JP2009064024A - Device for detecting physical quantity of observation object and detection method using the same - Google Patents

Device for detecting physical quantity of observation object and detection method using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which detects, in a short period of time, a quantity of phase change of an observation object from a differential interference image obtained by a differential interference microscope. <P>SOLUTION: The device includes: a light source; the differential interference microscope having an illuminating optical system which splits light from the light source into two polarization components and guides them to the observation object and an image-forming system which recomposes the two polarization components into which the light has been split by the illuminating optical system, and forms an image of the observation object; a means for varying a quantity of retardation of each of the two polarization components; a means for detecting each quantity of retardation; and a means for picking up the image of the observation object, and the device uses an imaging means to pick up two differential interference images of the observation object, which are equal in the quantity of retardation and different in sign, wherein an operation means is provided. The operation means acquires subtraction image information and addition image information by performing a subtraction operation and addition operation for corresponding pixels in the two differential interference images, and detects a quantity of phase on the face of the observation object by using expression (1):δΦ(x,y)/δr=k×ä(1-cosθ)×D(x,y)}/ä2sinθ×S(x,y)}. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、微分干渉顕微鏡によって得られた観察物体の画像情報から観察物体の形状や観察物体の各観察点の座標,段差,位相変化等の物理量を検出するための装置およびこれを用いた検出方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting physical quantities such as the shape of an observation object, the coordinates of each observation point of the observation object, steps, and phase changes from the image information of the observation object obtained by a differential interference microscope, and detection using the apparatus. Regarding the method.

微分干渉顕微鏡は、観察物体の位相変化や段差情報等を偏光干渉により可視化できることから、生体やICパターン等の微細構造の観察に広く用いられている。特に、近年磁気ディスクの表面に形成された磁気ヘッドの密着防止用微小突起(バンプ)の検査や、半導体のパターン露光に用いられる位相シフトレチクルの欠陥やリターデーション(位相差)量の測定、半導体ウエハーの位置決め装置等に微分干渉顕微鏡を用いる試みがなされている。   The differential interference microscope is widely used for observing a fine structure such as a living body or an IC pattern because it can visualize the phase change and step information of an observation object by polarization interference. In particular, inspection of minute protrusions (bumps) for preventing adhesion of magnetic heads formed on the surface of magnetic disks in recent years, measurement of defects and retardation (phase difference) in phase shift reticles used for semiconductor pattern exposure, semiconductors Attempts have been made to use a differential interference microscope in a wafer positioning device or the like.

例えば、下記の特許部文献1および特許文献2において、微分干渉顕微鏡をシァーリング干渉計及びマッハツェンダー干渉計と考えて、位相シフトレチクルの欠陥検出や位相測定に応用する方法が開示されている。また、下記の特許文献3では、微分干渉顕微鏡を用いて半導体ウエハー上の位置決めマークのエッジ部を検出して半導体ウエハーの位置決めを行う方法が開示されている。 For example, the following Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a method of applying the differential interference microscope to a defect detection and phase measurement of a phase shift reticle, assuming that the differential interference microscope is a shearing interferometer and a Mach-Zehnder interferometer. Patent Document 3 below discloses a method for positioning a semiconductor wafer by detecting an edge portion of a positioning mark on the semiconductor wafer using a differential interference microscope.

しかし、これらの方法は従来の干渉計測技術を微分干渉顕微鏡に応用したものであり、観察物体面での光の回折の影響は考慮されていない。また、観察物体における光の反射率や透過率の変化による光の強度変化に対する影響についての考慮もなされていない。
なお、これらの観察物体面上の光の回折や強度変化の影響については、下記の特許文献4において、本発明者が、微分干渉顕微鏡の結像特性を明らかにして、微分干渉顕微鏡によって得られた画像から観察物体の位相情報を抽出する方法を示した。
However, these methods apply a conventional interference measurement technique to a differential interference microscope, and do not consider the influence of light diffraction on the observation object surface. Further, no consideration is given to the influence on the light intensity change due to the change in the light reflectance or transmittance of the observation object.
Note that the effects of diffraction and intensity change of light on the observation object surface are obtained by the differential interference microscope by the present inventor in the following Patent Document 4 by clarifying the imaging characteristics of the differential interference microscope. A method to extract the phase information of the observed object from the captured image is presented.

特開平5−149719号公報JP-A-5-149719 特開平7−248261号公報JP 7-248261 A 特開平7−239212号公報JP 7-239212 A 特開平9−15504号公報JP-A-9-15504

微分干渉顕微鏡は観察物体面上の位相変化を画像における濃淡の分布に変換している。逆に、微分干渉画像における濃淡の分布を解析することにより、観察物体面上の位相変化を検出することができると考えられている。また、観察物体の段差のエッジ部は急激な位相変化を伴うことから、画像の濃淡値にも急激な変化が生じるので、微分干渉画像から濃淡値が急激に変化する部分を抽出することにより観察物体の段差の位置を検出できることが、上記の特許文献3等に示されている。
さらに、正常な標本の微分干渉画像をレファレンス画像とし、このレファレンス画像と観察物体像とを比較することで観察物体に混入した異物を検出する方法が、特開平5−256795号公報に示されている。
The differential interference microscope converts the phase change on the observation object surface into a light and shade distribution in the image. On the contrary, it is considered that the phase change on the observation object plane can be detected by analyzing the distribution of shading in the differential interference image. Also, since the edge of the step of the observed object is accompanied by an abrupt phase change, the intensity value of the image also changes abruptly, so it is possible to observe by extracting the part where the intensity value changes abruptly from the differential interference image The above-mentioned patent document 3 shows that the position of the step of the object can be detected.
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-256695 discloses a method of detecting a foreign matter mixed in an observation object by using a differential interference image of a normal specimen as a reference image and comparing the reference image with the observation object image. Yes.

ところで、微分干渉画像における濃淡の分布から観察物体の位相分布を求める場合には、観察物体における光の透過率や反射率の変化,照明光の強度変化等の観察物体の位相変化以外の要素が混ざると、観察物体の位相変化を正確に検出することができなくなる。
これらの問題は、予め観察する物体の情報をレファレンス画像として取得し、このレファレンス画像のデータを基にした観察物体の画像処理を行うことによって、ある程度解決することはできる。しかし、この方法はレファレンス画像との比較処理を行うために長い時間が必要になり、半導体等の検査では検査時間の短縮化が要望されている点を考慮すると好ましくない。
By the way, when obtaining the phase distribution of the observation object from the density distribution in the differential interference image, there are factors other than the phase change of the observation object, such as the light transmittance and reflectance change in the observation object and the illumination light intensity change. If they are mixed, the phase change of the observation object cannot be accurately detected.
These problems can be solved to some extent by acquiring information of an object to be observed in advance as a reference image and performing image processing of the observed object based on the data of the reference image. However, this method is not preferable in view of the fact that it takes a long time to perform the comparison process with the reference image, and that it is desired to shorten the inspection time in the inspection of semiconductors and the like.

また、観察物体の段差等のエッジ部の検出では、凸部から凹部に変わる部分と凹部から凸部に変わる部分とでは、微分干渉画像の濃淡の分布が反転する。従って、エッジ部を検出するには微分干渉画像において濃淡値の極大値と極小値の両方を検出しなくてはならない。
しかし、この場合、微分干渉画像を撮像する素子の検出特性や照明光の強度特性の変換により、検出特性が大きく変わってしまう。さらに、観察物体上の特定の領域での勾配を検出する場合には、微分干渉画像からは特定の値を検出することになり、特に外乱光の影響を受けやすくなるという問題がある。
Further, in detection of an edge portion such as a step of the observation object, the density distribution of the differential interference image is inverted between a portion that changes from a convex portion to a concave portion and a portion that changes from a concave portion to a convex portion. Therefore, in order to detect the edge portion, both the maximum value and the minimum value of the gray value must be detected in the differential interference image.
However, in this case, the detection characteristics greatly change due to the conversion of the detection characteristics of the element that captures the differential interference image and the intensity characteristics of the illumination light. Furthermore, when detecting a gradient in a specific region on the observation object, a specific value is detected from the differential interference image, and there is a problem that it is particularly susceptible to disturbance light.

ところで、観察物体の段差等の位相量の変化を計測するとき、段差が比較的小さい場合には、微分干渉顕微鏡に干渉計測で用いられる縞走査を組み合わせることにより、観察物体の位相情報を抽出することができる。縞走査を行うときには、偏光成分のリターデーション量が異なる4枚の画像を撮像して演算しなければならず、処理時間を短縮化する課題の達成はできない。
また、偏光成分のリターデーション量が0のときとπのときとでは、画像の濃淡値が大きく変化するので、正確な位相量を検出するためにはダイナミックレンジの広い撮像素子が必要になり、装置が複雑になる。
なお、本発明者は、上記の特許文献4において、微分干渉顕微鏡の結像特性に着目し、微分干渉画像から位相情報と強度情報を分離する方法を示した。
By the way, when measuring a change in phase amount such as a step of the observation object, if the step is relatively small, the phase information of the observation object is extracted by combining the differential interference microscope with the fringe scanning used in the interference measurement. be able to. When performing fringe scanning, four images having different polarization component retardation amounts must be captured and calculated, and the task of shortening the processing time cannot be achieved.
In addition, since the gray value of the image changes greatly between the case where the polarization component retardation amount is 0 and π, an image sensor with a wide dynamic range is required to detect an accurate phase amount. The device becomes complicated.
In addition, in this patent document 4 , the inventor paid attention to the imaging characteristics of the differential interference microscope and showed a method for separating phase information and intensity information from the differential interference image.

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、観察物体の勾配,微小平面部,エッジ部,段差,位相変化量等の具体的な物理量を微分干渉顕微鏡によって得られる観察物体の微分干渉画像から位相情報と強度情報とを分離することにより、従来の方法よりも短時間で検出するための装置とこれを用いた検出方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide specific information such as the gradient of an observation object, a minute plane portion, an edge portion, a step, and a phase change amount. An apparatus for detecting a physical quantity in a shorter time than a conventional method by separating phase information and intensity information from a differential interference image of an observation object obtained by a differential interference microscope, and a detection method using the apparatus are provided. There is.

上記目的を達成するため、本発明による検出装置は、光源と、該光源からの光を2つの偏光成分に分離するための部材を備えた前記光源からの光を観察物体に導くための照明光学系と、前記照明光学系内で分離された2つの偏光成分を再構成するための部材を備えた観察物体の像を形成するための結像光学系とを有する微分干渉顕微鏡と、前記2つの偏光成分のリターデーション量を変化させる手段と、前記リターデーション量を検出する手段と、観察物体の像を撮像する手段とを備え、前記リターデーション量を変化させる手段によって形成されたリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉像を前記撮像手段で撮像する検出装置において、該2つの微分干渉像の画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報D(x,y)と和画像情報S(x,y)を取得し、前記リターデーション量を検出する手段によって検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)とするとき、以下の式の何れかを用いて、前記2つの偏光成分の分離方向rに対応する観察物体面上の位相量の微分値∂Φ(x,y)/∂rを検出し、r方向の積分処理を行うことにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)を検出する演算手段を備えていることを特徴とする検出装置。
∂Φ(x,y)/∂r=k・{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}
∂Φ(x,y)/∂r=k・tan -1 〔{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}]
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体を透過観察する場合はk=λ/2π、観察物体を反射観察する場合はk=λ/4πである。
In order to achieve the above object, a detection apparatus according to the present invention includes an illumination optical system for guiding light from the light source, which includes a light source and a member for separating light from the light source into two polarization components, to an observation object. A differential interference microscope comprising: a system; and an imaging optical system for forming an image of an observation object provided with a member for reconstructing two polarization components separated in the illumination optical system; The retardation amount formed by the means for changing the retardation amount is provided with means for changing the retardation amount of the polarization component, means for detecting the retardation amount, and means for capturing an image of the observation object. In the detection apparatus for capturing two differential interference images of observation objects having the same sign but different from each other, difference calculation and summation are performed for each corresponding pixel in the images of the two differential interference images. By calculating the difference image information D (x, y) and the sum image information S (x, y), the retardation amount of the polarization component detected by the means for detecting the retardation amount is θ, and each of the images When the phase amount on the observation object plane corresponding to the information is Φ (x, y), the phase on the observation object plane corresponding to the separation direction r of the two polarization components is calculated using any one of the following equations. Computation means for detecting a phase amount Φ (x, y) on the observation object plane by detecting the differential value ∂Φ (x, y) / ∂r of the quantity and integrating in the r direction is provided. A detection device characterized by that.
∂Φ (x, y) / ∂r = k · {(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)}
∂Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2 sin θ · S (x, y)}]
However, regarding k, when the wavelength of the light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π when observing the observation object, and k = λ / when reflecting the observation object. 4π.

