JPH10141926A - 形状測定方法および装置 - Google Patents
形状測定方法および装置Info
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- JPH10141926A JPH10141926A JP8301476A JP30147696A JPH10141926A JP H10141926 A JPH10141926 A JP H10141926A JP 8301476 A JP8301476 A JP 8301476A JP 30147696 A JP30147696 A JP 30147696A JP H10141926 A JPH10141926 A JP H10141926A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 干渉計を用いて観察物体の形状測定をする場
合でも、観察物体の形状を精度良く推定できる形状測定
方法を提供する。 【解決手段】 観察物体の形状情報を持つ光と参照光と
を干渉させることにより、観察物体の形状に依存する干
渉像を生成して観察物体の形状を推定するにあたり、干
渉像によって観察される位相特異点と観察物体の基準点
との相対位置を検出し、その相対位置に基づいて観察物
体の形状を演算して推定する。
合でも、観察物体の形状を精度良く推定できる形状測定
方法を提供する。 【解決手段】 観察物体の形状情報を持つ光と参照光と
を干渉させることにより、観察物体の形状に依存する干
渉像を生成して観察物体の形状を推定するにあたり、干
渉像によって観察される位相特異点と観察物体の基準点
との相対位置を検出し、その相対位置に基づいて観察物
体の形状を演算して推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、微小物体の形状
を測定、検査する形状測定方法、およびかかる方法を実
施する形状測定装置に関するものである。
を測定、検査する形状測定方法、およびかかる方法を実
施する形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】干渉計を用いて物体の形状を測定、検査
する形状測定装置は、例えば、D.Malacara, "Optical S
hop Testing", John Wiley and Sons, New York (1978)
に示されているように、従来種々提案されている。特
に、フリンジスキャンを用いた位相計測は、使用波長の
１／１００以下の精度で表面凹凸を検出することが可能
なことから、物体の微細表面形状の測定に広く用いられ
ている。
する形状測定装置は、例えば、D.Malacara, "Optical S
hop Testing", John Wiley and Sons, New York (1978)
に示されているように、従来種々提案されている。特
に、フリンジスキャンを用いた位相計測は、使用波長の
１／１００以下の精度で表面凹凸を検出することが可能
なことから、物体の微細表面形状の測定に広く用いられ
ている。
【０００３】ところで、物体表面に段差がある場合、そ
の回折光には、段差の近傍に位相の飛び（特異点）が発
生することが、例えば、C.Bouwhius,et.al., "Principl
es of Optical Disc Systems", Intern.Trens in Opti
c, Acad.Press (1991) に示されている。この大きさ無
限小の特異点は、段差に限らず、物体の光学物性的不連
続点（異なる二つの物質の境界または段差位置等）のご
く近傍に発生することが多い。したがって、特異点の位
置を高い精度で測定することにより、その発生原因とな
っている光学物性的不連続点を高い精度で測定すること
ができる。
の回折光には、段差の近傍に位相の飛び（特異点）が発
生することが、例えば、C.Bouwhius,et.al., "Principl
es of Optical Disc Systems", Intern.Trens in Opti
c, Acad.Press (1991) に示されている。この大きさ無
限小の特異点は、段差に限らず、物体の光学物性的不連
続点（異なる二つの物質の境界または段差位置等）のご
く近傍に発生することが多い。したがって、特異点の位
置を高い精度で測定することにより、その発生原因とな
っている光学物性的不連続点を高い精度で測定すること
ができる。
【０００４】さらに、位相計測によれば、従来の解像限
界と言われていたレーリーの限界よりも細かいものも観
察できるということが、V.P.Tychinsky, "Computerized
Phase Microscope for Investigation of Submicron S
tructure", Optics Communications, Vol.74 (1989), p
p.37-40 に示されている。現在、ＩＣパターンや磁気ヘ
ッドのヘッドギャップがますます細かくなり、従来の光
学顕微鏡ではそれらの測定検査が困難なものになってき
ているが、位相計測がその問題解決の鍵になる可能性を
示唆している。
界と言われていたレーリーの限界よりも細かいものも観
察できるということが、V.P.Tychinsky, "Computerized
Phase Microscope for Investigation of Submicron S
tructure", Optics Communications, Vol.74 (1989), p
p.37-40 に示されている。現在、ＩＣパターンや磁気ヘ
ッドのヘッドギャップがますます細かくなり、従来の光
学顕微鏡ではそれらの測定検査が困難なものになってき
ているが、位相計測がその問題解決の鍵になる可能性を
示唆している。
【０００５】図３は、従来の形状測定装置の構成を示す
ものである。この形状測定装置は、トワイマン・グリー
ンタイプの干渉計を用いたもので、レーザ光源１から平
行光となって射出されたコヒーレントな照明光は、ビー
ムエキスパンダ２により適当な径に広げられたのち、ハ
ーフミラーよりなる干渉装置３により、観察物体４へ向
かう観察光路５と、参照物体６へ向かう参照光路７とに
分割される。観察物体４および参照物体６で反射された
光は、観察光路５および参照光路７を引き返し、干渉装
置３で合成されて干渉する。この合成された光は、対物
レンズ８を通ることにより、観察物体４と参照物体６と
の合成像が、所定の結像位置に配置されたＣＣＤよりな
る撮像装置９上に形成され、その像がコントローラ１０
を経て画像表示装置１１に表示される。
ものである。この形状測定装置は、トワイマン・グリー
ンタイプの干渉計を用いたもので、レーザ光源１から平
行光となって射出されたコヒーレントな照明光は、ビー
ムエキスパンダ２により適当な径に広げられたのち、ハ
ーフミラーよりなる干渉装置３により、観察物体４へ向
かう観察光路５と、参照物体６へ向かう参照光路７とに
分割される。観察物体４および参照物体６で反射された
光は、観察光路５および参照光路７を引き返し、干渉装
置３で合成されて干渉する。この合成された光は、対物
レンズ８を通ることにより、観察物体４と参照物体６と
の合成像が、所定の結像位置に配置されたＣＣＤよりな
る撮像装置９上に形成され、その像がコントローラ１０
を経て画像表示装置１１に表示される。
【０００６】ここで、撮像装置９の撮像面上に投影され
る合成像には、干渉装置３から観察物体４で反射されて
再び干渉装置３まで戻る観察光路５の光路長と、干渉装
置３から参照物体６で反射されて再び干渉装置３まで戻
る参照光路７の光路長のと局所的な差に応じた干渉縞が
発生している。したがって、コントローラ１０により位
相変調器１２を駆動して、参照物体６を光軸方向に移動
させ、これにより光路長差を少しずつ変化させて、干渉
縞を移動させながら複数の干渉画像を撮像装置９によっ
て取り込めば、それらの干渉画像に基づいて観察物体表
面近辺の位相分布を算出することができる。なお、フリ
ンジスキャンなどの複数の干渉画像より位相分布を算出
する方法は、例えば、Catherine Creath, "PHASE-MEASU
REMENT INTERFEROMETRY TECHNIQUES", Progress in Opt
ics XXVI, Amsterdam 1988, pp.350-393、および特開平
５−２３２３８４号公報に詳しく説明されている。
る合成像には、干渉装置３から観察物体４で反射されて
再び干渉装置３まで戻る観察光路５の光路長と、干渉装
置３から参照物体６で反射されて再び干渉装置３まで戻
る参照光路７の光路長のと局所的な差に応じた干渉縞が
