JP3497393B2 - 等位相縞の位相状態解析方法 - Google Patents
等位相縞の位相状態解析方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光反射体表面の形
状あるいは光透過体の厚みムラや屈折率分布を干渉縞あ
るいはモアレ縞を用いて解析測定する際の等位相縞の位
相状態解析方法に関し、特に、被検体表面が、互いに略
面一の状態に設定された複数の観察領域からなる場合、
あるいは被検体内部の屈折率分布が略均一に設定された
複数の観察領域からなる場合において、領域分割のため
の、縞情報が得られない分離帯が存在しても、この複数
の観察領域全体に亘る位相状態を解析測定し得る等位相
縞の位相状態解析方法に関するものである。
状あるいは光透過体の厚みムラや屈折率分布を干渉縞あ
るいはモアレ縞を用いて解析測定する際の等位相縞の位
相状態解析方法に関し、特に、被検体表面が、互いに略
面一の状態に設定された複数の観察領域からなる場合、
あるいは被検体内部の屈折率分布が略均一に設定された
複数の観察領域からなる場合において、領域分割のため
の、縞情報が得られない分離帯が存在しても、この複数
の観察領域全体に亘る位相状態を解析測定し得る等位相
縞の位相状態解析方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、干渉縞等の等高線縞を解析し
て被検体の表面形状を高精度に計測する手法が知られて
いる。
て被検体の表面形状を高精度に計測する手法が知られて
いる。
【０００３】例えば、ＩＣ基板として利用されるシリコ
ンウエハを吸着支持して、ウエハの表面チェックや表面
加工を行なうための吸着チャック装置においては試料を
吸着支持する基準面を光波長オーダーの面精度で加工し
なければならず、この基準面の面精度を測定するために
反射型の干渉縞計測による手法が用いられる。
ンウエハを吸着支持して、ウエハの表面チェックや表面
加工を行なうための吸着チャック装置においては試料を
吸着支持する基準面を光波長オーダーの面精度で加工し
なければならず、この基準面の面精度を測定するために
反射型の干渉縞計測による手法が用いられる。
【０００４】ところで、この吸着チャック装置は、図７
で示される如き形状とされており、台座本体１の上面に
は面精度の高い基準面２が形成され、その面内には複数
の吸引孔３が平均的に分布され、この吸引孔３における
吸引作用により、例えば、薄板状のシリコンウエハ４が
この基準面２上に吸着保持されるようになっている。
で示される如き形状とされており、台座本体１の上面に
は面精度の高い基準面２が形成され、その面内には複数
の吸引孔３が平均的に分布され、この吸引孔３における
吸引作用により、例えば、薄板状のシリコンウエハ４が
この基準面２上に吸着保持されるようになっている。
【０００５】このような基準面２の面精度を干渉縞計測
による手法を用いて計測する場合には、基準面２の全領
域における干渉縞情報を取り込んで（必要であれば縞走
査を行なって）、この取り込んだ情報に基づき所定の演
算を行なって位相分布（高さデータ）を得ることにな
る。
による手法を用いて計測する場合には、基準面２の全領
域における干渉縞情報を取り込んで（必要であれば縞走
査を行なって）、この取り込んだ情報に基づき所定の演
算を行なって位相分布（高さデータ）を得ることにな
る。
【０００６】ところが、上記した所定の演算によって
は、得られる位相値が（-π，π）の主値の範囲に折り
畳まれるため（位相ラッピング）、ダイナミックレンジ
の大きな位相に対しては位相値が不連続となり２πの整
数倍の不確定値を有するものとなる。したがって、実際
の表面形状に沿した位相分布を得るためには、このよう
に（-π，π）の主値の範囲に折り畳まれた位相分布Φ
（ｘ，ｙ）から元の連続な位相分布を求める位相アンラ
ッピング処理を施す必要がある。
は、得られる位相値が（-π，π）の主値の範囲に折り
畳まれるため（位相ラッピング）、ダイナミックレンジ
の大きな位相に対しては位相値が不連続となり２πの整
数倍の不確定値を有するものとなる。したがって、実際
の表面形状に沿した位相分布を得るためには、このよう
に（-π，π）の主値の範囲に折り畳まれた位相分布Φ
（ｘ，ｙ）から元の連続な位相分布を求める位相アンラ
ッピング処理を施す必要がある。
【０００７】このような位相アンラッピング処理を行な
う場合、ノイズの少ない滑らかな位相分布については単
純なアルゴリズムを用いて高精度な連続位相分布Φ
（ｘ，ｙ）を求めることが可能であるが、ノイズが多
く、モジュレーション（干渉縞振幅に依存する量）が低
い領域を含む場合には極めて難解な問題となり、連続位
相分布Φ（ｘ，ｙ）を求めることが困難となる。
う場合、ノイズの少ない滑らかな位相分布については単
純なアルゴリズムを用いて高精度な連続位相分布Φ
（ｘ，ｙ）を求めることが可能であるが、ノイズが多
く、モジュレーション（干渉縞振幅に依存する量）が低
い領域を含む場合には極めて難解な問題となり、連続位
相分布Φ（ｘ，ｙ）を求めることが困難となる。
【０００８】このような事情の下、近年になって、ノイ
ズが多かったりモジュレーションが低い場合において
も、位相アンラッピング処理を良好に行なうことができ
る手法が提案されている。
ズが多かったりモジュレーションが低い場合において
も、位相アンラッピング処理を良好に行なうことができ
る手法が提案されている。
【０００９】この手法は干渉縞のコントラストがより良
