JP2004053307A

JP2004053307A - 微細構造計測方法及びその計測装置

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Publication number: JP2004053307A
Application number: JP2002208241A
Authority: JP
Inventors: Yoji Nishiyama; 西山　陽二; Hiroyuki Tsukahara; 塚原　博之
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】従来の２波長位相シフト法を改良し、１組の位相シフト動作を行うだけで、２つの異なる光源波長に対する縞次数を決定することを可能にする。
【解決手段】微細構造計測方法は、波長の異なる複数の光源光を同時に計測対象の物体表面と参照面に照射しつつ、撮像装置を用いて干渉画像を撮像し、物体表面と参照面との光路差を複数回変更することにより、複数枚の干渉画像を取得する手順と、取得した干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する手順と、算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて各光源波長に対する縞次数を決定する手順と、算出した縞次数と位相に基づいて物体表面の各点における形状を算出する手順とからなる。
【選択図】　図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）等の高アスペクト３次元微細構造を有する物体の計測手段として好適な微細構造計測方法及び装置に関する。
【従来の技術】
光の干渉を利用した計測は、非接触で高精度の測定方法として、光学部品の検査や計測などに用いられている。近年、光波干渉法は、レーザ、エレクトロニクス等による周辺技術の発展、コンピュータによるデータ処理能力の向上によって、測定が格段に容易になり、より高精度の定量的な解析が可能となっている。
【０００２】
物体表面の形状を計測する光波干渉法として、位相シフト法がよく知られている。図１は、マイケルソン型干渉計を用いた従来の位相シフト法の原理を説明する図である。
【０００３】
図１の干渉計６においては、共通光路Ａより入射した光をハーフミラー４を用いて２分岐させる。一方の入射光は光路Ｂを介して計測対象１０である物体表面へ向かい、もう一方の入射光は光路Ｃを介して参照面５へ向かう。それぞれの表面で反射し、元の光路を通って反射光が戻る。即ち、計測対象１０からの反射光は、光路Ｂ、ハーフミラー４、光路Ａを通って受光系に戻り、参照面５からの反射光は、光路Ｃを通ってハーフミラー４で反射して、光路Ａを通って受光系に戻る。
【０００４】
干渉計６からのこれら反射光をＣＣＤカメラなどの２次元撮像装置で観測すると干渉画像が得られる。この干渉画像は、次の（１）式のように表される。
【０００５】
【数１】

上の（１）式において、Ｉ（ｘ，ｙ）は観測された干渉画像、ａ（ｘ，ｙ）、ｂ（ｘ，ｙ）は光源の分布や物体表面の反射率などによる各位置における定数であり、φ（ｘ，ｙ）は各位置における干渉の位相である。
【０００６】
光源の波長λとすると、（１）式のφ（ｘ，ｙ）は、物体表面の高さｈ（ｘ，ｙ）と次の（２）式の関係がある。
【０００７】
【数２】

ここで、ピエゾ素子等を利用して、図１の干渉計６において参照面５を既知の一定量だけ動かして位相を変化させると、（３）式のように画像が変化する。
【０００８】
【数３】

上の（３）式において、ｐ_ｋは参照面５の移動量である。（３）式では、変数ａ（ｘ，ｙ）、ｂ（ｘ、ｙ）、φ（ｘ、ｙ）が未知であるので、移動量ｐ_ｋの異なる３枚以上の画像を撮像すれば、位相φ（ｘ，ｙ）を求めて、上の（２）式より物体の高さを算出することができる。このように、複数の位相シフト操作（参照面を既知の一定量動かして位相を変化させる操作）と撮像を繰返す操作を位相シフト動作と呼ぶことにする。
【０００９】
例えば、ｐ_ｋを−λ／８、０、＋λ／８として撮像した画像をそれぞれ、Ｉ_１（ｘ，ｙ）、Ｉ_２（ｘ，ｙ）、Ｉ_３（ｘ，ｙ）とすると、位相φ（ｘ，ｙ）は次の（４）式の計算で求めることができる。
【００１０】
【数４】

図１の干渉計６を用いた従来の位相シフト法では、移動量ｐ_ｋの異なる３枚以上の画像を撮像すれば、上の（４）式より位相φ（ｘ，ｙ）を求めて、さらに、上の（２）式より物体の高さを算出することができる。
【００１１】
以上のように、位相シフト法は簡単な構成と操作によって、物体表面の形状を知ることができる優れた計測方式である。
【００１２】
しかしながら、（４）式のようにアークタンジェントの関数として、位相が求められるため、値域が制限され、折り返しが生ずるという問題点がある。一般に
【００１３】
【数５】

