JPH11218411A - Measurement method for interference and measurement device of interference - Google Patents

Measurement method for interference and measurement device of interference

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JPH11218411A
JPH11218411A JP10021249A JP2124998A JPH11218411A JP H11218411 A JPH11218411 A JP H11218411A JP 10021249 A JP10021249 A JP 10021249A JP 2124998 A JP2124998 A JP 2124998A JP H11218411 A JPH11218411 A JP H11218411A
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Japan
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wavelength
interference
measurement
interference fringe
shape information
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JP10021249A
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Hidenori Yamada
秀則 山田
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable measuring accurately and in high speed the shape including level difference or absolute distance exceeding wavelength by obtaining fractional wavelength shape information obtained from phase distribution calculated based on interference fringes image on a reference surface and measuring object surface and accurate absolute shape information of the measuring object surface from an integer in an integral multiple component of a wavelength obtained from the outline information of the absolute distance. SOLUTION: Two kinds of laser lights with different wavelengths are reflected on a plane standard (reference surface) and a measuring object surface, respective interference lights are picked up with 2 imaging tubes and the images of the interference fringes are forwarded to the control part 90 of a computer. The control part 90 calculates phase distribution Φ1 and Φ2 of each wavelength with a phase calculation mean 92 based on interference image data Ia and Ib . On this basis, an outline shape calculation means 93 calculates the outline information hg of absolute distance between the measuring object surface and the plane standard, outputs to an integer detection means 94 and calculates an integer ng. On the other hand, a fractional shape information calculation means 95 outputs the fractional shape information hs based on the phase distribution Φ1 and Φ2 . An accurate absolute shape calculation means 96 calculates integral accurate absolute shape information h based on the integer ng and fractional shape information hs.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光波の干渉現象を
利用して物体の形状を測定する干渉計測方法および干渉
計測装置に関し、特に、波長を越える段差や、波長を越
える測定対象面と干渉計との絶対距離を含む形状を高精
度かつ高速に測定する干渉計測方法および干渉計測装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interference measurement method and an interference measurement apparatus for measuring the shape of an object by utilizing the interference phenomenon of light waves, and more particularly to an interference measurement with a step exceeding a wavelength or a measurement target surface exceeding a wavelength. The present invention relates to an interference measurement method and an interference measurement device for measuring a shape including an absolute distance from a meter at high accuracy and at high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】光波の干渉現象を利用した計測は、光の
波長すなわちサブミクロン以上の精度で非接触な計測が
可能であるため、高精度計測の分野で広く使われてお
り、従来の干渉計測方法としては、以下のものが知られ
ている。 (1) 2光束干渉法(以下「従来例1」という。) (2) 2波長干渉法(以下「従来例2」という。) (3) 白色干渉法(以下「従来例3」という。)
2. Description of the Related Art Measurements utilizing the interference phenomenon of light waves are widely used in the field of high-precision measurement because non-contact measurement is possible with an accuracy of light wavelength, that is, submicron or more. The following are known as a measuring method. (1) Two-beam interferometry (hereinafter referred to as "conventional example 1") (2) Two-wavelength interferometry (hereinafter referred to as "conventional example 2") (3) White light interferometry (hereinafter referred to as "conventional example 3")

【0003】<従来例1>2光束干渉法は、原器と呼ば
れる高精度に作製された理想的形状の基準面で反射され
た基準波面と測定対象面で反射された測定対象波面とを
干渉させるものである(例えば、”Optical S
hop Testing 2nd Edition”,
D.Malacara編集,John Wiley &
Sons,Inc.発行,(1992年),14章,
p.501〜591 参照)。
<Conventional Example 1> In the two-beam interference method, a reference wavefront reflected by a highly accurate ideally formed reference surface called a prototype and a measurement target wavefront reflected by a measurement target surface interfere with each other. (For example, "Optical S"
"hop Testing 2nd Edition",
D. Edited by Malacara, John Wiley &
Sons, Inc. Published, (1992), Chapter 14,
p. 501-591).

【0004】図8は、この2光束干渉法を説明するため
のフローを示す。まず、基準面で反射された基準波面と
測定対象面で反射された測定対象波面の2つを干渉させ
て生じる干渉縞を式(1)に示す光強度として検出する
(ST1)。 I(x,y) =a(x,y) +b(x,y) ×cos{φ(x,y) +δ} …(1) 但し、I(x,y) :干渉縞を表す光強度 a(x,y) :バイアス成分 b(x,y) :干渉縞強度の振幅 φ(x,y) :検出対象の位相分布 δ :配置で決まる初期位相
FIG. 8 shows a flow for explaining the two-beam interference method. First, an interference fringe generated by causing interference between a reference wavefront reflected by a reference surface and a measurement target wavefront reflected by a measurement target surface is detected as light intensity shown in Expression (1) (ST1). I (x, y) = a (x, y) + b (x, y) × cos {φ (x, y) + δ} (1) where I (x, y) is the light intensity representing interference fringes a (x, y): bias component b (x, y): amplitude of interference fringe intensity φ (x, y): phase distribution of detection target δ: initial phase determined by arrangement

【0005】次に、位相分布(ここではラップされた位
相分布)を求める(このステップを「干渉縞位相解析」
という。)(ST2)。
Next, a phase distribution (here, a wrapped phase distribution) is obtained (this step is referred to as “interference fringe phase analysis”).
That. ) (ST2).

【0006】図9は、位相がラップされる様子を示し、
同図(a) は実際の位相を示す図、同図(b) はラップされ
た位相を示す図である。上記式(1)に示す干渉現象の
周期的性質により、直接検出されるのは2πの区間に折
り返された位相(ラップされた位相)のみである。すな
わち、干渉縞1周期を越える分には不確定性が存在す
る。換言すれば、干渉計測とは、上記式(1)において
I(x,y) からφ(x,y) を求める行為である。しかし、φ
(x,y) を求める際に現れるcosの逆関数が多価関数で
あることから、同図(b) に示すように、実際の位相φを
一意に求めることができず、一意に求めることができる
のは、波長の整数倍成分(この倍数を表す整数を「縞次
数」という。)を除いた1波長未満の端数成分だけであ
る。
FIG. 9 shows how the phases are wrapped.
FIG. 3A shows the actual phase, and FIG. 3B shows the wrapped phase. Due to the periodic nature of the interference phenomenon shown in the above equation (1), only the phase folded (wrapped phase) in the interval of 2π is directly detected. That is, there is uncertainty in the portion exceeding one cycle of the interference fringes. In other words, the interference measurement is an act of obtaining φ (x, y) from I (x, y) in the above equation (1). However, φ
Since the inverse function of cos that appears when obtaining (x, y) is a multivalent function, the actual phase φ cannot be determined uniquely, as shown in FIG. Can be formed only from fractional components of less than one wavelength excluding an integral multiple of the wavelength (an integer representing the multiple is referred to as “strip order”).

【0007】次に、縞次数ng(x,y) を求める(このス
テップを「位相アンラッピング」という。)(ST
3)。位相アンラッピングは数学的に一意に求められる
ものではない。位相アンラッピングにおいては、測定対
象面が「なめらかである」ことを仮定して、位相アンラ
ッピングの後に全体形状がなめらかになるように、試行
錯誤的に縞次数を決定している。なお、このような試行
錯誤を自動的に行うアルゴリズムも近年では精力的に開
発されている(例えば、T.R.Judge &P.
J.Bryanston−Cross:”A Revi
ew of Phase Unwrapping Te
chniques in Fringe Analys
is”,Optics and Lasers in
Engineering,vol.21,(199
4),p.199−239 参照)。縞次数ng(x,y)
を求めた後、次の式(2)を用いて実際のラップされて
いない位相分布φ(x,y) を求める。 φ(x,y) =ng(x,y) ×2π+ψs(x,y) …(2) 但し、ng(x,y) :縞次数(厳密に整数) ψs :2π未満の端数位相情報
Next, a fringe order ng (x, y) is obtained (this step is called "phase unwrapping") (ST).
3). Phase unwrapping is not mathematically unique. In phase unwrapping, assuming that the surface to be measured is "smooth", the fringe order is determined by trial and error so that the overall shape becomes smooth after phase unwrapping. In addition, algorithms for automatically performing such trial and error have been energetically developed in recent years (for example, TR Judge & P.E.
J. Bryanton-Cross: "A Revi
ew of Phase Unwrapping Te
chneques in Fringe Analyss
is ", Optics and Lasers in
Engineering, vol. 21, (199
4), p. 199-239). Stripe order ng (x, y)
Then, the actual unwrapped phase distribution φ (x, y) is calculated using the following equation (2). φ (x, y) = ng (x, y) × 2π + ψs (x, y) (2) where ng (x, y): fringe order (strictly integer) ψs: fractional phase information less than 2π

【0008】最後に、位相を実際の形状(距離)に換算
する(ST4)。式(2)を位相ではなく、実際の形状
(距離)の単位に変換するには、式(2)の両辺にλ/
(2π×k)をかけ、式(3)を得る。但し、kは、反
射による測定の場合は2、透過による測定の場合は1と
なる。反射の場合は光が往復して光路差が2 倍になるた
め、係数k=2が掛かる。 φ(x,y) ×λ/(2 π×k)=ng(x,y) ×λ/k+ψs(x,y) ×λ/(2 π×k) …(3) ここで、φ(x,y) ×λ/(2 π×k)は光路差そのものを表
し、総合的な精密絶対形状情報h(x,y) に対応する。ま
た、ψs(x,y) ×λ/(2 π×k)を1波長未満の端数成分
である端数形状情報hs(x,y) とする。このとき式
(3)は式(4)となる。 h(x,y) =ng(x,y) ×λ/k+hs(x,y) …(4) 式(4)より測定対象面の形状(距離)を求めることが
できる。
Finally, the phase is converted into an actual shape (distance) (ST4). To convert equation (2) into a unit of the actual shape (distance) instead of the phase, λ /
Multiplying by (2π × k) gives equation (3). However, k is 2 in the case of measurement by reflection, and 1 in the case of measurement by transmission. In the case of reflection, the light reciprocates and the optical path difference doubles, so that a coefficient k = 2 is applied. φ (x, y) × λ / (2π × k) = ng (x, y) × λ / k + ψs (x, y) × λ / (2π × k) (3) where φ (x , y) × λ / (2π × k) represents the optical path difference itself, and corresponds to comprehensive precise absolute shape information h (x, y). Further, ψs (x, y) × λ / (2π × k) is set as fraction shape information hs (x, y) which is a fraction component of less than one wavelength. At this time, equation (3) becomes equation (4). h (x, y) = ng (x, y) × λ / k + hs (x, y) (4) The shape (distance) of the surface to be measured can be obtained from equation (4).

【0009】<従来例2>2波長干渉法は、2つの波長
の光を同時に用いて干渉計測を行うものである(例え
ば、Yukihiro Ishii and Ribu
n Onodera:”Two−wavelength
laser−diode interferomet
ry that uses phase−shifti
ng techniques”,Optics Let
ters、vol.16、No.19,(1991),
p.1523〜1525 参照)。2つの波長により形
成された干渉縞(モワレ縞)の濃淡の等高線は式(5)
で表されるΛ(合成波長)毎に現れる。 Λ=1/{(1/λ1 −1/λ2 )×k} =λ1 ×λ2 /{(λ2 −λ1 )×k} …(5) 但し、λ1 ,λ2 :使用する2つの波長 k:反射による測定の場合は2、透過による測定の場合
は1 このため、不確定性が無い干渉縞1周期に相当する範囲
が、通常の2光束干渉法ではλ=波長であるのに対し
て、2波長干渉法ではΛに拡大される。従って、λより
広いΛの範囲において、波長を越える段差や、波長を越
える干渉計と測定対象面との絶対距離を含む形状の測定
が可能となる。例えば、波長660nmと670nmの
2つの赤い光を用いる透過測定の場合、合成波長Λは4
4220nm=44.22μmとなり、44.22μm
までの段差や絶対距離を含んむ形状の測定が可能にな
る。これは、通常の2光束干渉計の66倍のレンジの拡
大に相当する。そして、波長差(λ2 −λ1 )を小さく
するほど、測定可能なΛ範囲は大きくなる。
<Conventional Example 2> In the two-wavelength interferometry, interference measurement is performed by simultaneously using light of two wavelengths (for example, Yukihiro Ishii and Ribu).
n Onodera: "Two-wavelength
laser-diode interferometry
ry that uses phase-shifti
ng technologies ", Optics Let
ters, vol. 16, No. 19, (1991),
p. 1523-1525). The contour lines of the shading of the interference fringes (Moire fringes) formed by the two wavelengths are given by Equation (5).
Appears for each Λ (synthetic wavelength) represented by {= 1 / {(1 / λ 1 −1 / λ 2 ) × k} = λ 1 × λ 2 / {(λ 2 −λ 1 ) × k} (5) where λ 1 , λ 2 : used Two wavelengths k: 2 for measurement by reflection and 1 for measurement by transmission Therefore, the range corresponding to one cycle of interference fringes without uncertainty is λ = wavelength in a normal two-beam interference method. On the other hand, in the two-wavelength interferometry, it is enlarged to Λ. Therefore, in the range of Λ wider than λ, it is possible to measure a step exceeding the wavelength and a shape including the absolute distance between the interferometer exceeding the wavelength and the measurement target surface. For example, in the case of transmission measurement using two red lights having wavelengths of 660 nm and 670 nm, the combined wavelength Λ is 4
4220 nm = 44.22 μm, and 44.22 μm
It is possible to measure shapes including steps up to and absolute distance. This is equivalent to 66 times the range of a normal two-beam interferometer. The smaller the wavelength difference (λ 2 −λ 1 ), the larger the measurable Λ range.

