JP2016176784A - Surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method - Google Patents

Surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable accurate measurement of a surface shape of a measurement surface, even when an error occurs in the number of pixels allocated for detecting one wavelength component of interference fringes generated in a state where at least one of the measurement surface and a reference surface is inclined.SOLUTION: A first calculation section 73, assuming that 4 pixels of an imaging element 20 are allocated for detecting one wavelength component of interference fringes, specifies a prediction function indicating a prediction value Pof a received signal outputted from an nth pixel of the imaging element 20 obtained by imaging a two-dimensional image of interference fringes, as a predetermined formula where A1, B, β, φ are undetermined coefficients, considers that the undetermined coefficients are equal in the plurality of continuous pixels of the imaging element 20, and uses the predetermined formula and an actual measurement value of the received signal outputted from each of the plurality of continuous pixels including the nth pixel obtained by imaging the two-dimensional image of the interference fringes, thereby calculating solutions to the undetermined coefficients. The second calculation section 74 uses the solution of φ indicating a phase, from among the solutions of the undetermined coefficients calculated by the first calculation section 73, thereby calculating a height at a position of a measurement surface 90 corresponding to the nth pixel.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、干渉縞を利用して、非接触で表面形状を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a surface shape in a non-contact manner using interference fringes.

測定面に照射された光の反射光と参照面に照射された光の反射光とを干渉させることによって生成される干渉縞の位相を利用して、測定面の表面形状を非接触で測定する技術が知られている。この測定技術によれば、ナノメートルオーダー以下の測定精度を実現でき、例えば、半導体ウェハの表面形状の測定に用いられている。   The surface shape of the measurement surface is measured in a non-contact manner using the phase of interference fringes generated by causing the reflected light of the light irradiated on the measurement surface to interfere with the reflected light of the light irradiated on the reference surface. Technology is known. According to this measurement technique, measurement accuracy of nanometer order or less can be realized, and for example, it is used for measurement of the surface shape of a semiconductor wafer.

上記測定技術において、干渉縞の位相を算出する方法として、位相シフトを利用する方法(例えば、特許文献1参照)、フーリエ変換を利用する方法(例えば、特許文献1、特許文献2参照)、相関積分を利用する方法がある(例えば、非特許文献1参照)。   In the measurement technique, as a method of calculating the phase of the interference fringes, a method using phase shift (for example, see Patent Document 1), a method using Fourier transform (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2), correlation, and the like. There is a method using integration (for example, see Non-Patent Document 1).

位相シフトを利用する方法では、測定面と参照面との距離を変えて、複数枚の干渉縞の画像を撮影する必要がある。測定面と参照面との距離を調整中に、外乱振動等により測定面及び参照面が振動していれば、測定面と参照面との距離を正確に設定することができない。これが原因で、表面形状の測定精度が低下することがある。   In the method using the phase shift, it is necessary to capture a plurality of interference fringe images by changing the distance between the measurement surface and the reference surface. If the measurement surface and the reference surface vibrate due to disturbance vibration or the like while adjusting the distance between the measurement surface and the reference surface, the distance between the measurement surface and the reference surface cannot be set accurately. Due to this, the measurement accuracy of the surface shape may be lowered.

フーリエ変換を利用する方法では、一枚の干渉縞の画像で位相の算出が可能なので、外乱振動等により測定面及び参照面が振動しても、表面形状の測定精度が低下することはない。   In the method using the Fourier transform, the phase can be calculated from one interference fringe image. Therefore, even if the measurement surface and the reference surface vibrate due to disturbance vibration or the like, the measurement accuracy of the surface shape does not decrease.

しかし、フーリエ変換を利用する方法には、以下の欠点がある。
(1)干渉縞が途切れる箇所(例えば、測定面の端部に対応する箇所)では、干渉縞の空間周波数が特異となるので、フーリエ変換を利用する方法では、その箇所での干渉縞の位相を解析することが困難である。従って、干渉縞が途切れる箇所の形状は、測定が不能又は測定精度が低下する。
(2)フーリエ変換を利用する方法では、干渉縞の画像全体をフーリエ変換する処理がされる。従って、測定面の局所にゴミ等の異物が存在すれば、異物を含めて解析されることになるので、測定精度が低下する。
However, the method using the Fourier transform has the following drawbacks.
(1) Since the spatial frequency of the interference fringe is singular at the location where the interference fringe is interrupted (for example, the location corresponding to the end of the measurement surface), the method using the Fourier transform causes the phase of the interference fringe at that location. Is difficult to analyze. Therefore, the shape of the portion where the interference fringes are interrupted cannot be measured, or the measurement accuracy is lowered.
(2) In the method using Fourier transform, processing for Fourier transforming the entire image of interference fringes is performed. Therefore, if there is a foreign substance such as dust in the local area of the measurement surface, it will be analyzed including the foreign substance, resulting in a decrease in measurement accuracy.

相関積分を利用する方法では、干渉縞の局所から干渉縞の位相を算出するので、(1)及び(2)の欠点を解消することが可能となる。   In the method using the correlation integration, since the phase of the interference fringe is calculated from the local area of the interference fringe, the drawbacks (1) and (2) can be solved.

特開2007−333428号公報(段落0011、0017)JP 2007-333428 A (paragraphs 0011 and 0017) 特開2002−296003号公報JP 2002-296003 A

S.TOYOOKA and M.TOMINAGA(S.トヨオカとM.トミナガ)、「SPATIAL FRINGE SCANNING FOR OPTICAL PHASE MEASUREMENT(光学位相測定のための空間的なフリンジスキャンニング)」、OPTICS COMMUNICATIONS(光学通信)、Volume 51、number 2、 15 August 1984、第68頁〜第70頁S. TOYOOKA and M.K. TOMINAGA (S. Toyooka and M. Tominaga), “SPATIAL FRING SCANNNING FOR OPTICAL PHASE MEASUREMENT (spatial fringe scanning for optical phase measurement)”, OPTIC COMMUNICATIONS (optical communication), Volume 51, volume 51 g, 1984, pp. 68-70

非特許文献1に記載された相関積分を利用して干渉縞の位相を算出しているが、干渉縞の空間周波数が所定の空間周波数に、ほぼ一致する条件のみで有効である。試料面が曲面である場合、試料面内で干渉縞の空間周波数が変化するため、測定毎に、参照面に対する測定面の傾きを調整する必要がある。   Although the phase of the interference fringes is calculated using the correlation integration described in Non-Patent Document 1, it is effective only under the condition that the spatial frequency of the interference fringes substantially matches a predetermined spatial frequency. When the sample surface is a curved surface, the spatial frequency of the interference fringes changes in the sample surface, so that it is necessary to adjust the inclination of the measurement surface with respect to the reference surface for each measurement.

本発明の目的は、測定面及び参照面の少なくとも一方が傾斜された状態で生成される干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数に誤差が生じても、測定面の表面形状を正確に測定できる表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供することである。   It is an object of the present invention to provide a surface shape of a measurement surface even if an error occurs in the number of pixels assigned to detect one wavelength component of an interference fringe generated with at least one of the measurement surface and the reference surface tilted. It is to provide a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method capable of accurately measuring the above.

本発明の一局面に係る表面形状測定装置は、測定面及び参照面を通る光軸を有し、前記光軸と直交する面に対して、前記測定面及び前記傾斜面の少なくとも一方が傾斜された状態で、前記測定面に照射された光の反射光と前記参照面に照射された光の反射光とを干渉させることによって干渉縞を生成する光学系と、前記光学系によって生成された前記干渉縞の二次元画像を撮影する撮像素子と、前記干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる前記撮像素子の画素の数を4としたときに、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記撮像素子のn番目の画素から出力される受光信号の予測値Pを示す予測関数を、A1、B、β、φを未定係数とする下記式とし、前記撮像素子の連続する複数の画素において、前記未定係数が等しいと見なし、前記式、及び、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記n番目の画素を含む連続する複数の画素のそれぞれから出力された受光信号の実測値を用いて、前記未定係数の解を算出する第1の算出部と、前記第1の算出部によって算出された前記未定係数の解のうち、位相を示す前記φの解を用いて、前記n番目の画素に対応する前記測定面の箇所の高さを算出する第2の算出部と、を備え、前記第1の算出部は、前記撮像素子を構成する所定数の画素のそれぞれについて、前記未定係数の解を算出し、前記第2の算出部は、前記所定数の画素のそれぞれの前記φの解を用いて、前記所定数の画素のそれぞれに対応する前記測定面の箇所の高さを算出する。 A surface shape measuring apparatus according to an aspect of the present invention has an optical axis passing through a measurement surface and a reference surface, and at least one of the measurement surface and the inclined surface is inclined with respect to a surface orthogonal to the optical axis. An optical system that generates interference fringes by causing interference between reflected light of the light applied to the measurement surface and reflected light of the light applied to the reference surface, and the optical system generated by the optical system. By imaging the two-dimensional image of the interference fringes when the number of pixels of the imaging element that captures the two-dimensional image of the interference fringes and the number of pixels of the imaging element allocated to detect one wavelength component of the interference fringes is four. The prediction function indicating the predicted value P n of the received light signal output from the nth pixel of the image sensor is represented by the following equation with A1, B, β, and φ as undetermined coefficients, and a plurality of continuous pixels of the image sensor The undetermined coefficients are considered equal The solution of the undetermined coefficient is calculated using the measured value of the received light signal output from each of a plurality of consecutive pixels including the n-th pixel by photographing the two-dimensional image of the interference fringes And the measurement surface corresponding to the nth pixel using the solution of φ indicating the phase among the solutions of the undetermined coefficient calculated by the first calculation unit. A second calculation unit that calculates the height of the undetermined coefficient for each of a predetermined number of pixels constituting the imaging device, and the second calculation unit The calculation unit calculates a height of a portion of the measurement surface corresponding to each of the predetermined number of pixels using the solution of φ of each of the predetermined number of pixels.