の型の関数の値域は、−π＜φ≦πであり、位相シフト法により求めることができる物体表面の高さのレンジは、±λ／４となる。これを超える高さ変化は、折り返されて計測される。
【００１４】
真の位相φと折り返して観測された位相φ’との間には次の（６）式の関係がある。
【００１５】
【数６】

６）式において、ｍは整数であり、縞次数と呼ばれる。
【００１６】
物体表面が滑らかに変化すると仮定することで、図２のように折り返された位相をつなぎ合せて、レンジの制限を超えた物体を計測する手法が、アンラッピング処理と呼ばれている。図２において、（Ａ）は位相シフト法による従来の計測方式で観測される位相の折り返しを示し、（Ｂ）はアンラッピング処理により得られる実際の位相を示す。
【００１７】
図３に、計測対象の形状に不連続な段差がある場合にアンラッピング処理ができない例を示す。図３のように不連続な段差がある場合には、上記した位相シフト法とアンラッピング処理によって正確な段差を知ることができない。
【００１８】
上記のような問題点を解決する手法として、２波長シフト法が知られている。２波長位相シフト法は、２つの異なる波長の光を用いて、異なる波長に対するそれぞれの位相情報を取得し、これらの関係を用いて、縞次数を決定するものである。
【００１９】
図４は、従来の２波長位相シフト法を用いた計測方式の概略手順を示す。
【００２０】
図４に示した２波長位相シフト法の手順においては、まず、第１の波長λ_１を用いて位相シフト動作を行い、これに対する位相画像φ_１（ｘ、ｙ）を求める。次に、第２の波長λ_２を用いて位相シフト動作を行い、これに対する位相画像φ_２（ｘ，ｙ）を求める。ここで、第１の位相φ_１と第２の位相φ_２は、整数ｍ_１（ｘ，ｙ）、ｍ_２（ｘ，ｙ）を用いて、次の（７）式の関係を満足する。
【００２１】
【数７】

