JP2005181151A - 反射光測定装置及び反射光測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基準面の反射光量を正確に測定することにより試料面の反射光量を高精度に測定を行うことのできる反射光測定装置及び反射光測定方法を提供する。
【解決手段】 イメージセンサ１４の各画素のうち各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光すべき画素に入射する漏洩光の光量を推定するための漏洩光測定面Ｇを備え、この漏洩光測定面Ｇからの反射光量を用いて基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光すべき画素に入射する漏洩光の光量を推定し、この推定した漏洩光の光量を基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量に含まれる漏洩光の光量とみなして該漏洩光量を除去するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定領域の反射光量を測定する反射光測定装置及び反射光測定方法に関するものである。

近年、試料面を光源により照明し、画素が２次元的に配列されて構成される撮像素子により試料面で反射した反射光を受光し、受光した反射光の光強度に応じたレベルの電荷を蓄積することにより、試料面の反射光量を測定する反射光測定装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

上記の反射光測定装置における測定値は、光源の発光強度のばらつきや経時変化など光源の変動の影響を受ける場合がある。この光源の変動を除去するために、従来の反射光測定装置では、試料面の近傍に測定の基準となる基準面を設け、下記の（１）式に示すように、試料面の反射光量を基準面の反射光量で除算することによって測定値が算出される。

測定値＝試料面の反射光量／基準面の反射光量・・・・（１）
図１１は、従来の反射光測定装置における測定開口部分を示す図である。図１１に示すように、測定開口Ｈの辺縁部分には、例えば、灰色等の単色の基準面Ｒが配置され、測定時において、試料面Ｓによる反射光量を基準面Ｒによる反射光量で除算することによって測定値が算出される。
特開２００３−７５２５７号公報

しかしながら、前述の方法では、基準面を測定する領域と試料面を測定する領域とが隣接していることにより、撮像素子に像を結像する結像レンズの解像度等に起因して、試料面からの反射光のうち一部の反射光が、撮像素子の撮像面のうち該試料面の反射光を受光すべき部位には入射されず、基準面の反射光を受光する部位に所謂漏洩光として入射されることとなる。したがって、基準面に関し、撮像素子により受光される入射光には、基準面からの反射光だけでなくこの漏洩光も含まれているため、基準面の反射光量を正確な測定値を得ることができなかった。特に、明るい試料にあっては漏洩光が多くなるため、前記式（１）から判るように、算出される測定値は真の測定値より大幅に小さい値となり、基準面の反射光量の測定誤差が大きくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基準面の反射光量を正確に測定することにより試料面の反射光量を高精度に測定を行うことのできる反射光測定装置及び反射光測定方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、試料面を照明する光源と、前記光源により照明される試料面を含む所定領域内に配置された基準面と、前記試料面を含む所定領域内に漏洩光の光量を測定すべく配置された漏洩光測定面と、前記光源により照明された試料面、基準面及び漏洩光測定面のそれぞれ少なくとも一部を含んでなる領域の画像を取得する画像センサと、前記光源により照明された試料面、基準面及び漏洩光測定面のそれぞれ少なくとも一部を含んでなる領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、前記測定した漏洩光測定面からの反射光量に基づき前記基準面について生じる漏洩光成分を推定し、前記画像センサの出力により得られる前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去する演算部とを備えることを特徴とする反射光測定装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反射光測定装置において、前記所定領域に対して２次元座標系を設定したとき、前記漏洩光測定面は、少なくとも一方の軸方向において前記基準面と同一の位置に配置されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の反射光測定装置において、前記演算部は、前記試料面が前記光源により照明されている状態における漏洩光測定面からの反射光量から、前記試料面が前記光源により照明されていない状態における前記漏洩光測定面からの反射光量を減算し、その漏洩光測定面と前記一方の軸方向において同一の位置に配置された基準面の反射光量から前記減算値を減算することにより前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、試料面を照明する光源と、前記光源により照明された試料面を含む所定領域の画像を取得する画像センサと、前記光源により照明された試料面を含む所定領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、前記試料面を含む所定領域内に配置された基準面とを備えた反射光測定装置における反射光測定方法であって、前記試料面を含む所定領域内に漏洩光の光量を測定するための漏洩光測定面を配置し、前記光源により照明された試料面、基準面及び漏洩光測定面のそれぞれ少なくとも一部を含んでなる領域の画像を前記画像センサにより取得し、前記測定した漏洩光測定面からの反射光量に基づき前記基準面について生じる漏洩光成分を推定し、前記画像センサの出力により得られる前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去することを特徴とするものである。

