JPH1089930A - 焦点調節方法、およびそれを使用する形状測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 観察物体の形状を、再現性および精度良く測
定できる焦点調節方法を提供する。 【解決手段】 干渉光学系23により生成される観察物体
24の形状情報を含む干渉像を、結像光学系28により所定
の結像面29に形成するにあたり、結像面29に形成される
干渉像から得られる特異点を用いて、観察物体24に対す
る結像光学系28の焦点位置を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、焦点調節方法、
およびそれを使用して微小物体の形状を測定、検査する
形状測定器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
する形状測定器は、例えば、 D.Malacara, "Optical Sh
op 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., "Princip
lesof Optical Disc Systems", Inten.Trens in Optic,
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２つの物質の境界または段差位置等）の極く
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】図３は、従来の形状測定器の構成を示すも
のである。この形状測定器は、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。

【０００５】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の光路長との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、Catherine Creath, "PHASE-MEASUREMENT I
NTERFEROMETRY TECHNIQUES", Progress in Qptics XXV
I, Amsterdam 1988, pp350-393 、および特開平５−２
３２３８４号公報に詳しく説明されている。

【０００６】しかし、観察物体表面近傍における特異点
の検出には、以下の問題がある。すなわち、D.M.Gale,
et.al., "Linnik Microscope Imaging", Applied Optic
s,35(1996), pp131-148 に示されているように、観察さ
れる位相分布が、観察物体に対する対物レンズの焦点位
置に著しく敏感であることである。例えば、上記文献で
は、開口数ＮＡ＝０．９の対物レンズに、波長λ＝０．
６３３μｍの光源を用いているので、対物レンズの焦点
深度Δは、Δ＝λ／２ＮＡ² から、Δ＝０．４μｍとな
るが、観測される位相分布は、焦点位置を０．１μｍず
らしただけでも大きく変化してしまう。

【０００７】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焦点が合ったときに現れるわけ
ではないことが判明した。このことを図４および図５を
用いて説明する。

【０００８】図４（ａ）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、間隔０．５μｍ、厚さ
０．２μｍ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Ｓｉ₃ 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＝０．６３μｍ
で、溝に沿って平行（紙面に垂直）な電場を持つＰ偏光
の平面波を垂直に入射させる。

【０００９】図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した観察物
体を、ＮＡ＝０．９の対物レンズから見たときに、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
を示すものである。この場合、観察物体の構造に基づく
特異点は、観察物体の表面ではなく、ＳｉＯ₂ 基板１５
の内側約０．０８μｍの位置に現れる。

【００１０】図５は、図４（ａ）に示した観察物体に対
し、図４（ｂ）に示した特異点が現れる深さ位置ｚ₀ か
ら、その焦点深度（±０．４μｍ）の範囲内で、０．１
μｍ毎に焦点位置を変化させたときに、ＮＡ＝０．９の
対物レンズによって測定される位相分布の変化を示した
ものである。ここで、ｚ₀₊は特異点のごく僅か上方の位
置を、ｚ_0-はそのごく僅か下方の位置を示す。図５から
明らかなように、対物レンズの焦点位置が、上方からｚ
₀ を経て下方へ通過すると、特異点の位置ｚ₀における
位相の飛びが、＋１８０°から−１８０°へと変化す
る。これは、位相の飛び＋１８０°と−１８０とが数学
的に等価であることに起因する。ただし、位相軸の原点
は任意にとれるので、ｚ₀ における特異点での位相の飛
びの根元を０とした。

【００１１】対物レンズの焦点がｚ₀ に合焦している場
合は、特異点において鋭い位相の飛びが見られるととも
に、特異点を境にして位相の飛びの方向が±１８０°逆
転する。この飛びの横位置は、観察物体の表面段差の横
位置にほぼ一致するので、その段差の横位置ｘは、この
位相飛び位置の測定精度で求まることになる。