(ここで、nは、整数を示し、ωは、空間周波数を示す。)

(Here, n represents an integer, and ω represents a spatial frequency.)

撮像素子を構成する各画素は、有限の開口を有するので、各画素から出力される受光信号の強度は、各画素の大きさに依存する。画素が大きければ、その画素から出力される受光信号の強度が大きくなり、画素が小さければ、その画素から出力される受光信号の強度が小さくなる。干渉縞は、空間的な強度分布を有しており、干渉縞の密度が高い場合、特に、各画素から出力される受光信号の強度は、各画素の大きさに依存する。   Since each pixel constituting the imaging element has a finite aperture, the intensity of the light reception signal output from each pixel depends on the size of each pixel. If the pixel is large, the intensity of the light reception signal output from the pixel increases. If the pixel is small, the intensity of the light reception signal output from the pixel decreases. The interference fringes have a spatial intensity distribution, and when the density of the interference fringes is high, in particular, the intensity of the received light signal output from each pixel depends on the size of each pixel.

本発明の第1の局面では、4つの画素で干渉縞の1波長成分を検出すると見なし、予測値Pを示す予測関数の上記式を導いている。そして、本発明の第1の局面は、上記式及び干渉縞の受光信号の実測値から、上記式の未定係数を算出することにより、位相φを算出している。従って、本発明の第1の局面によれば、測定面及び参照面の少なくとも一方が傾斜された状態で生成された干渉縞について、この干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数に誤差が生じても、測定面の表面形状を正確に測定できる。 In the first aspect of the present invention, it is assumed that one wavelength component of the interference fringe is detected by four pixels, and the above equation of the prediction function indicating the prediction value Pn is derived. In the first aspect of the present invention, the phase φ is calculated by calculating the undetermined coefficient of the above formula from the above formula and the actually measured value of the received light signal of the interference fringes. Therefore, according to the first aspect of the present invention, the number of pixels assigned to detect one wavelength component of an interference fringe generated in a state where at least one of the measurement surface and the reference surface is inclined. Even if an error occurs, the surface shape of the measurement surface can be measured accurately.

そして、本発明の第1の局面によれば、干渉縞の局所毎に、そこでの干渉縞の位相を計算するので、干渉縞が途切れる箇所(例えば、測定面の端部に対応する箇所)や測定面の局所にゴミ等の異物が存在しても、測定面の表面形状を正確に測定できる。なお、複数の画素の「複数」とは、未定係数を算出するのに必要が数であり、「所定数」は、撮像素子の全画素数以下の任意の値である。   According to the first aspect of the present invention, the phase of the interference fringe is calculated for each local area of the interference fringe, so that the interference fringe is interrupted (for example, the part corresponding to the end of the measurement surface) Even if foreign matter such as dust exists locally on the measurement surface, the surface shape of the measurement surface can be accurately measured. The “plurality” of the plurality of pixels is a number necessary to calculate the undetermined coefficient, and the “predetermined number” is an arbitrary value equal to or less than the total number of pixels of the image sensor.

上記構成において、前記測定面を有する試料が載置されるステージと、前記撮像素子による撮影視野より広い前記干渉縞を、隣り合う領域が部分的に重なるように、前記撮影視野より狭い複数の前記領域に分割する分割部と、前記ステージを移動させることにより、前記撮影視野に複数の前記領域を順番に移動させるステージ制御部と、前記撮影視野に移動してきた前記領域の二次元画像を前記撮像素子に撮影させる撮像制御部と、前記部分的な重なりを目印にして、複数の前記領域の二次元画像をつなげて、前記干渉縞の二次元画像を生成する画像生成部と、をさらに備える。   In the above configuration, the stage on which the sample having the measurement surface is placed, and the interference fringes wider than the imaging field of view by the imaging device, a plurality of the narrower than the imaging field of view so that adjacent regions partially overlap. A dividing unit that divides into regions, a stage control unit that sequentially moves a plurality of the regions to the imaging field by moving the stage, and a two-dimensional image of the region that has moved to the imaging field of view It further includes an imaging control unit that causes the element to capture an image, and an image generation unit that generates a two-dimensional image of the interference fringes by connecting two-dimensional images of the plurality of regions using the partial overlap as a mark.

この構成によれば、測定面の面積が大きい場合でも、測定面の表面形状を測定する精度を高めることができる。   According to this configuration, even when the area of the measurement surface is large, the accuracy of measuring the surface shape of the measurement surface can be increased.

上記構成において、前記光学系及び前記撮像素子を含むフィゾー干渉計を備える。   In the above configuration, a Fizeau interferometer including the optical system and the imaging element is provided.

この構成によれば、フィゾー干渉計で干渉縞の二次元画像を撮影するので、フィゾー干渉計の利点を利用して、測定面の表面形状を測定できる。フィゾー干渉計の利点とは、例えば、測定光の光路と参照光の光路とが、概ね共通しているので、光学系内の空気の揺らぎ等の外乱の影響を受けにくい。   According to this configuration, since a two-dimensional image of interference fringes is taken with the Fizeau interferometer, the surface shape of the measurement surface can be measured using the advantages of the Fizeau interferometer. The advantage of the Fizeau interferometer is that, for example, the optical path of the measurement light and the optical path of the reference light are almost the same, so that the Fizeau interferometer is hardly affected by disturbances such as air fluctuations in the optical system.

本発明の第2の局面に係る表面形状測定方法は、測定面及び参照面を通る光軸を有し、前記光軸と直交する面に対して、前記測定面及び前記傾斜面の少なくとも一方が傾斜された状態で、前記測定面に照射された光の反射光と前記参照面に照射された光の反射光とを干渉させて、干渉縞を生成する生成ステップと、前記生成ステップによって生成された前記干渉縞の二次元画像を、撮像素子を用いて撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップによって撮影される前記干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる前記撮像素子の画素の数を4としたときに、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記撮像素子のn番目の画素から出力される受光信号の予測値Pを示す予測関数を、A1、B、β、φを未定係数とする下記式とし、前記撮像素子の連続する複数の画素において、前記未定係数が等しいと見なし、前記式、及び、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記n番目の画素を含む連続する複数の画素のそれぞれから出力された受光信号の実測値を用いて、前記未定係数の解を算出する第1の算出ステップと、前記第1の算出ステップによって算出された前記未定係数の解のうち、位相を示す前記φの解を用いて、前記n番目の画素に対応する前記測定面の箇所の高さを算出する第2の算出ステップと、を備え、前記第1の算出ステップは、前記撮像素子を構成する所定数の画素のそれぞれについて、前記未定係数の解を算出し、前記第2の算出ステップは、前記所定数の画素のそれぞれの前記φの解を用いて、前記所定数の画素のそれぞれに対応する前記測定面の箇所の高さを算出する。 The surface shape measurement method according to the second aspect of the present invention has an optical axis that passes through the measurement surface and the reference surface, and at least one of the measurement surface and the inclined surface with respect to a surface orthogonal to the optical axis. In a tilted state, a generation step of generating interference fringes by causing interference between reflected light of light irradiated on the measurement surface and reflected light of light irradiated on the reference surface, and generated by the generation step An imaging step for imaging a two-dimensional image of the interference fringe using an imaging element, and the number of pixels of the imaging element assigned to detect one wavelength component of the interference fringe imaged by the imaging step is four. The prediction function indicating the predicted value P n of the received light signal output from the n-th pixel of the image pickup device by taking a two-dimensional image of the interference fringes, and A1, B, β, and φ are undetermined coefficients. And the following formula It is assumed that the undetermined coefficient is equal in a plurality of continuous pixels of the element, and is output from each of the plurality of continuous pixels including the nth pixel by photographing the two-dimensional image of the equation and the interference fringes. A first calculation step of calculating a solution of the undetermined coefficient using an actual measurement value of the received light signal, and a solution of φ indicating the phase among the solutions of the undetermined coefficient calculated by the first calculation step. And a second calculation step for calculating the height of the portion of the measurement surface corresponding to the nth pixel, wherein the first calculation step includes a predetermined number of pixels constituting the image sensor. And the second calculation step uses the solution of φ for each of the predetermined number of pixels to calculate the measurement surface corresponding to each of the predetermined number of pixels. Location To calculate the height.


(ここで、nは、整数を示し、ωは、空間周波数を示す。)

(Here, n represents an integer, and ω represents a spatial frequency.)

本発明の第2の局面は、本発明の第1の局面と同様の作用効果を有する。   The second aspect of the present invention has the same effects as the first aspect of the present invention.

本発明によれば、測定面及び参照面の少なくとも一方が傾斜された状態で生成される干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数に誤差が生じても、測定面の表面形状を正確に測定できる。   According to the present invention, even if an error occurs in the number of pixels allocated to detect one wavelength component of an interference fringe generated with at least one of the measurement surface and the reference surface tilted, the surface shape of the measurement surface Can be measured accurately.