請求項１，４に記載の発明によれば、前記試料面を含む所定領域内に漏洩光の光量を測定するための漏洩光測定面を配置し、測定した漏洩光測定面からの反射光量に基づき前記基準面について生じる漏洩光を推定し、その基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去するようにしたので、前記基準面の真の反射光量を導出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記所定領域に対して２次元座標系を設定したとき、漏洩光測定面を、少なくとも一方の軸方向において基準面と同一の位置に配置したので、前記少なくとも一方の軸方向の位置に応じて漏洩光成分を推定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、試料面が光源により照明されている状態における漏洩光測定面からの反射光量から、試料面が光源により照明されていない状態における漏洩光測定面からの反射光量を減算し、その漏洩光測定面と前記一方の軸方向において同一の位置に配置された基準面の反射光量から前記減算値を減算することにより前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去するようにしたので、基準面の真の反射光量を導出することができる。

以下、本発明に係る反射光測定装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１は、第１の実施形態における反射光測定装置の構成を示す図である。図１に示す反射光測定装置１は、光源１１、測定開口１２、結像レンズ１３、イメージセンサ１４、ゲイン可変アンプ１５、Ａ／Ｄ変換器１６、イメージセンサ制御装置１７、発光制御装置１８、演算装置１９及び記憶装置２０を備えて構成される。

光源１１は、例えば、キセノンガス封入ランプやメタルハライドランプ等で構成され、測定開口１２に測定対象（試料）が配置されることで形成される試料面Ｓを照明する。測定開口１２は、反射光測定装置１の底部に形成される測定用の開口である。装置内部から見て測定開口１２の左辺縁部分には、それぞれ反射率が異なる複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃が配置されており、測定開口１２の右辺縁部分にも複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃が配置されており、これらの基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃が反射率の点で左右対称になるように配置されている。

基準面が、ある部位に集中する（例えば測定開口１２の左辺縁部分にのみ設ける）と、測定面（試料面Ｓ）の中心がイメージセンサ１４の中心からずれることで照明の均一性（例えば左右方向の照明の均一性）が損なわれる可能性があるため、本実施形態では、基準面を左右対称に配置することにより、試料面Ｓに均一に照明されるようにしている。このように、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃が試料面Ｓを挟んで左右対称に配置されるので、試料面Ｓの中心が画像センサの中心からずれることがなくなり、照明の均一性を保つことができる。

なお、本実施形態では、左右対称に同一の反射率を有する基準面を配置したが、本発明は特にこれに限定されず、全ての基準面が異なる反射率であってもよいし、同一の反射率を有する基準面が左右非対称の位置に配置されるようにしてもよい。さらに、本実施形態において、複数の基準面は、試料面Ｓを挟んで左右非対称であってもよく、複数の基準面の数はいくつでもよい。

以下の説明においては、左辺縁部分に配置された基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃に着目して説明を行うこととし、右辺縁部分に配置された基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃についての説明や図２〜図７での図示は省略するものとする。

図１に示すように、試料面Ｓ及び基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃に対し、試料面Ｓの左右方向をＸ軸、このＸ軸に垂直な方向（図１の上下方向）をＹ軸とする２次元座標系を設定するものとすると、測定開口１２の左縁部において、反射率の異なる複数（本実施形態では３種類）の格子状の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃がＸ軸方向に隣接し、且つＸ軸方向に隣接する基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃で構成されるブロックがＹ軸方向に所定の間隔を介して配置されている。本実施形態においては、反射率について、試料面Ｓが最も大きく、次いで基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の順に大きい。

結像レンズ１３は、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の像をイメージセンサ１４に結像する。

イメージセンサ１４は、例えば、インターライン型フォトセンサアレイで構成され、受光した反射光の光強度に応じたレベルの電荷を蓄積することによって、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の２次元画像データを取得する。なお、イメージセンサ１４は、図略のカバー部材で覆われている。