【0010】<従来例3>白色干渉法は、白色光あるい
はそれに近いコヒーレンシーの低い光源を用いて干渉計
測を行うものである(例えば、Kumiko Mats
ui and Satoshi Kawata:”Fr
inge−scanning white−light
microscope for surface p
rofile measurement and ma
terial identification”,Pr
oc. of SPIE,vol.1720,(199
2),p.124〜132 参照)。白色干渉法で通常
使用される光のコヒーレント長は数μm程度であり、そ
のレンジしか干渉縞が現れない。また干渉縞の現れる数
μmの範囲内でも、干渉縞のコントラストの変化が最大
で干渉フリンジピークとなる原器と測定対象面との絶対
距離が0になる場所を、正確に検出することができる。
そこで、白色干渉法を用いた形状測定では、何らかの方
法で原器と測定対象面との距離を連続的に変化させ、原
器と測定対象面との絶対距離が0になる場所を順次マッ
ピングして全面の測定データを得るようにしている。通
常は、干渉計と測定対象物の距離を光軸に沿った方向に
直線走査することによって、マッピングを行う。このよ
うに白色干渉を用いると、100μm程度の広範囲にわ
たって、nmオーダの精度で波長を越える段差や、波長
を越える干渉計と測定対象面との絶対距離を含む形状の
測定が可能となる。
<Conventional Example 3> In the white light interferometry, interference measurement is performed using a white light or a light source having low coherency close thereto (for example, Kumiko Mats).
ui and Satoshi Kawadata: "Fr
inge-scanning white-light
microscope for surface p
rofile measurement and ma
terial identification ”, Pr
oc. of SPIE, vol. 1720, (199
2), p. 124-132). The coherent length of light generally used in white light interferometry is about several μm, and interference fringes appear only in that range. Further, even within the range of several μm where the interference fringes appear, it is possible to accurately detect a position where the absolute distance between the prototype and the measurement target surface where the change in the contrast of the interference fringes is the maximum and the interference fringe peaks is 0. .
Therefore, in shape measurement using the white light interferometry, the distance between the prototype and the surface to be measured is continuously changed by some method, and locations where the absolute distance between the prototype and the surface to be measured become 0 are sequentially mapped. To obtain the entire measurement data. Usually, mapping is performed by linearly scanning the distance between the interferometer and the measurement object in a direction along the optical axis. When white interference is used in this way, it is possible to measure a step exceeding a wavelength or a shape including an absolute distance between an interferometer exceeding a wavelength and an object surface over a wide range of about 100 μm with an accuracy on the order of nm.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例1の2
光束干渉法によると、測定対象面が波長を越える段差を
含む場合は、なめらかさの仮定を使うことができないの
で、位相アンラップを行うことができず、干渉計測のフ
ローを完遂することができない。また、位相アンラッピ
ングは、ラップされた位相の相対的な縞次数関係をなめ
らかになるように決定するだけなので、絶対的な縞次数
が決定できず、干渉計と測定対象面との絶対距離を測定
することができない。すなわち、2光束干渉法では、確
実に絶対距離が求められるレンジが1波長分以内に限ら
れるので、波長を越える段差や絶対距離を含んだ形状の
測定が不可能であるという欠点がある。
However, the conventional example 1
According to the light beam interferometry, when the surface to be measured includes a step exceeding the wavelength, the assumption of smoothness cannot be used, so that phase unwrapping cannot be performed and the flow of interference measurement cannot be completed. Also, phase unwrapping only determines the relative fringe order relationship of the wrapped phase so that the absolute fringe order cannot be determined, and the absolute distance between the interferometer and the surface to be measured is determined. Cannot be measured. That is, in the two-beam interference method, since the range in which the absolute distance is reliably obtained is limited to within one wavelength, there is a disadvantage that it is impossible to measure a shape including a step exceeding the wavelength or the absolute distance.

【0012】また、従来例2の2波長干渉法は、干渉縞
濃淡の等高線周期そのものを大きくする方法であるた
め、測定可能な範囲Λを大きくすると、それに比例して
測定精度が低下し、サブミクロンを越えるような高精度
な測定が著しく困難となる欠点がある。
Further, the two-wavelength interferometry of the conventional example 2 is a method of increasing the contour line period itself of the interference fringe density, so that when the measurable range Λ is increased, the measurement accuracy is reduced in proportion thereto, There is a drawback that highly accurate measurement exceeding a micron becomes extremely difficult.

【0013】また、従来例3の白色干渉法によると、原
器と測定対象面との絶対距離が0になる場所を順次マッ
ピングしていく際に、原器と測定対象面の距離を機械的
に連続変化させながら多数枚の干渉縞画像を記録してい
くため、干渉縞の採取だけでも時間がかかる。それに加
えて、形状情報の抽出のための計算機処理も画像が多数
枚になるため時間がかかる。このため、計測に長時間を
要するという欠点がある。従って、変化しつつある対象
面を測定するような場合や、振動環境で測定を行うよう
な場合や、多数の面領域を測定する場合のように、高速
な測定を必要とする場合に使用することはできない。さ
らに、多数枚の画像を記憶しておくためには、大量のメ
モリや外部記憶装置を用意しなくてはならないため、装
置が高価になるという欠点がある。例えば、上記Mat
suiらの文献では、1回の測定に256枚の画像を採
取するが、これを仮に、最高速のビデオレートで行った
としても、8.5秒を要する。実際には原器と測定対象
面との距離を機械的に連続変化させるのであるから、さ
らに遅くなる可能性がある。また、干渉縞のようを高精
細画像をビデオレートのように高速に採取する装置は高
価である。さらに、もし1枚の干渉縞画像を、最近のT
Vカメラで一般的に実現可能な程度の解像度512×5
12画素、256階調(8bit)で採取したとして
も、256枚では、512×512×8×256=64
Mbyteにもなる。大容量メモリが普及している昨今
でも、これだけのデータをハンドリングできる計算機環
境を実現することはまだまだ高価である。もちろん、干
渉縞をさらに高精細に採取る必要がある場合は、画像が
2次元データであることから、桁違いに大容量のメモリ
が必要となる。例えば、ハイビジョンの普及やパーソナ
ルコンピュータの高精細ディスプレイの普及で、100
0×1000画素程度の画像も珍しくなくなりつつある
が、そのクラスの画像で干渉縞を採取すると、前記の4
倍である256Mbyteクラスのメモリ容量を1回の
測定データだけのために必要とする。
According to the white light interferometry of Conventional Example 3, when sequentially mapping locations where the absolute distance between the prototype and the surface to be measured is 0, the distance between the prototype and the surface to be measured is mechanically changed. Since a large number of interference fringe images are recorded while being continuously changed, it takes time to collect interference fringes alone. In addition, the computer processing for extracting the shape information takes a long time because the number of images is large. For this reason, there is a disadvantage that the measurement requires a long time. Therefore, it is used when high-speed measurement is required, such as when measuring a changing target surface, when measuring in a vibration environment, or when measuring a large number of surface areas. It is not possible. Furthermore, in order to store a large number of images, it is necessary to prepare a large amount of memory and an external storage device. For example, the above Mat
In Sui et al., 256 images are collected for one measurement. However, even if this is performed at the highest video rate, it takes 8.5 seconds. Actually, since the distance between the prototype and the surface to be measured is continuously changed mechanically, the distance may be further reduced. Further, a device for collecting a high-definition image such as an interference fringe at a high speed such as a video rate is expensive. Furthermore, if one interference fringe image is
Resolution 512 × 5, which can be generally achieved with a V camera
Even if 12 pixels and 256 gradations (8 bits) are sampled, 512 × 512 × 8 × 256 = 64 for 256 sheets
Mbyte. Even with the widespread use of large-capacity memories, it is still expensive to realize a computer environment that can handle such data. Of course, when it is necessary to collect interference fringes with higher definition, since the image is two-dimensional data, an extremely large amount of memory is required. For example, with the spread of HDTV and the spread of high-definition displays for personal computers, 100
An image of about 0 × 1000 pixels is becoming uncommon, but if interference fringes are collected from an image of that class,
The memory capacity of the 256 Mbyte class which is doubled is required for only one measurement data.

【0014】従って、本発明の目的は、波長を越える段
差や絶対距離を含んだ形状の測定を高精度かつ高速に測
定ミスを招くことなく行うことが可能な干渉計測方法お
よび干渉計測装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an interference measurement method and an interference measurement apparatus capable of measuring a shape including a step exceeding a wavelength and including an absolute distance with high accuracy and at high speed without causing a measurement error. Is to do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、第1の波長の光波と第2の波長の光波を
基準面および測定対象面に照射し、前記基準面で反射し
た前記第1の波長の光波と前記測定対象面で反射、ある
いは前記測定対象面を透過した前記第1の波長の光波と
を干渉させるとともに、前記基準面で反射した前記第2
の波長の光波と前記測定対象面で反射、あるいは前記測
定対象面を透過した前記第2の波長の光波とを干渉させ
る第1のステップと、前記第1の波長の光波の干渉によ
って生じた前記第1の波長の干渉縞画像、および前記第
2の波長の光波の干渉によって生じた前記第2の波長の
干渉縞画像を個別に検出する第2のステップと、前記第
1の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の2πの
区間にラップされた第1の位相分布を演算するととも
に、前記第2の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波
面の2πの区間にラップされた第2の位相分布を演算す
る第3のステップと、前記第1の波長をλ1 、前記第2
の波長をλ2 (λ2 >λ1 )、前記第1の位相分布をψ
1 (x,y) 、前記第2の位相分布をψ2 (x,y) とすると
き、前記2πの区間より拡大された所定の測定範囲にわ
たり、前記基準面と前記測定対象面との絶対距離の概略
情報hg(x,y) を0≦(ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )なら
ば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }/{( 2π×
k)・(1/ λ1 −1/λ2)} 但し、k :反射による測定の場合は2、透過による測
定の場合は1 x,y:測定対象面に概略沿った平面の座標成分 (ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )<0ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) +2π}/{(
2π×k)・(1/ λ1 −1/λ2)} によって求める第4のステップと、前記第1および第2
の位相分布のいずれか一方の位相分布に基づいて、前記
2πの区間にわたり、精密な端数形状情報hsj (x,y)
を hsj (x,y) =ψj (x,y) ×λj /(2π×k) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって求める第5のステップと、前記絶対距離の概略
情報hg(x,y) を用いて前記第1の波長λ1 あるいは前
記第2の波長λ2 に対する縞次数ngj (x,y) を求め、
前記測定対象面の精密な絶対形状情報hj (x,y) を hj (x,y) =ngj (x,y) ×λj /k+hsj (x,y) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって求める第6のステップとを含むことを特徴とす
る干渉計測方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention irradiates a light wave of a first wavelength and a light wave of a second wavelength to a reference surface and a surface to be measured, and reflects the light wave at the reference surface. The lightwave of the first wavelength and the lightwave of the first wavelength reflected on the surface to be measured or the lightwave of the first wavelength transmitted through the surface to be measured interfere with each other, and the second light reflected on the reference surface.
A first step of interfering the light wave of the wavelength and the light wave of the second wavelength reflected on the measurement target surface or transmitted through the measurement target surface, and the interference generated by the interference of the light wave of the first wavelength. A second step of individually detecting an interference fringe image of a first wavelength and an interference fringe image of the second wavelength caused by interference of the light wave of the second wavelength; and an interference fringe of the first wavelength. The first phase distribution wrapped in the 2π section of the measurement target wavefront is calculated based on the image, and the second phase distribution wrapped in the 2π section of the measurement target wavefront is calculated based on the interference fringe image of the second wavelength. the third step and, the first wavelength lambda 1 for calculating the phase distribution, the second
Is λ 22 > λ 1 ), and the first phase distribution is ψ
1 (x, y), when the second phase distribution is ψ 2 (x, y), the absolute distance between the reference plane and the measurement target surface over a predetermined measurement range expanded from the section of 2π If the distance of summary information hg (x, y) of 0 ≦ (ψ 1 (x, y) -ψ 2 (x, y)), hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) -ψ 2 (x, y)} / {(2π ×
k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )} where k: 2 for measurement by reflection, 1 for measurement by transmission x, y: Coordinate components of a plane roughly along the measurement target surface ( If ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)) <0, then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y) + 2π} / {(
2π × k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )}, and the first and second steps
Based on any one of the phase distributions, the precise fraction shape information hs j (x, y)
Hs j (x, y) = ψ j (x, y) × λ j / (2π × k), where j: a fifth step of obtaining a wavelength by a subscript 1 or 2; The fringe order ng j (x, y) for the first wavelength λ 1 or the second wavelength λ 2 is obtained using the general information hg (x, y),
The precise absolute shape information h j (x, y) of the surface to be measured is given by h j (x, y) = ng j (x, y) × λ j / k + hs j (x, y), where j: wavelength And a sixth step of determining by subscript 1 or 2 to be distinguished.

