JP2002350117A - Apparatus and method for measuring shape - Google Patents

Apparatus and method for measuring shape

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JP2002350117A
JP2002350117A JP2001161187A JP2001161187A JP2002350117A JP 2002350117 A JP2002350117 A JP 2002350117A JP 2001161187 A JP2001161187 A JP 2001161187A JP 2001161187 A JP2001161187 A JP 2001161187A JP 2002350117 A JP2002350117 A JP 2002350117A
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JP
Japan
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image
phase
wavelength
wavelengths
interference
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JP2001161187A
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Japanese (ja)
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Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for measuring a shape in which the shape of an observation object can be correctly measured by a simple configuration of apparatus without reversing bumps and dents of the observation object or the like manner even when the object includes both high step parts and minute shape change parts and without a complicate operation. SOLUTION: There are set a light source device 1 which can select a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, a phase change device 2 for changing a relative phase amount of two lights which form interference images, an imaging device 29, and a computing unit 30 for forming a phase distribution image of the observation object by at least two wavelengths and comparing values of points of the formed phase distribution image with each other between selected wavelengths.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はICパターンや金属
表面の凹凸形状及び段差量を定量的に計測するための形
状計測装置及び形状計測方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring device and a shape measuring method for quantitatively measuring an uneven shape and a step amount of an IC pattern or a metal surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】干渉顕微鏡は、干渉計の持つ高精度な高
さ測定特性と顕微鏡の持つ高分解能観察特性の両方の特
徴を備えており、この特徴を生かして、シリコンウエハ
ー上に形成されたICパターンの高さ測定や磁気ディス
ク等の金属表面に形成された微細な段差の測定に広く用
いられている。そして、干渉顕微鏡の中でも、特に微分
干渉顕微鏡は、偏光干渉を利用した共通光路型の干渉計
を構成していることから、振動等の外乱に対し測定が影
響を受け難いという特性を持っている。
2. Description of the Related Art An interference microscope has both the characteristics of high-precision height measurement of an interferometer and the characteristics of high-resolution observation of a microscope. By utilizing these characteristics, an interference microscope is formed on a silicon wafer. It is widely used for measuring the height of IC patterns and measuring minute steps formed on metal surfaces such as magnetic disks. And among the interference microscopes, the differential interference microscope, in particular, has a characteristic that the measurement is hardly affected by disturbances such as vibrations since it constitutes a common optical path type interferometer using polarization interference. .

【0003】ところで、この種の微分干渉顕微鏡に干渉
計測の高精度計測方法である縞走査法(位相シフト法)
を組合せて、高精度な段差計測を実現した形状計測方法
が特開平5−232384号公報に開示されている。ま
た、微分干渉顕微鏡とレーザー走査型顕微鏡を組合せて
高分解能化した例が、特開平9−14928号公報に開
示されている。このように、微分干渉顕微鏡に干渉計測
方法を組合せることにより、高精度な高さ計測と高分解
能観察の両方を実現することが出来る。
By the way, this type of differential interference microscope has a fringe scanning method (phase shift method) which is a high-precision measurement method for interference measurement.
Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-232384. An example in which the resolution is increased by combining a differential interference microscope and a laser scanning microscope is disclosed in JP-A-9-14928. Thus, by combining the interference measurement method with the differential interference microscope, both high-accuracy height measurement and high-resolution observation can be realized.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の干渉計
測方法は、観察物体の表面で入射光が正反射すると仮定
されており、観察物体面上の段差は極めて小さいとして
計測を行うようにしている。このため、観察物体面上に
形成されている段差等の形状変化が大きくなると従来の
干渉計測方法では高度な計測が難しくなる。
However, the conventional interference measurement method assumes that the incident light is specularly reflected on the surface of the observation object, and performs the measurement on the assumption that the step on the observation object surface is extremely small. I have. For this reason, when the shape change such as a step formed on the observation object surface becomes large, it becomes difficult to perform advanced measurement by the conventional interference measurement method.

【0005】この問題点については、特開平9−149
28号公報にも開示されている。微分干渉顕微鏡で段差
が大きい物体を観察すると、段差量によってエッジ部分
のコントラストが反転することがある。よって、微分干
渉顕微鏡を用いて段差量が大きい物体を計測すると凹凸
が反転した結果が得られることになる。特開平9−14
928号公報に記載のものは、段差量が大きくなった場
合における段差による反射光の変化と観察物体表面の反
射率の変化とが区別しにくくなる点を改善している。し
かし、段差量が大きい物体を計測した時に凹凸が反転す
ることを改善する方法については示されていない。ま
た、干渉計測で物体の段差等を反射光を用いて計測する
場合、その段差量がλ/2を超えると光路長差が往復で
λを超え、正確な計測が出来なくなる。微分干渉顕微鏡
においても段差量がλ/2を超えると同様に正確な計測
が行えなくなる。また、段差量がλ/4を超えると、画
像のコントラストが反転し、凹凸の判定が難しくなり、
正確な計測を行うことができなくなる。
[0005] Regarding this problem, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-149.
No. 28 is also disclosed. When observing an object having a large step with a differential interference microscope, the contrast of the edge portion may be inverted depending on the amount of the step. Therefore, when an object having a large step is measured using the differential interference microscope, a result in which the unevenness is reversed is obtained. JP-A-9-14
No. 928 improves the point that it becomes difficult to distinguish a change in reflected light due to a step and a change in reflectance on the surface of an observation object when the amount of the step becomes large. However, there is no description about a method for improving the inversion of the unevenness when an object having a large step amount is measured. In the case of measuring a step or the like of an object using reflected light in interference measurement, if the amount of the step exceeds λ / 2, an optical path length difference exceeds λ in a round trip, and accurate measurement cannot be performed. In the case of the differential interference microscope, when the step amount exceeds λ / 2, accurate measurement cannot be performed similarly. When the step amount exceeds λ / 4, the contrast of the image is inverted, and it becomes difficult to determine the unevenness.
Accurate measurement cannot be performed.

【0006】段差量が大きくなると発生するこれらの問
題点については、特開平9−236404号公報で詳し
く示され、その改善方法についても開示されている。特
開平9−236404号公報で開示されている方法を用
いることにより、λ/2以上の段差を計測することが可
能になる。しかし、特開平9−236404号公報に開
示されている方法では、従来の干渉計測と同様に、観察
物体の表面で光は正反射されると仮定して段差量を干渉
色から計測しており、観察物体の表面での光の回折につ
いては考慮されていないため、観察物体の表面に微細な
形状変化がある場合には、干渉色の変化が鈍くなり、正
確な計測を行うことが難しくなる。更に、この方法で
は、事前に干渉色と段差量との関係を求めておく必要が
あることや、分光器を用いて計測することなどから、測
定操作の煩雑化や装置の大型化を伴うことになる。
[0006] These problems which occur when the step height is increased are described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-236404, and a method for improving the problem is also disclosed. By using the method disclosed in JP-A-9-236404, it is possible to measure a step of λ / 2 or more. However, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-236404, the step difference is measured from the interference color on the assumption that the light is specularly reflected on the surface of the observation object, as in the conventional interference measurement. Since the diffraction of light on the surface of the observation object is not considered, if there is a minute shape change on the surface of the observation object, the change of the interference color becomes dull and it becomes difficult to perform accurate measurement. . Furthermore, in this method, it is necessary to obtain the relationship between the interference color and the amount of the step in advance, and the measurement is performed using a spectroscope. become.

