の入射角度が最適であると暗示する。６０度より大きな角度において感度は増大し、透明面からの信号は増大する。本発明では、２つのレーザーの焦点が合わされたスポットの寸法は実質的に同一であり、レーザースポットは出来る限り接近して重なることが必要である。
【００２６】
磁気記録産業における問題は、ディスク製造の最終テスト段階における欠陥に関する薄膜ディスクの検査である。薄膜ディスクの製造において、薄膜ディスクの両側が同時に検査される必要がある。問題はディスクとチャック（ディスクを保持する）との間の間隙が２５．４ｍｍ（１インチ）以下（図１３参照、１３０４）しかないことである。このことは、光学系（ｏｐｔｉｃｓ）が、ディスクとチャックとの間の小さな空間内に当てられるために小型化されることが必要である（図１３参照）。この問題の解決案は、図８，９，１０と１１の光学設計の使用により実現可能である。これらの設計は、従来の装置に関して幾つかの重要な改善を有しており、装置の性能を低下させないで小型化の設計を可能にする。先ず第１に該設計は、レーザーダイオード８０１内に具備される内部フィードバックフォトダイオードを使用して、光信号のＤＣレベルの安定化を実現する。第２に入射角度θは、計測器の高さを減少するように調整されるので、それは２５．４ｍｍ（１インチ）空間要求の範囲内で適合する。第３に計測器の面形状計測能力の形態は、図８と９に示される位相（ｐｈａｓｅ）／スペキュラー（ｓｐｅｃｕｌａｒ）検知器８０８と８０９内に組み込まれる。位置検知用検知器８０８と８０９（四分儀検知器）は、位相検知器、スペキュラー検知器の両者、及び形状計測用検知器として機能する。
【００２７】
第４に寸法は、図８に示されるＷｏｌｌａｓｔｏｎプリズム８０７の代わりであって図９に示される偏光ビームスプリッタ９０１の使用により減じられても良い。偏光ビームスプリッタ８０７即ちＷｏｌｌａｓｔｏｎプリズム９０１は、入射平面に対して４５度で回される。本発明のこれとは別の実施の形態では、ビームを非垂直構成要素に分割するビームスプリッタが使用可能であり、それは以降のセクションにおいて検討される。第５に２つの球状の鏡１００４と１００６を使用してビームを図１０に示されるようなディスクに向けることは、横の寸法におけるサイズを減少する。鏡１００４と１００６は、図１０に示されるように複合角度で調整される。これはまた、“Ａ”方向に沿った図１０の図である図１１に示されており、そこでは複合角度にある鏡は、１１０２と１１０４である。これらの鏡はビーム１１０３をディスク又はウエファー１１０１に向ける。ビームをディスクに向けるのに加えて、球状の鏡はまたビームを小さなスポットに焦点を結ばせる。球状の鏡の使用に対するこれとは別の実施の形態は、図１２に示される焦点調整レンズ１２０１との組み合わせで平面鏡１２０２と１２０３を使用することである。ビームがディスクを当たる点の上に配置されるシリコン光検知器又はアバランシェフォトダイオード１２０４が図１２にやはり示される。この要素は、サブミクロン粒子の検知を可能にする。アバランシェフォトダイオード１２０４はカリフォルニア、ＣａｍａｒｉｌｌｏのＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｘ社より入手可能である。
【００２８】
図８を参照するとダイオードレーザー８０１からのレーザービームは、リニア偏光器８０２を通過して、更に焦点調整レンズ８０３を通過しディスク又はウエファー８０４に当たる。面からの反射においてビームは、リコリメートレンズ８０５、四分の一波長板８０６及びＷｏｌｌａｓｔｏｎプリズム８０７等の偏光ビームスプリッタを通過しており、Ｗｏｌｌａｓｔｏｎプリズム８０７等の偏光ビームスプリッタは、入射平面に対して４５度で及び２つの四分儀検知器８０８と８０９において回転される。
【００２９】
図８を参照するとスペキュラー信号は、位置検知用検知器１，８０９からの信号と、位置検知用検知器２，８０８の合計掛ける定数κとの合計により求められる。
スペキュラー信号＝(A1+B1+C1+D1) + κ * (A2+B2+C2+D2)
【００３０】
波（ＰＳ）の２つのスプリットビーム間の位相ずれは、検知器２，８０８の合計掛ける定数κから検知器１，８０９の要素の合計を減じることにより求め得る。
ＰＳ＝(A1+B1+C1+D1) − κ * (A2+B2+C2+D2)
【００３１】