い（モジュレーションがより高い）部分に着目し、この
ような部分から順に位相アンラッピングしていく方法
で、計算機科学の分野で最小木問題（Minimum Spanning
Tree Problem）と称されるグラフ問題を応用したもの
であり、特にそれを用いた振幅最大木法が有効なものと
して知られている（第５５回（1994年）応用物理学会学
術講演会予稿集Ｐ803参照）。
い（モジュレーションがより高い）部分に着目し、この
ような部分から順に位相アンラッピングしていく方法
で、計算機科学の分野で最小木問題（Minimum Spanning
Tree Problem）と称されるグラフ問題を応用したもの
であり、特にそれを用いた振幅最大木法が有効なものと
して知られている（第５５回（1994年）応用物理学会学
術講演会予稿集Ｐ803参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す吸着チャック装置等においては、所定の処理が終了
した後において、過大な力を要することなくウエハ４を
基準面２から除去することができるように基準面２が格
子状の溝５によって複数の領域に分割されている。
示す吸着チャック装置等においては、所定の処理が終了
した後において、過大な力を要することなくウエハ４を
基準面２から除去することができるように基準面２が格
子状の溝５によって複数の領域に分割されている。
【００１１】このように溝５により観察領域が完全に複
数の領域に分割されている場合には、この溝５から有効
な干渉縞情報が得られないため、有効な干渉縞情報が得
られる観察領域が、干渉縞データ上において各々完全に
分割された領域となるから、基準面２に対する干渉縞情
報に基づき、この干渉縞情報が無い領域を含んだ状態で
所定の演算を行なって得られた位相分布に位相アンラッ
ピング処理を施すと解析データに誤差が生じるという問
題があった。
数の領域に分割されている場合には、この溝５から有効
な干渉縞情報が得られないため、有効な干渉縞情報が得
られる観察領域が、干渉縞データ上において各々完全に
分割された領域となるから、基準面２に対する干渉縞情
報に基づき、この干渉縞情報が無い領域を含んだ状態で
所定の演算を行なって得られた位相分布に位相アンラッ
ピング処理を施すと解析データに誤差が生じるという問
題があった。
【００１２】すなわち、上述した位相アンラッピング手
法を用いた場合においては、上記基準面２における、干
渉縞が生じない溝５に相当する部分がどうしても誤差要
因となり、基準面２の全体形状を正確に解析することは
難しい。
法を用いた場合においては、上記基準面２における、干
渉縞が生じない溝５に相当する部分がどうしても誤差要
因となり、基準面２の全体形状を正確に解析することは
難しい。
【００１３】また、干渉縞計測の手法を用いて被検面の
表面形状を得る場合、被検体設定部に設定された被検面
はどうしても若干の傾斜がついてしまうため、この被検
面の形状データを得る場合には、最小二乗法等を用いて
その傾きを補正する処理が最終的に必要となるが、位相
アンラッピングを行なって得られたデータに対してこの
ような傾き補正処理を加えると、干渉縞が発生していな
い前述した段差部分がデータ全体に対して重みとなり正
確な傾き補正ができないという問題もある。
表面形状を得る場合、被検体設定部に設定された被検面
はどうしても若干の傾斜がついてしまうため、この被検
面の形状データを得る場合には、最小二乗法等を用いて
その傾きを補正する処理が最終的に必要となるが、位相
アンラッピングを行なって得られたデータに対してこの
ような傾き補正処理を加えると、干渉縞が発生していな
い前述した段差部分がデータ全体に対して重みとなり正
確な傾き補正ができないという問題もある。
【００１４】このような問題は、被検体が透過物体から
なり、その観察領域が、干渉縞情報を得ることが困難な
分離帯により複数個に分割されている場合に、この観察
領域内部の屈折率分布、さらにはこの観察領域の厚みム
ラを透過型の干渉縞計測による手法を用いて測定する場
合においても同様に生じることになる。
なり、その観察領域が、干渉縞情報を得ることが困難な
分離帯により複数個に分割されている場合に、この観察
領域内部の屈折率分布、さらにはこの観察領域の厚みム
ラを透過型の干渉縞計測による手法を用いて測定する場
合においても同様に生じることになる。
【００１５】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、等位相縞を解析して被検体の表面形状、屈折率分
布あるいは厚みムラを測定する場合において、該被検体
が分離帯により複数の観察領域に分割され、かつ該分離
帯の縞情報を得ることができない場合においても、その
分離帯におけるデータが観察領域の位相解析に影響を与
えることがなく、高精度で観察領域の位相状態測定を行
なうことができる等位相縞の位相状態解析方法を提供す
ることを目的とするものである。
ので、等位相縞を解析して被検体の表面形状、屈折率分
布あるいは厚みムラを測定する場合において、該被検体
が分離帯により複数の観察領域に分割され、かつ該分離
帯の縞情報を得ることができない場合においても、その
分離帯におけるデータが観察領域の位相解析に影響を与
えることがなく、高精度で観察領域の位相状態測定を行
なうことができる等位相縞の位相状態解析方法を提供す
ることを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の等位相縞の位相