【００１２】一方、対物レンズが、ｚ₀ −０．４μｍま
たはｚ₀ ＋０．４μｍの位置に合焦している場合は、特
異点近傍において急激な位相の変化があるものの、位相
の飛びが見られないため、特異点の位置の特定が難しく
なる。

【００１３】以上のように、特異点近傍では、対物レン
ズの焦点深度０．４μｍの範囲の焦点位置の変化でも、
位相分布が大きく変化する。したがって、特異点をもと
に観察物体の形状を測定するには、対物レンズの焦点位
置を正確に特異点に合わせることが望ましく、しかも、
その特異点は、観察物体の表面にあるとは限らない、と
いうことが分かる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
形状測定器では、観察物体の明視野像を見ながら、その
像が鮮鋭に見えるように対物レンズの位置を調整する
か、あるいは自動合焦装置（ＡＦ）を用いて対物レンズ
の位置を調整するようにしているため、いずれの場合
も、通常の焦点深度程度の焦点誤差を含むことになる。
このため、観察物体の形状を測定しようとしても、常に
特異点が現れる位置で測定することができず、再現性お
よび精度の良い計測値を求めることが非常に困難である
という問題がある。

【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、観察物体の
形状を、再現性および精度良く測定できる焦点調節方法
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
焦点調節方法を適用して、再現性および精度の良い形状
測定ができるよう適切に構成した形状測定器を提供しよ
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、この発明に係る焦点調節方法は、干渉光学系に
より生成される観察物体の形状情報を含む干渉像を、結
像光学系により所定の結像面に形成するにあたり、前記
結像面に形成される前記干渉像から得られる特異点を用
いて、前記観察物体に対する前記結像光学系の焦点位置
を調整することを特徴とするものである。

【００１８】さらに、上記第２の目的を達成するため、
この発明に係る形状測定器は、観察物体と参照物体とに
よる干渉像を生成する干渉光学系と、前記干渉像を所定
の結像面に形成する結像光学系と、前記結像面に配置し
た撮像素子と、該撮像素子からの画像情報に基づいて前
記観察物体の位相分布を算出する演算処理装置と、前記
位相分布における特異点の位置が特定できるように前記
観察物体に対する前記結像光学系の焦点位置を調節する
焦点調節手段とを有することを特徴とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】この発明による形状測定器では、
測定した位相分布の特異点が明確に現れるように、焦点
調節手段により観察物体に対する結像光学系の焦点位置
を調節することにより、観察物体の形状を再現性および
精度良く測定することを可能としている。

【００２０】ここで、再び図４および図５を用いて、こ
の発明に係る形状測定器を用いる特異点の検出方法につ
いて説明する。実際の測定に際しては、まず、観察物体
の明視野像を用いて、結像光学系を構成する対物レンズ
の焦点位置を観察物体のほぼ表面に合わせる。その際、
例えば、対物レンズが観察物体の表面に正確に合焦する
と、その焦点位置は、図４（ｂ）より、ｚ₀ の位置から
対物レンズ側（上方）に０．２８μｍ離れた位置、すな
わちｚ₀ からＳｉＯ₂ 基板１５の表面までの距離０．０
８μｍと、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜１６の高さ０．２μｍとを加え
た位置にあるので、観察される位相分布は、図５に、ｚ
₀ ＋０．３μｍで示すようなカーブとなる。しかし、こ
の位相分布は、全体的に滑らかで、急激な位相の飛びの
部分が存在していないため、特異点の位置の特定は困難
となる。

【００２１】次に、焦点位置を０．１μｍ上方に移動し
てみると、観察される位相分布は、ｚ₀ ＋０．４μｍで
示されるカーブとなる。この場合は、以前よりも位相分
布がより滑らかになり、特異点の特徴が薄れるので、間
違った方向に焦点移動したと判断することができる。

