JP3900609B2

JP3900609B2 - 断面形状測定装置

Info

Publication number: JP3900609B2
Application number: JP23346497A
Authority: JP
Inventors: 義広長沼
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1172311A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ装置の合焦位置の変化量を検出して被検査物の表面の断面形状を測定する非接触型の断面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触型の断面形状測定装置は、センサが設けられた顕微鏡鏡筒の垂直方向の位置を、被検査物の表面に対して常に合焦位置になる様に駆動制御し、その垂直方向の変位量から被検査物の表面の高さを検出する。そして、被検査物表面を走査しながら、垂直方向の変位量をサンプリングすることにより、被検査物の表面の断面形状を検出する。
【０００３】
かかる測定装置の自動焦点機能は、例えば三角測量方法やナイフエッジ方法の原理に従って構成される。図８は、そのナイフエッジ方法を示す図である。この方法は、光源１０から光学系１４の一方側を通して被検査物１２の表面に投射した光点１３を、再度光学系１４の反対側及びナイフエッジ１６の反射面を介して２分割センサ１８に投影する。図中、実線と破線により示される通り、被検査物１２の表面の高さｈ１，ｈ２，ｈ３に応じて、２分割センサ１８上に結像する光点位置がそれぞれ異なる。この例では、被検査物の表面の高さｈ２の位置が、その時は光点像が２分割センサのちょうど真ん中にシャープな像として結像する合焦位置である。また、その上下の位置ｈ１，ｈ３では、光点像はそれぞれセンサＢ、Ａの位置にピンぼけした像として結像する。三角測量法も基本的原理は、上記ナイフエッジ法と同じであり、被検査物の表面の高さに応じて２分割センサ上の光点の位置が変化することを利用する。
【０００４】
図９は、かかる２分割センサにより検出される信号を示す図である。図中、左右方向が被検査物の表面とセンサとの垂直方向の距離に対応する。距離が変化するに従い、２分割センサ１８のセンサＡとＢとには、光点像が生成される。それに従いセンサＢからの信号ｂ、センサＡからの信号ａ、そしてそれらの差信号Ｓ＝ａ−ｂが生成される。従って、差信号Ｓ＝０になる被検査物表面とセンサとの距離の位置が、合焦位置に対応する。
【０００５】
かかる原理を利用して、断面形状測定装置は、被検査物表面上を走査しながら、常に合焦位置、即ち差信号Ｓ＝０となる様に被検査物を載せたステージとセンサとの距離を駆動制御し、その時に検出される被検査物を載せたステージとセンサとの距離に従って被検査物表面の断面形状または高さ分布を測定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被検査物の表面を走査しながら、常に差信号Ｓ＝０となる様に被検査物を載せたステージとセンサとの距離を駆動制御するサーボ制御において、サーボ制御の追従特性に起因して、常に差信号Ｓ＝０を維持することは困難である。例えば、被検査物の表面の高さが階段的に変化した場合は、一時的に差信号Ｓがゼロにならないで非合焦状態になる。サーボ制御によりその差信号Ｓに応じてゲインを変化させて駆動制御したとしても、フィードバックに伴う遅延により再び差信号Ｓ＝０の合焦状態に戻るにはある程度の時間を要する。
【０００７】
そこで、被検査物のステージとセンサとの距離を検出すると共に、２分割センサからの差信号Ｓに基づく補正値を演算し、検出された距離にその補正値を加算して真の高さを求めることが従来から行われている。
【０００８】
しかしながら、かかる補正値は被検査物の材質にかかわらず画一的なテーブルや直線補間によるものであり、従来の断面形状測定装置では正確な補正値を求めることはできない。特に、例えば金属や鏡面仕上げされた表面ではその反射係数が大きく、一方、プラスチックの表面や粗面仕上げされた表面ではその反射係数が小さくまた反射光が分散する傾向にある。その場合、非合焦位置での２分割センサ上の光点像は反射面の材質や表面の仕上げ具合に応じて異なる。従って、検出される差信号Ｓと合焦位置からの変位量との関係は、被検査物に応じて異なる。そのため、従来の様に画一的に補正を行う方法では、被検査物の表面状態によっては正確な断面形状の測定ができない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、被検査物の表面状態にかかわらず正確な断面形状の測定を行うことができる断面形状測定装置を提供することにある。