また、本発明の検出装置において、光源と、該光源からの光を2つの偏光成分に分離するための部材を備えた前記光源からの光を観察物体に導くための照明光学系と、前記照明光学系内で分離された2つの偏光成分を再構成するための部材を備えた観察物体の像を形成するための結像光学系とを有する微分干渉顕微鏡と、前記2つの偏光成分のリターデーション量を変化させる手段と、前記リターデーション量を検出する手段と、観察物体の像を撮像する手段とを備え、前記リターデーション量を変化させる手段によって形成されたリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉像を前記撮像手段で撮像する検出装置に用いられる方法であって、該2つの微分干渉像の画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報D(x,y)と和画像情報S(x,y)を取得し、前記リターデーション量を検出する手段によって検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)とするとき、以下の式の何れかを用いて、前記2つの偏光成分の分離方向rに対応する観察物体面上の位相量の微分値∂Φ(x,y)/∂rを検出し、r方向の積分処理を行うことにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)を検出する方法。
∂Φ(x,y)/∂r=k・{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}
∂Φ(x,y)/∂r=k・tan -1 〔{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}]
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体を透過観察する場合はk=λ/2π、観察物体を反射観察する場合はk=λ/4πである。
In the detection apparatus of the present invention, an illumination optical system for guiding light from the light source, which includes a light source and a member for separating light from the light source into two polarization components, to the observation object, and the illumination A differential interference microscope having an imaging optical system for forming an image of an observation object having a member for reconstructing two polarization components separated in the optical system, and retardation of the two polarization components Observations comprising means for changing the amount, means for detecting the amount of retardation, and means for capturing an image of the observation object, and the retardation amounts formed by the means for changing the amount of retardation are equal and different in sign A method used in a detection apparatus for imaging two differential interference images of an object by the imaging means, wherein a difference calculation and a sum are performed for each corresponding pixel in the images of the two differential interference images. By calculating the difference image information D (x, y) and the sum image information S (x, y), the retardation amount of the polarization component detected by the means for detecting the retardation amount is θ, and each of the images When the phase amount on the observation object plane corresponding to the information is Φ (x, y), the phase on the observation object plane corresponding to the separation direction r of the two polarization components is calculated using any one of the following equations. A method of detecting a phase amount Φ (x, y) on an observation object plane by detecting a differential value ∂Φ (x, y) / ∂r of a quantity and performing integration processing in the r direction.
∂Φ (x, y) / ∂r = k · {(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)}
∂Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2 sin θ · S (x, y)}]
However, regarding k, when the wavelength of the light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π when observing the observation object, and k = λ / when reflecting the observation object. 4π.

本発明によれば、まず観察物体の微小な平面部分を正確に検出することができる。また、微小な平面部分を検出することにより、磁気ディスクの磁気ヘッド密着防止用微小突起の形状や欠陥の検出を行うことができる。According to the present invention, it is possible to accurately detect a minute planar portion of an observation object. Further, by detecting a minute flat portion, it is possible to detect the shape and defect of the minute protrusion for preventing the magnetic head from contacting the magnetic disk.
次に、画像情報を抽出してその絶対値や2乗値を形成することにより、エッジ部分による散乱光等の外乱の影響を受けずにエッジ部の検出を行うことができ、半導体ウエハー上に形成された位置決め用凹凸標本のエッジ部を正確に検出することができる。Next, by extracting the image information and forming its absolute value or square value, the edge portion can be detected without being affected by disturbances such as scattered light by the edge portion. It is possible to accurately detect the edge portion of the formed positioning uneven sample.
そして、偏光成分のリターデーション量が±θである2つの画像から観察物体の位相分布を計測することができるので、観察物体の位相分布を計測する時間を短縮することができる。また、従来の縞走査法と比較すると画像を撮像する素子のダイナミックレンジに影響されることが少なくなり、装置の簡素化も図ることができる。Since the phase distribution of the observation object can be measured from the two images having the polarization component retardation amount of ± θ, the time for measuring the phase distribution of the observation object can be shortened. In addition, compared with the conventional fringe scanning method, it is less affected by the dynamic range of the element that captures an image, and the apparatus can be simplified.

本発明による検出装置は、光源と、光源からの光を2つの偏光成分に分離するための部材を備えた前記光源からの光を観察物体に導くための照明光学系と前記照明光学系内で分離された2つの偏光成分を再構成するための部材を備えた観察物体の像を形成するための結像光学系とを有する微分干渉顕微鏡と、前記2つの偏光成分のリターデーション量を変化させる手段と、観察物体の像を撮像する手段と、この撮像手段により取り込まれた画像の演算を行う手段とを備えているThe detection apparatus according to the present invention includes a light source and an illumination optical system for guiding light from the light source, which includes a member for separating light from the light source into two polarization components, to the observation object, and the illumination optical system. A differential interference microscope having an imaging optical system for forming an image of an observation object having a member for reconstructing two separated polarization components, and changing the amount of retardation of the two polarization components It comprises means, and means for capturing an image of the observation object, and means for performing an operation of an image captured by the imaging means.

そして、本発明の検出装置において、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉画像を形成し、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算を行って差画像を取得し、この差画像から所定の範囲の画像情報を抽出することにより、観察物体の勾配が検出できる(第1の方法)。   In the detection apparatus of the present invention, the amount of retardation of the two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images of observation objects having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Then, a difference calculation is performed for each corresponding pixel in these two differential interference images to obtain a difference image, and a gradient of the observation object can be detected by extracting image information in a predetermined range from the difference image ( First method).

また、本発明の検出装置において、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉画像を形成し、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像と和画像を取得し、これら差画像と和画像における画像情報の比を演算し、得られた結果から所定の範囲の画像情報を抽出することによっても、観察物体の勾配が検出できる(第2の方法)。   In the detection apparatus of the present invention, the retardation amount of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images of observation objects having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Then, a difference operation and a sum operation are performed for each corresponding pixel in these two differential interference images to obtain a difference image and a sum image, and a ratio of image information in the difference image and the sum image is calculated and obtained. The gradient of the observation object can also be detected by extracting image information in a predetermined range from the result (second method).

また、第1または第2の方法に従った演算の結果得られた画像情報から0値を中心に所定の範囲の画像情報を抽出すれば、観察物体上の位相変化のない部分または平面部分が検出できる(第3の方法)。   Further, if image information in a predetermined range centering on 0 value is extracted from the image information obtained as a result of the calculation according to the first or second method, a portion having no phase change or a plane portion on the observation object is obtained. It can be detected (third method).

さらに、第3の方法によって検出された観察物体の位相変化のない部分または平面部の面積または形状を、基準とする他の標本から予め求めた平面部の面積または形状と比較することにより、観察物体と標本との相違が検出できる(第4の方法)。   Further, by comparing the area or shape of the portion or plane portion of the observation object detected by the third method without phase change with the area or shape of the plane portion obtained in advance from another reference sample, observation is performed. A difference between the object and the specimen can be detected (fourth method).

また、本発明の検出装置を用いれば、観察物体上のエッジ部の検出も可能である。すなわち、本発明の検出装置において、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉画像を形成し、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算を行って差画像を取得し、この差画像における画像情報の絶対値を求め所定の閾値を設定し、閾値を越える画像領域を抽出することにより、観察物体上のエッジ部が検出できる(第5の方法)。   Moreover, if the detection apparatus of this invention is used, the edge part on an observation object is also detectable. That is, in the detection apparatus of the present invention, the amount of retardation of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images of observation objects having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Then, a difference calculation is performed for each corresponding pixel in the two differential interference images to obtain a difference image, an absolute value of image information in the difference image is obtained, a predetermined threshold value is set, and an image area exceeding the threshold value is determined. By extracting, the edge part on the observation object can be detected (fifth method).

本発明の装置において、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉画像を形成し、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像および和画像を取得し、差画像と和画像とにおいて各画素毎に画像情報の比を演算し、この結果から観察物体の画像情報の絶対値を求め所定の閾値を設定し、この閾値を越える画像情報を抽出することによっても、観察物体上のエッジ部の検出が可能になる(第6の方法)。   In the apparatus of the present invention, the amount of retardation of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images of observation objects having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. A difference operation and a sum operation are performed for each corresponding pixel in the two differential interference images to obtain a difference image and a sum image, and a ratio of image information is calculated for each pixel in the difference image and the sum image. The edge portion on the observation object can also be detected by obtaining the absolute value of the image information of the observation object from the image, setting a predetermined threshold value, and extracting the image information exceeding the threshold value (sixth method).

また、本発明の検出装置において、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉画像を形成し、これら2つの微分干渉画像において夫々対応するの画素毎に差演算を行って差画像を取得し、この差画像を差画像中の最大値と最小値の間の値で割り算した値の2乗を求め、所定の閾値を設定しこの閾値を越える画像領域を抽出することにより、観察物体上のエッジ部の検出が可能になる(第7の方法)。   In the detection apparatus of the present invention, the retardation amount of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images of observation objects having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Then, a difference calculation is performed for each corresponding pixel in these two differential interference images to obtain a difference image, and this difference image is divided by a value between the maximum value and the minimum value in the difference image, which is 2 By obtaining a power, setting a predetermined threshold value, and extracting an image region exceeding the threshold value, it becomes possible to detect an edge portion on the observation object (seventh method).

また、本発明の検出装置において、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉画像を形成し、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像および和画像を取得し、差画像と和画像において各画素毎に画像情報の比を演算し、この結果得られた画像情報を画像情報中の最大値と最小値との間の値で割り算し、さらにこの結果得られた値を2乗演算し所定の閾値を設定して、閾値を越える画像領域を抽出することにより、観察物体上のエッジ部の検出が可能になる(第8の方法)。   In the detection apparatus of the present invention, the retardation amount of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images of observation objects having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Then, a difference image and a sum image are obtained by performing a difference operation and a sum operation for each corresponding pixel in these two differential interference images, and a ratio of image information is calculated for each pixel in the difference image and the sum image, The image information obtained as a result is divided by a value between the maximum value and the minimum value in the image information, and the value obtained as a result is squared to set a predetermined threshold value. By extracting the region, it is possible to detect the edge portion on the observation object (eighth method).

さらに、第5乃至第8の方法に従って、前記閾値を越える画像領域の座標を求めることによっても、観察物体上のエッジ部の位置検出が可能になる(第9の方法)。   Further, the position of the edge portion on the observation object can be detected also by obtaining the coordinates of the image area exceeding the threshold according to the fifth to eighth methods (the ninth method).

また、第5乃至第8の方法に従って、前記閾値を越える画像領域に特に基準となる座標を設定すれば、観察物体上のエッジ部の位置検出がより高精度にできる(第10の方法)。   In addition, if the reference coordinates are set in particular in the image area exceeding the threshold according to the fifth to eighth methods, the position of the edge portion on the observation object can be detected with higher accuracy (tenth method).

第5乃至第8の方法に従って、前記閾値を越える画像領域の座標を求めることにより、観察物体上の各エッジ部の間隔も検出できる(第11の方法)。   By obtaining the coordinates of the image area exceeding the threshold according to the fifth to eighth methods, the interval between the edge portions on the observation object can also be detected (eleventh method).

また、第5乃至第8の方法に従って、前記閾値を越える画像領域に特に基準となる座標を設定すれば、観察物体上の各エッジ部の間隔がより高精度に検出できる(第12の方法)。   In addition, if the reference coordinates are set in particular in the image area exceeding the threshold according to the fifth to eighth methods, the interval between the edge portions on the observation object can be detected with higher accuracy (the twelfth method). .

さらに、本発明の検出装置において、まず、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像を形成して、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報および和画像情報を取得する。次に、前記検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記差画像情報をD(x,y)、前記和画像情報をS(x,y)、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)とするとき、次の条件式(1),(2)の何れかを用いて、前記2つの偏光成分の分離方向rに対応する観察物体面上の位相量の微分値∂Φ(x,y)/∂rを検出し、r方向の積分処理を行えば、観察物体上の位相量Φ(x,y)の検出が可能になる(第13の方法)。
∂Φ(x,y)/∂r=k・{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)} ・・・・(1)
∂Φ(x,y)/∂r=k・tan-1〔{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}] ・・・・(2)
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体を透過観察する場合はk=λ/2π、観察物体を反射観察する場合はk=λ/4πである。
Furthermore, in the detection apparatus of the present invention, first, the retardation amount of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Thus, difference image information and sum image information are obtained by performing difference calculation and sum calculation for each corresponding pixel in these two differential interference images. Next, the retardation amount of the detected polarization component is θ, the difference image information is D (x, y), the sum image information is S (x, y), on the observation object plane corresponding to each image information. Is the phase on the observation object plane corresponding to the separation direction r of the two polarization components using either of the following conditional expressions (1) and (2): If the differential value ∂Φ (x, y) / ∂r of the quantity is detected and integration processing in the r direction is performed, the phase quantity Φ (x, y) on the observation object can be detected (the thirteenth method). ).
∂Φ (x, y) / ∂r = k · {(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)} (1)
∂Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)}] (2)
However, regarding k, when the wavelength of the light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π when observing the observation object, and k = λ / when reflecting the observation object. 4π.

また、本発明の検出装置において、まず、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像を形成して、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報および和画像情報を取得する。次に、前記検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記差画像情報をD(x,y)、前記和画像情報をS(x,y)、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)、前記差画像情報D(x,y)を微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を用いてデコンボリューションした画像情報をd(x,y)とするとき、次の条件式(3),(4)の何れかを用いることにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)が検出できる(第14の方法)。
Φ(x,y)=k・{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)} ・・・・(3)
Φ(x,y)=k・tan-1〔{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}] ・・・・(4)
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体の透過観察の場合はk=λ/2π、観察物体の反射観察の場合はk=λ/4πである。
In the detection apparatus of the present invention, first, the retardation amount of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, and two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs are formed. Thus, difference image information and sum image information are obtained by performing difference calculation and sum calculation for each corresponding pixel in these two differential interference images. Next, the retardation amount of the detected polarization component is θ, the difference image information is D (x, y), the sum image information is S (x, y), on the observation object plane corresponding to each image information. When the phase information of Φ (x, y) is deconvoluted by using the optical response characteristics of the differential interference microscope, the difference image information D (x, y) is d (x, y). By using either of the conditional expressions (3) and (4), the phase amount Φ (x, y) on the observation object plane can be detected (fourteenth method).
Φ (x, y) = k · {(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)} (3)
Φ (x, y) = k · tan −1 [{(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · S (x, y)}] (4)
However, regarding k, when the wavelength of light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π for transmission observation of the observation object, and k = λ / for reflection observation of the observation object. 4π.