発生している。したがって、コントローラ１０により位
相変調器１２を駆動して、参照物体６を光軸方向に移動
させ、これにより光路長差を少しずつ変化させて、干渉
縞を移動させながら複数の干渉画像を撮像装置９によっ
て取り込めば、それらの干渉画像に基づいて観察物体表
面近辺の位相分布を算出することができる。なお、フリ
ンジスキャンなどの複数の干渉画像より位相分布を算出
する方法は、例えば、Catherine Creath, "PHASE-MEASU
REMENT INTERFEROMETRY TECHNIQUES", Progress in Opt
ics XXVI, Amsterdam 1988, pp.350-393、および特開平
５−２３２３８４号公報に詳しく説明されている。
【０００７】しかし、位相特異点を用いた観察物体の形
状測定には、以下の問題がある。すなわち、従来は位相
特異点の横位置のみを測定して、観察物体表面の光学物
性的不連続点を求めるようにしているため、例えば、観
察物体の表面に溝状構造体が存在した場合には、その溝
状構造体の幅は測定できても、その深さは測定すること
ができない。
状測定には、以下の問題がある。すなわち、従来は位相
特異点の横位置のみを測定して、観察物体表面の光学物
性的不連続点を求めるようにしているため、例えば、観
察物体の表面に溝状構造体が存在した場合には、その溝
状構造体の幅は測定できても、その深さは測定すること
ができない。
【０００８】さらに、本発明者による観察物体表面近傍
における詳細かつ入念な電場解析によれば、特異点は必
ずしも観察物体表面上に現れるのではなく、観察物体の
形状に敏感に反応して出現する高さ位置を変化させるこ
と、そして、特異点が観察物体表面から離れた位置に出
現する場合は、その特異点の横位置が必ずしも観察物体
の光学物性的不連続点の横位置に一致するものではない
ことが判明した。このことを図４〜図７を用いて説明す
る。
における詳細かつ入念な電場解析によれば、特異点は必
ずしも観察物体表面上に現れるのではなく、観察物体の
形状に敏感に反応して出現する高さ位置を変化させるこ
と、そして、特異点が観察物体表面から離れた位置に出
現する場合は、その特異点の横位置が必ずしも観察物体
の光学物性的不連続点の横位置に一致するものではない
ことが判明した。このことを図４〜図７を用いて説明す
る。
【０００９】図４は、本発明者が電場解析に用いた観察
物体（回折格子）のモデルを示すものである。このモデ
ルは、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）基板１５上に、２μｍ
の周期で、幅１．５μｍ（ｗ）、間隔（溝幅）０．５μ
ｍ（ｗ）、厚さｔの窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜１６
を形成したものである。ＳｉＯ2 基板１５およびＳｉ 3
Ｎ4 膜１６の屈折率ｎは、それぞれｎ＝１．５およびｎ
＝２とした。この観察物体に、上方から波長λ＝０．６
３３μｍの平面波を垂直に入射させる。
物体（回折格子）のモデルを示すものである。このモデ
ルは、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）基板１５上に、２μｍ
の周期で、幅１．５μｍ（ｗ）、間隔（溝幅）０．５μ
ｍ（ｗ）、厚さｔの窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜１６
を形成したものである。ＳｉＯ2 基板１５およびＳｉ 3
Ｎ4 膜１６の屈折率ｎは、それぞれｎ＝１．５およびｎ
＝２とした。この観察物体に、上方から波長λ＝０．６
３３μｍの平面波を垂直に入射させる。
【００１０】図５（ａ）および（ｂ）は、図４に示した
観察物体のＳｉ3 Ｎ4 膜１６の厚さｔをｔ＝０．２μｍ
として、真上からＮＡ＝０．９の対物レンズで見たとき
に、観察物体表面近傍にできる見かけの電場の位相分布
の等高線を、Ｐ偏光の場合（図５（ａ））とＳ偏光の場
合（図５（ｂ））とに分けて示したものである。ここ
で、Ｐ偏光とは、観察物体表面の格子に平行（紙面に垂
直）な電場成分であり、Ｓ偏光とは、Ｐ偏光に垂直（紙
面に平行）な電場成分である。
観察物体のＳｉ3 Ｎ4 膜１６の厚さｔをｔ＝０．２μｍ
として、真上からＮＡ＝０．９の対物レンズで見たとき
に、観察物体表面近傍にできる見かけの電場の位相分布
の等高線を、Ｐ偏光の場合（図５（ａ））とＳ偏光の場
合（図５（ｂ））とに分けて示したものである。ここ
で、Ｐ偏光とは、観察物体表面の格子に平行（紙面に垂
直）な電場成分であり、Ｓ偏光とは、Ｐ偏光に垂直（紙
面に平行）な電場成分である。
【００１１】図５において、位相特異点は、位相分布の
等高線が集中している箇所として示されており、観察物
体表面の隣接するＳｉ3 Ｎ4 膜１６の間にできた溝の段
差の近傍に出現している。しかし、位相特異点は、必ず
しも観察物体表面と一致しておらず、観察物体表面から
ｈの高さ位置に出現し、しかもＰ偏光とＳ偏光とで高さ
ｈが異なっている。さらに、位相特異点の横位置（間
隔）ｓも、図５（ｂ）に示されているように、観察物体
表面の段差の間隔と必ずしも一致するものではない。
等高線が集中している箇所として示されており、観察物
体表面の隣接するＳｉ3 Ｎ4 膜１６の間にできた溝の段
差の近傍に出現している。しかし、位相特異点は、必ず
しも観察物体表面と一致しておらず、観察物体表面から
ｈの高さ位置に出現し、しかもＰ偏光とＳ偏光とで高さ
ｈが異なっている。さらに、位相特異点の横位置（間
隔）ｓも、図５（ｂ）に示されているように、観察物体
表面の段差の間隔と必ずしも一致するものではない。
【００１２】図６（ａ）および（ｂ）は、上記観察物体
のＳｉ3 Ｎ4 膜１６の厚さｔを変えて、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１
６の上面から見たときの、二つの位相特異点の出現する
高さｈ、およびその二つの位相特異点の間隔ｓの関係
を、Ｐ偏光の場合（図６（ａ））とＳ偏光の場合（図６
（ｂ））とに分けて示したものである。また、図７
（ａ）および（ｂ）は、上記観察物体のＳｉ3 Ｎ4 膜１
６の溝幅（間隔）ｗを変えて、同様に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１
６の上面から見たときの、二つの位相特異点の出現する
高さｈ、およびその二つの位相特異点の間隔ｓの関係
を、Ｐ偏光の場合（図７（ａ））とＳ偏光の場合（図７
（ｂ））とに分けて示したものである。
のＳｉ3 Ｎ4 膜１６の厚さｔを変えて、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１
６の上面から見たときの、二つの位相特異点の出現する
高さｈ、およびその二つの位相特異点の間隔ｓの関係
を、Ｐ偏光の場合（図６（ａ））とＳ偏光の場合（図６
（ｂ））とに分けて示したものである。また、図７
（ａ）および（ｂ）は、上記観察物体のＳｉ3 Ｎ4 膜１
６の溝幅（間隔）ｗを変えて、同様に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１
６の上面から見たときの、二つの位相特異点の出現する
高さｈ、およびその二つの位相特異点の間隔ｓの関係
を、Ｐ偏光の場合（図７（ａ））とＳ偏光の場合（図７
（ｂ））とに分けて示したものである。
【００１３】図６および図７から明らかなように、位相
特異点の出現する観察物体表面からの高さｈ、および位
相特異点の間隔ｓとも、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１６の厚さｔ、お
よび間隔ｗによって敏感に値を変える。特に、位相特異
点の間隔ｓは、観察物体のＳｉ3 Ｎ4 膜１６の間隔ｗと
必ずしも一致するものではないことがわかる。
特異点の出現する観察物体表面からの高さｈ、および位
相特異点の間隔ｓとも、Ｓｉ3 Ｎ4 膜１６の厚さｔ、お
よび間隔ｗによって敏感に値を変える。特に、位相特異
点の間隔ｓは、観察物体のＳｉ3 Ｎ4 膜１６の間隔ｗと
必ずしも一致するものではないことがわかる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上のことから、位相
分布と観察物体の形状との相関が正しく把握されていな
ければ、位相分布の測定から観察物体の形状を正しく特
定することはできないことになる。しかしながら、従来
の干渉計を用いた形状測定装置にあっては、計測された
位相分布をそのまま出力するようにしているため、観察
物体の正しい形状を与えていたとは限らない。例えば、