【００１０】
更に、本発明の別の目的は、被検査物の表面状態に応じたセンサ出力信号と距離との関係をより正確に取得することができるキャリブレーション手段を有する断面形状測定装置を提供することにある。
【００１１】
更に、本発明の目的は、被検査物の表面状態に応じて適宜キャリブレーションを行い、被検査物の表面に最適なセンサ出力信号と距離との関係に従って断面形状を測定することができる断面形状測定方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、キャリブレーション手段において、被検査物の表面の種類に応じて被検査物の表面からセンサまでの第一の距離とセンサの差信号との関係を複数種類測定する。そして、それぞれの被検査物の表面の種類毎に前記の関係を示す補正関数または補正テーブルを取得する。そして、実際の被検査物の表面を走査しながらセンサの差信号をゼロに保つ様に被検査物のステージとセンサとの第二の距離をサーボ制御し、その時に検出される第二の距離に、センサの差信号と前記関係を示す補正関数や補正テーブルとから求められる補正値を加算して、最終的な測定値とする。この補正関数や補正テーブルは、被検査物の表面の種類毎に取得されているので、最適の補正関数や補正テーブルが選択されて補正値を求める演算に利用される。
【００１３】
上記の目的を達成する為に、本発明は、被検査物の表面に投射された光点を、前記被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影される光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影された光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査する測定手段と、前記第二の距離を検出する距離検出手段と、前記第二の距離に従って前記被検査物の断面形状を求める演算手段とを有する断面形状測定装置において、前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化させた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、複数種類の被検査物について取得するキャリブレーション手段と、前記被検査物の表面状態に応じて前記キャリブレーション手段によって取得される前記補正関数を変更する変更手段とを有し、前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検出される前記第二の距離に、検出される前記光点像位置信号と、前記変更手段によって変更された前記被検査物の種類に対応する前記第一の距離と光点像位置信号との関係とから得られる前記所定の位置までの補正値を加えて、前記被検査物の断面形状を求めることを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、被検査物の表面状態に最適の第一の距離と光点像位置信号との関係を利用して、走査中に検出される第二の距離を補正することができるので、より精度の高い補正を行うことができる。
【００１５】
更に、本発明は、上記の発明において、前記キャリブレーション手段は、前記距離と光点像位置信号との関係の取得に際し、それぞれの種類の被検査物の多数点をサンプリングして得られる複数の前記関係から、所定の近似演算により代表の関係を補正関数として求めることを特徴とする。
【００１６】
多数点をサンプリングして得られた複数の関係をもとに近似演算により補正関数を求めることにより、サンプリング点の固有の状態の影響をなくすことができ、より汎用的な補正関数を取得することができる。しかも、補正関数の場合はその定数のみを記憶するだけで良いので、複数種類の補正関数を記憶するメモリの容量を少なくすることができる。
【００１７】
更に、上記近似演算を最小二乗法により少なくとも３次の多項式を補正関数とすることにより、より正確な補正関数を取得することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について図面に従って説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
図１は、本実施の形態例の断面形状測定装置の概略図である。図８で説明した光源１０や光学系１４、２分割センサ１８等を備えたセンサ装置２０が、Ｘステージ２４とＹステージ２６からなるステージ上に支柱２３を介して設けられる。ステージ上には、図示しない被検査物が載置される。センサ装置２０の上部には、撮像装置２２が設けられ、被検査物を撮像し画像信号を画像観察部２８に出力する。センサ装置２０は、図示しない駆動装置により垂直方向（Ｚ軸方向）に上下駆動され、センサ装置２０に設けられたエンコーダ２１により、センサ装置２０のＺ軸方向の位置Ｚ値が出力される。また、センサ装置２０内の２分割センサからの差信号Ｓも出力される。
