JP2003148921A - 形状測定方法及び装置 - Google Patents
形状測定方法及び装置Info
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- JP2003148921A JP2003148921A JP2001350321A JP2001350321A JP2003148921A JP 2003148921 A JP2003148921 A JP 2003148921A JP 2001350321 A JP2001350321 A JP 2001350321A JP 2001350321 A JP2001350321 A JP 2001350321A JP 2003148921 A JP2003148921 A JP 2003148921A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２光束干渉計と白色光源の波長可変光源ある
いは波長選択フィルタとを利用して、対象物の微少な表
面形状を高精度かつ迅速に測定可能にする。 【解決手段】 ミロー型干渉顕微鏡２０と、白色光源の
光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源１０
と、測定対象物の干渉画像を撮像するＣＣＤカメラ４０
と、撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メ
モリ５６と、理論強度変化を記憶する参照データメモリ
５７と、干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出
手段５２と、干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比
較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する
光路差決定手段５４と、決定された光路差から測定対象
物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段５５とを備
えた構成。
いは波長選択フィルタとを利用して、対象物の微少な表
面形状を高精度かつ迅速に測定可能にする。 【解決手段】 ミロー型干渉顕微鏡２０と、白色光源の
光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源１０
と、測定対象物の干渉画像を撮像するＣＣＤカメラ４０
と、撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メ
モリ５６と、理論強度変化を記憶する参照データメモリ
５７と、干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出
手段５２と、干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比
較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する
光路差決定手段５４と、決定された光路差から測定対象
物の表面形状の高さを算出する高さ算出手段５５とを備
えた構成。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ミロー型やマイケ
ルソン型の干渉顕微鏡のような２光束干渉計を利用し
て、対象物の微少な表面形状を高精度に測定する方法及
び装置に関する。
ルソン型の干渉顕微鏡のような２光束干渉計を利用し
て、対象物の微少な表面形状を高精度に測定する方法及
び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】２光束干渉計を用いた多波長干渉縞によ
る形状測定方法は、例えば、特開２０００−３３７８３
６号公報に開示されている。この方法は、干渉色のスペ
クトル分布において各波長毎の干渉縞強度ピークを光路
長差０の位置付近で少しずつずらすことにより、本来分
散のないマイケルソン型やミロー型の干渉計に分散効果
を生じさせ、これによって、光路長差０の位置を中心と
したスペクトル分布の対称性が崩れるため、このスペク
トル分布から２系の光線束の光路長差を求める場合に、
その絶対値のみならず正負の識別をも可能にしようとす
るものである。
る形状測定方法は、例えば、特開２０００−３３７８３
６号公報に開示されている。この方法は、干渉色のスペ
クトル分布において各波長毎の干渉縞強度ピークを光路
長差０の位置付近で少しずつずらすことにより、本来分
散のないマイケルソン型やミロー型の干渉計に分散効果
を生じさせ、これによって、光路長差０の位置を中心と
したスペクトル分布の対称性が崩れるため、このスペク
トル分布から２系の光線束の光路長差を求める場合に、
その絶対値のみならず正負の識別をも可能にしようとす
るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、以下に示すような問題点がある。 （１）分散効果により、各波長の強度ピークがずれるた
め、リファレンスのデータは、測定実験により求めなけ
ればならず、データ作成に多くの時間がかかる。 （２）光の波長を変更する手段として、半値幅１０ｎｍ
の狭帯域フィルタをフィルタポケットに順次挿入するこ
とにしているが、この方法では、測定に時間がかかり、
また取り込み画像の枚数が少ないと測定精度が低下す
る。
従来技術では、以下に示すような問題点がある。 （１）分散効果により、各波長の強度ピークがずれるた
め、リファレンスのデータは、測定実験により求めなけ
ればならず、データ作成に多くの時間がかかる。 （２）光の波長を変更する手段として、半値幅１０ｎｍ
の狭帯域フィルタをフィルタポケットに順次挿入するこ
とにしているが、この方法では、測定に時間がかかり、
また取り込み画像の枚数が少ないと測定精度が低下す
る。
【０００４】また、光源にレーザ光を使用するものもあ
るが（特開２０００−２７５００５号）、レーザ光はコ
ヒーレント性が高いため、光学系のいたるところで干渉
を引き起こしてしまい、精度の高い測定は期待できな
い。
るが（特開２０００−２７５００５号）、レーザ光はコ
ヒーレント性が高いため、光学系のいたるところで干渉
を引き起こしてしまい、精度の高い測定は期待できな
い。
【０００５】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、２光束干渉計と白色光源の波長可
変光源あるいは波長選択フィルタとを利用して、対象物
の微少な表面形状を高精度かつ迅速に測定可能な形状測
定方法及び装置を提供することを目的とする。
めになされたもので、２光束干渉計と白色光源の波長可
変光源あるいは波長選択フィルタとを利用して、対象物
の微少な表面形状を高精度かつ迅速に測定可能な形状測
定方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る形状測定方
法は、白色光源の光の波長を変更可能な波長可変光源と
２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測
定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の
距離ずらすように設定した状態で、前記波長可変光源に
より白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長走査
しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象物の
干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工程
と、前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める
工程と、前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理
論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の
光路差（光路長差と同じ。）を決定する工程と、前記決
定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出
する工程と、を有することを特徴とする。
法は、白色光源の光の波長を変更可能な波長可変光源と
２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測
定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の
距離ずらすように設定した状態で、前記波長可変光源に