状態解析方法は、縞情報が存在しない分離帯と、この分
離帯により複数個に分割され、該分離帯を挟んで互いに
隣接する領域端部の位相差が、観察される等位相縞で１
／２縞よりも小さい縞情報値を有する観察領域とからな
る被検体の縞情報を取り込み、前記観察領域に前記分離
帯を含めて前記被検体の縞情報に基づく位相計算を行な
い、次いで、該位相計算により位相ラッピングされた位
相分布の位相アンラッピング処理を行ない、該位相アン
ラッピング処理が施された位相分布において、前記縞情
報が存在しない分離帯に対応する部分にマスキング処理
を施すことを特徴とするものである。
状態解析方法は、縞情報が存在しない分離帯と、この分
離帯により複数個に分割され、該分離帯を挟んで互いに
隣接する領域端部の位相差が、観察される等位相縞で１
／２縞よりも小さい縞情報値を有する観察領域とからな
る被検体の縞情報を取り込み、前記観察領域に前記分離
帯を含めて前記被検体の縞情報に基づく位相計算を行な
い、次いで、該位相計算により位相ラッピングされた位
相分布の位相アンラッピング処理を行ない、該位相アン
ラッピング処理が施された位相分布において、前記縞情
報が存在しない分離帯に対応する部分にマスキング処理
を施すことを特徴とするものである。
【００１７】また、マスキング処理が施された位相分布
に所定の関数補正処理を施すことを特徴とするものであ
る。
に所定の関数補正処理を施すことを特徴とするものであ
る。
【００１８】上記「分離帯を挟んで互いに隣接する領域
端部」とは、分離帯を挟んで互いに隣接する２つの観察
領域における、対向する分離帯境界部分を意味するもの
とする。
端部」とは、分離帯を挟んで互いに隣接する２つの観察
領域における、対向する分離帯境界部分を意味するもの
とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態につ
いて図面を参照しつつ具体的に説明する。
いて図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２０】図１は、本実施形態に係る等位相縞の位相
状態解析方法を説明するためのフローチャートである。
本実施形態方法においては、フィゾー型の反射型レーザ
干渉計を用いており、まず、ステップ１（Ｓ１）に示す
如く、分離帯によって複数の観察領域に分割された、光
反射体である被検面に対し、４ステップの縞走査（フリ
ンジスキャン）を行う。なお、分離帯は観察領域にピン
トを合わせた場合、干渉縞が生じないものとされてい
る。また、分離帯を挟んで隣接する２つの観察領域にお
ける、対向する分離体境界部分の位相差は１／２縞（垂
直入射の光波干渉計で入射光波長の１／４）よりも良好
であることが必要であり、さらに観察領域においてモジ
ュレーションの高い縞情報を得られることが必要であ
る。
状態解析方法を説明するためのフローチャートである。
本実施形態方法においては、フィゾー型の反射型レーザ
干渉計を用いており、まず、ステップ１（Ｓ１）に示す
如く、分離帯によって複数の観察領域に分割された、光
反射体である被検面に対し、４ステップの縞走査（フリ
ンジスキャン）を行う。なお、分離帯は観察領域にピン
トを合わせた場合、干渉縞が生じないものとされてい
る。また、分離帯を挟んで隣接する２つの観察領域にお
ける、対向する分離体境界部分の位相差は１／２縞（垂
直入射の光波干渉計で入射光波長の１／４）よりも良好
であることが必要であり、さらに観察領域においてモジ
ュレーションの高い縞情報を得られることが必要であ
る。
【００２１】次に、この縞走査により得られた４つの干
渉縞強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４から被検面の位相分布
Φ（ｘ，ｙ）を求める（Ｓ２）。なお、この場合の位相
分布Φ（ｘ，ｙ）は平面内の一直線上（図２の白矢印
上）における縞情報に基づいて求められる。
渉縞強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４から被検面の位相分布
Φ（ｘ，ｙ）を求める（Ｓ２）。なお、この場合の位相
分布Φ（ｘ，ｙ）は平面内の一直線上（図２の白矢印
上）における縞情報に基づいて求められる。
【００２２】この位相分布Φ（ｘ，ｙ）は−πからπの
間に畳み込まれた位相ラッピングデータとされているの
で、前述した振幅最大木法等の位相アンラッピング手法
を用いて位相アンラッピングを行い、連続する位相分布
Φ（ｘ，ｙ）を求める（Ｓ３）。
間に畳み込まれた位相ラッピングデータとされているの
で、前述した振幅最大木法等の位相アンラッピング手法
を用いて位相アンラッピングを行い、連続する位相分布
Φ（ｘ，ｙ）を求める（Ｓ３）。
【００２３】次に、連続位相分布Φ（ｘ，ｙ）におい
て、上記分離帯に相当する、モジュレーションが０の部
分についてマスキング処理を行う（Ｓ４）。ここでマス
キング処理とは、例えば除去したいデータに対して０
を、そのまま残したいデータに対して１を各々乗じる演
算処理をいうが、不要なデータのみを除去することがで
きれば、その他の態様のマスキング処理によることも可
能である。
て、上記分離帯に相当する、モジュレーションが０の部
分についてマスキング処理を行う（Ｓ４）。ここでマス
キング処理とは、例えば除去したいデータに対して０
を、そのまま残したいデータに対して１を各々乗じる演
算処理をいうが、不要なデータのみを除去することがで
きれば、その他の態様のマスキング処理によることも可