【００２０】
制御部３０は、前記２分割センサからの差信号Ｓ、センサ装置のエンコーダからのＺ値及びステージ２４，２６の位置を検出するステージエンコーダからの位置信号Ｘ値、Ｙ値が与えられ、ステージの水平方向の駆動及びセンサ装置２０の垂直方向の駆動の制御を行う。ステージの駆動は、被検査物の表面を投射された光点で走査する為に行われ、センサ装置２０の駆動は、２分割センサからの差信号Ｓをゼロに維持してセンサ装置２０と被検査物との距離を合焦位置の値（合焦距離）に保つために行われる。また、画像観察部２８で生成される画像信号Ｐが制御装置３０に与えられ、制御装置３０で表示装置３２での画像表示の制御が行われる。更に、操作入力装置３４から操作入力ＩＮが制御装置３０に与えられる。
【００２１】
図１の断面形状測定装置により、被検査物の表面の断面形状が測定される。その測定では、第一に、ステージ２４，２６を駆動して投射された光点で被検査物の表面上を走査しながら、センサ装置２０内に設けた２分割センサからの差信号Ｓが０に維持される様にセンサ装置２０をＺ軸方向に連続的に駆動する。即ち、センサ装置２０のサーボ制御である。図８、図９に示した通り、センサからの差信号Ｓがゼロの時に、被検査物とセンサ装置２０との距離が合焦距離にある。そして、差信号Ｓが負の場合は、合焦位置より距離が短い位置であり、差信号Ｓが正の場合は、合焦位置より距離が長い位置である。従って、差信号Ｓが負の場合は、センサ装置２０をより高い位置に駆動し、差信号Ｓが正の場合は、センサ装置２０をより低い位置に駆動するように、制御部３０が駆動制御する。その場合、例えば、差信号Ｓの絶対値が大きいほどゲインを上げて駆動することにより、サーボ制御の追従性を向上させることができる。
【００２２】
断面形状の測定では、第二に、センサ装置２０に取り付けられたエンコーダ２１によりセンサ装置のＺ軸方向の移動距離をＺ値の変位量として検出する。つまり、前述の如く走査方向に沿って常にセンサ装置２０を合焦位置になる様に上下駆動し、その時のセンサ装置２０のＺ値をサンプリングすることで、被検査物の表面の断面形状を測定することができる。
【００２３】
図２は、上記の走査した時に検出されるＺ値と実際の被検査物の断面形状との関係及びセンサからの差信号Ｓを示す図である。図２（１）の横軸が走査方向、縦軸がＺ値であり、図２（２）の横軸が走査方向、縦軸が差信号Ｓである。図２（１）の破線は、被検査物の実際の表面に基づくＺ値を示し、実線は、実際のセンサ装置２０の位置として検出されるＺ値を示す。
【００２４】
上記した通り、制御部３０内のＣＮＣ制御装置によりセンサ装置２０の上下駆動がサーボ制御されている。被検査物の表面形状が急峻に変化するところでは、サーボ制御の遅延特性により、一時的にセンサ装置２０のＺ値と被検査物の表面のＺ値との間にずれ量が発生する。即ち、図中ΔＺで示される通りである。そこで、正確な断面形状を測定する為には、センサ装置２０の位置から検出されるＺ値にずれ量ΔＺを加算しなければならない。
【００２５】
一方、図２（２）に示されるセンサの差信号Ｓは、センサ装置２０の位置からエンコーダにより検出されるＺ値が被検査物に対する合焦位置からΔＺずれている時、ゼロからプラス或いはマイナス方向にずれる。これは、上記のΔＺずれている時は、センサ装置２０が差信号Ｓ＝０の合焦位置からずれていることが理由である。従って、差信号Ｓに基づいて合焦位置からのずれ量を求めることができれば上記のＺ値のずれ量ΔＺを求めることができる。
【００２６】
しかしながら、差信号Ｓと合焦位置からのずれ量ΔＺとの関係は、被検査物の表面状態によってまちまちであり、画一的に補正をすると、被検査物の正確な断面形状を求めることができない。
【００２７】
図３は、複数種類の被検査物の表面に対する、センサ装置の合焦位置からのずれ量である差分量Ｚｓと差信号Ｓとの関係例を示す図である。ここでは、三種類のＳ字曲線４０，４２，４４が示されている。例えば、Ｓ字曲線４０は、被検査物の表面が鏡面の如く反射率が高く正反射する場合である。被検査物の表面が鏡面の場合は、図９で示した２分割センサ１８の表面に結像する光点像は、比較的シャープになり、差信号Ｓは合焦位置近傍において急峻なカーブとなる。一方、Ｓ字曲線４４は、被検査物の表面が粗面の如く乱反射する面の場合である。かかる表面の場合は、２分割センサ１８の表面に結像する光点像は、比較的ピンぼけした像となり、差信号Ｓは合焦位置を中心として緩慢なカーブとなる。
【００２８】
