CN102472608A - 干涉显微镜和测定装置 - Google Patents

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CN102472608A CN2009801597407A CN200980159740A CN102472608A CN 102472608 A CN102472608 A CN 102472608A CN 2009801597407 A CN2009801597407 A CN 2009801597407A CN 200980159740 A CN200980159740 A CN 200980159740A CN 102472608 A CN102472608 A CN 102472608A
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Abstract

在向晶片等试样照射激光，并利用干涉仪观察并检查试样的表面内部的干涉显微镜和测定装置中，在分光器和参照镜之间设置用于引导光的参照光路，同时在分光器和试样之间设置用于引导光的测定光路，在参照光路和测定光路中设置光学光程差。而且，通过使参照镜发生微小量的倾斜，在检测单元形成干涉条纹。通过简单的结构，仅通过使参照镜稍微倾斜，测量晶片等试样(被测物)的表面形状，可以限定灰尘和磁极片等的准确坐标位置。

Description

干涉显微镜和测定装置
技术领域
本发明涉及使用例如以迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪为代表的干涉仪，观察并检查晶片等试样(被测物)的表面或内部的凹凸情况的干涉显微镜和测定装置。
背景技术
目前为止，使用干涉仪的测定装置是众所周知的，该干涉仪将入射光分成两个光路，一个光路的光照射试样(被测物)，另一个光路的光照射参照镜，使从试样反射的反射光与参照光发生干涉以形成干涉条纹，由此观察并检查试样的表面内部。
日本特开第2006-116028号中，在形成干涉条纹时，通过使用由压电元件PZT使参照镜可以在光轴方向上移动，以使参照光的相位变化的相移单元，扩大可利用的测量范围。筑波大学物理工学系、筑波大学纳米科学特别项目研究组织的卷田修一、安野嘉晃、远藤隆史、伊藤雅英、谷田贝丰彦于第64届应用物理学会学术演讲会演讲预备稿集(2003年秋、福冈大学)中发表的“根据参照波面倾斜法的相移光谱干涉光相干X线断层摄影术”中也是如此。
日本特开第2005-530147号中，比较处于合焦状态的检查表面的一部分，使其按照量δZ发生位移，基准镜位移δZ，使光学测定面准确地接触检查表面的适当的部分。
并且，日本特开第2006-300792号中，移动镜被设置为可以向光入射方向自由移动，在生成干涉光时，可以通过周知的压电驱动装置进行等速移动控制。
并且，日本特开第11-83457号中，可以将参照镜固定设置成相对于光的照射方向大致垂直(还包含以能够形成多条干涉条纹的程度稍微倾斜的情况)，并且还记载着相对于光的照射方向设置成可以摆动的内容。
并且，在One-shot-phase-shifting Fourier domain optical coherencetomography by reference wavefront tilting，Yoshiaki Yasuno，Shuichi Makita，Takashi Endo，Gouki Aoki，Hiroshi Sumimura，Masahide Itoh and ToyohikoYatagai，2004，Optical Sociaty of America中，通过二维摄像元件，以非扫描方式进行相移，通过倾斜参照镜，使入射到CCD的物体光和参照光具有不同的入射角，相对于CCD的空间轴以线形展开不同相位的干涉条纹，用单次拍摄(one shot)拍摄该干涉条纹，进行测定。并且，通过该方法，抑制检测所需的时间增加，使进行相移的测量变为可能。
但是，在使用了上述现有的干涉仪的测定装置中，由于具有被测物一侧的光学光路和配置有参照镜的参照光路的光学光路相一致的结构，因此导致部件数量变多，不能实现简单的结构。
日本特开第2006-300792号中，需要配置限制透过装置而进行从参照光路的光程长的补偿，因此需要构成为复杂的结构。
并且，日本特开第11-83457号中，为了改变光程长，需要设置电压控制可变波长滤光器，与日本特开第2006-300792号相同，需要构成为复杂的结构，无法将装置整体小型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过简单的结构，仅通过使参照镜发生极微小的倾斜，就能够测量晶片等试样(被测物)的表面形状的干涉显微镜和测定装置。
本发明的优选方式的示例如下：
(1)一种干涉显微镜，其特征在于，使用将具有有限的相干长度的光束一分为二而照射到试样和参照镜的双光束干涉仪来观察并检查试样表面的微细的凹凸和内部的高度信息，