第1実施形態に係る表面形状測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the surface shape measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment. 撮像素子によって撮影された干渉縞の二次元画像の一例を示す撮影図である。It is an imaging figure which shows an example of the two-dimensional image of the interference fringe image | photographed with the image pick-up element. 図2に示される干渉縞の二次元画像の一部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a part of the two-dimensional image of interference fringes shown in FIG. 2. βがωの20%となる条件で生成された干渉縞の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the interference fringe produced | generated on the conditions that (beta) is 20% of (omega). 図4に示す干渉縞の波形について、非特許文献1に開示された方法を用いて、位相を算出した結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a result of calculating a phase using the method disclosed in Non-Patent Document 1 for the interference fringe waveform shown in FIG. 4. 図5に示すグラフから直線的な位相変化を引いた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having subtracted the linear phase change from the graph shown in FIG. 撮像素子の一つの画素を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing one pixel of an image sensor. 撮像素子の連続する4つの画素である画素n、画素n+1、画素n+2、画素n+3を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing pixel n, pixel n + 1, pixel n + 2, and pixel n + 3 which are four continuous pixels of an image sensor. 干渉縞の波形の第1例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the 1st example of the waveform of an interference fringe. 測定面のある箇所の位相のデータを示すグラフである。It is a graph which shows the data of the phase of a part with a measurement surface. 図10に示すデータに対応する干渉縞の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the interference fringe corresponding to the data shown in FIG. 図11に示される受光信号の値(実測値)及び連立方程式F,Fn+1,Fn+2を用いて位相を算出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the phase using the value (actual value) of the received light signal shown in FIG. 11, and simultaneous equations Fn , Fn + 1 , Fn + 2 . 図11に示される受光信号の値(実測値)及び非特許文献1に開示された方法を用いて位相を算出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the phase using the value (actual measurement value) of the received light signal shown in FIG. 11, and the method disclosed in the nonpatent literature 1. FIG. 第1実施形態の変形例に係る表面形状測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the surface shape measuring apparatus which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態に係る表面形状測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the surface shape measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 分割部によって、複数の領域に分割された干渉縞の一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the interference fringe divided | segmented into the several area | region by the division part. 二つの領域の二次元画像をつなげる方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method to connect the two-dimensional image of two area | regions.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、第1実施形態に係る表面形状測定装置1aの構成を示すブロック図である。表面形状測定装置1aは、カメラ2、レーザ光源3、ステージ装置4、ステージ制御部5、光学系6及びコンピュータ7を備える。カメラ2、レーザ光源3、ステージ装置4、ステージ制御部5及び光学系6によって、フィゾー干渉計が構成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a surface shape measuring apparatus 1a according to the first embodiment. The surface shape measuring apparatus 1 a includes a camera 2, a laser light source 3, a stage device 4, a stage control unit 5, an optical system 6, and a computer 7. The camera 2, the laser light source 3, the stage device 4, the stage controller 5, and the optical system 6 constitute a Fizeau interferometer.

カメラ2は、二次元イメージセンサ(例えば、CCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサ)からなる撮像素子20を含むデジタルカメラである。カメラ2に近い順番で、カメラ2の光軸上に、レンズ60、ビームスプリッタ61、レンズ62、平板ガラス63及びステージ装置4が配置されている。カメラ2の光軸は、光学系の光軸66と一致している。   The camera 2 is a digital camera including an image sensor 20 that is a two-dimensional image sensor (for example, a CCD image sensor or a CMOS image sensor). A lens 60, a beam splitter 61, a lens 62, a flat glass 63, and a stage device 4 are arranged on the optical axis of the camera 2 in the order close to the camera 2. The optical axis of the camera 2 coincides with the optical axis 66 of the optical system.

レーザ光源3は、例えば、波長633nmの光を出射するHeNeレーザである。レーザ光源3の光軸は、カメラ2の光軸と交差している。レーザ光源3に近い順番で、レーザ光源3の光軸上に、レンズ64及びビームスプリッタ61が配置されている。   The laser light source 3 is, for example, a HeNe laser that emits light having a wavelength of 633 nm. The optical axis of the laser light source 3 intersects with the optical axis of the camera 2. A lens 64 and a beam splitter 61 are arranged on the optical axis of the laser light source 3 in the order close to the laser light source 3.

ステージ装置4は、ステージ40、駆動部41及びベース部42を備える。ステージ40には、測定面90を有する試料9が載置される。ステージ40は、駆動部41を介してベース部42に支持されている。駆動部41(例えば、ピエゾ素子)は、ステージ40の傾斜角の制御に用いられる。   The stage device 4 includes a stage 40, a drive unit 41, and a base unit 42. A sample 9 having a measurement surface 90 is placed on the stage 40. The stage 40 is supported by the base part 42 via the drive part 41. The drive unit 41 (for example, a piezo element) is used for controlling the tilt angle of the stage 40.

ステージ制御部5は、コンピュータ7から送信されてきたステージ40の傾斜角の設定値に基づいて、駆動部41を制御して、ステージ40の傾きを制御する。   The stage control unit 5 controls the tilt of the stage 40 by controlling the drive unit 41 based on the setting value of the tilt angle of the stage 40 transmitted from the computer 7.

光学系6は、上述したレンズ60、ビームスプリッタ61、レンズ62、平板ガラス63及びレンズ64を備える。光学系6は、後で説明するように、測定面90及び参照面(平板ガラス63の上面65)を通る光軸66を有し、光軸66と直交する面(図1では水平面)に対して、測定面90及び傾斜面の少なくとも一方が傾斜された状態で、測定面90に照射された光の反射光(測定光)と参照面に照射された光の反射光(参照光)とを干渉させることによって干渉縞を生成する。この干渉縞は、撮像素子20によって撮影される。   The optical system 6 includes the lens 60, the beam splitter 61, the lens 62, the flat glass 63, and the lens 64 described above. As will be described later, the optical system 6 has an optical axis 66 that passes through the measurement surface 90 and the reference surface (the upper surface 65 of the flat glass 63) and is perpendicular to the optical axis 66 (horizontal plane in FIG. 1). Then, in a state where at least one of the measurement surface 90 and the inclined surface is inclined, reflected light (measurement light) of light irradiated on the measurement surface 90 and reflected light (reference light) of light irradiated on the reference surface Interference fringes are generated by causing interference. This interference fringe is photographed by the image sensor 20.

コンピュータ7は、撮像素子20で撮影された干渉縞の二次元画像を解析して、測定面90の表面形状を算出する。   The computer 7 analyzes the two-dimensional image of the interference fringes photographed by the image sensor 20 and calculates the surface shape of the measurement surface 90.

コンピュータ7は、制御部70、入力部71及び出力部72を備える。   The computer 7 includes a control unit 70, an input unit 71, and an output unit 72.

制御部70は、CPU、RAM及びROM等により構成され、機能ブロックとして、第1の算出部73及び第2の算出部74を備える。第1の算出部73及び第2の算出部74については、後で詳しく説明する。   The control unit 70 includes a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and includes a first calculation unit 73 and a second calculation unit 74 as functional blocks. The first calculation unit 73 and the second calculation unit 74 will be described in detail later.

入力部71は、外部からコマンド(命令)やデータ等を制御部70に入力するための装置であり、例えば、タッチパネルやキーボード等である。   The input unit 71 is a device for inputting commands (commands), data, and the like from the outside to the control unit 70, and is, for example, a touch panel or a keyboard.

出力部72は、入力部71から制御部70に入力されたコマンドやデータ及び制御部70で演算された測定面90の表面形状等を出力するための装置であり、例えば、LCD(液晶ディスプレイ)の表示装置や、例えば、プリンタ等の印刷装置である。   The output unit 72 is a device for outputting the command and data input from the input unit 71 to the control unit 70 and the surface shape of the measurement surface 90 calculated by the control unit 70. For example, the output unit 72 is an LCD (liquid crystal display). Display devices, and printing devices such as printers.

干渉縞の生成について説明する。レーザ光源3からレンズ64に向けて出射された光は、レンズ64で発散光となる。この発散光の一部は、ビームスプリッタ61でレンズ62に向けて反射され、レンズ62で平行光束にされる。平行光束は、平板ガラス63に照射される。平板ガラス63の下面は、無反射コーティングがされている。平板ガラス63に照射された平行光束の一部は、平板ガラス63の上面65で反射され、残りは、平板ガラス63を透過する。   The generation of interference fringes will be described. The light emitted from the laser light source 3 toward the lens 64 becomes divergent light at the lens 64. A part of the diverging light is reflected by the beam splitter 61 toward the lens 62 and is converted into a parallel light beam by the lens 62. The parallel light beam is applied to the flat glass 63. A non-reflective coating is applied to the lower surface of the flat glass 63. A part of the parallel light beam irradiated to the flat glass 63 is reflected by the upper surface 65 of the flat glass 63, and the rest passes through the flat glass 63.

平板ガラス63を透過した光は、測定面90に照射される。これにより測定面90で反射された反射光(以下、測定光)は、平板ガラス63、レンズ62、ビームスプリッタ61及びレンズ60を通り、撮像素子20に送られる。   The light transmitted through the flat glass 63 is irradiated on the measurement surface 90. As a result, the reflected light (hereinafter, “measurement light”) reflected by the measurement surface 90 passes through the flat glass 63, the lens 62, the beam splitter 61, and the lens 60 and is sent to the imaging device 20.