能である。
【００２４】最後に、このマスキング処理を施された連
続位相分布Φ（ｘ，ｙ）に対して最小二乗法を用いて傾
き補正を行う（Ｓ５）。このときパワー補正、ザイデル
収差の関数での補正、ツェルニケ多項式での補正等の他
の関数補正を同時に行ってもよい。
続位相分布Φ（ｘ，ｙ）に対して最小二乗法を用いて傾
き補正を行う（Ｓ５）。このときパワー補正、ザイデル
収差の関数での補正、ツェルニケ多項式での補正等の他
の関数補正を同時に行ってもよい。
【００２５】また、上述したステップ１（Ｓ１）とステ
ップ２（Ｓ２）との間において、所望の観察領域のみを
抽出するマスキング処理を位相アンラッピング計算前に
行なうようにすれば、その後の計算処理時間の短縮化を
図ることができ、形状解析処理の高速化を図ることがで
きる。
ップ２（Ｓ２）との間において、所望の観察領域のみを
抽出するマスキング処理を位相アンラッピング計算前に
行なうようにすれば、その後の計算処理時間の短縮化を
図ることができ、形状解析処理の高速化を図ることがで
きる。
【００２６】以下、本実施形態について、より詳細に説
明する。
明する。
【００２７】レーザ干渉計で縞走査法を用いた場合、例
えば４ステップ法だと、４回のフリンジスキャンにおけ
る干渉縞強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３，Ｉ４は以下の各式
（１）、（２）、（３）、（４）により表される。 Ｉ１(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)}] ・・・（１） Ｉ２(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)＋π／２}] ・・・（２） Ｉ３(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)＋π}] ・・・（３） Ｉ４(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)＋３π／２}] ・・・（４）
えば４ステップ法だと、４回のフリンジスキャンにおけ
る干渉縞強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３，Ｉ４は以下の各式
（１）、（２）、（３）、（４）により表される。 Ｉ１(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)}] ・・・（１） Ｉ２(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)＋π／２}] ・・・（２） Ｉ３(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)＋π}] ・・・（３） Ｉ４(ｘ，ｙ)=Ｉ０(ｘ，ｙ)[１＋γ(ｘ，ｙ)cos{Φ(ｘ，ｙ)＋３π／２}] ・・・（４）
【００２８】ここで、ｘ、ｙは座標、Φ（ｘ，ｙ）は位
相、Ｉ０（ｘ，ｙ）は各点での平均光強度、γ（ｘ，
ｙ）は干渉縞のモジュレーションを各々表す。なお、モ
ジュレーションとは、干渉縞振幅と略相関関係を有する
ものと考えて良く、具体的には下記式（５）により表さ
れる。
相、Ｉ０（ｘ，ｙ）は各点での平均光強度、γ（ｘ，
ｙ）は干渉縞のモジュレーションを各々表す。なお、モ
ジュレーションとは、干渉縞振幅と略相関関係を有する
ものと考えて良く、具体的には下記式（５）により表さ
れる。
【００２９】
【数１】
【００３０】上述した４つの式（１）、（２）、
（３）、（４）から、位相Φ（ｘ，ｙ）を求めると下記
式（６）となる。
（３）、（４）から、位相Φ（ｘ，ｙ）を求めると下記
式（６）となる。
【００３１】
【数２】
【００３２】このとき、上記式（６）が逆正接関数とな
っていることからも明らかなように、位相Φ（ｘ，ｙ）
は−πからπの間に畳み込まれている。なお、このよう
な状態のデータを通常位相ラッピングデータと称してい
る。この式で分母が０の場合（すなわちＩ１（ｘ，ｙ）
＝Ｉ３（ｘ，ｙ）の場合）は、分子が正であればπ／２
となり、負であれば−π／２となる。
っていることからも明らかなように、位相Φ（ｘ，ｙ）
は−πからπの間に畳み込まれている。なお、このよう
な状態のデータを通常位相ラッピングデータと称してい
る。この式で分母が０の場合（すなわちＩ１（ｘ，ｙ）
＝Ｉ３（ｘ，ｙ）の場合）は、分子が正であればπ／２
となり、負であれば−π／２となる。
【００３３】また、干渉縞が存在しない部分（図２の十
字線部分）は、Ｉ１（ｘ，ｙ）＝Ｉ ２（ｘ，ｙ）＝Ｉ３
（ｘ，ｙ）＝Ｉ４（ｘ，ｙ）＝０となるため、位相ラッ
ピングデータにおいてπ／２もしくは−π／２となる。
すなわち、干渉縞の存在しない領域でのデータは誤差と
なってしまう。
字線部分）は、Ｉ１（ｘ，ｙ）＝Ｉ ２（ｘ，ｙ）＝Ｉ３
（ｘ，ｙ）＝Ｉ４（ｘ，ｙ）＝０となるため、位相ラッ
ピングデータにおいてπ／２もしくは−π／２となる。
すなわち、干渉縞の存在しない領域でのデータは誤差と
なってしまう。
【００３４】しかし、このような干渉縞の存在しない領
域（分離帯）で分けられた両側の観察領域の、分離帯境
界部分の高さ（位相）が、略同じ高さ（少なくとも位相
差がπ未満、すなわち、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いたフィ
ゾー型干渉計の場合には、入射光の波長を考慮すると高
低差が０．１６μｍ以下である。したがって、被検面の