具有将波长和相干长度不同的来自两个光源的光束重合到同一轴上且整形为线光束之后射出的第一单元和对重合的两个光源光束进行分割的第二单元，设置通过第二单元向参照镜引导和照射两个光源光束且仅在线方向成像的参照光路、向试样成像和照射两个光源光束的光源像的聚光单元和会聚来自试样的微细的反射、散射光而转换为光束并进行引导的测定光路，具有在同一个检测单元中接收来自参照光路的反射光和来自测定光路的测定光的检测光路，通过在参照光路设置微小量的倾斜的光程差，在来自参照镜和试样的光束重合的位置形成具有试样面的线方向的高度分布情况的干涉条纹分布，由此无需进行试样和参照镜之间的相对距离的移动或根据波长扫描的干涉条纹的移动，即获得高度分布信息。
(2)前述的干涉显微镜，其特征在于，线光束由以线状发光的器件发出。
(3)前述的干涉显微镜，其特征在于，线光束由以面状发光的器件发出。
(4)前述的干涉显微镜，其特征在于，线光束为将点光源排列成直线状。
(5)前述的干涉显微镜，其特征在于，线光束使用通过非对称光学系统将点光源整形为椭圆或线状的光束。
(6)前述的干涉显微镜，其特征在于，线光束为使用衍射光学器件或多重反射板将点光源或线光源连续地排列的线状图案。
(7)前述的干涉显微镜，其特征在于，参照光路和测定光路分别由不同的光学系统构成，且具有补偿与测定光路的视场角偏移和因波长分散引起的光程长之差的单元。
(8)前述的干涉显微镜，其特征在于，参照光路和测定光路中的至少一个或两个为光纤等光波导器件。
(9)前述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源的波长为可在同一光学系统和检测单元利用的波长范围。
(10)前述的干涉显微镜，其特征在于，将半导体激光器(LD)、发光二极管(LED)或超辐射发光二极管(SLD)设为光源。
(11)前述的干涉显微镜，其特征在于，半导体激光器(LD)被用于进行发光二极管(LED)性发光或超辐射发光二极管(SLD)性发光。
(12)前述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源中的至少一个为以单一波长振荡的激光光源。
(13)前述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源中的至少一个为，在驱动部具有切换功能且可以具有以单一波长振荡的激光光源和波长宽度较大的低相干光源的两种使用方法的光源。
(14)前述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源同时进行照射。
(15)前述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源具有切换功能，可交互地点亮和熄灭。
(16)前述的干涉显微镜，其特征在于，参照镜以固定方式发生倾斜。
(17)前述的干涉显微镜，其特征在于，参照镜以摆动方式发生倾斜。
(18)前述的干涉显微镜，其特征在于，作为参照镜使用具有一定的阶梯差的阶梯状镜子。
(19)前述的干涉显微镜，其特征在于，作为干涉仪使用迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪。
(20)前述的干涉显微镜，其特征在于，具有测定光路中的光束扫描单元或试样台的移动单元，能够进行试样的一维方向的依序线照射。
(21)前述的干涉显微镜，其特征在于，作为检测单元(检测器)使用线传感器或广域传感器，通过圆柱透镜聚光，以使来自参照镜和试样的光束在传感器内高效地重合，同时使检测单元和分割单元的距离尽可能地短。
(22)前述的干涉显微镜，其特征在于，为了作为具有最小限度的功能的光学器件而插入到参照光路中，使用与物镜具有相同焦距的圆柱透镜，并插入具有与物镜的分散值同等的效果的平面玻璃基板。
(23)前述的干涉显微镜，具有以具备用于显示试样的二维像的照明、成像光学系统且将测定光路中的聚光单元作为光学系统的一部分而共用作为特征的观察单元，通过各光源的切换，能够同时或单独进行高度检测和试样像的观察。
(24)前述的干涉显微镜，其特征在于，观察单元的照明光源为与用于高度测定的光源属于不同波长带的光源。
(25)一种测定装置，其特征在于，在利用将从具有有限的相干长度的点光源整形的光束一分为二而照射到试样和参照镜的双光束干涉仪来观察并检查试样表面的微细的凹凸和内部的高度信息的干涉显微镜中，
设置向参照镜引导和照射光束的参照光路、向试样将光束会聚为点而照射的聚光单元和会聚来自试样的微细的反射、散射光而转换为光束并引导的测定光路，通过在参照光路设置微小量的倾斜的光程差，在来自参照镜和试样的光束重合的位置形成具有高度信息的干涉条纹，由此无需进行试样的垂直移动或干涉条纹的移动，就能够获得高度信息。