【0016】本発明は、上記目的を達成するために、第
1の波長の光波と第2の波長の光波を基準面および測定
対象面に照射する光源と、前記基準面で反射した前記第
1の波長の光波と前記測定対象面で反射、あるいは前記
測定対象面を透過した前記第1の波長の光波とを干渉さ
せるとともに、前記基準面で反射した前記第2の波長の
光波と前記測定対象面で反射、あるいは前記測定対象面
を透過した前記第2の波長の光波とを干渉させる光学系
と、前記第1の波長の光波の干渉によって生じた前記第
1の波長の干渉縞画像、および前記第2の波長の光波の
干渉によって生じた前記第2の波長の干渉縞画像を個別
に検出する干渉縞画像検出手段と、前記第1の波長の干
渉縞画像に基づいて測定対象波面の2πの区間にラップ
された第1の位相分布を演算するとともに、前記第2の
波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の2πの区間
にラップされた第2の位相分布を演算する位相算出手段
と、前記第1の波長をλ1 、前記第2の波長をλ2 (λ
2 >λ1 )、前記第1の位相分布をψ1 (x,y) 、前記第
2の位相分布をψ2 (x,y) とするとき、前記2πの区間
より拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準面と
前記測定対象面との絶対距離の概略情報hg(x,y) を0
≦(ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }/{( 2π×
k)・(1/ λ1 −1/λ2)} 但し、k :反射による測定の場合は2、透過による測
定の場合は1 x,y:測定対象面に概略沿った平面の座標成分 (ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )<0ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) +2π}/{(
2π×k)・(1/ λ1 −1/λ2)} によって求める概略形状算出手段と、精密な端数形状情
報hsj (x,y) を hsj (x,y) =ψj (x,y) ×λj /(2π×k) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって演算する端数形状情報算出手段と、前記絶対距
離の概略情報hg(x,y) を用いて前記第1の波長λ1
るいは前記第2の波長λ2 に対する縞次数ngj (x,y)
を検出する縞次数検出手段と、前記精密な絶対形状情報
j (x,y) を hj (x,y) =ngj (x,y) ×λj /k+hsj (x,y) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって求める精密絶対形状算出手段とを有することを
特徴とする干渉計測装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a light source for irradiating a light wave of a first wavelength and a light wave of a second wavelength to a reference surface and a surface to be measured, and the first light reflected by the reference surface. And the light wave of the second wavelength reflected on the measurement target surface, or interferes with the light wave of the first wavelength transmitted through the measurement target surface, and the light wave of the second wavelength reflected on the reference surface and the measurement target An optical system that reflects light on the surface or interferes with the lightwave of the second wavelength transmitted through the surface to be measured, and an interference fringe image of the first wavelength generated by interference of the lightwave of the first wavelength, and Interference fringe image detecting means for individually detecting the interference fringe image of the second wavelength generated by the interference of the light wave of the second wavelength; and 2π of the wavefront to be measured based on the interference fringe image of the first wavelength. The first phase wrapped in the interval of Thereby calculating the cloth, and the phase calculating means for calculating a second phase distribution is wrapped in the interval 2π being measured wavefront based on the interference fringe image of the second wavelength, the first wavelength lambda 1 , The second wavelength is λ 2
2 > λ 1 ), when the first phase distribution is ψ 1 (x, y) and the second phase distribution is ψ 2 (x, y), a predetermined measurement expanded from the section of 2π Over a range, the approximate information hg (x, y) of the absolute distance between the reference plane and the measurement target plane is set to 0.
≤ (ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)), then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)} / {(2π ×
k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )} where k: 2 for measurement by reflection, 1 for measurement by transmission x, y: Coordinate components of a plane roughly along the measurement target surface ( If ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)) <0, then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y) + 2π} / {(
2π × k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )}, and the precise fraction shape information hs j (x, y) is converted to hs j (x, y) = ψ j (x , y) × λ j / (2π × k) where j is a fraction shape information calculating means operated by a subscript 1 or 2 for discriminating the wavelength, and the approximate information hg (x, y) of the absolute distance is used. The fringe order ng j (x, y) for the first wavelength λ 1 or the second wavelength λ 2
And the fringe order detecting means for detecting the absolute absolute shape information h j (x, y) is given by h j (x, y) = ng j (x, y) × λ j / k + hs j (x, y) , J: means for calculating a precise absolute shape obtained by subscript 1 or 2 for distinguishing wavelengths.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る干渉計測装置を示す。この干渉計測装置1は、
水平に配置されたテーブル2と、テーブル2の上に立設
された柱3とを有し、テーブル2上に測定対象物4を上
下動させるピエゾステージ5を載置し、柱3に干渉計6
を設けている。
FIG. 1 shows an interference measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. This interferometer 1
It has a horizontally arranged table 2 and a column 3 erected on the table 2. A piezo stage 5 for vertically moving the object 4 to be measured is placed on the table 2, and the interferometer is mounted on the column 3. 6
Is provided.

【0018】干渉計6は、第1の波長λ1 と第2の波長
λ2 の2種類のレーザ光を同時に発振する例えばアルゴ
ンイオンレーザの如きレーザ光源60と、レーザ光源6
0からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ61
と、コリメータレンズ61からの平行光の一部を測定対
象物4側に反射させる第1のハーフミラー62Aと、第
1のハーフミラー62Aの測定対象物4側に配置され、
通常の顕微鏡対物レンズと同様の結像性能を有する対物
レンズ63と、基準面としての平面原器64と、対物レ
ンズ63からの光の一部を測定対象物4に導き、残りの
一部を平面原器64に導く第2のハーフミラー62B
と、測定対象物4の表面(測定対象面)4aと平面原器
64で各々反射された光が第2のハーフミラー62Bに
戻り、そこで重ねられて生成された干渉光を第1の波長
λ1 の光と第2の波長λ2 の光に選別するダイクロイッ
クミラー65と、第1の波長λ1 の光を第1の結像レン
ズ66Aを介して撮像する第1の撮像管67Aと、第2
の波長λ2 の光を第2の結像レンズ66Bを介して撮像
する第2の撮像管67Bとを備えている。なお、対物レ
ンズ63、平面原器64および第2のハーフミラー62
Bにより、いわゆるマイケルソン干渉計を構成する。
The interferometer 6 includes a laser light source 60 such as an argon ion laser for simultaneously oscillating two types of laser light having a first wavelength λ 1 and a second wavelength λ 2 , and a laser light source 6.
Collimator lens 61 for converting laser light from 0 to parallel light
A first half mirror 62A that reflects a part of the parallel light from the collimator lens 61 to the measurement object 4 side, and a first half mirror 62A that is arranged on the measurement object 4 side of the first half mirror 62A,
An objective lens 63 having the same imaging performance as a normal microscope objective lens, a plane prototype 64 as a reference plane, and a part of the light from the objective lens 63 are guided to the measurement object 4 and the remaining part is Second half mirror 62B leading to flat prototype 64
Then, the light reflected by the surface (measurement surface) 4a of the measurement object 4 and the light reflected by the plane prototype 64 return to the second half mirror 62B, and the interference light generated by being superimposed there is converted to the first wavelength λ. a dichroic mirror 65 for sorting the first light and the second wavelength lambda 2 of the light, a first image pickup tube 67A to the first wavelength lambda 1 of the light through the first imaging lens 66A imaging, the 2
And a second imaging tube 67B for imaging the light having the wavelength λ 2 through the second imaging lens 66B. In addition, the objective lens 63, the plane prototype 64, and the second half mirror 62
B constitutes a so-called Michelson interferometer.

【0019】また、干渉計測装置1は、ピエゾステージ
5を駆動するピエゾドライバ7と、第1および第2の撮
像管67A、67Bからの干渉縞の画像信号をデジタル
の干渉縞画像データに変換するイメージデジタイザ8
と、ピエゾドライバ7を制御するとともに、イメージデ
ジタイザ8からのデジタルデータを基に測定対象面4a
の形状を求めるコンピュータ9とを備えている。なお、
9aは後述する制御部90を備えるコンピュータ本体、
9bは測定結果を表示するディスプレイ、9cはキーボ
ードである。
The interference measuring apparatus 1 converts a piezo driver 7 for driving the piezo stage 5 and image signals of interference fringes from the first and second image pickup tubes 67A and 67B into digital interference fringe image data. Image digitizer 8
And the piezo driver 7 is controlled, and based on the digital data from the image digitizer 8, the measurement target surface 4a
And a computer 9 for determining the shape of In addition,
9a is a computer main body including a control unit 90 described later,
9b is a display for displaying the measurement results, and 9c is a keyboard.

【0020】レーザ光源60は、第1の波長λ1 として
488nm(青色)、第2の波長λ 2 として514.5
nm(緑色)の2種類の波長のレーザ光を同時に発振す
るようにレーザ光源60内の共振器が設定されており、
具体的には通常のレーザー共振器に適当に選んだエタロ
ンを挿入して調整されている。
The laser light source 60 has a first wavelength λ.1As
488 nm (blue), second wavelength λ Two514.5 as
Simultaneously oscillates laser light of two wavelengths of nm (green)
The resonator in the laser light source 60 is set so that
Specifically, an etalo appropriately selected for a normal laser resonator
Is adjusted by inserting the button.

【0021】ダイクロイックミラー65は、波長選別機
能を有し、第1の波長λ1 の波長488nmの光が透過
し、第2の波長λ2 の波長514.5nmの光が反射す
るように構成されている。
The dichroic mirror 65 has a wavelength selecting function, and is configured to transmit light of a first wavelength λ 1 of 488 nm and reflect light of a second wavelength λ 2 of 514.5 nm. ing.

【0022】図2は、コンピュータ9の機能ブロック図
である。コンピュータ本体9aは、本装置1全体の制御
を司るCPU、CPUのプログラムが記憶されたRO
M、および測定対象面4aの形状を求めるのに必要な各
種の情報を記憶するRAM等からなる制御部90を備え
る。この制御部90は、イメージデジタイザ8からの干
渉縞画像データを基に測定対象面4aの精密な絶対形状
情報を算出する処理を行うものであり、機能的には、干
渉縞画像取得手段91、位相算出手段92、概略形状算
出手段93、縞次数検出手段94、端数形状情報算出手
段95、および精密絶対形状算出手段96を有する。
FIG. 2 is a functional block diagram of the computer 9. The computer body 9a includes a CPU that controls the entire device 1 and an RO that stores a program for the CPU.
M and a control unit 90 including a RAM and the like for storing various information necessary for obtaining the shape of the measurement target surface 4a. The control unit 90 performs a process of calculating precise absolute shape information of the measurement target surface 4 a based on the interference fringe image data from the image digitizer 8. It has a phase calculating means 92, a rough shape calculating means 93, a fringe order detecting means 94, a fraction shape information calculating means 95, and a precise absolute shape calculating means 96.

【0023】次に、制御部90の上記各手段91〜96
を説明する。干渉縞画像取得手段91は、位相シフト法
(例えば縞走査干渉測定法)により、ピエゾドライバ7
を制御して測定対象物4を上下方向に移動させ、干渉計
6と測定対象面4aとの距離をλ/4ずつ変化させなが
ら波長毎に4枚の干渉縞画像データを取り込むものであ
る。
Next, each of the means 91 to 96 of the control unit 90 will be described.
Will be described. The interference fringe image acquiring unit 91 uses a piezo driver 7 by a phase shift method (for example, a fringe scanning interference measurement method).
Is controlled to move the object 4 in the vertical direction, and while changing the distance between the interferometer 6 and the object surface 4a by λ / 4, four interference fringe image data are taken in for each wavelength.