一定の範囲で上記の（７）式の関係を満たす整数ｍ_１、ｍ_２の組を見つける。
異なる波長λ_１、λ_２に対する縞次数ｍ_１、ｍ_２を見つけることができれば、折り返しのない物体表面の高さを求めることができる。従って、２波長位相シフト法によれば、計測レンジを拡大することが可能である。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の２波長位相シフト法の場合には、光源波長を切り替えて、２組の位相シフト動作（最低６回の撮像）を行う必要がある。計測時間がかかる上、第１の位相シフト動作と第２の位相シフト動作の間に、振動などの外乱が計測対象に生じると、ｍ_１、ｍ_２が正確に決定できないため、大きな計測誤差を生じる場合がある等の問題点がある。
【００２２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、従来の２波長位相シフト法を改良し、１組の位相シフト動作を行うだけで、２つの異なる光源波長に対する縞次数を決定することが可能な微細構造計測方法及びその計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、微細構造計測方法が、波長の異なる複数の光源光を同時に計測対象の物体表面と参照面に照射しつつ、撮像部を用いて干渉画像を撮像し、前記物体表面と前記参照面との光路差を複数回変更することにより、複数枚の干渉画像を取得する撮像手順と、前記撮像手順で取得した前記干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する位相算出手順と、前記位相算出手順で算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて、各光源波長に対する縞次数を決定する縞次数決定手順と、前記縞次数と前記位相に基づいて、前記物体表面の各点における形状を算出する形状算出手順とからなることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載した発明は、複数の異なる波長成分を含む光を発生する光源と、干渉画像を撮像する撮像部と、計測対象の物体表面と参照面を前記光源からの複数の異なる波長成分を含む光で同時に照射して、前記物体表面と前記参照面からの反射光を前記撮像部に入射させる干渉光学系と、前記物体表面と前記参照面の光路差を既知の量だけ変更する位相シフト機構と、前記撮像部と前記位相シフト機構を制御する制御部とを有する微細構造計測装置であって、前記制御部が、前記光源からの複数の異なる波長成分を含む光を同時に前記物体表面と前記参照面に照射した際に、前記撮像部を用いて干渉画像を撮像する撮像動作を、前記位相シフト機構を用いて前記物体表面と前記参照面との光路差を複数回変更しながら繰り返すことにより、複数枚の干渉画像を取得する撮像手段と、前記撮像手段で取得した前記干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する位相算出手段と、前記位相算出手段で算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて、各光源波長に対する縞次数を決定する縞次数決定手段と、前記縞次数と前記位相に基づいて、前記物体表面の各点における形状を算出する形状算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に記載した発明は、請求項２記載の微細構造計測装置において、前記撮像手段が前記光路差の変更及び干渉画像の撮像動作を最小５回繰り返すことで、前記形状算出手段が前記物体表面の各点における形状を算出することを特徴とする。
【００２５】
請求項４に記載した発明は、請求項２記載の微細構造計測装置において、前記制御部が、予め作成した、各光源波長に対する縞次数と各光源波長に対するそれぞれの干渉の位相との関係を示す参照表を保持しており、かつ、前記縞次数決定手段が、前記参照表を参照することで、各光源波長に対する縞次数を決定することを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載した発明は、請求項２記載の微細構造計測装置において、前記光源が、複数の異なる単波長の光源からの異なる光を光学的に重ね合せることにより、前記複数の異なる波長成分を含む光を発生することを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２７】
図５は、本発明の微細構造計測方法の概略手順を示す。
【００２８】
図５に示したように、本発明の微細構造計測方法においては、２つの異なる波長λ_１、λ_２を含む光源光を同時に干渉計６に入射し、それぞれの波長に対する位相φ_１、φ_２を求める。後述するように、本発明の微細構造計測方法においては、求めた位相の組み合わせにより、それぞれの波長に対する縞次数ｍ_１、ｍ_２を決定し、物体の高さを求めることが可能である。
【００２９】
まず、本発明の微細構造計測方法の原理を２つの異なる波長成分λ_１、λ_２を含む光源光を使用した場合について説明する。
【００３０】
２波長の波長成分λ_１、λ_２を持つ光源を用いた干渉計で、位相シフト動作を行うとき、ｋ回目のシフト量をｐ_ｋとすると、ｋ回目の干渉画像Ｉ_ｋは、次の（８）式ように表すことができる。
【００３１】
【数８】

（８）式において、ａ_１、ａ_２、ｂ_１、ｂ_２は光源の分布や物体表面の反射率による各位置における定数であり、φ_１、φ_２はそれぞれ、２つの異なる波長λ_１、λ_２に対する位相である。
【００３２】
（８）式により表される複数枚の干渉画像Ｉ_ｋを用いて、それぞれの波長に対する位相φ_１、φ_２を求めることを考える。ここで、次の（９）式のように、定数ｃ_０、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３、ｃ_４を定める。
【００３３】
【数９】

上の（９）式により、（８）式は、次の（１０）式のように変形できる。
【００３４】
【数１０】

また、次の（１１）式のように、評価値Ｅ_ｋ ^２において最小二乗法を適用し、
【００３５】
【数１１】

Ｎ枚の干渉画像Ｉ_１−Ｉ_ｎについて、
【００３６】
【数１２】

を最小にするｃ_０からｃ_４の組を求める。（１０）式には、未知の５変数があるので、必要な画像の枚数（ｎ）は最小５枚である。ｃ_０からｃ_４は、次の方程式の解として与えられる。
【００３７】
【数１３】