【００２２】そこで、次に下方に焦点位置を移動して行
くことにする。０．１μｍ毎に焦点位置を下方に移動し
ながら位相分布を測定して行くと、図５のｚ₀ ＋０．２
μｍで示されるカーブ、およびｚ₀ ＋０．１μｍで示さ
れるカーブのように、次第に特異点付近での位相の立ち
上がりが急になり、ｚ₀ で遂に特異点での１８０°の位
相の飛びが観測され、これにより特異点の位置を精度良
く容易に特定することができる。

【００２３】焦点位置を特異点の下方より始めた場合も
同様である。この場合も、特異点の特徴である位相の飛
びが大きくなるように上方に焦点を合わせ直してゆく
と、遂には、１８０°の位相の飛びが観測される焦点位
置に到着するので、特異点を精度良く求めることができ
る。

【００２４】なお、焦点位置の一回当たりの移動量は、
０．１μｍに限らず、特異点から遠い位置においては、
移動量を大きくして早く特異点近傍に到着するように
し、特異点近傍においては、移動量を小さくして特異点
に精密に近づけるようにすることにより、特異点の位置
を効率良く、しかも精度良く特定することができる。

【００２５】以上の説明では、１８０°の位相の飛びが
観測されることを前提にしたが、実際には、光学的ノイ
ズや電気的ノイズ等の外乱要因によって、必ずしも１８
０°の位相の飛びを検出できるわけではない。また、観
察物体によっては、特異点における位相の飛びが１８０
°より小さく、かつその上下において位相が逆転しない
場合もある。そのような場合には、位相の飛びが最大と
なるように焦点位置を調節すれば良い。また、特異点近
傍での位相変化の傾きの微分値を算出し、その微分値が
最大となるように焦点位置を調節しても良い。

【００２６】さらに、位相の飛びとある閾値とを比較
し、その比較結果に基づいて、焦点位置を調節するよう
にしても良い。例えば、観察物体の材質や形状の見当が
予め付いている場合は、理論的または経験的に特異点近
辺における位相の飛びの量が予想できるので、実用上許
容できる焦点範囲における位相飛びの値に基づいてある
閾値を予め設定し、観察される位相飛びの量がその閾値
を越えるように焦点位置を調節しても良い。

【００２７】また、特異点の上下では、位相の飛びの方
向が反転するので、その性質を利用して焦点位置を特異
点に近づけるようにしてもよい。この場合は、初めは焦
点移動量を大きく取りながら位相分布を測定し、位相の
飛びの方向が反転したら、焦点移動の方向を逆にすると
共に、その移動量を小さくまたは半分にして、同様の動
作を繰り返せば、特異点に速く到達することができる。

【００２８】さらに、特異点に合焦している場合は、２
つの特異点の間で位相分布が平坦になるので、その性質
を利用して、位相分布の差分をとり、その絶対値の最大
が小さくなるように、焦点位置を調節しても良い。

【００２９】また、特異点は、複数の干渉像から観察物
体面近辺の位相を算出しなくても、干渉像そのものから
観察することもできる。すなわち、干渉計測において
は、一般に、観察物体の干渉計に対する共役像に対して
参照物体を若干傾け、観察物体の像上にほぼ一定間隔で
並んだほぼ直線よりなる干渉縞を生成させるようにして
いる。この場合、特異点に合焦したときに生じる干渉縞
は、位相分布を高さで表したときの断面に近い形状を示
す。例えば、図４に示した回折格子モデルにおいて、特
異点に合焦した場合には、その干渉縞は、図６に拡大写
真で示すようになる。すなわち、特異点近傍において
は、位相が急激に変化するので、干渉縞の形もそこだけ
急激に変化することになる。したがって、画像処理等の
方法によって干渉像の差分画像をとれば、その値は特異
点近傍のみ大きくなるので、前述した位相の飛びを干渉
像の差分で置き換えることにより、特異点の位置を特定
することができる。

【００３０】なお、以上の説明は、上述したトワイマン
・グリーンタイプを含む二光束干渉計に限らず、マイケ
ルソンタイプを含むシェアリング干渉計、サバール偏光
器等の共通光路干渉計等、およそ観察物体の形状に応じ
た干渉画像を生成できる種々の干渉計を用いる場合も同
様である。

