JPH11183147A - 光学測定装置および光学測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で容易に的確な光学的測定を行う
ことができる測定装置を提供する。 【解決手段】 ステージ上の試料に照明光を照射し、試
料からの反射光を受光部にて受光して画像７０を取得
し、画像７０に基づいて各種光学的測定を行う測定装置
において、視野絞りの位置に遮光部材を設けて画像７０
の四隅に遮光パターン７１ａ〜７１ｄが現れるようにす
る。また、遮光パターンの境界に評価領域７３ａ〜７３
ｄを設定し、試料と受光部との距離を微小量ずつ変化さ
せながら評価領域のコントラストの度合いであるフォー
カス評価値の算出を繰り返し行う。これにより、各評価
領域が合焦位置に到達するときのステージの位置を求め
ることができ、試料の傾きを求めることができる。その
結果、簡単な構成で容易に的確な光学的測定を行うこと
が可能となる。

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、測定対象である
試料からの反射光に基づいて、試料に対して光学的な測
定を行う光学測定装置および光学測定方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡にＣＣＤ等の２次元撮像素子を取
り付けて試料を撮像することにより、試料に対する各種
測定を行うという手法がよく用いられている。

【０００３】例えば、半導体装置製造用に半導体基板上
の反射率分布を測定したり、半導体基板の表面状態を検
査する場合、基板に照明光を照射するとともに試料から
の反射光をＣＣＤにて受光し、得られた画像情報に基づ
いて適宜演算処理が行われる。

【０００４】このように、試料からの反射光に基づいて
各種光学的測定を行う場合には、試料がＣＣＤに対して
焦点が合った位置（以下、「合焦位置」という。）に存
在するか否か、試料がステージ上で適正な姿勢となって
いるか否かに十分注意する必要がある。

【０００５】なぜならば、試料が合焦位置に配置されて
いない場合には試料の像のコントラストが低下して正確
な測定ができなくなってしまい、また、試料の姿勢が適
正でない場合は試料からの反射光の光量が著しく低下し
てしまうからである。

【０００６】図１５は、試料の姿勢が適正でないために
反射光の光量が低下する様子の一例を示す図である。図
１５では照明光１０１がレンズ１０２を介して試料１０
９に入射し、反射光１０３がレンズ１０２を介して図示
しない受光部へと導かれるようになっている。ここで、
試料１０９が図中αにて示すように本来あるべき姿勢か
ら傾いている場合には反射光１０３の一部がレンズ１０
２に戻らず受光部の受光量が低下してしまう。

【０００７】以上のように、試料の測定においては試料
を合焦位置に配置し、かつ試料を適正な姿勢とすること
が重要となる。このような目的を達成するために従来
は、試料が載置されるステージの位置をレーザー測長を
応用して調整したり、試料を撮像して試料の画像のコン
トラストが最大となるようにステージの位置を調整して
試料を合焦位置に配置し、その後、複数のレーザー変位
計やオートコリメータを用いてステージの傾きを調整し
て試料の姿勢を適正にしてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザーやオ
ートコリメータを用いたり、ゴニオステージ等の水平調
整可能なステージを設けたのでは測定装置が複雑かつ大
型になる。また、測定における調整作業も繁雑となる。

【０００９】そこで、この発明は簡単な構成で試料を合
焦位置に配置することができるとともに試料の姿勢を検
出することができ、容易に的確な測定ができる光学測定
装置および方法を提供することを目的とししている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、測定
対象である試料に対して光学的な測定を行う光学測定装
置であって、照明光を前記試料に至る光路へと出射する
発光手段と、前記試料からの反射光を受光して前記試料
の画像を取得する受光手段と、前記試料からの反射光を
前記受光手段へと導く結像光学系と、前記受光手段に対
して光学的に共役な合焦位置と前記試料との距離を相対
的に変更する手段と、前記画像中の同一直線上には並ば
ない３以上の評価領域のそれぞれにおけるフォーカス評
価値を求める評価値算出手段と、前記フォーカス評価値
から前記試料の傾きを求める姿勢算出手段とを備える。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載の光学測
定装置であって、前記照明光を前記試料へ導く照明光学
系をさらに備え、前記照明光学系と前記結像光学系とが
前記試料上において光軸を共有している。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２記載の光学測
定装置であって、前記照明光学系が、視野絞りの配置位
置に配置されて前記試料上に遮光パターンを生じさせる
遮光部材を有する。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３記載の光学測
定装置であって、前記受光手段による撮像領域が矩形と
なっており、前記遮光部材が前記撮像領域の四隅のそれ
ぞれに遮光パターンを形成し、前記遮光パターンに対応
するようにして４つの評価領域が設定される。