【0007】本発明は、以上のような問題点に鑑みてな
されたものであり、観察物体に高段差の部分と微小な形
状変化部分の両方が存在する場合でも、観察物体の凹凸
の反転等を伴うことなく正確に形状を計測することがで
き、煩雑な操作を伴わず、簡素な装置構成で計測可能な
形状計測装置及び形状計測方法を提供することを目的と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems. Even when both a high step portion and a minute shape change portion are present in an observation object, it is possible to reverse the unevenness of the observation object. It is an object of the present invention to provide a shape measuring device and a shape measuring method capable of measuring a shape accurately without accompanying the same, and capable of measuring with a simple device configuration without complicated operations.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本第1の発明による形状計測装置は、複数
の波長を選択可能な光源装置と、微分干渉顕微鏡と、干
渉画像を形成する2つの光の相対的な位相量を変化させ
る位相変化装置と、撮像装置と、少なくとも2つの波長
で観察物体の位相分布画像を形成し、形成された位相分
布画像の各点の値を選択された波長間で比較する演算装
置とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention forms a light source device capable of selecting a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, and an interference image. A phase change device that changes a relative phase amount of the two lights, an imaging device, and a phase distribution image of the observation object at at least two wavelengths, and a value of each point of the formed phase distribution image is selected. And an arithmetic unit for comparing between the wavelengths.

【0009】また、本第2の発明による形状計測装置
は、複数の波長を選択可能な光源装置と、微分干渉顕微
鏡と、干渉画像を形成する2つの光の相対的な位相量を
変化させる位相変化装置と、撮像装置と、少なくとも2
つの波長で位相変化装置による位相変化量が略同じで符
号の異なる2つの微分干渉画像を撮像し、撮像した2つ
の微分干渉画像から差画像を形成し、形成された差画像
の各点の値を選択された波長間で比較する演算装置とを
有することを特徴とする。
The shape measuring apparatus according to the second aspect of the present invention includes a light source device capable of selecting a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, and a phase changing means for changing a relative phase amount between two lights forming an interference image. A change device, an imaging device, and at least two
Two differential interference images having different signs with substantially the same phase change amount by the phase changing device at two wavelengths are formed, a difference image is formed from the two obtained differential interference images, and the value of each point of the formed difference image is obtained. And an arithmetic unit for comparing the selected wavelengths with each other.

【0010】また、本第3の発明による形状計測装置
は、複数の波長を選択可能な光源装置と、微分干渉顕微
鏡と、干渉画像を形成する2つの光の相対的な位相量を
変化させる位相変化装置と、撮像装置と、少なくとも2
つの波長で位相変化装置による位相変化量が略同じで符
号の異なる2つの微分干渉画像を撮像し、撮像した2つ
の微分干渉画像から差画像及び和画像を形成し、形成さ
れた差画像と和画像のいずれかまたは両方の画像におけ
る各点の値を選択された波長間で比較する演算装置とを
有することを特徴とする。
The shape measuring apparatus according to the third aspect of the present invention includes a light source device capable of selecting a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, and a phase changing means for changing a relative phase amount of two lights forming an interference image. A change device, an imaging device, and at least two
Two differential interference images having the same amount of phase change by the phase change device at different wavelengths and having different signs are formed, a difference image and a sum image are formed from the two captured differential interference images, and the sum of the formed difference image and the sum image is obtained. An arithmetic unit for comparing the value of each point in one or both of the images between the selected wavelengths.

【0011】また、本第4の発明による形状計測方法
は、少なくとも2つの波長を選択する過程と、干渉画像
を収得する過程と、干渉画像を形成する光の相対的な位
相量を変化させる過程と、選択された波長毎に干渉画像
を位相分布画像に変換する過程と、変換された位相分布
画像の各点の値を選択された波長間で比較演算する過程
とを有することを特徴とする。
Further, in the shape measuring method according to the fourth aspect of the present invention, the step of selecting at least two wavelengths, the step of acquiring an interference image, and the step of changing the relative phase amount of light forming the interference image And a step of converting the interference image into a phase distribution image for each selected wavelength, and a step of comparing and calculating the value of each point of the converted phase distribution image between the selected wavelengths. .

【0012】また、本第5の発明による形状計測方法
は、少なくとも2つの波長を選択する過程と、干渉画像
を収得する過程と、干渉画像を形成する光の相対的な位
相量を変化させる過程と、位相変化量が略同じで符号の
異なる2つの干渉画像から差画像を形成する過程と、形
成された差画像における各点の値を選択された波長間で
比較する過程と、干渉画像を観察物体の位相分布画像に
変換する過程を有することを特徴とする。
Further, in the shape measuring method according to the fifth invention, the step of selecting at least two wavelengths, the step of acquiring an interference image, and the step of changing the relative phase amount of light forming the interference image A step of forming a difference image from two interference images having substantially the same phase change and different signs, a step of comparing the values of respective points in the formed difference image between selected wavelengths, The method is characterized in that the method includes a step of converting the observation object into a phase distribution image.

【0013】また、本第6の発明による形状計測方法
は、少なくとも2つの波長を選択する過程と、干渉画像
を収得する過程と、干渉画像を形成する光の相対的な位
相量を変化させる過程と、位相変化量が略同じで符号の
異なる2つの干渉画像から差画像と和画像を形成する過
程と、形成された差画像と和画像のいずれかまたは両方
の画像における各点の値を選択された波長間で比較する
過程と、差画像と和画像から観察物体の位相分布画像を
形成する過程を有することを特徴とする。
Further, in the shape measuring method according to the sixth aspect of the present invention, the step of selecting at least two wavelengths, the step of acquiring an interference image, and the step of changing the relative phase amount of light forming the interference image Forming a difference image and a sum image from two interference images having substantially the same phase change and different signs, and selecting the value of each point in one or both of the formed difference image and the sum image And a step of forming a phase distribution image of the observation object from the difference image and the sum image.

【0014】微分干渉顕微鏡および位相差顕微鏡で観察
される観察物体の位相分布に比例する強度分布は、観察
物体で回折されることなく透過又は反射した光と、観察
物体で回折された光とが干渉したものである。観察物体
面に光が入射したときの、入射光と、透過光又は反射光
と、回折光との関係は、図1に示すように3つのベクト
ルで表すことができる。ここで、Φは観察物体の位相量
を表している。
The intensity distribution proportional to the phase distribution of the observation object observed by the differential interference microscope and the phase contrast microscope is such that light transmitted or reflected without being diffracted by the observation object and light diffracted by the observation object are different from each other. It was interference. The relationship among incident light, transmitted light or reflected light, and diffracted light when light enters the observation object surface can be represented by three vectors as shown in FIG. Here, Φ represents the phase amount of the observation object.

【0015】微分干渉像および位相差像は、透過光又は
反射光と、回折光との積で表すことができるので、Φが
πに近づくと、透過光又は反射光と、回折光との積は0
に近づくことになり、微分干渉像および位相差像は現れ
なくなる。更に、Φがπを超えると、透過光又は反射光
と、回折光との積は負の値になり、像の強度分布が反転
することになる。
Since the differential interference image and the phase difference image can be expressed by the product of transmitted light or reflected light and diffracted light, when Φ approaches π, the product of transmitted light or reflected light and diffracted light is obtained. Is 0
, And the differential interference image and the phase contrast image disappear. Further, when Φ exceeds π, the product of the transmitted light or the reflected light and the diffracted light becomes a negative value, and the intensity distribution of the image is inverted.