傾き調整を十分に行う必要がある。）であれば、前述し
た振幅最大木法等の位相アンラッピング方法を用いて解
析を行った場合、干渉縞の存在する観察領域のみを解析
する場合には計算誤差は生じていない。換言すれば、干
渉縞の存在しない分離帯部分について計算誤差が生じて
いる。
域（分離帯）で分けられた両側の観察領域の、分離帯境
界部分の高さ（位相）が、略同じ高さ（少なくとも位相
差がπ未満、すなわち、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いたフィ
ゾー型干渉計の場合には、入射光の波長を考慮すると高
低差が０．１６μｍ以下である。したがって、被検面の
傾き調整を十分に行う必要がある。）であれば、前述し
た振幅最大木法等の位相アンラッピング方法を用いて解
析を行った場合、干渉縞の存在する観察領域のみを解析
する場合には計算誤差は生じていない。換言すれば、干
渉縞の存在しない分離帯部分について計算誤差が生じて
いる。
【００３５】そこで、このような事実を考慮に入れ、本
実施形態においては、干渉縞が存在しない分離帯と、干
渉縞の存在する複数の観察領域とを含んだ全領域につい
て上記位相アンラッピング方法による計算を行なった
後、モジュレーションが０の領域（この段階ではモジュ
レーション値の判断が容易である）についてマスキング
処理を行って上記干渉縞が存在しない領域のデータを排
除し、干渉縞の存在しない分離帯部分についての計算誤
差が上記観察領域の解析値に影響を与えないようにして
いる。
実施形態においては、干渉縞が存在しない分離帯と、干
渉縞の存在する複数の観察領域とを含んだ全領域につい
て上記位相アンラッピング方法による計算を行なった
後、モジュレーションが０の領域（この段階ではモジュ
レーション値の判断が容易である）についてマスキング
処理を行って上記干渉縞が存在しない領域のデータを排
除し、干渉縞の存在しない分離帯部分についての計算誤
差が上記観察領域の解析値に影響を与えないようにして
いる。
【００３６】また、干渉縞計測の手法を用いて被検面の
表面形状を得る場合、被検体設定部に設定された被検面
はどうしても若干の傾斜がついてしまうため、この被検
面の実際の形状データを得る場合には、最小二乗法等を
用いてその傾きを補正する処理が最終的に必要となる。
しかし、位相アンラッピングを行なって得られた連続位
相分布に対してこのような傾き補正処理を加えると、干
渉縞が発生していない前述した分離帯に相当する部分が
データ全体に対して重みとなり正確な傾き補正ができな
いという問題があるが、本実施形態においては、モジュ
レーションが０となる領域についてマスキング処理を行
って上記干渉縞が存在しない領域のデータを排除してい
るので、最小二乗法により正確な傾き補正を行うことが
でき、正しい形状測定を実施することができる。なお、
干渉縞情報の無い分離帯を挟んで隣接する領域の位相差
が１／２縞より小さい傾きであることが条件となる。
表面形状を得る場合、被検体設定部に設定された被検面
はどうしても若干の傾斜がついてしまうため、この被検
面の実際の形状データを得る場合には、最小二乗法等を
用いてその傾きを補正する処理が最終的に必要となる。
しかし、位相アンラッピングを行なって得られた連続位
相分布に対してこのような傾き補正処理を加えると、干
渉縞が発生していない前述した分離帯に相当する部分が
データ全体に対して重みとなり正確な傾き補正ができな
いという問題があるが、本実施形態においては、モジュ
レーションが０となる領域についてマスキング処理を行
って上記干渉縞が存在しない領域のデータを排除してい
るので、最小二乗法により正確な傾き補正を行うことが
でき、正しい形状測定を実施することができる。なお、
干渉縞情報の無い分離帯を挟んで隣接する領域の位相差
が１／２縞より小さい傾きであることが条件となる。
【００３７】また、上記縞走査法においては４ステップ
法の代わりに、５ステップ法などの、３ステップ以上の
他のステップ法を用いて行うことも可能である。
法の代わりに、５ステップ法などの、３ステップ以上の
他のステップ法を用いて行うことも可能である。
【００３８】〈実施例〉以下、具体的な実施例について
シミュレーションデータを、従来技術と対比しつつ解析
することにより説明する。
シミュレーションデータを、従来技術と対比しつつ解析
することにより説明する。
【００３９】まず、被検面内に干渉縞の生じない２本の
十字ライン（分離帯）が存在して観察領域が分割され、
観察領域は完全に平面な状態とされている場合について
想定し、このような被検面を有する被検体を少し傾ける
（分離帯を挟んだ領域の高低差は１／２縞未満）ように
してフィゾー型のレーザ干渉計にセッティングした状態
について想定する。
十字ライン（分離帯）が存在して観察領域が分割され、
観察領域は完全に平面な状態とされている場合について
想定し、このような被検面を有する被検体を少し傾ける
（分離帯を挟んだ領域の高低差は１／２縞未満）ように
してフィゾー型のレーザ干渉計にセッティングした状態
について想定する。
【００４０】このように想定された被検面についての干
渉縞シミュレーションデータを図２に示す。なお、図２
の（Ａ）は前述した式（１）に対応する干渉縞データ
を、（Ｂ）は前述した式（３）に対応する干渉縞データ
を示すものである。
渉縞シミュレーションデータを図２に示す。なお、図２
の（Ａ）は前述した式（１）に対応する干渉縞データ
を、（Ｂ）は前述した式（３）に対応する干渉縞データ
