JP6511263B2

JP6511263B2 - 平面分光干渉計

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Publication number: JP6511263B2
Application number: JP2014258248A
Authority: JP
Inventors: 久秋山
Original assignee: 株式会社トプコンテクノハウス
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: JP2016118464A

Description

本発明は、被測定物表面の観察検査を行う平面分光干渉計に関する。

従来、被測定物、例えばシリコンウエハー等の観察検査を行う装置として、干渉計を備えた装置が知られている。図１０（ａ）は干渉計の構成を示す模式図である。干渉計６０は、光源６１から入射された光を、ビームスプリッター６２で２つの照射光路に分割し、一方の照射光を被測定物Ｓに照射し、他方の照射光を参照ミラー６３に照射し、試料から反射した反射光と参照反射光とを干渉させ、形成された干渉縞を検出器６４で観察する。なお、６５はコリメータレンズ、６６、６７は結像レンズを示している。これにより、被測定物Ｓの表面や内部の状態を観察検査する。このような干渉計６０によって、被測定物Ｓの立体構造、例えば凸部の高さ寸法等を検査できる。

特許文献１には、簡易な構成とするため、ビームスプリッターと参照ミラーとの間に光を導く参照光路を設けるとともに、ビームスプリッターと試料との間に光を導くための測定光路を設けて、参照光路と測定光路において光学的光路差を設け、しかも、参照ミラーを微小量傾けることによって、検出手段に干渉縞を形成するものが記載されている。

また、被測定物の観察検査を行う場合、被測定物の観察領域における反射光の波長分布を分析する分光を行うことがある。図１０（ｂ）は、分光器を示す模式図である。この分光器７０は、被測定物Ｓからの照射光を、回折格子、プリズム等の分光素子７１で分光して、この分光された光を検出器７２で観察する。なお、図中符号７４はコリメートレンズ、７５は結像レンズを示している。このように分光器７０で分光を行うことにより、被測定物Ｓの表面組成、表面構造等を観察検査することができる。

特開２０１１−３８８２９号公報

被測定物の観察検査に際しては、同一領域について、干渉計による観察結果と、分光計による観察結果を取得して、これらから総合的に被測定物の観察検査を行いたいという要望がある。しかし、同一の被測定物について、干渉計と分光計による観察を個別に行わなければならない。また、被測定物の微小な観察領域について、２つの観察結果が得るには、試料の位置調整に手間がかかる。また、干渉計による観察結果に基づいて特定箇所における分光計による観察結果を取得して、同一の領域について観察結果を取得する場合には手間と時間がかかることになる。

そこで、本発明は、干渉計と分光計で同一の観察領域を同時に観察可能とするとともに、干渉計による観察結果に基づいて指定した観察領域の特定箇所における分光計による観察結果を簡単な構成の装置で迅速に取得できる平面分光干渉計を提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、第１の照射光を発生する第１の光源、前記第１の照射光を２分割し、一方の前記第１の照射光を被測定物に向け照射し、他方の前記第１の照射光を参照ミラーに向け照射するとともに、前記被測定物からの被測定物反射光及び前記参照ミラーからの参照反射光の一部を同一方向に射出する第１のビームスプリッター、及び前記第１のビームスプリッターからの被測定物反射光及び前記参照ミラーからの参照反射光による干渉像を取得する干渉検出器、を備える干渉測定部と、第２の照射光を発生する第２の光源、前記被測定物からの前記第２の照射光の反射光を分光する分光手段、及び前記分光手段の分光像を取得する分光検出器を備える分光測定部と、を備え、
前記分光測定部には、前記第２の照射光の一部を反射し、反射した前記第２の照射光を前記被測定物に照射するとともに、前記被測定物からの被測定物反射光の一部を透過する第２のビームスプリッターを備え、前記第１のビームスプリッター及び第２のビームスプリッターを前記被測定物の観察領域に交差する観察軸に配置して、前記第１の照射光と前記第２の照射光とを同時に前記被測定物の前記観察領域に同時に照射するものとして配置し、前記干渉検出器からの干渉像に基づいて、前記被測定物の前記観察領域の各位置における表面形状情報を出力する表面形状情報処理手段と、前記分光検出器からの分光像に基づいて前記被測定物の前記観察領域の各位置における分光情報を出力する分光情報処理手段と、画像を表示する表示手段と、前記表示手段に表示された前記画像の位置を指定する位置指定手段と、前記観察領域の表面形状情報を格納する表面情報格納手段、前記観察領域の分光情報を格納する分光情報格納手段、前記観察領域の表面形状情報を画像化して前記表示手段に表示する表面情報表示手段、及び前記位置指定手段で指定された前記表面形状情報における指定箇所に相当する前記分光情報を取得して前記表示手段に画像化して表示する分光情報表示手段、を備える表示制御手段と、前記第１の光源の射出側に配置され、所定の一方だけ正のパワーを持ち前記被測定物に線状の第１の照射光の像を照射する第１のシンドリカルレンズと、前記干渉検出器の入射側に配置され、前記第１のシンドリカルレンズと異なる方向にだけ正のパワーを有する第２のシンドリカルレンズを有する、ことを特徴とする平面分光干渉計である。