一方、平板ガラス63の上面65で反射された反射光(以下、参照光)は、レンズ62、ビームスプリッタ61及びレンズ60を通り、撮像素子20に送られる。平板ガラス63の上面65は、参照面として機能する。   On the other hand, reflected light (hereinafter referred to as reference light) reflected by the upper surface 65 of the flat glass 63 passes through the lens 62, the beam splitter 61, and the lens 60 and is sent to the imaging device 20. The upper surface 65 of the flat glass 63 functions as a reference surface.

平板ガラス63の上面65(参照面)は、水平である。測定面90を有する試料9は、光軸66と直交する面に対して傾斜しているステージ40に載置されているので、測定面90は、傾斜している。このため、測定光と参照光との光路差により、測定光と参照光とが干渉し合うことによって(強め合ったり、打ち消し合ったりすることによって)、干渉縞が生成される。なお、参照面を、光軸66と直交する面に対して傾斜させることによって、干渉縞を生成してもよいし、測定面90と参照面の両方を、光軸66と直交する面に対して傾斜させることによって、干渉縞を生成してもよい。   The upper surface 65 (reference surface) of the flat glass 63 is horizontal. Since the sample 9 having the measurement surface 90 is placed on the stage 40 which is inclined with respect to the surface orthogonal to the optical axis 66, the measurement surface 90 is inclined. For this reason, interference fringes are generated when the measurement light and the reference light interfere with each other (by strengthening or canceling each other) due to the optical path difference between the measurement light and the reference light. Note that interference fringes may be generated by inclining the reference surface with respect to the surface orthogonal to the optical axis 66, and both the measurement surface 90 and the reference surface are orthogonal to the optical axis 66. The interference fringes may be generated by tilting.

図2は、撮像素子20によって撮影された干渉縞の二次元画像の一例を示す撮影図である。図3は、図2に示される干渉縞の二次元画像の一部10の拡大図である。干渉縞は、空間において、明パターン10aと暗パターン10bとが交互に繰り返されて構成されている。例えば、干渉縞は、測定面90の全域において、100〜200本の明パターン10aと暗パターン10bとが交互に繰り返されて構成されている。   FIG. 2 is a photographing diagram showing an example of a two-dimensional image of interference fringes photographed by the image sensor 20. FIG. 3 is an enlarged view of a part 10 of the two-dimensional image of the interference fringes shown in FIG. The interference fringes are configured by alternately repeating the bright pattern 10a and the dark pattern 10b in the space. For example, the interference fringes are configured such that 100 to 200 bright patterns 10a and dark patterns 10b are alternately repeated in the entire measurement surface 90.

撮像素子20で撮影される干渉縞の光強度Iは、光路差をDとすると、一般に、式(1)で示される。   The light intensity I of the interference fringe imaged by the image sensor 20 is generally represented by the equation (1), where D is the optical path difference.

A、Bは、光学系6、測定面90の反射率等に依存する係数である。φは、位相であり、測定面90の形状情報(高さ情報)を有する。   A and B are coefficients depending on the reflectance of the optical system 6 and the measurement surface 90, and the like. φ is a phase and has shape information (height information) of the measurement surface 90.

測定面90の傾きによる干渉縞の空間周波数(角周波数)をω+βとしたとき、位置xでの干渉縞の光強度Iは、式(2)で示される。   When the spatial frequency (angular frequency) of the interference fringes due to the inclination of the measurement surface 90 is ω + β, the light intensity I of the interference fringes at the position x is expressed by Equation (2).

ωは、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられた撮像素子20の画素数が4であるときの測定面90の傾き(測定面90の理想の傾き)を示す値である。βは、理想の傾きに対する誤差を示している。干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられた撮像素子20の画素数が4となるように、測定面90の傾きを調整できたとき、βは0となる。   ω is a value indicating the inclination of the measurement surface 90 (ideal inclination of the measurement surface 90) when the number of pixels of the image sensor 20 assigned to detect one wavelength component of the interference fringes is four. β represents an error with respect to an ideal inclination. When the inclination of the measurement surface 90 can be adjusted so that the number of pixels of the image sensor 20 assigned to detect one wavelength component of the interference fringe is 4, β becomes 0.

背景技術で説明した非特許文献1は、式(2)から位相φを抽出する方法として、直交検波を用いる位相抽出法を開示している。具体的に説明すると、式(2)に、sin(ωx)及びcos(ωx)を乗じた値V1を求め、V1の逆正接V2を求め、V2から位相φを求める。   Non-Patent Document 1 described in the background art discloses a phase extraction method using quadrature detection as a method of extracting phase φ from Expression (2). More specifically, a value V1 obtained by multiplying equation (2) by sin (ωx) and cos (ωx) is obtained, an arctangent V2 of V1 is obtained, and a phase φ is obtained from V2.

非特許文献1に開示された方法によれば、ωがβに対して十分に大きいとき、すなわち、発明が解決しようとする課題で説明した「誤差」が極めて小さいとき、平面形状の測定精度に影響を及ぼさない。しかし、そうでないとき、測定精度が低下する。   According to the method disclosed in Non-Patent Document 1, when ω is sufficiently large with respect to β, that is, when the “error” described in the problem to be solved by the invention is extremely small, the measurement accuracy of the planar shape is improved. Has no effect. However, otherwise the measurement accuracy is reduced.

これについて具体的に説明する。図4は、βがωの20%となる条件で生成された干渉縞の波形を示す波形図である。この条件は、ωがβに対して十分に大きくない場合の一例である。図4において、横軸は、撮像素子20を構成する全画素のうち、連続する50個の画素で構成されるある画素群において、各画素の位置を示している。例えば、0は、一つ目の画素の位置を示し、1は、次の画素の位置を示し、2は、その次の画素の位置を示している。縦軸は、撮像素子20によって干渉縞を撮影したときに撮像素子20の各画素から出力された受光信号のレベルを示している。   This will be specifically described. FIG. 4 is a waveform diagram showing a waveform of interference fringes generated under the condition that β is 20% of ω. This condition is an example when ω is not sufficiently large with respect to β. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the position of each pixel in a pixel group composed of 50 continuous pixels among all the pixels constituting the image sensor 20. For example, 0 indicates the position of the first pixel, 1 indicates the position of the next pixel, and 2 indicates the position of the next pixel. The vertical axis indicates the level of the light reception signal output from each pixel of the image sensor 20 when the image sensor 20 captures the interference fringes.

図5は、図4に示す干渉縞の波形について、非特許文献1に開示された方法を用いて、位相φを算出した結果を示すグラフである。図5の横軸は、図4の横軸と同じであり、図5の縦軸は、位相φを示している。図5に示すグラフは、測定面90の傾きによって生じる直線的な位相変化βxを含むので、図5に示すグラフから直線的な位相変化βxを引いた結果を、図6に示す。図6の横軸は、図4のグラフの横軸と同じであり、縦軸は、図5に示すグラフで示される位相と直線的な位相変化βxとの位相差を示している。   FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the phase φ using the method disclosed in Non-Patent Document 1 for the interference fringe waveform shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 is the same as the horizontal axis in FIG. 4, and the vertical axis in FIG. 5 indicates the phase φ. Since the graph shown in FIG. 5 includes the linear phase change βx caused by the inclination of the measurement surface 90, the result of subtracting the linear phase change βx from the graph shown in FIG. 5 is shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 6 is the same as the horizontal axis of the graph of FIG. 4, and the vertical axis shows the phase difference between the phase shown in the graph of FIG. 5 and the linear phase change βx.

図6のグラフに比較的大きなギザギザが発生するのは、ωがβに対して十分に大きくない、すなわち、ステージ40の傾きの誤差が大きいからである。位相差を干渉縞の位相とみなすと、位相に、0.02rad程度の誤差が発生していることが分かる。この誤差を測定面90の高さ(=位相・λ/4π)に換算すると、1nm程度の誤差となる。位相を空間的に平均化することにより、誤差を低減できるが、平均化すると、測定空間において、空間分解能が低下する。   The reason why the relatively large jaggedness is generated in the graph of FIG. 6 is that ω is not sufficiently large with respect to β, that is, the error of the tilt of the stage 40 is large. When the phase difference is regarded as the phase of the interference fringes, it can be seen that an error of about 0.02 rad occurs in the phase. When this error is converted into the height of the measurement surface 90 (= phase · λ / 4π), the error is about 1 nm. By averaging the phases spatially, errors can be reduced, but when averaged, the spatial resolution is reduced in the measurement space.

第1実施形態を用いた位相φの算出について説明する。図7は、撮像素子20の一つの画素を示す模式図である。撮像素子20を構成する各画素は、有限の開口を有しており、従って、干渉縞が撮像素子20によって撮影されたとき、一つの画素から出力される受光信号Pは、式(3)で示すことができる。   Calculation of the phase φ using the first embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing one pixel of the image sensor 20. Each pixel constituting the image sensor 20 has a finite aperture. Therefore, when an interference fringe is imaged by the image sensor 20, the light reception signal P output from one pixel is expressed by Expression (3). Can show.

A、B、ω、β、φについては、既に説明している。一つの画素によって受光されるエリアをN1〜N2で示している。エリアは、実際には二次元であるが、簡単にするために一次元で示している。   A, B, ω, β, and φ have already been described. The areas received by one pixel are indicated by N1 and N2. The area is actually two-dimensional, but is shown in one dimension for simplicity.