【0016】観察物体に段差がある場合、段差に相当す
る位相量は観察する波長により値が変わってくる。よっ
て、複数の波長を用いて観察物体の位相量を計測し、得
られた位相量Φを比較することで、Φがπ以下である
か、π近傍の値であるか、πを超えているかを判定(以
下、位相量πの判定と呼ぶ)することができる。位相を
計測する際に特開平5−232384号公報に開示され
ているように位相変化装置を用いて縞走査法を行うこと
により、位相量Φの値を正確に計測することができ、位
相量πの判定をより正確に行うことができる。更に、こ
の判定結果を用いることにより、段差の凹凸の判定を正
確に行うことができるので、観察物体の位相量が大きい
場合でも、正確な位相分布を求めることができる。
When the observed object has a step, the value of the phase amount corresponding to the step changes depending on the wavelength to be observed. Therefore, by measuring the phase amount of the observation object using a plurality of wavelengths and comparing the obtained phase amount Φ, whether Φ is less than π, a value near π, or exceeds π (Hereinafter, referred to as the determination of the phase amount π). When the phase is measured, the value of the phase amount Φ can be accurately measured by performing a fringe scanning method using a phase changing device as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-232384. The determination of π can be performed more accurately. Furthermore, by using this determination result, it is possible to accurately determine the unevenness of the step, so that even when the phase amount of the observation object is large, an accurate phase distribution can be obtained.

【0017】本発明者は、微分干渉顕微鏡及び位相差顕
微鏡の結像特性について解析を行い、その結果を特開平
8−94936号公報、特開平9−15504号公報及
び特開平9−105864号公報等に開示している。
The present inventor analyzed the imaging characteristics of the differential interference microscope and the phase contrast microscope, and analyzed the results. Etc.

【0018】通常の縞走査法では、位相変化装置で0、
π/2、π、3π/2の4つの位相シフト量を付加して
計測を行う。本発明者が解析した結果、位相変化装置を
介して与える位相シフト量が値が等しく符号の異なる±
Θの2つの値であっても、その±Θ位相をシフトした2
つの干渉画像の差演算を行うことにより、従来の縞走査
法と同様に位相成分を分離抽出することができる。よっ
て、複数の波長で観察物体の差画像を形成し、差画像中
の各点で各波長の値を比較することにより、位相量πの
判定を行うことができる。
In a normal fringe scanning method, 0,
The measurement is performed by adding four phase shift amounts of π / 2, π, and 3π / 2. As a result of analysis performed by the inventor, the phase shift amounts given through the phase change device are equal in value and different in sign.
Even when the two values of Θ are used, the value obtained by shifting the phase thereof ± 2
By calculating the difference between the two interference images, the phase component can be separated and extracted in the same manner as in the conventional fringe scanning method. Therefore, the phase amount π can be determined by forming a difference image of the observation object at a plurality of wavelengths and comparing the values of the wavelengths at each point in the difference image.

【0019】また、位相変化装置で与える位相シフト量
の値が等しく符号の異なる±Θの2つの干渉画像の和演
算を行うことにより、干渉画像から強度成分を分離抽出
することができる。段差の位相量がπに近い値のときに
は、強度画像における段差のエッジ部分の強度が略0と
見なすことができるくらいまで急激に低下する。従っ
て、強度成分つまり和画像を波長毎に比較することによ
っても、位相量πの判定を行うことができる。
Further, by performing a sum operation of two interference images of ± Θ having the same phase shift amount given by the phase changing device and different signs, it is possible to separate and extract the intensity component from the interference image. When the phase amount of the step is a value close to π, the intensity of the edge portion of the step in the intensity image sharply decreases to a level that can be regarded as substantially zero. Therefore, the phase amount π can also be determined by comparing the intensity component, that is, the sum image for each wavelength.

【0020】また、和画像を形成することにより、段差
のエッジ部分以外の場所の反射率情報を得ることができ
る。エッジ部分以外の反射率情報を求め、その反射率情
報を用いてエッジ部分を補完することにより、観察物体
に反射率変化がある場合でも位相量πの正確な判定を行
うことができる。
Further, by forming the sum image, it is possible to obtain the reflectance information of a place other than the edge portion of the step. By obtaining the reflectance information other than the edge portion and complementing the edge portion using the reflectance information, it is possible to accurately determine the phase amount π even when the observed object has a change in reflectance.

【0021】また、差画像と和画像のいずれかを用いる
ことにより、位相量πの判定を行うことができる。さら
に、差画像と和画像の両方を用いることにより、より正
確に位相量πを判定することができ、正確な凹凸判定が
可能になる。
The phase amount π can be determined by using either the difference image or the sum image. Furthermore, by using both the difference image and the sum image, the phase amount π can be determined more accurately, and accurate unevenness determination can be performed.

【0022】観察物体の表面形状を正確に計測するため
には、形状の変化が大きい場合でもその凹凸判定を正確
に行うことができるようにする必要がある。従って、本
第1の発明で示すように、先ず、撮像装置が付いた微分
干渉顕微鏡に位相変化装置を付加し、縞走査法等の手法
により正確な形状が計測できるようにする。更に光源か
ら複数の波長を選択可能な光源装置を用いることによ
り、複数の波長で形状計測を可能にする。そして、複数
の波長で計測した観察物体の形状に対応する位相分布画
像を波長間で比較する装置を付加することにより、位相
量がπを超えているか否かの判定を行うことが可能にな
り、正確な凹凸判定を行なうことができ、正確な形状計
測が可能になる。
In order to accurately measure the surface shape of an observation object, it is necessary to accurately determine the unevenness even when the shape changes greatly. Therefore, as shown in the first invention, first, a phase change device is added to a differential interference microscope equipped with an imaging device so that an accurate shape can be measured by a technique such as a fringe scanning method. Further, by using a light source device capable of selecting a plurality of wavelengths from a light source, shape measurement can be performed at a plurality of wavelengths. By adding a device that compares the phase distribution image corresponding to the shape of the observation object measured at a plurality of wavelengths between wavelengths, it is possible to determine whether the phase amount exceeds π. , Accurate unevenness determination can be performed, and accurate shape measurement can be performed.

【0023】また、本第2の発明のように、位相変化装
置で±Θ位相量をシフトした2つの画像から形成された
差画像を複数の波長で比較する装置を用いれば、正確な
凹凸判定を行なうことができ、正確な形状計測が可能に
なる。また、この場合、位相変化装置による位相シフト
量が±Θの2つの状態だけで足りるので、計測時間を短
縮化することができる等の効果もある。
Further, as in the second aspect of the present invention, if a device for comparing a difference image formed from two images shifted by ± Θ phase amount by a phase changing device at a plurality of wavelengths is used, accurate unevenness determination can be performed. And accurate shape measurement can be performed. Further, in this case, since only two states of ± Θ in the phase shift amount by the phase change device are sufficient, there is an effect that the measurement time can be reduced.

【0024】また、本第3の発明のように、2つの微分
干渉画像から和画像を形成することによっても凹凸の判
定を行うことが可能になる。更に、2つの微分干渉画像
から形成された差画像と和画像の両方を用いることによ
り、観察物体の反射率や透過率の変化を補正することが
可能になり、より正確な形状計測が可能になる。なお、
上記本発明の形状測定装置は、微分干渉顕微鏡に固有の
技術ではなく、位相差顕微鏡等の干渉効果を利用して位
相分布を可視化するタイプの顕微鏡全てに適応できる。
Further, as in the third aspect of the present invention, it is possible to determine the unevenness by forming a sum image from two differential interference images. Furthermore, by using both the difference image and the sum image formed from the two differential interference images, it becomes possible to correct the change in the reflectance and the transmittance of the observed object, thereby enabling more accurate shape measurement. Become. In addition,
The shape measuring apparatus of the present invention is not a technique unique to a differential interference microscope, but can be applied to all microscopes of a type that visualizes a phase distribution using an interference effect such as a phase contrast microscope.