本発明の検出装置において、まず、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像を形成して、これら2つの微分干渉画像において夫々対応する位置の画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報および和画像情報を取得する。次に、前記検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記差画像情報をD(x,y)、前記和画像情報をS(x,y)、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)、前記差画像情報D(x,y)を微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を用いてデコンボリューションした画像情報をd(x,y)、前記和画像情報S(x,y)中の極小値を包絡する画像情報をL(x,y)とするとき、次の条件式(5),(6)の何れかを用いることにより、観察物体上の位相量Φ(x,y)の検出が可能になる(第15の方法)。
Φ(x,y)=k・{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・L(x,y)} ・・・・(5)
Φ(x,y)=k・tan-1〔{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・L(x,y)}] ・・・・(6)
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体の透過観察の場合はk=λ/2π、観察物体の反射観察の場合はk=λ/4πである。
In the detection apparatus of the present invention, first, the amount of retardation of the two polarization components separated in the illumination optical system is detected to form two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs, In these two differential interference images, difference image information and sum image information are obtained by performing difference calculation and sum calculation for each pixel at a corresponding position. Next, the retardation amount of the detected polarization component is θ, the difference image information is D (x, y), the sum image information is S (x, y), on the observation object plane corresponding to each image information. Φ (x, y), the difference image information D (x, y) is deconvoluted using the optical response characteristics of the differential interference microscope, d (x, y), and the sum image information When the image information enveloping the local minimum value in S (x, y) is L (x, y), the phase on the observation object is obtained by using either of the following conditional expressions (5) and (6). The quantity Φ (x, y) can be detected (fifteenth method).
Φ (x, y) = k · {(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · L (x, y)} (5)
Φ (x, y) = k · tan −1 [{(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · L (x, y)}] (6)
However, regarding k, when the wavelength of light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π for transmission observation of the observation object, and k = λ / for reflection observation of the observation object. 4π.

本発明の検出装置において、まず、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像と、偏光成分のリターデーション量が0の微分干渉画像を形成し、前記偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報および和画像情報を取得する。次に、前記検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記偏光成分のリターデーション量が0の画像情報をO(x,y)、前記差画像情報をD(x,y)、前記和画像情報をS(x,y)、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)とするとき、次の条件式(7),(8)の何れかを用い、2つの偏光成分の分離方向rに対応する観察物体の位相量の微分値∂Φ(x,y)/∂rを検出し、r方向の積分処理を行うことにより、観察物体上の位相量Φ(x,y)が検出できる(第16の方法)。
∂Φ(x,y)/∂r=k・{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・B(x,y)} ・・・・(7)
∂Φ(x,y)/∂r=k・tan-1〔{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・B(x,y)}]・・・・(8)
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体の透過観察の場合はk=λ/2π、観察物体の反射観察の場合はk=λ/4πである。また、B(x,y)=S(x,y)−2・O(x,y)である。
In the detection apparatus of the present invention, first, the amount of retardation of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs, and the polarization component A differential interference image having a retardation amount of 0 is formed, and difference and sum operations are performed for each corresponding pixel in two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs. Get image information. Next, the detected polarization component retardation amount is θ, the polarization component retardation amount is 0, O (x, y) image information, the difference image information is D (x, y), and the sum image. When the information is S (x, y) and the phase amount on the observation object plane corresponding to each image information is Φ (x, y), one of the following conditional expressions (7) and (8) is used. By detecting the differential value ∂Φ (x, y) / ∂r of the phase amount of the observation object corresponding to the separation direction r of the two polarization components and performing integration processing in the r direction, the phase amount on the observation object Φ (x, y) can be detected (sixteenth method).
∂Φ (x, y) / ∂r = k · {(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2sinθ · B (x, y)} (7)
∂Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · B (x, y)}] (8)
However, regarding k, when the wavelength of light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π for transmission observation of the observation object, and k = λ / for reflection observation of the observation object. 4π. B (x, y) = S (x, y) −2 · O (x, y).

本発明の検出装置において、まず、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像と、偏光成分のリターデーション量が0の微分干渉画像を形成し、前記偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報および和画像情報を取得する。次に、前記検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記偏光成分のリターデーション量が0の画像情報をO(x,y)、前記差画像情報をD(x,y)、前記和画像情報をS(x,y)、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)、前記差画像情報D(x,y)を微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を用いてデコンボリューションした画像情報をd(x,y)とするとき、次の条件式(9),(10)の何れかを用いることにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)が検出できる(第17の方法)。
Φ(x,y)=k・{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・B(x,y)} ・・・・(9)
Φ(x,y)=k・tan-1〔{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・B(x,y)}] ・・・・(10)
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとしたとき、観察物体の透過観察の場合はk=λ/2π、観察物体の反射観察の場合はk=λ/4πである。また、B(x,y)=S(x,y)−2・O(x,y)である。
In the detection apparatus of the present invention, first, the amount of retardation of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs, and the polarization component A differential interference image having a retardation amount of 0 is formed, and difference and sum operations are performed for each corresponding pixel in two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs. Get image information. Next, the detected polarization component retardation amount is θ, the polarization component retardation amount is 0, O (x, y) image information, the difference image information is D (x, y), and the sum image. The information is S (x, y), the phase amount on the observation object plane corresponding to each image information is Φ (x, y), and the difference image information D (x, y) is the optical response characteristic of the differential interference microscope. When the image information deconvoluted using d is set to d (x, y), the phase amount Φ (x, y on the observation object plane is obtained by using one of the following conditional expressions (9) and (10). ) Can be detected (17th method).
Φ (x, y) = k · {(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2sinθ · B (x, y)} (9)
Φ (x, y) = k · tan −1 [{(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · B (x, y)}] (10)
However, regarding k, when the wavelength of light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π for transmission observation of the observation object, and k = λ / for reflection observation of the observation object. 4π. B (x, y) = S (x, y) −2 · O (x, y).

本発明の検出装置において、まず、照明光学系内で分離された2つの偏光成分のリターデーション量を検出して偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像と、偏光成分のリターデーション量が0の微分干渉画像を形成し、前記偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報および和画像情報を取得する。次に、前記検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記偏光成分のリターデーション量が0の画像情報をO(x,y)、前記差画像情報をD(x,y)、前記和画像情報をS(x,y)、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)、前記差画像情報D(x,y)を微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を用いてデコンボリューションした画像情報をd(x,y)、{S(x,y)−2・O(x,y)}中の極小値を包絡する画像情報をb(x,y)をとするとき、次の条件式(11),(12)の何れかを用いることにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)の検出ができる(第18の方法)。
Φ(x,y)=k・{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・b(x,y)} ・・・・(11)
Φ(x,y)/∂r=k・tan-1〔{(1−cosθ)・d(x,y)}
/{2sinθ・b(x,y)}] ・・・・(12)
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体の透過観察の場合はk=λ/2π、観察物体の反射観察の場合はk=λ/4πである。
In the detection apparatus of the present invention, first, the amount of retardation of two polarization components separated in the illumination optical system is detected, two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs, and the polarization component A differential interference image having a retardation amount of 0 is formed, and difference and sum operations are performed for each corresponding pixel in two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs. Get image information. Next, the detected polarization component retardation amount is θ, the polarization component retardation amount is 0, O (x, y) image information, the difference image information is D (x, y), and the sum image. The information is S (x, y), the phase amount on the observation object plane corresponding to each image information is Φ (x, y), and the difference image information D (x, y) is the optical response characteristic of the differential interference microscope. Deconvolved image information using d (x, y), {S (x, y) -2 · O (x, y)} enveloping image information b (x, y) Then, by using any of the following conditional expressions (11) and (12), the phase amount Φ (x, y) on the observation object plane can be detected (eighteenth method).
Φ (x, y) = k · {(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · b (x, y)} (11)
Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · d (x, y)}
/ {2 sin θ · b (x, y)}] (12)
However, regarding k, when the wavelength of light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π for transmission observation of the observation object, and k = λ / for reflection observation of the observation object. 4π.

本発明者は、微分干渉顕微鏡の結像特性について、結像特性の導き方から結果までを上記の特許文献4において詳細に説明している。
微分干渉顕微鏡の特性は、微分干渉顕微鏡における像強度分布をI(x,y)、微分干渉顕微鏡内の2つの偏光成分のリターデーション量をθ、観察物体の光の透過(反射)率をT(x,y)、微分干渉顕微鏡の位相情報をP(x,y)、像の強度情報をA(x,y)とすると、簡略的に次の式(13)で表せる。
I(x,y,θ)=T(x,y){(1−cosθ)・A(x,y)/2
+sinθ・P(x,y)} ・・・・(13)
また、式(13)において−θのとき、
I(x,y,−θ)=T(x,y){(1−cosθ)・A(x,y)/2
−sinθ・P(x,y)} ・・・・(14)
となる。
The inventor has described in detail the imaging characteristics of the differential interference microscope from the method of deriving the imaging characteristics to the results in the above-mentioned Patent Document 4 .
The characteristic of the differential interference microscope is that the image intensity distribution in the differential interference microscope is I (x, y), the retardation amount of the two polarization components in the differential interference microscope is θ, and the light transmission (reflection) rate of the observation object is T. If (x, y), the phase information of the differential interference microscope is P (x, y), and the intensity information of the image is A (x, y), it can be simply expressed by the following equation (13).
I (x, y, θ) = T (x, y) {(1−cos θ) · A (x, y) / 2
+ Sinθ · P (x, y)} (13)
Further, when −θ in the equation (13),
I (x, y, −θ) = T (x, y) {(1−cos θ) · A (x, y) / 2
−sin θ · P (x, y)} (14)
It becomes.

式(13),(14)から(13)−(14),(13)+(14)を計算すると、
I(x,y,θ)−I(x,y,−θ)
=2T(x,y)・sinθ・P(x,y) ・・・・(15)
I(x,y,θ)+I(x,y,−θ)
=T(x,y)・(1−cosθ)・A(x,y) ・・・・(16)
となる。
よって、差画像情報と和画像情報を形成することにより微分干渉画像から位相情報と像の強度情報とを分離することが可能になる。
When calculating (13)-(14), (13) + (14) from the equations (13), (14),
I (x, y, θ) −I (x, y, −θ)
= 2T (x, y) · sin θ · P (x, y) (15)
I (x, y, θ) + I (x, y, −θ)
= T (x, y). (1-cos.theta.). A (x, y) (16)
It becomes.
Therefore, it is possible to separate the phase information and the image intensity information from the differential interference image by forming the difference image information and the sum image information.

さらに、微分干渉画像から位相情報を抽出することにより、観察物体の位相変化に対応した画像情報を求めることができる。特に、微分干渉画像の位相情報は観察物体の位相分布の微分値と相関しているので、画像の位相情報から所定の値を抽出することにより、観察物体において所定の値に対応した勾配を検出することができる。
従って、前述の第1の方法に示したように、偏光成分のリターデーション量が等しく符号が異なる2つの微分干渉画像から差画像を取得し、この差画像から所定の範囲の画像情報を抽出することによって、観察物体の勾配を容易に検出することができる。そして、この方法をシステム化することにより観察物体の勾配を検出する装置を構成できる。
Furthermore, by extracting the phase information from the differential interference image, it is possible to obtain image information corresponding to the phase change of the observation object. In particular, since the phase information of the differential interference image correlates with the differential value of the phase distribution of the observation object, the gradient corresponding to the predetermined value is detected in the observation object by extracting the predetermined value from the phase information of the image. can do.
Therefore, as shown in the first method described above, a difference image is acquired from two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs, and image information in a predetermined range is extracted from the difference image. Thus, the gradient of the observation object can be easily detected. An apparatus for detecting the gradient of the observation object can be configured by systematizing this method.

ところで、観察物体の透過率(反射率)T(x,y)が比較的1に近い場合は、差画像情報を取得するだけで観察物体の勾配を十分正確に検出することができる。一般的な場合には、式(15)と式(16)の比を計算すると、T(x,y)の影響を除くことができる。
従って、第2の方法に示したように、差画像と和画像を取得しこれらの比を求めることにより、観察物体の光の透過率や反射率の影響を取り除いた上で、観察物体の勾配を検出することが可能である。また、この方法をシステム化することにより観察物体の勾配を検出する装置を構成できる。
By the way, when the transmittance (reflectance) T (x, y) of the observation object is relatively close to 1, the gradient of the observation object can be detected sufficiently accurately only by acquiring the difference image information. In a general case, the influence of T (x, y) can be eliminated by calculating the ratio of Equation (15) and Equation (16).
Therefore, as shown in the second method, by obtaining the difference image and the sum image and obtaining the ratio thereof, the influence of the light transmittance and reflectance of the observation object is removed, and then the gradient of the observation object is obtained. Can be detected. Moreover, an apparatus for detecting the gradient of the observation object can be configured by systematizing this method.