撮像素子20を構成する全画素のうち、ある画素を画素nとする。撮像素子20によって干渉縞を撮影したときに、画素nから出力される受光信号の予測値をPとする。予測値Pを示す予測関数において、予測値Pは、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数に応じて異なる。第1実施形態では、4つの画素で干渉縞の1波長成分を検出するとして、予測値Pを示す予測関数を導く。実際には、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数が4になるように、測定面90を正確に傾斜させることはできず、誤差が生じる。 A pixel n is a pixel n among all the pixels constituting the image sensor 20. When taken interference fringe by the image sensor 20, the predicted value of the light receiving signal output from the pixel n and P n. In the prediction function representing the predicted value P n, the prediction value P n will depend on the number of pixels allocated to detect one wavelength component of the interference fringes. In the first embodiment, assuming that one wavelength component of an interference fringe is detected by four pixels, a prediction function indicating a prediction value Pn is derived. Actually, the measurement surface 90 cannot be tilted accurately so that the number of pixels allocated to detect one wavelength component of the interference fringe is 4, and an error occurs.

式(3)を基にすると、予測値Pを示す予測関数を、式(4)で示すことができる。nは、1以上の整数であり、撮像素子20を構成する各画素(言い換えれば、測定面90上の各位置)を示す。例えば、「1」は、1番目の画素であり、「2」は、その隣りの2番目の画素であり、「3」は、その隣りの3番目の画素を示す。 Based on Expression (3), a prediction function indicating the predicted value P n can be expressed by Expression (4). n is an integer of 1 or more, and indicates each pixel (in other words, each position on the measurement surface 90) that constitutes the imaging element 20. For example, “1” is the first pixel, “2” is the adjacent second pixel, and “3” indicates the adjacent third pixel.

ω+βをKとすれば、式(4)を式(5)で示すことができる。   If ω + β is K, Equation (4) can be expressed by Equation (5).

A1は、光学系6、測定面90の反射率等に依存する係数であり、上記Aに相当する係数である。   A1 is a coefficient depending on the reflectance of the optical system 6 and the measurement surface 90, and is a coefficient corresponding to the above A.

図8は、撮像素子20の連続する4つの画素である画素n、画素n+1、画素n+2、画素n+3を示す模式図である。これら連続する画素から出力される受光信号の予測値において、A1、B、β、φが等しいとすると、Pの実測値(画素nから出力された受光信号の値)を代入した式(5)を式(5−1)、Pn+1の実測値(画素n+1から出力された受光信号の値)を代入した式(5)を式(5−2)、Pn+2の実測値(画素n+2から出力された受光信号の値)を代入した式(5)を式(5−3)、Pn+3の実測値(画素n+3から出力された受光信号の値)を代入した式(5)を式(5−4)で示すことができる。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a pixel n, a pixel n + 1, a pixel n + 2, and a pixel n + 3, which are four consecutive pixels of the image sensor 20. Assuming that A1, B, β, and φ are equal in the predicted values of the received light signals output from these successive pixels, an equation (5) substituting the measured value of P n (the value of the received light signal output from pixel n). ) Is replaced with the formula (5-1), the measured value of P n + 1 (the value of the light reception signal output from the pixel n + 1) is substituted into the formula (5), the formula (5-2), and the measured value of P n + 2 (from the pixel n + 2). Expression (5) substituting the value of the received light reception signal) is replaced with Expression (5-3), and Expression (5) is substituted with the actual measurement value of P n + 3 (value of the light reception signal output from pixel n + 3) ( 5-4).

式(5−1)〜式(5−4)から、未定係数A1,B,K,φを算出できるが、第1実施形態では、A1を消去した以下の連立方程式F,Fn+1,Fn+2を用いて、未定係数B,K,φを算出する。 Although the undetermined coefficients A1, B, K, and φ can be calculated from the equations (5-1) to (5-4), in the first embodiment, the following simultaneous equations F n , F n + 1 , F with A1 eliminated The undetermined coefficients B, K, and φ are calculated using n + 2 .

=Pn+1−P
n+1=Pn+2−Pn+1
n+2=Pn+3−Pn+2
以上説明した未定係数の算出は、第1の算出部73によって実現される。すなわち、第1の算出部73は、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる撮像素子20の画素の数を4としたときに、干渉縞の二次元画像の撮影によって撮像素子20のn番目の画素から出力される受光信号の予測値Pを示す予測関数を、A1、B、β、φを未定係数とする式(4)とし、撮像素子20の連続する複数の画素において、未定係数が等しいと見なし、式(4)、及び、干渉縞の二次元画像の撮影によってn番目の画素を含む連続する複数の画素のそれぞれから出力された受光信号の実測値を用いて、未定係数の解を算出する。そして、第1の算出部73は、撮像素子20を構成する所定数の画素のそれぞれについて、未定係数の解を算出する。なお、複数の画素の「複数」とは、未定係数を算出するのに必要が数であり、「所定数」とは、撮像素子20の全画素数以下の任意の値である。
F n = P n + 1 −P n
F n + 1 = P n + 2 −P n + 1
F n + 2 = P n + 3 −P n + 2
The calculation of the undetermined coefficient described above is realized by the first calculation unit 73. That is, when the number of pixels of the image sensor 20 allocated to detect one wavelength component of the interference fringe is 4, the first calculation unit 73 captures the n of the image sensor 20 by capturing a two-dimensional image of the interference fringe. The prediction function indicating the predicted value P n of the received light signal output from the th pixel is represented by Expression (4) using A1, B, β, and φ as undetermined coefficients. It is assumed that the coefficients are equal, and using formula (4) and the measured value of the received light signal output from each of a plurality of consecutive pixels including the nth pixel by photographing a two-dimensional image of interference fringes, an undetermined coefficient Calculate the solution of Then, the first calculation unit 73 calculates an undetermined coefficient solution for each of a predetermined number of pixels constituting the image sensor 20. The “plurality” of the plurality of pixels is a number necessary to calculate the undetermined coefficient, and the “predetermined number” is an arbitrary value equal to or less than the total number of pixels of the image sensor 20.

連立方程式F,Fn+1,Fn+2を用いた解析の第1例を説明する。図9は、干渉縞の波形の第1例を示す波形図である。図9の横軸は、図4の横軸と同じであり、縦軸は、図4の縦軸と同じである。連立方程式では、A1が消去されているので、図9に示す干渉縞の波形は、B=1.1、β=0.3、φ=0.2として、式(6)で示すことができる。 A first example of analysis using simultaneous equations F n , F n + 1 , and F n + 2 will be described. FIG. 9 is a waveform diagram showing a first example of the interference fringe waveform. The horizontal axis in FIG. 9 is the same as the horizontal axis in FIG. 4, and the vertical axis is the same as the vertical axis in FIG. Since A1 is eliminated in the simultaneous equations, the waveform of the interference fringes shown in FIG. 9 can be expressed by equation (6) with B = 1.1, β = 0.3, and φ = 0.2. .

図9に示す波形図で示される受光信号のレベルを実測値とし、連立方程式F,Fn+1,Fn+2を用いて算出されたB、β、φは、上記B=1.1、β=0.3、φ=0に対して、0.1%以下の誤差にすることができた。 B, β, and φ calculated using simultaneous equations F n , F n + 1 , and F n + 2 with the level of the received light signal shown in the waveform diagram of FIG. 9 as an actual measurement value are B = 1.1 and β = For 0.3 and φ = 0, an error of 0.1% or less was achieved.

連立方程式F,Fn+1,Fn+2を用いた解析の第2例を、非特許文献1に開示された方法を用いた解析例と比較して説明する。図10は、測定面90のある箇所の位相のデータを示すグラフである。このグラフは、評価用のモデルデータである。図10の横軸は、撮像素子20を構成する全画素のうち、連続する40個の画素で構成されるある画素群において、各画素の位置を示している。図10の縦軸は、位相φを示している。 A second example of analysis using simultaneous equations F n , F n + 1 , and F n + 2 will be described in comparison with an analysis example using the method disclosed in Non-Patent Document 1. FIG. 10 is a graph showing phase data at a certain location on the measurement surface 90. This graph is model data for evaluation. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the position of each pixel in a pixel group composed of 40 consecutive pixels among all the pixels constituting the image sensor 20. The vertical axis in FIG. 10 indicates the phase φ.

図11は、図10に示すデータに対応する干渉縞の波形を示す波形図である。ここでは、ωをπ/2、βを0.2としている。図11の横軸は、図10の横軸と同じであり、縦軸は、図4の縦軸と同じである。   FIG. 11 is a waveform diagram showing a waveform of interference fringes corresponding to the data shown in FIG. Here, ω is π / 2 and β is 0.2. The horizontal axis in FIG. 11 is the same as the horizontal axis in FIG. 10, and the vertical axis is the same as the vertical axis in FIG.

図12は、図11に示される受光信号の値(実測値)及び連立方程式F,Fn+1,Fn+2を用いて位相φを算出した結果を示すグラフである。図12の横軸は、図10の横軸と同じであり、図12の縦軸は、図10の縦軸と同じである。 FIG. 12 is a graph showing the result of calculating the phase φ using the value (actual value) of the received light signal and the simultaneous equations F n , F n + 1 , and F n + 2 shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 12 is the same as the horizontal axis in FIG. 10, and the vertical axis in FIG. 12 is the same as the vertical axis in FIG.