を示すものである。
【００４１】この干渉縞データに対し、位相ラッピング
データの中心横断面（白矢印線上）の表面形状は、図３
に示すような鋸歯状に形成される。なお、十字線に相当
する部分は干渉縞が存在せず、π／２ラジアンに設定さ
れるため、グラフ上に歪が形成され、これが解析誤差の
発生原因となる。なお、解析処理を行なうソフトプログ
ラムの設定によっては、上記π／２ラジアンとならずに
−π／２ラジアンとなる場合もある。
データの中心横断面（白矢印線上）の表面形状は、図３
に示すような鋸歯状に形成される。なお、十字線に相当
する部分は干渉縞が存在せず、π／２ラジアンに設定さ
れるため、グラフ上に歪が形成され、これが解析誤差の
発生原因となる。なお、解析処理を行なうソフトプログ
ラムの設定によっては、上記π／２ラジアンとならずに
−π／２ラジアンとなる場合もある。
【００４２】次に、この図３に示す位相ラッピングデー
タを、前述した振幅最大木法により位相アンラッピング
すると、図４に表わされたグラフの如くなる。十字線に
相当する、干渉縞が存在しない部分は直線グラフ上で歪
となっていることが分かる。
タを、前述した振幅最大木法により位相アンラッピング
すると、図４に表わされたグラフの如くなる。十字線に
相当する、干渉縞が存在しない部分は直線グラフ上で歪
となっていることが分かる。
【００４３】次に、この図４で表わされたデータについ
て、最小二乗法により傾き補正を行うと、全領域に亘っ
て、誤差成分が重みとなり、図５に示す如く、正確な傾
き補正が困難となる。すなわち、図５においてグラフ直
線部分が所定の傾きをもってしまう。
て、最小二乗法により傾き補正を行うと、全領域に亘っ
て、誤差成分が重みとなり、図５に示す如く、正確な傾
き補正が困難となる。すなわち、図５においてグラフ直
線部分が所定の傾きをもってしまう。
【００４４】そこで、最小二乗法により傾き補正を行な
う前に、モジュレーションが０となる部分（十字線に相
当する部分）のデータにマスキング処理を施すようにす
る。ここで、モジュレーションの値の変化を図６に示
す。マスキング処理は、モジュレーションの値が１であ
れば該データに１を、０であれば該データに０を各々乗
算する。
う前に、モジュレーションが０となる部分（十字線に相
当する部分）のデータにマスキング処理を施すようにす
る。ここで、モジュレーションの値の変化を図６に示
す。マスキング処理は、モジュレーションの値が１であ
れば該データに１を、０であれば該データに０を各々乗
算する。
【００４５】このように、傾き補正を行う前にモジュレ
ーションが０となる領域にマスキング処理を施すことに
よって、傾き補正を行なった場合にもグラフ直線部分の
傾きを確実に補正することができる。
ーションが０となる領域にマスキング処理を施すことに
よって、傾き補正を行なった場合にもグラフ直線部分の
傾きを確実に補正することができる。
【００４６】以下、本実施形態のものにおいて、より良
い解析結果を得る上で注意すべき点について列挙する。
い解析結果を得る上で注意すべき点について列挙する。
【００４７】（１）モジュレーションの良好な観察領
域、すなわち、基準面との反射率がほぼ等しく干渉縞の
コントラストが良好な観察領域であることが好ましい。
域、すなわち、基準面との反射率がほぼ等しく干渉縞の
コントラストが良好な観察領域であることが好ましい。
【００４８】（２）干渉計の照射光量を、干渉縞コント
ラストが常に最良となるような状態に調整しておくこと
が好ましい。
ラストが常に最良となるような状態に調整しておくこと
が好ましい。
【００４９】（３）被検面に干渉計のピントが合ってい
ることが好ましい。ピントが合っていないと干渉縞が、
回折現象の影響からエッジ部分で流れたようになってし
まい誤差要因となる。
ることが好ましい。ピントが合っていないと干渉縞が、
回折現象の影響からエッジ部分で流れたようになってし
まい誤差要因となる。
【００５０】（４）空気の揺らぎや振動が極力小さい測
定環境で測定することが好ましい。このような要件が満
たされないと、フリンジスキャンが正確に行われず、測
定誤差が発生する他、干渉縞の存在する領域におけるモ
ジュレーションが低くなってしまう。
定環境で測定することが好ましい。このような要件が満
たされないと、フリンジスキャンが正確に行われず、測
定誤差が発生する他、干渉縞の存在する領域におけるモ
ジュレーションが低くなってしまう。
【００５１】（５）被検面の平面度が良く、かつ、アラ
イメントは縞がもっとも少なくなる状態にして測定する
ことが好ましい。
イメントは縞がもっとも少なくなる状態にして測定する
ことが好ましい。
【００５２】なお、本発明の等位相縞の位相状態解析方
法としては上述した実施形態のものに限られるものでは
なく、その他の種々の態様の変更が可能である。例え
ば、上述した実施形態のものでは被検体が光反射体であ
る場合に、その表面形状（凹凸形状や段差形状）の測定
に適用するものであるが、本発明方法は被検体が光透過
体である場合に、その厚みムラや屈折率分布の測定にも
適用することができる。
法としては上述した実施形態のものに限られるものでは
なく、その他の種々の態様の変更が可能である。例え
ば、上述した実施形態のものでは被検体が光反射体であ
る場合に、その表面形状（凹凸形状や段差形状）の測定
に適用するものであるが、本発明方法は被検体が光透過
体である場合に、その厚みムラや屈折率分布の測定にも
適用することができる。
【００５３】ただし、被検体が光透過体である場合に、