【0025】また、本第4の発明から本第6の発明で示
すような過程を有する形状計測手法を用いることによ
り、干渉効果により位相分布を可視化する干渉顕微鏡の
画像から観察物体の形状を正確に計測することが可能に
なる。
In addition, by using the shape measuring method having the steps as shown in the fourth to sixth aspects of the present invention, the shape of the observed object can be accurately determined from the image of the interference microscope which visualizes the phase distribution by the interference effect. It becomes possible to measure.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。先ず、本発明に適用可能な落射型の微分干
渉顕微鏡の具体的な装置構成と効果を説明する。図2は
落射型微分干渉顕微鏡の概略構成図である。図2の顕微
鏡では、光源21から射出された光が、照明光学系の光
路内に配置された偏光子22を介して偏光角が45°の
直線偏光となり、更にハーフミラー23で反射された光
がノマルスキープリズム24に入射する。ノマルスキー
プリズム24を透過した光は、互いに直交する2つの直
線偏光に分割され、更に、対物レンズ25を介して観察
物体面26の上で分離された2点として集光される。こ
の分離された2点の光は、観察物体面26で反射された
後、対物レンズ25、ノマルスキープリズム24を再び
透過して、2つの直線偏光成分が合波され、更に、ハー
フミラー23を透過した光が結像光学系の光路内に配置
された検光子27を透過することにより2つの偏光成分
が干渉して結像光学系の像面上に微分干渉像を形成す
る。形成された微分干渉像は、接眼レンズ(図示省略)
を介して、目視観察したり、又はCCDカメラ29等の
撮像素子で撮像しコンピュータ30等で解析を行う。な
お、図中、28は結像レンズ、31はレンズ、32は視
野絞り明るさ絞りなどの絞りである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a specific device configuration and effects of an epi-illumination type differential interference microscope applicable to the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an epi-illumination type differential interference microscope. In the microscope of FIG. 2, light emitted from the light source 21 becomes linearly polarized light having a polarization angle of 45 ° via a polarizer 22 disposed in the optical path of the illumination optical system, and further reflected by the half mirror 23. Enter the Nomarski prism 24. The light transmitted through the Nomarski prism 24 is split into two linearly polarized light beams that are orthogonal to each other, and further condensed as two points separated on the observation object plane 26 via the objective lens 25. The two separated light beams are reflected by the observation object surface 26, then pass through the objective lens 25 and the Nomarski prism 24 again, where the two linearly polarized light components are combined, and further pass through the half mirror 23. The transmitted light passes through the analyzer 27 arranged in the optical path of the imaging optical system, and the two polarized light components interfere with each other to form a differential interference image on the image plane of the imaging optical system. The formed differential interference image is an eyepiece (not shown)
, The image is visually observed, or an image is captured by an image sensor such as the CCD camera 29 and analyzed by the computer 30 or the like. In the figure, 28 is an imaging lens, 31 is a lens, and 32 is a field stop such as a brightness stop.

【0027】次に、この種の微分干渉顕微鏡を本発明に
適用した形状計測装置の実施例について説明する。図3
は図2の落射型微分干渉顕微鏡に本発明を用いた形状計
測装置の一実施例を示す構成概略図である。本実施例の
形状計測装置では、図2における光源21の代わりに、
複数の波長を選択して発光することができる波長選択光
源装置1が用いられており、波長選択光源装置1から発
光可能な複数の波長から特定の第1の波長と第2の波長
の光を選択して観察に用いることができるようになって
いる。また、図2における照明光学系の光路内に配置さ
れた偏光子22の代わりに位相変化装置2を配置し、ノ
マルスキープリズム24に入射する偏光に対し任意のリ
ターデーション量を与えることができるようになってい
る。結像光学系の像面上もしくはその共役面上にはCC
Dカメラ29が配置され、また、CCDカメラ29から
の映像信号はコンピュータ30に取り込むことができる
ようになっている。
Next, an embodiment of a shape measuring apparatus in which this type of differential interference microscope is applied to the present invention will be described. FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a shape measuring device using the present invention for the epi-illumination type differential interference microscope of FIG. In the shape measuring apparatus of the present embodiment, instead of the light source 21 in FIG.
A wavelength selection light source device 1 capable of selecting and emitting light at a plurality of wavelengths is used, and light of specific first and second wavelengths is selected from a plurality of wavelengths that can be emitted from the wavelength selection light source device 1. It can be selected and used for observation. Further, a phase change device 2 is arranged in place of the polarizer 22 arranged in the optical path of the illumination optical system in FIG. 2 so that an arbitrary amount of retardation can be given to polarized light incident on the Nomarski prism 24. Has become. CC on the image plane of the imaging optical system or its conjugate plane
A D camera 29 is provided, and a video signal from the CCD camera 29 can be taken into the computer 30.

【0028】このような構成において、先ず、波長選択
光源装置1で第1の波長の光を選択し、位相変化装置2
を調整してノマルスキープリズム24に入射する偏光の
リターデーション量がΘとなるようにし、微分干渉画像
をCCDカメラ29で撮像してその画像をコンピュータ
30に転送し、コンピュータ30内部の記憶領域に記憶
させておく。次に、位相変化装置2を調整してノマルス
キープリズム24に入射する偏光のリターデーション量
が−Θになるようにし、微分干渉画像をCCDカメラ2
9で撮像してその画像をコンピュータ30に転送し、コ
ンピュータ30内部の記憶領域に記憶させておく。次
に、コンピュータ30内部の演算処理部を介してデータ
格納部に保持された2つの画像データを用いて、像面上
の座標に対応したピクセル単位で引き算を行い、差画像
を形成する。更に、ピクセル単位で和演算を行い、和画
像を形成する。形成された差画像を、微分干渉顕微鏡の
応答特性OTFを用いたデコンボリューション処理又は
積分処理を行うことにより、第1の波長における観察物
体の位相分布画像を形成し、コンピュータ30のディス
プレー上に表示する。
In such a configuration, first, light of the first wavelength is selected by the wavelength selection light source device 1, and the phase change device 2
Is adjusted so that the retardation amount of the polarized light incident on the Nomarski prism 24 becomes 、, the differential interference image is captured by the CCD camera 29, and the image is transferred to the computer 30 and stored in the storage area inside the computer 30. Let it be. Next, the phase change device 2 is adjusted so that the retardation amount of the polarized light incident on the Nomarski prism 24 becomes -Θ, and the differential interference image is converted to the CCD camera 2.
9, the image is transferred to the computer 30 and stored in a storage area inside the computer 30. Next, subtraction is performed in units of pixels corresponding to the coordinates on the image plane using two image data held in the data storage unit via an arithmetic processing unit inside the computer 30 to form a difference image. Further, a sum operation is performed for each pixel to form a sum image. The formed difference image is subjected to a deconvolution process or an integration process using a response characteristic OTF of a differential interference microscope to form a phase distribution image of the observation object at the first wavelength, and is displayed on a display of the computer 30. I do.

【0029】次に、波長選択光源装置1で第1の波長よ
り長い第2の波長の光を選択し第1の波長と略強度が同
じになるように調節し、第1の波長の場合と同様にリタ
ーデーション量が±Θの微分干渉画像をCCDカメラ2
9で撮像し、コンピュータ30内部の記憶領域に記憶さ
せ、演算処理部を介して差画像と和画像を形成し、差画
像から第2の波長における観察物体の位相分布画像を形
成し、コンピュータ30のディスプレー上に表示する。
Next, the light of the second wavelength longer than the first wavelength is selected by the wavelength selecting light source device 1 and adjusted so that the intensity is substantially the same as the first wavelength. Similarly, a differential interference image having a retardation amount of ±
9, the image is stored in a storage area inside the computer 30, a difference image and a sum image are formed through an arithmetic processing unit, and a phase distribution image of the observation object at the second wavelength is formed from the difference image. Display on the display.