より白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長走査
しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象物の
干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工程
と、前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める
工程と、前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理
論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の
光路差（光路長差と同じ。）を決定する工程と、前記決
定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算出
する工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】この第１の発明では、白色光源の光の波長
を変えるのには波長可変光源を使用するので、所定の範
囲内で波長を細かく変更することができる。そのため、
２光束干渉計により観測される測定対象物の微少な形状
を画像処理することで高精度に測定することが可能とな
る。また、画像処理においては、撮像手段により撮像さ
れた干渉画像の画像データから強度変化を算出し、この
強度変化と予め計算で求めておいた理論強度変化とのマ
ッチングにより、測定をするものであるので、迅速な測
定が可能となり、しかも測定結果を３次元で表現するこ
とが可能となる。また、干渉画像を形成するにあたって
は、２光束干渉計の対物レンズのフォーカス位置を可干
渉距離の範囲内で測定面より下方の所定位置に設定す
る。これにより、測定面の凹凸形状を測定することがで
きる。
を変えるのには波長可変光源を使用するので、所定の範
囲内で波長を細かく変更することができる。そのため、
２光束干渉計により観測される測定対象物の微少な形状
を画像処理することで高精度に測定することが可能とな
る。また、画像処理においては、撮像手段により撮像さ
れた干渉画像の画像データから強度変化を算出し、この
強度変化と予め計算で求めておいた理論強度変化とのマ
ッチングにより、測定をするものであるので、迅速な測
定が可能となり、しかも測定結果を３次元で表現するこ
とが可能となる。また、干渉画像を形成するにあたって
は、２光束干渉計の対物レンズのフォーカス位置を可干
渉距離の範囲内で測定面より下方の所定位置に設定す
る。これにより、測定面の凹凸形状を測定することがで
きる。
【０００８】第２の発明に係る形状測定方法は、白色光
源の光の波長を選択的に透過可能な波長選択フィルタと
２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測
定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の
距離ずらすように設定した状態で、前記波長選択フィル
タにより白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長
走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象
物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工
程と、前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求め
る工程と、前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた
理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路
の光路差を決定する工程と、前記決定された光路差から
測定対象物の表面形状の高さを算出する工程と、を有す
ることを特徴とする。
源の光の波長を選択的に透過可能な波長選択フィルタと
２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参照面と測
定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長を所定の
距離ずらすように設定した状態で、前記波長選択フィル
タにより白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で波長
走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定対象
物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像する工
程と、前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求め
る工程と、前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた
理論強度変化とを比較し、その比較結果に基づき２光路
の光路差を決定する工程と、前記決定された光路差から
測定対象物の表面形状の高さを算出する工程と、を有す
ることを特徴とする。
【０００９】第２の発明では、前記波長可変光源に代え
て波長選択フィルタを使用するものであり、第１の発明
と同様な効果がある。波長選択フィルタとしては液晶チ
ューナブルフィルタを用いることができる。
て波長選択フィルタを使用するものであり、第１の発明
と同様な効果がある。波長選択フィルタとしては液晶チ
ューナブルフィルタを用いることができる。
【００１０】また、第１，第２の発明において、前記２
光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる
２光路の光路長のずらし量は、数μｍである。この場
合、２光束干渉計の対物レンズ、参照ミラー、ハーフミ
ラーまたは測定対象物のいずれかを移動させることによ
り、前記２光路の光路長のずれを生じさせる。また、ハ
ーフミラーや参照ミラーを移動させた場合は、測定対象
物をフォーカス位置に配置できるので、より好ましい。
光束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる
２光路の光路長のずらし量は、数μｍである。この場
合、２光束干渉計の対物レンズ、参照ミラー、ハーフミ
ラーまたは測定対象物のいずれかを移動させることによ
り、前記２光路の光路長のずれを生じさせる。また、ハ
ーフミラーや参照ミラーを移動させた場合は、測定対象
物をフォーカス位置に配置できるので、より好ましい。
【００１１】また、測定対象物の凹凸部が可干渉距離を
超える場合は、測定対象物または干渉対物レンズを光軸
方向に移動させて測定する。これにより、測定可能範囲
を光軸方向に広げることができる。この場合、測定対象
物または干渉対物レンズの光軸方向の移動量（Ｚ軸移動
量と記す。）を前記決定された光路差に加算することに
より、前記凹凸部の高さを算出する。なお、以下におい
て、干渉対物レンズとは、２光束干渉計の対物レンズ
と、参照ミラーと、ハーフミラーとを含むものをいう。
超える場合は、測定対象物または干渉対物レンズを光軸
方向に移動させて測定する。これにより、測定可能範囲
を光軸方向に広げることができる。この場合、測定対象
物または干渉対物レンズの光軸方向の移動量（Ｚ軸移動
量と記す。）を前記決定された光路差に加算することに
より、前記凹凸部の高さを算出する。なお、以下におい
て、干渉対物レンズとは、２光束干渉計の対物レンズ
と、参照ミラーと、ハーフミラーとを含むものをいう。
【００１２】前記干渉画像の強度変化は、干渉縞が密に
なるように設置された平板の画像を走査波長毎に撮像
し、その画像の走査波長毎の強度変化に基づいて補正す
る。平板は、例えば光軸に対して斜めに設置することに
より干渉縞が密になる。このときの波長毎の画像の輝度
の平均値より求めた補正データを、測定対象物の測定強
度変化から減算あるいは除算することにより、測定強度
変化を走査波長の全般にわたって平均的な明るさの変化
に補正することができる。
なるように設置された平板の画像を走査波長毎に撮像
し、その画像の走査波長毎の強度変化に基づいて補正す
る。平板は、例えば光軸に対して斜めに設置することに
より干渉縞が密になる。このときの波長毎の画像の輝度
の平均値より求めた補正データを、測定対象物の測定強
度変化から減算あるいは除算することにより、測定強度
変化を走査波長の全般にわたって平均的な明るさの変化
に補正することができる。
【００１３】別の補正方法は、参照光のみの画像より求
める方法である。この場合、前記対物レンズと測定対象
物との間に黒い板を挿入して前記参照光のみの画像を得