上の（１３）式において、Ｃ（ｘ、ｙ）、Ｆ（ｐ_ｋ）、Ｇ（ｘ，ｙ，ｐ_ｋ）は、次の行列を意味する。
【００３８】
【数１４】

【００３９】
【数１５】

【００４０】
【数１６】

（１５）、（１６）式で、δ_１ｉ、δ_２ｉは、次の（１７）、（１８）式で示す値である。
【００４１】
【数１７】

【００４２】
【数１８】

【００４３】
【数１９】

【００４４】
【数２０】

ｃ_０からｃ_４を用いて、各波長に対する位相φ_１、φ_２は、次のように求めることができる。
【００４５】
以上のようにして、干渉画像の各点において、各波長に対する位相φ_１、φ_２が得られるので、（７）式の関係を用いて、縞次数ｍ_１、ｍ_２を求めることができる。
【００４６】
図６に、上述した本発明の微細構造計測方法を実施するための計測装置の構成例を示す。
【００４７】
図６の計測装置において、光源１は、干渉光学系６（干渉計）に入射する２つの異なる波長成分λ_１、λ_２を含む光を発生する。光源１からの光は、２波長の可干渉性の成分λ_１、λ_２を持つようにする。この光源１の実現方法については後述する。
【００４８】
ハーフミラー２は、光源１で発生した２つの異なる波長成分λ_１、λ_２を含む光を干渉光学系６に導くために設けてある。ハーフミラー２は、逆に干渉光学系６からそれぞれの反射光が入射すると、各反射光を透過する働きをもつ。
【００４９】
干渉光学系６は、対物レンズ３、ハーフミラー４、参照面５を含むよう構成されている。対物レンズ３は、入射光を集光する働きと、参照面５と計測対象１０からのそれぞれの反射光を結像する働きをもたせるために設けてある。ハーフミラー４は、入射光の一部を分岐するために設けてある。対物レンズ３からの入射光の一方は、ハーフミラー４を透過して計測対象１０である物体表面に向かい、もう一方の入射光はハーフミラー４で反射して参照面５に向かう。それぞれの表面で反射し、元の光路を通って反射光がハーフミラー２を透過して結像レンズ８に向かう。参照面５には、平坦度の高い平面ミラーを用いる。
【００５０】
図６の干渉光学系６の構成は、マイケルソン型の干渉計をなしている。しかし、本発明の計測装置はこの実施形態に限定されるものではなく、ミロー型やリニック型など他の構成の干渉光学系に変更しても良い。
【００５１】
また、図６の計測装置において、結像レンズ８は、反射光を撮像部９の受像面に結像するために設けてある。撮像部９は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置で構成されており、計測対象の物体表面と参照面からの反射光を受光して撮像する。撮像部９は、撮像により干渉画像を取得する。撮像部９で生成される干渉画像の撮像データは、デジタル画像としてコンピュータ１２に取り込まれる。コンピュータ１２は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成される。
【００５２】
コンピュータ１２は、干渉画像を処理して、計測対象の物体高さを計算する表面形状演算処理を実行する他、ステージドライバ１８、ピエゾドライバ１４に指示を与えることにより、計測処理の一連の手順を制御する。
【００５３】
ステージ２０は、計測対象１０を固定して保持するための部材であり、視野の移動や姿勢の制御のために設けられている。Ｘ−Ｙステージや、ゴニオステージ、回転ステージなどを組み合わせて自動制御が可能となるように構成してある。
【００５４】
ステージ２０はステージドライバ１８に接続してあり、ステージドライバ１８は、コンピュータ１２の制御の下でステージ２０の移動制御や姿勢制御を行うために設けてある。
【００５５】
ピエゾ素子１６は、干渉光学系６の参照面５に取付けてある。ピエゾ素子１６はピエゾドライバ１４に接続してあり、ピエゾドライバ１４はピエゾ素子１６を制御するために設けてある。ピエゾドライバ１４は、コンピュータ１２の制御の下で、ピエゾ素子１６を介して参照面５のミラー位置を変更して、参照面５からハーフミラー４までの光路と、計測対象１０の表面からハーフミラー４までの光路との差（光路差）を変更するために設けてある。
【００５６】
図６の構成例では、ピエゾ素子１６を参照面５に取り付けて用いているが、同様の効果を得るために、ステージ２０や、対物レンズ３に設けても良い。
【００５７】