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平面分光干渉計において、配置された前記被測定物を予め定めた方向及び速度で移動し、前記観察領域の前記被測定物における位置を変更する試料台を備えることを特徴とする。

同じく請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の平面分光干渉計において、前記分光手段は、連続的に透過する波長を変更されたリニアバリアブルフィルターであることを特徴とする。

同じく請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の平面分光干渉計において、前記分光手段は、取り外し可能であり、前記分光手段を取り外した状態で、前記分光検出器で前記被測定物からの前記第１の照射光での観察画像を取得することを特徴とする。

同じく請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の平面分光干渉計において、前記第１の照射光は可干渉性の近赤外光であり、前記第２の照射光は可視光であることを特徴とする。

同じく請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の平面分光干渉計において、前記第１の照射光は可視光であり、前記第２の照射光は可干渉性の近赤外光であることを特徴とする。

同じく請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の平面分光干渉計において、前記第１のビームスプリッターと前記第２のビームスプリッターとの間に、前記近赤外光を反射し、前記可視光を透過させるダイクロイックミラーを配置し、前記干渉検出器は前記ダイクロイックミラーが反射した前記近赤外光を検出することを特徴とする。

同じく請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の平面分光干渉計において、前記参照ミラーは、入射した前記第１の照射光の入射光軸に対して微小量だけ傾けて配置されていることを特徴とする。

同じく請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の平面分光干渉計において、前記表面形状情報処理手段は、前記干渉像に基づいて前記観察領域における前記表面形状情報を演算することを特徴とする。

本発明に係る平面分光干渉計によれば、簡単な構成で、干渉計と分光計で同一の観察領域を同時に観察でき、さらに干渉計での観察結果を参照しつつ指定した領域における分光計での観察結果を迅速に取得し、表示できる。

本発明の実施形態に係る平面分光干渉計の照射光学系を示す模式図である。同平面分光干渉計で取得される画像を示すものであり、（ａ）は観察画像、（ｂ）は干渉計画像、（ｃ）は分光画像である。同平面分光干渉計の制御系を示すブロック図である。同平面分光干渉計での処理の流れを示す図である。３次元分布画像と分光情報画像を示す図である。同平面分光干渉計における処理を示すフローチャートである。同平面分光干渉計における画像表示処理を示すフローチャートである。本発明に係る第２実施形態に係る平面分光干渉計を示す光学系を示す模式図である。本発明に係る第３実施形態に係る平面分光干渉計を示す光学系を示す模式図である。従来の技術を示すものであり、（ａ）は干渉計を、（ｂ）は面分光計を示す模式図である。