位相特異点を用いた光学物性的不連続点の検出において
は、検出された位相特異点の横位置は、光学物性的不連
続点の横位置と必ずしも一致しないため、例えば溝状構
造物の幅測定に関しては、実際の値と異なる測定値を与
えることになる。さらに、従来の形状測定装置にあって
は、位相特異点の横位置のみを検出するようにしている
ため、例えば観察物体表面上にある溝状構造物の幅は測
定できても、その深さは測定できない。
分布と観察物体の形状との相関が正しく把握されていな
ければ、位相分布の測定から観察物体の形状を正しく特
定することはできないことになる。しかしながら、従来
の干渉計を用いた形状測定装置にあっては、計測された
位相分布をそのまま出力するようにしているため、観察
物体の正しい形状を与えていたとは限らない。例えば、
位相特異点を用いた光学物性的不連続点の検出において
は、検出された位相特異点の横位置は、光学物性的不連
続点の横位置と必ずしも一致しないため、例えば溝状構
造物の幅測定に関しては、実際の値と異なる測定値を与
えることになる。さらに、従来の形状測定装置にあって
は、位相特異点の横位置のみを検出するようにしている
ため、例えば観察物体表面上にある溝状構造物の幅は測
定できても、その深さは測定できない。
【００１５】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、その第１の目的は、干渉計を用
いて観察物体の形状測定をする場合でも、観察物体の形
状を精度良く推定できる形状測定方法を提供しようとす
るものである。
目してなされたもので、その第１の目的は、干渉計を用
いて観察物体の形状測定をする場合でも、観察物体の形
状を精度良く推定できる形状測定方法を提供しようとす
るものである。
【００１６】さらに、この発明の第２の目的は、上記の
形状測定方法を簡単な構成で実施でき、観察物体の形状
を精度良く推定できるようにした形状測定装置を提供し
ようとするものである。
形状測定方法を簡単な構成で実施でき、観察物体の形状
を精度良く推定できるようにした形状測定装置を提供し
ようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、この発明は、観察物体の形状情報を持つ光と参
照光とを干渉させることにより、前記観察物体の形状に
依存する干渉像を生成して前記観察物体の形状を推定す
るにあたり、前記干渉像によって観察される位相特異点
と前記観察物体の基準点との相対位置を検出し、その相
対位置に基づいて前記観察物体の形状を演算して推定す
ることを特徴とするものである。
るため、この発明は、観察物体の形状情報を持つ光と参
照光とを干渉させることにより、前記観察物体の形状に
依存する干渉像を生成して前記観察物体の形状を推定す
るにあたり、前記干渉像によって観察される位相特異点
と前記観察物体の基準点との相対位置を検出し、その相
対位置に基づいて前記観察物体の形状を演算して推定す
ることを特徴とするものである。
【００１８】このように、この発明に係る形状測定方法
においては、干渉像によって観察される位相特異点と観
察物体の基準点との相対位置を検出し、その相対位置に
基づいて観察物体の形状を演算して推定するようにして
いるので、上記の相対位置と観察物体の形状との相関
を、あらかじめ理論的あるいは経験的に求めておけば、
検出した相対位置をその相関に照らし合わせて演算する
ことにより、観察物体の形状を精度良く推定することが
可能となる。
においては、干渉像によって観察される位相特異点と観
察物体の基準点との相対位置を検出し、その相対位置に
基づいて観察物体の形状を演算して推定するようにして
いるので、上記の相対位置と観察物体の形状との相関
を、あらかじめ理論的あるいは経験的に求めておけば、
検出した相対位置をその相関に照らし合わせて演算する
ことにより、観察物体の形状を精度良く推定することが
可能となる。
【００１９】この発明の好適一実施形態においては、直
交する二つの偏光成分を用いて干渉像を形成するのが、
異なった偏光成分毎の位相特異点の位置を検出できるの
で、観察物体の形状をより正確に推定する点で好まし
い。
交する二つの偏光成分を用いて干渉像を形成するのが、
異なった偏光成分毎の位相特異点の位置を検出できるの
で、観察物体の形状をより正確に推定する点で好まし
い。
【００２０】この発明の好適一実施形態においては、複
数の波長の光を用いるのが、観察物体の基準点を容易に
検出すると共に、波長毎の位相特異点の位置を検出して
観察物体の形状をより正確に推定する点で好ましい。
数の波長の光を用いるのが、観察物体の基準点を容易に
検出すると共に、波長毎の位相特異点の位置を検出して
観察物体の形状をより正確に推定する点で好ましい。
【００２１】この発明の好適一実施形態では、所定の形
状パラメータを用いて観察物体の形状を推定するのが、
演算を容易にする点で好ましい。すなわち、所定の形状
パラメータと、位相特異点および観察物体の基準点の相
対位置との関数を、予想される形状パラメータの範囲内
で計算あるいは経験より求めておけば、検出した位相特
異点と基準点との相対位置から形状パラメータを代数的
に容易に算出することができ、観察物体の形状をより正
確に推定することが可能となる。
状パラメータを用いて観察物体の形状を推定するのが、
演算を容易にする点で好ましい。すなわち、所定の形状
パラメータと、位相特異点および観察物体の基準点の相
対位置との関数を、予想される形状パラメータの範囲内
で計算あるいは経験より求めておけば、検出した位相特
異点と基準点との相対位置から形状パラメータを代数的
に容易に算出することができ、観察物体の形状をより正
確に推定することが可能となる。
【００２２】この発明の好適一実施形態では、形状パラ
メータは観察物体上の構造物の幅、高さ、および屈折率
の少なくとも一つを含むようにする。ここで、構造物の
幅を含む場合には、例えば、ＩＣや磁気ディスクの検査
における線幅を容易に測定することが可能となり、構造
物の高さを含む場合には、例えば、ＩＣ等のリードパタ
ーンの高さを容易に測定することが可能となり、構造物
の屈折率を含む場合には、例えば、シリコン基板にドー
ピングされた不純物のドーピング量を同定することが可
能となる。
メータは観察物体上の構造物の幅、高さ、および屈折率
の少なくとも一つを含むようにする。ここで、構造物の
幅を含む場合には、例えば、ＩＣや磁気ディスクの検査
における線幅を容易に測定することが可能となり、構造
物の高さを含む場合には、例えば、ＩＣ等のリードパタ
ーンの高さを容易に測定することが可能となり、構造物
の屈折率を含む場合には、例えば、シリコン基板にドー
ピングされた不純物のドーピング量を同定することが可
能となる。
【００２３】さらに、上記第２の目的を達成するため、
この発明の形状測定装置は、光源と、この光源から発し
た照明光を観察物体および参照物体にそれぞれ導く照明
手段と、前記観察物体および前記参照物体をそれぞれ透
過あるいは反射した光を干渉させる干渉手段と、この干
渉手段により生成される干渉像を結像させる結像手段
と、この結像手段の焦点合わせを行う焦点調節手段と、
前記観察物体の基準点の位置を検出する観察物体位置検
出手段と、前記干渉像によって観察される位相特異点の
位置を検出する特異点位置検出手段と、前記観察物体位
置検出手段で検出した前記基準点の位置と前記特異点位
置検出手段で検出した前記位相特異点の位置との相対位
置に基づいて前記観察物体の形状を算出する演算手段
と、を有することを特徴とするものである。
この発明の形状測定装置は、光源と、この光源から発し
た照明光を観察物体および参照物体にそれぞれ導く照明
手段と、前記観察物体および前記参照物体をそれぞれ透
過あるいは反射した光を干渉させる干渉手段と、この干
渉手段により生成される干渉像を結像させる結像手段
と、この結像手段の焦点合わせを行う焦点調節手段と、
前記観察物体の基準点の位置を検出する観察物体位置検
出手段と、前記干渉像によって観察される位相特異点の
位置を検出する特異点位置検出手段と、前記観察物体位
置検出手段で検出した前記基準点の位置と前記特異点位
置検出手段で検出した前記位相特異点の位置との相対位
置に基づいて前記観察物体の形状を算出する演算手段
と、を有することを特徴とするものである。
【００２４】このように、この発明に係る形状測定装置
においては、光源から発せられた照明光により、照明手
段、干渉手段および結像手段によって干渉像を形成し、
焦点調節手段により焦点位置を調節しながら特異点位置
検出手段により位相特異点の位置を検出し、観察物体位
置検出手段により観察物体の基準点の位置を検出して、
これら位相特異点および基準点の相対位置に基づいて、