ところで、このように試料面Ｓの近傍に基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃を設け、この基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光量を用いて試料面Ｓの反射光量を算出する方法においては、結像レンズ１３の解像度や前述のカバー部材の存在等に起因して、試料面Ｓからの反射光のうち一部の反射光が、イメージセンサ１４の撮像面のうち該試料面Ｓの反射光を受光すべき部位に入射されずに、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光を受光する部位に所謂漏洩光として入射される。

図２は、試料面Ｓ及び各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量（測定光量）の大きさを示す分布図である。なお、縦軸はその反射光量（測定光量）の大きさを示し、横軸は図１におけるＸ軸に相当する。

図２において、白色で示す部分が真の反射光量（漏洩光を含まない反射光量）に相当し、斜線で示す部分が漏洩光の光量に相当するものである。漏洩光は、図２に示すように、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃のうち試料面Ｓに近い基準面ほど大きくなる（Ｒ₁＞Ｒ₂＞Ｒ₃）とともに、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃においては試料面Ｓに近い領域ほど大きくなる（図４も参照）。これにより、測定される基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量に誤差が生じる。

そこで、本実施形態では、このような漏洩光成分を除去して各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の正確な反射光量の測定を行うべく、図１に示すように、この漏洩光の光量を検出するための漏洩光測定面Ｇを試料面Ｓ及び基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃に隣接して設け、この漏洩光測定面Ｇからの反射光量から各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃について生じる前記漏洩光成分を推定し、その漏洩光測定面Ｇからの反射光量を用いて基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の真の反射光量を導出しているところに特徴を有している。この基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量の詳細な導出方法については後述する。

図１に戻り、ゲイン可変アンプ１５は、増幅倍率を演算装置１９からの信号により変更することができ、イメージセンサ１４より出力される出力信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器１６は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。イメージセンサ制御装置１７は、イメージセンサ１４に蓄積される電荷の蓄積時間を制御するものであり、蓄積時間を変化させることによって出力信号強度を変化させる。発光制御装置１８は、光源１１の発光タイミング及び発光時間を制御するものである。

演算装置１９は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等で構成され、基準光量演算部１９１、基準面選択部１９２、増幅倍率決定部１９３、蓄積時間決定部１９４、増幅倍率設定部１９５及び蓄積時間設定部１９６として機能する。

基準光量演算部１９１は、漏洩光測定面Ｇからの反射光量を用いて、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの真の反射光量を算出するものである。以下、この算出方法について説明する。

図３は、試料面Ｓ、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇを撮像するイメージセンサ１４の撮像面を示す図である。なお、このイメージセンサ１４の撮像面に対し２次元座標系を設定しており、図３におけるＸ軸方向及びＹ軸方向は、図１におけるＸ軸方向及びＹ軸方向に対応するものである。

図３に示すように、イメージセンサ１４の撮像面について、Ｘ軸方向の画素数を例えば１５００（個）、Ｙ軸方向の画素数を例えば１４００（個）とし、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光をそれぞれ受光する領域ｒ₁（ｘ，ｙ），ｒ₂（ｘ，ｙ），ｒ₃（ｘ，ｙ）と、漏洩光測定面Ｇからの反射光を受光する領域Ａ（ｘ，ｙ）と、試料面Ｓからの反射光を受光する領域Ｓ（ｘ，ｙ）とについて下記表１のように定義するものとする。

さらに、漏洩光測定面Ｇからの反射光を受光する領域Ａ（ｘ，ｙ）に属する画素のうち、２０１≦ｘ≦３００の領域（領域Ｔ１という）に属する画素への平均の漏洩光量をＤav１と、１０１≦ｘ≦２００の領域（領域Ｔ２という）に属する画素への平均の漏洩光量をＤav２と、１≦ｘ≦１００の領域（領域Ｔ３という）に属する画素への平均の漏洩光量をＤav３と表すものとする。実際には、前述したように各領域Ｔ１〜Ｔ３において、漏洩光量は試料面Ｓに近い部位ほど大きくなるが、ここでは、前記各領域Ｔ１〜Ｔ３及び領域ｒ₁〜ｒ₃内では漏洩光量が均一であるものとみなし、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの真の反射光量を算出するにあたって平均の漏洩光量Ｄav１〜Ｄav３を用いるものとする。

また、漏洩光が無い状態（換言すれば測定開口１２からの反射光が無い状態もしくは光源１１により試料面Ｓを照明していない状態）において領域Ａに属する画素から得られる画素データをＤ０（ｘ，ｙ）、試料面Ｓの反射光量を測定した時に、領域Ａに属する画素から得られる画素データをＤ（ｘ，ｙ）と表すものとする。