＜第１実施形態＞
本発明を実施するための形態に係る平面分光干渉計を図面に基づいて説明する。まず、第１の実施形態に係る平面分光干渉計の照射光学系について説明する。図１は本発明の実施形態に係る平面分光干渉計の照射光学系を示す模式図、図２は同平面分光干渉計で取得される画像を示すものであり、（ａ）は観察画像、（ｂ）は干渉計画像、（ｃ）は分光画像である。

平面分光干渉計１００の光学系２０は、干渉測定部２０Ａと、分光測定部２０Ｂとを被測定物Ｓに直角に交差する観察軸である光軸Ｏに沿って配置したものである。干渉測定部２０Ａは、第１の光源１と、ダイクロイックミラー２と、第１のビームスプリッターであるプリズム型ビームスプリッター３と、参照ミラー４と、干渉検出器５と、可視域カットフィルター６と、第１のシンドリカルレンズである光源側シンドリカルレンズ７と、第２のシンドリカルレンズである干渉検出器側シンドリカルレンズ８と、コリメートレンズ９と、結像レンズ１０とを備える。これにより、被測定物Ｓの表面や内部の状態を観察検査する。

被測定物Ｓは、被測定物Ｓを直線方向に移動可能な試料台１７に配置され、干渉測定部２０Ａ及び分光測定部２０Ｂで同時に同一観察領域が観察検査される。被測定物Ｓとしては、半導体ウェハ等が対象となる。本実施形態では、試料台１７は、図１（ｂ）に示す様に、６軸の移動機構を有しており、被測定物Ｓを６方軸（ｘ，ｙ，ｚ，α，β、θ）に移動できる。なお、試料台１７の自由度は必要に応じて選択できる。

まず、干渉測定部２０Ａについて説明する。第１の光源１は、第１の照射光として例えば波長λ1=８００ｎｍとλ2=８８０ｎｍの２つの可干渉性の近赤外光を発生する２つのレーザーダイオードを備えて構成される。２つのレーザーダイオードからの照射光は、共通の軸沿って射出される。この２つのレーザーダイオードをレーザー発振閾値以下の電流で使用することにより、通常のレーザーに比べて半値幅の広い光源を構成でき、コヒーレンス長を短くすることができる。また、２つの発振波長を用いる２波長干渉計によりその等価波長λeqはλ1λ2/(λ2-λ1)で表され、およそ８.８μmとなる。この２つの波長の照射光を採用することにより、特に１００μｍ程度の凹凸形状を０.１μｍの分解能で検出しやすい干渉光を得ることができる。なお、第１の光源には、要求される測定レンジと要求される高さ分解能により最適な２つの波長を発振する、２つの発光素子を使用することができる。さらに、光源としては、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）など半値幅の広い単一の素子を同様に使用できる。

ダイクロイックミラー２は、近赤外光を反射する一方可視光を透過するものであり、光軸Ｏに対して４５度の角度をもって配置される。このため、ダイクロイックミラー２は、第１の光源１からの近赤外光を被測定物Ｓに向け反射し、第２の光源１１からの可視光を透過する。プリズム型ビームスプリッター３は、ダイクロイックミラー２からの近赤外光を２分割し、一方の照射光を参照ミラー４に、他方の照射光を被測定物Ｓに向け照射する。また、プリズム型ビームスプリッター３は、被測定物Ｓからの被測定物反射光及び参照ミラー４からの参照反射光の一部を同一方向、すなわち干渉検出器５に向け射出する。

参照ミラー４は、プリズム型ビームスプリッター３からの近赤外光を反射して参照反射光を射出する。この参照ミラー４は、入射光軸に対して微小量だけ傾斜して配置される。傾斜して配置することにより、レーザー光を走査させることなく、１ショットで高さ方向の干渉像を得ることができる。光源側シンドリカルレンズ７は、第１の光源１の射出側に設けられ、被測定物Ｓ上に試料台１７による移動方向と直交した赤外線像を投影する（図４（ａ）中にＢで示した）。