【００１４】請求項５の発明は、請求項４記載の光学測
定装置であって、前記４つの評価領域のフォーカス評価
値から算出したフォーカス位置の重心と前記合焦位置と
が一致するように前記試料を配置する手段をさらに備え
る。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１ないし５のい
ずれかに記載の光学測定装置であって、前記姿勢算出手
段により求められた前記試料の傾きに基づいて前記試料
が前記合焦位置に位置するときの画像の明るさを補正す
る光量補正手段をさらに備える。

【００１６】請求項７の発明は、請求項６記載の光学測
定装置であって、前記光量補正手段が、前記試料の傾き
と前記画像の光量低下率との関係を記憶する手段を有す
る。

【００１７】請求項８の発明は、測定対象である試料に
対して光学的な測定を行う光学測定方法であって、(a)
前記試料に照明光を照射する工程と、(b)前記試料から
の反射光を受光手段にて受光し、前記試料の画像を取得
する工程と、(c)前記画像中の同一直線上には並ばない
３以上の評価領域のそれぞれにおけるフォーカス評価値
を求める工程と、(d)前記受光手段に対して光学的に共
役な合焦位置と前記試料との距離を相対的に変更する工
程と、(e)前記工程(b)ないし(d)を繰り返す工程と、(f)
求められた前記フォーカス評価値から前記試料の傾きを
求める工程とを有する。

【００１８】請求項９の発明は、請求項８記載の光学測
定方法であって、(g)前記工程(f)において求められた前
記試料の傾きに基づいて前記試料が前記合焦位置に位置
するときの画像の明るさを補正する工程をさらに有す
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】＜１． 第１の実施の形態＞図１
はこの発明の第１の実施の形態である測定装置１の構成
を示す図である。測定装置１は測定対象である試料９か
らの反射光３１Ｌの強度分布を測定する測定装置であ
り、測定された強度分布は試料９の反射率分布の測定や
試料９の表面状態の検査等の光学的測定に利用されるよ
うになっている。

【００２０】測定装置１は機械的構成として、照明光１
１Ｌを発生する光源部１１、照明光１１Ｌを試料９へと
導く照明光学系２０ａ、試料９からの反射光３１Ｌを受
光部３１へと導く結像光学系２０ｂ、試料９が載置され
るステージ４１、およびステージ４１を昇降させる昇降
部４２を有している。

【００２１】また、受光部３１からの画像信号を処理す
るための構成として、アナログの画像信号をデジタルの
画像信号に変換する画像入力部５１、受光部３１が取得
した画像を表示する表示部５２、画像信号等から後述す
るフォーカス評価値を求める評価値算出部６１、フォー
カス評価値から合焦位置を求める合焦位置算出部６２、
試料９の姿勢を求める姿勢算出部６３、得られた画像の
光量補正を行う光量補正部６４、および補正された画像
から各種測定処理を行う測定部８１を有している。

【００２２】次に、測定装置１の上記機械的構成の説明
とともに、照明光１１Ｌが試料９に照射されて反射光３
１Ｌが受光部３１に入射する過程について説明する。

【００２３】光源部１１は照明光１１Ｌを照明光学系２
０ａに向けて出射するものであり、内部に発光源である
ランプを有している。

【００２４】照明光学系２０ａは、遮光部材２１、レン
ズ２２、ハーフミラー２３および対物レンズ２４を有し
ており、光源部１１からの照明光１１Ｌは遮光部材２
１、レンズ２２を順に透過してハーフミラー２３にて反
射し、その後、対物レンズ２４を介して試料９上に照射
されるようになっている。

【００２５】遮光部材２１は視野絞りの役割を兼ねてお
り、視野絞りが配置されるべき位置、すなわち、結像光
学系２０ｂに関して受光部３１と光学的に共役な位置
（合焦位置）が照明光学系２０ａに関して遮光部材２１
と共役な位置となっている。