【0030】ここで、段差量(位相分布)の変化に伴っ
て相対強度が波長によってどのように変化するかを図4
に示す。図4からわかるように、各波長の相対強度は段
差量の変化に伴って正弦波状に変化する点では同じであ
るが、相対強度が最大になる位置が異なる。この相対強
度が最大値になる位置の段差量は、位相変化が1/2波
長である場合に相当する。例えば、短い波長(実線)に
おいて相対強度が0.2の場合の段差量は、約18と約
120である。従って、これだけでは、位相変化が1/
2波長以下の段差量18であるのか、或いは、1/2波
長以上の段差量120であるのかを判断することができ
ない。しかしながら、長い波長(破線)においては、段
差量が18の場合は短い波長(実線)に比べて相対強度
が小さく、段差量が120の場合は短い波長に比べて相
対強度が大きい。このように、同じ段差量を異なる波長
で比較すれば、相対強度の大小関係からその段差量、即
ち、位相変化量が1/2波長以下の段差量であるのか、
或いは、1/2波長以上の段差量であるのかを判断する
ことができる。
FIG. 4 shows how the relative intensity changes depending on the wavelength with the change in the step amount (phase distribution).
Shown in As can be seen from FIG. 4, the relative intensity of each wavelength is the same in that it changes sinusoidally with the change in the amount of step, but the position where the relative intensity is maximized is different. The amount of the step at the position where the relative intensity becomes the maximum value corresponds to the case where the phase change is 波長 wavelength. For example, when the relative intensity is 0.2 at a short wavelength (solid line), the steps are about 18 and about 120. Therefore, with this alone, the phase change is 1 /
It is not possible to determine whether the step amount is two wavelengths or less 18 or the step amount 120 is half wavelength or more. However, at a long wavelength (broken line), when the step amount is 18, the relative intensity is small as compared with the short wavelength (solid line), and when the step amount is 120, the relative intensity is large as compared with the short wavelength. As described above, if the same step amount is compared at different wavelengths, it is determined from the magnitude relationship of the relative intensities whether the step amount, that is, the phase change amount is a step amount of 波長 wavelength or less,
Alternatively, it can be determined whether the amount of the step is equal to or more than 1 / wavelength.

【0031】上記の点を考慮して、次に、第1の波長に
おける観察物体の位相分布画像から第2の波長における
観察物体の位相分布画像の引き算を行い、位相判定画像
Aを形成する。なお、引き算は、差画像を形成する場合
と同様に像面上の座標に対応したピクセル単位で行う。
そして、形成された位相判定画像Aにおいて値が正にな
る部分、値が略0の部分、値が負になる部分の3つに分
類する。
In consideration of the above points, a phase determination image A is formed by subtracting the phase distribution image of the observation object at the second wavelength from the phase distribution image of the observation object at the first wavelength. The subtraction is performed in pixel units corresponding to the coordinates on the image plane as in the case of forming the difference image.
Then, in the formed phase determination image A, it is classified into three parts: a part where the value is positive, a part where the value is substantially 0, and a part where the value is negative.

【0032】ここで、位相判定画像Aにおいて値が負に
なる部分は、第1の波長において1/4波長以上1/2
波長以下の位相変化を持ち、位相分布情報と観察物体形
状とで凹凸の反転を伴わない部分である。他方、位相判
定画像Aにおいて値が正になる部分は、第1の波長にお
いて1/2波長以上の位相変化を持ち、位相分布情報と
観察物体形状とで凹凸の反転を伴う部分である。よっ
て、この部分は凹凸の反転に伴う補正を必要とする。ま
た、位相判定画像Aにおいて値が略0となる部分は、本
来は位相(形状)の変化がない部分である。しかし、第
1の波長において1/4波長以下の低段差部分は、波長
の違いによる位相の変化が小さいために位相判定画像A
における値が略0であるとみなすことができる。従っ
て、この部分も位相分布情報と観察物体形状とで凹凸の
反転を伴わない部分に含めることができる。
Here, the portion where the value is negative in the phase determination image A is a quarter wavelength or more and a half of the first wavelength.
This is a portion that has a phase change equal to or less than the wavelength, and does not involve inversion of the unevenness between the phase distribution information and the shape of the observation object. On the other hand, the portion where the value is positive in the phase determination image A is a portion that has a phase change of 波長 wavelength or more at the first wavelength and is accompanied by inversion of the concavities and convexities in the phase distribution information and the observed object shape. Therefore, this part needs correction accompanying inversion of the unevenness. In addition, the portion where the value is substantially 0 in the phase determination image A is a portion where the phase (shape) does not originally change. However, in the first wavelength, the low step portion of 1/4 wavelength or less has a small phase change due to the wavelength difference, and thus the phase determination image A
Can be considered to be approximately zero. Therefore, this portion can also be included in a portion of the phase distribution information and the shape of the observation object that does not involve inversion of the unevenness.

【0033】位相判定画像Aの画像から、コンピュータ
30内部の演算処理部を介して第1の波長の位相分布画
像の各点ごとに凹凸の反転による補正の有無の情報を付
加し、和画像のデータと第1の波長の波長データとを用
いて観察物体の形状を再生し、形成した画像をコンピュ
ータ30のディスプレー上に表示する。
From the image of the phase determination image A, information on the presence / absence of correction by inversion of concavities and convexities is added to each point of the phase distribution image of the first wavelength via an arithmetic processing unit inside the computer 30 to obtain a sum image. The shape of the observation object is reproduced using the data and the wavelength data of the first wavelength, and the formed image is displayed on the display of the computer 30.

【0034】そして、以上のような、波長選択光源装置
1における波長の選択、位相変化装置2によるリターデ
ーション量の制御、画像の取り込みと各差画像の形成、
差画像から位相分布画像への変換と位相判定画像の形
成、凹凸判定情報と位相分画像から観察物体の形状への
変換の各処理をコンピュータ30で行うことにより、微
分干渉顕微鏡を用いた形状測定装置を構成することがで
きる。
Then, as described above, the wavelength selection in the wavelength selection light source device 1, the control of the retardation amount by the phase change device 2, the capture of the image and the formation of each difference image,
The computer 30 performs the conversion from the difference image to the phase distribution image and the formation of the phase determination image, and the conversion from the unevenness determination information and the phase component image to the shape of the observation object, thereby performing shape measurement using a differential interference microscope. The device can be configured.

【0035】なお、位相判定画像は、上述の位相判定画
像Aのように第1の波長における観察物体の位相分布画
像と第2の波長における観察物体の位相分布画像から形
成することができるが、これ以外に、第1の波長と第2
の波長の各差画像から形成することもできる。
The phase judgment image can be formed from the phase distribution image of the observation object at the first wavelength and the phase distribution image of the observation object at the second wavelength, as in the above-mentioned phase judgment image A. In addition, the first wavelength and the second
Can also be formed from the difference images of the wavelengths.

【0036】位相判定画像Aを形成する場合と同様に、
第1の波長の差画像から第2の波長の差画像を引き算し
て形成した画像を位相判定画像Bとする。そして、位相
判定画像Bについても位相判定画像Aと同様に、値が正
になる部分、値が略0の部分、値が負になる部分の3つ
に分類する。
As in the case of forming the phase determination image A,
An image formed by subtracting the difference image of the second wavelength from the difference image of the first wavelength is defined as a phase determination image B. Similarly to the phase determination image A, the phase determination image B is classified into three parts: a part where the value is positive, a part where the value is substantially 0, and a part where the value is negative.