根据本发明，通过简单的结构，仅通过使参照镜稍微倾斜，可以测量晶片等被测物(试样)的表面形状。而且，可以限定灰尘和磁极片等的准确坐标位置，向电子显微镜、曝光装置等带电粒子束装置收发其准确的数据，为提高作业效率而做出进一步的贡献。
附图说明
图1为表示本发明的优选的第一实施例的干涉显微镜的概略构成的说明图。
图2(a)为检测第一CCD的包络线波形时的说明图，图2(b)为检测用箭头表示的基准位置时的说明图，图2(c)为通过精密测定而测定第二CCD波形的相位时的说明图。
图3为表示本发明的优选的第二实施例的干涉显微镜的概略构成的说明图。
图4为表示具有本发明的干涉显微镜的测定装置的概略构成的说明图。
图5为稍微详细地表示图4的测定装置的说明图。
图6为表示具有本发明的第四实施例的干涉显微镜的测定装置的概略构成的说明图。
图7为示出图6的实施例中的反射镜的动作的说明图。
图8(A)为表示本发明的优选的其他实施例的测定装置的概略构成的说明图，图8(B)并列示出CCDa的三个检测器的波形，图8(C)并列示出CCDa和CCDb的波形。
具体实施方式
本发明的干涉显微镜和测定装置使用各种干涉仪。
在本发明的最优实施方式中，使用迈克尔逊干涉仪。但是，只要能够起到本发明的效果，也可以使用林尼克(相移型)干涉仪。
作为参考，可考虑作为干涉仪使用时域折射(Time domain Refractometry)的干涉仪，并进行例如如下所示的参照镜(Ref)的微摆动(微动量Δλ)。
λ＝800nm
Δλ＝30nm
分辨率：ΔZ＝21m/π·λ2/Δλ
           ＝9.4μ
横分辨率：ΔX＝4λ/π·f/d
光轴方向的扫描区域为2Zo＝ΔX2π/2λ。
但是，此时分辨率存在限制，不容易检查晶片等被测物(试样)上的灰尘、磁极片(pole piece)等超微小区域的形状。
并且，还可以考虑使用傅里叶域折射(Fourier domain Refractometry)的干涉仪。此时，分光、波长扫描存在限制，不容易检查晶片等被测物上的灰尘、磁极片(pole piece)等超微小区域的形状。
本发明中，优选地，使参照镜(Reference Mirror)以固定式倾斜微小量或以摆动式(尤其是振动式)倾斜微小量，从而测量干涉端的位置。例如，将参照镜以较缓和地倾斜微小量(最佳方式为倾斜15分的角度)的状态进行固定，或者根据需要倾斜成摆动式(尤其是振动式)，由此在线传感器(LineSensor)上形成干涉条纹。这样做，无需扫描激光，可以通过单次拍摄(one shot)得到高度方向的干涉像。而且，可以以低相干性，利用迈克尔逊干涉仪等干涉仪，测量干涉端的位置。
并且，在本发明的另一最优实施方式中，向晶片等试样照射激光，优选是双波长的激光，尤其是照射来自半导体激光器(LD)、发光二极管(LED)和超辐射发光二极管(SLD)的两个激光，并使用干涉仪来观察并检查试样的表面内部。使用半导体激光器(LD)时，在强度(功率)对电流的关系中，若超过预定的阈值Ith，则激光的强度(功率)相对电流呈正比关系(线性关系)，但在预定的阈值Lth以内，呈现出所谓的LED发光或SLD特性的发光，因此通过使用设定为微量的电流值、以一定的光量朦胧地发光的半导体激光器(LD)，可以用一个光源(例如半导体激光器(LD))，通过干涉仪，观察并检查试样的表面内部。
优选地，在参照镜和分光器(分离单元)之间设置用于向参照镜引导光的参照光路。而且，在向被测物(试样)引导光的测定光路和该参照光路之间设置光学光程差。
优选地，通过在用于引导测定光的测定光路上设置光学系统(透镜系统)，而在用于引导参照光的参照光路上不设置光学系统(透镜系统)，从而可以给光程差带来变化。
在根据本发明的使用干涉仪的干涉显微镜和测定装置中，由于使引导参照光的参照镜本身发生微小量的倾斜，因此无需扫描激光，可以通过单次拍摄得到试样的高度方向的干涉像。
在本发明的另一实施方式中，以分光器(分离单元)为中心，沿十字形设置入射光路、测定光路、参照光路和检测光路，并在参照光路和测定光路中设置光学光程差。而且，使参照镜发生微小量(以固定式或摆动式)的倾斜，从而在检测单元形成干涉条纹。据此，无需扫描激光，可以通过单次拍摄得到试样的高度方向的干涉像。
作为分离单元设置分光器，通过该分光器引导一部分光并使光发生反射。
设置在检测光路的检测单元(检测器)，通过分光器(分离单元)接收来自被测物的反射光和来自参照镜的反射光。而且，在检测单元形成干涉条纹。
为了让使用双波长的激光成为可能，在激光的入射光路的两个分支光路上分别设置半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)和超辐射发光二极管(SLD)。此时，若将接近红外频带的，例如波长为780nm和880nm的双波长的光源用作光源，则可以用一个在红外频带具有灵敏度的检测器进行检测。并且，通过利用半导体激光器等容易点亮、熄灭的器件来进行切换，还可以实现同时照射、各波长单独照射以及检测。而且，若使用可视光光源作为观察用光源，并使用对可视光具有灵敏度的光源，则可以将光源相互对另一光源的检测系统产生的影响抑制为最小限度，从而可以同时照射。