図８、検知器１，８０９を参照すると、円周方向の傾斜（ＳＣＤ）は次の式により与えられる。
ＳＣＤ＝[(B1+C1)−(A1+D1)] ／ (A1+B1+C1+D1)
半径方向の傾斜（ＳＲＤ）は次の式により与えられる。
ＳＲＤ＝[(A1+B1)−(C1+D1)] ／ (A1+B1+C1+D1)
【００３２】
円周方向及び半径方向における形状は、円周方向又は半径方向の傾斜の積分により、それぞれ求められる。傾斜信号はまた、１に関して２を減じることに関してを除いて、上記に示すような同じ等式により、検知器２，８０８から求め得る。
【００３３】
図８，９，１０と１２の設計の使用は、カーボン層の、サブミクロンの引っ掻き傷、粒子、歪み、窪み、マウンド、取り扱い損傷、摩耗、外径の損傷及び汚染の計測を可能にする。この設計はまた、カー回転角度の計測により長手方向のカー効果を計測可能である。この設計の利点は、検知器により可能になるその小さな寸法であり、それ（該検知器）は、位相ずれ、スペキュラー反射率、半径方向及び円周方向の傾斜、及び散乱光の計測を組み合わせる。
【００３４】
薄膜ディスク１３０２の頂部及び底部に設置されても良い小型の光学系設計の一実施の形態は図１３に示される。結果生じる組み合わせは、ステッパ又はＤＣサーボモータ駆動式ステージ１３０８によりディスク面上において移送される。スピンドルモータ１３０６は、光学系１３０１が半径方向で移送される間にディスクを回転して、ディスク面の１００％について欠陥を計測しも良い。装置全体はベースプレート１３０７に設置される。電子パッケージはステッパモータ１３０３上に設置される。ディスクは真空チャック１３０５上に設置されており、それは高速で回転される。
【００３５】
透明ガラス基部１４０６及び別の透明な対象の検査における問題は、頂面及び底面から信号を分離することである。これは、底面１４０５からの信号を遮断して頂面反射１４０３に影響させない空間フィルタ１４０４の使用により実現可能である。図１４は、光学面分析器（ＯＳＡ）の光学的設計におけるこれを示す。入射光ビームは１４０１である。
【００３６】
空間フィルタ１４０４は、一体式球１４０２の底面に取り付けられた小さな楔（ウェッジ）の形状である。空間フィルタの位置は、底面反射１４０５を丁度遮断するように調整されており、頂面反射１４０３との干渉は生じない。本発明は、透明ガラスディスク又はウエファー１４０６の頂面及び底面からの情報を分離可能にする。本発明はまた、ニオブ酸リチウム、石英ガラス、フォトレジスト及び別の透明な酸化物等の任意の透明な媒体に適用される。
【００３７】
これとは別の設計は、空間フィルタが一体式球の底部に取り付けられることを必要としない。例えば一体式球は、削除されても良く、空間フィルタは光学系本体の任意の別の地点に取り付けられても良い。空間フィルタは透明基部の十分近くに設置されるべきであるので、頂面及び底面からの反射は横の平面において分離される。この方法において、空間フィルタによる底面反射を遮断し影響されない頂面反射を残すことが可能である。
【００３８】
半導体ウエファーの計測における問題は、ＣＭＰ（化学機械的研磨）処理により生じる欠陥の検知である。これらの欠陥は、残留銅、窒化物、スラリー、粒子、引っ掻き傷及び歪みであり得る。計測は、半導体ウエファーがそれらの表面に複雑なパターンを有することにより複雑化される。目的は、半導体ウエファーの表面上の半導体デバイスの複雑なパターンから欠陥を分離することである。これは図１５に示される設計により実現可能である。装置は、入射光ビームのＰとＳ偏光構成要素間の位相ずれを計測するための手段、及び面の形状の計測手段により構成される。装置はレーザー１５０１と偏光器１５０２により構成される。レーザーは、焦点調整レンズ１５０３と、モータ１５０６により回転されても良いウエファー又はディスク１５０５にビームを向ける鏡１５０４に向けられる。反射されるビームは、別の鏡１５０７によりコリメートレンズ１５０８に向けられて、四分の一波長板１５０９を通過する。四分の一波長板を通過する信号は、入射平面に対して４５度を向く偏光ビームスプリッタ１５１１に向けられる。スプリットビームは２つの光検知器１５１０と１５１２により計測される。入射ビームの位相ずれ（シフト）は光検知器１５１０と１５１２の振幅における相違に比例する。
【００３９】