【0024】位相算出手段92は、干渉縞画像取得手段
91が取得した干渉縞画像データを基に、以下の式
(6)および式(7)を用いて、第1の波長λ1 の位相
分布ψ1(x,y) と、第2の波長λ2 の位相分布ψ2 (x,y)
を算出するものである。 ψ1 (x,y) =arctan〔{Ia4 (x,y) −Ia2 (x,y) }/{Ia1 (x,y) −Ia3 (x,y) }] …(6) ψ2 (x,y) =arctan[{Ib4 (x,y) −Ib2 (x,y) }/{Ib1 (x,y) −Ib3 (x,y) }] …(7) なお、arctanが多価関数であるため、既に述べたように
ψ1 (x,y) およびψ2(x,y) は2πの区間に折り返され
た位相、すなわちラップされた位相として得られる。ま
た、取り込んだ第1の波長λ1 の4枚の干渉縞画像デー
タをIa1 (x,y) 、Ia2 (x,y) 、Ia3 (x,y) 、Ia
4 (x,y) 、同様に第2の波長λ2 の4枚の干渉縞画像デ
ータをIb1 (x,y) 、Ib2 (x,y) 、Ib3 (x,y) 、I
4 (x,y) とする。
The phase calculating means 92 calculates the phase distribution of the first wavelength λ 1 based on the interference fringe image data acquired by the interference fringe image acquiring means 91 using the following equations (6) and (7). ψ 1 (x, y) and the phase distribution of the second wavelength λ 2 ψ 2 (x, y)
Is calculated. ψ 1 (x, y) = arctan [{Ia 4 (x, y) −Ia 2 (x, y)} / {Ia 1 (x, y) −Ia 3 (x, y)}]… (6) ψ 2 (x, y) = arctan [{Ib 4 (x, y) −Ib 2 (x, y)} / {Ib 1 (x, y) −Ib 3 (x, y)}] (7) Since arctan is a multivalent function, as described above, ψ 1 (x, y) and ψ 2 (x, y) are obtained as wrapped phases, that is, wrapped phases of 2π. In addition, the acquired four interference fringe image data of the first wavelength λ 1 are represented by Ia 1 (x, y), Ia 2 (x, y), Ia 3 (x, y), Ia
4 (x, y), and similarly, the four interference fringe image data of the second wavelength λ 2 are obtained as Ib 1 (x, y), Ib 2 (x, y), Ib 3 (x, y), Ib
b 4 (x, y).

【0025】概略形状算出手段93は、位相算出手段9
2が求めたψ1 (x,y) およびψ2 (x,y) を基に、式
(8),(9)を用いて測定対象面4aの各点と原器6
4との絶対距離(原器64と測定対象面4aとの光学的
距離)の概略情報hg(x,y) を算出し、その算出結果を
縞次数検出手段94に出力するものである。(i) 0≦
(ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )ならば、 hg(x,y) ={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }/{( 2π×k)・(1/ λ1 −1/λ2)} …(8) 但し、k :反射による測定の場合は2、透過による測
定の場合は1x、y:測定対象面に概略沿った平面の座
標成分(ii)(ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )<0ならば、 hg(x,y) ={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) +2π}/{( 2π×k)・(1/ λ1 −1/λ2)} …(9)
The rough shape calculating means 93 is provided with the phase calculating means 9.
Based on ψ 1 (x, y) and ψ 2 (x, y) obtained by the calculation unit 2, each point of the measurement target surface 4 a and the prototype 6 are calculated by using equations (8) and (9).
It calculates approximate information hg (x, y) of the absolute distance to the object 4 (the optical distance between the prototype 64 and the surface 4a to be measured), and outputs the calculation result to the fringe order detecting means 94. (i) 0 ≦
(Ψ 1 (x, y) -ψ 2 (x, y)) if, hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) -ψ 2 (x, y)} / {(2π × k ) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )} (8) where k: 2 for reflection measurement, 1x for transmission measurement, y: coordinates of a plane roughly along the surface to be measured If the component (ii) (ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)) <0, hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y) + 2π } / {(2π × k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )}… (9)

【0026】図3に示すように、測定対象面の同じ場所
(着目点)に対応する第1の波長λ 1 の干渉縞と第2の
波長λ2 の干渉縞との間の位相の差は、測定対象面4a
の当該着目点と原器64との絶対距離によって変化す
る。従って、その位相差から絶対距離を求めることがで
きる。その変化量は周期関数であって、その周期は2波
長干渉法と同様に異なる2つの波長λ1 とλ2 に対し
て、前記式(5)と同じ次の式で与えられる。 Λ=1/{(1/λ1 −1/λ2 )×k} =λ1 ×λ2 /{(λ2 −λ1 )×k} すなわち、絶対距離が求められるレンジは、2πの区間
(λ1 もしくはλ2 )より拡大された所定の測定範囲の
Λである。このようにして求めた絶対距離は、2波長干
渉法と同様、通常の2光束干渉法と較べると精度が悪
い。この意味で、絶対距離は概略情報であるが、縞次数
を定めるには充分な精度を持たせることが可能である。
ここで、上記式(8)、(9)のhg(x,y) が絶対距離
の概略情報である理由を以下に述べる。ラップされた位
相ψと実際の絶対距離あるいは形状hとの関係は式(1
0)で表される。 hg・(2π×k)/λ=ψ+2π×N …(10) 但し、k:反射測定の場合は2、透過測定の場合は1 N:波長λでの縞次数 ψ測定を反射で行う場合は、光波が往復するため、同じ
距離の差でも位相差は2倍になり、k=2となる。この
ことは、干渉縞1フリンジが示す距離(干渉縞の間隔)
が反射と透過で2倍異なることに対応する。次に、λ1
とλ2 について上記式(10)を作り、辺々引き算して
整理すると式(11)となる。 hg ={1/(2π×k)}・[{( ψ1 −ψ2)+2π×ΔN }/(1/λ1 −1/λ2)] …(11) ここで、ΔN=N(λ1 )−N(λ2 )である。
As shown in FIG. 3, the same location on the surface to be measured
First wavelength λ corresponding to (point of interest) 1Interference fringes and the second
Wavelength λTwoIs different from the interference fringe of the measurement target surface 4a.
Varies with the absolute distance between the target point of
You. Therefore, the absolute distance can be obtained from the phase difference.
Wear. The change amount is a periodic function, and the period is two waves
Two different wavelengths λ as in long interferometry1And λTwoAgainst
Thus, it is given by the following equation, which is the same as equation (5). Λ = 1 / {(1 / λ1−1 / λTwo) × k} = λ1× λTwo/ {(ΛTwo−λ1) × k} That is, the range for which the absolute distance is determined is in the interval of 2π
1Or λTwo) For a given measurement range
Λ. The absolute distance obtained in this way is
As with the negotiation method, the accuracy is lower than that of the ordinary two-beam interferometry.
No. In this sense, the absolute distance is rough information, but the fringe order
Can be given sufficient accuracy to determine
Here, hg (x, y) in the above equations (8) and (9) is the absolute distance.
The reason for the summary information is as follows. Wrapped position
The relationship between the phase ψ and the actual absolute distance or the shape h is given by the equation (1)
0). hg · (2π × k) / λ = ψ + 2π × N (10) where k: 2 for reflection measurement, 1 for transmission measurement N: fringe order at wavelength λ は when measurement is performed by reflection , Because the light wave goes back and forth
The phase difference is doubled even at the distance difference, and k = 2. this
That is, the distance indicated by one fringe of interference fringes (interval of interference fringes)
Corresponds to twice the difference between reflection and transmission. Next, λ1
And λTwoFormula (10) above is calculated for
When rearranging, it becomes Formula (11). hg = {1 / (2π × k)} ・ [{(ψ1−ψTwo) + 2π × ΔN} / (1 / λ1−1 / λTwo)] (11) where ΔN = N (λ1) -N (λTwo).

【0027】図4は、絶対距離の概略情報hg(x,y) を
一律に上記式(8)から求めた場合のhgに対するΔN
の様子を示す。これは{ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }が絶
対距離hg(x,y) に概略比例する性質に着目した方法で
ある。このとき比例係数は1/{(2π×k)・(1/ λ
1 −1/λ2)}になる。ところが、実際にhg(x,y) と
{ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }の関係をプロットすると図
4のようになり、概略比例するものの一部条件では比例
係数は同じであるが、同図中40で示すように、定数分
ずれた関係を示す。従って、式(8)によって一律にh
g(x,y) を算出すると、前記一部条件においては測定を
誤ることになる。
FIG. 4 shows ΔN with respect to hg when the approximate information hg (x, y) of the absolute distance is uniformly obtained from the above equation (8).
The state of is shown. This method focuses on the property that { 1 (x, y) − { 2 (x, y)} is approximately proportional to the absolute distance hg (x, y). At this time, the proportional coefficient is 1 / {(2π × k) · (1 / λ
1 −1 / λ 2 )}. However, when the relationship between hg (x, y) and { 1 (x, y) − { 2 (x, y)} is actually plotted, the result is as shown in FIG. Are the same, but deviate by a constant as indicated by reference numeral 40 in FIG. Therefore, h is uniformly obtained by the equation (8).
If g (x, y) is calculated, the measurement will be erroneous under some of the above conditions.

【0028】図5は、hgに対するΔNの様子を示す。
hgが0とΛ=λ1 ×λ2 /{(λ 2 −λ1 )×k}の
間の値をとるときのλ1 の縞次数N(λ1 )とλ2 の縞
次数N(λ2 )の差ΔNは、0もしくは1となることが
分かる。さらにこれを図4と比較すると、hgが0とΛ
=λ1 ×λ2 /{(λ2 −λ1 )×k}の間の値をとる
場合には、{ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }が正のときにΔ
Nが0、{ψ1 (x,y)−ψ2 (x,y) }が負のときにΔN
が1となることが分かる。このΔNの場合分けを式(1
1)に代入すると式(8),(9)が得られる。
FIG. 5 shows the state of ΔN with respect to hg.
hg is 0 and Λ = λ1× λTwo/ {(Λ Two−λ1) × k}
Λ when taking a value between1Fringe order N (λ1) And λTwoStripes
Order N (λTwo) May be 0 or 1.
I understand. Further comparing this with FIG. 4, hg is 0 and 0
= Λ1× λTwo/ {(ΛTwo−λ1) × k}
In that case, {ψ1(x, y) −ψTwo(x, y) と き に when} is positive
N is 0, {ψ1(x, y) −ψTwoΔn when (x, y) 負 is negative
Is found to be 1. Equation (1)
Substituting into 1) yields equations (8) and (9).

【0029】縞次数検出手段94は、概略形状算出手段
93が求めたhg(x,y) を基に、式(12)および式
(13)を満足するようにng1 (x,y) あるいはng2
(x,y)の一方を定め、λ1 あるいはλ2 の一方の単一の
波長に対する縞次数ng1 (x,y) あるいは縞次数ng2
(x,y) を算出するものである。 {ng1 (x,y) +1}×λ1 >hg(x,y) ≧ng1 (x,y) ×λ1 …(12) {ng2 (x,y) +1}×λ2 >hg(x,y) ≧ng2 (x,y) ×λ2 …(13)
The fringe order detecting means 94 is based on hg (x, y) obtained by the rough shape calculating means 93 and ng 1 (x, y) or ng 1 (x, y) so as to satisfy the equations (12) and (13). ng 2
(x, y) defines one of fringe order ng 1 for one single wavelength of lambda 1 or lambda 2 (x, y) or fringe order ng 2
(x, y) is calculated. {Ng 1 (x, y) +1} × λ 1 > hg (x, y) ≧ ng 1 (x, y) × λ 1 (12) {ng 2 (x, y) +1} × λ 2 > hg (x, y) ≧ ng 2 (x, y) × λ 2 (13)

【0030】端数形状情報算出手段95は、位相算出手
段92が求めたψ1 (x,y) あるいはψ2 (x,y) を基に、
次の式(14)を用いてλ1 あるいはλ2 の1波長未満
の端数成分である端数形状情報hsj (x,y) を算出する
ものである。 hsj (x,y) =ψj (x,y) ×λj /(2π×k) …(14) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 k:反射測定の場合2、透過測定の場合1
Based on 情報1 (x, y) or ψ 2 (x, y) obtained by the phase calculating means 92,
The following equation (14) is used to calculate fractional shape information hs j (x, y), which is a fractional component of less than one wavelength of λ 1 or λ 2 . hs j (x, y) = ψ j (x, y) × λ j / (2π × k) (14) where j is a suffix 1 or 2 k for distinguishing a wavelength k: 2 for reflection measurement, transmission For measurement 1

【0031】精密絶対形状算出手段96は、縞次数検出
手段94が求めた縞次数ngj (x,y) と、端数形状情報
算出手段95が求めた端数形状情報hsj (x,y) を基
に、次の式(15)を用いて総合的な精密絶対形状情報
h(x,y) を算出するものである。 hj (x,y) =ngj (x,y) ×λj /k+hsj (x,y) …(15) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 k:反射測定の場合2、透過測定の場合1
The precise absolute shape calculating means 96 calculates the fringe order ng j (x, y) obtained by the fringe order detecting means 94 and the fraction shape information hs j (x, y) obtained by the fraction shape information calculating means 95. On the basis of this, comprehensive accurate absolute shape information h (x, y) is calculated using the following equation (15). h j (x, y) = ng j (x, y) × λ j / k + hs j (x, y) (15) where j: a suffix 1 or 2 for distinguishing wavelength k: 2 for reflection measurement , For transmission measurement 1

【0032】次に、本装置1の動作を説明する。まず、
コンピュータ9内の制御部90の干渉縞画像取得手段9
1は、位相シフト法(例えば縞走査干渉測定法)によ
り、ピエゾドライバ7を制御して測定対象物4を上下方
向に移動させ、干渉計6と測定対象面4aとの距離をλ
/4ずつ変化させながら波長毎に4枚の干渉縞画像デー
タを取り込む。
Next, the operation of the present apparatus 1 will be described. First,
Interference fringe image acquisition means 9 of control unit 90 in computer 9
1 controls the piezo driver 7 to move the measurement object 4 in the vertical direction by a phase shift method (for example, fringe scanning interference measurement method), and sets the distance between the interferometer 6 and the measurement object surface 4a to λ.
Four interference fringe image data are taken in for each wavelength while changing by / 4.