演算手段により観察物体の形状を算出するようにしたの
で、演算手段において、あらかじめ求められた位相特異
点および基準点の相対位置と観察物体の形状との相関を
用いることにより、観察物体の形状を精度良く推定する
ことが可能となる。
においては、光源から発せられた照明光により、照明手
段、干渉手段および結像手段によって干渉像を形成し、
焦点調節手段により焦点位置を調節しながら特異点位置
検出手段により位相特異点の位置を検出し、観察物体位
置検出手段により観察物体の基準点の位置を検出して、
これら位相特異点および基準点の相対位置に基づいて、
演算手段により観察物体の形状を算出するようにしたの
で、演算手段において、あらかじめ求められた位相特異
点および基準点の相対位置と観察物体の形状との相関を
用いることにより、観察物体の形状を精度良く推定する
ことが可能となる。
【００２５】この発明の好適一実施形態では、結像手段
の光路中に偏光変調手段を配置するのが、直交する二つ
の偏光成分の位相特異点の位置を検出して、観察物体の
形状をより正確に推定する点で好ましい。
の光路中に偏光変調手段を配置するのが、直交する二つ
の偏光成分の位相特異点の位置を検出して、観察物体の
形状をより正確に推定する点で好ましい。
【００２６】この発明の好適一実施形態では、光源を、
複数の波長の光を発するよう構成するのが、観察物体の
基準点を容易に検出すると共に、波長毎の位相特異点の
位置を検出して観察物体の形状をより正確に推定する点
で好ましい。
複数の波長の光を発するよう構成するのが、観察物体の
基準点を容易に検出すると共に、波長毎の位相特異点の
位置を検出して観察物体の形状をより正確に推定する点
で好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】この発明に係る形状測定方法につ
いて、再び図４、図６および図７を用いて説明する。測
定対象の観察物体が、図４に示すように、ＳｉＯ2 基板
１５上に、２μｍの間隔で、幅１．５μｍ（ｗ）、膜厚
ｔのＳｉ3 Ｎ4 膜１６を、間隔０．５μｍ（ｗ）で形成
したもので、その厚さｔのみが不定であるとする。この
ような観察物体に対して、観察物体の上方から、波長λ
＝０．６３３μｍの平面波を、観察物体表面に垂直に入
射し、観察物体より反射した光を、真上からＮＡ＝０．
９の対物レンズで結像させて位相分布を測定した場合、
ＳｉＯ2 基板１５上で、膜厚ｔの隣接するＳｉ3 Ｎ4 膜
１６で挟まれた、幅０．５μｍ（ｗ）、深さｔの溝の両
側の段差に対応する二つの位相特異点の、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
１６の上面からの高さｈ、およびその二つの位相特異点
の間隔ｓが、図６に示すように、溝の深さｔにより変化
することが、計算で求まっているものとする。
いて、再び図４、図６および図７を用いて説明する。測
定対象の観察物体が、図４に示すように、ＳｉＯ2 基板
１５上に、２μｍの間隔で、幅１．５μｍ（ｗ）、膜厚
ｔのＳｉ3 Ｎ4 膜１６を、間隔０．５μｍ（ｗ）で形成
したもので、その厚さｔのみが不定であるとする。この
ような観察物体に対して、観察物体の上方から、波長λ
＝０．６３３μｍの平面波を、観察物体表面に垂直に入
射し、観察物体より反射した光を、真上からＮＡ＝０．
９の対物レンズで結像させて位相分布を測定した場合、
ＳｉＯ2 基板１５上で、膜厚ｔの隣接するＳｉ3 Ｎ4 膜
１６で挟まれた、幅０．５μｍ（ｗ）、深さｔの溝の両
側の段差に対応する二つの位相特異点の、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
１６の上面からの高さｈ、およびその二つの位相特異点
の間隔ｓが、図６に示すように、溝の深さｔにより変化
することが、計算で求まっているものとする。
【００２８】したがって、図６の関係を用いれば、Ｓ偏
光におけるｈとｓとを測定することにより、観察物体表
面の溝の高さｔを求めることができる。特に、ｔ＝０．
１５μｍ〜０．１７μｍにおいては、Ｓ偏光におけるｈ
がｔに対して敏感に変化しているので、Ｓ偏光における
ｈの測定値だけでもｔを高い精度で求めることが可能で
ある。同様に、ｔ＝０．１３５μｍ〜０．１５μｍ、お
よびｔ＝０．１８μｍ〜０．２５μｍの場合でも、Ｐ偏
光におけるｈの測定値だけでｔを高い精度で求めること
が可能である。
光におけるｈとｓとを測定することにより、観察物体表
面の溝の高さｔを求めることができる。特に、ｔ＝０．
１５μｍ〜０．１７μｍにおいては、Ｓ偏光におけるｈ
がｔに対して敏感に変化しているので、Ｓ偏光における
ｈの測定値だけでもｔを高い精度で求めることが可能で
ある。同様に、ｔ＝０．１３５μｍ〜０．１５μｍ、お
よびｔ＝０．１８μｍ〜０．２５μｍの場合でも、Ｐ偏
光におけるｈの測定値だけでｔを高い精度で求めること
が可能である。
【００２９】さらに、溝の深さｔだけでなく、溝の幅ｗ
も不定である場合には、種々の溝の幅におけるｈとｓと
の相関を、図７に示すようにあらかじめ求めておくこと
により、測定対象の観察物体のｈとｓとを測定すること
により、観察物体表面のＳｉ 3 Ｎ4 膜１６の幅ｗを求め
ることができる。このように、予想し得る様々なｔとｗ
に対するｈとｓとの関係を計算（シミュレーション）あ
るいは経験で求めておけば、ｈとｓとの実測値と、図６
および図７に例示したような計算あるいは経験で求めら
れたｔおよびｗに対するｈとｓとのマッチングにより、
測定対象の観察物体のｔとｗとを推定することが可能と
なる。
も不定である場合には、種々の溝の幅におけるｈとｓと
の相関を、図７に示すようにあらかじめ求めておくこと
により、測定対象の観察物体のｈとｓとを測定すること
により、観察物体表面のＳｉ 3 Ｎ4 膜１６の幅ｗを求め
ることができる。このように、予想し得る様々なｔとｗ
に対するｈとｓとの関係を計算（シミュレーション）あ
るいは経験で求めておけば、ｈとｓとの実測値と、図６
および図７に例示したような計算あるいは経験で求めら
れたｔおよびｗに対するｈとｓとのマッチングにより、
測定対象の観察物体のｔとｗとを推定することが可能と
なる。
【００３０】なお、使用する光の波長が異なると、相対
的にＳｉ3 Ｎ4 膜１６の間隔ｗおよび膜厚ｔが異なる場
合と相似となり、図６および図７に示すｔおよびｗに対
するｈとｓとの関係が全く別のものになるので、使用す
る光の波長毎のｔおよびｗに対するｈとｓとの関係をあ
らかじめ求めておけばよい。また、このように、複数の
波長毎のｔおよびｗに対するｈとｓとの関係を求めてお
けば、複数の波長におけるｈとｓとの実測値を用いて観
察物体の形状を推定することにより、より正確な推定が
可能となる。
的にＳｉ3 Ｎ4 膜１６の間隔ｗおよび膜厚ｔが異なる場
合と相似となり、図６および図７に示すｔおよびｗに対
するｈとｓとの関係が全く別のものになるので、使用す
る光の波長毎のｔおよびｗに対するｈとｓとの関係をあ
らかじめ求めておけばよい。また、このように、複数の
波長毎のｔおよびｗに対するｈとｓとの関係を求めてお
けば、複数の波長におけるｈとｓとの実測値を用いて観
察物体の形状を推定することにより、より正確な推定が
可能となる。
【００３１】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して説明する。図１は、この発明を実施する形状測定装
置の一実施例を示すものである。この形状測定装置は、
高精度な平面ミラーよりなる参照ミラー２１と、レーザ
光源２２と、レーザ光源２２から射出される直線偏光を
円偏光の照明光に変換する１／４波長板２３と、この照
明光の径を広げるビームエキスパンダ２４と、白色光源
２５と、白色光源２５およびレーザ光源２２からの照明
光を合成するダクロイックミラー２６と、合成された照
明光を観察物体２７に導く観察光路と参照ミラー２１に
導く参照光路とに分割すると共に、観察物体２７および
参照ミラー２１でそれぞれ反射される光を再び合成して
干渉させるハーフミラー２８と、観察物体２７および参
照ミラー２１をそれぞれ拡大投影するために、ハーフミ
ラー２８と観察物体２７との間およびハーフミラー２８
と参照ミラー２１との間にそれぞれ配置され、それぞれ
の後側焦点位置が互いに共役関係にある観察対物レンズ
２９および参照対物レンズ３０と、ダイクロイックミラ
ー２６とハーフミラー２８との間の光路中に挿脱可能
で、光路中に挿入された状態では後側焦点位置が観察対
物レンズ２９および参照対物レンズ３０の瞳位置にほぼ
一致するように配置したケーラーレンズ３１と、ハーフ
ミラー２８によって形成される観察物体２７と参照ミラ