【0037】ここで、位相判定画像Bにおいて値が正に
なる部分は、第1の波長において1/2波長以上の位相
変化を持ち、位相分布情報と観察物体形状とで凹凸の反
転を伴う部分である。よって、この部分は凹凸の反転に
伴う補正を必要とする。他方、位相判定画像Bにおいて
値が負になる部分は第1の波長において1/4波長以上
1/2波長以下の位相変化を持ち、位相分布情報と観察
物体形状とで凹凸の反転を伴わない部分である。また、
位相判定画像Bにおいて値が略0となる部分は、本来は
位相(形状)の変化がない部分である。しかし、第1の
波長において1/4波長以下の低投差部分は、波長の違
いによる位相の変化が小さいために位相判定画像Bにお
ける値が略0であるとみなすことができる。従って、こ
の部分も位相分布情報と観察物体形状とで凹凸の反転を
伴わない部分に含めることができる。
Here, the portion where the value is positive in the phase judgment image B has a phase change of 1 / wavelength or more at the first wavelength, and the phase distribution information and the shape of the observation object are accompanied by the inversion of the unevenness. It is. Therefore, this part needs correction accompanying inversion of the unevenness. On the other hand, the portion where the value is negative in the phase determination image B has a phase change of not less than 4 wavelength and not more than 波長 wavelength at the first wavelength, and the phase distribution information and the shape of the observed object are not accompanied by the inversion of the unevenness. Part. Also,
The portion where the value is substantially 0 in the phase determination image B is a portion where the phase (shape) does not originally change. However, the value of the phase difference image B can be regarded as substantially zero in the low throwing portion of the first wavelength that is equal to or less than 1/4 wavelength because the phase change due to the difference in wavelength is small. Therefore, this portion can also be included in a portion of the phase distribution information and the shape of the observation object that does not involve inversion of the unevenness.

【0038】位相判定画像Bの画像から、コンピュータ
30内部の演算処理部を介して第1の波長の位相分布画
像の各点ごとに凹凸の反転による補正の有無の情報を付
加し、和画像のデータと第1の波長の波長データとを用
いて観察物体の形状を再生し、形成した画像をコンピュ
ータ30のディスプレー上に表示する。
From the image of the phase determination image B, information on the presence / absence of correction by inversion of concavities and convexities is added to each point of the phase distribution image of the first wavelength via an arithmetic processing unit in the computer 30 to obtain a sum image. The shape of the observation object is reproduced using the data and the wavelength data of the first wavelength, and the formed image is displayed on the display of the computer 30.

【0039】以上、第1の波長と第2の波長のそれぞれ
の位相分布画像又は差画像を引算することにより、位相
判定画像を形成する例について説明したが、位相判定画
像は、上記の例以外に、第1の波長と第2の波長のそれ
ぞれの位相分布画像の比を計算することによっても形成
することができる。その場合は、それぞれの位相分布画
像の比が1以上になる場合と1以下になる場合とで凹凸
の判定を行うことができる。また、第1の波長と第2の
波長の各差画像の比を用いても同様に位相判定画像を形
成することができる。
In the above, the example in which the phase determination image is formed by subtracting the phase distribution image or the difference image of each of the first wavelength and the second wavelength has been described. Alternatively, it can be formed by calculating the ratio of the phase distribution images of the first wavelength and the second wavelength. In that case, it is possible to determine the unevenness depending on whether the ratio of each phase distribution image is 1 or more and 1 or less. Also, a phase determination image can be formed in the same manner by using the ratio of each difference image between the first wavelength and the second wavelength.

【0040】次に、本実施例に用いる位相変化装置の構
成例を図5(a)〜(d)に示す。なお、図5(a)〜(d)では、
図3に示すように、位相変化装置2を照明光学系の光路
内に配置する場合についての構成例を示すこととする。
なお、位相変化装置2は、結像光学系の光路内の検光子
27と配置を入れ替えてもよく、その場合も照明光学系
の光路内に配置する場合と同等の効果を得ることができ
る。
Next, FIGS. 5A to 5D show examples of the configuration of the phase change device used in this embodiment. In FIGS. 5A to 5D,
As shown in FIG. 3, an example of a configuration in which the phase changing device 2 is disposed in the optical path of the illumination optical system will be described.
The arrangement of the phase changing device 2 may be interchanged with that of the analyzer 27 in the optical path of the imaging optical system, and in this case, the same effect as in the case of being arranged in the optical path of the illumination optical system can be obtained.

【0041】図5(a)に示す位相変化装置2は、λ/4
板3を固定し、光軸を中心として回転可能な偏光子4に
モータ5等の駆動装置をつけて、回転制御出来るように
構成されており、偏光子4の回転角に対応してリターデ
ーション量を変化させることができるようになってい
る。なお、図5(a)の構成例では、λ/4板3を固定
し、偏光子4を回転させるようにしているが、λ/4板
3にモータを付けて回転制御できるようにし、偏光子4
を固定して構成しても同等の効果を得ることができる。
The phase change device 2 shown in FIG.
The plate 3 is fixed, and a driving device such as a motor 5 is attached to a polarizer 4 rotatable about the optical axis so that the rotation can be controlled. The retardation corresponds to the rotation angle of the polarizer 4. The amount can be changed. In the configuration example of FIG. 5A, the λ / 4 plate 3 is fixed and the polarizer 4 is rotated. However, the rotation is controlled by attaching a motor to the λ / 4 plate 3 so that the polarization can be controlled. Child 4
The same effect can be obtained even if the structure is fixed.

【0042】図5(b)に示す位相変化装置2は、λ/4
板3及び偏光子4を固定するとともに、λ/4板3と偏
光子4との間に液晶素子6を配置し、液晶制御装置7を
介して液晶素子6に印加する電圧を変化させることによ
って液晶素子6を透過した偏光の振動方向を回転させ
て、リターデーション量を変化させることができるよう
に構成されている。
The phase change device 2 shown in FIG.
By fixing the plate 3 and the polarizer 4, disposing the liquid crystal element 6 between the λ / 4 plate 3 and the polarizer 4, and changing the voltage applied to the liquid crystal element 6 via the liquid crystal control device 7 The rotation direction of the polarized light transmitted through the liquid crystal element 6 is rotated to change the retardation amount.

【0043】図5(c)に示す位相変化装置2は、図5(b)
に示す構成例からλ/4板3をなくし、代わりにλ/4
板3の機能をノマルスキープリズムに持たせている。図
5(d)に示す位相変化装置2は、図5(c)に示す構成例の
液晶素子6の代わりに電気光学素子8を配置し、制御装
置9を介して電気光学素子8に与える電気特性を変える
ことによりリターデーション量を変化させることができ
るように構成されている。
The phase changing device 2 shown in FIG.
The λ / 4 plate 3 is eliminated from the configuration example shown in FIG.
The function of the plate 3 is given to the Nomarski prism. In the phase change device 2 shown in FIG. 5D, an electro-optical element 8 is arranged instead of the liquid crystal element 6 in the configuration example shown in FIG. It is configured such that the retardation amount can be changed by changing the characteristics.

【0044】次に、本実施例に用いる波長選択光源の構
成例を図6(a)〜(d)に示す。図6(a)に示す波長選択光
源装置1は、白色光源10と干渉フィルター11を組み
合せて構成されており、選択した波長に対応した干渉フ
ィルター11を交換することによって光源の波長を変化
させて、所望の波長を選択することができるようになっ
ている。なお、干渉フィルター11を交換する以外に、
干渉フィルターを傾斜させて干渉フィルター11の光軸
とのなす角を変えることにより、干渉フィルター11を
透過する波長をシフトさせて、光源の波長を変えること
ができるようにしてもよい。
Next, an example of the configuration of the wavelength selection light source used in this embodiment is shown in FIGS. The wavelength selection light source device 1 shown in FIG. 6A is configured by combining a white light source 10 and an interference filter 11, and changing the wavelength of the light source by replacing the interference filter 11 corresponding to the selected wavelength. , A desired wavelength can be selected. In addition to replacing the interference filter 11,
By changing the angle formed between the interference filter 11 and the optical axis by tilting the interference filter, the wavelength transmitted through the interference filter 11 may be shifted to change the wavelength of the light source.