る。前記干渉画像の強度変化は、前記２光束干渉計の参
照光のみの画像を走査波長毎に撮像し、その画像の走査
波長毎の差分をとることにより補正する。これによっ
て、光源の発光分光特性や、干渉計の分光特性、撮像手
段の分光感度特性などの影響を排除することができる。
める方法である。この場合、前記対物レンズと測定対象
物との間に黒い板を挿入して前記参照光のみの画像を得
る。前記干渉画像の強度変化は、前記２光束干渉計の参
照光のみの画像を走査波長毎に撮像し、その画像の走査
波長毎の差分をとることにより補正する。これによっ
て、光源の発光分光特性や、干渉計の分光特性、撮像手
段の分光感度特性などの影響を排除することができる。
【００１４】前記２光束干渉計としてミロー型またはマ
イケルソン型の干渉顕微鏡を使用する。
イケルソン型の干渉顕微鏡を使用する。
【００１５】前記第１の発明方法を実施するための形状
測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所
定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、前記２光
束干渉計により観測される測定対象物の干渉画像を撮像
する撮像手段と、前記撮像された干渉画像を走査波長毎
に記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度変
化を記憶する参照データメモリと、前記干渉画像の強度
変化を求める画像強度変化算出手段と、前記干渉画像の
強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基
づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、前記
決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算
出する高さ算出手段と、を備えたことを特徴とする。
測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所
定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、前記２光
束干渉計により観測される測定対象物の干渉画像を撮像
する撮像手段と、前記撮像された干渉画像を走査波長毎
に記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度変
化を記憶する参照データメモリと、前記干渉画像の強度
変化を求める画像強度変化算出手段と、前記干渉画像の
強度変化と理論強度変化とを比較し、その比較結果に基
づき２光路の光路差を決定する光路差決定手段と、前記
決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さを算
出する高さ算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】また、前記第２の発明方法を実施するため
の形状測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波
長を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィル
タ手段と、前記２光束干渉計により観測される測定対象
物の干渉画像を撮像する撮像手段と、前記撮像された干
渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、理論式か
ら求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段
と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較
し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光
路差決定手段と、前記決定された光路差から測定対象物
の表面形状の高さを算出する高さ算出手段と、備えたこ
とを特徴とする。
の形状測定装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波
長を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィル
タ手段と、前記２光束干渉計により観測される測定対象
物の干渉画像を撮像する撮像手段と、前記撮像された干
渉画像を走査波長毎に記憶する画像メモリと、理論式か
ら求めた理論強度変化を記憶する参照データメモリと、
前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段
と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較
し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光
路差決定手段と、前記決定された光路差から測定対象物
の表面形状の高さを算出する高さ算出手段と、備えたこ
とを特徴とする。
【００１７】さらに、第１，第２の形状測定装置は、下
記の特徴を有するものである。
記の特徴を有するものである。
【００１８】測定対象物または干渉対物レンズを光軸方
向に移動可能なＺ軸移動手段を有する。
向に移動可能なＺ軸移動手段を有する。
【００１９】前記波長可変光源手段は、前記白色光源の
出射光または前記撮像手段への入射光の波長を電子制御
するものである。
出射光または前記撮像手段への入射光の波長を電子制御
するものである。
【００２０】前記波長選択手段は、前記白色光源の出射
光または前記撮像手段への入射光を電子制御するもので
ある。
光または前記撮像手段への入射光を電子制御するもので
ある。
【００２１】前記干渉画像の強度変化を補正するための
補正データを記憶する補正データメモリを有する。
補正データを記憶する補正データメモリを有する。
【００２２】測定対象物または干渉対物レンズの光軸方
向の移動量を加算するためのＺ軸移動量加算手段を有す
る。
向の移動量を加算するためのＺ軸移動量加算手段を有す
る。
【００２３】また、本発明の一つの態様に係る形状測定
装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の
範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、測定対象物の
干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系と、
測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを
光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、干渉画像の画像
処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長毎に
記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度変化
を記憶する参照データメモリと、補正データを記憶する
補正データメモリと、前記画像メモリに記憶された画像
データを前記補正データにより走査波長毎に補正して前
記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段
と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較
し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光
路差決定手段と、前記決定された光路差から、または、
該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の
高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段
と、を備えたことを特徴とする。
装置は、２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の
範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、測定対象物の
干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系と、
測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを
光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、干渉画像の画像
処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長毎に