ここで、図４（ａ）に示すように、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃について測定される反射光量は、前述したように、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の真の反射光量（真の基準値）の他に漏洩光成分を含むものであり、この漏洩光成分だけを取り出して表した反射光量の分布を図４（ｂ）に示す。この図４（ｂ）に示すように、試料面Ｓに近くなるほど漏洩光成分が大きくなる。

一方、測定される漏洩光測定面Ｇからの反射光量は、漏洩光成分とオフセットとの和となる。オフセットは、漏洩光が無いときの反射光量（光源１１により試料面Ｓを照明していない状態における漏洩光測定面Ｇからの反射光量）である。したがって、図４（ｃ）に示すように、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃における真の基準値（反射光量）は、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃について、漏洩光測定面Ｇから検出された反射光量から漏洩光測定面Ｇのオフセットを減算し、その減算値を基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃から検出された各反射光量から減算することにより得られる。

以上のことから、まず、各領域Ｔ１〜Ｔ３における平均漏洩光量Ｄav１、Ｄav２、Ｄav３を次の数１で求める。

各式（１）〜（３）の第１項は漏洩光成分を示し、第２項は前述のオフセットを示す。すなわち、式（１）において、第１項は、イメージセンサ１４の各画素のうち、領域Ｔ１に属する画素の画素データの平均値を示し、第２項は、光源１１により試料面Ｓを照明していない状態におけるその画素の画素データの平均値を示す。同様に、式（２）において、第１項は、イメージセンサ１４の撮像面のうち、領域Ｔ２に属する画素の画素データの平均値を示し、第２項は、光源１１により試料面Ｓを照明していない状態におけるその画素の画素データの平均値を示す。式（３）において、第１項は、イメージセンサ１４の撮像面のうち、領域Ｔ３に属する画素の画素データの平均値を示し、第２項は、光源１１により試料面Ｓを照明していない状態におけるその画素の画素データの平均値を示す。

したがって、領域ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃にそれぞれ属する全ての画素から得られる画素データの平均値をそれぞれＡav，Ｂav，Ｃavと表すものとすると、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量は、この平均画素値Ａav，Ｂav，Ｃavから前記各式（１）〜（３）で求めた平均漏洩光量Ｄav１、Ｄav２、Ｄav３を減算することにより算出することができることから、
基準面Ｒ₁の反射光量＝Ａav−Ｄav１ ・・・（４）
基準面Ｒ₂の反射光量＝Ｂav−Ｄav２ ・・・（５）
基準面Ｒ₃の反射光量＝Ｃav−Ｄav３ ・・・（６）
となる。

基準面選択部１９２は、漏洩光成分除去後の２次元画像データの中から複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃のいずれか１に相当する部分の画像データを選択する。

イメージセンサ１４からの信号強度は、各画素に入射する光量と、蓄積される電荷の蓄積時間とに依存する。Ａ／Ｄ変換器１６の分解能は、例えば１０ビットに固定であるため、このＡ／Ｄ変換器１６の分解能を有効に利用するためには、Ａ／Ｄ変換の基準内でイメージセンサ１４からの信号を大きくする必要がある。イメージセンサ１４からの信号を大きくするには、蓄積時間を長くしてイメージセンサ１４から出力される信号を大きくする方法と、光源１１からの光量が一定であるとすると、イメージセンサ１４から出力された信号を増幅する方法とがある。試料面Ｓからの信号強度と、基準面からの信号強度との比は増幅倍率や蓄積時間を変化させても不変であるので、信号強度が小さいほうに合わせて蓄積時間を長くしたり、増幅したりすると、信号強度が大きいほうの信号は飽和してしまう。そのため、試料面Ｓからの信号強度と、基準面からの信号強度との比は、理想的には１が好ましく、基準面を複数設けることによって、比が１に最も近づく基準面を選択することが可能となる。したがって、基準面選択部１９２は、試料面Ｓからの信号強度と、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの信号強度との比を算出し、算出された比が１に近似する基準面を選択する。