【0045】図6(b)に示す波長選択光源装置1は、白
色光源10と液晶素子6とを組合せて、液晶制御装置7
を介して液晶素子6に印加する電圧を変えることによ
り、液晶素子6を透過する波長を変えることで、所望の
波長を選択することができるようになっている。
The wavelength selection light source device 1 shown in FIG. 6B combines a white light source 10 and a liquid crystal element 6 to form a liquid crystal control device 7.
The desired wavelength can be selected by changing the voltage applied to the liquid crystal element 6 through the interface, thereby changing the wavelength transmitted through the liquid crystal element 6.

【0046】図6(c)に示す波長選択光源装置1は、複
数の単色光源(レーザー、LEDなど)12,12’
と、複数の単色光源12,12’の光軸の交わる位置に
配置されたダイクロイックミラー13とを組合せて、制
御装置15を介してそれぞれの単色光源12,12’を
スイッチングするか、単色光源12,12’の前方にシ
ャッター14,14’を配置し、制御装置15を介して
シャッター14,14’の開閉のタイミングを制御する
ことにより所望の波長を選択することができるようにな
っている。
The wavelength selection light source device 1 shown in FIG. 6C has a plurality of monochromatic light sources (lasers, LEDs, etc.) 12, 12 '.
And a dichroic mirror 13 disposed at a position where the optical axes of the plurality of monochromatic light sources 12 and 12 ′ intersect with each other to switch the monochromatic light sources 12 and 12 ′ via the control device 15, or , 12 'are arranged in front of the shutters 14 and 14', and a desired wavelength can be selected by controlling the opening and closing timing of the shutters 14 and 14 'via the control device 15.

【0047】図6(d)に示す波長選択光源装置1は、光
源に半導体レーザ16を用いて、制御装置17を介して
半導体レーザ16の駆動電流を制御することにより、半
導体レーザの発振波長を変化させて所望の波長を選択す
ることができるようになっている。また、光源として複
数の発光素子を持つLED16’を用いて、発光する素
子を選択することにより、所望の波長を選択することが
できるようにしてもよい。
The wavelength selection light source device 1 shown in FIG. 6D uses a semiconductor laser 16 as a light source and controls the drive current of the semiconductor laser 16 via a control device 17 so as to reduce the oscillation wavelength of the semiconductor laser. By changing the wavelength, a desired wavelength can be selected. Alternatively, a desired wavelength may be selected by selecting an element to emit light using an LED 16 ′ having a plurality of light emitting elements as a light source.

【0048】なお、図6(c)または(d)に示すような構成
の波長選択光源1を用いる場合には、図7に示すような
レーザ走査型顕微鏡の構成を採用することが望ましい。
その場合、図3の構成における照明光学系の光路内にビ
ーム走査装置を配置してレーザビームが観察物体面上を
走査できるようにする。また、図3に示す検光子27の
代わりに偏光ビームスプリッター(PBS)33を用い
ると共に、PBS33で分割された光路内に2つのディ
テクター34,35を配置し、それぞれのディテクター
34,35からの信号の差信号と和信号を検出するよう
にする。また、位相変化装置2を介して差信号と和信号
の両方が最大になるようにノマルスキープリズム24に
入射する偏光状態の制御を行うようにする。
When the wavelength-selective light source 1 having the configuration as shown in FIG. 6C or 6D is used, it is desirable to employ the configuration of a laser scanning microscope as shown in FIG.
In that case, a beam scanning device is arranged in the optical path of the illumination optical system in the configuration of FIG. 3 so that the laser beam can scan on the observation object plane. Further, a polarizing beam splitter (PBS) 33 is used instead of the analyzer 27 shown in FIG. 3, and two detectors 34 and 35 are arranged in the optical path divided by the PBS 33, and the signals from the respective detectors 34 and 35 are arranged. The difference signal and the sum signal are detected. Further, the polarization state incident on the Nomarski prism 24 is controlled so that both the difference signal and the sum signal are maximized via the phase changing device 2.

【0049】その他、本発明の形状計測装置における波
長選択を行う方法としては、図6に示すような波長選択
光源を用いた構成に限定されるものではなく、図8に示
すように、CCDカメラ36,37の前方にダイクロイ
ックミラー(DM)38を配置し、この複数のCCDカ
メラ36,37で微分干渉画像を撮像することによって
も所望の波長を選択したのと同等の効果を奏することが
可能である。この場合、図3に示す波長選択光源1の代
わりに、白色に近い広帯域な波長の光源21’を用い
る。
In addition, the method for selecting a wavelength in the shape measuring apparatus of the present invention is not limited to the configuration using the wavelength selection light source as shown in FIG. 6, but as shown in FIG. By arranging a dichroic mirror (DM) 38 in front of 36 and 37 and capturing differential interference images with the plurality of CCD cameras 36 and 37, the same effect as selecting a desired wavelength can be obtained. It is. In this case, instead of the wavelength selection light source 1 shown in FIG. 3, a light source 21 ′ having a broadband wavelength close to white is used.

【0050】また、ダイクロイックミラー38を配置し
CCDカメラを複数用いる代わりに、CCDカメラとし
て、RGBの3色を独立して撮像できる3CCDタイプ
のカメラを一つ用いて、映像信号からRGBのそれぞれ
の信号を分離するようにすることによっても、図8に示
す構成と同等の効果を奏することができる。従って、3
CCDタイプのカメラを用いると、装置構成をより簡素
化することができる。
Further, instead of disposing the dichroic mirror 38 and using a plurality of CCD cameras, one CCD camera, which can independently capture three colors of RGB, is used as the CCD camera. The same effect as the configuration shown in FIG. 8 can be obtained by separating the signals. Therefore, 3
Use of a CCD type camera can further simplify the device configuration.

【0051】以上説明したように、本発明の形状計測装
置及び形状計測方法は、特許請求の範囲に記載された発
明の他に、次に示すような特徴も備えている。
As described above, the shape measuring apparatus and the shape measuring method of the present invention have the following features in addition to the invention described in the claims.

【0052】(1)複数の波長を選択可能な光源装置
と、微分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する2つの光の
相対的な位相量を変化させる位相変化装置と、撮像装置
と、少なくとも2つの波長で位相変化装置による位相変
化量が略同じで符号の異なる2つの微分干渉画像を撮像
し、撮像した2つの微分干渉画像から差画像を形成し、
形成された差画像の各点の値を選択された波長間で比較
する演算装置とを有することを特徴とする形状計測装
置。
(1) A light source device capable of selecting a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, a phase change device that changes a relative phase amount of two lights forming an interference image, an imaging device, and at least two Imaging two differential interference images having substantially the same phase change amount by the phase changing device at two wavelengths and different signs, forming a difference image from the two captured differential interference images,
An arithmetic unit for comparing values of respective points of the formed difference image between selected wavelengths.

【0053】(2)複数の波長を選択可能な光源装置
と、微分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する2つの光の
相対的な位相量を変化させる位相変化装置と、撮像装置
と、少なくとも2つの波長で位相変化装置による位相変
化量が略同じで符号の異なる2つの微分干渉画像を撮像
し、撮像した2つの微分干渉画像から差画像及び和画像
を形成し、形成された差画像と和画像のいずれかまたは
両方の画像における各点の値を選択された波長間で比較
する演算装置とを有することを特徴とする形状計測装
置。
(2) A light source device capable of selecting a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, a phase change device for changing a relative phase amount of two lights forming an interference image, and an image pickup device Two differential interference images having the same amount of phase change by the phase change device at different wavelengths and having different signs are formed, a difference image and a sum image are formed from the two captured differential interference images, and the sum of the formed difference image and the sum image is obtained. An arithmetic unit for comparing the value of each point in one or both of the images between selected wavelengths.