図７は、図６の計測装置に用いられる光源の構成例を示す。図７に示した光源は、２つの異なる単波長の光源３１、３２（それぞれの波長をλ_１、λ_２とする）を用意し、２分岐ライトガイド３４を取付けて構成してある。図７の構成例のように、光学的な重ね合せを利用することで、２つの異なる波長成分λ_１、λ_２を含む光を発生する１つの光源として構成できる。
【００５８】
また、図８は、図６の計測装置に用いられる光源の他の構成例を示す。図９は、図８に示した光源に取付ける波長フィルタの特性を示す。
【００５９】
図８に示した光源は、白色光源３３と、一対のライトガイド３５と、波長フィルタ３６とから構成される。白色光源３３に一方のライトガイド３５を結合し、波長フィルタ３６を間に挿入して他方のライトガイド３５を接続して構成してある。波長フィルタ３６は、図９のような光学特性を有しており、白色光源３３から発生する白色光が入射するすると、所望の２波長λ_１、λ_２を含む光のみ透過するように構成してある。図８に示した光源は、白色光源３３から必要な波長の光を取り出して用いる構成である。
【００６０】
さらに、図６の計測装置に用いられる光源として、マルチモード発振のレーザを利用して構成することも可能である。
【００６１】
図１０は、図６の計測装置を用いて実施される本発明の微細構造計測方法による計測処理手順を示す。図１１は、図１０の計測処理手順中の縞次数決定手順に用いられる縞次数の参照表を示す。
【００６２】
ここで、図６の計測装置においては、図１１に示すような縞次数の参照表が予め作成されてあり、コンピュータ１２のメモリにはその予め作成された参照表データが保持してあるものとする。
【００６３】
図１０に示したように、本発明の微細構造計測方法による計測処理は、大別して、撮像処理Ｓ１０と、表面形状演算処理Ｓ２０と分けて実施される。
【００６４】
撮像処理Ｓ１０は、図６の干渉光学系６を用いて、視野移動手順Ｓ１１と、位相シフト動作の各手順Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５とを実施する。
【００６５】
まず初めに、視野移動手順Ｓ１１において、ステージ２０に計測対象１０の物体を載せ、撮像部９の視野中に計測すべき箇所を移動して、必要があれば、物体の姿勢を修正する。
【００６６】
次に、位相シフト動作を行う。ピエゾシフト手順Ｓ１２において、ピエゾ素子１６を所定のシフト量で駆動制御する。撮像手順Ｓ１３において、２波長の波長成分λ_１、λ_２を持つ光源を用いた図６の干渉計を用い、撮像部９で計測対象１０の干渉画像を撮像する。画像記録手順Ｓ１４において、撮像した干渉画像Ｉｋ（ｘ，ｙ）をコンピュータ１２に取り込む。
【００６７】
画像記録手順Ｓ１４が一旦終了すると、手順Ｓ１５において、その時点までの移動及び撮像回数が所定の回数Ｎに等しくなったか否かが判定される。所定の回数に達していなければ、ピエゾシフト手順Ｓ１２に戻る。所定の回数に達していれば、撮像処理Ｓ１０を終了する。
【００６８】
上記撮像処理Ｓ１０では、所定の回数Ｎだけ、ピエゾ素子１６を駆動制御し、計測対象１０の位置を光軸方向に沿ってシフトして、干渉画像を撮像する。
【００６９】
移動および撮像の回数Ｎは、原理的には５回以上であれば良いが、回数を多くすることで、移動誤差や撮像のノイズの影響を低減できる。シフト量は、光源波長（λ_１又はλ_２）の１／８程度にし、等間隔で移動するのが適当である。シフトの間隔をｐとし、移動回数を７回と定めると、各回のシフト量は、
｛−３ｐ，−２ｐ，−ｐ，０，＋ｐ，＋２ｐ，＋３ｐ｝
とすることができる。移動ごとに干渉画像を撮像し、各画像を、Ｉ_１（ｘ，ｙ），Ｉ_２（ｘ，ｙ），．．．，Ｉ_７（ｘ，ｙ）として、コンピュータ１２に取り込む。
【００７０】
以上のような撮像処理Ｓ１０が完了すると、次に、撮像した干渉縞画像の画像データを用いて、コンピュータ１２上で表面形状演算処理Ｓ２０を実行する。
【００７１】
まず、位相算出手順Ｓ２１において、撮像した干渉画像Ｉ_１−Ｉ_７を用いて、（１３）式を解いて、（１４）式のｃ_０−ｃ_４を求め、これらを（１９）式、（２０）式に代入して、各波長に対する干渉の位相φ_１（ｘ、ｙ）及びφ_２（ｘ、ｙ）を求める。
【００７２】
次に、縞次数決定手順Ｓ２２において、φ_１（ｘ、ｙ）、φ_２（ｘ、ｙ）から各点における、それぞれの波長に対する干渉の縞次数ｍ_１（ｘ、ｙ）、ｍ_２（ｘ、ｙ）を求める。これらの位相φ_１、φ_２と縞次数ｍ_１、ｍ_２との間には、次の（２１）式で表される関係がある。
【００７３】
【数２１】