【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、この発明に係る形状測定器の第
１実施例を示すものである。この形状測定器では、レー
ザ光源２１より平行光となって射出されるコヒーレント
な照明光を、ビームエキスパンダ２２により適当な径に
広げたのち、ハーフミラーよりなるトワイマン・グリー
ンタイプの干渉装置２３により、観察物体２４へ向かう
観察光路２５と参照物体２６へ向かう参照光路２７とに
分割する。また、観察物体２４および参照物体２６で反
射される光は、観察光路２５および参照光路２７を引き
返して、干渉装置２３によって再び合成して干渉させ、
その合成像を結像光学系を構成する対物レンズ２８によ
り、所定の結像面に配置した例えばＣＣＤよりなる撮像
装置２９上に形成して、その像をコントローラ３０に取
り込むようにする。

【００３２】コントローラ３０では、撮像装置２９から
取り込んだ干渉像を明視野像として画像表示装置３１に
表示したり、あるいは取り込んだ複数の干渉像から位相
分布を演算して画像表示装置３１に表示するようにす
る。なお、観察物体２４は、例えばピエゾ素子からなる
焦点調節装置３２上に固定し、参照物体２６は、例えば
ピエゾ素子からなる位相変調装置３３に固定して、これ
ら焦点調節装置３２および位相変調装置３３をコントロ
ーラ３０により駆動制御するようにする。

【００３３】この実施例における観察物体２４の観察方
法は、次の通りである。まず、画像表示装置３１で明視
野像を観察しながら、対物レンズ２８の焦点を観察物体
２４の表面に合わせる。なお、この焦点合わせは、撮像
装置２９からの信号に基づいて、コントローラ３０によ
り焦点調節装置３２を駆動して自動的に行うＡＦでもよ
い。次に、コントローラ３０により位相変調装置３３を
駆動して、いわゆる４バケット方式に代表されるフリン
ジスキャン法などに基づいて、参照物体２６を光軸方向
に、例えば１／４波長づつ移動させながら、例えば４〜
５枚の干渉像を取り込み、その複数の画像から観察物体
２４上の現在の焦点位置における位相分布を算出する。

【００３４】その後、コントローラ３０により焦点調節
装置３２を駆動して、観察物体２４を光軸方向に僅かに
移動し、その状態で、同様の手順により、当該焦点位置
における位相分布を算出する。次に、コントローラ３０
において、上記のようにして算出した２つの位相分布か
ら、より特異点の特徴が出ている焦点位置を自動的に選
択して、次の位相分布を測定する焦点位置を設定し、同
様な手順を繰り返す。特異点を明確に特定できる焦点位
置に到達したら、その位置での位相分布により観察物体
２４の形状を測定する。

【００３５】なお、図１では、レーザ光源２１を用いた
が、それに代えて白熱光源を用いることもできる。その
場合は、レーザ光特有のスペックルノイズを回避するこ
とができるので、精度の良い測定が可能となる。ただ
し、この場合は、白熱光源と観察物体２４との間の照明
光学系に、照明光のコヒーレンス度を調整する明るさ絞
り（ＡＳ）および単色フィルタを挿入する必要がある。
これらＡＳの径および単色フィルタのバンド幅は、干渉
像の明るさと、観察物体２４上でのコヒーレンス度との
兼ね合いにより選択する。

【００３６】また、位相変調装置３３は、使用する光の
周波数を変調する周波数変調手段をもって構成すること
もできる。すなわち、観察光路２５と参照光路２７との
光路長差が物理的に固定されている場合には、使用する
光の波長を変えると、それに反比例して位相差も変化す
るので、周波数変調手段により光の波長を変えれば、上
述したと同様の作用を行わせることができる。この場合
の周波数変調手段は、例えば、レーザ光源２１と撮像装
置２９との間の光路中に波長可変フィルタを挿入した
り、あるいはレーザ光源２１として、半導体レーザ等の
波長可変光源を用いて構成することができる。