従って、今仮に、センサからの差信号ＳがＳ１値であるとすると、それに対応するセンサ装置２０の位置の合焦位置からのずれ量Ｚｓは、図３中のΔＺ１，ΔＺ２，ΔＺ３となる。即ち、差信号Ｓの曲線から求められるずれ量Ｚｓは、被検査物の表面状態に応じて異なる。従って、差信号Ｓからずれ量Ｚｓをより正確に求める為には、被検査物の表面の種類毎に最適な差信号Ｓの曲線を表す関数を補正関数として使用する必要がある。
【００２９】
図４は、本実施の形態例において、キャリブレーション手段により被検査物表面をサンプリングする例を示す図である。この例では、被検査物１２の反射率が高く正反射する鏡面領域１２Ａと、乱反射する粗面領域１２Ｂとでそれぞれ６カ所のサンプリング点４６をとる。本実施の形態例では、例えば鏡面領域１２Ａにおいて、１つのサンプリング点の位置にセンサ装置２０の光学系が位置するようにステージを移動する。そして、そのサンプリング点でステージを静止させ、センサ装置２０をＺ軸方向に走査しながら、検出される２分割センサからの差信号ＳとＺ値とをサンプリングする。この差信号Ｓのサンプリング工程を、他の５つのサンプリング点においても繰り返す。尚、サンプリング点は、できるだけ一般的な鏡面の位置を選択するようにし、特殊な形状、表面状態の位置の選択を避ける様にする。
【００３０】
図５は、複数のサンプリング点４６において、センサ装置２０の焦点位置からの差分量Ｚｓに対応する差信号Ｓのサンプリング値の分布を示す図である。図中、＋印で示されるのがサンプリング値である。本実施の形態例では、この様に複数のサンプリング点において、センサ装置の位置（Ｚｓ値）と２分割センサからの差信号Ｓとの関係を取得し、適当な有効範囲５２内の値の分布から所定の近似演算法により、近似曲線５０を求める。この近似曲線５０を、例えば補正関数として或いは補正テーブルとして取得し、実際の断面形状測定において補正値を求めるベースとする。
【００３１】
複数のサンプリング点により取得されたセンサ装置の位置の焦点位置からの差分量Ｚｓ値と２分割センサからの差信号Ｓとの関係を示す近似曲線５０は、最小二乗法の行列解法により、例えば以下の三次の多項式で表すことができる。
【００３２】
Ｚｓ＝ａｘ³＋ｂｘ²＋ｃｘ＋ｄ
ここで、ｘは差信号Ｓであるので、この多項式は、補正関数Ｚｓ＝Ｆ（ｓ）として示すことができる。
【００３３】
最小二乗法の行列解法は、以下の通りである。
【００３４】
【数１】

【００３５】
上記ｘ₁，ｘ_{2 ...}ｘ_nがサンプリングされた差信号Ｓの値（図中の点＋のＳ値）であり、ｙ₁，ｙ_{2 ...}ｙ_nがそれに対応するセンサ装置の位置の焦点位置からの差分量Ｚｓである。この補正関数のパラメータａ，ｂ，ｃ，ｄを求めることにより、キャリブレーションに必要な関係式を得ることができる。
【００３６】
補正関数を利用することにより、単にパラメータ値ａ〜ｄを複数組記憶するだけで良く、補正テーブルを記憶する場合に比較してメモリ領域を節約できる。更に、少なくとも三次以上の多項式を利用することにより、補正関数をより差信号Ｓの曲線に近い関数にすることができる。従って、より正確な断面形状の補正を行うことができる。
【００３７】
図６は、本実施の形態例の断面形状測定装置の詳細構成図である。図６は、特に制御部３０内の構成を詳しく示す。センサ装置２０内には、図示しない光源と光学系に加えて、２分割センサ１８が設けられる。それぞれのセンサＡ，Ｂからの信号が差信号生成部５４に供給され、差信号Ｓ＝ａ−ｂが生成される。センサ装置２０には、その垂直方向の位置を検出するエンコーダ５６が設けられ、そのエンコーダ５６からのパルス信号をカウントするカウンタ５８から、センサ装置２０のＺ軸方向の位置Ｚが出力される。更に、ステージ２４，２６にも同様にエンコーダ６０が設けられ、ステージの位置Ｘ値とＹ値とが出力される。
【００３８】
ＣＮＣ駆動制御部６４、キャリブレーション制御部６６、断面形状測定及び補正演算部６８及び補正関数メモリ７０とが、図１で示した制御部３０に含まれる。ＣＮＣ駆動制御部６４は、センサ装置駆動部７２とステージ駆動部７４への駆動信号を生成する。具体的には、第一に、被検査物１２をセンサ装置２０で走査して断面形状を測定するときのステージ駆動制御と、走査中にセンサからの差信号Ｓがゼロになる様にセンサ装置２０を駆動するサーボ制御とを行う。また、第二に、キャリブレーション工程においてサンプリング点でのセンサ装置２０の垂直方向への駆動制御を行う。従って、ＣＮＣ駆動制御部６４には、差信号Ｓ、センサ装置の位置Ｚ、ステージの位置Ｘ、Ｙが与えられる。
【００３９】