ー２１との干渉像を結像する結像レンズ３２と、この結
像レンズ３２の結像面に受光面を配置した、例えばＣＣ
Ｄよりなる撮像素子３３と、ハーフミラー２８と撮像素
子３３との間に挿脱可能で、かつ回転可能に配置した偏
光変調手段としてのアナライザ３４と、観察物体２７を
保持すると共に、該観察物体２７を観察対物レンズ２９
に対して焦点調節するための、例えばピエゾ素子を有す
る焦点調節装置３５と、参照ミラー２１を保持すると共
に、参照光路のリタデーションを調節する、例えばピエ
ゾ素子を有するリタデーション調節装置３６と、撮像素
子３３、焦点調節装置３５およびリタデーション調節装
置３６に電気的に接続したコントローラ３７と、このコ
ントローラ３７に電気的に接続した演算装置３８とを有
する。
して説明する。図１は、この発明を実施する形状測定装
置の一実施例を示すものである。この形状測定装置は、
高精度な平面ミラーよりなる参照ミラー２１と、レーザ
光源２２と、レーザ光源２２から射出される直線偏光を
円偏光の照明光に変換する１／４波長板２３と、この照
明光の径を広げるビームエキスパンダ２４と、白色光源
２５と、白色光源２５およびレーザ光源２２からの照明
光を合成するダクロイックミラー２６と、合成された照
明光を観察物体２７に導く観察光路と参照ミラー２１に
導く参照光路とに分割すると共に、観察物体２７および
参照ミラー２１でそれぞれ反射される光を再び合成して
干渉させるハーフミラー２８と、観察物体２７および参
照ミラー２１をそれぞれ拡大投影するために、ハーフミ
ラー２８と観察物体２７との間およびハーフミラー２８
と参照ミラー２１との間にそれぞれ配置され、それぞれ
の後側焦点位置が互いに共役関係にある観察対物レンズ
２９および参照対物レンズ３０と、ダイクロイックミラ
ー２６とハーフミラー２８との間の光路中に挿脱可能
で、光路中に挿入された状態では後側焦点位置が観察対
物レンズ２９および参照対物レンズ３０の瞳位置にほぼ
一致するように配置したケーラーレンズ３１と、ハーフ
ミラー２８によって形成される観察物体２７と参照ミラ
ー２１との干渉像を結像する結像レンズ３２と、この結
像レンズ３２の結像面に受光面を配置した、例えばＣＣ
Ｄよりなる撮像素子３３と、ハーフミラー２８と撮像素
子３３との間に挿脱可能で、かつ回転可能に配置した偏
光変調手段としてのアナライザ３４と、観察物体２７を
保持すると共に、該観察物体２７を観察対物レンズ２９
に対して焦点調節するための、例えばピエゾ素子を有す
る焦点調節装置３５と、参照ミラー２１を保持すると共
に、参照光路のリタデーションを調節する、例えばピエ
ゾ素子を有するリタデーション調節装置３６と、撮像素
子３３、焦点調節装置３５およびリタデーション調節装
置３６に電気的に接続したコントローラ３７と、このコ
ントローラ３７に電気的に接続した演算装置３８とを有
する。
【００３２】次に、図１に示す形状測定装置の動作を、
図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。先
ず、ステップ５１および５２で、観察物体２７を焦点調
節装置３５上にセットすると共に、アナライザ３４を選
択的に回動させて位相特異点を検出する際の偏光（Ｐ偏
光またはＳ偏光）を選択する。その後、ステップ５３に
おいて、観察対物レンズ２９の焦点位置が、観察物体２
７の段差表面近傍に位置するように、観察物体２７を移
動させて焦点調節を行う。
図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。先
ず、ステップ５１および５２で、観察物体２７を焦点調
節装置３５上にセットすると共に、アナライザ３４を選
択的に回動させて位相特異点を検出する際の偏光（Ｐ偏
光またはＳ偏光）を選択する。その後、ステップ５３に
おいて、観察対物レンズ２９の焦点位置が、観察物体２
７の段差表面近傍に位置するように、観察物体２７を移
動させて焦点調節を行う。
【００３３】この焦点調節においては、アナライザ３４
を光路から退去させ、例えば、ケーラーレンズ３１を光
路に挿入して、白色光源２５を点灯させ、その照明光
（白色光）をダイクロイックミラー２６、ケーラーレン
ズ３１およびハーフミラー２８を経て観察対物レンズ２
９の瞳位置に集光させるようにし、これにより照明光を
観察物体２７に平行光で入射させて、該観察物体２７を
広い範囲で照明する。なお、この場合、照明光は、参照
対物レンズ３０の瞳位置にも集光して参照ミラー２１に
も導かれるようになるが、この参照光路の照明光は、例
えばシャッタ（図示せず）等により遮断して、ハーフミ
ラー２８に反射光が戻らないようにしておく。
を光路から退去させ、例えば、ケーラーレンズ３１を光
路に挿入して、白色光源２５を点灯させ、その照明光
（白色光）をダイクロイックミラー２６、ケーラーレン
ズ３１およびハーフミラー２８を経て観察対物レンズ２
９の瞳位置に集光させるようにし、これにより照明光を
観察物体２７に平行光で入射させて、該観察物体２７を
広い範囲で照明する。なお、この場合、照明光は、参照
対物レンズ３０の瞳位置にも集光して参照ミラー２１に
も導かれるようになるが、この参照光路の照明光は、例
えばシャッタ（図示せず）等により遮断して、ハーフミ
ラー２８に反射光が戻らないようにしておく。
【００３４】このようにして、白色光源２５からの照明
光で観察物体２７を照明して、その像を観察対物レンズ
２９、ハーフミラー２８、結像レンズ３２およびアナラ
イザ３４を経て撮像素子３３の受光面に形成し、この撮
像素子３３の出力をコントローラ３７を経て図示しない
画像表示装置に供給して明視野像を表示させ、この明視
野像を観察しながら、焦点調節装置３５を手動で駆動し
て、観察対物レンズ２９の焦点位置が、観察物体２７の
段差表面近傍に位置するように焦点調節する。なお、こ
の焦点調節は、撮像素子３３の出力をコントローラ３７
を経て演算装置３８に供給し、ここで焦点調節のための
所要の演算を行い、その演算結果に基づいて、コントロ
ーラ３７により焦点調節装置３５を駆動して自動的に行
うようにすることもできる。
光で観察物体２７を照明して、その像を観察対物レンズ
２９、ハーフミラー２８、結像レンズ３２およびアナラ
イザ３４を経て撮像素子３３の受光面に形成し、この撮
像素子３３の出力をコントローラ３７を経て図示しない
画像表示装置に供給して明視野像を表示させ、この明視
野像を観察しながら、焦点調節装置３５を手動で駆動し
て、観察対物レンズ２９の焦点位置が、観察物体２７の
段差表面近傍に位置するように焦点調節する。なお、こ
の焦点調節は、撮像素子３３の出力をコントローラ３７
を経て演算装置３８に供給し、ここで焦点調節のための
所要の演算を行い、その演算結果に基づいて、コントロ
ーラ３７により焦点調節装置３５を駆動して自動的に行
うようにすることもできる。
【００３５】その後、白色光源２５を消灯すると共に、
アナライザ３４を光路中に挿入し、ケーラーレンズ３１
を光路から退去させて、レーザ光源２２からレーザ光を
射出させる。このレーザ光は、１／４波長板２３で円偏
光に変換した後、ビームエキスパンダ２４で光束径の大
きい平行光束に変換してダイクロイックミラー２６で反
射させ、さらにハーフミラー２８で二分割して、それぞ
れ観察対物レンズ２９および参照対物レンズ３０を経て
観察物体２７および参照ミラー２１の表面に集光させ
て、観察したい微小な領域を照明する。これら観察物体
２７および参照ミラー２１で反射された照明光は、それ
ぞれ観察対物レンズ２９および参照対物レンズ３０を経
てハーフミラー２８で合成し、これにより形成される干
渉像を結像レンズ３２を経てアナライザ３４を通すこと
により、あらかじめ選択した偏光成分のコヒーレントな
干渉像を撮像素子３３の受光面上に形成する。
アナライザ３４を光路中に挿入し、ケーラーレンズ３１
を光路から退去させて、レーザ光源２２からレーザ光を
射出させる。このレーザ光は、１／４波長板２３で円偏
光に変換した後、ビームエキスパンダ２４で光束径の大
きい平行光束に変換してダイクロイックミラー２６で反
射させ、さらにハーフミラー２８で二分割して、それぞ
れ観察対物レンズ２９および参照対物レンズ３０を経て
観察物体２７および参照ミラー２１の表面に集光させ
て、観察したい微小な領域を照明する。これら観察物体
２７および参照ミラー２１で反射された照明光は、それ
ぞれ観察対物レンズ２９および参照対物レンズ３０を経
てハーフミラー２８で合成し、これにより形成される干
渉像を結像レンズ３２を経てアナライザ３４を通すこと
により、あらかじめ選択した偏光成分のコヒーレントな
干渉像を撮像素子３３の受光面上に形成する。
【００３６】次に、ステップ５４において、コントロー
ラ３７により、リタデーション調節装置３６を駆動して