【0033】ここで、1枚の干渉縞画像データを取得す
る場合について説明する。レーザ光源60から出射され
た2種の波長λ1 ,λ2 からなるレーザ光は、コリメー
タレンズ61で平行光にされ、第1のハーフミラー62
Aによってその一部の光が反射され、対物レンズ63に
到達する。対物レンズ63からの光は第2のハーフミラ
ー62Bで一部が測定対象面4aに導かれ、残りの一部
が平面原器64に導かれる。測定対象面4aと平面原器
64で各々反射された光は、再び第2のハーフミラー6
2Bへ戻り、そこで重ねられて干渉光となる。対物レン
ズ63から出た光は、その一部が第1のハーフミラー6
2Aを透過して、ダイクロイックミラー65に到達す
る。従って、波長488nmの光は、第1の結像レンズ
66Aを経て第1の撮像管67Aに到達し、波長51
4.5nmの光は、第2の結像レンズ66Bを経て第2
の撮像管67Bに到達する。このようにして、第1の撮
像管67Aでは波長488nmの光のみによる干渉縞の
画像が、第2の撮像管67Bでは波長514.5nmの
光のみによる干渉縞の画像が、個別同時に光強度として
検出される。波長毎に検出された干渉縞の画像信号は、
イメージデジタイザ8でデジタルの干渉縞画像データに
変換され、コンピュータ9内の制御部90に転送され
る。このようにして制御部90の干渉縞画像取得手段9
1は、波長毎に4枚の干渉縞画像データを取得し、位相
算出手段92に出力する。この干渉縞画像データは、従
来の技術で説明した式(1)に示すように、a(x,y) 、
b(x,y) 、φ(x,y) が未知量であるので、δを変化させ
て最低3枚の干渉縞画像データを取得すれば、φ(x,y)
を求めることができるが、ここでは、計算精度および計
算速度を考慮して4枚の干渉縞画像データを取得するよ
うにしたものである。
Here, a case where one piece of interference fringe image data is obtained will be described. The laser light having two wavelengths λ 1 and λ 2 emitted from the laser light source 60 is collimated by a collimator lens 61 and is converted into a first half mirror 62.
Part of the light is reflected by A and reaches the objective lens 63. A part of the light from the objective lens 63 is guided to the measurement target surface 4a by the second half mirror 62B, and the remaining part is guided to the flat prototype 64. The light reflected by the measurement target surface 4a and the light reflected by the plane prototype 64, respectively, is again reflected by the second half mirror 6
It returns to 2B, where it is superimposed and becomes interference light. Part of the light emitted from the objective lens 63 is the first half mirror 6.
The light passes through 2A and reaches the dichroic mirror 65. Therefore, the light having a wavelength of 488 nm reaches the first image pickup tube 67A via the first imaging lens 66A, and has a wavelength of 488 nm.
The light of 4.5 nm passes through the second imaging lens 66B to the second
Reaches the imaging tube 67B. In this manner, the image of the interference fringe caused by only the light having the wavelength of 488 nm in the first imaging tube 67A and the image of the interference fringe caused by only the light having the wavelength of 514.5 nm in the second imaging tube 67B are individually and simultaneously obtained as the light intensity. Is detected. The image signal of the interference fringe detected for each wavelength is
The image is converted into digital interference fringe image data by the image digitizer 8 and transferred to the control unit 90 in the computer 9. Thus, the interference fringe image acquiring unit 9 of the control unit 90
1 acquires four pieces of interference fringe image data for each wavelength and outputs the data to the phase calculating means 92. The interference fringe image data is represented by a (x, y), as shown in Expression (1) described in the related art.
Since b (x, y) and φ (x, y) are unknown quantities, if δ is changed to obtain at least three pieces of interference fringe image data, φ (x, y)
Here, four interference fringe image data are acquired in consideration of calculation accuracy and calculation speed.

【0034】次に、位相算出手段92は、干渉縞画像取
得手段91が取得した干渉縞画像データを基に、上記式
(6)および式(7)を用いて、第1の波長λ1 の位相
分布ψ1 (x,y) と、第2の波長λ2 の位相分布ψ2 (x,
y) を算出し、その算出結果を概略形状算出手段93お
よび端数形状情報算出手段95に出力する。
Next, based on the interference fringe image data obtained by the interference fringe image obtaining means 91, the phase calculating means 92 calculates the first wavelength λ 1 based on the above-mentioned equations (6) and (7). The phase distribution ψ 1 (x, y) and the phase distribution ψ 2 (x, y) of the second wavelength λ 2
y), and outputs the calculation result to the rough shape calculating means 93 and the fraction shape information calculating means 95.

【0035】次に、概略形状算出手段93は、位相算出
手段92が求めたψ1 (x,y) ,ψ2(x,y) を基に、上記
式(8)および(9)を用いて測定対象面4aの各点と
原器64との絶対距離(原器64と測定対象面4aの光
学的な距離の差)の概略情報hg(x,y) を算出し、その
算出結果を縞次数検出手段94に出力する。
Next, the rough shape calculating means 93 uses the above equations (8) and (9) based on ψ 1 (x, y) and ψ 2 (x, y) obtained by the phase calculating means 92. To calculate the approximate information hg (x, y) of the absolute distance between each point of the surface 4a to be measured and the prototype 64 (the difference between the optical distance between the prototype 64 and the surface 4a to be measured), and calculate the calculation result. It is output to the fringe order detecting means 94.

【0036】次に、縞次数検出手段94は、概略形状算
出手段93が求めたhg(x,y) を基に、上記式(12)
および式(13)を満足するようにng1 (x,y) あるい
はng2 (x,y) の一方を定め、λ1 あるいはλ2 の一方
の単一の波長に対する縞次数ng1 (x,y) あるいは縞次
数ng2 (x,y) を算出し、その算出結果を精密絶対形状
算出手段96に出力する。
Next, based on hg (x, y) obtained by the rough shape calculating means 93, the fringe order detecting means 94 calculates the above equation (12).
And ng 1 (x, y) or ng 2 (x, y) is determined so as to satisfy Expression (13), and the fringe order ng 1 (x, y) for one single wavelength of λ 1 or λ 2 is determined. y) or the stripe order ng 2 (x, y) is calculated, and the calculation result is output to the precise absolute shape calculation means 96.

【0037】次に、端数形状情報算出手段95は、位相
算出手段92が求めたψ1 (x,y) あるいはψ2 (x,y) を
基に、上記式(14)を用いてλ1 あるいはλ2 の1波
長未満の端数成分である端数形状情報hsk (x,y) を算
出し、その算出結果を精密絶対形状算出手段96に出力
する。
Next, the fraction shape information calculating means 95 uses the above equation (14) to calculate λ 1 based on, 1 (x, y) or ψ 2 (x, y) obtained by the phase calculating means 92. Alternatively λ fraction shape information is a fractional component of less than one wavelength of 2 hs k (x, y) is calculated, and outputs the calculation result to the precise absolute shape calculation unit 96.

【0038】次に、精密絶対形状算出手段96は、縞次
数検出手段94が求めた縞次数ng j (x,y) と、端数形
状情報算出手段95が求めた端数形状情報hsj (x,y)
を基に、上記式(15)を用いて総合的な精密絶対形状
情報h(x,y) を算出する
Next, the precise absolute shape calculating means 96 calculates
The stripe order ng obtained by the number detection means 94 j(x, y) and fractional forms
Fraction shape information hs obtained by the shape information calculating means 95j(x, y)
Based on the above, a comprehensive precision absolute shape is calculated using the above equation (15).
Calculate information h (x, y)

【0039】制御部90は、求めた精密絶対形状情報h
(x,y) をディスプレイ9bに表示する。
The control unit 90 obtains the determined absolute absolute shape information h.
(x, y) is displayed on the display 9b.

【0040】上記第1の実施の形態によれば、以下の効
果が得られる。 (イ) 2つの波長λ1 ,λ2 を用いているので、絶対距離
hが求められるレンΛが広くなり(9475nm/2=
4.737μm。本実施の形態では反射測定になるので
2で割る。)、波長λ1 ,λ2 を越える段差や絶対距離
を含んだ形状の測定が可能になる。 (ロ) λ1 あるいはλ2 の一方の単一の波長の位相分布ψ
1 (x,y) あるいはψ2(x,y) に基づいて端数形状情報h
j (x,y) を求めているので、1波長以下の端数成分を
精度良く求めることができる。この方法は通常の2光束
干渉法と同等であるので、λn/50程度の精度は容易
に得ることができる(但し、λnはλ1あるいは
λ2 )。この結果、測定対象面の精密な絶対形状情報h
(x,y) を得ることができる。 (ハ) 干渉計6と測定対象面4aとの距離をλ/4ずつ変
化させながら、波長毎に4枚の干渉縞画像データを取り
込む位相シフト法(縞走査干渉測定法)を採用している
ので、白色干渉法に比べて高速に形状を測定することが
可能となる。さらに、干渉縞を検出する手段として、2
次元的な領域で光強度を検出できる撮像管67A、67
Bを使用しているので、測定対象面4aの一定範囲つい
ての測定を1度に行うことができ、高速な測定が可能に
なる。従って、従来例3の白色干渉法では、最短で8.
5秒要していたものが、本装置1によれば、1秒以内に
大幅に短縮することができる。 (ニ) 絶対距離の概略情報hg(x,y) の測定誤差が、第1
および第2の波長λ1,λ2 のうち長い方の干渉縞の間
隔より小さくなるように第1および第2の波長λ1 ,λ
2 を予め選定しているので、縞次数の判定を必要な精度
で確実に行うことができるため、縞次数判定の誤りによ
る誤差を防止できる。 (ホ) 白色干渉と異なり、広いレンジで信号が得られるた
め、測定対象面と干渉計の相対位置姿勢の初期調整のた
めの信号もより広い範囲で得ることができる。そのた
め、白色干渉法において著しく困難であった初期位置姿
勢調整を容易に行うことができる。 (ヘ) 短時間に測定できるので、工場現場などの振動や騒
音のある場所でも、防振台なしに使用することができ
る。 (ト) 以上の測定を所定のレンジ内で例外なしに正確に行
うことが可能になる。
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. (A) Since two wavelengths λ 1 and λ 2 are used, the lens ら れ る for which the absolute distance h is obtained becomes wide (9475 nm / 2 =
4.737 μm. In the present embodiment, since it is a reflection measurement, it is divided by two. ), It is possible to measure shapes including steps and absolute distances exceeding the wavelengths λ 1 and λ 2 . (B) Phase distribution of a single wavelength of either λ 1 or λ 2 ψ
1 (x, y) or ψ 2 (x, y)
Since s j (x, y) is obtained, a fraction component of one wavelength or less can be obtained with high accuracy. Since this method is equivalent to the ordinary two-beam interference method, an accuracy of about λn / 50 can be easily obtained (where λn is λ 1 or λ 2 ). As a result, precise absolute shape information h of the surface to be measured is obtained.
(x, y) can be obtained. (C) A phase shift method (fringe scanning interferometry) that takes in four interference fringe image data for each wavelength while changing the distance between the interferometer 6 and the measurement target surface 4a by λ / 4. Therefore, the shape can be measured at a higher speed than in the white light interferometry. Further, as means for detecting interference fringes, 2
Image pickup tubes 67A, 67 capable of detecting light intensity in a dimensional area
Since B is used, it is possible to perform a measurement for a certain range of the measurement target surface 4a at one time, and high-speed measurement becomes possible. Accordingly, in the white light interferometry of Conventional Example 3, the shortest is 8.
According to the present apparatus 1, the time required for 5 seconds can be significantly shortened within 1 second. (D) The measurement error of the outline information hg (x, y) of the absolute distance is the first
And the first and second wavelengths λ 1 , λ 2 are smaller than the interval of the longer interference fringe of the second wavelengths λ 1 , λ 2.
Since 2 is selected in advance, the determination of the fringe order can be reliably performed with the required accuracy, so that an error due to an error in the fringe order determination can be prevented. (E) Unlike white interference, a signal can be obtained in a wide range, so that a signal for initial adjustment of the relative position and orientation between the measurement target surface and the interferometer can be obtained in a wider range. Therefore, it is possible to easily adjust the initial position and orientation, which is extremely difficult in the white light interferometry. (F) Since measurement can be performed in a short time, it can be used without a vibration isolator even in places where there is vibration or noise, such as a factory site. (G) The above measurement can be accurately performed within a predetermined range without exception.

【0041】図6は、本発明の第2の実施の形態に係る
干渉計測装置を示す。なお、第1の実施の形態と同一の
機能を有するものには同一の符号を用いてその詳細な説
明は省略する。この干渉計測装置10は、水平に配置さ
れたテーブル11と、テーブル11の上に立設された一
対の柱12、12と、一対の柱12、12間に架設され
たレール13Aおよび直進部13Bからなる直進ステー
ジ13とを有し、テーブル11上に測定対象物4を上下
動させるピエゾステージ5を載置し、直進ステージ13
の直進部13Bに干渉計16を設け、干渉計16を直進
ステージ13によって水平方向に移動させて測定対象面
4a上を走査し、広い領域の計測ができるように構成し
たものである。
FIG. 6 shows an interference measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention. Components having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The interference measurement apparatus 10 includes a horizontally arranged table 11, a pair of columns 12, 12 erected on the table 11, a rail 13A and a straight section 13B extending between the pair of columns 12, 12. And a piezo stage 5 for vertically moving the measurement object 4 on the table 11.
The interferometer 16 is provided in the rectilinear section 13B, and the interferometer 16 is moved in the horizontal direction by the rectilinear stage 13 to scan on the measurement target surface 4a to measure a wide area.