キャリブレーション制御部は、キャリブレーション手段に対応し、キャリブレーション工程を行う。即ち、図４及び図５で示した通り、被検査物の材質や表面の種類毎に、複数のサンプリング点におけるセンサ装置の位置の合焦位置からの差分量Ｚｓに対する差信号Ｓとから、キャリブレーション用の補正関数が求められる。補正関数は、好ましくは三次以上の多項式関数であり、上記した通り例えば最小二乗法の行列解法により求められる。そのようにして求められた補正関数のパラメータ値が、補正関数メモリ７０に記憶される。この補正関数は、被検査物の材質や表面の種類分取得され、記憶される。
【００４０】
断面形状測定及び補正演算部６８は、測定手段に対応し、被検査物１２の断面形状を測定する。その時、センサ５４からの差信号Ｓと測定中の表面に対応する補正関数とからセンサ装置２０の合焦位置からの差分量Ｚｓ（＝ΔＺ）が演算され、補正値としてセンサ装置２０の位置Ｚに加算される。そして、走査位置Ｘ、Ｙと補正後のセンサ装置２０の位置（Ｚ＋ΔＺ）から被検査物の断面形状が求められる。
【００４１】
図７は、本実施の形態例における断面形状の測定のフローチャート図である。断面形状の測定は、ステップＳ１０からＳ１６までの測定手順プログラム作成工程と、その後のステップＳ１８からＳ２８までの自動測定工程とから構成される。測定手順プログラム作成工程は、上記したキャリブレーション工程とティーチングデータ作成工程とを有する。
【００４２】
ここで、ティーチングデータとは、被検査物の断面形状を測定するにあたり、被検査物の測定すべき位置、走査方向、その時の照明系の条件、光学系の倍率等の条件として予め与えておくデータであり、その後の自動測定工程では、多数の同種の被検査物に対して、ティーチングデータに従う自動測定が行われる。従って、測定手順プログラムは、このティーチングデータとキャリブレーション用の補正関数のパラメータデータとから構成される。
【００４３】
図７のフローチャートでは、図４に示した鏡面領域、例えば金属表面１２Ａと、粗面領域、例えばプラスチック表面１２Ｂとを有する被検査物１２の断面形状を測定する場合の例である。最初の測定手順プログラム作成工程では、金属表面１２Ａに対するキャリブレーション工程が実行され、その表面に適合した補正関数Ｚｓ＝Ｆｍ（ｓ）のパラメータ値が求められる（Ｓ１０）。更に、測定操作者により金属表面に対するティーチングデータＴｍが作成される（Ｓ１２）。次に、プラスチック表面１２Ｂに対するキャリブレーション工程が実行され、その表面に適合した補正関数Ｚｓ＝Ｆｐ（ｓ）のパラメータ値が求められる（Ｓ１４）。更に、測定操作者によりプラスチック表面に対するティーチングデータＴｐが作成される（Ｓ１６）。以上により、測定手順プログラムの作成が終了する。
【００４４】
自動測定工程では、基本的には上記のティーチングデータに従って測定箇所を走査しながら、その表面に適合する補正関数のパラメータ値を利用して、センサ装置２０の位置Ｚに補正値Ｚｓを加える。即ち、一旦取得した補正関数のパラメータ値は、自動測定工程では変更されない。
【００４５】
但し、キャリブレーション工程で求めた補正関数に対応する被検査物の表面状態と実際に自動測定しようとする被検査物の表面状態に著しい違いがある場合は、自動測定工程においても、再度キャリブレーション工程を実行して新たな補正関数のパラメータを取得しても良い。即ち、ステップＳ１８からＳ２８において、被検査物の断面形状の測定が行われるが、測定しようとする被測定物の金属表面がキャリブレーション工程でのサンプルの表面と大きく異なるか否かを判断し（Ｓ１８）、大きく異なる場合は、再度その被検査物の金属表面に対してキャリブレーション工程を実行し、新たな補正関数のパラメータ値を求める（Ｓ２０）。異ならない場合は、ステップＳ１０で求めた補正関数のパラメータ値が利用される。そして、その補正関数とティーチングデータＴｍとを利用して、金属表面を走査し、上記したサーボ制御を行いながらセンサ装置２０の位置Ｚを検出し、更にセンサからの差信号Ｓにより補正演算を行って補正値Ｚｓを求める（Ｓ２２）。
【００４６】
次に、プラスチック表面１２Ｂの断面形状を測定するに際し、同様に表面状態が著しく異なるか否かを判断し（Ｓ２４）、著しく異なる場合は再度キャリブレーション工程を実行し、新たな補正関数のパラメータ値を求める（Ｓ２６）。異ならない場合は、ステップＳ１４で求めた補正関数のパラメータ値が利用される。そして、その補正関数とティーチングデータＴｐとを利用して、プラスチック表面を走査し、上記したサーボ制御を行いながらセンサ装置２０の位置Ｚを検出し、更にセンサからの差信号Ｓにより補正演算を行う（Ｓ２８）。
【００４７】
上記のステップＳ１８，Ｓ２４の工程は、例えば、通常の測定工程では被検査物の表面状態が変化しないものとして自動的に最初に取得した補正関数を利用するが、特に被検査物の表面状態が大きく異なる場合は、割り込み処理で測定の処理フローを変化させる。或いは、別の方法としては、測定装置がステップＳ１８，２４でオペレータの指示を待つ様にすることでも良い。