【0054】(3)少なくとも2つの波長を選択する過
程と、干渉画像を収得する過程と、干渉画像を形成する
光の相対的な位相量を変化させる過程と、位相変化量が
ほほ同じで符号の異なる2つの干渉画像から差画像を形
成する過程と、形成された差画像における各点の値を選
択された波長間で比較する過程と、干渉画像を観察物体
の位相分布画像に変換する過程を有する形状計測方法。
(3) The step of selecting at least two wavelengths, the step of obtaining an interference image, and the step of changing the relative phase amount of light forming the interference image are substantially the same in phase change amount. Forming a difference image from two interference images different from each other, comparing the value of each point in the formed difference image between selected wavelengths, and converting the interference image into a phase distribution image of the observation object A shape measuring method having:

【0055】(4)少なくとも2つの波長を選択する過
程と、干渉画像を収得する過程と、干渉画像を形成する
光の相対的な位相量を変化させる過程と、位相変化量が
ほぼ同じで符号の異なる2つの干渉画像から差画像と和
画像を形成する過程と、形成された差画像と和画像のい
ずれかまたは両方の画像における各点の値を選択された
波長間で比較する過程と、差画像と和画像から観察物体
の位相分布画像を形成する過程を有する形状計測方法。
(4) The step of selecting at least two wavelengths, the step of acquiring an interference image, and the step of changing the relative phase amount of light forming the interference image have substantially the same phase change amount. A step of forming a difference image and a sum image from two different interference images, a step of comparing the value of each point in one or both images of the formed difference image and the sum image between selected wavelengths, A shape measurement method including a step of forming a phase distribution image of an observation object from a difference image and a sum image.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも2つの波長
を選択し、干渉顕微鏡の画像から位相分布を形成し、そ
の位相分布を波長間で比較することで、位相変化がλ/
2を超えているか否かの判定を行うようにしたので、λ
/2を超えたときに発生する凹凸の反転を検出すること
ができ、観察物体において段差の大きい部分と微小な形
状変化部分の両方が存在していた場合でも、凹凸の反転
等を伴わず正確に形状を計測することが可能になる。
According to the present invention, at least two wavelengths are selected, a phase distribution is formed from an image of an interference microscope, and the phase distribution is compared between wavelengths, so that the phase change is λ /
2 is determined.
/ 2 can be detected, and even if there are both large steps and small shape change parts in the observed object, it can be accurately detected without reversing the irregularities. It becomes possible to measure the shape.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】観察物体面に光が入射したときの、入射光と、
透過光又は反射光と、回折光との関係を示す説明図であ
る。
FIG. 1 shows incident light when light enters an observation object surface,
It is explanatory drawing which shows the relationship between transmitted light or reflected light, and diffracted light.

【図2】落射型微分干渉顕微鏡の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an epi-illumination type differential interference microscope.

【図3】図2の落射型微分干渉顕微鏡に本発明を用いた
形状計測装置の一実施例を示す構成概略図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a shape measuring device using the present invention for the epi-illumination type differential interference microscope of FIG. 2;

【図4】本実施例の形状計測装置においてそれぞれの波
長を選択した場合における段差量(位相分布)の変化に
対する相対強度の変化特性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change characteristic of a relative intensity with respect to a change in a step amount (phase distribution) when each wavelength is selected in the shape measuring apparatus of the present embodiment.

【図5】本実施例に用いる位相変化装置の概略構成図で
ある。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a phase change device used in the present embodiment.

【図6】本実施例に用いる波長選択光源の概略構成図で
ある。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a wavelength selection light source used in the present embodiment.

【図7】本発明の他の実施例に係る形状計測装置の概略
構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a shape measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明のさらに他の実施例に係る形状計測装置
の概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a shape measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 位相変化装置 3 λ/4板 4 偏光子 5 モータ 6 液晶素子 7 液晶制御装置 8 電気光学素子 9 制御装置 10 白色光源 11 干渉フィルター 12,12’ レーザ又はLED 13 ダイクロイックミラー 14,14’ シャッター 15 制御装置 16 半導体レーザ 16’ 多発光LED 17 制御装置 21,21’ 光源 22 偏光子 23 ハーフミラー 24 ノマルスキープリズム 25 対物レンズ 26 標本 27 検光子 28 結像レンズ 29 CCDカメラ 30 コンピュータ 31 レンズ 32 絞り 33 偏光ビームスプリッタ(PBS) 34 第1のディテクタ 35 第2のディテクタ 36 第1のCCDカメラ 37 第2のCCDカメラ 38 ダイクロイックミラー REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 phase change device 3 λ / 4 plate 4 polarizer 5 motor 6 liquid crystal element 7 liquid crystal control device 8 electro-optical element 9 control device 10 white light source 11 interference filter 12, 12 ′ laser or LED 13 dichroic mirror 14, 14 ′ Shutter 15 Control device 16 Semiconductor laser 16 'Multi-emitting LED 17 Control device 21, 21' Light source 22 Polarizer 23 Half mirror 24 Nomarski prism 25 Objective lens 26 Sample 27 Analyzer 28 Imaging lens 29 CCD camera 30 Computer 31 Lens 32 Aperture 33 polarization beam splitter (PBS) 34 first detector 35 second detector 36 first CCD camera 37 second CCD camera 38 dichroic mirror

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA09 CC04 FF01 GG13 GG22 GG33 GG38 GG41 GG59 HH01 2F065 AA54 BB17 DD03 FF50 FF51 GG23 HH08 HH18 JJ03 JJ26 LL20 LL22 LL37 MM26 QQ25 QQ27 2H052 AA05 AC04 AC10 AC30 AF03 AF14 AF25  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2F064 AA09 CC04 FF01 GG13 GG22 GG33 GG38 GG41 GG59 HH01 2F065 AA54 BB17 DD03 FF50 FF51 GG23 HH08 HH18 JJ03 JJ26 LL20 LL22 LL37 MM26 Q04 AC03 AF30 AF03

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の波長を選択可能な光源装置と、微
分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する2つの光の相対的
な位相量を変化させる位相変化装置と、撮像装置と、少
なくとも2つの波長で観察物体の位相分布画像を形成
し、形成された位相分布画像の各点の値を選択された波
長間で比較する演算装置とを有することを特徴とする形
状計測装置。
1. A light source device capable of selecting a plurality of wavelengths, a differential interference microscope, a phase change device that changes a relative phase amount of two lights forming an interference image, an imaging device, and at least two A shape measuring apparatus, comprising: an arithmetic unit that forms a phase distribution image of an observation object at a wavelength and compares values of respective points of the formed phase distribution image between selected wavelengths.
【請求項2】 少なくとも2つの波長を選択する過程
と、干渉画像を収得する過程と、干渉画像を形成する光
の相対的な位相量を変化させる過程と、選択された波長
毎に干渉画像を位相分布画像に変換する過程と、変換さ
れた位相分布画像の各点の値を選択された波長間で比較
演算する過程とを有する形状計測方法。
2. A process for selecting at least two wavelengths, a process for acquiring an interference image, a process for changing a relative phase amount of light forming an interference image, and a process for generating an interference image for each of the selected wavelengths. A shape measurement method comprising: converting a phase distribution image to a phase distribution image; and comparing and calculating values of respective points of the converted phase distribution image between selected wavelengths.
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