記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度変化
を記憶する参照データメモリと、補正データを記憶する
補正データメモリと、前記画像メモリに記憶された画像
データを前記補正データにより走査波長毎に補正して前
記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段
と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較
し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光
路差決定手段と、前記決定された光路差から、または、
該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の
高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段
と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】本発明の別の態様に係る形状測定装置は、
２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で
選択的に透過可能な波長選択フィルタ手段と、測定対象
物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系
と、測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レン
ズを光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、干渉画像の
画像処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長
毎に記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度
変化を記憶する参照データメモリと、補正データを記憶
する補正データメモリと、前記画像メモリに記憶された
画像データを前記補正データにより走査波長毎に補正し
て前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手
段と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較
し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光
路差決定手段と、前記決定された光路差から、または、
該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の
高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段
と、を備えたことを特徴とする。
２光束干渉計と、白色光源の光の波長を所定の範囲内で
選択的に透過可能な波長選択フィルタ手段と、測定対象
物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光学系
と、測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レン
ズを光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、干渉画像の
画像処理手段であって、撮像された干渉画像を走査波長
毎に記憶する画像メモリと、理論式から求めた理論強度
変化を記憶する参照データメモリと、補正データを記憶
する補正データメモリと、前記画像メモリに記憶された
画像データを前記補正データにより走査波長毎に補正し
て前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手
段と、前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較
し、その比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光
路差決定手段と、前記決定された光路差から、または、
該光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面形状の
高さを算出する高さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段
と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。
により説明する。
【００２６】実施形態１．図１は本発明の形状測定装置
の構成図である。この例は２光束干渉計としてミロー型
の干渉顕微鏡を用いたものである。図１において、１０
は白色光源を用いた波長可変光源であり、白色光源１
１，分光器１２，及び集光部１３より構成されている。
１４はファイバーライトガイドである。白色光源１１に
は、例えば、キセノンランプ（５００Ｗ）を用いてい
る。その他には、ハロゲンランプを使用することもでき
る。波長可変光源１０は、予め定められた波長範囲、例
えば、４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の波長を１ｎｍ
毎に走査することができるものである。この波長可変光
源１０に対する波長制御はコンピュータ５０によって行
われる。
の構成図である。この例は２光束干渉計としてミロー型
の干渉顕微鏡を用いたものである。図１において、１０
は白色光源を用いた波長可変光源であり、白色光源１
１，分光器１２，及び集光部１３より構成されている。
１４はファイバーライトガイドである。白色光源１１に
は、例えば、キセノンランプ（５００Ｗ）を用いてい
る。その他には、ハロゲンランプを使用することもでき
る。波長可変光源１０は、予め定められた波長範囲、例
えば、４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲の波長を１ｎｍ
毎に走査することができるものである。この波長可変光
源１０に対する波長制御はコンピュータ５０によって行
われる。
【００２７】２０はミロー型干渉顕微鏡であり、同一光
軸２１上に、ビームスプリッター２２，対物レンズ２
３，参照ミラー２４，及びハーフミラー２５を備え、さ
らに上記光軸２１と直角の方向に波長可変光源１０から
の光をビームスプリッター２２に平行に照射する照明光
学系３０を備えている。
軸２１上に、ビームスプリッター２２，対物レンズ２
３，参照ミラー２４，及びハーフミラー２５を備え、さ
らに上記光軸２１と直角の方向に波長可変光源１０から
の光をビームスプリッター２２に平行に照射する照明光
学系３０を備えている。
【００２８】４０は撮像手段を構成するための２次元の
撮像素子からなるＣＣＤカメラであり、ミロー型干渉顕
微鏡２０により２系の光（測定対象物１００からの物体
光と参照ミラー２４からの参照光）が干渉するときの干
渉画像を撮像するものである。撮像された干渉画像の画
像データは上記コンピュータ５０に取り込まれ、適切な
画像処理を施した後、ＣＲＴ５１上に表示される。測定
対象物１００は、光軸２１（Ｚ軸）方向に移動可能なス
テージ１１０上に保持することが好ましい。ステージ１
１０はＺ軸移動手段１１１を備え、コンピュータ５０か
らの移動指令によってＺ軸の移動制御が行われる。これ
によって、Ｚ軸方向の測定可能範囲を広げることができ
る。
撮像素子からなるＣＣＤカメラであり、ミロー型干渉顕
微鏡２０により２系の光（測定対象物１００からの物体
光と参照ミラー２４からの参照光）が干渉するときの干
渉画像を撮像するものである。撮像された干渉画像の画
像データは上記コンピュータ５０に取り込まれ、適切な
画像処理を施した後、ＣＲＴ５１上に表示される。測定
対象物１００は、光軸２１（Ｚ軸）方向に移動可能なス
テージ１１０上に保持することが好ましい。ステージ１
１０はＺ軸移動手段１１１を備え、コンピュータ５０か
らの移動指令によってＺ軸の移動制御が行われる。これ
によって、Ｚ軸方向の測定可能範囲を広げることができ
る。
【００２９】本実施形態による形状測定装置では、波長
可変光源１０により選択された波長の光を照明光学系３
０を経由してビームスプリッター２２に照射する。ビー
ムスプリッター２２により分割された光の一方は、測定
対象物１００側に向かい、対物レンズ２３，ハーフミラ
ー２５を経て測定対象物１００の測定面より下方の所定
位置にピント合わせされ、その測定面での反射光は再び
対物レンズ２３側に向かう。一方、ハーフミラー２５に
て反射された光は、参照ミラー２５にて再び反射されて
戻り、上記測定面での物体光と一緒になってビームスプ
リッター２２を透過してＣＣＤカメラ４０上に結像し、