【００４８】
尚、上記実施の形態例では、２分割センサが使用されているが、本発明はそれに限定されずにラインセンサや光点位置検出素子ＰＳＤを使用する場合でも同様に適用できる。
【００４９】
更に、上記の実施の形態例では、センサ位置を合焦位置に維持しながら光点を被検査物上に走査し、センサ位置を測定して、その測定値にキャリブレーション工程で求めた補正関数による補正値を加えて被測定物の表面の形状を測定したが、センサ位置を最初に合焦位置近傍に設定し、センサ位置の位置を固定して光点を被検査物上に走査し、センサからの差信号Ｓに従って求められる合焦位置からのずれ量ΔＺから被検査物の断面形状を測定する場合にも、本発明は適用できる。即ち、かかる測定は、被検査物の断面形状がセンサのダイナミックレンジ以内の段差程度である時に適用できる。
【００５０】
更に、上記の実施の形態例では、多数の表面状態についてそれぞれ３次の多項式の補正関数を求めたが、多数の表面状態に限られず、単に３次の多項式の補正関数を利用した場合でも、より正確な断面形状の測定を行うことができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、被測定物の表面に対応する複数の補正用の関数を取得するので、被検査物の表面状態にかかわらず正確な断面形状の測定を行うことができる。
【００５２】
更に、本発明は、最小二乗法による行列解法を利用して、被検査物の表面状態に応じたセンサ出力信号と距離との関係をより正確に取得することができるので、より正確な断面形状の測定を行うことができる。
【００５３】
更に、本発明は、最初にキャリブレーション工程で補正用の関数を取得した後でも、被検査物の表面状態に応じて適宜キャリブレーションを行い、被検査物の表面に最適なセンサ出力信号と距離との関係に従って断面形状を測定するので、被検査物の状態に柔軟に対応して正確な断面形状測定を行うことできる。
【００５４】
更に、本発明は、少なくとも三次の多項式関数を補正関数として利用することで、より正確に被検査物の断面形状を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例の断面形状測定装置の概略図である。
【図２】走査した時に検出されるＺ値と実際の被検査物の断面形状との関係及びセンサからの差信号Ｓとを示す図である。
【図３】複数種類の被検査物の表面に対する、センサ装置の位置（Ｚ値）と差信号Ｓとの関係例を示す図である。
【図４】本実施の形態例において、キャリブレーション手段により被検査物表面のサンプリングされる例を示す図である。
【図５】複数のサンプリング点において、センサ装置の位置（Ｚ値）に対応する差信号Ｓのサンプリング値の分布を示す図である。
【図６】本実施の形態例の断面形状測定装置の詳細構成図である。
【図７】本実施の形態例における断面形状の測定のフローチャート図である。
【図８】ナイフエッジ方法を示す図である。
【図９】２分割センサにより検出される信号を示す図である。
【符号の説明】
２０センサ装置
２４，２６ステージ
６４駆動制御部
６６キャリブレーション制御部
６８断面形状測定部

Claims

被検査物の表面に投射された光点を、前記被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影される光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影された光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査する測定手段と、前記第二の距離を検出する距離検出手段と、前記第二の距離に従って前記被検査物の断面形状を求める演算手段とを有する断面形状測定装置において、
前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化させた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、複数種類の被検査物について取得するキャリブレーション手段と、
前記被検査物の表面状態に応じて前記キャリブレーション手段によって取得される前記第一の距離と前記光点像位置信号との関係を変更する変更手段とを有し、
前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検出される前記第二の距離に、検出される前記光点像位置信号と、前記変更手段によって変更された前記被検査物の種類に対応する前記第一の距離と光点像位置信号との関係とから得られる前記所定の位置までの補正値を加えて、前記被検査物の断面形状を求めることを特徴とする断面形状測定装置。