スプリットビーム間の位相ずれが計測される場合に、半導体パターンラインの方向は計測された位相ずれに実質的な影響を有することが分かっている。所望されるものは、半導体パターンを除去し更に欠陥の強調である。
【００４０】
これを実現するための手段は、図１６に示されるような２つの垂直ビームによりウエファーに像を形成する（ｉｍａｇｅ）ことである。図１５に示される光学経路（パス）は、図１６に示される各ビームを生成する。図１６のレーザーの１つ１６０１及び検知器の１つ１６０２は、半導体パターンラインの方向に依存する１つの特定の振幅を有する面の位相ずれのイメージを生成する。レーザーの２，１６０３及び検知器の２，１６０４は、横の形状は同一であるがレーザーの１，１６０１と検知器の１，１６０２により生成されるものに対して振幅が逆の特定の振幅パターンを有する。これは、レーザーの１と２の光ビームの方向がパターンラインの方向に対して垂直であるからである。結果として生成されるものは、半導体パターンラインからの反対の振幅位相ずれ信号を有する半導体の面の２つの位相ずれのイメージである。もしこれらの２つのイメージが共に加算される場合には、半導体パターンは甚だしく弱められる。
【００４１】
欠陥は他方において、２つの垂直なビームにおいて位相ずれを変えないので、その結果として２つの垂直な像が加えられると欠陥は振幅において増大し、半導体パターンは振幅において減少する。ほとんどの欠陥は本質的に等方性であり、半導体パターンラインに関連する強い異方性を有さないので、欠陥は反対の位相ずれ振幅を有さない。この技術は効果的に、欠陥信号を増大し、半導体パターン信号を減少する。焦点を結ぶビーム１６０７は点１６０６を横切る。装置全体はハウジング１６０５内に含まれる。
【００４２】
本発明は、それが同時に面の形状を計測可能であるという追加の利点を有する。好適な実施の形態において図１５に示される入射角度（θ）は約６０度である。より大きな又はより小さな入射角度が用途によって使用されても良い。例えば、より大きな入射角度は、透明基部を検査する場合に使用されても良い。透明基部はより大きな入射角度を有する頂面からより大きな信号を発信するので、これは有利である。
【００４３】
図１７は、ビームを非直交偏光構成要素に分割するビームスプリッタの使用による楕円状の偏光ビームの位相ずれの計測を示す。入射の楕円状偏光ビームは１７０１で示されており、このビームは四分の一波長板１７０２内に向かい、更に次にビームを非直交偏光構成要素に分割するビームスプリッタ１７０３に向かわされる。Ｗｏｌｌａｓｔｏｎプリズム１７０４又は偏光用キューブ（立方）ビームスプリッタ等の偏光ビームスプリッタ、及び半波長板又は光作動式クオーツ（石英）偏光回転子等の偏光回転装置１７０５は、１７０３に対して内部にある。ビームスプリッタ１７０３を出る２つのビームは、１７０６と１７０７で指示されるような同じ方向において偏光される。一般的に、ビームスプリッタ１７０３を出る２つのビームは、もう一方に対して任意の角度で偏光されても良い。これは、半波長板１７０５（それはビームスプリッタ１７０３に対して内部にある）を任意の（ａｒｂｉｔｒａｒｙ）角度に回転することにより実施されるので、１７０７を出るビームは、ビーム１７０６に対して任意の角度で偏光される。ビームがビームスプリッタ１７０３を出た後で、それらはディヒューザ１７０８に衝突し、その後光検知器１７０９と１７１０により検知される。このタイプのビームスプリッタ１７０３の利点は、射出したビームが同じ方向で偏光されても良いことである。結果としてビーム１７０６と１７０７はディヒューザ１７０８と光検知器１７０９と１７１０に当たる場合に、これらの面からの反射は同一であり、検知される信号は表面反射による同一の減衰を有する。このことにより計測器のキャリブレーションはかなりより容易になる。入射ビーム１７０１の位相ずれの計算は、光検知器１７０９と１７１０により計測された２つのビームの振幅における相違により計算される。
【００４４】
前の段落で説明された入射レーザービームは、Ｐ、Ｓ又は４５度偏光ビームとして説明されてきた。これらのより簡単な説明は本発明の好適な実施の形態である。表面を偏光されない光により照射し、結果生じる反射信号を同じ光学的で電子的方法により検知することも可能である。結果生じる検知信号は、偏光されない光源を使用しており、やはり位相ずれ、形状、反射率、欠陥及び粒子の計測を可能にする。
【００４５】