在本发明的优选的其他实施方式中的一个实施方式，在测定光路侧配置透镜，在参照光路侧不配置透镜。据此，赋予光学光程差。进而，使参照镜(以固定式或摆动式)稍微倾斜，从而可以测定晶片等被测物的表面形状。
但是，当使用非点形状的、具有线形状的光源时，由于沿着光轴中心以外的点，即沿着线方向产生视场角，因此在没有配置透镜的参照光中，会发生干涉条纹沿着视场角方向倾斜的现象，成为妨碍高精度测量的主要原因。并且，当使用多个波长的光源时，由于每个波长的测定光路侧的光程长不同，因此每个波长的干涉条纹互相错位。作为干涉显微镜的光学系统，使用相同的光学部件，并使用将这些的影响抑制为最小限度的迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪，正是由于这个原因。
本发明中，为了消除这些影响，优选地，在参照光路中插入具有最小限度的功能的光学器件。作为最优实施方式，利用与物镜具有相同焦距的圆柱透镜，并插入具有与物镜的分散值同等的效果的平面玻璃基板，进行补偿。例如，若物镜的焦距为40mm，则可以将圆柱透镜的焦距定为40mm。并且，通过求出所使用的每个波长的物镜的光程长，通过插入由(玻璃材料的折射率差)×(玻璃材料的厚度)求出的平面基板，能够进行补偿。
作为变形例，为了赋予光学光程差，也可以在向被测物(试样)引导光的测定光路侧不配置透镜，而在向参照镜引导光的参照光路侧配置透镜。
根据本发明的另一实施方式，限定晶片等试样(被测物)的表面形状和其表面上的灰尘(异物)和磁极片等的准确坐标位置，向电子显微镜、曝光装置等带电粒子束装置收发其准确数据，进而迅速地进行表面形状、灰尘等的异物检查，磁极片等的检查作业，可以为提高半导体检查等作业效率而做出进一步的贡献。
图示例
图1表示本发明的优选实施例的构成测定装置的主要部分的干涉显微镜的概略构成。
如图1所示，将半导体激光器(LD)或发光二极管(LD)10、超辐射发光二极管(SLD)12中的任意两个光源作为双波长激光光源，尤其是作为低相干光源，设置在入射侧。优选地，若将接近红外频带的、例如波长为780nm和880nm的双波长的光源用作光源，则可以用一个在红外频带具有灵敏度的检测器进行检测。此外，例如还可以使用波长λ＝650nm的发光二极管(LED)、波长λ＝800nm的超辐射发光二极管(SLD)或波长λ在800nm～900nm左右的半导体激光器(LD)。在本发明中，还可以使用其他低相干光源的双波长激光。
以作为分离单元而发挥功能的分光器2为中心，至少有四个光路，即入射光路4、测定光路6、参照光路8和检测光路9呈十字形配置。
入射光路4在入射分光器13处分支为两个分支光路4a、4b，在其中一个分支光路4a上配置透镜11和发光二极管10，在另一个分支光路4b上配置透镜15和超辐射发光二极管12。
在图示例中，在测定光路6上配置有透镜21。激光通过该测定光路6照射到试样23。
参照光路8上没有配置透镜。因此，激光通过该参照光路8直接被引导到参照镜30。
该参照镜30如图1中用点划线29表示的那样，相对参照光路8的光轴倾斜微小量而被固定。例如，优选地，该倾斜角度约为15分(即，15/60度)。
在此，参照镜30可以不采用如前所述的固定方式，作为变形例，可以使参照镜30在所期望的倾斜角度范围内以摆动的形式倾斜。尤其，可以使参照镜30按照以数秒(例如，4、5秒)至数十秒(20、30秒)的周期振动的方式倾斜。
在图示例中，通过在测定光路6设置透镜21，在参照光路8不设置透镜，由此在参照光路8和测定光路6之间设置光学光程差。但作为变形例，也可以以在参照光路8设置透镜(未图示)的形式在参照光路8和测定光路6之间设置光学光程差。
并且，作为别的变形例，可以将与用于引导测定光的测定光路6中的透镜21相同的透镜，可分离地设置在用于引导参照光的参照光路8中。可以从用于引导参照光的参照光路8取出该透镜，从而使参照光路8具有与测定光路6不同的光程长(光学光程长)。
如此，无论采用何种形态，优选地，使参照光路8和测定光路6之间具有光学光程差，且使参照镜30稍微倾斜。例如，使参照镜30稍微倾斜约15分(即15/60度)的角度。通过参照镜30的这种倾斜，无需扫描试样23的表面，使来自试样23的反射光和来自参照镜30的参照光发生干涉，在检测单元16形成干涉条纹。
接着说明检测单元16的优选实施方式。将接近红外频带的、例如波长为780nm和880nm的双波长的光源用作光源。则可以用一个在红外频带具有灵敏度的检测器进行检测。并且，通过利用半导体激光器等容易点亮、熄灭的器件来进行切换，还可以实现同时照射、各波长单独照射以及检测。而且，若使用可视光光源作为观察用光源，并使用对可视光具有灵敏度的光源，则可以将光源相互对另一光源的检测系统产生的影响抑制为最小限度，从而可以同时照射。