【００２６】また、遮光部材２１は図２に示すように矩
形の石英ガラスの４つの角を面取りするようにクロムで
マスクしたものとなっている。図２ではクロムにてマス
クされた４つの直角二等辺三角形状の遮光部位２１ａ〜
２１ｄを平行斜線を付して示している。これにより、遮
光部位２１ａ〜２１ｄでは照明光１１Ｌが遮光され、そ
の他の領域である透過領域２１ｅでは照明光１１Ｌが透
過するようになっている。なお、遮光部材２１は外周を
所定の枠に保持されるようにして配置され、透過領域２
１ｅを透過した照明光１１Ｌのみが試料９へと導かれる
ようになっている。

【００２７】以上のように照明光学系２０ａでは遮光部
材２１が視野絞りの位置に設けられるので、遮光部位２
１ａ〜２１ｄによるパターン（以下、「遮光パターン」
という。）が試料９の表面に影として現れることとな
る。

【００２８】結像光学系２０ｂは、対物レンズ２４、ハ
ーフミラー２３およびチューブレンズ２５を有してお
り、対物レンズ２４およびハーフミラー２３は照明光学
系２０ａと共有されている。すなわち、照明光学系２０
ａと結像光学系２０ｂとは試料９上において光軸を共有
するようになっており、いわゆる同軸落射照明の形態と
なっている。このような構成により、試料９からの反射
光３１Ｌは対物レンズ２４に入射し、ハーフミラー２３
およびレンズ２５を順に透過して受光部３１へと導かれ
る。

【００２９】受光部３１は水平面内にて２次元的に配列
された複数の受光素子を有するＣＣＤカメラで構成され
る。したがって、受光部３１により結像光学系２０ｂを
介してほぼ水平姿勢の試料９の表面が観察できるように
なっている。

【００３０】図３は受光部３１により撮像される試料９
の表面の画像７０の様子の一例を示す図である。画像７
０に示すように、受光部３１による撮像領域は矩形とな
っており、画像７０の四隅に存在する平行斜線を施した
領域は遮光部材２１の遮光部位２１ａ〜２１ｄにより照
明光１１Ｌが遮光されて影となっている領域を示してい
る。すなわち、遮光部位２１ａ〜２１ｄによる試料９上
の遮光パターン７１ａ〜７１ｄの一部が画像７０の四隅
に現れている。また、遮光パターン７１ａ〜７１ｄ以外
の領域は受光部３１により撮像された試料９上の照明領
域７２であり、照明領域７２の中央付近には試料９上に
予め形成されているパターン（以下、「試料パターン」
という。）７２ｐが映し出されている。

【００３１】試料９が載置されるステージ４１は昇降部
４２に接続されており、昇降部４２が駆動されることに
よりステージ４１が矢印４１Ｓにて示すように上下に昇
降するようになっている。なお、ステージ４１の位置は
後述する評価値算出部６１に入力されるようになってい
る。

【００３２】以上、測定装置１の機械的構成について説
明してきたが、次に、図４ないし図６を参照しながら測
定装置１の測定動作の流れについて説明するとともに、
受光部３１からの画像信号を処理するための構成（評価
値算出部６１、合焦位置算出部６２、姿勢算出部６３、
光量補正部６４等）の処理内容について説明する。

【００３３】測定動作ではまず、昇降部４２によりステ
ージ４１が下限位置まで下がる（図４：ステップＳ１
１）。次に、この状態において光源部１１から照明光１
１Ｌを試料９に照射し（ステップＳ１２）、反射光３１
Ｌを受光する受光部３１からのアナログの画像信号に基
づいて画像入力部５１が受光部３１上の像を画像７０と
して取得する（ステップＳ１３）。そして、画像入力部
５１においてデジタル化された画像信号が評価値算出部
６１に送られる。なお、画像入力部５１からは画像信号
が表示部５２へも送られ、測定者が観察できるように表
示部５２のディスプレイに画像７０が映し出される。

【００３４】評価値算出部６１では画像７０に対して、
図３中の破線の矩形にて示す４つの評価領域７３ａ〜７
３ｄのそれぞれにおけるフォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄが
求められる（ステップＳ１４）。