フリンジスキャンを行い、その各位置での撮像素子３３
の出力（干渉像）をステップ５５において演算装置３８
に取り込む。その後、ステップ５６において、演算装置
３８に取り込んだフリンジスキャンの各位置での干渉像
に基づいて、該演算装置３８において位相パターンを算
出した後、ステップ５７において、算出した位相パター
ンに特異点があるか否かを判定する。
ラ３７により、リタデーション調節装置３６を駆動して
フリンジスキャンを行い、その各位置での撮像素子３３
の出力（干渉像）をステップ５５において演算装置３８
に取り込む。その後、ステップ５６において、演算装置
３８に取り込んだフリンジスキャンの各位置での干渉像
に基づいて、該演算装置３８において位相パターンを算
出した後、ステップ５７において、算出した位相パター
ンに特異点があるか否かを判定する。
【００３７】ここで、位相特異点が検出された場合に
は、次に、ステップ５８において、そのときの焦点調節
装置３５における位置情報ｔ１をコントローラ３７を経
て演算装置３８に取り込む。これに対し、ステップ５７
で位相特異点が検出されない場合には、ステップ５９に
おいて、コントローラ３７により焦点調節装置３５を駆
動して観察物体２７を観察対物レンズ２９の光軸方向に
微小移動させて、上記のステップ５４に戻り、位相特異
点が検出されるまで繰り返す。なお、複数の異なる波長
の光を用いての位相特異点の位置検出に際しては、波長
毎の位相特異点の合焦位置を演算装置３８に取り込む。
その後、ステップ６０においてその位相特異点の間隔ｓ
を演算装置３８で算出して保存する。
は、次に、ステップ５８において、そのときの焦点調節
装置３５における位置情報ｔ１をコントローラ３７を経
て演算装置３８に取り込む。これに対し、ステップ５７
で位相特異点が検出されない場合には、ステップ５９に
おいて、コントローラ３７により焦点調節装置３５を駆
動して観察物体２７を観察対物レンズ２９の光軸方向に
微小移動させて、上記のステップ５４に戻り、位相特異
点が検出されるまで繰り返す。なお、複数の異なる波長
の光を用いての位相特異点の位置検出に際しては、波長
毎の位相特異点の合焦位置を演算装置３８に取り込む。
その後、ステップ６０においてその位相特異点の間隔ｓ
を演算装置３８で算出して保存する。
【００３８】次に、ステップ６１において、レーザ光源
２２をオフ、またはレーザ光を図示しないシャッタ等に
より遮断すると共に、白色光源２５を点灯させて光源を
切り換え、ステップ６２において、ステップ５３で説明
したと同様にして、観察対物レンズ２９の焦点位置が観
察物体２７の段差表面近傍に位置するように焦点調節す
る。その後、白色光源２５からの照明光により、上述し
たレーザ光の場合と同様にして、観察物体２７および参
照ミラー２１を照明し、それぞれの反射光をハーフミラ
ー２８で合成して、撮像素子３３の受光面上にインコヒ
ーレントな干渉像を形成する。なお、アナライザ３４
は、光路から退去させたままとする。
２２をオフ、またはレーザ光を図示しないシャッタ等に
より遮断すると共に、白色光源２５を点灯させて光源を
切り換え、ステップ６２において、ステップ５３で説明
したと同様にして、観察対物レンズ２９の焦点位置が観
察物体２７の段差表面近傍に位置するように焦点調節す
る。その後、白色光源２５からの照明光により、上述し
たレーザ光の場合と同様にして、観察物体２７および参
照ミラー２１を照明し、それぞれの反射光をハーフミラ
ー２８で合成して、撮像素子３３の受光面上にインコヒ
ーレントな干渉像を形成する。なお、アナライザ３４
は、光路から退去させたままとする。
【００３９】この撮像素子３３の出力は、ステップ６３
において演算装置３８に取り込む。その後、ステップ６
４において、取り込んだ撮像素子３３の出力（インコヒ
ーレントな干渉像）に基づいて、演算装置３８において
干渉縞コントラストを算出する。ここで、撮像素子３３
の受光面上に形成されるインコヒーレントな干渉像は、
観察光路と参照光路との光路長が一致したときのみ最大
の干渉縞コントラストを与えるので、次に、ステップ６
５で算出した干渉縞コントラストが最大か否かを判定
し、最大でない場合には、ステップ６６で、コントロー
ラ３７により焦点調節装置３５を駆動して観察物体２７
を観察対物レンズ２９の光軸方向に微小移動させて、上
記のステップ６３に戻り、最大の干渉縞コントラストが
得られるまで繰り返す。
において演算装置３８に取り込む。その後、ステップ６
４において、取り込んだ撮像素子３３の出力（インコヒ
ーレントな干渉像）に基づいて、演算装置３８において
干渉縞コントラストを算出する。ここで、撮像素子３３
の受光面上に形成されるインコヒーレントな干渉像は、
観察光路と参照光路との光路長が一致したときのみ最大
の干渉縞コントラストを与えるので、次に、ステップ６
５で算出した干渉縞コントラストが最大か否かを判定
し、最大でない場合には、ステップ６６で、コントロー
ラ３７により焦点調節装置３５を駆動して観察物体２７
を観察対物レンズ２９の光軸方向に微小移動させて、上
記のステップ６３に戻り、最大の干渉縞コントラストが
得られるまで繰り返す。
【００４０】このようにして、最大の干渉縞コントラス
トが得られるように、焦点調節装置３５の駆動を制御す
ることにより、観察対物レンズ２９を観察物体２７の段
差表面に精度良く合焦させることができる。上記のステ
ップ６５において、最大の干渉縞コントラストが得られ
たら、次に、ステップ６７において、そのときの焦点調
節装置３５における位置情報ｔ２をコントローラ３７を
経て演算装置３８に取り込む。
トが得られるように、焦点調節装置３５の駆動を制御す
ることにより、観察対物レンズ２９を観察物体２７の段
差表面に精度良く合焦させることができる。上記のステ
ップ６５において、最大の干渉縞コントラストが得られ
たら、次に、ステップ６７において、そのときの焦点調
節装置３５における位置情報ｔ２をコントローラ３７を
経て演算装置３８に取り込む。
【００４１】以上のようにして、位相特異点の位置情報
ｔ１および観察物体表面の位置情報ｔ２が得られたら、
ステップ６８において、演算装置３８でそれらの差を演
算して位相特異点の相対位置ｈを求める。その後、ステ
ップ６９において、上記のステップ６０で算出した位相
特異点の間隔ｓおよびステップ６８で算出した位相特異
点の相対位置ｈに基づいて、演算装置３８で、あらかじ
め理論的あるいは経験的に求まっているそれらの情報
と、観察物体の不定な形状パラメータ、この場合は、段
差の深さｔおよび段差の間隔ｗとの関係を用いて演算し
て、それらの形状パラメータの値ｔおよびｗを推定し
て、例えば図示しない画像表示装置に表示する。
ｔ１および観察物体表面の位置情報ｔ２が得られたら、
ステップ６８において、演算装置３８でそれらの差を演
算して位相特異点の相対位置ｈを求める。その後、ステ
ップ６９において、上記のステップ６０で算出した位相
特異点の間隔ｓおよびステップ６８で算出した位相特異
点の相対位置ｈに基づいて、演算装置３８で、あらかじ
め理論的あるいは経験的に求まっているそれらの情報
と、観察物体の不定な形状パラメータ、この場合は、段
差の深さｔおよび段差の間隔ｗとの関係を用いて演算し
て、それらの形状パラメータの値ｔおよびｗを推定し
て、例えば図示しない画像表示装置に表示する。
【００４２】この実施例によれば、位相特異点の間隔ｓ
に加え、位相特異点と観察物体２７との相対位置ｈが検
出できるので、例えば、観察物体２７の表面上の溝構造
物の幅を、従来の形状測定装置におけるよりも精度良く
推定できるとともに、従来の形状測定装置では検出不可
能であった溝構造物の深さも精度良く推定することがで
きる。
に加え、位相特異点と観察物体２７との相対位置ｈが検
出できるので、例えば、観察物体２７の表面上の溝構造
物の幅を、従来の形状測定装置におけるよりも精度良く
推定できるとともに、従来の形状測定装置では検出不可
能であった溝構造物の深さも精度良く推定することがで
きる。
【００４３】また、アナライザ３４を回転させることに
より、Ｐ偏光成分またはＳ偏光成分の干渉像を選択する
ことができるので、それぞれの偏光成分による位相特異
点の位置を検出することにより、観察物体２７の形状を
より正確に推定することができる。
より、Ｐ偏光成分またはＳ偏光成分の干渉像を選択する
ことができるので、それぞれの偏光成分による位相特異
点の位置を検出することにより、観察物体２７の形状を
より正確に推定することができる。
【００４４】さらに、ケーラーレンズ３１を光路に対し
て挿脱可能に設けたので、これを光路に挿入することに
より、照明光を観察対物レンズ２９の瞳位置に集光し