また、第3の方法で述べたように、第1または第2の方法によって得られた画像情報から値が0になる部分を中心に所定の範囲内の画像領域を抽出すると、位相勾配がほぼ0になる領域を抽出することができる。これは観察物体から位相変化のない部分又は平面部分を検出することと等価となる。なぜなら、観察物体に曲面や球面が存在する場合、その面頂近傍や位相変化が生じない部分も平面ととらえることができるからである。さらに、観察物体の曲面や球面等に摩耗や変形,変質が生じると、この曲面や球面等の面頂部分にも変化が生じる。
そこで、第3の方法に示したように、観察物体の位相変化のない部分または平面を検出することにより、観察物体の摩耗や変形,変質を検出することが可能になる。また、この方法をシステム化することで、観察物体の摩耗や変形,変質を検出する装置を構成できる。
In addition, as described in the third method, when an image region within a predetermined range is extracted from the image information obtained by the first or second method around a portion where the value is 0, the phase gradient is substantially reduced. A region that becomes 0 can be extracted. This is equivalent to detecting a portion having no phase change or a plane portion from the observation object. This is because when the observation object has a curved surface or a spherical surface, the vicinity of the surface top or a portion where no phase change occurs can be regarded as a flat surface. Further, when wear, deformation, or alteration occurs on the curved surface or spherical surface of the observation object, the top portion of the curved surface or spherical surface also changes.
Therefore, as shown in the third method, it is possible to detect wear, deformation, or alteration of the observation object by detecting a portion or plane in which the observation object has no phase change. Further, by systematizing this method, it is possible to configure a device that detects wear, deformation, and alteration of an observation object.

また、第4の方法に示すように、位相変化のない部分または平面部分の領域の面積や包絡する形状を決め、予め基準とした標本の面積や形状と比較することにより、観察物体の摩耗や変形,変質を量的に計測することが可能になる。さらに、相関検出を行うことにより、欠陥の検出も可能になる。
この方法を自動化すれば、第4の方法を実施する検出装置を構成できる。
Further, as shown in the fourth method, by determining the area of the region where the phase does not change or the region of the plane portion and the envelope shape, and comparing with the area and shape of the sample as a reference in advance, Deformation and alteration can be measured quantitatively. Furthermore, it is possible to detect defects by performing correlation detection.
If this method is automated, a detection apparatus that implements the fourth method can be configured.

観察物体の具体的な例としては、磁気ディスク上に形成された磁気ヘッドの密着防止用のバンプと呼ばれる微小な突起や、ICチップ,ICのリードフレームに形成されている球状の導電体、半導体基板上に形成された球状の導電体等がある。
そこで、前述の第4の方法を適用することにより、観察物体が均質である場合には、変質した部分が検出されるので相対的な欠陥を検出することが可能になる。例えば、ディスプレイ等に用いられる液晶セルや電極の変質を検出することが可能である。
Specific examples of observation objects include minute protrusions called bumps for preventing adhesion of magnetic heads formed on a magnetic disk, spherical conductors formed on IC chips and IC lead frames, and semiconductors. There is a spherical conductor formed on a substrate.
Therefore, by applying the above-described fourth method, when the observation object is homogeneous, a deteriorated portion is detected, so that a relative defect can be detected. For example, it is possible to detect alteration of liquid crystal cells and electrodes used in displays and the like.

また、段差のエッジ部を検出するために、微分干渉顕微鏡を用いることについては、上記の特許文献3に開示されている。しかし、これには微分干渉顕微鏡の結像特性については何ら示されておらず、段差部で生じる位相変化が干渉縞のコントラストを変えることからエッジ部が検出できるとしているだけである。実際に段差のエッジ部を顕微鏡で観察した場合、エッジ部で光が散乱していることが確認できる。この影響により、微分干渉顕微鏡で段差のエッジ部を観察すると、段差の凸部から凹部に変化する部分とその逆に凹部から凸部に変化する部分とでは像の濃淡が非対称になることが確認されている。 Further, the use of a differential interference microscope to detect the edge portion of the step is disclosed in Patent Document 3 described above . However, this does not show any imaging characteristics of the differential interference microscope, and only the edge portion can be detected because the phase change occurring at the step portion changes the contrast of the interference fringes. When the edge portion of the step is actually observed with a microscope, it can be confirmed that light is scattered at the edge portion. Due to this effect, when observing the edge of the step with a differential interference microscope, it is confirmed that the density of the image is asymmetric between the portion where the convex portion of the step changes from the concave portion to the concave portion and vice versa. Has been.

これの原因は、微分干渉像にエッジ部の散乱光成分が付加されているためと考えることができる。よって、エッジ部の散乱光は偏光特性がなくなると考え、エッジ部の散乱光成分をN(x,y)とすると、前述の式(13)は、
I(x,y,θ)=T(x,y){(1−cosθ)・A(x,y)/2
+sinθ・P(x,y)+N(x,y)}・・・・(17)
と表せる。式(17)式を用いても式(13)と同様に差画像情報は式(15)で表せる。
また、和画像情報については、
I(x,y,θ)+I(x,y,−θ)=T(x,y){(1−cosθ)
・A(x,y)+2N(x,y)}・・・・(18)
となるが、散乱光成分は像の強度成分と比較すると微弱と考えられるので、式(18)式に代えて近似的に式(16)を用いても問題はない。
The cause of this can be considered that the scattered light component of the edge portion is added to the differential interference image. Therefore, assuming that the scattered light at the edge portion has no polarization characteristic, and assuming that the scattered light component at the edge portion is N (x, y), the above equation (13) is
I (x, y, θ) = T (x, y) {(1−cos θ) · A (x, y) / 2
+ Sin θ · P (x, y) + N (x, y)} (17)
It can be expressed. Even if the equation (17) is used, the difference image information can be expressed by the equation (15) similarly to the equation (13).
For Japanese image information,
I (x, y, θ) + I (x, y, −θ) = T (x, y) {(1−cos θ)
A (x, y) + 2N (x, y)} (18)
However, since the scattered light component is considered to be weak compared with the intensity component of the image, there is no problem even if the equation (16) is approximately used instead of the equation (18).

従って、差画像情報を抽出することにより、観察物体のエッジ部の位相変化に相関した位相情報を抽出することができる。具体的には、差画像から画像情報の極大値と極小値の両方を求め位相情報を抽出することにより、段差のエッジ部を検出することができる。抽出される位相情報は段差の凸部から凹部に変化する部分とその逆に凹部から凸部に変化する部分とでは像の濃淡の変化が対称であるため、第5の方法で示すように形成された差画像の画像情報の絶対値をとった画像情報を形成し、この画像情報から所定の閾値以上になる部分を抽出することにより、段差のエッジ部を検出することができる。   Therefore, by extracting the difference image information, it is possible to extract phase information correlated with the phase change of the edge portion of the observation object. Specifically, the edge portion of the step can be detected by obtaining both the maximum value and the minimum value of the image information from the difference image and extracting the phase information. The phase information to be extracted is formed as shown in the fifth method because the change in density of the image is symmetrical between the portion where the convex portion of the step changes from the concave portion to the concave portion and vice versa. By forming image information that takes the absolute value of the image information of the difference image that has been obtained, and extracting a portion that exceeds a predetermined threshold from this image information, the edge portion of the step can be detected.

また、第6の方法で示したように、取得した差画像と和画像から、各画素毎に差画像と和画像における像の画像情報の比を演算することにより、観察物体の光の透過率や反射率の悪影響を除去することができる。さらに、前記演算で求められた結果の絶対値をとり所定の閾値以上になる部分を形成した画像情報を求めることにより、段差のエッジ部を正確に検出することができる。
さらに、形成された差画像の各画素データを2乗し差画像情報の2乗画像を形成すると、段差のエッジ部のように急激に像の濃淡が変化する部分はさらに変化が大きくなる。よって、このようにすることで、所定の閾値を設定してその値以上の部分を検出する第6の方法の精度をより向上させることができる。
Further, as shown in the sixth method, the light transmittance of the observation object is calculated by calculating the ratio of the image information of the difference image and the sum image for each pixel from the acquired difference image and the sum image. And adverse effects of reflectance can be eliminated. Furthermore, the edge portion of the step can be accurately detected by obtaining the image information in which the absolute value of the result obtained by the above calculation is taken and the portion having a predetermined threshold value or more is obtained.
Further, when each pixel data of the formed difference image is squared to form a square image of the difference image information, the change is further increased in a portion where the density of the image changes abruptly, such as an edge portion of a step. Therefore, by doing in this way, the precision of the 6th method which sets a predetermined threshold and detects a part more than that value can be improved more.

撮像手段で取り込まれた画像は、通常各画素毎に0から255の256階調の整数データとして取り扱われる。差画像を形成する場合は−255から255の512階調の整数データになる。この整数データをそのまま2乗してもエッジ検出は良好に行える。さらに、エッジ検出の精度を向上させる方法としては、形成した差画像の最大値と最小値の間の値を設定し、この値で形成した差画像の画像データを割り算し、差画像の画像データを実数化する。これにより、差画像の画像データは1以下の領域と1以上の領域とから構成される。そして、閾値として1以上の値を設定することでエッジ検出の精度の向上が図れる。
従って、前述の第7の方法を用いることにより、段差のエッジ部をより精度よく検出することが可能になる。
The image captured by the imaging means is normally handled as 256-gradation integer data from 0 to 255 for each pixel. When a difference image is formed, integer data of 512 gradations from −255 to 255 is obtained. Even if this integer data is squared as it is, edge detection can be performed satisfactorily. Furthermore, as a method for improving the accuracy of edge detection, a value between the maximum value and the minimum value of the formed difference image is set, and the image data of the difference image formed by this value is divided to obtain the image data of the difference image. To a real number. Thereby, the image data of the difference image is composed of one or less area and one or more area. Further, the accuracy of edge detection can be improved by setting a value of 1 or more as the threshold value.
Therefore, the edge portion of the step can be detected with higher accuracy by using the seventh method described above.

また、第8の方法で示したように、差画像と和画像とにおける像の画像情報の比を求め観察物体の光の透過率や反射率の悪影響を取り除いてから、形成された画像情報の最大値と最小値の間の値を用いて割り算した画像を形成することにより、撮像素子のノイズ等の影響を除去することができ、段差のエッジ部をより精度よく検出することが可能になる。   Further, as shown in the eighth method, the ratio of the image information of the difference image and the sum image is obtained, the adverse effect of the light transmittance and reflectance of the observation object is removed, and then the formed image information By forming an image divided by using a value between the maximum value and the minimum value, it is possible to eliminate the influence of noise or the like of the image sensor and to detect the edge portion of the step more accurately. .

また、第9の方法は第5乃至第8の方法の応用例である。この方法では、まず、撮像した画像上に座標系を設定し、検出したエッジ部の情報を画像上の座標に対応させる。そして、このエッジ部の座標が所定の座標に重なるまで相対的に観察物体を移動させることにより、観察物体の位置決めを行うことができる。
また、検出したエッジ部が特定の大きさをもちある程度の領域を占めるようになった場合には、その領域の座標系における2方向または1方向の中心または重心を求め、その中心値または重心値を代表点にすることで観察物体の位置決めを行うことができる。また、第9,第10の方法で示したように、差画像を形成したエッジ部を検出することにより、観察物体の位置決めを行うこともできる。
The ninth method is an application example of the fifth to eighth methods. In this method, first, a coordinate system is set on the captured image, and the detected edge information is made to correspond to the coordinates on the image. Then, the observation object can be positioned by relatively moving the observation object until the coordinates of the edge portion overlap with predetermined coordinates.
Further, when the detected edge portion has a specific size and occupies a certain area, the center or the center of gravity in two or one direction in the coordinate system of the area is obtained, and the center value or the center of gravity value is obtained. The observation object can be positioned by using as a representative point. Further, as shown in the ninth and tenth methods, the observation object can be positioned by detecting the edge portion on which the difference image is formed.

位置決めと同様に、検出したエッジ情報から特定の2領域を設定し、その2領域の座標からその距離を計算し、結像光学系の光学倍率等のパラメータを用いて観察物体面上の距離に換算することで、観察物体面上の所定の2点間の距離を計測することができる。
従って、第11,第12の方法で示したように、差画像を形成しそのエッジ部を検出することにより、観察物体のエッジ間隔または長さを求めることができる。
Similar to positioning, two specific areas are set from the detected edge information, the distance is calculated from the coordinates of the two areas, and the distance on the observation object plane is calculated using parameters such as the optical magnification of the imaging optical system. By converting, the distance between two predetermined points on the observation object plane can be measured.
Therefore, as shown in the eleventh and twelfth methods, the edge interval or length of the observation object can be obtained by forming the difference image and detecting the edge portion.

以上、第5乃至第12の方法についての説明をしたが、これらの方法を自動化すること等により検出装置として用いることは容易である。
また、偏光成分のリターデーション量が0のときの画像は、式(17)においてエッジ部での錯乱光成分N(x,y)を表していると考えられるので、和画像から偏光成分のリターデーション量が0の画像情報を2倍した画像を引いた画像を形成し、この画像を和画像と置き換えて差画像との比を求めることにより、より高精度のエッジ検出が行える。
Although the fifth to twelfth methods have been described above, it is easy to use these methods as detection devices by automating these methods.
Further, since the image when the retardation amount of the polarization component is 0 is considered to represent the confusion light component N (x, y) at the edge portion in the equation (17), the retardation of the polarization component is calculated from the sum image. By forming an image obtained by subtracting an image obtained by doubling the image information with 0 as the amount of foundation, and replacing this image with a sum image, the ratio of the difference image is obtained, so that edge detection with higher accuracy can be performed.