【００３７】図２は、この発明に係る形状測定器の第２
実施例を示すものである。この形状測定器は、ハーフミ
ラー４１、サバール板４２およびアナライザ４３を有す
る共通光路干渉計を用いるもので、レーザ光源４４より
平行光となって射出されるコヒーレントな照明光を、ビ
ームエキスパンダ４５により適当な径に広げたのち、ハ
ーフミラー４１に入射させ、ここで反射させる照明光を
サバール板４２を経て観察物体４６に照射する。サバー
ル板４２は、入射した光線をサバール板に固有の直交す
る２方向の偏光成分に分解し、その一方をある量（シェ
ア量）だけ横に平行移動して射出する。したがって、そ
の一方の偏光成分の光路を観察光路４７とし、他方の偏
光成分の光路を参照光路４８とすれば、観察物体４６自
身をサバール板４２のシェア量だけ横ずらしした参照物
体とみなすことができる。

【００３８】観察物体４６で反射される直交する偏光成
分は、サバール板４２で再びひとつの光路としてハーフ
ミラー４１に入射させ、このハーフミラー４１を透過す
る反射光をアナライザ４３に入射させる。ここで、サバ
ール板４２に入射する互いに直交する偏光成分の観察物
体４６からの反射光は干渉を起こさないが、これらの反
射光はアナライザ４３によって偏光成分が揃えられるの
で、ここで干渉を起こすことになる。このアナライザ４
３に形成される干渉像は、結像光学系を構成する対物レ
ンズ４９により、所定の結像面に配置した例えばＣＣＤ
よりなる撮像装置５０上に投影して、その像をコントロ
ーラ５１に取り込むようにする。

【００３９】コントローラ５１では、第１実施例と同様
に、撮像装置５０から取り込んだ干渉像を明視野像とし
て画像表示装置５２に表示したり、あるいは取り込んだ
複数の干渉像から位相分布を演算して画像表示装置５２
に表示するようにする。なお、観察物体４６は、例えば
ピエゾ素子からなる焦点調節装置５３上に固定し、この
焦点調節装置５３をコントローラ５１により駆動して、
観察物体４６を対物レンズ４９の光軸方向に移動させる
ようにする。

【００４０】また、観察光路４７を通る偏光成分と参照
光路４８を通る偏光成分との位相差を調整するため、レ
ーザ光源４４とアナライザ４３との間の任意の光路中、
図２ではビームエキスパンダ４５とハーフミラー４１と
の間の光路中に位相変調装置５４を配置する。この位相
変調装置５４は、偏光補償板５４ａと、その駆動装置５
４ｂとを用いて構成し、コントローラ５１により駆動装
置５４ｂを駆動して偏光補償板５４ａを、例えば光軸を
中心に回動させるようにする。

【００４１】この実施例においても、第１実施例と同様
にして、まず、画像表示装置５２で明視野像を撮像しな
がら、対物レンズ４９の焦点を観察物体４６の表面に合
わせ、その状態で、コントローラ５１により位相変調装
置５４を駆動して、直交する成分の位相差を変調して複
数枚の干渉像を取り込み、その複数の画像から観察物体
４６上の現在の焦点位置における位相分布を算出する。

【００４２】その後、コントローラ５１により焦点調節
装置５３を駆動して、観察物体４６を光軸方向に僅かに
移動し、その状態で、同様の手順により、コントローラ
５１において当該焦点位置における位相分布を算出し
て、前回算出した位相分布と比較し、その比較からより
特異点の特徴が出ている焦点位置を自動的に選択して、
次の位相分布を測定する焦点位置を設定し、同様な手順
を繰り返す。特異点を明確に特定できる焦点位置に到達
したら、その位置での位相分布により観察物体４６の形
状を測定する。