増幅倍率決定部１９３は、試料面Ｓの出力信号と、基準面選択部１９２によって選択された基準面の出力信号とがＡ／Ｄ変換器１６の限界値を超えない範囲で、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を決定する。蓄積時間決定部１９４は、試料面Ｓの出力信号と、基準面選択部１９２によって選択された基準面Ｓの出力信号とがＡ／Ｄ変換器１６の限界値を超えない範囲で、イメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間を決定する。

このように、増幅倍率決定部１９３によりゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を決定し、蓄積時間決定部１９４によりイメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間を決定することによって、イメージセンサ１４の出力信号を制御する。

増幅倍率設定部１９５は、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を、増幅倍率決定部１９３によって決定された増幅倍率（増幅倍率記憶部２０１に記憶されている増幅倍率）に設定する。蓄積時間設定部１９６は、イメージセンサ１４における各画素の電荷の蓄積時間を、蓄積時間決定部１９４によって決定された蓄積時間（蓄積時間記憶部２０２に記憶されている蓄積時間）に設定する。

記憶装置２０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等で構成され、測定結果などを一時的に記憶するとともに、演算装置１９を動作させるための制御プログラムを記憶し、さらに、増幅倍率記憶部２０１及び蓄積時間記憶部２０２として機能する。

増幅倍率記憶部２０１は、増幅倍率決定部１９３によって決定されたゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を記憶する。蓄積時間記憶部２０２は、蓄積時間決定部１９４によって決定されたイメージセンサ１４が蓄積する電荷の蓄積時間を記憶する。

次に、本実施形態における反射光測定装置１の動作について説明する。図５は、本実施形態における反射光測定装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、試料の本測定の前に行われる予備測定が行われる。この予備測定は、本測定時においてイメージセンサ１４によって取得される２次元画像データの増幅倍率及びイメージセンサ１４における電荷の蓄積時間を決定するものである。ステップＳ１からステップＳ７までの動作が、予備測定として行われる動作である。

ステップＳ１において、発光制御装置１８は、発光タイミング及び発光時間を制御する発光制御信号を光源１１に出力する。光源１１は、発光制御装置１８より入力される発光制御信号に基づいて発光する。光源１１より出力された光は、試料面Ｓ、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇを照明する。試料面Ｓ、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇによって反射された反射光は、結像レンズ１３に入射し、結像レンズ１３によって、試料面Ｓ、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇを含む２次元領域の像がイメージセンサ１４上に結像される。

ステップＳ２において、イメージセンサ制御装置１７は、イメージセンサ１４の電荷の蓄積時間を制御する蓄積時間制御信号をイメージセンサ１４に出力する。なお、ここでのイメージセンサ１４における電荷の蓄積時間は、予め決められている初期設定時間に設定される。イメージセンサ１４は、結像レンズ１３によって結像される２次元領域の像を受光し、イメージセンサ制御装置１７より入力される蓄積時間制御信号に基づいて２次元領域の２次元画像データを取得する。イメージセンサ１４により取得された２次元画像データは、ゲイン可変アンプ１５により増幅される。なお、ここでの増幅倍率は、予め決められている初期設定倍率に設定される。ゲイン可変アンプ１５によって増幅された２次元画像データは、Ａ／Ｄ変換器１６に入力される。

ステップＳ３において、Ａ／Ｄ変換器１６は、アナログ信号である２次元画像データをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換された２次元画像データは、演算装置１９に入力される。

ステップＳ４において、演算装置１９は、前述のように、漏洩光測定面Ｇからの反射光量を用いて、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光すべき画素に入射する漏洩光の光量を推定し、この推定した漏洩光の光量を基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量に含まれる漏洩光の光量とみなし、この漏洩光成分を各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量から除去して基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の真の反射光量を導出する。そしてステップＳ５において、漏洩光成分除去後の２次元画像データのうち、試料面Ｓに対応する信号の強度と、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃のうちの各基準面に対応する信号の強度との比を算出し、算出された比が１に最も近似する基準面を選択する。

ステップＳ６において、演算装置１９は、試料面Ｓに対応する出力信号と、選択された基準面に対応する出力信号とがＡ／Ｄ変換器１６の予め設定されている限界値を超えない範囲で、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を決定するとともに、イメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間を決定する。

ステップＳ７において、演算装置１９は、決定されたゲイン可変アンプ１５の増幅倍率を記憶装置２０に記憶するとともに、決定されたイメージセンサ１４の電荷の蓄積時間を記憶装置２０に記憶する。