【００３５】評価領域７３ａ〜７３ｄは図３に示すよう
に遮光パターン７１ａ〜７１ｄと照明領域７２との境界
に設定されており、この境界におけるコントラストの度
合いがフォーカス評価値として求められる。具体的に
は、各評価領域７３ａ〜７３ｄ全域に対してそれぞれ図
７に示すようなラプラシアン・オペレータ（２次微分演
算子）ＯＰ１を作用させて演算値を求めた後、各評価領
域における演算値の平均値をフォーカス評価値として取
得する。

【００３６】図７に示すオペレータＯＰ１は、作用させ
る画素の画素値の４倍と斜め方向（オペレータＯＰ１中
にて「４」が付された枠に対して「−１」が付された枠
が隣接する方向）に隣接する４つの画素の画素値の（−
１）倍との和を演算値とするものであり、オペレータＯ
Ｐ１を評価領域全域に作用させて得られた複数の演算値
の平均を求めることにより図３に示す矩形の評価領域の
対角線方向のコントラストの度合いがフォーカス評価値
として取得される。その結果、例えば図３中に示す評価
領域７３ａのエッジ部７３ｅが鮮鋭なほどフォーカス評
価値Ｆａは大きな値となり、エッジ部７３ｅがぼやけた
ものほどフォーカス評価値Ｆａは小さな値となる。な
お、オペレータは斜め方向のコントラストの度合いを求
めることができるのであればどのようなものでもよく、
図８に示すようなオペレータＯＰ２を用いてもよい。

【００３７】この測定装置１では画像７０の四隅に遮光
パターン７１ａ〜７１ｄを形成するようにしているが、
これは測定対象である試料パターン７２ｐの撮像を妨げ
ないようにするためである。また、測定装置１では遮光
パターン７１ａ〜７１ｄと照明領域７２との境界が斜め
方向（図３に示すＸ、Ｙ方向を４５゜だけ回転した方
向）を向くようにして斜め方向のコントラストを検出す
るようにしているが、これは試料パターン７２ｐの模様
がＸ方向やＹ方向を向く線模様である場合が多く、試料
パターン７２ｐと評価領域とが重なっても試料パターン
７２ｐの影響を受けることなく適正なフォーカス評価値
を求めるためである。

【００３８】各評価領域７３ａ〜７３ｄにおけるフォー
カス評価値Ｆａ〜Ｆｄが求められると、これらのフォー
カス評価値Ｆａ〜Ｆｄは昇降部４２からのステージ４１
の位置の情報とともに保存される（ステップＳ１４）。

【００３９】フォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄが保存される
と、昇降部４２がステージ４１を所定の微小量だけ上昇
させ（ステップＳ１５）、再び画像入力部５１が受光部
３１からの画像信号に基づく画像７０を取得して評価値
算出部６１が各評価領域７３ａ〜７３ｄにおけるフォー
カス評価値Ｆａ〜Ｆｄを算出する。以後、このようなフ
ォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄの算出および保存（ステップ
Ｓ１４）がステージ４１を微小量ずつ上昇させながらス
テージ４１が上限位置に達するまで繰り返し行われる
（ステップＳ１６）。なお、試料９の上昇に伴って試料
９が合焦位置を通過するようにされている。

【００４０】ステージ４１の位置（以下、「ステージ高
さ」という。）の関数であるフォーカス評価値Ｆａ〜Ｆ
ｄは評価値算出部６１から合焦位置算出部６２へと送ら
れる。フォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄは図９に例示すよう
にあるステージ高さにおいて最大となる。合焦位置算出
部６２は各フォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄが最大となるス
テージ高さｈａ〜ｈｄを取得する（図５：ステップＳ２
１）。

【００４１】ところで、試料９上の遮光パターンのコン
トラストが最も高くなる（すなわち、フォーカス評価値
が最大になる）という状態は遮光部材２１と試料９とが
照明光学系２０ａに関して共役な関係となる場合に生じ
る。また、遮光部材２１は視野絞りが配置される位置に
設けられているので、遮光部材２１と試料９とが共役で
ある場合は結像光学系２０ｂに関して試料９と受光部３
１とが光学的に共役な配置関係となる。したがって、フ
ォーカス評価値が最大となることは遮光パターンが映し
出される試料９上の評価領域が合焦位置に位置している
ことを意味している。