上の（２１）式の右辺は、先に求めたφ_１、φ_２と光源波長より計算できる値である。この関係を用いて、ｍ_１、ｍ_２の組み合わせを一定の範囲で一意に決めることができる。
【００７４】
例えば、λ_１＝６５０ｎｍ、λ_２＝６７０ｎｍ　としたときの（２１）式左辺の値とｍ_１、ｍ_２の関係が、図１１の縞次数参照表に示してある。図１１の縞次数参照表では（２１）式の右辺を「Ｄ」と表記している。
【００７５】
縞次数決定手順Ｓ２２において、コンピュータ１２は、各画素において、位相算出手順Ｓ２１により求めた位相から（２１）式右辺を計算し、この算出結果をメモリに保持してある、図１１の縞次数参照表の値とを比較して、ｍ_１、ｍ_２の組み合わせを求めることができる。
【００７６】
縞次数決定手順Ｓ２２が終了すると、最後の形状算出手順Ｓ２３において、コンピュータ１２は、（７）式を用いて、各点における物体表面の形状（ｈ（ｘ，ｙ））を算出する。
【００７７】
従って、図１０の計測処理手順を実行することにより、従来の２波長位相シフト法を用いた場合に較べ、計測時間を短縮することが可能であり、計測対象の表面形状を長レンジで、高精度に計測することが可能になる。
【００７８】
（付記１）
波長の異なる複数の光源光を同時に計測対象の物体表面と参照面に照射しつつ、撮像部を用いて干渉画像を撮像し、前記物体表面と前記参照面との光路差を複数回変更することにより、複数枚の干渉画像を取得する撮像手順と、前記撮像手順で取得した前記干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する位相算出手順と、前記位相算出手順で算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて、各光源波長に対する縞次数を決定する縞次数決定手順と、前記縞次数と前記位相に基づいて、前記物体表面の各点における形状を算出する形状算出手順とからなることを特徴とする微細構造計測方法。
【００７９】
（付記２）
複数の異なる波長成分を含む光を発生する光源と、干渉画像を撮像する撮像部と、計測対象の物体表面と参照面を前記光源からの複数の異なる波長成分を含む光で同時に照射して、前記物体表面と前記参照面からの反射光を前記撮像部に入射させる干渉光学系と、前記物体表面と前記参照面の光路差を既知の量だけ変更する位相シフト機構と、前記撮像部と前記位相シフト機構を制御する制御部とを有する微細構造計測装置であって、前記制御部は、前記光源からの複数の異なる波長成分を含む光を同時に前記物体表面と前記参照面に照射した際に、前記撮像部を用いて干渉画像を撮像する撮像動作を、前記位相シフト機構を用いて前記物体表面と前記参照面との光路差を複数回変更しながら繰り返すことにより、複数枚の干渉画像を取得する撮像手段と、前記撮像手段で取得した前記干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する位相算出手段と、前記位相算出手段で算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて、各光源波長に対する縞次数を決定する縞次数決定手段と、前記縞次数と前記位相に基づいて、前記物体表面の各点における形状を算出する形状算出手段とを備えることを特徴とする微細構造計測装置。
【００８０】
（付記３）
前記撮像手段が前記光路差の変更及び干渉画像の撮像動作を最小５回繰り返すことで、前記形状算出手段は前記物体表面の各点における形状を算出することを特徴とする付記２記載の微細構造計測装置。
【００８１】
（付記４）
前記制御部が、予め作成した、各光源波長に対する縞次数と各光源波長に対するそれぞれの干渉の位相との関係を示す参照表を保持しており、かつ、前記縞次数決定手段が、前記参照表を参照することで、各光源波長に対する縞次数を決定することを特徴とする付記２記載の微細構造計測装置。
【００８２】
（付記５）
前記光源は、複数の異なる単波長の光源からの異なる光を光学的に重ね合せることにより、前記複数の異なる波長成分を含む光を発生することを特徴とする付記２記載の微細構造計測装置。
【００８３】
（付記６）
前記光源は、白色光源と、該白色光源に結合させた一対のライトガイドと、該ライトガイドの間に挿入させた波長フィルタとから構成され、前記波長フィルタが、前記複数の異なる波長成分を含む光のみ透過させる光学特性を有することを特徴とする付記２記載の微細構造計測装置。
【００８４】
（付記７）
前記光源は、マルチモード発振のレーザを用いて構成されることを特徴とする付記２記載の微細構造計測装置。
【００８５】
（付記８）
前記光源は、２つの異なる波長成分を含む光を発生することを特徴とする付記２記載の微細構造計測装置。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微細構造計測方法及び計測装置を用いることで、従来の２波長位相シフト法を用いた場合に較べ、計測時間を短縮することが可能であり、計測対象の表面形状を長レンジで、高精度に計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の位相シフト法の原理を説明するための図である。
【図２】位相シフト法による従来の計測方式で観測される位相の折り返しと、アンラッピング処理により得られる実際の位相を示す図である。
【図３】計測対象の形状に不連続な段差がある場合にアンラッピング処理ができないことを示す図である。
【図４】従来の２波長位相シフト法を用いた計測方式の概略手順を示す図である。
【図５】本発明の微細構造計測方法の概略手順を示す図である。
【図６】本発明の微細構造計測方法を実施するための計測装置の構成例を示す図である。
【図７】図６に示した構成の計測装置に用いられる光源の一例を示す図である。
【図８】図６に示した構成の計測装置に用いられる光源の他の例を示す図である。
【図９】図８に示した光源に取付ける波長フィルタの特性を示す図である。
【図１０】図６の計測装置を用いて実施される本発明の微細構造計測方法の計測処理手順を示すフロー図である。
【図１１】図１０の計測処理手順中の縞次数決定手順に用いられる参照表を示す図である。
【符号の説明】
１　光源
２　ハーフミラー
３　対物レンズ
４　ハーフミラー
５　参照面
６　干渉光学系
８　結像レンズ
９　撮像部（ＣＣＤ）
１０　計測対象
１２　コンピュータ（ＰＣ）
１４　ピエゾドライバ
１６　ピエゾ素子
１８　ステージドライバ
２０　ステージ
３１、３２　単波長光源
３３　白色光源
３４　２分岐ライトガイド
３５　ライトガイド
３６　波長フィルタ