このようにして、試料面Ｓの出力信号と、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の出力信号に基づいて、ゲイン可変アンプ１５の増幅倍率と、イメージセンサ１４の電荷の蓄積時間とが決定される。

このように、光源１１により、試料面Ｓが照明され、イメージセンサ１４により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の２次元画像が取得され、結像レンズ１３により、光源１１によって照明された試料面Ｓを含む２次元領域の像がイメージセンサ１４に結像され、試料面Ｓを含む２次元領域内に互いに異なる反射率を有する基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃が配置され、演算装置１９により、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃のいずれか１に対応する部分のイメージセンサ１４の出力に応じて、イメージセンサ１４の出力信号が制御される。具体的には、増幅倍率決定部１９３によりゲイン可変アンプ１５の増幅倍率が決定され、蓄積時間決定部１９４によりイメージセンサ１４における電荷が蓄積される蓄積時間が決定されることによって、イメージセンサ１４の出力信号が制御される。

上記のステップＳ１からステップＳ７までの予備測定が行われた後、本測定が行われる。ステップＳ８からステップＳ１３までの動作が、本測定として行われる動作である。

ステップＳ８において、演算装置１９は、記憶装置２０に記憶されている増幅倍率にゲイン可変アンプ１５を設定するとともに、記憶装置２０に記憶されている蓄積時間にイメージセンサ制御装置１７を設定する。

ステップＳ９において、発光制御装置１８は、発光タイミング及び発光時間を制御する発光制御信号を光源１１に出力する。光源１１は、発光制御装置１８より入力される発光制御信号に基づいて発光する。光源１１より出力された光は、試料面Ｓ、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇを照明する。試料面Ｓ、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇによって反射された反射光は、結像レンズ１３に入射し、結像レンズ１３によって、試料面Ｓ、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び漏洩光測定面Ｇを含む２次元領域の像がイメージセンサ１４上に結像される。

ステップＳ１０において、イメージセンサ制御装置１７は、イメージセンサ１４の電荷の蓄積時間を制御する蓄積時間制御信号をイメージセンサ１４に出力する。なお、ここでのイメージセンサ１４における電荷の蓄積時間は、ステップＳ８において決定された蓄積時間に設定される。イメージセンサ１４は、結像レンズ１３によって結像される２次元領域の像を受光し、イメージセンサ制御装置１７より入力される蓄積時間制御信号に基づいて２次元領域の２次元画像データを取得する。イメージセンサ１４により取得された２次元画像データは、ゲイン可変アンプ１５により増幅される。なお、ここでの増幅倍率は、ステップＳ８において決定された増幅倍率に設定される。ゲイン可変アンプ１５によって増幅された２次元画像データは、Ａ／Ｄ変換器１６に入力される。

ステップＳ１１において、Ａ／Ｄ変換器１６は、アナログ信号である２次元画像データをデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１６によってデジタル信号に変換された２次元画像データは、演算装置１９に入力される。

ステップＳ１２において、演算装置１９は、ステップ♯４と同様に、漏洩光測定面Ｇからの反射光量を用いて、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光すべき画素に入射する漏洩光の光量を推定する。この推定した漏洩光の光量を基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量に含まれる漏洩光の光量とみなし、この漏洩光成分を各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量から除去して基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の真の反射光量を導出し、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃における真の反射光量の平均を算出する。

ステップＳ１３において、演算装置１９は、下記の（７）式に基づいて測定値を算出する。

測定値＝試料面の反射光量／選択した基準面における真の反射光量の平均・・・（７）
すなわち、演算装置１９は、試料面Ｓの反射光量を複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃のうち選択された基準面について、前述のように漏洩光成分を除去した真の反射光量の平均で除算することによって測定値を算出する。

以上のように、イメージセンサ１４の各画素のうち各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光すべき画素に入射する漏洩光の光量を推定するための漏洩光測定面Ｇを備え、この漏洩光測定面Ｇからの反射光量を用いて基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光すべき画素に入射する漏洩光の光量を推定し、この推定した漏洩光の光量を基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量に含まれる漏洩光の光量とみなして該漏洩光量を除去するようにしたので、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の真の反射光量、延いては試料面Ｓの真の反射光量を導出することができる。