干渉画像を形成する。この干渉画像をコンピュータ５０
に取り込んで画像処理を施す。ここで、波長可変光源１
０により、上記のように１ｎｍ毎に白色光源１１の波長
を変えて照射するので、上記の波長範囲では１００波長
分の画像データが得られる。また、波長可変光源１０
は、電子制御により白色光源１１の波長を自由に変更で
きるので、微少な表面形状を迅速かつ高精度に測定する
のに適している。
可変光源１０により選択された波長の光を照明光学系３
０を経由してビームスプリッター２２に照射する。ビー
ムスプリッター２２により分割された光の一方は、測定
対象物１００側に向かい、対物レンズ２３，ハーフミラ
ー２５を経て測定対象物１００の測定面より下方の所定
位置にピント合わせされ、その測定面での反射光は再び
対物レンズ２３側に向かう。一方、ハーフミラー２５に
て反射された光は、参照ミラー２５にて再び反射されて
戻り、上記測定面での物体光と一緒になってビームスプ
リッター２２を透過してＣＣＤカメラ４０上に結像し、
干渉画像を形成する。この干渉画像をコンピュータ５０
に取り込んで画像処理を施す。ここで、波長可変光源１
０により、上記のように１ｎｍ毎に白色光源１１の波長
を変えて照射するので、上記の波長範囲では１００波長
分の画像データが得られる。また、波長可変光源１０
は、電子制御により白色光源１１の波長を自由に変更で
きるので、微少な表面形状を迅速かつ高精度に測定する
のに適している。
【００３０】また、測定領域について述べると次のよう
になっている。図２を参照して、対物レンズ２３のフォ
ーカス位置は測定対象物１００の表面下所定位置に設定
されている。いま、図２において、 ｄx：ハーフミラーから測定対象物までの距離 ｄ1：ハーフミラーから参照ミラーまでの距離 ｄ2：ハーフミラーからフォーカス位置までの距離 とすると、光路長差０（ｄ1＝ｄ2）の前後付近におい
て、光の干渉強度は前述の従来技術で説明したように対
称となるが、ｄ2−ｄx＞０になるようにずらすことによ
り、測定対象物に数μｍ以下の凹凸があっても（ｄ1−
ｄx）の光路長差を正の状態でつくることができる。本
実施形態ではこの範囲で測定するものである。すなわ
ち、測定に際しては、（ｄ1−ｄx）の光路長差が数μｍ
となるように、測定対象物１００をＺ軸方向に移動させ
る。この場合は、ｄxをずらしたことになるが、可能な
らば、参照ミラー２４の位置を変え、ｄ1の方をずらし
てもよい。測定対象物１００よりも参照ミラー２４をず
らした方がフォーカス位置が変わらないので好ましい。
また、白色光源を使用した場合、選択光のスペクトル幅
が数ｎｍの時、可干渉距離は１０〜１２μｍであるの
で、Ｚ軸方向のずらし量はその半分の５〜６μｍであ
る。
になっている。図２を参照して、対物レンズ２３のフォ
ーカス位置は測定対象物１００の表面下所定位置に設定
されている。いま、図２において、 ｄx：ハーフミラーから測定対象物までの距離 ｄ1：ハーフミラーから参照ミラーまでの距離 ｄ2：ハーフミラーからフォーカス位置までの距離 とすると、光路長差０（ｄ1＝ｄ2）の前後付近におい
て、光の干渉強度は前述の従来技術で説明したように対
称となるが、ｄ2−ｄx＞０になるようにずらすことによ
り、測定対象物に数μｍ以下の凹凸があっても（ｄ1−
ｄx）の光路長差を正の状態でつくることができる。本
実施形態ではこの範囲で測定するものである。すなわ
ち、測定に際しては、（ｄ1−ｄx）の光路長差が数μｍ
となるように、測定対象物１００をＺ軸方向に移動させ
る。この場合は、ｄxをずらしたことになるが、可能な
らば、参照ミラー２４の位置を変え、ｄ1の方をずらし
てもよい。測定対象物１００よりも参照ミラー２４をず
らした方がフォーカス位置が変わらないので好ましい。
また、白色光源を使用した場合、選択光のスペクトル幅
が数ｎｍの時、可干渉距離は１０〜１２μｍであるの
で、Ｚ軸方向のずらし量はその半分の５〜６μｍであ
る。
【００３１】図３は本実施形態における主として画像処
理装置の構成を示すブロック図、図４は本実施形態にお
ける形状測定装置による測定処理手順を示すフローチャ
ートである。図３において、１は図１に示した光学系に
よる干渉画像取得光学系である。この光学系１は、主と
して、波長可変光源１０，ミロー型干渉顕微鏡２０，照
明光学系３０及びＣＣＤカメラ４０から構成されてい
る。また、測定対象物１００を保持するステージ１１０
をＺ軸（光軸）方向に移動させるＺ軸移動手段１１１を
有することが望ましい。これは、測定対象物に上記可干
渉距離を超える凹凸部があっても、測定対象物１００を
Ｚ軸方向に移動させることにより測定が可能となるため
で、従ってＺ軸方向の測定可能範囲を広げることができ
るからである。５は、例えば、コンピュータからなる画
像処理手段で、画像強度変化算出手段５２，理論値と測
定強度変化の比較手段５３，光路差決定手段５４，及び
高さ算出手段５５からなり、さらに画像メモリ５６，補
正データメモリ５７，及び参照データメモリ５８を備え
ている。
理装置の構成を示すブロック図、図４は本実施形態にお
ける形状測定装置による測定処理手順を示すフローチャ
ートである。図３において、１は図１に示した光学系に
よる干渉画像取得光学系である。この光学系１は、主と
して、波長可変光源１０，ミロー型干渉顕微鏡２０，照
明光学系３０及びＣＣＤカメラ４０から構成されてい
る。また、測定対象物１００を保持するステージ１１０
をＺ軸（光軸）方向に移動させるＺ軸移動手段１１１を
有することが望ましい。これは、測定対象物に上記可干
渉距離を超える凹凸部があっても、測定対象物１００を
Ｚ軸方向に移動させることにより測定が可能となるため
で、従ってＺ軸方向の測定可能範囲を広げることができ
るからである。５は、例えば、コンピュータからなる画
像処理手段で、画像強度変化算出手段５２，理論値と測
定強度変化の比較手段５３，光路差決定手段５４，及び
高さ算出手段５５からなり、さらに画像メモリ５６，補
正データメモリ５７，及び参照データメモリ５８を備え
ている。
【００３２】画像メモリ５６は、干渉画像取得光学系１
により取得された上記走査波長毎の干渉画像データを複
数枚のフレームとして記憶するものである。補正データ
メモリ５７は、測定値（測定強度変化）を補正するため
のデータを記憶させたものである。ＣＣＤカメラ４０で
撮像された画像は、主に、（ａ）光源の発光分光特性、
（ｂ）干渉光学系の分光特性、（ｃ）カメラの分光感度
特性などの影響を受けるため、それらの影響を排除する
ために補正が必要である。そこで、予め補正テーブルを
作成しておき、これを基にカメラで撮像された画像から
得られた干渉強度変化を適正値に補正するのがよい。こ
の補正テーブルは、例えば、波長と強度（輝度）との関
係を示す図５のようなデータであって、これは、干渉縞
が密になるように光軸２１に対して斜めに設置した平板
をＣＣＤカメラ４０により撮像したときの画像から、そ
の密な領域の平均強度を波長毎に測定して得たものであ
る。この補正データで、図６に示すような測定対象物の
画像強度変化が平均的な明るさとなるように減算あるい
は除算することにより、図７に示すような補正された干
渉強度変化が得られる。また、補正データは、例えば、
図１の対物レンズ２３と測定対象物１００との間に黒い
板を挿入し、参照光のみの画像を撮像し波長毎の差分を
とる方法でも得ることができる。
により取得された上記走査波長毎の干渉画像データを複
数枚のフレームとして記憶するものである。補正データ
メモリ５７は、測定値（測定強度変化）を補正するため
のデータを記憶させたものである。ＣＣＤカメラ４０で
撮像された画像は、主に、（ａ）光源の発光分光特性、
（ｂ）干渉光学系の分光特性、（ｃ）カメラの分光感度
特性などの影響を受けるため、それらの影響を排除する
ために補正が必要である。そこで、予め補正テーブルを
作成しておき、これを基にカメラで撮像された画像から
得られた干渉強度変化を適正値に補正するのがよい。こ
の補正テーブルは、例えば、波長と強度（輝度）との関
係を示す図５のようなデータであって、これは、干渉縞
が密になるように光軸２１に対して斜めに設置した平板
をＣＣＤカメラ４０により撮像したときの画像から、そ
の密な領域の平均強度を波長毎に測定して得たものであ
る。この補正データで、図６に示すような測定対象物の
画像強度変化が平均的な明るさとなるように減算あるい
は除算することにより、図７に示すような補正された干
渉強度変化が得られる。また、補正データは、例えば、
図１の対物レンズ２３と測定対象物１００との間に黒い
板を挿入し、参照光のみの画像を撮像し波長毎の差分を
とる方法でも得ることができる。
【００３３】参照データメモリ５８は、干渉強度変化を
下記の理論式（１）より求めた計算値（理論強度変化）
を記憶させたものであり、例えば、図８に示すように、