て、観察物体２７を広い範囲で観察することができる。
したがって、図２に示したステップ５３および６２での
焦点調節を容易に行うことが可能となる。
て挿脱可能に設けたので、これを光路に挿入することに
より、照明光を観察対物レンズ２９の瞳位置に集光し
て、観察物体２７を広い範囲で観察することができる。
したがって、図２に示したステップ５３および６２での
焦点調節を容易に行うことが可能となる。
【００４５】なお、この発明は、上述した実施例にのみ
限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能
である。例えば、観察物体の基準位置については、その
位置が検出し易いものを設定すれば良く、例えば、観察
物体の表面にある程度広い平面が存在する場合には、そ
の平面を基準位置として、その高さを干渉計を用いて測
定したり、あるいは、観察物体の一部にマーカを付し、
そのマーカを基準位置として設定することもできる。
限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能
である。例えば、観察物体の基準位置については、その
位置が検出し易いものを設定すれば良く、例えば、観察
物体の表面にある程度広い平面が存在する場合には、そ
の平面を基準位置として、その高さを干渉計を用いて測
定したり、あるいは、観察物体の一部にマーカを付し、
そのマーカを基準位置として設定することもできる。
【００４６】また、観察物体の基準位置は、白色光を用
いた干渉に限らず、複数の波長を発するレーザ光源を用
いたヘテロダイン検出法により検出するようにすること
もできるし、原子間力顕微鏡等のように、プローブを用
いて直接検出するようにすることもできる。
いた干渉に限らず、複数の波長を発するレーザ光源を用
いたヘテロダイン検出法により検出するようにすること
もできるし、原子間力顕微鏡等のように、プローブを用
いて直接検出するようにすることもできる。
【００４７】付記項 １．請求項１記載の形状測定方法において、前記干渉像
を、直交する二つの偏光成分を用いて形成することを特
徴とする形状測定方法。 ２．請求項１または付記項１記載の形状測定方法におい
て、複数の波長の光を用いることを特徴とする形状測定
方法。 ３．請求項１、付記項１または２記載の形状測定方法に
おいて、前記観察物体の形状を、所定の形状パラメータ
を用いて推定することを特徴とする形状測定方法。 ４．付記項３記載の形状測定方法において、前記パラメ
ータは、前記観察物体上の構造物の幅、高さ、および屈
折率の少なくとも一つを含むことを特徴とする形状測定
方法。 ５．請求項２記載の形状測定装置において、前記結像手
段の光路中に配置した偏光変調手段を有することを特徴
とする形状測定装置。 ６．請求項２または付記項５記載の形状測定装置におい
て、前記光源を、複数の波長の光を発するよう構成した
ことを特徴とする形状測定装置。
を、直交する二つの偏光成分を用いて形成することを特
徴とする形状測定方法。 ２．請求項１または付記項１記載の形状測定方法におい
て、複数の波長の光を用いることを特徴とする形状測定
方法。 ３．請求項１、付記項１または２記載の形状測定方法に
おいて、前記観察物体の形状を、所定の形状パラメータ
を用いて推定することを特徴とする形状測定方法。 ４．付記項３記載の形状測定方法において、前記パラメ
ータは、前記観察物体上の構造物の幅、高さ、および屈
折率の少なくとも一つを含むことを特徴とする形状測定
方法。 ５．請求項２記載の形状測定装置において、前記結像手
段の光路中に配置した偏光変調手段を有することを特徴
とする形状測定装置。 ６．請求項２または付記項５記載の形状測定装置におい
て、前記光源を、複数の波長の光を発するよう構成した
ことを特徴とする形状測定装置。
【００４８】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る形状測定
方法によれば、干渉像によって観察される位相特異点と
観察物体の基準点との相対位置を検出し、その相対位置
に基づいて観察物体の形状を演算して推定するようにし
たので、観察物体の形状を精度良く推定することができ
ると共に、従来の位相特異点の横位置のみの検出による
形状測定方法では不可能であった観察物体表面上におけ
る段差測定などの形状測定が可能となる。
方法によれば、干渉像によって観察される位相特異点と
観察物体の基準点との相対位置を検出し、その相対位置
に基づいて観察物体の形状を演算して推定するようにし
たので、観察物体の形状を精度良く推定することができ
ると共に、従来の位相特異点の横位置のみの検出による
形状測定方法では不可能であった観察物体表面上におけ
る段差測定などの形状測定が可能となる。
【００４９】また、この発明に係る形状測定装置によれ
ば、公知の干渉計に、焦点調節手段、特異点位置検出手
段、観察物体位置検出手段および演算手段を付加し、焦
点調節手段により焦点位置を調節しながら特異点位置検
出手段により位相特異点の位置を検出し、観察物体位置
検出手段により観察物体の基準点の位置を検出して、こ
れら位相特異点および基準点の相対位置に基づいて、演
算手段により観察物体の形状を算出するようにしたの
で、簡単な構成で、観察物体の形状を精度良く推定する
ことが可能となる。
ば、公知の干渉計に、焦点調節手段、特異点位置検出手
段、観察物体位置検出手段および演算手段を付加し、焦
点調節手段により焦点位置を調節しながら特異点位置検
出手段により位相特異点の位置を検出し、観察物体位置
検出手段により観察物体の基準点の位置を検出して、こ
れら位相特異点および基準点の相対位置に基づいて、演
算手段により観察物体の形状を算出するようにしたの
で、簡単な構成で、観察物体の形状を精度良く推定する
ことが可能となる。
【図１】この発明に係る形状測定方法を実施する形状測
定装置の一実施例を示す図である。
定装置の一実施例を示す図である。
【図２】図１の動作を説明するためのフローチャートで
ある。
ある。
【図３】従来の形状測定装置の構成を示す図である。
【図４】本発明者が電場解析に用いた観察物体のモデル
を示す図である。
を示す図である。
【図５】図４に示した観察物体の表面近傍にできる見か
けの電場のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相分布を示す
図である。
けの電場のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相分布を示す
図である。
【図６】図４に示す観察物体において、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の
厚さｔを変えたときの、Ｐ偏光およびＳ偏光における二
つの位相特異点の出現する高さｈ、およびその二つの位
相特異点の間隔ｓの関係を示す図である。
厚さｔを変えたときの、Ｐ偏光およびＳ偏光における二
つの位相特異点の出現する高さｈ、およびその二つの位
相特異点の間隔ｓの関係を示す図である。
【図７】同じく、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の溝幅ｗを変えたとき
の、Ｐ偏光およびＳ偏光における二つの位相特異点の出
現する高さｈ、およびその二つの位相特異点の間隔ｓの
関係を示す図である。
の、Ｐ偏光およびＳ偏光における二つの位相特異点の出
現する高さｈ、およびその二つの位相特異点の間隔ｓの
関係を示す図である。
２１ 参照ミラー ２２ レーザ光源 ２３ １／４波長板 ２４ ビームエキスパンダ ２５ 白色光源 ２６ ダクロイックミラー ２７ 観察物体 ２８ ハーフミラー ２９ 観察対物レンズ ３０ 参照対物レンズ ３１ ケーラーレンズ ３２ 結像レンズ ３３ 撮像素子 ３４ アナライザ ３５ 焦点調節装置 ３６ リタデーション調節装置 ３７ コントローラ ３８ 演算装置
Claims (2)
- 【請求項１】 観察物体の形状情報を持つ光と参照光と
を干渉させることにより、前記観察物体の形状に依存す
る干渉像を生成して前記観察物体の形状を推定するにあ
たり、 前記干渉像によって観察される位相特異点と前記観察物
体の基準点との相対位置を検出し、その相対位置に基づ
いて前記観察物体の形状を演算して推定することを特徴
とする形状測定方法。 - 【請求項２】 光源と、 この光源から発した照明光を観察物体および参照物体に
それぞれ導く照明手段と、 前記観察物体および前記参照物体をそれぞれ透過あるい
は反射した光を干渉させる干渉手段と、 この干渉手段により生成される干渉像を結像させる結像
手段と、 この結像手段の焦点合わせを行う焦点調節手段と、 前記観察物体の基準点の位置を検出する観察物体位置検