Claims

波長の異なる複数の光源光を同時に計測対象の物体表面と参照面に照射しつつ、撮像部を用いて干渉画像を撮像し、前記物体表面と前記参照面との光路差を複数回変更することにより、複数枚の干渉画像を取得する撮像手順と、
前記撮像手順で取得した前記干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する位相算出手順と、
前記位相算出手順で算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて、各光源波長に対する縞次数を決定する縞次数決定手順と、
前記縞次数と前記位相に基づいて、前記物体表面の各点における形状を算出する形状算出手順と、
からなることを特徴とする微細構造計測方法。
複数の異なる波長成分を含む光を発生する光源と、干渉画像を撮像する撮像部と、計測対象の物体表面と参照面を前記光源からの複数の異なる波長成分を含む光で同時に照射して、前記物体表面と前記参照面からの反射光を前記撮像部に入射させる干渉光学系と、前記物体表面と前記参照面の光路差を既知の量だけ変更する位相シフト機構と、前記撮像部と前記位相シフト機構を制御する制御部とを有する微細構造計測装置であって、前記制御部は、
前記光源からの複数の異なる波長成分を含む光を同時に前記物体表面と前記参照面に照射した際に、前記撮像部を用いて干渉画像を撮像する撮像動作を、前記位相シフト機構を用いて前記物体表面と前記参照面との光路差を複数回変更しながら繰り返すことにより、複数枚の干渉画像を取得する撮像手段と、
前記撮像手段で取得した前記干渉画像の各点に対応する計測対象の各点において、各光源波長に対する干渉の位相をそれぞれ算出する位相算出手段と、
前記位相算出手段で算出した各光源波長に対する干渉の位相に基づいて、各光源波長に対する縞次数を決定する縞次数決定手段と、
前記縞次数と前記位相に基づいて、前記物体表面の各点における形状を算出する形状算出手段と、
を備えることを特徴とする微細構造計測装置。
前記撮像手段が前記光路差の変更及び干渉画像の撮像動作を最小５回繰り返すことで、前記形状算出手段は前記物体表面の各点における形状を算出することを特徴とする請求項２記載の微細構造計測装置。
前記制御部が、予め作成した、各光源波長に対する縞次数と各光源波長に対するそれぞれの干渉の位相との関係を示す参照表を保持しており、かつ、前記縞次数決定手段が、前記参照表を参照することで、各光源波長に対する縞次数を決定することを特徴とする請求項２記載の微細構造計測装置。
前記光源は、複数の異なる単波長の光源からの異なる光を光学的に重ね合せることにより、前記複数の異なる波長成分を含む光を発生することを特徴とする請求項２記載の微細構造計測装置。