なお、本発明は、前記第１の実施形態に限られるものではなく、次の（１）〜（７）に説明する変形形態も採用可能である。

（１）漏洩光測定面Ｇの配置形態として、第１の実施形態で示したものの他に例えば次のようなものでもよい。

図６は、他の漏洩光測定面Ｇの配置形態を示す図である。この実施形態においては、照明の不均一性、すなわち照明光量は試料面Ｓの中心から離れるにしたがって小さくなることによる、Ｙ軸方向に生じる漏洩光量のムラを考慮して漏洩光測定面Ｇを配置したものである。

すなわち、反射率の異なる複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃を測定開口１２に対しそれぞれＸ軸方向に所定の間隔を介して並べて配置し、且つそれらの基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び試料面Ｓにより形成された間隙に、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び試料面ＳとＹ軸方向に略同寸の漏洩光測定面Ｇを配置している。

この場合、例えば、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃に対し右側に隣接する漏洩光測定面Ｇが対応するものとして、まず各漏洩光測定面Ｇからの反射光量を測定するとともに、各漏洩光測定面Ｇの各部位に対応する各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の各部位について、この測定した漏洩光量を用いて真の反射光量を求めればよい。

（２）また、図７に示すように、反射率の異なる複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃をＸ軸方向に所定の間隔を介して並べて配置し、且つそれらの基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃で構成されてなるブロックをＹ軸方向に所定の間隔を介して並べて配置するとともに、それらの基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃及び試料面Ｓにより形成された間隙に、Ｘ軸方向に基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃と略同寸の漏洩光測定面Ｇを配置するようにしてもよい。

この場合、Ｘ軸方向における漏洩光量の変化と、Ｙ軸方向に生じる漏洩光量のムラとを併せて考慮することで、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の真の反射光量をより正確に導出することができる。

（３）また、図８に示すように、複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃をＹ軸方向に並べて配置してもよい。すなわち、反射光測定装置１の底部に形成される測定開口１２の左右両側に矩形状の複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃を配置する。なお、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃は、図８では左右対称に配置されるが、本発明は特にこれに限定されず、左右非対称であってもよく、複数の基準面の数はいくつでもよい。

そして、この場合、漏洩光測定面Ｇは、例えばＹ軸方向において各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃に挟まれるように、Ｙ軸方向に所定の間隔を介して配置するとよい。

（４）試料面Ｓが円形状である場合、基準面及び漏洩光測定面Ｇを例えば次のように配置してもよい。図９は、試料面Ｓが円形状である場合における基準面及び漏洩光測定面Ｇの配置例を示す図であり、図９（ａ）は、円形状の試料面Ｓに対して同心円環状に配置される基準面を示す図であり、図９（ｂ）は、複数の基準面が、円形状の試料面Ｓに対して同心円環状に配置され、且つ１の同心円環上に配置される基準面を示す図である。

図９（ａ）に示すように、反射光測定装置１の底部に形成される円形状の測定開口１２’の同心円環状に複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂を配置する。なお、円形状の試料面Ｓの同心円環状に配置される複数の基準面の数は、図９（ａ）に示す２つに限らずいくつでもよい。

また、図９（ｂ）に示すように、反射光測定装置１の底部に形成される円形状の測定開口１２’の同心円環状に配置するとともに、１の同心円環上に複数の基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄を配置する。同心円環の数は図９（ｂ）に示す２つの限らずいくつでもよい。また、１の同心円環において配置される基準面の数も図９（ｂ）に示す４つに限らずいくつでもよい。

そして、このように試料面Ｓが円形状である場合には、例えば図９（ａ）に示すように、漏洩光測定面Ｇを周方向に所定の間隔を介して放射状に複数配置してもよいし、あるいは図９（ｂ）に示すように、基準面Ｒ₁〜Ｒ₄で構成される同心円環に径方向に隣接して同心円環状の漏洩光測定面Ｇを設けてもよい。

（５）基準面の種類数は、前記第１の実施形態や変形形態（１）で示したように３種類に限られるものではなく、適宜設定可能である。

（６）前記第１の実施形態では、各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量を算出するに際し、平均値（領域ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃にそれぞれ属する全ての画素から得られる画素データの平均値Ａav，Ｂav，Ｃav及び各領域Ｔ１〜Ｔ３における平均漏洩光量Ｄav１、Ｄav２、Ｄav３）を用いたが、これに限らず、領域ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃にそれぞれ属する全ての画素から得られる画素データの合計値と、各領域Ｔ１〜Ｔ３における漏洩光量の各合計値とから各基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃の反射光量を算出するようにしてもよい。