尤其，优选地，在参照光路8中插入具有最小限度功能的光学器件。例如，利用与物镜具有相同焦距的圆柱透镜，并插入具有与物镜的分散值同等的效果的平面玻璃基板，进行补偿。
并且，在另一实施方式中，检测单元16由检测聚焦波(波形)的第一CCD和检测驻波(波形)的第二CCD构成，第一CCD具有多个检测器，由这些检测器对应于光强度而检测不同频率的多个聚焦波(波形)。
当求出波形(聚焦波)的最大值(峰值)时，在通过第一CCD获得的波形(聚焦波)上乘上第二CCD的驻波，使波形(聚焦波)的最大值(峰值)浮出，从而可以使检测变得容易。
关于聚焦波(波形)，未必从收敛端检测信号。例如，可以检测从图2的横轴(x轴，空间轴)上的预定位置起的信号。
在本发明的另一实施方式中，如图2(a)所示，在处理工序1中，检测第一CCD的包络线波形，由下面的关系式求出x。
Te＜ex
其中，x表示DC(电流)成分，T表示一个周期。
将图2(a)中示出的包络线波形的最大值位置作为基准位置进行检测。
优选地，利用在图2(b)中用箭头表示的位置，将表示第一CCD的包络线波形的最大值的位置作为基准位置而求出。
图2(c)中示出的是一个周期波形。如此，优选地，作为精密测定，谋求图2(b)中示出的第二CCD的波形的相位测定。
并且，还可以利用精密傅里叶变换求出相位。即，通过位长微小变动的傅里叶变换，进行空间频率的检测，测定相位。此时，能够得到通过一个周期求出的精度的N周期倍精度的空间频率在测定装置中确定。因此，只要温度等条件不发生变化，就保持一定，所以空间频率的检测偶尔进行即可。
图3表示本发明的优选的第二实施例的干涉显微镜的概略构成。
图3中，干涉显微镜具有脉冲激光器66、准直透镜68、分光器69、长工作距离物镜74、玻璃板75、被检测面77、参照镜70、圆柱透镜72、玻璃板73、长工作距离物镜74、圆柱透镜76、广域传感器(Area Sensor)78等。参照镜70如虚线71所示配置为稍微倾斜。
在第二实施例中，也是使用半导体激光器(LD)、发光二极管(LD)或超辐射发光二极管(SLD)的激光光源，但是将发光二极管(LD)和超辐射发光二极管(SLD)作为双波长激光光源，尤其是作为低相干光源，设置在入射侧。优选地，将接近红外频带的、例如波长为780nm和880nm的双波长的光源用作光源。则可以用一个在红外频带具有灵敏度的检测器进行检测。不限于此，例如还可以使用波长λ＝650nm的发光二极管(LED)、波长λ＝800nm的超辐射发光二极管(SLD)。使用半导体激光器(LD)时，可以使用800nm～900nm(中心波长850nm～890nm)左右的脉冲激光器。就半导体激光器而言，在强度(功率，P)对电流I的关系中，若超过预定的阈值Ith，则激光强度(功率)相对电流呈正比关系(线性关系)，而在预定的阈值Lth以内，进行所谓LED发光或SLD特性的发光，因此通过使用设定为微量的电流值、以一定的光量朦胧地发光的半导体激光器(LD)，可以用一个光源(例如半导体激光器(LD))，通过干涉仪，观察并检查试样的表面内部。并且，作为光源使用发光二极管(LED)时，通过准直透镜等进行聚光之后，可以通过设置几纳米或几微米左右宽度的极其狭窄的狭缝来形成线宽几微米(例如，2～3μm)、长度约250～300μm左右的线状光束而照射到试样。
并且，通过利用半导体激光器等容易点亮、熄灭的器件来进行切换，还可以实现同时照射、各波长单独照射以及检测。而且，若使用可视光光源作为观察用光源，并使用对可视光具有灵敏度的光源，则可以将光源相互对另一光源的检测系统产生的影响抑制为最小限度，从而可以同时照射。
本发明中，使作为半导体激光器(LD)的脉冲激光器66如上所述地呈LED发光状态，并在脉冲激光器66正后方的准直透镜的像侧设置几纳米或几微米左右宽度的极其狭窄的狭缝80，由此形成线宽几微米(例如，2～3μm)、长度约250～300μm左右的线状光束而照射到试样。并且，将参照镜70(Reference Mirror)如用符号71表示的那样，以固定式倾斜微小量或以摆动式(尤其是振动式)使其倾斜微小量，从而测量干涉端的位置。例如，将参照镜70以较缓和地倾斜微小量(最佳方式为倾斜15分(即15/60度)的角度)的状态进行固定，或者根据需要以摆动式(尤其是振动式)倾斜，由此在广域传感器78上形成干涉条纹。这样做，无需扫描激光，可以通过单次拍摄(one shot)得到高度方向的干涉像。而且，可以以低相干性，利用迈克尔逊干涉仪等干涉仪，测量干涉端的位置。
参照图4～图5，说明具有本发明的干涉显微镜的测定装置的一例。
在作为测定装置的复合型观察装置110中，装置主体111连接到控制部112。装置主体111具有试样室113、承载台机构114、观察光学系统115、扫描型电子显微镜116、驱动部117。扫描型电子显微镜116在下面也称为SEM(Scanning Electron Microscope)116。