本発明方法を適用する際にも、上記実施形態と同様の前
提条件を満足することが必要である。
本発明方法を適用する際にも、上記実施形態と同様の前
提条件を満足することが必要である。
【００５４】すなわち、分離帯によって分割された両観
察領域の対向する分離帯境界部分の光入射方向の位相差
（厚みムラや屈折率分布に伴なう位相差）が等位相縞で
１／２縞未満であることが必要であり、したがって、上
記対向する分離帯の高低差は、例えばフィゾー型やマイ
ケルソン型の干渉計を用いる場合にはλ／４未満、マッ
ハツェンダ型の干渉計ではλ／２未満であることが必要
である（ただし、λは光源からの光波長）。また、分離
帯には縞情報が存在しないことが必要であり、測定領域
の縞情報はコントラストのよいものであることが必要で
あり、さらに、傾きは分離帯を挟んでいる干渉縞の存在
する領域の位相差が１／２縞未満となることが必要であ
る。
察領域の対向する分離帯境界部分の光入射方向の位相差
（厚みムラや屈折率分布に伴なう位相差）が等位相縞で
１／２縞未満であることが必要であり、したがって、上
記対向する分離帯の高低差は、例えばフィゾー型やマイ
ケルソン型の干渉計を用いる場合にはλ／４未満、マッ
ハツェンダ型の干渉計ではλ／２未満であることが必要
である（ただし、λは光源からの光波長）。また、分離
帯には縞情報が存在しないことが必要であり、測定領域
の縞情報はコントラストのよいものであることが必要で
あり、さらに、傾きは分離帯を挟んでいる干渉縞の存在
する領域の位相差が１／２縞未満となることが必要であ
る。
【００５５】さらに、本実施形態方法では、干渉計装置
として光反射型フィゾーのレーザ干渉計を用いている
が、これ以外の種々の干渉計を使用し得る。また、照射
光源としては、レーザ光源に代えて白色光源とすること
も可能である。
として光反射型フィゾーのレーザ干渉計を用いている
が、これ以外の種々の干渉計を使用し得る。また、照射
光源としては、レーザ光源に代えて白色光源とすること
も可能である。
【００５６】また、縞情報の種類としては上述した干渉
縞情報に限られるものではなく、モアレ縞情報をも対象
とし得る。ただし、モアレ縞の縞情報においては、１縞
に相当する量が干渉縞の縞情報とは異なるものであり、
例えば平行光照明を用いた垂直観察の格子照射法におい
ては、格子ピッチをＰ、照明角度をθとしたとき、１縞
はＰ／tanθの量に相当する。
縞情報に限られるものではなく、モアレ縞情報をも対象
とし得る。ただし、モアレ縞の縞情報においては、１縞
に相当する量が干渉縞の縞情報とは異なるものであり、
例えば平行光照明を用いた垂直観察の格子照射法におい
ては、格子ピッチをＰ、照明角度をθとしたとき、１縞
はＰ／tanθの量に相当する。
【００５７】さらに、本発明の等位相縞の位相状態解析
方法としては、縞走査法により得られた複数の縞情報に
基いて被検体の位相分布Φ（ｘ，ｙ）を得る場合に限ら
れず、１回の取込みによって得られた縞情報に基づき上
記位相分布Φ（ｘ，ｙ）を得る場合のものに適用するこ
とも可能である。
方法としては、縞走査法により得られた複数の縞情報に
基いて被検体の位相分布Φ（ｘ，ｙ）を得る場合に限ら
れず、１回の取込みによって得られた縞情報に基づき上
記位相分布Φ（ｘ，ｙ）を得る場合のものに適用するこ
とも可能である。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の等位相縞
の位相状態解析方法によれば、位相アンラッピング処理
が施された位相分布において、縞情報が存在しない領域
に対応する部分にマスキング処理を施し、最終段階にお
いて分離帯に関するデータは除去されるようにしてお
り、この分離帯のデータが解析値全体に及ぼす影響を排
除できるから、被検体の観察領域における位相状態解析
の精度の向上を図ることができる。また、この後におい
て位相分布に傾き補正等の関数補正処理を施す場合に
は、その補正の精度を向上させることができる。
の位相状態解析方法によれば、位相アンラッピング処理
が施された位相分布において、縞情報が存在しない領域
に対応する部分にマスキング処理を施し、最終段階にお
いて分離帯に関するデータは除去されるようにしてお
り、この分離帯のデータが解析値全体に及ぼす影響を排
除できるから、被検体の観察領域における位相状態解析
の精度の向上を図ることができる。また、この後におい
て位相分布に傾き補正等の関数補正処理を施す場合に
は、その補正の精度を向上させることができる。
【図１】本発明の等位相縞の位相状態解析方法に係る実
施形態を説明するためのフローチャート
施形態を説明するためのフローチャート
【図２】本発明方法の実施形態に係るシミュレーション
において用いる干渉縞データを示す図
において用いる干渉縞データを示す図
【図３】図２の干渉縞データに対応する位相ラッピング
データを示すグラフ
データを示すグラフ
【図４】図３の位相ラッピングデータに対して位相アン
ラッピング処理を施した後のデータを示すグラフ
ラッピング処理を施した後のデータを示すグラフ
【図５】図４のデータに対して、解析誤差を含んだ状態
で最小二乗法により傾き補正したデータを示すグラフ
で最小二乗法により傾き補正したデータを示すグラフ
【図６】モジュレーションの値の変化を示すグラフ
【図７】干渉縞計測による測定手法が適用される被検面
形状を示す斜視図
形状を示す斜視図
１ 台座本体
２ 基準面
３ 吸引孔
４ シリコンウエハ
５ 溝