干渉検出器５は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal OxideSemiconductor）を備えた撮像素子である。この干渉検出器５は赤外線カットフィルターを備えていない。可視域カットフィルター６は、第２の光源１１、プリズム型ビームスプリッター３、参照ミラー４を経て入射する可視光を遮断する。干渉検出器側シンドリカルレンズ８は、干渉検出器５の入射側に設けられ、干渉検出器５に干渉像を投影する。干渉検出器側シンドリカルレンズ８は、所定の一方だけ正のパワーをもつよう、光源側シンドリカルレンズ７と直交する方向にその湾曲方向が設定されている。これにより、干渉縞画像５２（図２（ｂ））を取得することができる。この干渉測定部２０Ａでは、第１の光源１からの近赤外光を観察側から照射する落斜照明としているので、被測定物Ｓの構造による影が発生せず、正確な測定ができる。

結像レンズ１０は、干渉測定部２０Ａと分光測定部２０Ｂとで共通に使用され、第１の光源１からの近赤外光と、第２の光源１１からの可視光とを被測定物Ｓに照射する。

次に分光測定部２０Ｂについて説明する。分光測定部２０Ｂは、第２の光源１１と、第２のビームスプリッターであるハーフミラー１２と、分光検出器１３と、コリメートレンズ１４と、結像レンズ１５と、分光手段であるリニアバリアブルフィルター１６とを備える。

第２の光源１１は、可視光（例えば３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を発生する。例えば白色電球、白色発光ダイオードを使用することができる。ハーフミラー１２は、光軸Ｏに対して４５度の角度で配置される。ハーフミラー１２は、第２の光源１１からの可視光を光軸Ｏに沿って被測定物Ｓに向け反射するとともに、被測定物Ｓからの被測定物反射光を分光検出器１３に向け透過する。

分光検出器１３は、例えばＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサー、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサー等で構成される。リニアバリアブルフィルター１６は、平面空間の１次元方向において連続的に透過波長が異なるフィルターであり、公知のものである。このリニアバリアブルフィルター１６を使用することにより、試料台１７で移動される被測定物Ｓの観察領域Ａについての分光画像５４（図２（ｃ））を取得することができる。

また、リニアバリアブルフィルター１６は、分光検出器１３から取り外し可能に配置され、リニアバリアブルフィルター１６を取り外すことにより、被測定物Ｓの可視光による観察画像５１（図２（ａ））を取得することができる。なお、リニアバリアブルフィルター１６に変えて、回折格子、プリズム等他の分光素子を使用することができる。この場合には、分光された光が分光検出器１３に入射するように配置する。

光学系２０は、以上の構成を備え、被測定物Ｓの同一の観察領域Ａについての干渉像を干渉検出器５で、分光像を分光検出器１３で取得することができる。

ここで、干渉検出器５及び分光検出器１３で取得する画像について説明する。図２（ａ）に示した観察画像５１は、可視光による被測定物Ｓの拡大像であり、被測定物Ｓ上におけるｘ−ｙ平面の可視像である。被測定物Ｓ中に４角形の凹凸した幾何学模様が現れている。また、図２に示した干渉縞画像５２は、被測定物Ｓの観察領域中で近赤外線が照射された直線部（ｙ方向）における高さ（ｚ）に基づいて得られる干渉縞を表している。画像の高さの変位に応じた縞が表示されており、干渉縞強度が最大となるｘ方向の位置が近赤外線照射位置の高さを示している。さらに、図２（ｃ）に示す分光画像５４は、ｘ−ｙ平面におけるリニアバリアブルフィルター１６の透過像であり、ｘ方向には透過された波長λの強度に応じた明るさが表示されている。