试样室113是用于形成气密空间的框体。虽然图示中加以省略，但试样室113中设有用于取出和放入试样23(观察对象)的门。该试样室113构成为具有气密性，且设有真空装置119。该真空装置119根据来自驱动部117的驱动信号而动作，使试样室113变成真空状态。在该试样室113的内侧设有承载台机构114。
承载台机构114具有承载台120和台移动部121。承载台120形成用于承载观察对象118的承载面120a。虽然图中没有示出，该承载台120能够稳固地保持承载于承载面120上的观察对象118，从而防止因台移动部121引起的移动而导致在承载面120a上试样23的位置发生偏移。台移动部121保持承载台120，以使承载面120a维持与XY平面平行的状态下，使承载台120可以沿着XY平面移动且可以沿着Z方向移动。该台移动部121根据来自驱动部117的驱动信号使承载台120沿着XY平面移动且沿着Z方向移动。虽然图中没有示出，但该承载台机构114中设定有用于通过台移动部121移动承载台120(承载面120a)的基准位置。
设置观察光学系统115，使其具备通过作为该基准位置的承载台120(承载面120a)的中心而沿Z方向的测定光路6的观察光轴115a。观察光学系统115保持气密性地安装于试样室113上，例如由扫描型电子显微镜(SEM)116和测量光学系统，即干涉显微镜123组合而成，并共同使用单个物镜。该扫描型电子显微镜116和干涉显微镜123具有彼此共同的观察光轴115a。观察光学系统115中，干涉显微镜123具有比光学显微镜122的分辨率更高的分辨率，且可以测量高度方向(Z方向)的尺寸。并且，干涉显微镜123的分辨率低于SEM 116，并设定为具有介于该SEM 116和光学显微镜122的中间的分辨率。例如，干涉显微镜123具有大致1000倍水平的分辨率，SEM 116具有1～3万倍水平的分辨率。这种干涉显微镜123，例如可以通过使用共焦显微镜、激光显微镜或干涉仪来形成。该干涉显微镜123和SEM 116，基于各自的分辨率，可以在对应于能够通过后述的显示器125(显示画面125a)进行显示的区域的区域中观察试样23(获得图像数据)。换言之，测量光学系统123和SEM 116被设定为能够观察对应于各自的分辨率的大小尺寸的区域(获得该区域的图像数据)。
观察光学系统115中设有用于接收通过干涉显微镜123获得的来自试样23的图像数据(反射的光)的光接收部124，光接收部124所接收的图像数据，被转换为电信号经驱动部117发送到控制部112。该观察光学系统115中，根据来自驱动部117的驱动信号，进行SEM 116和干涉显微镜123中的倍率的变更、SEM 116和干涉显微镜123之间的切换等。
驱动部117电连接于观察光学系统115、SEM 116、承载台机构114和真空装置119，能够发送驱动这些装置的驱动信号。该驱动部117上连接有控制部112。
控制部112上连接有显示器125和指示器126。显示器125具有显示画面125a，由控制部112进行驱动控制。该显示画面125a上可适当地显示由观察光学系统115(干涉显微镜123)获得的观察图像和由SEM 116获得的观察图像。
指示器126为了使用作为测定装置的复合型观察装置110而设置为可操作的装置，所进行的操作由控制部112读取。该指示器126为了是否显示用于表示显示区域的记号、该记号的移动、干涉显微镜123和SEM 116之间的切换操作、该干涉显微镜123和SEM 116中的倍率的调整等而被操作。
控制部112是统一控制显示器125和装置主体111的装置，向驱动部117适当地发送控制信号以驱动装置主体111的各组成部分。并且，控制部112对显示器125进行驱动控制，以将由观察光学系统115获得的观察图像和由SEM 116获得的观察图像显示在显示画面125a，同时对显示器125进行驱动控制，以在显示出观察图像的显示画面125a上显示用于表示显示区域的记号。作为表示该显示区域的记号，例如有测量显示框、电子显示框和电子显示点。测量显示框是用于在显示画面125a上表示根据观察光学系统115的干涉显微镜123的分辨率所观察的显示区域的大小尺寸，即作为由该干涉显微镜123获得的观察图像(测量观察图像)可在显示画面125a上暂时显示的区域(即，测量显示区域)的记号。并且，电子显示框是在显示画面125a上显示由观察光学系统115的干涉显微镜123获得的测量观察图像时，在该测量观察图像上表示根据SEM 116的分辨率所观察的显示区域的大小尺寸，即作为由该SEM 116获得的观察图像(电子观察图像132)可在显示画面125a上显示一会儿的区域(即，电子显示区域)的记号。
并且，控制部112中设有存储部127。该存储部127在控制部112的控制下，可以存储(可以存储作为观察图像的图像数据)显示画面125a所显示的各观察图像(光学观察图像、测量观察图像和电子观察图像)，同时可以存储各观察图像间的位置信息。向该存储部127的存储，可以是根据在指示器126上进行的操作而进行的，也可以凡是显示在显示画面125a的就全部进行存储。