【0042】干渉計16は、第1の波長λ1 として48
8nm(青色)のレーザ光を出射する第1のレーザ光源
160Aと、第2の波長λ2 として514.5nm(緑
色)のレーザ光を出射する第2のレーザ光源160B
と、第1のレーザ光源160Aからのレーザ光を平行光
にする第1のコリメータレンズ161Aと、第2のレー
ザ光源160Bからのレーザ光を平行光にする第2のコ
リメータレンズ161Bと、第1のレーザ光源160A
からの第1の波長λ1 の光を透過させ、第2のレーザ光
源160Bからの第2の波長λ2 の光を反射させるダイ
クロイックミラー162と、第1および第2のコリメー
タレンズ161A、161Bからの平行光の一部を測定
対象物4側に反射させる第1のハーフミラー163A
と、第1のハーフミラー163Aの測定対象物4側に配
置され、通常の顕微鏡対物レンズと同様の結像性能を有
する対物レンズ164と、対物レンズ164と測定対象
物4との間に配置された基準面としての平面原器165
と、対物レンズ164からの光を一部を測定対象物4に
導き、残りの一部を平面原器165に導く第2のハーフ
ミラー163Bと、測定対象物4の表面(測定対象面)
4aと平面原器165で各々反射されたレーザ光が第2
のハーフミラー163Bに戻り、そこで重ねられた干渉
光を結像レンズ166を介して撮像するカラーCCDカ
メラ167とを備えている。なお、対物レンズ165、
平面原器165および第2のハーフミラー163Bによ
り、いわゆるミラウ干渉計を構成する。
The interferometer 16 has a first wavelength λ 1 of 48
A first laser light source 160A that emits 8 nm (blue) laser light, and a second laser light source 160B that emits 514.5 nm (green) laser light as the second wavelength λ 2.
A first collimator lens 161A for converting laser light from the first laser light source 160A into parallel light, a second collimator lens 161B for converting laser light from the second laser light source 160B into parallel light, and a first collimator lens 161B. Laser light source 160A
From the dichroic mirror 162 that transmits the light of the first wavelength λ 1 from the second laser light source and reflects the light of the second wavelength λ 2 from the second laser light source 160B, and the first and second collimator lenses 161A and 161B. A first half mirror 163A that reflects a part of the parallel light to the object 4 to be measured
And an objective lens 164 arranged on the measurement object 4 side of the first half mirror 163A and having the same imaging performance as a normal microscope objective lens, and arranged between the objective lens 164 and the measurement object 4 Plane prototype 165 as reference plane
And a second half mirror 163B that guides a part of the light from the objective lens 164 to the measurement target 4 and guides the remaining part to the flat prototype 165, and the surface of the measurement target 4 (measurement target surface).
4a and the laser beam respectively reflected by the plane prototype 165
And a color CCD camera 167 that captures the superposed interference light via an imaging lens 166. Note that the objective lens 165,
The plane prototype 165 and the second half mirror 163B constitute a so-called Mirau interferometer.

【0043】第1および第2のレーザ光源160A、1
60Bは、カラーCCDカメラ167で色分解できる第
1および第2の波長λ1 ,λ2 が選定されている。例え
ば、第1のレーザ光源160Aは、第1の波長λ1 とし
てカラーCCDカメラ167のB信号に分解可能な48
8nm(青色)のレーザ光を出射するように選定され、
第2のレーザ光源160Bは、第2の波長λ2 としてカ
ラーCCDカメラ167のG信号に分解可能な514.
5nm(緑色)のレーザ光を出射するように選定されて
いる。
The first and second laser light sources 160A, 160A
For 60B, the first and second wavelengths λ 1 and λ 2 that can be separated by the color CCD camera 167 are selected. For example, the first laser light source 160A is capable of resolving as a first wavelength λ 1 into a B signal of the color CCD camera 167,
Selected to emit 8nm (blue) laser light,
The second laser light source 160B can be decomposed into the G signal of the color CCD camera 167 as the second wavelength λ 2 514.
It is selected so as to emit 5 nm (green) laser light.

【0044】また、干渉計測装置10は、ピエゾステー
ジ5を駆動するピエゾドライバ7と、直進ステージ13
を駆動する直進ステージ用ドライバ17と、カラーCC
Dカメラ167からの干渉縞の画像信号をデジタルの干
渉縞画像データに変換するイメージデジタイザ8と、ピ
エゾドライバ7および直進ステージ用ドライバ17を制
御するとともに、イメージデジタイザ8からのデジタル
データを基に測定対象面4aの形状を求めるコンピュー
タ9とを備えている。
The interference measuring device 10 includes a piezo driver 7 for driving the piezo stage 5 and a
Stage driver 17 for driving the
The image digitizer 8 converts the interference fringe image signal from the D camera 167 into digital interference fringe image data, the piezo driver 7 and the linear stage driver 17 are controlled, and measurement is performed based on the digital data from the image digitizer 8. A computer 9 for determining the shape of the target surface 4a.

【0045】次に、本装置10の動作を説明する。な
お、干渉縞画像データのコンピュータへの取り込みまで
を以下に説明する。まず、第1のレーザ光源160Aか
ら出射された第1の波長λ1 のレーザ光と、第2のレー
ザ光源160Bから出射された第2の波長λ2 のレーザ
光は、第1および第2のコリメータレンズ161A、1
61Bを経てダイクロイックミラー162で重ねられ
る。ダイクロイックミラー162からの2種類の波長を
含む光は第1のハーフミラー163Aでその一部が反射
されて測定対象面4aと原器165で反射され、第1の
実施の形態と同様に再び第1のハーフミラー163Aへ
干渉光として戻る。ミラウ干渉計から出た光は、結像レ
ンズ166を経てカラーCCDカメラ167に到達す
る。カラーCCDカメラ167は、波長の異なる光を個
別に画像として検出する機能を備えているため、第1の
波長λ1 の光のみによる第1の干渉縞画像と、第2の波
長λ2 の光のみによる第2の干渉縞画像が、個別同時に
検出される。波長毎に検出された干渉縞の画像信号は、
イメージデジタイザ16でデジタルデータに変換され、
コンピュータ9に転送される。測定対象面4aの一定範
囲について干渉縞画像データが得られると、コンピュー
タ9は、直進ステージ用ドライバ17を制御して直進ス
テージ13により干渉計16を水平方向に所定距離移動
させ、同様に干渉縞画像データを取り込む。上記のよう
にして取り込んだ干渉縞画像データは、コンピュータ9
にて第1の実施の形態と同様に処理される。
Next, the operation of the apparatus 10 will be described. The process up to the capture of the interference fringe image data into the computer will be described below. First, the laser light of the first wavelength λ 1 emitted from the first laser light source 160A and the laser light of the second wavelength λ 2 emitted from the second laser light source 160B are first and second Collimator lens 161A, 1
After passing through 61B, they are overlapped by the dichroic mirror 162. The light containing two wavelengths from the dichroic mirror 162 is partially reflected by the first half mirror 163A, reflected by the measurement target surface 4a and the prototype 165, and is again reflected by the first half mirror 163A as in the first embodiment. The light returns to the first half mirror 163A as interference light. Light emitted from the Mirau interferometer reaches the color CCD camera 167 via the imaging lens 166. Since the color CCD camera 167 has a function of individually detecting light having different wavelengths as an image, the first interference fringe image using only the light having the first wavelength λ 1 and the light having the second wavelength λ 2 are provided. Only the second interference fringe images are detected individually and simultaneously. The image signal of the interference fringe detected for each wavelength is
It is converted into digital data by the image digitizer 16,
It is transferred to the computer 9. When the interference fringe image data is obtained for a certain range of the measurement target surface 4a, the computer 9 controls the straight-ahead stage driver 17 to move the interferometer 16 by the straight-ahead stage 13 by a predetermined distance in the horizontal direction. Import image data. The interference fringe image data captured as described above is stored in a computer 9
Are processed in the same manner as in the first embodiment.

【0046】上記第2の実施の形態によれば、波長選別
手段および干渉縞検出手段の機能を合わせ持つ波長選別
機能付き干渉縞検出手段として2次元カラーCCDカメ
ラ167を備えているため、波長選別手段を別に備える
必要が無く、小型・軽量で安価な装置を実現することが
できる。
According to the second embodiment, since the two-dimensional color CCD camera 167 is provided as the interference fringe detecting means having the wavelength selecting function having the functions of the wavelength selecting means and the interference fringe detecting means, the wavelength selecting operation is performed. There is no need to provide a separate means, and a small, lightweight and inexpensive device can be realized.

【0047】図7は、本発明の第3の実施の形態に係る
干渉計測装置を示す。なお、第1、第2の実施の形態と
同一の機能を有するものには同一の符号を用いてその詳
細な説明は省略する。この干渉計測装置20は、水平に
配置されたテーブル11と、テーブル11の上に立設さ
れた一対の柱12、12と、一対の柱12、12間に架
設されたレール13Aおよび直進部13Bからなる直進
ステージ13とを有し、テーブル11上に測定対象物4
を上下動させるピエゾステージ5を載置し、直進ステー
ジ13の直進部13Bに干渉計26を設け、干渉計26
を直進ステージ13によって水平方向に移動させて測定
対象面4a上を走査し、広い領域の計測ができるように
構成したものである。
FIG. 7 shows an interference measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. Note that components having the same functions as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The interferometer 20 includes a horizontally arranged table 11, a pair of columns 12, 12 erected on the table 11, a rail 13A and a straight section 13B extending between the pair of columns 12, 12. And a rectilinear stage 13 composed of
The piezo stage 5 for vertically moving the pedestal is mounted, and an interferometer 26 is provided on the linear portion 13B of the linear stage 13.
Is moved in the horizontal direction by the rectilinear stage 13 to scan the surface 4a to be measured, thereby making it possible to measure a wide area.

【0048】干渉計26は、第1の波長λ1 として63
7nm(赤色1)のレーザ光を出射する第1の半導体レ
ーザ光源260Aと、第2の波長λ2 として676nm
(赤色2)のレーザ光を出射する第2の半導体レーザ光
源260Bと、第1のレーザー光源260Aからの光の
透過遮断を制御する第1のシャッタ268Aと、第2の
レーザー光源260Bからの光の透過遮断を制御する第
2のシャッタ268Bと、第1のレーザ光源260Aか
らのレーザ光を平行光にする第1のコリメータレンズ2
61Aと、第2のレーザ光源260Bからのレーザ光を
平行光にする第2のコリメータレンズ261Bと、第1
および第2のコリメータレンズ161A、161Bから
の平行光の一部を透過一部を反射させることによって結
果として両方の平行光を合波させるハーフミラー262
と、第1および第2のコリメータレンズ261A、26
1Bからの平行光の一部を測定対象物4側に反射させる
ハーフミラー263と、ハーフミラー263の測定対象
物4側に配置され、通常の顕微鏡対物レンズと同様の結
像性能を有する対物レンズ264と、対物レンズ264
と測定対象物4との間に配置された基準面としての平面
原器265と、対物レンズ264からの光を一部を測定
対象物4に導き、残りの一部を平面原器265に導くハ
ーフミラー269と、測定対象物4の表面(測定対象
面)4aと平面原器265で各々反射されたレーザ光が
ハーフミラー269に戻り、そこで重ねられた干渉光を
結像レンズ266を介して撮像するCCDカメラ267
とを備えている。なお、対物レンズ264、平面原器2
65およびハーフミラー269により、いわゆるミラウ
干渉計を構成する。
The interferometer 26 sets the first wavelength λ 1 to 63
A first semiconductor laser light source 260A that emits 7 nm (red 1) laser light, and a second wavelength λ 2 of 676 nm
A second semiconductor laser light source 260B that emits the (red 2) laser light, a first shutter 268A that controls transmission blocking of light from the first laser light source 260A, and light from the second laser light source 260B Shutter 268B for controlling transmission blocking of light, and first collimator lens 2 for converting laser light from first laser light source 260A into parallel light.
61A, a second collimator lens 261B that converts the laser light from the second laser light source 260B into parallel light,
And a half mirror 262 that transmits a part of the parallel light from the second collimator lenses 161A and 161B and reflects a part of the parallel light, thereby combining the two parallel lights.
And the first and second collimator lenses 261A, 261
A half mirror 263 that reflects a part of the parallel light from the first mirror 1B to the measurement object 4 side, and an objective lens that is arranged on the measurement object 4 side of the half mirror 263 and has the same imaging performance as a normal microscope objective lens. H.264 and objective lens 264
A plane prototype 265 as a reference plane disposed between the object and the measurement target 4, and a part of light from the objective lens 264 is guided to the measurement target 4, and the remaining part is guided to the plane prototype 265. The laser light reflected by the half mirror 269, the surface (measurement target surface) 4 a of the measurement target 4, and the plane prototype 265 returns to the half mirror 269, and the superposed interference light is transmitted through the imaging lens 266 via the imaging lens 266. CCD camera 267 for imaging
And In addition, the objective lens 264 and the plane prototype 2
The 65 and the half mirror 269 constitute a so-called Mirau interferometer.