次に実施形態に係る平面分光干渉計１００の制御系について説明する。図３は同平面分光干渉計の制御系を示すブロック図、図４は同平面分光干渉計での処理の流れを示す図、図５は３次元分布画像と分光情報画像を示す図である。平面分光干渉計１００において、干渉検出器５、分光検出器１３、及びリニアバリアブルフィルター１６は、制御装置３０に接続されている。制御装置３０は、表面形状情報処理手段３１、分光情報処理手段３２、試料台制御手段３３、表示制御手段３４を備える。また、表示制御手段３４には、表面情報格納手段である３次元情報格納手段３５、分光情報格納手段３６、表面情報表示手段である３次元情報表示手段３７、分光情報表示手段３８を備える。

本実施形態では、制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等を備えたコンピュータであり、ＣＰＵで制御プログラムを実行することにより、各手段の機能を実現する。

制御装置３０には、表示手段４０と、入力手段５０とが接続されている。表示手段４０は、取得された各種画像を表示する液晶ディスプレー、ＣＲＴ（Cathode-ray Tube）等を備えて構成される。入力手段５０は、制御装置３０を制御する情報を入力する、キーボードや、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成される。入力手段５０は、制御装置３０の一般的制御を行うための入力指示や、観察する被測定物Ｓの観察領域を指定するための指示を行う。また、制御装置３０は表示手段４０を観察しながら表示された被測定物Ｓの位置を指定する位置指定手段として使用する。

表面形状情報処理手段３１は、干渉検出器５が出力する干渉縞画像５２（図３（ｂ）、図４（ｂ））から、被測定物Ｓの各位置の高さ分布情報５３（図４（ｃ））を演算して出力する。この例では、図４（ａ）中の中央部に位置する観察領域Ａについての干渉縞画像５２を取得し、この干渉計画像の干渉縞の分布に基づいて、観察領域Ａの高さ分布情報５３を出力する。この高さ分布情報５３は、被測定物Ｓに照射された直線状の赤外線の照射位置（図４（ａ）中の破線Ｂの位置）に相当するものである。

高さ分布情報５３は、被測定物Ｓのｙ座標と関連付けられており、被測定物Ｓをｘ方向に移動することにより、ｘ−ｙ平面状での高さ情報が取得できる。また、表面形状情報処理手段３１では、この高さ分布情報５３に基づいて高さの３次元分布画像５５（図４（e））を生成する。この３次元分布画像５５は、表示制御手段３４の３次元情報格納手段３５に格納されるとともに表示手段４０に表示される。

分光情報処理手段３２では、分光画像５４（図２（ｃ）、図４（ｄ））に基づいて、被測定物Ｓの相対分光分布についての分光情報画像５６（図４（ｆ））を生成する。この分光情報画像５６は、分光情報格納手段３６に格納され、必要に応じて表示手段４０に表示される。

また、試料台制御手段３３は、通常測定において試料台１７のｘ方向の移動を制御するまた、試料台１７は、図１（ｂ）に示すように６方軸（ｘ，ｙ，ｚ，α，β、θ）に被測定物Ｓを移動でき、必要に応じて被測定物Ｓの位置、傾斜角度、移動速度を変更することができる。

上述のように表示制御手段３４は、３次元情報格納手段３５、分光情報格納手段３６、３次元情報表示手段３７、分光情報表示手段３８を備える。表示制御手段３４は、表示手段４０で表示された３次元分布画像５５のｘ−ｙ座標における指定箇所における分光情報を表示手段４０に表示する。例えば、３次元分布画像５５における着目する点（ａ、ｂ）を入力手段５０で指定したとき、この点（ａ、ｂ）における分光情報画像５６を表示手段４０に表示させる。あるいは、点（ａ、ｂ）における分光データを数値的に出力する。

３次元情報格納手段３５は、表面形状情報処理手段３１で生成した高さ分布情報５３から取得した３次元分布画像５５を格納している。この３次元分布画像５５は、観察領域Ａのｘ−ｙ座標上の一点（Ｘ、Ｙ）における高さ量（Ｚ）を表示している。図４に示す例では、観察領域Ａ中に四角形状の凹部Ｓａと、溝部Ｓｂとが形成されており、高さ分布情報５３には断面形状として２つの段部５３ａ、５４ｂが現れ、３次元分布画像５５には凹部５５ａが現れている。図５（ａ）に３次元分布画像５５を拡大して示した。