ところで、微分干渉顕微鏡に干渉計測で用いられている縞走査を組み合わせて観察物体の位相分布を計測する方法については、上記の特許文献1等に開示されている。通常、微分干渉顕微鏡に縞走査法を組み合わせた場合、偏光成分のリターデーション量が0、π/2、π、及び3π/2の4枚の微分干渉画像を取り込み、この4枚の微分干渉画像の各画素データを用いて、
tan-1[{I(π/2)−I(3π/2)}/[I(0)−I(π)]]
・・・・(19)
の演算を行うことで観察物体の位相情報を求めている。
Incidentally, a method of measuring the phase distribution of an observation object by combining a differential interference microscope with fringe scanning used in interference measurement is disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 and the like. Usually, when a fringe scanning method is combined with a differential interference microscope, four differential interference images with polarization component retardation amounts of 0, π / 2, π, and 3π / 2 are captured, and these four differential interference images are captured. Using each pixel data of
tan −1 [{I (π / 2) −I (3π / 2)} / [I (0) −I (π)]]
.... (19)
The phase information of the observation object is obtained by performing the above calculation.

干渉計測における縞走査法は、観察物体表面での光の回折及び散乱は生じないことを前提としている。しかし、微分干渉顕微鏡は物体面で回折する光を微分干渉画像に変換しているために、式(13)で示したように、位相情報と強度情報の両方が組み合わされた形の画像が得られる。
偏光成分のリターデーション量θが±π/2の画像を取り込み、差画像と和画像を形成すると、差画像から式(19)の「I(π/2)−I(3π/2)」に相当する情報が得られる。
従って、微分干渉顕微鏡においては、θ=±π/2の画像を用いることにより、縞走査法と同様の情報が得られる。なお、任意のθに対しても同様の効果が得られる。
The fringe scanning method in the interferometry is based on the premise that no light diffraction or scattering occurs on the surface of the observation object. However, since the differential interference microscope converts the light diffracted on the object surface into a differential interference image, an image having a form in which both phase information and intensity information are combined is obtained as shown in equation (13). It is done.
When an image having a polarization component retardation θ of ± π / 2 is captured and a difference image and a sum image are formed, the difference image is converted into “I (π / 2) −I (3π / 2)” in Expression (19). Corresponding information is obtained.
Therefore, in the differential interference microscope, information similar to the fringe scanning method can be obtained by using an image of θ = ± π / 2. The same effect can be obtained for any θ.

よって、第13の方法に示したように、微分干渉顕微鏡で偏光成分のリターデーション量を検出しながら、偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる2つの微分干渉像から差画像と和画像を形成し、これから各画素毎に像の比をとりそのtan-1の値を求めることで観察物体のシァー方向における位相量の微分値を検出することができる。さらに、その微分値のシァー方向の積分値を求めることで、より正確に観察物体の各点における位相量を定量測定することができる。 Therefore, as shown in the thirteenth method, while detecting the retardation amount of the polarization component with the differential interference microscope, the difference image and the sum image are obtained from the two differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs. Then, a differential value of the phase amount in the shear direction of the observation object can be detected by calculating an image ratio for each pixel and obtaining a value of tan −1 . Further, by obtaining the integral value of the differential value in the shear direction, the phase amount at each point of the observation object can be quantitatively measured more accurately.

また、観察する物体や微分干渉顕微鏡のシァー量により、微分干渉画像の濃淡が異なるので、濃淡が最良になるリターデーション量で画像を取り込み、位相検出することにより高精度の計測が可能となる。
検出する位相量が小さい場合には、tan-1の値を求めなくても近似的に位相量の微分値を求めることができ、さらに積分処理を行うことで位相量を求めることもできる。
この場合、2枚の微分干渉画像から観察物体の位相分布を求めることができるので、従来の縞走査法を用いるよりも計測時間を短縮することができる。
In addition, since the density of the differential interference image varies depending on the amount of the object to be observed and the shear amount of the differential interference microscope, high-accuracy measurement can be performed by capturing an image with the retardation amount that provides the best density and detecting the phase.
When the detected phase amount is small, the differential value of the phase amount can be obtained approximately without obtaining the value of tan −1 , and the phase amount can also be obtained by performing an integration process.
In this case, since the phase distribution of the observation object can be obtained from the two differential interference images, the measurement time can be shortened as compared with the conventional fringe scanning method.

また、微分干渉顕微鏡では、偏光成分のリターデーション量が0のときとπのときとでは、画像の濃淡の分布が大きく変わるので、縞走査法を用いる場合にはダイナミックレンジが非常に広い撮像素子が必要になる。
なお、本発明では、特に偏光成分のリターデーション量がπの画像を必要としないので、ダイナミックレンジが非常に広い撮像素子を用いなくても計測が可能である。
Also, in the differential interference microscope, the image density distribution changes greatly between when the polarization component retardation amount is 0 and when it is π. Therefore, when the fringe scanning method is used, an image sensor having a very wide dynamic range. Is required.
In the present invention, since an image having a polarization component retardation amount of π is not particularly required, measurement is possible without using an image sensor having a very wide dynamic range.

微分干渉顕微鏡を用いて観察物体の位相分布を計測する場合、微分干渉顕微鏡の瞳径は有限であるため、観察物体で回折した光を全て画像情報として取得することはできない。微分干渉顕微鏡の結像特性は前述の式(13)で表される。また、位相情報P(x,y)と像の強度情報A(x,y)は次の式(20),(21)に示すように、夫々特有の光学的応答関数でコンボリューションされた形になっている。従って、観察物体の位相情報を正確に求めるためには微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を考慮する必要がある。   When measuring the phase distribution of an observation object using a differential interference microscope, the pupil diameter of the differential interference microscope is finite, so that all the light diffracted by the observation object cannot be acquired as image information. The imaging characteristics of the differential interference microscope are expressed by the above equation (13). The phase information P (x, y) and the image intensity information A (x, y) are convolved with specific optical response functions as shown in the following equations (20) and (21). It has become. Therefore, in order to accurately obtain the phase information of the observation object, it is necessary to consider the optical response characteristics of the differential interference microscope.

・・・・(20)
・・・・(21)
但し、
なお、ここで、Q(ξ,ζ)は照明光学系の瞳関数、R(ξ,ζ)は結像光学系の瞳関数、Δx,Δyはシァー量のx成分,y成分、fx,fyはx及びy方向の空間周波数を示す。
.... (20)
.... (21)
However,
Here, Q (ξ, ζ) is the pupil function of the illumination optical system, R (ξ, ζ) is the pupil function of the imaging optical system, Δ x and Δ y are the x component, y component of the shear amount, f x and f y indicate spatial frequencies in the x and y directions.

しかし、本発明では前述の第14の方法で述べたように、差画像を形成した後にその差画像を式(20)に示す微分干渉顕微鏡の位相情報に対応した光学的応答特性を用いてデコンボリューション処理を行い、和画像との差を求める等により積分処理を行わなくとも観察物体の位相量を正確に求めることができる。   However, in the present invention, as described in the above-described fourteenth method, after the difference image is formed, the difference image is deconstructed using the optical response characteristic corresponding to the phase information of the differential interference microscope shown in Equation (20). The phase amount of the observation object can be accurately obtained without performing an integration process by performing a volume process and obtaining a difference from the sum image.

しかしながら、観察物体の位相量が弱位相領域より大きくなると式(21)の2項と3項の影響が大きくなりはじめる。観察物体の位相量を正確に求めるには、観察物体で回折散乱されない0次光を検出する必要がある。しかし、強度上は実際的には回折散乱された光と混ざった状態でしか検出できないので、強度情報から0次光成分を分離しなければならない。   However, when the phase amount of the observation object becomes larger than the weak phase region, the influences of the second and third terms of Expression (21) begin to increase. In order to accurately obtain the phase amount of the observation object, it is necessary to detect zero-order light that is not diffracted and scattered by the observation object. However, since the intensity can be detected only in a state where it is actually mixed with the light diffracted and scattered, the zero-order light component must be separated from the intensity information.

分離する方法としては、像の濃淡情報をフーリエ変換し低い周波数のみを抽出することにより、0次光成分を分離することができる。また、像の濃淡情報の中で0次光成分は極小値になる部分と考えられる。よって、第15の方法に示したように、和画像を形成することで像の濃淡情報を抽出して和画像の極小値を求め、その極小値を包絡する画像情報L(x,y)と差画像をデコンボリューションした画像情報d(x,y)との比を求めることで、観察物体の位相量の検出精度を向上させることができる。   As a method of separation, the 0th-order light component can be separated by Fourier transforming the density information of the image and extracting only low frequencies. In addition, it is considered that the 0th-order light component is a minimum value in the density information of the image. Therefore, as shown in the fifteenth method, by forming the sum image, the density information of the image is extracted to obtain the minimum value of the sum image, and the image information L (x, y) enveloping the minimum value and By obtaining a ratio with the image information d (x, y) obtained by deconvolution of the difference image, it is possible to improve the detection accuracy of the phase amount of the observation object.

以上、第13乃至第15の方法について説明したが、これらの方法を自動化すること等により検出装置として用いることは容易である。そして、これにより検出時間の短縮化や、微分干渉画像を検出する撮像素子のダイナミックレンジの影響を受け難い等の効果が得られる。   Although the thirteenth to fifteenth methods have been described above, it is easy to use these methods as detection devices by automating these methods. As a result, it is possible to obtain effects such as shortening the detection time and being hardly affected by the dynamic range of the image sensor that detects the differential interference image.

観察物体の位相変化が比較的大きく、段差等のエッジ部が存在する場合には、そのエッジ部で光の散乱が生じる。このエッジ部で生じる錯乱が位相検出の精度を低下させる原因となり得る。この影響をなくすために、第16の方法で述べたように、偏光成分のリターデーション量が0のときの画像と偏光成分のリターデーション量が±θのときの画像を各1枚ずつ計3枚を撮像し、偏光成分のリターデーション量が±θの画像から求められる差画像情報D(x,y),和画像情報S(x,y)とリターデーション量が0の画像情報O(x,y)とから、B(x,y)=S(x,y)−2・O(x,y)の値を求め、差画像情報D(x,y)とB(x,y)との比を求めることによりエッジ部の散乱光を除去することができる。 When the phase change of the observation object is relatively large and an edge portion such as a step exists, light scattering occurs at the edge portion. This confusion at the edge can cause a decrease in the accuracy of phase detection. In order to eliminate this influence, as described in the sixteenth method, a total of 3 images, one each when the polarization component retardation amount is 0 and one when the polarization component retardation amount is ± θ, are 3 in total. Image information O (x, difference image information D (x, y), sum image information S (x, y), and retardation amount 0, which are obtained from an image of which the polarization component retardation amount is ± θ. , Y), a value of B (x, y) = S (x, y) −2 · O (x, y) is obtained, and difference image information D (x, y) and B (x, y) The scattered light at the edge portion can be removed by obtaining the ratio.

また、第17の方法に示したように、第14の方法と同様にデコンボリューション処理を行うことにより、微分干渉顕微鏡の応答特性の影響を考慮した位相検出を行うことができる。また、第18の方法で述べたように、第15の方法と同様に画像情報の極小値を包絡する画像情報を形成し、差画像のデコンボリューション画像との比を求めることにより、エッジ部での散乱光の影響を考慮した位相検出を行うことができる。   Further, as shown in the seventeenth method, by performing the deconvolution process similarly to the fourteenth method, phase detection can be performed in consideration of the influence of the response characteristics of the differential interference microscope. Further, as described in the eighteenth method, the image information enveloping the minimum value of the image information is formed as in the fifteenth method, and the ratio between the difference image and the deconvolution image is obtained, so that Phase detection in consideration of the influence of scattered light.

以下、本発明の参考例および実施例を示し、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by showing reference examples and examples of the present invention.

第1参考例
参考例は、磁気ディスク上に形成された磁気ヘッドの密着防止用微小突起(バンプ)の検出方法を示すものである。本参考例では、金属物体を観察するための落射型の微分干渉顕微鏡を組み込んだ検出装置を用いる。その概略を図1に示す。
First Reference Example This reference example shows a method for detecting minute protrusions (bumps) for preventing adhesion of a magnetic head formed on a magnetic disk. In this reference example , a detection apparatus incorporating an epi-illumination type differential interference microscope for observing a metal object is used. The outline is shown in FIG.