并且，当在显示画面125a显示观察图像时，若与该观察图像相关的其他观察图像被存储在存储部127，则控制部112可以显示与存储的其他观察图像的位置相符合的测量显示框(以下称为已知测量框)、电子显示框(以下称为已知电子框)和电子显示点(以下称为已知电子点))。
本实施例中，已知测量框、已知电子框和已知电子点与为了今后获得观察图像而显示的测量显示框、电子显示框和电子显示点相同。因此，优选地，将测量显示框、电子显示框和电子显示点与已知测量框、已知电子框和已知电子点形成为一眼就能辨别，例如各自以不同颜色进行显示等。
并且，本实施例中，控制部112由安装了用于控制复合型观察装置110的装置主体111的软件(程序)的计算机构成，显示器25由监视器构成，指示器26由连接到计算机的鼠标(键盘)构成。
并且，在图4～图5的实施例中，虽然在电子显微镜116的资料室113设置了干涉显微镜123，但是如图6所示，例如可以在如分光仪的光学系统的镜筒上设置干涉显微镜123，从而代替在电子显微镜116上设置干涉显微镜123。此时，如图7所示，为了将来自干涉显微镜123的LED或LD激光与电子束128同轴地照射到试样，设置反射镜129，且当使用SEM时，转动反射镜129，使反射镜129偏离电子束轴。
图7中，129a表示使用代替电子显微镜116而配置的分光仪116时的反射镜129的位置，129b表示使用干涉显微镜123时的反射镜129的位置。当使用分光仪116时，反射镜129从129b的位置转动至129a的位置，以偏离电子束128的光轴。
图8表示本发明的优选的其他实施例的测定装置的概略构成。图8的实施例仅对图1～7的实施例做了部分变形。对于相同的部件或部分赋予相同的符号。
图8的实施例中，如(A)所示，将半导体激光器(LD)或发光二极管(LD)10、超辐射发光二极管(SLD)12中的某两个光源，作为双波长激光光源，尤其是作为低相干光源，设置在入射侧。优选地，使用波长λ＝650nm的发光二极管(LED)、波长λ＝800nm的超辐射发光二极管(SLD)、波长λ在800nm～900nm左右的半导体激光器(LD)等。
检测光路9也在入射分光器17处分支为两个分支光路9a、9b，在其中一个分支光路9a上配置检测单元16的一个CCDa 18，在另一个分支光路9b上配置检测单元16的另一个CCDb 20。
检测单元16由检测聚焦波(波形)的CCDa 18和检测驻波(波形)的CCDb 20构成。一个CCDa 18具有多个检测器，通过这些检测器，对应于光强度而检测不同频率的多个聚焦波(波形)。
图8(B)示出三个检测器18a、18b、18c的例子。图8(B)中，从下方起顺序配置了三个检测器18a、18b、18c。对应于此，设有三个半透明反射镜18d、18e、18f，分别检测出如表示在右侧的聚焦波(9/10，9/100，1/100)。
如图8(C)所示，当要求出波形(聚焦波)的最大值(峰值)时，优选地在通过CCDa 18获得的波形(聚焦波)上乘上CCDb 20的驻波，使波形(聚焦波)的最大值(峰值)浮出，从而可以使检测变得容易。
优选地，将CCDb 20的1比特(例如256)作为等级(scale)基准进行校正。例如，细分为1/256，乘上1比特(例如256)。
需要说明的是，本发明不限于前述的实施例。例如，在上述实施例中，描述了观察光学系统中具有干涉显微镜的情形，但是本发明不限于此。例如，可以同时配置光学显微镜与干涉显微镜。图3的实施例中使用的玻璃板73可以省略。
需要说明的是，130表示LED或LD激光。

Claims (25)

1.一种干涉显微镜，其特征在于，使用将具有有限的相干长度的光束一分为二而照射到试样和参照镜的双光束干涉仪来观察并检查试样表面的微细的凹凸和内部的高度信息，
具有将波长和相干长度不同的来自两个光源的光束重合到同一轴上且整形为线光束之后射出的第一单元和对重合的两个光源光束进行分割的第二单元，设置通过第二单元向参照镜引导和照射两个光源光束且仅在线方向成像的参照光路、向试样成像和照射两个光源光束的光源像的聚光单元、会聚来自试样的微细的反射、散射光而转换为光束并进行引导的测定光路，具有在同一个检测单元中接收来自参照光路的反射光和来自测定光路的测定光的检测光路，通过在参照光路设置微小量的倾斜的光程差，在来自参照镜和试样的光束重合的位置形成具有试样面的线方向的高度分布情况的干涉条纹分布，由此无需进行试样和参照镜之间的相对距离的移动或根据波长扫描的干涉条纹的移动，即获得高度分布信息。
2.如权利要求1所述的干涉显微镜，其特征在于，线光束由以线状发光的器件发出。
3.如权利要求1所述的干涉显微镜，其特征在于，线光束由以面状发光的器件发出。
4.如权利要求1所述的干涉显微镜，其特征在于，线光束为将点光源排列成直线状。
5.如权利要求1所述的干涉显微镜，其特征在于，线光束使用通过非对称光学系统将点光源整形为椭圆或线状的光束。