位相φの算出は、第2の算出部74によって実現される。すなわち、第2の算出部74は、第1の算出部73によって算出された未定係数の解のうち、位相を示すφの解を用いて、n番目の画素に対応する測定面90の箇所の高さを算出する。測定面90の高さ=位相・λ/4πなので、第2の算出部74は、その式からn番目の画素に対応する測定面90の箇所の高さを算出することができる。第2の算出部74は、所定数の画素のそれぞれのφの解を用いて、所定数の画素のそれぞれに対応する測定面90の箇所の高さを算出する。「所定数」とは、上述したように、撮像素子20の全画素数以下の任意の値である。   The calculation of the phase φ is realized by the second calculation unit 74. That is, the second calculation unit 74 uses the solution of φ indicating the phase among the solutions of the undetermined coefficients calculated by the first calculation unit 73, and calculates the location of the measurement surface 90 corresponding to the nth pixel. Calculate the height. Since the height of the measurement surface 90 = phase · λ / 4π, the second calculation unit 74 can calculate the height of the measurement surface 90 corresponding to the nth pixel from the equation. The second calculation unit 74 calculates the height of the location on the measurement surface 90 corresponding to each of the predetermined number of pixels using the solution of φ of each of the predetermined number of pixels. The “predetermined number” is an arbitrary value equal to or less than the total number of pixels of the image sensor 20 as described above.

第1の算出部73は、撮像素子20を構成する各画素について、上記未定係数の解を算出し、第2の算出部74は、撮像素子20を構成する各画素に対応するφを用いて、各画素に対応する測定面90の箇所の高さを算出する。これにより、測定面90の表面形状が算出される。   The first calculation unit 73 calculates the solution of the undetermined coefficient for each pixel constituting the image sensor 20, and the second calculation unit 74 uses φ corresponding to each pixel constituting the image sensor 20. The height of the measurement surface 90 corresponding to each pixel is calculated. Thereby, the surface shape of the measurement surface 90 is calculated.

図13は、図11に示される受光信号の値(実測値)及び非特許文献1に開示された方法を用いて位相φを算出した結果を示すグラフである。図13の横軸は、図10の横軸と同じであり、図13の縦軸は、図10の縦軸と同じである。   FIG. 13 is a graph showing the result of calculating the phase φ using the value (actual value) of the received light signal shown in FIG. 11 and the method disclosed in Non-Patent Document 1. The horizontal axis in FIG. 13 is the same as the horizontal axis in FIG. 10, and the vertical axis in FIG. 13 is the same as the vertical axis in FIG.

図12に示すグラフは、図13に示すグラフよりも、図10に示すグラフに近いことが分かる。従って、第1実施形態によれば、非特許文献1に開示された方法を用いた場合と比べて、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数に誤差が生じても、測定面90の表面形状を正確に測定できる。   It can be seen that the graph shown in FIG. 12 is closer to the graph shown in FIG. 10 than the graph shown in FIG. Therefore, according to the first embodiment, as compared with the case where the method disclosed in Non-Patent Document 1 is used, even if an error occurs in the number of pixels assigned to detect one wavelength component of interference fringes, measurement is performed. The surface shape of the surface 90 can be accurately measured.

第1実施形態の主な効果を説明する。撮像素子20を構成する各画素は、有限の開口を有するので、各画素から出力される受光信号の強度は、各画素の大きさに依存する。これを式で示すと、上述した式(3)となる。画素が大きければ、その画素から出力される受光信号の強度が大きくなり、画素が小さければ、その画素から出力される受光信号の強度が小さくなる。干渉縞は、空間的な強度分布を有しており、干渉縞の密度が高い場合、特に、各画素から出力される受光信号の強度は、各画素の大きさに依存する。   The main effects of the first embodiment will be described. Since each pixel constituting the image sensor 20 has a finite aperture, the intensity of the light reception signal output from each pixel depends on the size of each pixel. When this is expressed by an equation, the above equation (3) is obtained. If the pixel is large, the intensity of the light reception signal output from the pixel increases. If the pixel is small, the intensity of the light reception signal output from the pixel decreases. The interference fringes have a spatial intensity distribution, and when the density of the interference fringes is high, in particular, the intensity of the received light signal output from each pixel depends on the size of each pixel.

第1実施形態では、4つの画素で干渉縞の1波長成分を検出すると見なし、式(3)を基にして、予測値Pを示す予測関数の式(4)を導いている。そして、第1実施形態は、式(4)及び干渉縞の受光信号の実測値から、式(4)の未定係数を算出することにより、位相φを算出している(実際には、計算の便宜のために、式(4)から式(5)を導き、式(5)及び干渉縞の受光信号の実測値から、式(5)の未定係数を算出している。これは、式(4)及び干渉縞の受光信号の実測値から、式(4)の未定係数を算出するのと実質的に同じである)。従って、第1実施形態によれば、図1に示すステージ40を傾けることによって測定面90が傾斜された状態で生成された干渉縞について、この干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てられる画素数に誤差が生じても、測定面90の表面形状を正確に測定できる。 In the first embodiment, it is assumed that one wavelength component of the interference fringe is detected by four pixels, and the prediction function equation (4) indicating the prediction value P n is derived based on the equation (3). In the first embodiment, the phase φ is calculated by calculating the undetermined coefficient of Expression (4) from Expression (4) and the actually measured value of the interference fringe light reception signal (in practice, the calculation of For convenience, the equation (5) is derived from the equation (4), and the undetermined coefficient of the equation (5) is calculated from the equation (5) and the actually measured value of the interference fringe light reception signal. 4) and from the actual measurement value of the interference fringe light reception signal, it is substantially the same as calculating the undetermined coefficient of equation (4)). Therefore, according to the first embodiment, an interference fringe generated with the measurement surface 90 tilted by tilting the stage 40 shown in FIG. 1 is assigned to detect one wavelength component of the interference fringe. Even if an error occurs in the number of pixels, the surface shape of the measurement surface 90 can be accurately measured.

そして、第1実施形態によれば、干渉縞の局所毎に、そこでの干渉縞の位相を計算するので、干渉縞が途切れる箇所(例えば、測定面90の端部に対応する箇所)や測定面90の局所にゴミ等の異物が存在しても、測定面90の表面形状を正確に測定できる。   And according to 1st Embodiment, since the phase of an interference fringe there is calculated for every local of an interference fringe, the location (for example, location corresponding to the edge part of the measurement surface 90) and a measurement surface where an interference fringe is interrupted Even if foreign matter such as dust exists locally at 90, the surface shape of the measurement surface 90 can be measured accurately.

式(4)は、測定光と参照光との干渉において、多重干渉がない場合を前提にしている。このため第1実施形態は、測定光と参照光との干渉において、多重干渉がない場合に特に有効である。   Equation (4) assumes that there is no multiple interference in the interference between the measurement light and the reference light. Therefore, the first embodiment is particularly effective when there is no multiple interference in the interference between the measurement light and the reference light.

また、第1実施形態によれば、フィゾー干渉計で干渉縞の二次元画像を撮影するので、フィゾー干渉計の利点を利用して、測定面90の表面形状を測定できる。フィゾー干渉計の利点とは、例えば、測定光の光路と参照光の光路とが、概ね共通しているので、光学系6内の空気の揺らぎ等の外乱の影響を受けにくい。   Further, according to the first embodiment, since a two-dimensional image of interference fringes is taken with the Fizeau interferometer, the surface shape of the measurement surface 90 can be measured using the advantage of the Fizeau interferometer. The advantage of the Fizeau interferometer is that, for example, the optical path of the measurement light and the optical path of the reference light are generally the same, so that the Fizeau interferometer is hardly affected by disturbances such as air fluctuations in the optical system 6.

第1実施形態において、図1に表面形状測定装置1aは、測定面90を水平にして、表面形状を測定しているが、測定面90を有する試料9を立て掛けた状態で、測定面90の表面形状を測定してもよい。これを変形例として簡単に説明する。図14は、第1実施形態の変形例に係る表面形状測定装置1bの構成を示すブロック図である。図14において、図1に示す表面形状測定装置1aと同じ構成要素については、同一符号を付すことにより説明を省略する。また、図14において、図1に示すステージ制御部5及びコンピュータ7の図示は省略されている。   In the first embodiment, the surface shape measuring apparatus 1a shown in FIG. 1 measures the surface shape with the measurement surface 90 horizontal, and the measurement surface 90 is placed in a state where the sample 9 having the measurement surface 90 is leaned. The surface shape may be measured. This will be briefly described as a modified example. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a surface shape measuring apparatus 1b according to a modification of the first embodiment. In FIG. 14, the same components as those of the surface shape measuring apparatus 1a shown in FIG. In FIG. 14, the stage controller 5 and the computer 7 shown in FIG. 1 are not shown.

表面形状測定装置1bは、測定面90の傾きを調整するのではなく、参照面の傾きを調整するタイプであり、除振台11、保持部12、ユニット13、ユニット14及びステージ装置4を備える。保持部12は、除振台11に取り付けられている。   The surface shape measuring apparatus 1b is a type that adjusts the inclination of the reference surface rather than adjusting the inclination of the measurement surface 90, and includes the vibration isolation table 11, the holding unit 12, the unit 13, the unit 14, and the stage device 4. . The holding unit 12 is attached to the vibration isolation table 11.