図1に示すように、本参考例で用いる検出装置は、光源1と、照明光学系2と結像光学系3とからなる微分干渉顕微鏡4と、微分干渉顕微鏡4で得られた像を撮像するCCDカメラ5と、CCDカメラ5で撮像された像を演算するマイクロコンピュータ6とにより構成する。
照明光学系2は、光源1側から順に、レンズ7,絞り8,レンズ9,偏光子10,1/4波長板11,ハーフミラー12,ノマルスキープリズム13,及び対物レンズ14を配置して構成している。また、結像光学系3は、観察物体15側から順に、対物レンズ14,ノマルスキープリズム13,ハーフミラー12,検光子16,及びレンズ17を配置して構成している。ハーフミラー12,ノマルスキープリズム13,対物レンズ14は照明光学系2と観察光学系3において共通である。
As shown in FIG. 1, the detection device used in this reference example captures an image obtained by a differential interference microscope 4 including a light source 1, an illumination optical system 2, and an imaging optical system 3, and the differential interference microscope 4. And a microcomputer 6 that calculates an image picked up by the CCD camera 5.
The illumination optical system 2 includes a lens 7, a diaphragm 8, a lens 9, a polarizer 10, a quarter wavelength plate 11, a half mirror 12, a Nomarski prism 13, and an objective lens 14 arranged in this order from the light source 1 side. ing. The imaging optical system 3 includes an objective lens 14, a Nomarski prism 13, a half mirror 12, an analyzer 16, and a lens 17 arranged in this order from the observation object 15 side. The half mirror 12, Nomarski prism 13, and objective lens 14 are common to the illumination optical system 2 and the observation optical system 3.

図1に示した検出装置において、光源1から射出された光は偏光子10を介することにより偏光された後、1/4波長板11を透過し、ハーフミラー12により下方へ反射される。この反射光は、対物レンズ14の瞳位置に常光と異常光との分岐点がローカライズするように配置したノマルスキープリズム13を介し、対物レンズ14を透過することにより、観察物体15上で常光と異常光とが所定のシァー量だけ分離される。そして、観察物体15で反射された常光と異常光は、再度対物レンズ14を透過した後、ノマルスキープリズム13により再構成され、さらにハーフミラー12を透過した後、検光子16を透過することにより前記常光と異常光とが干渉し合い、レンズ17を介してCCDカメラ5の結像面に観察物体15の微分干渉像を形成する。   In the detection apparatus shown in FIG. 1, the light emitted from the light source 1 is polarized through the polarizer 10, then passes through the quarter-wave plate 11, and is reflected downward by the half mirror 12. The reflected light passes through the objective lens 14 through the Nomarski prism 13 arranged so that the branch point between the ordinary light and the extraordinary light is localized at the pupil position of the objective lens 14. The light is separated by a predetermined shear amount. Then, the ordinary light and the abnormal light reflected by the observation object 15 are transmitted again through the objective lens 14, reconstructed by the Nomarski prism 13, further transmitted through the half mirror 12, and then transmitted through the analyzer 16. The ordinary light and the abnormal light interfere with each other, and a differential interference image of the observation object 15 is formed on the imaging surface of the CCD camera 5 via the lens 17.

ここで、偏光子10は光軸を中心として回転可能になっている。さらに、偏光子10にはパルスモータ18を接続しこれをマイクロコンピュータ6で制御可能にして、偏光子10の回転角度を自由に設定できるようにしてある。従って、マイクロコンピュータ6によりパルスモータ18の回転を制御することにより、偏光子10で偏光成分のリターデーション量を設定することができる。
また、1/4波長板11はその進相軸若しくは遅相軸が検光子16の偏光方向と一致するように固定されている。
Here, the polarizer 10 is rotatable about the optical axis. Further, a pulse motor 18 is connected to the polarizer 10 and can be controlled by the microcomputer 6 so that the rotation angle of the polarizer 10 can be freely set. Accordingly, the retardation amount of the polarization component can be set by the polarizer 10 by controlling the rotation of the pulse motor 18 by the microcomputer 6.
The quarter-wave plate 11 is fixed so that its fast axis or slow axis coincides with the polarization direction of the analyzer 16.

参考例では、まず、観察物体15の代わりにレファレンスとなるミラーを置いて観察し、マイクロコンピュータ6を作動させて偏光子10を回転させながら像の濃淡分布を取り込み、偏光子10の回転角と偏光成分のリターデーション量の変化を求めておく。
次に、前記ミラーに代え観察物体15として磁気ディスクを置き、偏光子10を回転させ偏光成分のリターデーション量が所定の値θになるように設定し、磁気ディスクの画像を取り込む。なお、この場合の偏光成分のリターデーション量θについては、代表的な磁気ディスク等を観察し最適とされる値を設定しておく。
そして、偏光子10を偏光線分のリターデーション量が−θとなるように回転させ、画像を取り込む。取り込んだ前記2枚の画像から差画像を形成し位相情報を抽出する。さらに、前記差画像から0値近傍の部分を抽出し、この0値近傍の部分とそれ以外の部分とを2値化した画像を形成する。
In this reference example , first, a reference mirror is placed in place of the observation object 15 for observation, and the microcomputer 6 is operated to capture the light intensity distribution while rotating the polarizer 10, and the rotation angle of the polarizer 10. And the change in the retardation amount of the polarization component.
Next, a magnetic disk is placed as the observation object 15 instead of the mirror, and the polarizer 10 is rotated so that the retardation amount of the polarization component is set to a predetermined value θ, and an image on the magnetic disk is captured. In this case, the retardation amount θ of the polarization component is set to an optimum value by observing a typical magnetic disk or the like.
Then, the polarizer 10 is rotated so that the amount of retardation of the polarization line becomes −θ, and an image is captured. A difference image is formed from the captured two images to extract phase information. Further, a portion near 0 value is extracted from the difference image, and an image obtained by binarizing the portion near 0 value and the other portion is formed.

図2(a),(b)は夫々偏光成分のリターデーション量がθ,−θのときのバンプの微分干渉像を示している。また、同図(c)は位相情報の抽出のために形成した差画像(ここでは表示の都合上最大,最小値を256階調で示している)を示している。さらに、同図(d)は前記差画像から0値近傍の値を抽出し0値近傍部分とそれ以外の部分を2値化したときの画像を示している。
なお、前記磁気ディスク上に形成されているパンプの断面は図3に示すような形状をしている。従って、バンプの面頂部分では勾配が0となる。但し、バンプが磁気ヘッドにより摩耗または変形した場合には、面頂部分の平面部分が変形してくる。
FIGS. 2A and 2B show differential interference images of the bumps when the retardation amounts of the polarization components are θ and −θ, respectively. FIG. 4C shows a difference image formed for extracting phase information (here, the maximum and minimum values are indicated by 256 gradations for the convenience of display). Further, FIG. 4D shows an image when a value near 0 value is extracted from the difference image, and a portion near 0 value and the other portion are binarized.
The cross section of the pump formed on the magnetic disk has a shape as shown in FIG. Therefore, the gradient is 0 at the top of the bump. However, when the bump is worn or deformed by the magnetic head, the flat surface portion of the top surface is deformed.

そして、本参考例では、図2(d)の2値化した画像から図4に示すように面頂部分のデータを最小近似する円Rを求めその半径または直径をパラメータ化することにより、バンプの摩耗の度合いを検出することができる。
また、磁気ディスクは光の反射率がほぼ一様であるため、差画像を形成するだけで位相情報が検出できる。しかし、光の反射率が一様でない観察物体に対してはさらに図2(a),(b)に示した像の和画像を形成し、この和画像と前記差画像において夫々対応する各画素データ毎の比をとった画像情報を形成することにより光の反射率の変化による影響を除去できる。
In the present reference example , a circle R that minimally approximates the data of the surface top portion is obtained from the binarized image of FIG. 2D, and the radius or diameter is parameterized as shown in FIG. The degree of wear can be detected.
Further, since the magnetic disk has a substantially uniform light reflectance, phase information can be detected simply by forming a difference image. However, a sum image of the images shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is further formed for an observation object whose light reflectance is not uniform, and each of the corresponding pixels in the sum image and the difference image is formed. By forming image information that takes a ratio for each data, it is possible to eliminate the influence of changes in the reflectance of light.

参考例では磁気ディスクのバンプを検出する方法について説明したが、本参考例で示した検出方法はバンプ検出に限定されるものではない。例えば、ICチップまたはリードフレーム上に形成されたBGA(ボールグリットアレイ)の球状の半田を検査する方法としても用いることができる。この場合、球状の半田の大きさが変化した場合には面頂部分の面積も変化するので、平面部分を検出して近似する円の半径や面積をパラメータ化することにより球状半田の大きさを検出することができる。また、形状の変化や欠陥も面頂を検出することによって可能になる。 In this reference example , the method for detecting the bumps of the magnetic disk has been described. However, the detection method shown in this reference example is not limited to bump detection. For example, it can be used as a method for inspecting a spherical solder of a BGA (ball grit array) formed on an IC chip or a lead frame. In this case, when the size of the spherical solder changes, the area of the top portion of the surface also changes. Therefore, the size of the spherical solder can be determined by parameterizing the radius and area of the circle to be detected by detecting the plane portion. Can be detected. In addition, shape changes and defects can be detected by detecting the top of the surface.

また、本参考例では落射型の微分干渉顕微鏡を組み込んだ検出装置を用いたが、透過型の微分干渉顕微鏡を用いれば、透過標本の均質部分の検出を行うことができる。なお、この場合、均質部分を検出することにより、逆に均質ではない部分を検出することもできる。 In this reference example , a detection apparatus incorporating an epi-illumination type differential interference microscope is used. However, if a transmission type differential interference microscope is used, a homogeneous portion of a transmission specimen can be detected. In this case, it is also possible to detect a non-homogeneous part by detecting a homogeneous part.

第2参考例
参考例は、半導体ウエハーの位置合わせ用凹凸標本(ボックスマーク)のエッジ検出の方法を示すものである。検出装置は、第1参考例と同様に図1に示した落射型の微分干渉顕微鏡を組み込んだものを用いる。
Second Reference Example This reference example shows a method of detecting an edge of a semiconductor wafer alignment uneven specimen (box mark). As in the first reference example , a detection apparatus incorporating the epi-illumination type differential interference microscope shown in FIG. 1 is used.

まず、図1に示した検出装置において、マイクロコンピュータ6を操作して偏光子10を回転させて偏光成分のリターデーション量を変化させ、偏光成分のリターデーション量がθと−θの画像を取り込む。次に、この2枚の画像から差画像を形成し、この差画像の絶対値を求め所定の閾値を設定し、この閾値を基に閾値以上の部分と閾値以下の部分とで画像の2値化を行う。   First, in the detection apparatus shown in FIG. 1, the microcomputer 6 is operated to rotate the polarizer 10 to change the amount of retardation of the polarization component, and capture an image with the polarization component retardation amounts θ and −θ. . Next, a difference image is formed from the two images, an absolute value of the difference image is obtained, and a predetermined threshold value is set. To do.

図5(a),(b)は夫々偏光成分のリターデーション量がθと−θの凹凸標本の微分干渉画像を示している。また、同図(c)は位相情報を抽出するために形成した差画像(ここでは表示の都合上最大,最小値を256階調で示している)を示している。同図(d)は前記差画像の絶対値をとって閾値を設定し、この閾値を基に閾値以上の部分と閾値以下の部分とで2値化した画像を示している。   FIGS. 5 (a) and 5 (b) show differential interference images of a concavo-convex sample with the polarization component retardation amounts θ and −θ, respectively. FIG. 2C shows a difference image (here, the maximum and minimum values are indicated by 256 gradations for the convenience of display) formed to extract phase information. FIG. 4D shows an image in which a threshold value is set by taking the absolute value of the difference image, and binarized based on this threshold value by a portion above the threshold value and a portion below the threshold value.

参考例の検出方法によれば、図5(d)に示した画像から凹凸標本のエッジ部を検出することができる。そして、その画像上にx−y座標を設定し、凹凸標本を画像上のx−y座標に対応して2次元的に移動可能なステージに載せることにより凹凸標本の位置決めが可能になる(図6)。
さらに、図6に示した画像において、エッジ部の間隔を計測することにより凹凸標本の長さを計測することができる。
According to the detection method of the present reference example , the edge portion of the concavo-convex sample can be detected from the image shown in FIG. Then, an xy coordinate is set on the image, and the concavo-convex sample can be positioned by placing the concavo-convex sample on a stage that can be moved two-dimensionally corresponding to the xy coordinate on the image (see FIG. 6).
Furthermore, in the image shown in FIG. 6, the length of the concavo-convex specimen can be measured by measuring the interval between the edge portions.

ここで、エッジ部の位置検出の精度を向上させる方法としては、前記画像上のx−y座標において前述の方法により求めた閾値以上の領域の基準位置を求め、その基準位置をエッジ部の代表点とする方法や、閾値以上の領域における像の濃淡値の極大値を検出してこれを基準にしてエッジ部の座標を設定する方法がある。   Here, as a method for improving the accuracy of position detection of the edge portion, a reference position of an area equal to or larger than the threshold obtained by the above-described method is obtained in the xy coordinates on the image, and the reference position is represented as a representative of the edge portion. There are a method of making a point and a method of detecting the maximum value of the gray value of the image in an area equal to or greater than a threshold value and setting the coordinates of the edge portion based on this.

参考例では差画像の絶対値をとる例を示したが、差画像の最大値と最小値の間に所定の値を設定し、この値で差画像を割り算してもよい。これにより、差画像が±1以上の領域と±1以下の領域に分離できる。そして、差画像の各画素データの値を2乗することにより、前記±1以上の領域は像の濃淡値が1以上のより大きい値に、±1以下の領域は像の濃淡値が1以下のより小さい値になり、エッジ部の信号をより急峻にすることができ、エッジ検出の精度を向上させることができる。 In this reference example , the absolute value of the difference image is shown. However, a predetermined value may be set between the maximum value and the minimum value of the difference image, and the difference image may be divided by this value. Thereby, the difference image can be separated into an area of ± 1 or more and an area of ± 1 or less. Then, by squaring the value of each pixel data of the difference image, the area of ± 1 or more has an image gray value of 1 or more, and the area of ± 1 or less has an image gray value of 1 or less. Therefore, the edge signal can be made steeper and the edge detection accuracy can be improved.