【００４２】すなわち、ステージ高さｈａは評価領域７
３ａが合焦位置に位置するときのステージ４１の位置で
あり、ステージ高さｈｂは評価領域７３ｂが合焦位置に
位置するときのステージ４１の位置であり、ステージ高
さｈｃ、ｈｄはそれぞれ評価領域７３ｃ、７３ｄが合焦
位置に位置するときのステージ４１の位置となる。

【００４３】合焦位置算出部６２は数１にて示す演算を
行い、これらのステージ高さｈａ〜ｈｄの平均値を試料
９が合焦位置に位置する（試料９の傾きは考慮しない）
ときのステージ高さｈｆとして求める（ステップＳ２
２）。

【００４４】

【数１】

【００４５】次に、昇降部４２はステージ４１をステー
ジ高さｈｆに移動して試料９を合焦位置に移動する（ス
テップＳ２３）。

【００４６】試料９の合焦位置への移動が完了すると、
画像入力部５１が受光部３１からの画像信号を受信して
再度試料９の像の情報である画像７０を取得する（ステ
ップＳ２４）。これにより、試料９上の各評価領域７３
ａ〜７３ｄの高さの平均（４つの評価領域のフォーカス
位置の重心）が合焦位置に位置するときの画像７０、す
なわち最もコントラストが高い状態の画像７０が取得さ
れる。

【００４７】合焦位置算出部６２にて求められたステー
ジ高さｈａ〜ｈｄは姿勢算出部６３へと送られ、姿勢算
出部６３では試料９の姿勢として水平面に対する試料９
の表面の傾きが求められる。試料９の傾きの算出では、
まず図３に示すＸ方向における水平面からの試料９の傾
き角θｘ、およびＹ方向における水平面からの試料９の
傾き角θｙが求められる。これらの傾き角θｘ、θｙは
この測定装置１では数２および数３にて示す演算により
求められる。

【００４８】

【数２】

【００４９】

【数３】

【００５０】ただし、数１中Ｌｘは図３に示す評価領域
７３ａと評価領域７３ｂとの中心間の試料９上の距離で
あり、数２中Ｌｙは評価領域７３ｃと評価領域７３ｄと
の中心間の試料９上の距離である。

【００５１】数２および数３に示すように、この測定装
置１では評価領域７３ａと評価領域７３ｂとの中心を結
ぶ直線が水平面に対してなす角と評価領域７３ｃと評価
領域７３ｄとの中心を結ぶ直線が水平面に対してなす角
との平均をＸ方向における水平面からの試料９の傾き角
θｘとしている。また、同様の手法により傾き角θｙを
求めている。そして、これらの傾き角θｘ、θｙより試
料９の表面と水平面とのなす角である試料９の傾き角θ
が求められる（図６：ステップＳ３１）。

【００５２】求められた試料９の傾き角θは光量補正部
６４へと送られる。光量補正部６４の光量低下率記憶部
６４ａには図１０に示すように試料９の表面の傾き角と
反射光３１Ｌの光量低下率との関係が記憶されている。
この関係は実際の測定により得られたデータ（図１０の
グラフ中にドットにて示す）を１次近似したものとなっ
ている。

【００５３】光量補正部６４は図１０に示す傾き角と光
量低下率との関係から試料９からの反射光３１Ｌの光量
の低下率Ｙ（％）を試料９の傾き角θから求め、数４に
て示される演算を行って補正係数Ｍを求める（ステップ
Ｓ３２）。

【００５４】補正係数Ｍが求められると、ステップＳ２
４にて取得された画像７０の各画素の画素値に補正係数
Ｍを乗じて画像の光量補正（明るさの補正）が行われる
（ステップＳ３３）。

【００５５】

【数４】

【００５６】このようにして得られる補正された画像
は、測定部８１へと入力されてこの測定装置１が行う光
学的測定に利用される。なお、測定すべき試料パターン
が複数ある場合には、ステージ４１を水平方向に移動し
た後、同様の測定動作が行われる。