【0049】第1のシャッタ268Aおよび第2のシャ
ッタ268Bは、制御部90を通じてコンピュータによ
りその開閉を制御することにより、第1の半導体レーザ
ー光源260Aと第2の半導体レーザー光源260Bの
光を透過あるいは遮断できるようになっている。
The opening and closing of the first shutter 268A and the second shutter 268B are controlled by a computer through the control unit 90, so that the light of the first semiconductor laser light source 260A and the light of the second semiconductor laser light source 260B are transmitted or transmitted. It can be cut off.

【0050】また、干渉計測装置20は、ピエゾステー
ジ5を駆動するピエゾドライバ7と、直進ステージ13
を駆動する直進ステージ用ドライバ17と、CCDカメ
ラ267からの干渉縞の画像信号をデジタルの干渉縞画
像データに変換するイメージデジタイザ8と、ピエゾド
ライバ7および直進ステージ用ドライバ17を制御する
とともに、イメージデジタイザ8からのデジタルデータ
を基に測定対象面4aの形状を求めるコンピュータ9と
を備えている。
The interference measuring device 20 includes a piezo driver 7 for driving the piezo stage 5 and a
, A digitizer 8 for converting an image signal of an interference fringe from the CCD camera 267 into digital interference fringe image data, a piezo driver 7 and a driver 17 for a rectilinear stage. A computer 9 for obtaining the shape of the surface 4a to be measured based on digital data from the digitizer 8;

【0051】次に、本装置20の動作を説明する。な
お、干渉縞画像データのコンピュータへの取り込みまで
を以下に説明する。まず、第1のシャッタ268Aを開
いて第2のシャッタ268Bを閉じる。このとき第1の
レーザ光源260Aから出射された第1の波長λ1 のレ
ーザ光のみが、第1のコリメータレンズ261A、ハー
フミラー262を経て、ハーフミラー263でその一部
が反射されて測定対象面4aと原器265で反射され、
再びハーフミラー269へ戻り干渉する。さらにミラウ
干渉計から出た波長λ1 の光は、結像レンズ266を経
てCCDカメラ267に到達する。CCDカメラ267
は、第1の波長λ1 の光のみによる第1の干渉縞画像を
検出する。次に、第1のシャッタ268Aを閉じて第2
のシャッタ268Bを開く。このとき第2のレーザ光源
260Bから出射された第2の波長λ2 のレーザ光のみ
が、第2のコリメータレンズ261B、ハーフミラー2
62を経て、ハーフミラー263でその一部が反射され
て測定対象面4aと原器265で反射され、再びハーフ
ミラー269へ戻り干渉する。さらにミラウ干渉計から
出た波長λ2 の光は、結像レンズ266を経てCCDカ
メラ267に到達する。今度はCCDカメラ267は、
第2の波長λ2 の光のみによる第2の干渉縞画像を検出
する。波長λ1 ,λ2 毎に検出された干渉縞の画像信号
は、イメージデジタイザ8でデジタルデータに変換さ
れ、コンピュータ9に転送される。測定対象面4aの一
定範囲について干渉縞画像データが得られると、コンピ
ュータ9は、直進ステージ用ドライバ17を制御して直
進ステージ13により干渉計16を水平方向に所定距離
移動させ、同様に干渉縞画像データを取り込む。上記の
ようにして取り込んだ干渉縞画像データは、コンピュー
タ9にて第1の実施の形態と同様に処理される。
Next, the operation of the apparatus 20 will be described. The process up to the capture of the interference fringe image data into the computer will be described below. First, the first shutter 268A is opened and the second shutter 268B is closed. At this time, only the laser light of the first wavelength λ 1 emitted from the first laser light source 260A passes through the first collimator lens 261A and the half mirror 262, and is partially reflected by the half mirror 263 to be measured. Reflected by the surface 4a and the prototype 265,
It returns to the half mirror 269 again and interferes. Further, the light of wavelength λ 1 emitted from the Mirau interferometer reaches the CCD camera 267 via the imaging lens 266. CCD camera 267
Detects a first interference fringe image using only the light of the first wavelength λ 1 . Next, the first shutter 268A is closed and the second shutter
The shutter 268B is opened. At this time, only the laser light of the second wavelength λ 2 emitted from the second laser light source 260B is applied to the second collimator lens 261B and the half mirror 2
After passing through 62, a part thereof is reflected by the half mirror 263, reflected by the measurement target surface 4 a and the prototype 265, and returns to the half mirror 269 again to interfere. Further, the light of wavelength λ 2 emitted from the Mirau interferometer reaches the CCD camera 267 via the imaging lens 266. This time, the CCD camera 267
A second interference fringe image is detected using only the light of the second wavelength λ 2 . Image signals of interference fringes detected for each of the wavelengths λ 1 and λ 2 are converted into digital data by an image digitizer 8 and transferred to a computer 9. When the interference fringe image data is obtained for a certain range of the measurement target surface 4a, the computer 9 controls the straight-ahead stage driver 17 to move the interferometer 16 by the straight-ahead stage 13 by a predetermined distance in the horizontal direction. Import image data. The interference fringe image data captured as described above is processed by the computer 9 in the same manner as in the first embodiment.

【0052】上記第3の実施の形態によれば、時系列的
に光源の波長を切り替えるため、第1の実施の形態のよ
うな2系統の撮像光学系が不要になるとともに、2つの
撮像光学系間のアライメトずれによる誤差がなくなる。
また第2の実施の形態では2系統の撮像光学系はカラー
CCDカメラ167内に内蔵されているため安価になる
が、アライメントずれによる誤差が完全になくなるわけ
ではない。また2つの波長の選択によっては、ダイクロ
イックミラー設計作製が困難になる場合もある。例えば
上記式(5)で表される測定レンジΛを広げるために
は、近接した波長の光源の組み合わせを選ぶ必要がある
が、そのような波長の近い光を弁別するフィルターの実
現は困難である。そのような場合は、第1および第2の
実施の形態が実現困難であるが、上記第3の実施の形態
によればそれは難なく実現するができる。このように上
記第3の実施の形態によれば、波長組み合わせが自由で
安価かつ高精度な装置を実現することができる。
According to the third embodiment, since the wavelength of the light source is switched in time series, two imaging optical systems as in the first embodiment become unnecessary, and two imaging optical systems are used. Errors due to misalignment between systems are eliminated.
In the second embodiment, the two imaging optical systems are built in the color CCD camera 167 and thus are inexpensive, but errors due to misalignment are not completely eliminated. Also, depending on the selection of the two wavelengths, it may be difficult to design and manufacture a dichroic mirror. For example, in order to widen the measurement range 表 represented by the above formula (5), it is necessary to select a combination of light sources having close wavelengths, but it is difficult to realize a filter that discriminates such light having close wavelengths. . In such a case, the first and second embodiments are difficult to realize, but according to the third embodiment, they can be realized without difficulty. As described above, according to the third embodiment, it is possible to realize an inexpensive and high-precision apparatus that can freely combine wavelengths.

【0053】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々な実施の形態が可能である。例えば、波長毎
に得られた端数形状情報hsk (x,y) の相加平均を新た
な端数形状情報hs0 (x,y) として使用してもよい。平
均としては、単純な相加平均,重み付相加平均,あるい
は相乗平均など目的に応じて適当なものを選んで構わな
い。平均の効果によって、精度を向上させることができ
る。また、上記実施の形態では、位相シフト法として干
渉縞画像データを4枚取得する方法を採用したが、3枚
あるいは5枚取得する方法でもよい。3枚取得する方法
によれば、4枚取得する方法よりも誤差の影響があるが
高速に測定することができる。5枚取得する方法によれ
ば、4枚取得する方法よりも計算時間がかかるが、誤差
の影響が少なくなる。また、位相シフト法として干渉計
と測定対象面との距離を変化させずにδを変化させる位
相シフト電子モアレ法(「レーザー科学研究」、No.
13(1991)参照)によってもよい。これによれ
ば、干渉計と測定対象面との距離を変化させる必要がな
くなり、高速化をより図ることができる。また、上記実
施の形態では、干渉計と測定対象面との距離を変化させ
る場合に、測定対象面側を移動させたが、干渉計側を移
動させてもよい。また、第1の実施の形態の干渉計6に
第2の実施の形態の干渉計16を用いてもよく、第2の
実施の形態の干渉計16に第1の実施の形態の干渉計6
を用いてよい。また、上記実施の形態では、基準面で反
射した第1の波長の光波と測定対象面で反射した第1の
波長の光波とを干渉させるとともに、基準面で反射した
第2の波長の光波と測定対象面で反射した第2の波長の
光波とを干渉させたが、基準面で反射した第1の波長の
光波と測定対象物を透過した第1の波長の光波とを干渉
させるとともに、基準面で反射した第2の波長の光波と
測定対象物を透過した第2の波長の光波とを干渉させて
もよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various embodiments are possible. For example, the fraction shape information obtained for each wavelength hs k (x, y) new fractional shape information arithmetic mean of hs 0 (x, y) may be used as. As the average, an appropriate one such as a simple arithmetic average, a weighted arithmetic average, or a geometric mean may be selected according to the purpose. The averaging effect can improve accuracy. In the above embodiment, a method of acquiring four interference fringe image data is adopted as the phase shift method, but a method of acquiring three or five interference fringe images may be employed. According to the method of acquiring three images, the measurement can be performed at a higher speed although the influence of an error is greater than the method of acquiring four images. According to the method of acquiring five images, the calculation time is longer than that of the method of acquiring four images, but the influence of an error is reduced. In addition, as a phase shift method, a phase shift electronic moiré method that changes δ without changing the distance between the interferometer and the surface to be measured (“Laser Science Research”, No.
13 (1991)). According to this, it is not necessary to change the distance between the interferometer and the surface to be measured, and higher speed can be achieved. Further, in the above embodiment, when the distance between the interferometer and the measurement target surface is changed, the measurement target surface side is moved, but the interferometer side may be moved. Further, the interferometer 16 of the second embodiment may be used as the interferometer 6 of the first embodiment, and the interferometer 6 of the first embodiment may be used as the interferometer 16 of the second embodiment.
May be used. In the above embodiment, the light wave of the first wavelength reflected by the reference surface and the light wave of the first wavelength reflected by the measurement target surface interfere with each other, and the light wave of the second wavelength reflected by the reference surface Although the light wave of the second wavelength reflected on the surface to be measured interferes with the light wave of the first wavelength reflected on the reference surface and the light wave of the first wavelength transmitted through the object to be measured, The light wave of the second wavelength reflected by the surface may interfere with the light wave of the second wavelength transmitted through the measurement object.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、異
なる2つの波長を用いているので、絶対距離が求められ
るレンジが、従来の2波長干渉法と同程度に広くなる。
また、測定対象波面の2πの区間にわたり、測定対象面
の精密な形状情報、すなわち、1波長以下の端数成分を
高精度に求め、この端数成分と縞次数に基づいて精密な
絶対形状情報を求めているので、従来の2光束干渉法と
同程度の精度で形状を測定することができる。また、測
定の際に採取する画像の枚数が白色干渉法に較べて圧倒
的に少なく、2つの異なる波長の干渉縞検出を同時並列
に行うことで、従来方法に較べて飛躍的に高速な測定が
可能となる。さらに、そのような測定を広くなった所定
のレンジ内で正確に失敗なしに行うことができる。従っ
て、波長を越える段差や絶対距離を含んだ形状の測定を
高精度かつ高速に測定ミスを招くことなく行うことが可
能となる。
As described above, according to the present invention, since two different wavelengths are used, the range in which the absolute distance can be obtained is as wide as that of the conventional two-wavelength interferometry.
In addition, over the 2π section of the wavefront to be measured, precise shape information of the surface to be measured, that is, a fractional component of one wavelength or less is determined with high accuracy, and precise absolute shape information is determined based on the fractional component and the fringe order. Therefore, the shape can be measured with the same accuracy as that of the conventional two-beam interference method. In addition, the number of images taken during measurement is significantly smaller than that of the white light interferometry, and the detection of interference fringes of two different wavelengths is performed simultaneously and in parallel. Becomes possible. Further, such measurements can be made accurately and without failure within a widened predetermined range. Therefore, it is possible to measure a shape including a step or an absolute distance exceeding a wavelength with high accuracy and at high speed without causing a measurement error.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る干渉計測装置
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an interference measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態に係る干渉計測装置の制御部
の機能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram of a control unit of the interference measurement device according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態に係る干渉計測装置により絶
対距離の概略情報を得る原理を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a principle of obtaining approximate information of an absolute distance by the interference measurement device according to the first embodiment.