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01J 9/00 - 9/04
G01B 9/02
G01B 11/00 - 11/30
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 縞情報が存在しない分離帯と、この分離
帯により複数個に分割され、該分離帯を挟んで互いに隣
接する領域端部の位相差が、観察される等位相縞で１／
２縞よりも小さい縞情報値を有する観察領域とからなる
被検体の縞情報を取り込み、 前記観察領域に前記分離帯を含めて前記被検体の縞情報
に基づく位相計算を行ない、 次いで、該位相計算により位相ラッピングされた位相分
布の位相アンラッピング処理を行ない、 該位相アンラッピング処理が施された位相分布におい
て、前記縞情報が存在しない分離帯に対応する部分にマ
スキング処理を施すことを特徴とする等位相縞の位相状
態解析方法。 - 【請求項２】 前記マスキング処理が施された位相分布
に所定の関数補正処理を施すことを特徴とする請求項１
記載の等位相縞の位相状態解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32863398A JP3497393B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 等位相縞の位相状態解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32863398A JP3497393B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 等位相縞の位相状態解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000155051A JP2000155051A (ja) | 2000-06-06 |
| JP3497393B2 true JP3497393B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=18212453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32863398A Expired - Fee Related JP3497393B2 (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 等位相縞の位相状態解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3497393B2 (ja) |
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| JP3483139B2 (ja) * | 2000-12-26 | 2004-01-06 | 株式会社ミツトヨ | 干渉計における２次元位相データのアンラップ方法及び装置 |
| JP4758572B2 (ja) * | 2001-07-27 | 2011-08-31 | 富士フイルム株式会社 | 縞画像解析用の位相アンラッピング方法 |
| JP4223424B2 (ja) * | 2004-03-24 | 2009-02-12 | フジノン株式会社 | 仮想接面測定用の干渉計装置 |
| JP2006079275A (ja) * | 2004-09-08 | 2006-03-23 | Olympus Corp | 位相接続方法及びその装置並びに位相接続プログラム |
| JP5054592B2 (ja) * | 2008-03-27 | 2012-10-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 形状算出装置，形状算出プログラム，形状算出方法，形状測定装置 |
| JP5264257B2 (ja) * | 2008-04-09 | 2013-08-14 | キヤノン株式会社 | 波面計測方法及びそれを用いた波面計測装置 |
| JP5054623B2 (ja) * | 2008-06-25 | 2012-10-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 形状測定装置 |
| JP5333143B2 (ja) * | 2009-10-13 | 2013-11-06 | 新日鐵住金株式会社 | 形状測定装置、形状測定方法およびプログラム |
| US9897433B2 (en) * | 2015-10-30 | 2018-02-20 | KLA—Tencor Corporation | Method and system for regional phase unwrapping with pattern-assisted correction |
| WO2021117198A1 (ja) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | オリンパス株式会社 | 試料構造測定装置及び試料構造測定方法 |
-
1998
- 1998-11-18 JP JP32863398A patent/JP3497393B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000155051A (ja) | 2000-06-06 |
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