（７）前記第１の実施形態では、２次元領域の２次元画像データを取得するイメージセンサを用いたが、これに限らず、ラインセンサを用い、このラインセンサを例えば図６のＸ軸方向に対応する方向に沿って配置することにより、図１０に示すように、そのラインセンサの撮像部位が、試料面Ｓからの反射光を受光する試料光撮像部位（図中「Ｓ」と表記）と、基準面Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃からの反射光を受光する基準光撮像部位（図中「Ｒ₁」，「Ｒ₂」，「Ｒ₃」と表記）と、漏洩光測定面Ｇからの反射光を受光する漏洩光撮像部位（図中「Ｇ」と表記）とを有し、且つ試料光撮像部位の隣で基準光撮像部位と漏洩光撮像部位とが交互に並ぶように撮像した場合には、各基準光撮像部位に隣接する漏洩光撮像部位からのデータを用いて、当該基準光撮像部位に対応する基準面の部位における真の反射光量を導出することができる。

本発明に係る反射光測定装置の第１の実施形態の構成を示す図である。 試料面及び各基準面の反射光量（測定光量）の大きさを示す分布図である。 試料面、基準面及び漏洩光測定面を撮像するイメージセンサの撮像面を示す図である。 基準面の真の反射光量の算出方法の説明図である。 第１の実施形態における反射光測定装置の動作を示すフローチャートである。 他の漏洩光測定面の配置形態を示す図である。 同じく他の漏洩光測定面の配置形態を示す図である。 同じく他の漏洩光測定面の配置形態を示す図である。 同じく他の漏洩光測定面の配置形態を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す図である。 従来の反射光測定装置における測定開口部分を示す図である。

符号の説明

１ 反射光測定装置
１１ 光源
１２ 測定開口
１３ 結像レンズ
１４ イメージセンサ
１９ 演算装置
１９１ 基準光量演算部
Ｓ 試料面
Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃ 基準面
Ｇ 漏洩光測定面

Claims (4)

1. 試料面を照明する光源と、
   前記光源により照明される試料面を含む所定領域内に配置された基準面と、
   前記試料面を含む所定領域内に漏洩光の光量を測定すべく配置された漏洩光測定面と、
   前記光源により照明された試料面、基準面及び漏洩光測定面のそれぞれ少なくとも一部を含んでなる領域の画像を取得する画像センサと、
   前記光源により照明された試料面、基準面及び漏洩光測定面のそれぞれ少なくとも一部を含んでなる領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、
   前記測定した漏洩光測定面からの反射光量に基づき前記基準面について生じる漏洩光成分を推定し、前記画像センサの出力により得られる前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去する演算部と
   を備えることを特徴とする反射光測定装置。
2. 前記所定領域に対して２次元座標系を設定したとき、前記漏洩光測定面は、少なくとも一方の軸方向において前記基準面と同一の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の反射光測定装置。
3. 前記演算部は、前記試料面が前記光源により照明されている状態における漏洩光測定面からの反射光量から、前記試料面が前記光源により照明されていない状態における前記漏洩光測定面からの反射光量を減算し、その漏洩光測定面と前記一方の軸方向において同一の位置に配置された基準面の反射光量から前記減算値を減算することにより前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去することを特徴とする請求項２に記載の反射光測定装置。
4. 試料面を照明する光源と、前記光源により照明された試料面を含む所定領域の画像を取得する画像センサと、前記光源により照明された試料面を含む所定領域の像を前記画像センサに結像する結像光学系と、前記試料面を含む所定領域内に配置された基準面とを備えた反射光測定装置における反射光測定方法であって、
   前記試料面を含む所定領域内に漏洩光の光量を測定するための漏洩光測定面を配置し、
   前記光源により照明された試料面、基準面及び漏洩光測定面のそれぞれ少なくとも一部を含んでなる領域の画像を前記画像センサにより取得し、
   前記測定した漏洩光測定面からの反射光量に基づき前記基準面について生じる漏洩光成分を推定し、前記画像センサの出力により得られる前記基準面の反射光量から前記漏洩光成分を除去することを特徴とする反射光測定方法。

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