請求項１において、
前記キャリブレーション手段は、前記第一の距離と光点像位置信号との関係の取得に際し、それぞれの種類の被検査物の多数点をサンプリングして得られる複数の前記関係から、所定の近似演算により補正関数を求めることを特徴とする断面形状測定装置。
請求項２において、
前記補正関数は、少なくとも３次の多項式関数であり、前記近似演算は、最小二乗法の行列解法であることを特徴とする断面形状測定装置。
被検査物の表面に投射された光点を、前記被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影される光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影された光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査し、前記第二の距離を検出し、前記第二の距離に従って前記被検査物の断面形状を求める断面形状測定方法において、
前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化させた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、複数種類の被検査物について取得するキャリブレーション工程と、
前記キャリブレーション工程の後に、前記被検査物表面を走査しながら、検出される前記第二の距離に、検出される前記光点像位置信号と、前記被検査物の種類に対応する前記第一の距離と光点位置信号との関係とから得られる前記所定の位置までの補正値を加えて、前記被検査物の断面形状を測定する自動測定工程とを有し、
更に、前記自動測定工程の途中に、適宜、任意の被検査物の表面に対して前記キャリブレーション工程を行い前記第一の距離と光点像位置信号との関係を変更することを特徴とする断面形状測定方法。
被検査物の表面に投射された光点を、前記被検査物と光電変換素子との距離に応じて投影される光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記光電変換素子に投影し、前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査する測定手段と、前記光電変換素子から検出される光点像位置信号に従って前記被検査物の断面形状を求める演算手段とを有する断面形状測定装置において、
前記被検査物の所定の位置で、前記距離を変化させた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信号から、前記距離と光点像位置信号との関係を、複数種類の被検査物について取得するキャリブレーション手段と、
前記被検査物の表面状態に応じて前記キャリブレーション手段によって取得される前記第一の距離と前記光点像位置信号との関係を変更する変更手段とを有し、
前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検出される前記光点像位置信号と、前記変更手段によって変更された前記被検査物の種類に対応する前記距離と光点像位置信号との関係とから、前記被検査物の断面形状を求めることを特徴とする断面形状測定装置。
被検査物の表面に投射された光点を、前記被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影される光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影された光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査する測定手段と、前記第二の距離を検出する距離検出手段と、前記第二の距離に従って前記被検査物の断面形状を求める演算手段とを有する断面形状測定装置において、
前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化させた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、所定の近似演算により少なくとも３次の多項式の補正関数として取得するキャリブレーション手段と、
前記被検査物の表面状態に応じて前記キャリブレーション手段によって取得される前記補正関数を変更する変更手段とを有し、
前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検出される前記第二の距離に、検出される前記光点像位置信号と前記変更手段によって変更された前記補正関数とから得られる前記所定の位置までの補正値を加えて、前記被検査物の断面形状を求めることを特徴とする断面形状測定装置。