また、分光情報格納手段３６は、分光情報処理手段３２で生成した分光情報を格納している、この分光情報は、被測定物Ｓの表面に沿うｘ−ｙ平面の一点（Ｘ、Ｙ）におけるスペクトル（波長λと分光放射強度との関係）として格納される。

３次元情報表示手段３７は、３次元情報格納手段３５に格納された高さ分布情報５３を立体画像化した３次元分布画像５５を表示手段４０に表示する（図５（ａ））。また、分光情報表示手段３８は、位置指定手段である入力手段５０で、表示手段４０に表示された３次元分布画像５５中の座標（ａ、ｂ）相当する分光情報を取得して表示手段４０に画像化して分光情報画像５６として表示する。点（ａ、ｂ）についての分光情報から得られる分光情報画像５６を図５（ｂ）に示した。

次に平面分光干渉計１００を用いて被測定物Ｓを観察する手順について説明する。図６は同平面分光干渉計における処理を示すフローチャートである。まず、第１の光源１と第２の光源１１とを点灯する（ステップＳ１）。次に、分光測定部２０Ｂに配置されているリニアバリアブルフィルター１６を取り外して透明ガラスに交換する（ステップＳ２）。これにより被測定物Ｓを可視光で観察できるようになる。

そして、観察画像５１を確認しながら、試料台１７を動かし、被測定物Ｓの観察開始点（スキャン開始点）を、視野の中央に配置する（ステップＳ３）。さらに、試料台１７を移動させて測定を開始し（ステップＳ４）、ステップＳ３で被測定物Ｓの視野の中央にあった被測定物Ｓの箇所が、視野の端部に来るように試料台１７が動くように、試料台制御手段３３を設定する。

そして、分光測定部２０Ｂの透明ガラスをリニアバリアブルフィルター１６に交換して（ステップＳ６）、試料台１７の駆動と同期させて干渉検出器５により干渉縞画像５２を取得し、分光検出器１３により分光画像５４を取得する（ステップＳ７）。次いで、取得した干渉縞画像５２から３次元分布画像５５を生成して３次元情報格納手段３５に格納し、分光画像５４から分光情報を得て、分光情報格納手段３６に格納する。

次に平面分光干渉計１００において、表示手段４０に表示された３次元分布画像５５を指定して分光情報画像５６を表示する手順について説明する。図７は同平面分光干渉計における画像表示処理を示すフローチャートである。

まず、３次元情報表示手段３７は、分光情報格納手段３６に格納された３次元分布画像５５を表示する（ステップＳＡ）。次いで、操作者は、表示手段４０の３次元分布画像５５を観察しつつ、入力手段５０で３次元分布画像５５中の一点、すなわち観察領域中の一点、例えば座標（ａ、ｂ）を指定する（ステップＳＡ２）。

分光情報表示手段３８は、分光情報格納手段３６から分光情報を座標（ａ、ｂ）で参照して、この座標に相当する分光情報を取得し（ステップＳＡ３）、これを画像化して分光情報画像５６とし表示手段４０に表示する（ステップＳＡ４）。これにより、表示手段４０に３次元分布画像５５の指定した座標（ａ、ｂ）における分光情報画像５６が表示される。このように操作者は、３次元分布画像５５を観察しつつ、画像の一点を指定するだけで、容易かつ迅速に当該箇所の分光情報画像５６を表示できる。

本実施形態に係る平面分光干渉計１００によれば、落斜照明によって影ができないサブミクロン（０．１ｕｍ）の高さ測定分解能の高さ測定ができ、試料台１７を連続移動させることにより、被測定物Ｓの３次元情報と分光情報を同時に取得することができる。このため、測定時に試料台１７を停止する必要がない。