6.如权利要求1所述的干涉显微镜，其特征在于，线光束为使用衍射光学器件或多重反射板将点光源或线光源连续地排列的线状图案。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，参照光路和测定光路分别由不同的光学系统构成，且具有补偿与测定光路的视场角偏移和因波长分散引起的光程长之差的单元。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，参照光路和测定光路中的至少一个或两个为光纤等光波导器件。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源的波长为可在同一光学系统和检测单元利用的波长范围。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，将半导体激光器、发光二极管或超辐射发光二极管设为光源。
11.如权利要求1至9中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，半导体激光器被用于进行发光二极管性发光或超辐射发光二极管性发光。
12.如权利要求1至11中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源中的至少一个为以单一波长振荡的激光光源。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源中的至少一个为，在驱动部具有切换功能且可以具有以单一波长振荡的激光光源和波长宽度较大的低相干光源的两种使用方法的光源。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源同时进行照射。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，两个光源具有切换功能，可交互地点亮和熄灭。
16.如权利要求1至15中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，参照镜以固定方式发生倾斜。
17.如权利要求1至16中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，参照镜以摆动方式发生倾斜。
18.如权利要求1至14中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，作为参照镜使用具有一定的阶梯差的阶梯状镜子。
19.如权利要求1至18中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，作为干涉仪使用迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪。
20.如权利要求1至19中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，具有测定光路中的光束扫描单元或试样台的移动单元，能够进行试样的一维方向的依序线照射。
21.如权利要求1至20中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，作为检测单元使用线传感器或广域传感器，通过圆柱透镜聚光，以使来自参照镜和试样的光束在传感器内高效地重合，同时使检测单元和分割单元的距离尽可能地短。
22.如权利要求1至20中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，为了作为具有最小限度的功能的光学器件而插入到参照光路中，使用与物镜具有相同焦距的圆柱透镜，并插入具有与物镜的分散值同等的效果的平面玻璃基板。
23.如权利要求1至22中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，具有以具备用于显示试样的二维像的照明、成像光学系统且将测定光路中的聚光单元作为光学系统的一部分而共用作为特征的观察单元，通过各光源的切换，能够同时或单独进行高度检测和试样像的观察。
24.如权利要求1至23中任意一项所述的干涉显微镜，其特征在于，观察单元的照明光源为与用于高度测定的光源属于不同波长带的光源。
25.一种测定装置，其特征在于，在利用将从具有有限的相干长度的点光源整形的光束一分为二而照射到试样和参照镜的双光束干涉仪来观察并检查试样表面的微细的凹凸和内部的高度信息的干涉显微镜中，
设置向参照镜引导和照射光束的参照光路、向试样将光束会聚为点而照射的聚光单元和会聚来自试样的微细的反射、散射光而转换为光束并引导的测定光路，通过在参照光路设置微小量的倾斜的光程差，在来自参照镜和试样的光束重合的位置形成具有高度信息的干涉条纹，由此无需进行试样的垂直移动或干涉条纹的移动，就能够获得高度信息。
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