予め設定された光路差設定値毎の干渉強度変化の理論値
を上記走査波長毎に記憶させておく。
下記の理論式（１）より求めた計算値（理論強度変化）
を記憶させたものであり、例えば、図８に示すように、
予め設定された光路差設定値毎の干渉強度変化の理論値
を上記走査波長毎に記憶させておく。
【００３４】２つの光の強度Ｉ1，Ｉ2 が干渉するとき
の干渉画像の強度Ｉは、 Ｉ＝Ｉ1＋Ｉ2 ＋２（Ｉ1・Ｉ2 ）1/2・cos（４πｄ／λ）・・・（１） となる。ここで、ｄは２光路の光路差の半分であり、図
２において、ｄ＝ｄ1−ｄxである。また、Ｉ1＋Ｉ2 ＝
２（Ｉ1・Ｉ2 ）1/2＝１／２とし、ｄの値として、例え
ば、３０００〜４１００ｎｍの範囲内の値を与えると、
（１）式より各走査波長λに対応する干渉強度Ｉが求ま
る。このようにして計算した理論強度変化が図８に示す
参照データである。
の干渉画像の強度Ｉは、 Ｉ＝Ｉ1＋Ｉ2 ＋２（Ｉ1・Ｉ2 ）1/2・cos（４πｄ／λ）・・・（１） となる。ここで、ｄは２光路の光路差の半分であり、図
２において、ｄ＝ｄ1−ｄxである。また、Ｉ1＋Ｉ2 ＝
２（Ｉ1・Ｉ2 ）1/2＝１／２とし、ｄの値として、例え
ば、３０００〜４１００ｎｍの範囲内の値を与えると、
（１）式より各走査波長λに対応する干渉強度Ｉが求ま
る。このようにして計算した理論強度変化が図８に示す
参照データである。
【００３５】図３，図４を参照して、測定処理手順を説
明する。まず、干渉画像取得光学系１により、測定対象
物の干渉画像を波長を走査しながら取得し、各走査波長
に対応する干渉画像を画像メモリ５６に取り込む（Ｓ
１）。続いて、画像メモリ５６に記憶させた走査波長毎
の干渉画像について、画像強度変化算出手段５２で所定
の画素に注目してその干渉画像強度を読み取る（Ｓ
２）。さらに、補正データメモリ５７に記憶させた補正
データを用いて干渉強度変化を補正する（Ｓ３）。次
に、比較手段５３で理論値と補正後の測定強度変化とを
パターマッチングにより比較し、その比較結果に基づい
て光路差決定手段５４で２光路の光路差を決定する（Ｓ
４）。そして、決定した光路差から、測定対象物の表面
の高さ情報（図２のフォーカス位置からの高さ寸法）を
高さ算出手段５５にて算出する（Ｓ５）。以上の処理は
走査波長毎の干渉画像の全画素について施され、測定部
位の３次元画像等に処理した上で、図１のＣＲＴ５１に
表示する。
明する。まず、干渉画像取得光学系１により、測定対象
物の干渉画像を波長を走査しながら取得し、各走査波長
に対応する干渉画像を画像メモリ５６に取り込む（Ｓ
１）。続いて、画像メモリ５６に記憶させた走査波長毎
の干渉画像について、画像強度変化算出手段５２で所定
の画素に注目してその干渉画像強度を読み取る（Ｓ
２）。さらに、補正データメモリ５７に記憶させた補正
データを用いて干渉強度変化を補正する（Ｓ３）。次
に、比較手段５３で理論値と補正後の測定強度変化とを
パターマッチングにより比較し、その比較結果に基づい
て光路差決定手段５４で２光路の光路差を決定する（Ｓ
４）。そして、決定した光路差から、測定対象物の表面
の高さ情報（図２のフォーカス位置からの高さ寸法）を
高さ算出手段５５にて算出する（Ｓ５）。以上の処理は
走査波長毎の干渉画像の全画素について施され、測定部
位の３次元画像等に処理した上で、図１のＣＲＴ５１に
表示する。
【００３６】図１２は測定結果の一例を示すものであ
る。これは金属電極の段差部を測定したものであり、表
面の粗さ程度から段差部の高さが５０ｎｍ程度であるこ
とが明瞭にあらわされており、高精度の測定が可能とな
っている。
る。これは金属電極の段差部を測定したものであり、表
面の粗さ程度から段差部の高さが５０ｎｍ程度であるこ
とが明瞭にあらわされており、高精度の測定が可能とな
っている。
【００３７】上記の例は測定形状の凹凸部が可干渉距離
を超えない場合であり、可干渉距離を超える場合には、
次のように構成される。図９は図３に対応する形状測定
装置のブロック図で、図３の高さ算出手段５５の代わり
に、あるいは、高さ算出手段５５の拡大した機能とし
て、Ｚ軸移動量加算手段５９を設けた点が異なるだけで
ある。図１０はこの場合における測定処理手順を示すフ
ローチャートである。基本的には、図４と同様であり、
次のような手順となる。
を超えない場合であり、可干渉距離を超える場合には、
次のように構成される。図９は図３に対応する形状測定
装置のブロック図で、図３の高さ算出手段５５の代わり
に、あるいは、高さ算出手段５５の拡大した機能とし
て、Ｚ軸移動量加算手段５９を設けた点が異なるだけで
ある。図１０はこの場合における測定処理手順を示すフ
ローチャートである。基本的には、図４と同様であり、
次のような手順となる。
【００３８】まず、干渉画像取得光学系１により、測定
対象物の干渉画像を波長を走査しながら取得し、各走査
波長に対応する干渉画像を画像メモリ５６に取り込む
（Ｓ１１）。このとき、測定範囲でなければ、Ｚ軸移動
手段１１１によりＺ軸を例えば一定量だけ移動させて測
定範囲に入るように干渉画像取得光学系１を調整し、上
記処理（Ｓ１１）を繰り返す（Ｓ１２）。続いて、画像
メモリ５６に記憶させた走査波長毎の干渉画像につい
て、画像強度変化算出手段５２で所定の画素に注目して
その干渉画像強度を読み取る（Ｓ１３）。さらに、補正
データメモリ５７に記憶させた補正データを用いて干渉
強度変化を補正する（Ｓ１４）。次に、比較手段５３で
理論値と補正後の測定強度変化とをパターマッチングに
より比較し、その比較結果に基づいて光路差決定手段５
４で２光路の光路差を決定する（Ｓ１５）。そして、決
定した光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面の
高さ情報をＺ軸移動量加算算出手段５９にて算出する
（Ｓ１６）。以上の処理は走査波長毎の干渉画像の全画
素について施され、測定部位の３次元画像等に処理した
上で、図１のＣＲＴ５１に表示する。なお、ここではＺ
軸移動量は、ある決められた一定量ずつ移動させるもの
としているが、Ｚ軸移動量の検出手段（図示せず）を設
けて計測値をフィードバックするようにしてもよい。
対象物の干渉画像を波長を走査しながら取得し、各走査
波長に対応する干渉画像を画像メモリ５６に取り込む
（Ｓ１１）。このとき、測定範囲でなければ、Ｚ軸移動
手段１１１によりＺ軸を例えば一定量だけ移動させて測
定範囲に入るように干渉画像取得光学系１を調整し、上
記処理（Ｓ１１）を繰り返す（Ｓ１２）。続いて、画像
メモリ５６に記憶させた走査波長毎の干渉画像につい
て、画像強度変化算出手段５２で所定の画素に注目して
その干渉画像強度を読み取る（Ｓ１３）。さらに、補正
データメモリ５７に記憶させた補正データを用いて干渉
強度変化を補正する（Ｓ１４）。次に、比較手段５３で
理論値と補正後の測定強度変化とをパターマッチングに
より比較し、その比較結果に基づいて光路差決定手段５
４で２光路の光路差を決定する（Ｓ１５）。そして、決
定した光路差とＺ軸移動量とから、測定対象物の表面の
高さ情報をＺ軸移動量加算算出手段５９にて算出する
（Ｓ１６）。以上の処理は走査波長毎の干渉画像の全画
素について施され、測定部位の３次元画像等に処理した
上で、図１のＣＲＴ５１に表示する。なお、ここではＺ
軸移動量は、ある決められた一定量ずつ移動させるもの
としているが、Ｚ軸移動量の検出手段（図示せず）を設
けて計測値をフィードバックするようにしてもよい。
【００３９】実施形態２．図１１は本発明の別の実施形
態を示す形状測定装置の構成図である。同じくミロー型
干渉顕微鏡２０を用い、光源には白色光源６０を用い、
さらに所定の波長範囲（例えば上記の４５０ｎｍから５
５０ｎｍの範囲）で波長を１ｎｍ毎に透過させる波長選
択フィルタ手段として液晶チューナブルフィルタ７０と
コンピュータ５０とを用いている。液晶チューナブルフ
ィルタ７０に対する波長制御はコンピュータ５０により
行われる。測定対象物１００は、Ｚ軸方向に移動可能な
ステージ１１０上に置かれ保持されている。また、液晶
チューナブルフィルタ７０はＣＣＤカメラ４０への入射
光を選択的に透過させるように置かれているが、白色光
源６０の出射光を波長走査可能にしておくこともでき
る。
態を示す形状測定装置の構成図である。同じくミロー型
干渉顕微鏡２０を用い、光源には白色光源６０を用い、
さらに所定の波長範囲（例えば上記の４５０ｎｍから５
５０ｎｍの範囲）で波長を１ｎｍ毎に透過させる波長選
択フィルタ手段として液晶チューナブルフィルタ７０と
コンピュータ５０とを用いている。液晶チューナブルフ
ィルタ７０に対する波長制御はコンピュータ５０により
行われる。測定対象物１００は、Ｚ軸方向に移動可能な
ステージ１１０上に置かれ保持されている。また、液晶
チューナブルフィルタ７０はＣＣＤカメラ４０への入射
光を選択的に透過させるように置かれているが、白色光