さらに、凹凸標本も磁気ディスクと同様に光の反射率がほぼ一様であるため、差画像を形成するだけでも位相情報の抽出は可能である。しかし、光の反射率が一様でない凹凸標本に対しては、図5(a),(b)に示した2枚の画像の和画像を形成し、差画像と和画像において各画素データ毎の比をとった画像情報を形成することにより、光の反射率の変化による影響を除去できる。なお、この方法は、ICパターンの位置決めや長さ計測に応用することができる。   Furthermore, since the reflectance of the concavo-convex specimen is almost uniform as in the magnetic disk, phase information can be extracted only by forming a difference image. However, for an uneven sample with uneven light reflectance, a sum image of the two images shown in FIGS. 5A and 5B is formed, and each pixel data in the difference image and the sum image is formed for each pixel data. By forming the image information with the ratio of the above, it is possible to remove the influence of the change in the reflectance of light. This method can be applied to IC pattern positioning and length measurement.

また、本参考例の検出方法では、透過型の微分干渉顕微鏡を用いることにより、液晶の透明電極の位置決めや、透明電極の間隔計測等に応用することができる。 Further, the detection method of this reference example can be applied to positioning of transparent electrodes of liquid crystals, measurement of intervals between transparent electrodes, and the like by using a transmission type differential interference microscope.

実施例
本実施例は、位相物体の位相量の計測について位相格子を用いた検出方法を示すものである。本実施例では、透過型の微分干渉顕微鏡を組み込んだ検出装置を用いる。その概略を図7に示す。
Embodiment This embodiment shows a detection method using a phase grating for measuring the phase amount of a phase object. In this embodiment, a detection apparatus incorporating a transmission type differential interference microscope is used. The outline is shown in FIG.

図7に示すように、本実施例で用いる検出装置は、光源21と、照明光学系22と結像光学系23とからなる微分干渉顕微鏡24と、微分干渉顕微鏡24で得られた像を撮像するCCDカメラ25と、CCDカメラ25で撮像された像を演算するマイクロコンピュータ26とにより構成する。
照明光学系22は、レンズ27,絞り28,レンズ29,偏光子30,1/4波長板31,ノマルスキープリズム32,及びコンデンサーレンズ33からなっている。また、観察光学系23は、対物レンズ34,ノマルスキープリズム35,検光子36,及びレンズ37を配置して構成している。
As shown in FIG. 7, the detection apparatus used in the present embodiment captures an image obtained by the light source 21, the differential interference microscope 24 including the illumination optical system 22 and the imaging optical system 23, and the differential interference microscope 24. And a microcomputer 26 for calculating an image picked up by the CCD camera 25.
The illumination optical system 22 includes a lens 27, a stop 28, a lens 29, a polarizer 30, a ¼ wavelength plate 31, a Nomarski prism 32, and a condenser lens 33. The observation optical system 23 includes an objective lens 34, a Nomarski prism 35, an analyzer 36, and a lens 37.

図7に示した検出装置において、光源21から射出された光は偏光子30により偏光された後、1/4波長板31を透過しコンデンサーレンズ33の瞳位置に常光と異常光との分岐点がローカライズするように配置したノマルスキープリズム32によりコンデンサーレンズ33を介して観察物体15上で常光と異常光とを所定のシァー量だけ分離させる。観察物体15を透過した常光と異常光は対物レンズ34を透過した後、対物レンズ34の瞳位置に前記常光と異常光との合波点がローカライズするように配置したノマルスキープリズム35により再構成され、さらに検光子36を透過する際に前記常光と異常光とが互いに干渉し合い、レンズ37を介してCCDカメラ25の結像面に観察物体15の微分干渉像を形成する。   In the detection apparatus shown in FIG. 7, the light emitted from the light source 21 is polarized by the polarizer 30, then passes through the ¼ wavelength plate 31, and a branch point between ordinary light and abnormal light at the pupil position of the condenser lens 33. The normal light and the abnormal light are separated by a predetermined shear amount on the observation object 15 through the condenser lens 33 by the Nomarski prism 32 arranged so as to be localized. Ordinary light and extraordinary light transmitted through the observation object 15 are transmitted through the objective lens 34 and then reconstructed by a Nomarski prism 35 arranged so that the combined point of the ordinary light and extraordinary light is localized at the pupil position of the objective lens 34. Further, when passing through the analyzer 36, the ordinary light and the extraordinary light interfere with each other, and a differential interference image of the observation object 15 is formed on the imaging surface of the CCD camera 25 via the lens 37.

本実施例では、光源21内には干渉フィルタを配置し、射出される照明光が波長550nmの準単色光になるように設定している。
また、偏光子30は光軸を中心として回転可能になっている。さらに、偏光子30にはパルスモータ38を接続しこれをマイクロコンピュータ26で制御可能にして、偏光子30の回転角度を自由に設定できるようにしてある。従って、マイクロコンピュータ26によりパルスモータ38の回転を制御することにより、偏光子30で偏光成分のリターデーション量を設定することができる。
1/4波長板31はその進相軸若しくは遅相軸が検光子36の偏光方向と一致するように固定されている。
In the present embodiment, an interference filter is arranged in the light source 21 so that the emitted illumination light is quasi-monochromatic light having a wavelength of 550 nm.
Further, the polarizer 30 is rotatable around the optical axis. Further, a pulse motor 38 is connected to the polarizer 30 and is controlled by the microcomputer 26 so that the rotation angle of the polarizer 30 can be freely set. Therefore, by controlling the rotation of the pulse motor 38 by the microcomputer 26, the retardation amount of the polarization component can be set by the polarizer 30.
The quarter-wave plate 31 is fixed so that its fast axis or slow axis coincides with the polarization direction of the analyzer 36.

まず、本実施例では、均一的な位相物体を観察し、偏光子30を回転させながら像の濃淡分布を取り込み、偏光子30の回転角と偏光成分のリターデーション量の変化を求めておく。
次に、偏光成分のリターデーション量がθになるように偏光子30を回転させて観察物体15の画像を取り込む。なお、このときの偏光子30の回転角をマイクロコンピュータ26で検出し、同時にこのときの偏光成分のリターデーション量もマイクロコンピュータ26で記憶する。同様に、偏光成分のリターデーション量が−θになるように偏光子30を回転させて観察物体15の画像を取り込む。また、このときの偏光子30の回転角をマイクロコンピュータ26で検出し、同時にこのときの偏光成分のリターデーション量もマイクロコンピュータ26で記憶する。そして、取り込んだ偏光成分のリターデーション量がθと−θである2枚の画像から差画像と和画像を形成する。
さらに、形成した差画像をマイクロコンピュータ26において図8に示す微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を用いてデコンボリューションして、新たに光学的応答関数を考慮した位相情報画像を形成する。その後、形成された各画像情報を前記和画像で割り算し、tan-1の値を求め、検出した偏光成分のリターデーション量θから求めた以下の値を掛けて位相分布に変換する。
First, in the present embodiment, a uniform phase object is observed, and the light / dark distribution of an image is captured while rotating the polarizer 30, and the change in the rotation angle of the polarizer 30 and the retardation amount of the polarization component is obtained.
Next, the image of the observation object 15 is captured by rotating the polarizer 30 so that the retardation amount of the polarization component becomes θ. Note that the rotation angle of the polarizer 30 at this time is detected by the microcomputer 26, and at the same time, the retardation amount of the polarization component at this time is also stored by the microcomputer 26. Similarly, the image of the observation object 15 is captured by rotating the polarizer 30 so that the retardation amount of the polarization component becomes −θ. Further, the rotation angle of the polarizer 30 at this time is detected by the microcomputer 26, and at the same time, the retardation amount of the polarization component at this time is also stored by the microcomputer 26. Then, a difference image and a sum image are formed from two images in which the amount of retardation of the captured polarization component is θ and −θ.
Further, the formed difference image is deconvoluted by using the optical response characteristic of the differential interference microscope shown in FIG. 8 in the microcomputer 26 to newly form a phase information image considering the optical response function. Thereafter, each formed image information is divided by the sum image to obtain a value of tan −1 , and is converted into a phase distribution by multiplying the following value obtained from the detected retardation amount θ of the polarization component.

k・(1−cosθ)/2sinθ 但しk=λ/2π(λ=550nm)
・・・・(22)
k · (1-cos θ) / 2 sin θ where k = λ / 2π (λ = 550 nm)
.... (22)

図9(a),(b)は夫々偏光成分のリターデーション量がθ,−θである位相物体の画像を示している。図9(c),(d)は同図(a),(b)に示した画像により形成された差画像,和画像を示している。図9(e)はこのときの位相分布の再現図(格子の断面図)を示している。
また、参考までに従来の縞走査法を用いてデコンボリューション処理を行った位相分布を再現した格子の断面図を図10に示す。
FIGS. 9A and 9B show images of phase objects in which the polarization component retardation amounts are θ and −θ, respectively. FIGS. 9C and 9D show a difference image and a sum image formed by the images shown in FIGS. FIG. 9E shows a reproduction diagram (cross-sectional view of the grating) of the phase distribution at this time.
For reference, FIG. 10 shows a cross-sectional view of a grating reproducing a phase distribution obtained by performing a deconvolution process using a conventional fringe scanning method.

以上のように、本実施例によれば、偏光成分のリターデーション量が±θの2つの画像から従来の縞走査法による測定と同等の観察物体の位相分布が求められることが分かる。特に、従来の縞走査法を用いる場合では偏光成分のリターデーションが異なる4つの画像が必要になるのに対し、本実施例では偏光成分のリターデーション量が異なる2つの画像を用いるのみで従来の方法と同様に位相分布を求めることができるので、計測時間を短縮することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is understood that the phase distribution of the observation object equivalent to the measurement by the conventional fringe scanning method is obtained from the two images having the polarization component retardation amount of ± θ. In particular, when the conventional fringe scanning method is used, four images having different polarization component retardation are required, whereas in this embodiment, only two images having different polarization component retardation amounts are used. Since the phase distribution can be obtained in the same manner as the method, the measurement time can be shortened.

ところで、本実施例の検出方法において、予め観察する物体の位相量が比較的小さいことが分かっている場合には、tanφ=φの近似が成り立つので、tan-1の値を求める処理を省略することができ、計測時間をさらに短縮することができる。そして、差画像と和画像との比を求めた後の画像をデコンボリューション処理しても同様の結果が得られる。 By the way, in the detection method of the present embodiment, when it is known in advance that the phase amount of the object to be observed is relatively small, the approximation of tan φ = φ is established, and thus the processing for obtaining the value of tan −1 is omitted. Measurement time can be further reduced. The same result can be obtained even if the image after the ratio between the difference image and the sum image is obtained is deconvolved.

また、微分干渉顕微鏡の光学的応答特性は、照明光学系の明るさ絞りの径の大きさにより特性が変わる。観察物体によっては位相分布が特定の空間周波数帯域に偏る場合がある。このような物体の位相検出を行うときには、明るさ絞りの径を適当な大きさに設定することにより、応答特性を1に近い値のまま維持できるので、デコンボリューション処理を行わなくても位相分布を正確に求めることができる。   The optical response characteristic of the differential interference microscope varies depending on the diameter of the aperture stop of the illumination optical system. Depending on the observation object, the phase distribution may be biased to a specific spatial frequency band. When performing phase detection of such an object, the response characteristic can be maintained at a value close to 1 by setting the diameter of the aperture stop to an appropriate size, so that phase distribution can be achieved without performing deconvolution processing. Can be obtained accurately.

本実施例では、偏光成分のリターデーション量の検出を偏光子30の回転角を検出することにより行っているが、検出装置に偏光成分のリターデーション量を検出する手段を付加し、この検出手段からの信号を用いて偏光成分のリターデーション量を求めてもよい。
また、偏光成分のリターデーション量を変化させる場合、偏光子30を回転させる方法だけではなく、偏光子30と1/4波長板31との間に液晶素子を挿入し、液晶素子の印加電圧を変化させる方法や、偏光子30と1/4波長板31との間に1/2波長板を挿脱可能に配置する方法等を用いても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the retardation amount of the polarization component is detected by detecting the rotation angle of the polarizer 30, but a means for detecting the retardation amount of the polarization component is added to the detection device, and this detection means. The retardation amount of the polarization component may be obtained using a signal from
In addition, when changing the retardation amount of the polarization component, not only a method of rotating the polarizer 30 but also a liquid crystal element is inserted between the polarizer 30 and the quarter wavelength plate 31, and the applied voltage of the liquid crystal element is changed. The same effect can be obtained by using a method of changing, a method of arranging a half-wave plate in a detachable manner between the polarizer 30 and the quarter-wave plate 31.