【００４３】この実施例によれば、参照物体が観察物体
４６そのものであるので、コントラストの極めて高い干
渉縞を得ることができると共に、観察光路４７および参
照光路４８がほぼ共通なので、観察物体４６の干渉計に
対する振動による影響を受けにくいという利点がある。
また、偏光補償板５４ａにより、観察光路４７を通る偏
光成分と参照光路４８を通る偏光成分との位相差を変調
するようにしているので、位相差を精度良く安定して制
御できる利点がある。したがって、観察物体４６の形状
をより再現性および精度良く測定することができる。

【００４４】付記項 １．光源と、該光源から発した光を観察物体および参照
物体に導く照明手段と、前記観察物体および参照物体か
らの光を干渉させる干渉手段と、該干渉手段により生成
される干渉像を所定の結像面に形成する結像手段と、該
結像手段の焦点合わせを行う焦点調節手段とを有する形
状測定器において、前記焦点調節手段は、少なくとも前
記干渉像によって観察される特異点を用いて、前記観察
物体に対する前記結像手段の焦点合わせを行う機能を有
することを特徴とする形状測定器。 ２．付記項１記載の形状測定器において、前記焦点調節
手段は、少なくとも２種類の焦点調節機能を有し、その
うちの１つが前記干渉像によって観察される特異点を用
いて焦点合わせを行うことを特徴とする形状測定器。 ３．付記項２記載の形状測定器において、前記焦点調節
手段は、前記干渉像の明視野像を用いて焦点合わせを行
う機能を有することを特徴とする形状測定器。 ４．付記項１記載の形状測定器において、前記焦点調節
手段は、少なくとも２種類の自動焦点調節機能を有し、
そのうちの１つが前記干渉像によって観察される特異点
を用いて焦点合わせを自動的に行うことを特徴とする形
状測定器。 ５．付記項１〜４のいずれか記載の形状測定器におい
て、前記焦点調節手段は、前記結像手段の焦点位置が前
記特異点から離れた位置にあるときは、焦点合わせの移
動量を大きくし、前記焦点位置が前記特異点の近傍の位
置にあるときは、焦点合わせの移動量を小さくすること
を特徴とする形状測定器。 ６．付記項１〜５のいずれか記載の形状測定器におい
て、前記特異点は、前記観察物体上の位相分布を測定し
て検出することを特徴とする形状測定器。 ７．付記項６記載の形状測定器において、前記焦点調節
手段は、前記特異点における位相の飛びが大きくなるよ
うに焦点合わせを行うことを特徴とする形状測定器。 ８．付記項６記載の形状測定器において、前記焦点調節
手段は、前記特異点における前記位相の飛びがある閾値
を越えるように焦点合わせを行うことを特徴とする形状
測定器。 ９．付記項６記載の形状測定器において、前記焦点調節
手段は、前記特異点における前記位相の飛びの符号が逆
転する位置近傍に焦点合わせを行うことを特徴とする形
状測定器。 １０．付記項９記載の形状測定器において、前記干渉像
によって観察される特異点を用いて前記焦点調節手段に
より前記結像手段の焦点位置を調節する際に、まず１回
あたりの焦点合わせの移動量を比較的大きくとり、前記
特異点における前記位相の飛びの符号が逆転したら、焦
点合わせの移動方向を逆にすると共に、その移動量を小
さくまたは半分にする動作を繰り返し行うことを特徴と
する形状測定器。 １１．付記項６記載の形状測定器において、前記焦点調
節手段は、２つの特異点間における位相分布が平坦にな
るように焦点合わせを行うことを特徴とする形状測定
器。 １２．付記項６記載の形状測定器において、前記焦点調
節手段は、２つの特異点間における位相分布の差分の絶
対値の最大値が小さくなるように焦点合わせを行うこと
を特徴とする形状測定器。 １３．付記項６〜１２のいずれか記載の形状測定器にお
いて、前記位相分布は、前記撮像手段で撮像した複数の
干渉像に基づいて測定することを特徴とする形状測定
器。 １４．付記項１３記載の形状測定器において、前記位相
分布は、フリンジスキャンにより算出することを特徴と
する形状測定器。 １５．付記項１〜５のいずれか記載の形状測定器におい
て、前記特異点は、前記干渉像の差分画像に基づいて検
出することを特徴とする形状測定器。 １６．付記項１５記載の形状測定器において、前記焦点
調節手段は、前記特異点における前記干渉像の差分が大
きくなるように焦点合わせを行うことを特徴とする形状
測定器。 １７．付記項１５記載の形状測定器において、前記焦点
調節手段は、前記干渉像の差分値が所定の閾値を越える
ように焦点合わせを行うことを特徴とする形状測定器。 １８．付記項１５記載の形状測定器において、前記焦点
調節手段は、前記特異点における前記干渉像の差分値の
符号が逆転する位置近傍に焦点合わせを行うことを特徴
とする形状測定器。 １９．付記項１８記載の形状測定器において、前記干渉
像によって観察される特異点を用いて前記焦点調節手段
により前記結像手段の焦点位置を調節する際に、まず１
回あたりの焦点合わせの移動量を比較的大きくとり、前
記特異点における前記干渉像の差分値の符号が逆転した
ら、焦点合わせの移動量を小さくすると共に、その移動
方向を逆にする動作を繰り返し行うことを特徴とする形
状測定器。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、この発明の焦点調節方法
によれば、所定の結像面に形成される観察物体の干渉像
から得られる特異点を用いて、観察物体に対する結像光
学系の焦点位置を調整するようにしたので、その焦点位
置を観察物体の形状を測定するのに適した位置に精度良
く調整でき、したがって観察物体の形状を再現性および
精度良く測定することが可能となる。