ユニット13、ユニット14、ステージ装置4の順に、カメラ2の光軸に沿って並んでいる。   The unit 13, unit 14, and stage device 4 are arranged in this order along the optical axis of the camera 2.

ユニット13は、カメラ2、レーザ光源3、レンズ60、ビームスプリッタ61及びレンズ64を備え、保持部12によって保持されている。   The unit 13 includes a camera 2, a laser light source 3, a lens 60, a beam splitter 61, and a lens 64, and is held by the holding unit 12.

ユニット14は、レンズ62を備え、保持部12によって保持されている。   The unit 14 includes a lens 62 and is held by the holding unit 12.

保持部12は、ステージ装置4を起立させた状態でステージ装置4を保持している。   The holding unit 12 holds the stage device 4 in a state where the stage device 4 is raised.

ステージ装置4は、ステージ40、駆動部41、平板ガラス63及び保持部15を備える。測定面90を有する試料9は、ステージ40に立て掛けられている。ステージ40は、駆動部41を介して保持部15を支持している。保持部15は、平板ガラス63を保持する。駆動部41により保持部15の傾きが制御されることにより、平板ガラス63の傾きが制御される。   The stage device 4 includes a stage 40, a drive unit 41, a flat glass 63, and a holding unit 15. The sample 9 having the measurement surface 90 is leaned against the stage 40. The stage 40 supports the holding unit 15 via the driving unit 41. The holding unit 15 holds the flat glass 63. The tilt of the flat glass 63 is controlled by controlling the tilt of the holding unit 15 by the driving unit 41.

薄い試料9を水平にしたとき、試料9の自重により、試料9が撓むことがある。変形例によれば、試料9を立て掛けた状態にするので、そのような撓みを防止できる。   When the thin sample 9 is leveled, the sample 9 may be bent due to its own weight. According to the modified example, since the sample 9 is in a leaning state, such bending can be prevented.

第2実施形態について、第1実施形態との相違点を主にして説明する。第2実施形態は、面積が大きい測定面の表面形状を測定する技術である。第2実施形態を簡単に説明すると、第2実施形態では、干渉縞を複数の領域に分割し、複数の領域のそれぞれの二次元画像を撮影し、撮影した二次元画像をつなげる技術である。   The second embodiment will be described mainly with respect to differences from the first embodiment. The second embodiment is a technique for measuring the surface shape of a measurement surface having a large area. The second embodiment will be briefly described. In the second embodiment, the interference fringes are divided into a plurality of regions, two-dimensional images of the plurality of regions are photographed, and the photographed two-dimensional images are connected.

測定面90の面積が大きければ、干渉縞の面積も大きくなる。図1に示す表面形状測定装置1aに備えられる撮像素子20を用いて、面積が大きい干渉縞を撮影するには、この撮影に光学系6を対応させる必要がある。例えば、大口径のレンズ62に用いる必要がある。これでは、光学系6のコストが上昇する。また、空間分解能は、撮像素子20の画素数で決定される。現状では、画素数の上限は、一般に4000×4000である。このため、図1に示す表面形状測定装置1aに備えられる撮像素子20を用いて、面積が大きい干渉縞を撮影すると、空間分解能が低下する。   If the area of the measurement surface 90 is large, the area of interference fringes also increases. In order to photograph an interference fringe having a large area using the image sensor 20 provided in the surface shape measuring apparatus 1a shown in FIG. 1, the optical system 6 needs to correspond to this photographing. For example, it is necessary to use for the large-diameter lens 62. This increases the cost of the optical system 6. The spatial resolution is determined by the number of pixels of the image sensor 20. At present, the upper limit of the number of pixels is generally 4000 × 4000. For this reason, if an interference fringe with a large area is imaged using the imaging device 20 provided in the surface shape measuring apparatus 1a shown in FIG. 1, the spatial resolution is lowered.

また、第1実施形態及び第2実施形態のように、局所的な干渉縞の波形に対して、収束計算を用いて位相φを算出する場合、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる画素数が4近傍の値になるように、ステージ40で測定面90の傾斜を設定することが望ましい。しかし、測定面90のうねり(凹凸)が大きければ、測定面90の全体にわたって、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる画素数を4近傍の値になるように、ステージ40で測定面90の傾斜を設定することは困難である。   Further, as in the first embodiment and the second embodiment, when the phase φ is calculated using the convergence calculation for the waveform of the local interference fringe, it is assigned to detect one wavelength component of the interference fringe. It is desirable to set the inclination of the measurement surface 90 on the stage 40 so that the number of pixels becomes a value in the vicinity of 4. However, if the undulation (unevenness) of the measurement surface 90 is large, the measurement surface 90 is measured by the stage 40 so that the number of pixels allocated to detect one wavelength component of the interference fringe becomes a value close to 4 over the entire measurement surface 90. It is difficult to set 90 slopes.

そこで、第2実施形態では、干渉縞を複数の領域に分割して撮影する。図15は、第2実施形態に係る表面形状測定装置1cの構成を示すブロック図である。図1に示す表面形状測定装置1aと同じ構成要素については、同一符号を付すことにより説明を省略する。   Therefore, in the second embodiment, the interference fringes are divided into a plurality of areas and photographed. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a surface shape measuring apparatus 1c according to the second embodiment. About the same component as the surface shape measuring apparatus 1a shown in FIG. 1, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

ステージ40は、水平スライド部43を備える。水平スライド部43は、駆動部41を介してステージ40を支持しており、ステージ制御部5の制御に従って、ステージ40及び駆動部41と一緒に、ベース部42上を水平に移動する。   The stage 40 includes a horizontal slide part 43. The horizontal slide unit 43 supports the stage 40 via the drive unit 41 and moves horizontally on the base unit 42 together with the stage 40 and the drive unit 41 according to the control of the stage control unit 5.

制御部70は、分割部75、撮影制御部76及び画像生成部77の機能を備える。   The control unit 70 includes functions of a dividing unit 75, a shooting control unit 76, and an image generating unit 77.

分割部75は、撮像素子20による撮影視野より広い干渉縞を、隣り合う領域が部分的に重なるように、撮影視野より狭い複数の領域に分割する。   The dividing unit 75 divides the interference fringes wider than the photographing field of view by the image sensor 20 into a plurality of regions narrower than the photographing field so that adjacent regions partially overlap.

図16は、分割部75によって、複数の領域31に分割された干渉縞30の一例を説明する説明図である。干渉縞30は、9つの領域31に分割されている。各領域31は、撮影視野32よりも狭く、隣り合う領域31が部分的に重なっている。各領域31は、仮想的な領域であり、各領域31を規定する点線は、実際には存在しない。   FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining an example of the interference fringes 30 divided into a plurality of regions 31 by the dividing unit 75. The interference fringe 30 is divided into nine regions 31. Each area 31 is narrower than the field of view 32 and adjacent areas 31 partially overlap. Each area 31 is a virtual area, and a dotted line that defines each area 31 does not actually exist.

ステージ制御部5は、水平スライド部43を水平に移動させることにより、ステージ40を水平に移動させ、撮影視野32に複数の領域31(ここでは、9つの領域31)を順番に移動させる。   The stage control unit 5 moves the horizontal slide unit 43 horizontally, thereby moving the stage 40 horizontally, and sequentially moves a plurality of regions 31 (here, nine regions 31) to the imaging field of view 32.

撮影制御部76は、撮影視野32に移動してきた領域31の二次元画像を撮像素子20に撮影させる。   The imaging control unit 76 causes the imaging device 20 to capture a two-dimensional image of the region 31 that has moved to the imaging visual field 32.

上述したように、測定面90のうねり(凹凸)が大きければ、測定面90の全体にわたって、干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる画素数を4近傍の値になるように、ステージ制御部5が測定面90の傾斜を設定することは困難である。そこで、ステージ制御部5は、領域31毎に、測定面90(領域31)の傾きを調整する。これにより、領域31の撮影毎に、測定面90の絶対位置が変化する。   As described above, if the undulation (unevenness) of the measurement surface 90 is large, the stage control is performed so that the number of pixels allocated to detect one wavelength component of the interference fringe is a value close to 4 over the entire measurement surface 90. It is difficult for the unit 5 to set the inclination of the measurement surface 90. Therefore, the stage control unit 5 adjusts the inclination of the measurement surface 90 (region 31) for each region 31. As a result, the absolute position of the measurement surface 90 changes every time the region 31 is imaged.

そこで、画像生成部77は、部分的な重なりを目印にして、撮像素子20によって撮影された複数の領域31の二次元画像をつなげて、干渉縞30の二次元画像を生成する。   Therefore, the image generation unit 77 connects the two-dimensional images of the plurality of regions 31 photographed by the imaging element 20 using the partial overlap as a mark, and generates a two-dimensional image of the interference fringes 30.

図17は、隣り合う二つの領域31a,31bの二次元画像をつなげる方法を説明する説明図である。領域31aの二次元画像と領域31bの二次元画像との部分的な重なりを、重なり部分33として示す。画像生成部77は、重なり部分33において、一直線上にない三点を決定し、領域31aの二次元画像の三点と領域31bの二次元画像の三点とが重なるように、領域31aの二次元画像と領域31bの二次元画像とをつなげる。   FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining a method of connecting two-dimensional images of two adjacent regions 31a and 31b. A partial overlap between the two-dimensional image of the region 31 a and the two-dimensional image of the region 31 b is shown as an overlapping portion 33. The image generation unit 77 determines three points that are not on a straight line in the overlapping portion 33, and the two points of the region 31a overlap so that the three points of the two-dimensional image of the region 31a and the three points of the two-dimensional image of the region 31b overlap. The two-dimensional image and the two-dimensional image of the region 31b are connected.