また、本実施例では透過観察を行う例を示しているが、図1に示した落射型の微分干渉顕微鏡を用いても同様の位相分布を求めることができる。但し、落射型のものを用いる場合には、観察物体が金属等の反射物体である場合、検出される位相分布が2倍の値になる。従って、このような場合には、前述の式(22)においてk=λ/4πとして位相分布を求めることが必要である。   Moreover, although the example which permeate | transmits is shown in a present Example, the same phase distribution can be calculated | required even if it uses the epi-illumination type differential interference microscope shown in FIG. However, when the epi-illumination type is used, when the observation object is a reflective object such as a metal, the detected phase distribution is doubled. Therefore, in such a case, it is necessary to obtain the phase distribution with k = λ / 4π in the above-described equation (22).

本実施例では、偏光成分のリターデーション量が±θの2つの画像から観察物体の位相分布を求める具体的な方法を示しているが、同様に、偏光成分のリターデーション量が±θの2つの画像と偏光成分のリターデーション量が0の画像を取り込み、図9(d)に示した画像から偏光成分のリターデーション量が0の画像情報の2倍を引き算してB(x,y)を求め(但しB(x,y)=S(x,y)−2・O(x,y))、図9(c)に示した差画像とB(x,y)との比を形成することにより、観察物体のエッジ部の光の散乱の影響を考慮した位相分布を検出することができる。   In this embodiment, a specific method for obtaining the phase distribution of the observation object from two images having a polarization component retardation amount of ± θ is shown. Similarly, the polarization component retardation amount is ± θ 2. One image and an image with a polarization component having a retardation amount of 0 are captured, and B (x, y) is subtracted from the image shown in FIG. 9D by twice the image information with a polarization component having a retardation amount of 0. (Where B (x, y) = S (x, y) −2 · O (x, y)), and the ratio between the difference image and B (x, y) shown in FIG. 9C is formed. By doing so, it is possible to detect the phase distribution in consideration of the influence of light scattering at the edge portion of the observation object.

以上、本発明では第1,第2参考例および実施例を示して説明したように、撮像手段(CCDカメラ)を1台にし、偏光成分のリターデーション量を変化させながら画像を撮像する方法について述べてきた。しかし、本発明の意図は1台の撮像手段を使用することに限定されることはなく、2台の撮像手段を用いても同様の効果を得ることができる。 As described above, in the present invention, as described with reference to the first and second reference examples and the examples , the image pickup device (CCD camera) is used as one unit and the image is picked up while changing the retardation amount of the polarization component. Have said. However, the intention of the present invention is not limited to the use of a single image pickup means, and the same effect can be obtained even when two image pickup means are used.

例えば、図11,12に示しように、検光子に代えて観察光学系中にPBS(偏光ビームスプリッタ)を配置して2つの直交する2偏光成分に分離し、夫々の偏光成分をCCDカメラで受光するようにしてもよい。このようにすることにより、2つのCCDカメラの結像面には夫々偏光成分のリターデーション量が等しく符号の異なる微分干渉画像が形成される。
よって、この2台のCCDカメラからの画像を演算することにより、観察物体の勾配,平面部,複屈折部分、歪み,段差のエッジ部分,位相分布等の物理量を検出することができる。
For example, as shown in FIGS. 11 and 12, a PBS (polarization beam splitter) is arranged in the observation optical system in place of the analyzer and separated into two orthogonal two polarization components, and each polarization component is separated by a CCD camera. You may make it receive light. In this way, differential interference images having the same polarization component retardation amount and different signs are formed on the imaging surfaces of the two CCD cameras.
Therefore, by calculating the images from the two CCD cameras, physical quantities such as the gradient of the observation object, the plane portion, the birefringence portion, the distortion, the edge portion of the step, and the phase distribution can be detected.

本発明による観察物体の物理量を検出するための装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apparatus for detecting the physical quantity of the observation object by this invention. (a),(b)は夫々図1に示した装置を用いて第1参考例による方法で取得した偏光成分のリターデーション量がθ,−θのときの観察物体の微分干渉像を示す図である。(c)は(a),(b)に示した画像により形成した差画像を示す図である。(d)は(c)に示した差画像から0値近傍の値を抽出し0値近傍の部分とそれ以外の部分とを2値化したときの画像を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the differential interference image of the observation object when the retardation amount of the polarization component acquired by the method by the 1st reference example using the apparatus shown in FIG. 1 is respectively θ and −θ. It is. (C) is a figure which shows the difference image formed with the image shown to (a), (b). (D) is a figure which shows the image when the value near 0 value is extracted from the difference image shown in (c), and the part near 0 value and the other part are binarized. 磁気ディスク上に形成されているバンプの断面図である。It is sectional drawing of the bump currently formed on the magnetic disc. 図3に示したバンプの摩耗の度合いを検出するための、図2(d)に示した画像から前記バンプの面頂部分の情報を最少近似した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which approximated the information of the surface top part of the said bump minimum from the image shown in FIG.2 (d) for detecting the degree of wear of the bump shown in FIG. (a),(b)は夫々図1に示した装置を用いて第2参考例による方法で取得した偏光成分のリターデーション量がθ,−θのときの観察物体の微分干渉像を示す図である。(c)は(a),(b)に示した画像により形成した差画像を示す図である。(d)は(c)に示した差画像の絶対値をとって閾値を設定し、この閾値を基に閾値以上の部分と閾値以下の部分とで2値化した画像を示す図である。(A), (b) is the figure which shows the differential interference image of the observation object when the retardation amount of the polarization component acquired by the method by the 2nd reference example using the apparatus shown in FIG. 1 is respectively θ and −θ. It is. (C) is a figure which shows the difference image formed with the image shown to (a), (b). (D) is a figure which shows the image binarized by taking the absolute value of the difference image shown in (c) and setting a threshold, and based on this threshold, a portion above the threshold and a portion below the threshold. 第2参考例の方法により観察物体のエッジ部を検出し観察物体の位置決めを行う手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the procedure which detects the edge part of an observation object by the method of a 2nd reference example , and positions an observation object. 本発明による観察物体の物理量を検出するための装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apparatus for detecting the physical quantity of the observation object by this invention. 微分干渉顕微鏡の光学的応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the optical response characteristic of a differential interference microscope. (a),(b)は夫々図7に示した装置を用いて実施例による方法で取得した偏光成分のリターデーション量がθ,−θのときの観察物体の微分干渉像を示す図である。(c),(d)は夫々(a),(b)に示した画像により形成した差画像,和画像を示す図である。(e)は位相分布再現図である。(A), (b) is a figure which shows the differential interference image of the observation object when the retardation amount of the polarization component acquired by the method by the Example using the apparatus shown in FIG. 7 is respectively θ and −θ. . (C), (d) is a figure which shows the difference image and sum image which were formed by the image shown to (a), (b), respectively. (E) is a phase distribution reproduction diagram. 従来の縞操作法により検出される位相分布再現図である。It is a phase distribution reproduction figure detected by the conventional fringe operation method. 本発明による観察物体の物理量を検出するための装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apparatus for detecting the physical quantity of the observation object by this invention. 本発明による観察物体の物理量を検出するための装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the apparatus for detecting the physical quantity of the observation object by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,21 光源
2,22 照明光学系
3,23 結像光学系
4,24 微分干渉顕微鏡
5,25 CCDカメラ
6,26 マイクロコンピュータ
7,9,17,27,29,37 レンズ
8,28 絞り
10,30 偏光子
11,31 1/4 波長板
12 ハーフミラー
13,32,35 ノマルスキープリズム
14,34 対物レンズ
15 観察物体
16,36 検光子
18,38 パルスモータ
33 コンデンサーレンズ
1,21 Light source 2,22 Illumination optical system 3,23 Imaging optical system 4,24 Differential interference microscope 5,25 CCD camera 6,26 Microcomputer 7, 9, 17, 27, 29, 37 Lens 8, 28 Aperture 10 , 30 Polarizer 11, 31 1/4 Wave plate 12 Half mirror 13, 32, 35 Nomarski prism 14, 34 Objective lens 15 Observation object 16, 36 Analyzer 18, 38 Pulse motor 33 Condenser lens

Claims (2)

光源と、該光源からの光を2つの偏光成分に分離するための部材を備えた前記光源からの光を観察物体に導くための照明光学系と、前記照明光学系内で分離された2つの偏光成分を再構成するための部材を備えた観察物体の像を形成するための結像光学系とを有する微分干渉顕微鏡と、前記2つの偏光成分のリターデーション量を変化させる手段と、前記リターデーション量を検出する手段と、観察物体の像を撮像する手段とを備え、前記リターデーション量を変化させる手段によって形成されたリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉像を前記撮像手段で撮像する検出装置において、
該2つの微分干渉像の画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報D(x,y)と和画像情報S(x,y)を取得し、前記リターデーション量を検出する手段によって検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)とするとき、以下の式の何れかを用いて、前記2つの偏光成分の分離方向rに対応する観察物体面上の位相量の微分値∂Φ(x,y)/∂rを検出し、r方向の積分処理を行うことにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)を検出する演算手段を備えていることを特徴とする検出装置。
∂Φ(x,y)/∂r=k・{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}
∂Φ(x,y)/∂r=k・tan-1〔{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}]
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体を透過観察する場合はk=λ/2π、観察物体を反射観察する場合はk=λ/4πである。
A light source, an illumination optical system for guiding light from the light source to an observation object provided with a member for separating light from the light source into two polarization components, and two separated in the illumination optical system A differential interference microscope having an imaging optical system for forming an image of an observation object having a member for reconstructing a polarization component, means for changing the amount of retardation of the two polarization components, and the retarder Means for detecting the amount of retardation and means for capturing an image of the observation object, and the two differential interference images of the observation object having the same retardation amount and different signs formed by the means for changing the retardation amount In a detection apparatus that captures an image using an imaging unit,
Difference image information D (x, y) and sum image information S (x, y) are obtained by performing difference calculation and sum calculation for each corresponding pixel in the images of the two differential interference images, and the amount of retardation When the retardation amount of the polarization component detected by the detecting means is θ and the phase amount on the observation object plane corresponding to each image information is Φ (x, y), one of the following equations is used. By detecting the differential value ∂Φ (x, y) / ∂r of the phase amount on the observation object plane corresponding to the separation direction r of the two polarization components and performing integration processing in the r direction, the observation object plane is obtained. A detection apparatus comprising an arithmetic means for detecting the upper phase amount Φ (x, y).
∂Φ (x, y) / ∂r = k · {(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)}
∂Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2 sin θ · S (x, y)}]
However, regarding k, when the wavelength of the light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π when observing the observation object, and k = λ / when reflecting the observation object. 4π.
光源と、該光源からの光を2つの偏光成分に分離するための部材を備えた前記光源からの光を観察物体に導くための照明光学系と、前記照明光学系内で分離された2つの偏光成分を再構成するための部材を備えた観察物体の像を形成するための結像光学系とを有する微分干渉顕微鏡と、前記2つの偏光成分のリターデーション量を変化させる手段と、前記リターデーション量を検出する手段と、観察物体の像を撮像する手段とを備え、前記リターデーション量を変化させる手段によって形成されたリターデーション量が等しく符号の異なる観察物体の2つの微分干渉像を前記撮像手段で撮像する検出装置に用いられる方法であって、
該2つの微分干渉像の画像において夫々対応する画素毎に差演算および和演算を行って差画像情報D(x,y)と和画像情報S(x,y)を取得し、前記リターデーション量を検出する手段によって検出した偏光成分のリターデーション量をθ、前記各画像情報に対応する観察物体面上の位相量をΦ(x,y)とするとき、以下の式の何れかを用いて、前記2つの偏光成分の分離方向rに対応する観察物体面上の位相量の微分値∂Φ(x,y)/∂rを検出し、r方向の積分処理を行うことにより、観察物体面上の位相量Φ(x,y)を検出する方法。
∂Φ(x,y)/∂r=k・{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}
∂Φ(x,y)/∂r=k・tan-1〔{(1−cosθ)・D(x,y)}
/{2sinθ・S(x,y)}]
但し、前記kに関し、前記検出装置の光源から射出される光の波長をλとするとき、観察物体を透過観察する場合はk=λ/2π、観察物体を反射観察する場合はk=λ/4πである。
A light source, an illumination optical system for guiding light from the light source to an observation object provided with a member for separating light from the light source into two polarization components, and two separated in the illumination optical system A differential interference microscope having an imaging optical system for forming an image of an observation object having a member for reconstructing a polarization component, means for changing the amount of retardation of the two polarization components, and the retarder Means for detecting the amount of retardation and means for capturing an image of the observation object, and the two differential interference images of the observation object having the same retardation amount and different signs formed by the means for changing the retardation amount A method used in a detection device that captures an image with an imaging means,
Difference image information D (x, y) and sum image information S (x, y) are obtained by performing difference calculation and sum calculation for each corresponding pixel in the images of the two differential interference images, and the amount of retardation When the retardation amount of the polarization component detected by the detecting means is θ and the phase amount on the observation object plane corresponding to each image information is Φ (x, y), one of the following equations is used. By detecting the differential value ∂Φ (x, y) / ∂r of the phase amount on the observation object plane corresponding to the separation direction r of the two polarization components and performing integration processing in the r direction, the observation object plane is obtained. A method of detecting the upper phase quantity Φ (x, y).
∂Φ (x, y) / ∂r = k · {(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2sinθ · S (x, y)}
∂Φ (x, y) / ∂r = k · tan −1 [{(1-cos θ) · D (x, y)}
/ {2 sin θ · S (x, y)}]
However, regarding k, when the wavelength of the light emitted from the light source of the detection device is λ, k = λ / 2π when observing the observation object, and k = λ / when reflecting the observation object. 4π.
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