源６０の出射光を波長走査可能にしておくこともでき
る。
【００４０】本実施形態の作用を説明する。白色光源６
０の光は、ビームスプリッター２２を通り、測定対象物
１００を均一に照明する。測定対象物１００で反射した
白色光源光は、ミロー型干渉顕微鏡２０により参照ミラ
ー２４から反射した参照光と一緒になってＣＣＤカメラ
４０に達し、測定対象物１００の干渉画像を結像する。
この干渉画像をＣＣＤカメラ４０で撮像する際に、液晶
チューナブルフィルタ７０により上記のように１ｎｍ毎
に波長を変えて撮像する。従って、この例でも１００波
長分の干渉画像が得られる。なお、測定領域、並びに干
渉画像の画像処理による測定処理手順については前述し
たとおりである。
０の光は、ビームスプリッター２２を通り、測定対象物
１００を均一に照明する。測定対象物１００で反射した
白色光源光は、ミロー型干渉顕微鏡２０により参照ミラ
ー２４から反射した参照光と一緒になってＣＣＤカメラ
４０に達し、測定対象物１００の干渉画像を結像する。
この干渉画像をＣＣＤカメラ４０で撮像する際に、液晶
チューナブルフィルタ７０により上記のように１ｎｍ毎
に波長を変えて撮像する。従って、この例でも１００波
長分の干渉画像が得られる。なお、測定領域、並びに干
渉画像の画像処理による測定処理手順については前述し
たとおりである。
【００４１】液晶チューナブルフィルタ７０の場合も第
１の実施形態と同様、電子制御により白色光源光の波長
を自由に変更できるので、微少な表面形状を高精度に測
定するのに適している。但し、液晶チューナブルフィル
タ７０は単色光のみを透過させるので、強度変化の処理
や判定が容易となる。
１の実施形態と同様、電子制御により白色光源光の波長
を自由に変更できるので、微少な表面形状を高精度に測
定するのに適している。但し、液晶チューナブルフィル
タ７０は単色光のみを透過させるので、強度変化の処理
や判定が容易となる。
【００４２】以上の各実施形態では、２光束干渉計の一
例として、ミロー型干渉顕微鏡を示したが、マイケルソ
ン型干渉顕微鏡を用いても同様である。また、波長走査
を４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲で１ｎｍ毎に行うよ
うにしているが、走査波長の範囲及び走査単位は適宜決
定することができる。しかし、１つのポイントで１００
個程度の画像データをとることができるため、より精度
の高い測定が可能となる。また、参照データは予め計算
して得たものを参照データメモリに記憶する構成とした
が、それぞれの装置内に参照データを算出する手段を備
える構成としてもよい。また、画像メモリ、補正データ
メモリ、参照データメモリを別々のメモリとして図示し
たが、これらのメモリは１つのメモリ（装置）で構成す
ることもできる。また、Ｚ軸移動手段１１１は、ステー
ジ１１０をＺ軸方向に移動させるものとして図示した
が、対物レンズ２３，参照ミラー２４及びハーフミラー
２５からなる干渉対物レンズを一体的にＺ軸方向に移動
させるように構成してもよい。
例として、ミロー型干渉顕微鏡を示したが、マイケルソ
ン型干渉顕微鏡を用いても同様である。また、波長走査
を４５０ｎｍから５５０ｎｍの範囲で１ｎｍ毎に行うよ
うにしているが、走査波長の範囲及び走査単位は適宜決
定することができる。しかし、１つのポイントで１００
個程度の画像データをとることができるため、より精度
の高い測定が可能となる。また、参照データは予め計算
して得たものを参照データメモリに記憶する構成とした
が、それぞれの装置内に参照データを算出する手段を備
える構成としてもよい。また、画像メモリ、補正データ
メモリ、参照データメモリを別々のメモリとして図示し
たが、これらのメモリは１つのメモリ（装置）で構成す
ることもできる。また、Ｚ軸移動手段１１１は、ステー
ジ１１０をＺ軸方向に移動させるものとして図示した
が、対物レンズ２３，参照ミラー２４及びハーフミラー
２５からなる干渉対物レンズを一体的にＺ軸方向に移動
させるように構成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明の方法及び装置に
よれば、２光束干渉計と白色光源の波長可変光源あるい
は波長選択フィルタとを用いて、所定の波長範囲内で波
長を細かく走査して干渉画像を取得し、その干渉画像か
ら算出される強度変化と理論式から算出される理論強度
変化とのマッチングにより、表面形状を測定するもので
あるので、測定対象物の微少な表面形状を高精度かつ迅
速に測定することができる。
よれば、２光束干渉計と白色光源の波長可変光源あるい
は波長選択フィルタとを用いて、所定の波長範囲内で波
長を細かく走査して干渉画像を取得し、その干渉画像か
ら算出される強度変化と理論式から算出される理論強度
変化とのマッチングにより、表面形状を測定するもので
あるので、測定対象物の微少な表面形状を高精度かつ迅
速に測定することができる。
【図１】 本発明の実施形態１を示す形状測定装置の構
成図。
成図。
【図２】 測定領域の説明図。
【図３】 実施形態１における形状測定装置のブロック
図。
図。
【図４】 実施形態１の形状測定装置による測定処理手
順を示すフローチャート。
順を示すフローチャート。
【図５】 干渉強度変化を補正するための補正データを
示す図。
示す図。
【図６】 測定された干渉強度変化を示す図。
【図７】 補正後の干渉強度変化を示す図。
【図８】 理論強度変化を示す図。
【図９】 可干渉距離を超える場合における形状測定装
置のブロック図。
置のブロック図。
【図１０】 その測定処理手順を示すフローチャート。
【図１１】 本発明の実施形態２を示す形状測定装置の
構成図。
構成図。
【図１２】 測定結果の一例を示す３次元形状図。
１：干渉画像取得光学系、５：画像処理手段、１０：波
長可変光源、１１：白色光源、２０：ミロー型干渉顕微
鏡、２１：光軸、２２：ビームスプリッター、２３：対
物レンズ、２４：参照ミラー、２５：ハーフミラー、３
０：照明光学系、４０：ＣＣＤカメラ、５０：コンピュ
ータ、５２：画像強度変化算出手段、５３：比較手段、
５４：光路差決定手段、５５：高さ算出手段、５６：画
像メモリ、５７：補正データメモリ、５８：参照データ
メモリ、５９：Ｚ軸移動量加算手段、６０：白色光源、
７０：液晶チューナブルフィルタ、１００：測定対象
物、１１０：ステージ、１１１：Ｚ軸移動手段
長可変光源、１１：白色光源、２０：ミロー型干渉顕微
鏡、２１：光軸、２２：ビームスプリッター、２３：対
物レンズ、２４：参照ミラー、２５：ハーフミラー、３
０：照明光学系、４０：ＣＣＤカメラ、５０：コンピュ
ータ、５２：画像強度変化算出手段、５３：比較手段、
５４：光路差決定手段、５５：高さ算出手段、５６：画
像メモリ、５７：補正データメモリ、５８：参照データ
メモリ、５９：Ｚ軸移動量加算手段、６０：白色光源、
７０：液晶チューナブルフィルタ、１００：測定対象
物、１１０：ステージ、１１１：Ｚ軸移動手段
─────────────────────────────────────────────────────
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Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA20 AA24 AA53 BB05
DD04 DD06 FF04 FF51 FF61
FF67 GG02 GG03 GG24 GG25
JJ03 JJ26 LL01 LL12 LL21
LL37 LL46 NN06 PP02 PP12
PP24 QQ24 QQ25 QQ31 QQ38
RR09
Claims (20)
- 【請求項１】 白色光源の光の波長を変更可能な波長可
変光源と２光束干渉計とを用い、前記２光束干渉計の参
照面と測定対象物の測定面により生ずる２光路の光路長
を所定の距離ずらすように設定した状態で、前記波長可
変光源により白色光源の光の波長を所定の波長範囲内で
波長走査しながら、前記２光束干渉計で観測される測定
対象物の干渉画像を走査波長毎に撮像手段により撮像す
る工程と、 前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める工程
と、 前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理論強度変
化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を
決定する工程と、 前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さ
を算出する工程と、を有することを特徴とする形状測定
方法。 - 【請求項２】 白色光源の光の波長を選択的に透過可能