第2実施形態によれば、測定面90の面積が大きい場合でも、測定面90の表面形状を測定する精度を高めることができる。   According to the second embodiment, the accuracy of measuring the surface shape of the measurement surface 90 can be increased even when the area of the measurement surface 90 is large.

1a,1b,1c 表面形状測定装置
6 光学系
20 撮像素子
40 ステージ
65 平板ガラスの上面(参照面の一例)
66 光軸
90 測定面
1a, 1b, 1c Surface shape measuring device 6 Optical system 20 Imaging device 40 Stage 65 Upper surface of flat glass (an example of reference surface)
66 Optical axis 90 Measuring surface

Claims (4)

測定面及び参照面を通る光軸を有し、前記光軸と直交する面に対して、前記測定面及び前記傾斜面の少なくとも一方が傾斜された状態で、前記測定面に照射された光の反射光と前記参照面に照射された光の反射光とを干渉させることによって干渉縞を生成する光学系と、
前記光学系によって生成された前記干渉縞の二次元画像を撮影する撮像素子と、
前記干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる前記撮像素子の画素の数を4としたときに、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記撮像素子のn番目の画素から出力される受光信号の予測値Pを示す予測関数を、A1、B、β、φを未定係数とする下記式とし、前記撮像素子の連続する複数の画素において、前記未定係数が等しいと見なし、前記式、及び、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記n番目の画素を含む連続する複数の画素のそれぞれから出力された受光信号の実測値を用いて、前記未定係数の解を算出する第1の算出部と、
前記第1の算出部によって算出された前記未定係数の解のうち、位相を示す前記φの解を用いて、前記n番目の画素に対応する前記測定面の箇所の高さを算出する第2の算出部と、を備え、
前記第1の算出部は、前記撮像素子を構成する所定数の画素のそれぞれについて、前記未定係数の解を算出し、
前記第2の算出部は、前記所定数の画素のそれぞれの前記φの解を用いて、前記所定数の画素のそれぞれに対応する前記測定面の箇所の高さを算出する表面形状測定装置。

(ここで、nは、整数を示し、ωは、空間周波数を示す。)
An optical axis passing through the measurement surface and the reference surface, and at least one of the measurement surface and the inclined surface is inclined with respect to a surface orthogonal to the optical axis; An optical system that generates interference fringes by causing interference between reflected light and reflected light of light irradiated on the reference surface;
An image sensor that captures a two-dimensional image of the interference fringes generated by the optical system;
When the number of pixels of the image sensor assigned to detect one wavelength component of the interference fringe is 4, light reception output from the nth pixel of the image sensor by capturing a two-dimensional image of the interference fringe The prediction function indicating the predicted value P n of the signal is represented by the following equation where A1, B, β, and φ are undetermined coefficients, and the undetermined coefficients are considered to be equal in a plurality of consecutive pixels of the image sensor, And a first solution that calculates a solution of the undetermined coefficient using an actual measurement value of a light reception signal output from each of a plurality of consecutive pixels including the nth pixel by capturing a two-dimensional image of the interference fringes. A calculation unit;
Second of calculating the height of the position of the measurement surface corresponding to the nth pixel using the solution of φ indicating the phase among the solutions of the undetermined coefficient calculated by the first calculation unit. And a calculation unit of
The first calculation unit calculates a solution of the undetermined coefficient for each of a predetermined number of pixels constituting the image sensor,
The second calculation unit is a surface shape measurement device that calculates a height of a portion of the measurement surface corresponding to each of the predetermined number of pixels using a solution of φ of each of the predetermined number of pixels.

(Here, n represents an integer, and ω represents a spatial frequency.)
前記測定面を有する試料が載置されるステージと、
前記撮像素子による撮影視野より広い前記干渉縞を、隣り合う領域が部分的に重なるように、前記撮影視野より狭い複数の前記領域に分割する分割部と、
前記ステージを移動させることにより、前記撮影視野に複数の前記領域を順番に移動させるステージ制御部と、
前記撮影視野に移動してきた前記領域の二次元画像を前記撮像素子に撮影させる撮像制御部と、
前記部分的な重なりを目印にして、複数の前記領域の二次元画像をつなげて、前記干渉縞の二次元画像を生成する画像生成部と、をさらに備える請求項1に記載の表面形状測定装置。
A stage on which a sample having the measurement surface is placed;
A division unit that divides the interference fringes wider than the imaging field of view by the image sensor into a plurality of regions narrower than the imaging field so that adjacent regions partially overlap;
A stage control unit that moves the plurality of regions in order in the imaging field of view by moving the stage;
An imaging control unit that causes the imaging device to capture a two-dimensional image of the region that has moved to the imaging field;
The surface shape measurement apparatus according to claim 1, further comprising: an image generation unit that generates a two-dimensional image of the interference fringes by connecting two-dimensional images of the plurality of regions using the partial overlap as a mark. .
前記光学系及び前記撮像素子を含むフィゾー干渉計を備える請求項1又は2に記載の表面形状測定装置。   The surface shape measuring apparatus of Claim 1 or 2 provided with the Fizeau interferometer containing the said optical system and the said image pick-up element. 測定面及び参照面を通る光軸を有し、前記光軸と直交する面に対して、前記測定面及び前記傾斜面の少なくとも一方が傾斜された状態で、前記測定面に照射された光の反射光と前記参照面に照射された光の反射光とを干渉させて、干渉縞を生成する生成ステップと、
前記生成ステップによって生成された前記干渉縞の二次元画像を、撮像素子を用いて撮影する撮影ステップと、
前記撮影ステップによって撮影される前記干渉縞の1波長成分を検出するのに割り当てる前記撮像素子の画素の数を4としたときに、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記撮像素子のn番目の画素から出力される受光信号の予測値Pを示す予測関数を、A1、B、β、φを未定係数とする下記式とし、前記撮像素子の連続する複数の画素において、前記未定係数が等しいと見なし、前記式、及び、前記干渉縞の二次元画像の撮影によって前記n番目の画素を含む連続する複数の画素のそれぞれから出力された受光信号の実測値を用いて、前記未定係数の解を算出する第1の算出ステップと、
前記第1の算出ステップによって算出された前記未定係数の解のうち、位相を示す前記φの解を用いて、前記n番目の画素に対応する前記測定面の箇所の高さを算出する第2の算出ステップと、を備え、
前記第1の算出ステップは、前記撮像素子を構成する所定数の画素のそれぞれについて、前記未定係数の解を算出し、
前記第2の算出ステップは、前記所定数の画素のそれぞれの前記φの解を用いて、前記所定数の画素のそれぞれに対応する前記測定面の箇所の高さを算出する表面形状測定方法。

(ここで、nは、整数を示し、ωは、空間周波数を示す。)
An optical axis passing through the measurement surface and the reference surface, and at least one of the measurement surface and the inclined surface is inclined with respect to a surface orthogonal to the optical axis; Generating the interference fringes by causing the reflected light and the reflected light of the light irradiated on the reference surface to interfere with each other;
A photographing step of photographing a two-dimensional image of the interference fringes generated by the generating step using an imaging element;
When the number of pixels of the image sensor allocated to detect one wavelength component of the interference fringe imaged in the imaging step is 4, the n-th image sensor image is captured by capturing a two-dimensional image of the interference fringe. The prediction function indicating the predicted value P n of the received light signal output from each pixel is represented by the following equation where A1, B, β, and φ are undetermined coefficients, and the undetermined coefficient is determined for a plurality of consecutive pixels of the image sensor. The undetermined coefficient of the undetermined coefficient by using the measured value of the received light signal output from each of a plurality of consecutive pixels including the n-th pixel by photographing the two-dimensional image of the interference fringes. A first calculating step for calculating a solution;
Secondly, the height of the portion of the measurement surface corresponding to the nth pixel is calculated using the solution of φ indicating the phase among the solutions of the undetermined coefficient calculated in the first calculation step. And a calculation step of
The first calculating step calculates a solution of the undetermined coefficient for each of a predetermined number of pixels constituting the image sensor,
The second calculation step is a surface shape measurement method for calculating a height of a portion of the measurement surface corresponding to each of the predetermined number of pixels using a solution of φ of each of the predetermined number of pixels.

(Here, n represents an integer, and ω represents a spatial frequency.)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112017004529T5 (en) 2016-09-09 2019-05-29 Denso Corporation DEVICE TEMPERATURE REGULATOR
WO2023084952A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 株式会社コベルコ科研 Wafer thickness measurement device and method for same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060098209A1 (en) * 2004-11-05 2006-05-11 Smythe Robert A Method for calibration and removal of wavefront errors
WO2007088789A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Tokyo Institute Of Technology Surface shape measuring method and device using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060098209A1 (en) * 2004-11-05 2006-05-11 Smythe Robert A Method for calibration and removal of wavefront errors
WO2007088789A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Tokyo Institute Of Technology Surface shape measuring method and device using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112017004529T5 (en) 2016-09-09 2019-05-29 Denso Corporation DEVICE TEMPERATURE REGULATOR
WO2023084952A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 株式会社コベルコ科研 Wafer thickness measurement device and method for same

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