本発明は好適な実施の形態及びいくつかのこれとは別の実施の形態を参照して特に図示され説明されているが、形式及び詳細における種々の変更が本発明の精神及び範囲から逸脱しないでそこに実施可能なことは、関連技術における当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態を使用して計測可能な薄膜の図面である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態により計測可能な半導体ウエファーの図面である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態に従う組み合わせ式偏光解析器及び光学式プロファイラーの光学的レイアウトの半分の側部立体的図面である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に従い高さ又は傾斜を計測する光学式粗面計の頂面図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施の形態に従い高さ又は傾斜を計測する単一のレーザーを有する光学式粗面計の頂面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態に従うレーザーの１つ及びＰＳＤ１を示す光学式粗面計の側面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態に従う入射角度（ツェータ）の関数としての高さ感度倍率を示す。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態に従う小型の光学式面分析器の図面である。
【図９】図９は、本発明の別の実施の形態に従う小型の光学式面分析器の図面である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施の形態に従う小型の光学式面分析器の頂面立体図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す小型の光学式面分析器の「Ａ」で示される方向における図面である。
【図１２】図１２は、本発明の別の実施の形態に従う小型の光学式面分析器の頂面立体図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施の形態に従う二重式小型の光学式ヘッド及びステッパーモータを有する最終テストスピンドルの図面である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施の形態に従うガラス又は透明基部からの底面反射を遮断するための空間フィルタの図面である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態に従う組み合わせ式偏光解析器及び光学式プロファイラーの光学的レイアウトの半分の側部立体的図面である。
【図１６】図１６は、本発明の一実施の形態に従う組み合わせ式偏光解析器及び光学式プロファイラーの頂面立体的図面である。
【図１７】図１７は、本発明の一実施の形態に従う楕円偏光ビームの位相ずれを計測可能な非垂直偏光構成要素にビームを分割するビームスプリッタの図面である。
【符号の説明】
３００…光学装置
３０１…レーザーダイオード
３０２…リニア偏光器
３０３…半波長板
３０４…焦点調整レンズ
３０５…鏡
３０６…ガラス基部
３０７…モータ
３０８…鏡
３０９…コリメートレンズ
３１０…四分の一波長板
３１１…四分儀検知器
３１２…偏光ビームスプリッタ
３１３…四分儀検知器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004008730.tif 000008
【図８】
0004008730.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004008730.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004008730.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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