出手段と、 前記干渉像によって観察される位相特異点の位置を検出
する特異点位置検出手段と、 前記観察物体位置検出手段で検出した前記基準点の位置
と前記特異点位置検出手段で検出した前記位相特異点の
位置との相対位置に基づいて前記観察物体の形状を算出
する演算手段と、 を有することを特徴とする形状測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30147696A JP3693771B2 (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | 形状測定方法および装置 |
| US08/967,938 US6061136A (en) | 1996-11-13 | 1997-11-12 | Method for measuring shape of object and apparatus for carrying out the same |
| EP97309131A EP0843154A3 (en) | 1996-11-13 | 1997-11-13 | Method for measuring shape of object and apparatus for carrying out the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30147696A JP3693771B2 (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | 形状測定方法および装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10141926A true JPH10141926A (ja) | 1998-05-29 |
| JP3693771B2 JP3693771B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=17897369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30147696A Expired - Fee Related JP3693771B2 (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | 形状測定方法および装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6061136A (ja) |
| EP (1) | EP0843154A3 (ja) |
| JP (1) | JP3693771B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006300661A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Kobe Steel Ltd | 干渉計，フーリエ分光装置 |
| JP2007187623A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Anritsu Corp | 三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法 |
| JP2007187622A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Anritsu Corp | 三次元形状測定装置 |
| JP2007263904A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Anritsu Corp | 三次元形状測定装置及び測定方法 |
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| CN103424077A (zh) * | 2012-05-23 | 2013-12-04 | 联想(北京)有限公司 | 运动检测装置、检测方法和电子设备 |
| JP2014102192A (ja) * | 2012-11-21 | 2014-06-05 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 白色干渉装置及び白色干渉装置の位置及び変位測定方法 |
| CN106441157A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-02-22 | 天津大学 | 一种复杂形貌快速测量方法 |
| CN106767500A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-05-31 | 天津大学 | 用于形貌测量的光路系统 |
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| JP4765140B2 (ja) * | 2000-05-22 | 2011-09-07 | 株式会社ニコン | 干渉計測方法および干渉計測装置 |
| DE10202120A1 (de) * | 2002-01-21 | 2003-07-31 | Scinex Ag Zug | Interferometrische optische Anordnung |
| EP2144050B1 (en) * | 2008-07-11 | 2010-09-15 | Optopol Technology S.A. | Spectral optical coherence tomography (SOCT) |
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| KR102019326B1 (ko) * | 2018-06-25 | 2019-09-06 | 케이맥(주) | 내진동 백색광 간섭현미경 및 그 진동영향 제거방법 |
| CN117006971A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-07 | 板石智能科技(深圳)有限公司 | 一种三维形貌测量系统 |
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| US5390023A (en) * | 1992-06-03 | 1995-02-14 | Zygo Corporation | Interferometric method and apparatus to measure surface topography |
| DE4429416A1 (de) * | 1994-08-19 | 1996-02-22 | Velzel Christiaan H F | Verfahren und Interferenzmikroskop zum Mikroskopieren eines Objektes zur Erzielung einer Auflösung jenseits der Beugungsgrenze (Superauflösung) |
| US5555471A (en) * | 1995-05-24 | 1996-09-10 | Wyko Corporation | Method for measuring thin-film thickness and step height on the surface of thin-film/substrate test samples by phase-shifting interferometry |
-
1996
- 1996-11-13 JP JP30147696A patent/JP3693771B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-11-12 US US08/967,938 patent/US6061136A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-11-13 EP EP97309131A patent/EP0843154A3/en not_active Withdrawn
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|---|---|
| EP0843154A3 (en) | 2000-04-05 |
| JP3693771B2 (ja) | 2005-09-07 |
| EP0843154A2 (en) | 1998-05-20 |
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