【００５７】以上、この発明に係る測定装置１の構成お
よび動作について説明してきたが、この測定装置１では
視野絞りの位置に遮光部位２１ａ〜２１ｄを有する遮光
部材２１を設けて試料９に遮光パターンを映し出し、複
数の評価領域７３ａ〜７３ｄにおけるフォーカス評価値
Ｆａ〜Ｆｄを求め、このフォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄか
ら試料９が合焦位置に位置するときのステージ４１のス
テージ高さｈｆおよび傾き角θを求めるようになってい
る。これにより、簡単な構成かつ簡単な手法にて試料９
を合焦位置に配置することができるとともに試料９の傾
きを求めることができる。

【００５８】また、求められた傾き角θから試料９の画
像の明るさを補正することができるので、簡単な構成か
つ簡単な手法にて試料９の適切な画像を取得することが
できる。その結果、この画像（すなわち、反射光３１Ｌ
の強度分布）に基づく試料９の反射率分布測定や試料９
の表面検査等といった光学的測定を的確に行うことがで
きる。

【００５９】＜２． 第２の実施の形態＞図１１はこの
発明の第２の実施の形態である測定装置１ａの構成を示
す図である。

【００６０】この測定装置１ａは試料９に対する光学的
測定を行うものであり、第１の実施の形態に係る測定装
置１とほぼ同様の構成となっている。ただし、図１に示
す遮光部材２１に代えて通常の視野絞り２６が配置され
ているという点で第１の実施の形態と相違している。図
１１では第１の実施の形態と同様の構成については図１
と同様の符号を付している。また、測定動作も後述する
ように第１の実施の形態とほぼ同様となっている。

【００６１】図１２はこの測定装置１ａにより取得され
る試料９の画像７０ａを示す図である。測定装置１ａも
第１の実施の形態と同様に画像７０ａの四隅に評価領域
７３ａ〜７３ｄが設定されているが、測定装置１ａは遮
光部材２１を有しないので第１の実施の形態のような遮
光パターンが画像７０ａには現れない。しかし、試料９
上の試料パターン７２ａ〜７２ｄの一部が評価領域７３
ａ〜７３ｄと重なるように試料９が配置されており、試
料パターン７２ａ〜７２ｄの輪郭を評価領域７３ａ〜７
３ｄにおけるコントラストの度合いを求めるために利用
するようになっている。

【００６２】すなわち、図１に示した測定装置１では試
料９上に試料パターンが存在しない場合であっても遮光
部材２１を用いて試料９上に強制的に遮光パターン７１
ａ〜７１ｄを形成し、この遮光パターン７１ａ〜７１ｄ
を利用してフォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄを求めるように
しているが、図１１に示す測定装置１ａでは試料９上に
形成されている試料パターン７２ａ〜７２ｄ自体をフォ
ーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄを求めるために利用するように
なっている。

【００６３】図１２に示すように、矩形の試料パターン
７２ａ〜７２ｄの境界が矩形の画像７０ａのＸまたはＹ
方向を向く各辺に平行である場合、フォーカス評価値Ｆ
ａ〜Ｆｄを求めるためにはＸおよびＹ方向に対するラプ
ラシアン・オペレータを作用させることが好ましい。こ
のようなオペレータの例であるオペレータＯＰ３、ＯＰ
４を図１３および図１４に示す。

【００６４】測定装置１ａは遮光部材２１を有さず、試
料パターン７２ａ〜７２ｄ自体を利用してフォーカス評
価値Ｆａ〜Ｆｄを求めるという点において第１の実施の
形態と相違しているが、測定動作については図４ないし
図６に示したように第１の実施の形態と全く同様の処理
が行われる。すなわち、ステージ４１を下限位置から上
昇させながら評価値算出部６１がフォーカス評価値Ｆａ
〜Ｆｄを求め、合焦位置算出部６２が試料９を配置すべ
きステージ高さｈｆを求め、姿勢算出部６３が試料９の
傾き角θを求め、光量補正部６４が画像の光量補正を行
う。

【００６５】以上のように、測定装置１ａにおいても第
１の実施の形態と同様に簡単な構成かつ簡単な手法によ
り試料９を合焦位置に配置することができるとともに画
像の光量補正を行うことができ、その結果、容易に的確
な測定を行うことができる。

【００６６】＜３． 変形例＞以上、この発明に係る実
施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施
の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能であ
る。