【００４６】さらに、この発明の形状測定器によれば、
上記の焦点調節方法を適用して観察物体に対する結像光
学系の焦点位置を調節するようにしたので、従来の形状
測定器では困難であった特異点の位置を精度良く再現で
き、したがって再現性および精度良く観察物体の形状を
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る形状測定器の第１実施例を示す
図である。

【図２】同じく、第２実施例を示す図である。

【図３】従来の形状測定器を示す図である。

【図４】本発明者が行った観察物体表面近傍における電
場解析を説明するための図である。

【図５】同じく、位相分布の変化を示す図である。

【図６】特異点に合焦したときに得られる干渉縞の拡大
写真である。

【符号の説明】

２１ レーザ光源 ２２ ビームエキスパンダ ２３ 干渉装置 ２４ 観察物体 ２５ 観察光路 ２６ 参照物体 ２７ 参照光路 ２８ 対物レンズ ２９ 撮像装置 ３０ コントローラ ３１ 画像表示装置 ３２ 焦点調節装置 ３３ 位相変調装置 ４１ ハーフミラー ４２ サバール板 ４３ アナライザ ４４ レーザ光源 ４５ ビームエキスパンダ ４６ 観察物体 ４７ 観察光路 ４８ 参照光路 ４９ 対物レンズ ５０ 撮像装置 ５１ コントローラ ５２ 画像表示装置 ５３ 焦点調節装置 ５４ 位相変調装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉光学系により生成される観察物体の
   形状情報を含む干渉像を、結像光学系により所定の結像
   面に形成するにあたり、前記結像面に形成される前記干
   渉像から得られる特異点を用いて、前記観察物体に対す
   る前記結像光学系の焦点位置を調整することを特徴とす
   る焦点調節方法。
2. 【請求項２】 観察物体と参照物体とによる干渉像を生
   成する干渉光学系と、前記干渉像を所定の結像面に形成
   する結像光学系と、前記結像面に配置した撮像素子と、
   該撮像素子からの画像情報に基づいて前記観察物体の位
   相分布を算出する演算処理装置と、前記位相分布におけ
   る特異点の位置が特定できるように前記観察物体に対す
   る前記結像光学系の焦点位置を調節する焦点調節手段と
   を有することを特徴とする形状測定器。