また、本実施形態に係る平面分光干渉計１００によれば、被測定物Ｓの同一の観察領域における干渉計での観察結果と、分光計での観察結果とを簡単な構成の装置で迅速に対応づけて取得し表示できる。このため、例えば半導体ウェハ上のバンプや膜表面形状、膜ムラなどを高速に計測、検査ができる。

なお、平面分光干渉計１００では、第１の光源として、干渉測定部２０Ａに形状計測用（干渉計測用）として、近赤外光を、第２の光源として、分光測定部２０Ｂに観察側用（分光側用）として可視光を使用したが、第１の光源から可視光を、第２の光源から赤外光を照射することができる。この場合、各種波長選択をしているフィルターの波長帯を入れ替える。

これにより、干渉測定部２０Ａにおいて、可視光中の波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの部分を使用し、干渉測定部２０Ａで６００ｎｍ以上の近赤外光〜赤外光で行うことができる。分光測定部２０Ｂに近赤外光〜赤外光の照射光を用いることで、被測定物Ｓの内部に光が進入して、被測定物Ｓの内部構造、例えばシリコンの内部構造や人体（網膜、皮膚）などの内部の状態を観察できる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態に係る平面分光干渉計について説明する。図８は本発明に係る第２実施形態に係る平面分光干渉計を示す光学系を示す模式図である。第２実施形態に係る平面分光干渉計２００において、第１の光源を、光源部２１０、照射部２２０、及び光ケーブル２３０から構成する。また、第２の光源を、光源部２４０、照射部２５０、及び光ケーブル２６０から構成する。第１及び第２の光源では、光源部２１０、２４０が発生する第１及び第２の照射光を光ケーブル２３０、２６０で照射部２２０、２５０に導いて第１実施形態と同様に照射する。その他の構成は第１実施形態に係る平面分光干渉計１００と同じである。

第２実施形態に係る平面分光干渉計２００によれば、光源を光学系２０の近くに配置する必要がなく、平面分光干渉計２００の設計の自由度が増す。

＜第３実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態に係る平面分光干渉計について説明する。図９は本発明に係る第３実施形態に係る平面分光干渉計を示す光学系を示す模式図である。第３実施形態に係る平面分光干渉計３００では、第２の光源は、被測定物Ｓの斜め方向から、第２の照射光である可視光を直接照射する。

即ち、干渉測定部２０Ａにおける光学系は、第２実施形態に係る平面分光干渉計２００と同一とし、第２の光源を光源部３１０、照射部３２０と光ケーブル３３０とから構成し、照射部３２０を試料台制御手段３３の近傍で被測定物Ｓを斜め、例えば斜め４５度から照射する位置に配置している。これに伴い、分光測定部２０Ｂを構成するコリメートレンズ１４及びハーフミラー１２を配置しない構成を採用する。

実施形態３係る平面分光干渉計３００によれば、落斜照明では影となって照射できない、被測定物Ｓの傾斜面等を分光することができる。なお、第２の光源として、複数の照射部３２０を結像レンズ１０の周辺にリング状に配置した照明装置を使用することができ、この場合には被測定物Ｓにおける影の発生を防止できる。

１：第１の光源
２：ダイクロイックミラー
３：ビームスプリッター（第１のビームスプリッター）
４：参照ミラー
５：干渉検出器
６：可視域カットフィルター
７：光源側シンドリカルレンズ
８：干渉器側シンドリカルレンズ
９：コリメートレンズ
１０：結像レンズ
１１：第２の光源
１２：ハーフミラー（第２のビームスプリッター）
１３：分光検出器
１４：コリメートレンズ
１５：結像レンズ
１６：リニアバリアブルフィルター
１７：試料台
２０：光学系
２０Ａ：干渉測定部
２０Ｂ：分光測定部
３０：制御装置
３１：表面形状情報処理手段
３２：分光情報処理手段
３３：試料台制御手段
３４：表示制御手段
３５：３次元情報格納手段
３６：分光情報格納手段
３７：３次元情報表示手段
３８：分光情報表示手段
４０：表示手段
５０：入力手段
５１：観察画像
５２：干渉計画像
５３：高さ分布情報
５４：分光画像
５５：３次元分布画像
５６：分光情報画像
１００：平面分光干渉計