【００６７】上記実施の形態では試料９の画像の明るさ
を補正し、この補正された画像に対して所定の処理を行
うことで試料９に対する光学的な測定を行うと説明した
が、画像に基づく光学的測定でなくてもよい。

【００６８】例えば、試料９を合焦位置に配置したり、
試料９の傾き角θを求めるためにだけに受光部３１から
の画像信号を利用し、試料９に対する測定は別途設けら
れた他の受光素子や光学的部品を用いて行うようになっ
ていてもよい。また、試料９の特定の位置からの反射光
に基づいて測定が行われる場合には、この特定の位置か
らの反射光の光量のみを補正すれば足りる。このよう
に、この発明は試料９に対して光学的な測定を行う様々
な測定装置に利用することができる。

【００６９】また、上記実施の形態ではステージ４１を
昇降させることにより試料９の合焦位置を求めるように
しているが、光源部１１、照明光学系２０ａ、結像光学
系２０ｂおよび受光部３１を昇降させるようにしてもよ
いし、結像光学系２０ｂを変化させることにより受光部
３１に対する合焦位置を移動させるようにしてもよい。
すなわち、試料９と合焦位置との距離を相対的に変更す
ることができればよい。

【００７０】また、上記実施の形態ではラプラシアン・
オペレータを利用してフォーカス評価値Ｆａ〜Ｆｄを求
めているが、評価領域のコントラストの度合い、あるい
は評価領域内における画像の鮮鋭度を求めることができ
るのであればどのような手法を用いてもよい。

【００７１】また、上記説明における試料９を合焦位置
に配置するためのステージ高さｈｆを求める方法や試料
９の傾き角θを求める方法も一例であって、他の方法を
用いてももちろんよい。

【００７２】また、上記実施の形態では４つの評価領域
を設けているが、試料９の傾き角θを求めるためには１
つの面を決定することができる同一直線状には並ばない
３以上の評価領域が設けられていればよい。

【００７３】また、上記実施の形態では図１０に示した
ように試料９の表面の傾き角と光量低下率との関係を光
量低下率記憶部６４ａに記憶するようにしているが、こ
のような光量低下率記憶部６４ａを設けずに傾き角θか
ら理論的に光量低下率を算出するようにしてもよい。

【００７４】さらに、図４ないし図６に示した測定動作
においては補正すべき画像７０を取り込んでから補正係
数Ｍを求めているが（ステップＳ２４、Ｓ３２）、画像
の取り込み（ステップＳ２４）は画像の補正（ステップ
Ｓ３３）の直前であってもよい。

【００７５】

【発明の効果】請求項１ないし９記載の発明では、試料
の画像中の３以上の評価領域におけるフォーカス評価値
に基づいて試料の傾きを求めることができるので、簡単
な構成で容易に的確な測定を行うことができる。

【００７６】また、請求項３記載の発明では、遮光部材
を視野絞りの配置位置に配置することで試料上に遮光パ
ターンを形成するので、試料上にパターンが存在しない
場合であってもフォーカス評価値を求めることができ、
簡単な構成で容易に的確な測定を行うことができる。

【００７７】また、請求項４記載の発明では、遮光パタ
ーンが撮像領域の四隅に形成されるので、撮像領域の中
心付近が遮光パターンに妨げられることなく画像を取得
することができる。

【００７８】また、請求項５記載の発明では、簡単な構
成で試料を合焦位置に配置することができる。

【００７９】また、請求項６および９記載の発明では、
求められた試料の傾きから画像の明るさを補正すること
ができるので、簡単な構成で容易に的確な測定を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態である測定装置の
構成を示す図である。