な波長選択フィルタと２光束干渉計とを用い、前記２光
束干渉計の参照面と測定対象物の測定面により生ずる２
光路の光路長を所定の距離ずらすように設定した状態
で、前記波長選択フィルタにより白色光源の光の波長を
所定の波長範囲内で波長走査しながら、前記２光束干渉
計で観測される測定対象物の干渉画像を走査波長毎に撮
像手段により撮像する工程と、 前記干渉画像の強度変化を前記走査波長毎に求める工程
と、 前記干渉画像の強度変化と理論式から求めた理論強度変
化とを比較し、その比較結果に基づき２光路の光路差を
決定する工程と、 前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さ
を算出する工程と、を有することを特徴とする形状測定
方法。 - 【請求項３】 前記２光束干渉計の参照面と測定対象物
の測定面により生ずる２光路の光路長のずらし量が、数
μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の形
状測定方法。 - 【請求項４】 前記２光束干渉計の対物レンズ、参照ミ
ラー、ハーフミラーまたは測定対象物のいずれかを移動
させることにより、前記２光路の光路長のずれを生じさ
せることを特徴とする請求項３記載の形状測定方法。 - 【請求項５】 測定対象物の凹凸部が可干渉距離を超え
る場合は、測定対象物または干渉対物レンズを光軸方向
に移動させて測定することを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の形状測定方法。 - 【請求項６】 測定対象物の凹凸部が可干渉距離を超え
る場合は、測定対象物または前記干渉対物レンズの光軸
方向の移動量を前記決定された光路差に加算することに
より、前記凹凸部の高さを算出することを特徴とする請
求項５記載の形状測定方法。 - 【請求項７】 前記干渉画像の強度変化は、干渉縞が密
になるように設置された平板の画像を走査波長毎に撮像
し、その画像の走査波長毎の強度変化に基づいて補正す
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の形
状測定方法。 - 【請求項８】 前記干渉画像の強度変化は、前記２光束
干渉計の参照光のみの画像を走査波長毎に撮像し、その
画像の走査波長毎の差分をとることにより補正すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の形状測定
方法。 - 【請求項９】 前記対物レンズと測定対象物との間に黒
い板を挿入して前記参照光のみの画像を得ることを特徴
とする請求項８記載の形状測定方法。 - 【請求項１０】 前記波長選択フィルタとして液晶チュ
ーナブルフィルタを用いることを特徴とする請求項２〜
９のいずれかに記載の形状測定方法。 - 【請求項１１】 前記２光束干渉計としてミロー型また
はマイケルソン型の干渉顕微鏡を使用することを特徴と
する請求項１〜１０のいずれかに記載の形状測定方法。 - 【請求項１２】 ２光束干渉計と、 白色光源の光の波長を所定の範囲内で走査可能な波長可
変光源手段と、 前記２光束干渉計により観測される測定対象物の干渉画
像を撮像する撮像手段と、 前記撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メ
モリと、 理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメ
モリと、 前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段
と、 前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、そ
の比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決
定手段と、 前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さ
を算出する高さ算出手段と、を備えたことを特徴とする
形状測定装置。 - 【請求項１３】 ２光束干渉計と、 白色光源の光の波長を所定の範囲内で選択的に透過可能
な波長選択フィルタ手段と、 前記２光束干渉計により観測される測定対象物の干渉画
像を撮像する撮像手段と、 前記撮像された干渉画像を走査波長毎に記憶する画像メ
モリと、 理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメ
モリと、 前記干渉画像の強度変化を求める画像強度変化算出手段
と、 前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、そ
の比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決
定手段と、 前記決定された光路差から測定対象物の表面形状の高さ
を算出する高さ算出手段と、を備えたことを特徴とする
形状測定装置。 - 【請求項１４】 測定対象物または干渉対物レンズを光
軸方向に移動可能なＺ軸移動手段を有することを特徴と
する請求項１２または１３記載の形状測定装置。 - 【請求項１５】 前記波長可変光源手段は、前記白色光
源の出射光または前記撮像手段への入射光の波長を電子
制御するものであることを特徴とする請求項１２または
１４記載の形状測定装置。 - 【請求項１６】 前記波長選択手段は、前記白色光源の
出射光または前記撮像手段への入射光を電子制御するも
のであることを特徴とする請求項１３または１４記載の
形状測定装置。 - 【請求項１７】 前記干渉画像の強度変化を補正するた
めの補正データを記憶する補正データメモリを有するこ
とを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の形
状測定装置。 - 【請求項１８】 測定対象物または干渉対物レンズの光
軸方向の移動量を加算するためのＺ軸移動量加算手段を
有することを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかに
記載の形状測定装置。 - 【請求項１９】 ２光束干渉計と、白色光源の光の波長
を所定の範囲内で走査可能な波長可変光源手段と、測定
対象物の干渉画像の撮像手段とを有する干渉画像取得光
学系と、 測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを
光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、 干渉画像の画像処理手段であって、撮像された干渉画像
を走査波長毎に記憶する画像メモリと、 理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメ
モリと、 補正データを記憶する補正データメモリと、 前記画像メモリに記憶された画像データを前記補正デー
タにより走査波長毎に補正して前記干渉画像の強度変化
を求める画像強度変化算出手段と、 前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、そ
の比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決
定手段と、 前記決定された光路差から、または、該光路差とＺ軸移
動量とから、測定対象物の表面形状の高さを算出する高
さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段と、を備えたこと
を特徴とする形状測定装置。 - 【請求項２０】 ２光束干渉計と、白色光源の光の波長
を所定の範囲内で選択的に透過可能な波長選択フィルタ
手段と、測定対象物の干渉画像の撮像手段とを有する干
渉画像取得光学系と、 測定対象物を保持するステージまたは干渉対物レンズを
光軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、 干渉画像の画像処理手段であって、撮像された干渉画像
を走査波長毎に記憶する画像メモリと、 理論式から求めた理論強度変化を記憶する参照データメ
モリと、 補正データを記憶する補正データメモリと、 前記画像メモリに記憶された画像データを前記補正デー
タにより走査波長毎に補正して前記干渉画像の強度変化
を求める画像強度変化算出手段と、 前記干渉画像の強度変化と理論強度変化とを比較し、そ
の比較結果に基づき２光路の光路差を決定する光路差決
定手段と、 前記決定された光路差から、または、該光路差とＺ軸移
動量とから、測定対象物の表面形状の高さを算出する高
さ算出手段またはＺ軸移動量加算手段と、を備えたこと
を特徴とする形状測定装置。
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