Claims

第１の照射光を発生する第１の光源、前記第１の照射光を２分割し、一方の前記第１の照射光を被測定物に向け照射し、他方の前記第１の照射光を参照ミラーに向け照射するとともに、前記被測定物からの被測定物反射光及び前記参照ミラーからの参照反射光の一部を同一方向に射出する第１のビームスプリッター、及び前記第１のビームスプリッターからの被測定物反射光及び前記参照ミラーからの参照反射光による干渉像を取得する干渉検出器、を備える干渉測定部と、
第２の照射光を発生する第２の光源、前記被測定物からの前記第２の照射光の反射光を分光する分光手段、及び前記分光手段の分光像を取得する分光検出器を備える分光測定部と、
を備え、
前記分光測定部には、前記第２の照射光の一部を反射し、反射した前記第２の照射光を前記被測定物に照射するとともに、前記被測定物からの被測定物反射光の一部を透過する第２のビームスプリッターを備え、
前記第１のビームスプリッター及び第２のビームスプリッターを前記被測定物の観察領域に交差する観察軸に配置して、前記第１の照射光と前記第２の照射光とを同時に前記被測定物の前記観察領域に同時に照射するものとして配置し、
前記干渉検出器からの干渉像に基づいて、前記被測定物の前記観察領域の各位置における表面形状情報を出力する表面形状情報処理手段と、
前記分光検出器からの分光像に基づいて前記被測定物の前記観察領域の各位置における分光情報を出力する分光情報処理手段と、
画像を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された前記画像の位置を指定する位置指定手段と、
前記観察領域の表面形状情報を格納する表面情報格納手段、前記観察領域の分光情報を格納する分光情報格納手段、前記観察領域の表面形状情報を画像化して前記表示手段に表示する表面情報表示手段、及び前記位置指定手段で指定された前記表面形状情報における指定箇所に相当する前記分光情報を取得して前記表示手段に画像化して表示する分光情報表示手段、を備える表示制御手段と、
前記第１の光源の射出側に配置され、所定の一方だけ正のパワーを持ち前記被測定物に線状の第１の照射光の像を照射する第１のシンドリカルレンズと、前記干渉検出器の入射側に配置され、前記第１のシンドリカルレンズと異なる方向にだけ正のパワーを有する第２のシンドリカルレンズを有する、ことを特徴とする平面分光干渉計。
配置された前記被測定物を予め定めた方向及び速度で移動し、前記観察領域の前記被測定物における位置を変更する試料台を備えることを特徴とする請求項１に記載の平面分光干渉計。
前記分光手段は、連続的に透過する波長を変更されたリニアバリアブルフィルターであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の平面分光干渉計。
前記分光手段は、取り外し可能であり、前記分光手段を取り外した状態で、前記分光検出器で前記被測定物からの前記第１の照射光での観察画像を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の平面分光干渉計。
前記第１の照射光は可干渉性の近赤外光であり、前記第２の照射光は可視光であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の平面分光干渉計。
前記第１の照射光は可視光であり、前記第２の照射光は可干渉性の近赤外光であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の平面分光干渉計。
前記第１のビームスプリッターと前記第２のビームスプリッターとの間に、前記近赤外光を反射し、前記可視光を透過させるダイクロイックミラーを配置し、前記干渉検出器は前記ダイクロイックミラーが反射した前記近赤外光を検出することを特徴とする請求項５に記載の平面分光干渉計。
前記参照ミラーは、入射した前記第１の照射光の入射光軸に対して微小量だけ傾けて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の平面分光干渉計。
前記表面形状情報処理手段は、前記干渉像に基づいて前記観察領域における前記表面形状情報を演算することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の平面分光干渉計。