【図２】遮光部材を示す図である。

【図３】図１に示す測定装置において受光部から得られ
る画像の一例を示す図である。

【図４】測定装置の動作を示す流れ図である。

【図５】測定装置の動作を示す流れ図である。

【図６】測定装置の動作を示す流れ図である。

【図７】フォーカス評価値を求めるためのオペレータの
一例を示す図である。

【図８】フォーカス評価値を求めるためのオペレータの
他の例を示す図である。

【図９】フォーカス評価値とステージ高さとの関係の例
を示す図である。

【図１０】試料表面の傾き角と光量低下率との関係を示
す図である。

【図１１】この発明の第２の実施の形態である測定装置
の構成を示す図である。

【図１２】図１１に示す測定装置において受光部から得
られる画像の一例を示す図である。

【図１３】フォーカス評価値を求めるためのオペレータ
の一例を示す図である。

【図１４】フォーカス評価値を求めるためのオペレータ
の他の例を示す図である。

【図１５】試料の傾きが反射光の光量に与える影響を説
明するための図である。

【符号の説明】

１、１ａ 測定装置 ９ 試料 １１ 光源部 １１Ｌ 照明光 ２０ａ 照明光学系 ２０ｂ 結像光学系 ２１ 遮光部材 ３１ 受光部 ３１Ｌ 反射光 ４２ 昇降部 ６１ 評価値算出部 ６２ 合焦位置算出部 ６３ 姿勢算出部 ６４ 光量補正部 ６４ａ 光量低下率記憶部 ７０、７０ａ 画像 ７１ａ〜７１ｄ 遮光パターン ７３ａ〜７３ｄ 評価領域 Ｆａ〜Ｆｄ フォーカス評価値 Ｓ１２〜Ｓ１６、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３３ ステップ ｈａ〜ｈｄ ステージ高さ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象である試料に対して光学的な測
   定を行う光学測定装置であって、 照明光を前記試料に至る光路へと出射する発光手段と、 前記試料からの反射光を受光して前記試料の画像を取得
   する受光手段と、 前記試料からの反射光を前記受光手段へと導く結像光学
   系と、 前記受光手段に対して光学的に共役な合焦位置と前記試
   料との距離を相対的に変更する手段と、 前記画像中の同一直線上には並ばない３以上の評価領域
   のそれぞれにおけるフォーカス評価値を求める評価値算
   出手段と、 前記フォーカス評価値から前記試料の傾きを求める姿勢
   算出手段と、を備えることを特徴とする光学測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光学測定装置であって、 前記照明光を前記試料へ導く照明光学系、をさらに備
   え、 前記照明光学系と前記結像光学系とが前記試料上におい
   て光軸を共有していることを特徴とする光学測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光学測定装置であって、 前記照明光学系が、 視野絞りの配置位置に配置されて前記試料上に遮光パタ
   ーンを生じさせる遮光部材、を有することを特徴とする
   光学測定装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光学測定装置であって、 前記受光手段による撮像領域が矩形となっており、 前記遮光部材が前記撮像領域の四隅のそれぞれに遮光パ
   ターンを形成し、 前記遮光パターンに対応するようにして４つの評価領域
   が設定されることを特徴とする光学測定装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の光学測定装置であって、 前記４つの評価領域のフォーカス評価値から算出したフ
   ォーカス位置の重心と前記合焦位置とが一致するように
   前記試料を配置する手段、をさらに備えることを特徴と
   する光学測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の光
   学測定装置であって、 前記姿勢算出手段により求められた前記試料の傾きに基
   づいて前記試料が前記合焦位置に位置するときの画像の
   明るさを補正する光量補正手段、をさらに備えることを
   特徴とする光学測定装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の光学測定装置であって、 前記光量補正手段が、 前記試料の傾きと前記画像の光量低下率との関係を記憶
   する手段、を有することを特徴とする光学測定装置。
8. 【請求項８】 測定対象である試料に対して光学的な測
   定を行う光学測定方法であって、 (a) 前記試料に照明光を照射する工程と、 (b) 前記試料からの反射光を受光手段にて受光し、前記
   試料の画像を取得する工程と、 (c) 前記画像中の同一直線上には並ばない３以上の評価
   領域のそれぞれにおけるフォーカス評価値を求める工程
   と、 (d) 前記受光手段に対して光学的に共役な合焦位置と前
   記試料との距離を相対的に変更する工程と、 (e) 前記工程(b)ないし(d)を繰り返す工程と、 (f) 求められた前記フォーカス評価値から前記試料の傾
   きを求める工程と、を有することを特徴とする光学測定
   方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の光学測定方法であって、 (g) 前記工程(f)において求められた前記試料の傾きに
   基づいて前記試料が前記合焦位置に位置するときの画像
   の明るさを補正する工程、をさらに有することを特徴と
   する光学測定方法。