【図4】ラップ位相の差{ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }が
絶対距離の概略情報hg(x,y)に比例する様子を説明す
る図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining how a wrap phase difference { 1 (x, y) − { 2 (x, y)} is proportional to the approximate information hg (x, y) of the absolute distance.

【図5】絶対距離の概略情報hg(x,y) に対する縞次数
差ΔNの様子を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state of a fringe order difference ΔN with respect to general information hg (x, y) of absolute distance.

【図6】本発明の第2の実施の形態に係る干渉計測装置
の構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of an interference measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態に係る干渉計測装置
の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an interference measurement device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】従来の干渉計測方法として2光束干渉法を説明
するためのフロー図である。
FIG. 8 is a flowchart for explaining a two-beam interference method as a conventional interference measurement method.

【図9】(a) は実際の位相を示す図、(b) はラップされ
た位相を示す図である。
9A is a diagram illustrating an actual phase, and FIG. 9B is a diagram illustrating a wrapped phase.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 干渉計測装置 2 テーブル 3 柱 4 測定対象物 4a 測定対象面 5 ピエゾステージ 6 干渉計 7 ピエゾドライバ 8 イメージデジタイザ 9 コンピュータ 9a コンピュータ本体 9b ディスプレイ 9c キーボード 10 干渉計測装置 11 テーブル 12 柱 13A レール 13B 直進部 13 直進ステージ 16 干渉計 17 直進ステージ用ドライバ 26 干渉計 60 レーザ光源 61 コリメータレンズ 62A 第1のハーフミラー 63 対物レンズ 64 平面原器 62B 第2のハーフミラー 65 ダイクロイックミラー 66A 第1の結像レンズ 66B 第2の結像レンズ 67A 第1の撮像管 67B 第2の撮像管 90 制御部 91 干渉縞画像取得手段 92 位相算出手段 93 概略形状算出手段 94 縞次数検出手段 95 端数形状情報算出手段 96 精密絶対形状算出手段 160A 第1のレーザ光源 160B 第2のレーザ光源 161A 第1のコリメータレンズ 161B 第2のコリメータレンズ 162 ダイクロイックミラー 163A 第1のハーフミラー 163B 第2のハーフミラー 164 対物レンズ 165 平面原器 166 結像レンズ 167 カラーCCDカメラ 260A 第1の半導体レーザ光源 260B 第2の半導体レーザ光源 261A 第1のコリメータレンズ 261B 第2のコリメータレンズ 262 ハーフミラー 263 ハーフミラー 264 対物レンズ 265 平面原器 266 結像レンズ 267 CCDカメラ 268A 第1のシャッタ 268B 第2のシャッタ 269 ハーフミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Interferometer 2 Table 3 Pillar 4 Object 4a Object to be measured 5 Piezo stage 6 Interferometer 7 Piezo driver 8 Image digitizer 9 Computer 9a Computer body 9b Display 9c Keyboard 10 Interferometer 11 Table 12 Column 13A Rail 13B Straight section 13 Straight Stage 16 Interferometer 17 Straight Stage Driver 26 Interferometer 60 Laser Light Source 61 Collimator Lens 62A First Half Mirror 63 Objective Lens 64 Planar Plate 62B Second Half Mirror 65 Dichroic Mirror 66A First Imaging Lens 66B Second imaging lens 67A First imaging tube 67B Second imaging tube 90 Control unit 91 Interference fringe image acquisition unit 92 Phase calculation unit 93 Schematic shape calculation unit 94 Stripe order detection unit 95 Fractional shape information calculation Means 96 Precise absolute shape calculation means 160A First laser light source 160B Second laser light source 161A First collimator lens 161B Second collimator lens 162 Dichroic mirror 163A First half mirror 163B Second half mirror 164 Objective lens 165 Planar prototype 166 Imaging lens 167 Color CCD camera 260A First semiconductor laser light source 260B Second semiconductor laser light source 261A First collimator lens 261B Second collimator lens 262 Half mirror 263 Half mirror 264 Objective lens 265 Flat prototype 266 Imaging lens 267 CCD camera 268A First shutter 268B Second shutter 269 Half mirror

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の波長の光波と第2の波長の光波を基
準面および測定対象面に照射し、前記基準面で反射した
前記第1の波長の光波と前記測定対象面で反射、あるい
は前記測定対象面を透過した前記第1の波長の光波とを
干渉させるとともに、前記基準面で反射した前記第2の
波長の光波と前記測定対象面で反射、あるいは前記測定
対象面を透過した前記第2の波長の光波とを干渉させる
第1のステップと、 前記第1の波長の光波の干渉によって生じた前記第1の
波長の干渉縞画像、および前記第2の波長の光波の干渉
によって生じた前記第2の波長の干渉縞画像を個別に検
出する第2のステップと、 前記第1の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の
2πの区間にラップされた第1の位相分布を演算すると
ともに、前記第2の波長の干渉縞画像に基づいて測定対
象波面の2πの区間にラップされた第2の位相分布を演
算する第3のステップと、 前記第1の波長をλ1 、前記第2の波長をλ2 (λ2
λ1 )、前記第1の位相分布をψ1 (x,y) 、前記第2の
位相分布をψ2 (x,y) とするとき、前記2πの区間より
拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準面と前記
測定対象面との絶対距離の概略情報hg(x,y) を0≦
(ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }/{( 2π×
k)・(1/ λ1 −1/λ2)} 但し、k :反射による測定の場合は2、透過による測
定の場合は1 x,y:測定対象面に概略沿った平面の座標成分 (ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )<0ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) +2π}/{(
2π×k)・(1/ λ1 −1/λ2)} によって求める第4のステップと、前記第1および第2
の位相分布のいずれか一方の位相分布に基づいて、前記
2πの区間にわたり、精密な端数形状情報hsj (x,y)
を hsj (x,y) =ψj (x,y) ×λj /(2π×k) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって求める第5のステップと、前記絶対距離の概略
情報hg(x,y) を用いて前記第1の波長λ1 あるいは前
記第2の波長λ2 に対する縞次数ngj (x,y) を求め、
前記測定対象面の精密な絶対形状情報hj (x,y) を hj (x,y) =ngj (x,y) ×λj /k+hsj (x,y) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって求める第6のステップとを含むことを特徴とす
る干渉計測方法。
1. A light wave of a first wavelength and a light wave of a second wavelength are irradiated on a reference surface and a measurement target surface, and the light wave of the first wavelength reflected on the reference surface and the light wave on the measurement target surface are reflected. Or while interfering with the light wave of the first wavelength transmitted through the surface to be measured, the light wave of the second wavelength reflected by the reference surface and reflected by the surface to be measured, or transmitted through the surface to be measured. A first step of interfering with the light wave of the second wavelength, and an interference fringe image of the first wavelength generated by the interference of the light wave of the first wavelength, and interference of the light wave of the second wavelength. A second step of individually detecting the generated interference fringe image of the second wavelength, and a first phase distribution wrapped in a 2π section of the wavefront to be measured based on the interference fringe image of the first wavelength And calculating the second wavelength A third step of calculating a second phase distribution wrapped in a 2π section of the wavefront to be measured based on the interference fringe image; and λ 1 for the first wavelength and λ 22 >
λ 1 ), when the first phase distribution is ψ 1 (x, y) and the second phase distribution is ψ 2 (x, y), over a predetermined measurement range expanded from the section of 2π. The approximate information hg (x, y) of the absolute distance between the reference plane and the measurement target plane is 0 ≦
If (ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)), then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)} / {(2π ×
k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )} where k: 2 for measurement by reflection, 1 for measurement by transmission x, y: Coordinate components of a plane roughly along the measurement target surface ( If ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)) <0, then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y) + 2π} / {(
2π × k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )}, and the first and second steps
Based on any one of the phase distributions, the precise fraction shape information hs j (x, y)
Hs j (x, y) = ψ j (x, y) × λ j / (2π × k), where j: a fifth step of obtaining a wavelength by a subscript 1 or 2; The fringe order ng j (x, y) for the first wavelength λ 1 or the second wavelength λ 2 is obtained using the general information hg (x, y),
The precise absolute shape information h j (x, y) of the surface to be measured is given by h j (x, y) = ng j (x, y) × λ j / k + hs j (x, y), where j: wavelength And a sixth step of obtaining the subscript by using the subscript 1 or 2 to be distinguished.
【請求項2】前記第5のステップは、前記第1の位相分
布ψ1 (x,y) に基づく前記精密な端数形状情報hs
1 (x,y) と第2の位相分布ψ2 (x,y) に基づく前記精密
な端数形状情報hs2 (x,y) を求め、前記各精密な端数
形状情報hs1 (x,y) ,hs2 (x,y) の平均値を前記ス
テップ6の演算に供する構成の請求項1記載の干渉計測
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step (b) includes the step of obtaining the precise fraction shape information hs based on the first phase distribution ψ 1 (x, y).
1 (x, y) and a second phase distribution ψ 2 (x, y) the determined precise fractional shape information hs 2 (x, y) based on the respective precise fractional shape information hs 1 (x, y 2. The interference measurement method according to claim 1, wherein the average value of hs 2 (x, y) is used for the calculation in step 6.
【請求項3】前記第1のステップは、前記絶対距離の概
略情報hg(x,y) の測定誤差が、前記第2の波長の干渉
縞1フリンジが示す距離よりも小さくなるように前記第
1および第2の波長を選定する構成の請求項1記載の干
渉計測方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first step is performed such that a measurement error of the approximate information hg (x, y) of the absolute distance is smaller than a distance indicated by one fringe of the interference fringe of the second wavelength. The method according to claim 1, wherein the first and second wavelengths are selected.
【請求項4】前記第2のステップは、前記第1および第
2の波長の干渉縞画像を検出する手段として2次元的領
域で光強度を検出する撮像手段を用いる構成の請求項1
記載の干渉計測方法。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said second step uses an imaging means for detecting light intensity in a two-dimensional area as means for detecting the interference fringe images of the first and second wavelengths.
The interference measurement method described.
【請求項5】前記第1のステップは、前記光源を時系列
的に切り替えて前記第1および第2の波長の光波を前記
基準面および前記測定対象面に照射し、 前記第2のステップは、前記第1の波長の干渉縞画像お
よび前記第2の波長の干渉縞画像を共通の検出手段で検
出する構成の請求項1記載の干渉計測方法。
5. The method according to claim 1, wherein the first step irradiates the light source of the first and second wavelengths to the reference surface and the measurement target surface by switching the light source in a time-series manner. 2. The interference measurement method according to claim 1, wherein the interference fringe image of the first wavelength and the interference fringe image of the second wavelength are detected by a common detection unit.
【請求項6】第1の波長の光波と第2の波長の光波を基
準面および測定対象面に照射する光源と、 前記基準面で反射した前記第1の波長の光波と前記測定
対象面で反射、あるいは前記測定対象面を透過した前記
第1の波長の光波とを干渉させるとともに、前記基準面
で反射した前記第2の波長の光波と前記測定対象面で反
射、あるいは前記測定対象面を透過した前記第2の波長
の光波とを干渉させる光学系と、 前記第1の波長の光波の干渉によって生じた前記第1の
波長の干渉縞画像、および前記第2の波長の光波の干渉
によって生じた前記第2の波長の干渉縞画像を個別に検
出する干渉縞画像検出手段と、 前記第1の波長の干渉縞画像に基づいて測定対象波面の
2πの区間にラップされた第1の位相分布を演算すると
ともに、前記第2の波長の干渉縞画像に基づいて測定対
象波面の2πの区間にラップされた第2の位相分布を演
算する位相算出手段と、 前記第1の波長をλ1 、前記第2の波長をλ2 (λ2
λ1 )、前記第1の位相分布をψ1 (x,y) 、前記第2の
位相分布をψ2 (x,y) とするとき、前記2πの区間より
拡大された所定の測定範囲にわたり、前記基準面と前記
測定対象面との絶対距離の概略情報hg(x,y) を0≦
(ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) }/{( 2π×
k)・(1/ λ1 −1/λ2)} 但し、k :反射による測定の場合は2、透過による測
定の場合は1 x,y:測定対象面に概略沿った平面の座標成分 (ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) )<0ならば、 hg(x,y)={ψ1 (x,y) −ψ2 (x,y) +2π}/{(
2π×k)・(1/ λ1 −1/λ2)} によって求める概略形状算出手段と、 精密な端数形状情報hsj (x,y) を hsj (x,y) =ψj (x,y) ×λj /(2π×k) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって演算する端数形状情報算出手段と、 前記絶対距離の概略情報hg(x,y) を用いて前記第1の
波長λ1 あるいは前記第2の波長λ2 に対する縞次数n
j (x,y) を検出する縞次数検出手段と、 前記精密な絶対形状情報hj (x,y) を hj (x,y) =ngj (x,y) ×λj /k+hsj (x,y) 但し、j:波長を区別する添字の1あるいは2 によって求める精密絶対形状算出手段とを有することを
特徴とする干渉計測装置。
6. A light source for irradiating a lightwave of a first wavelength and a lightwave of a second wavelength to a reference surface and a measurement target surface, and a light source of the first wavelength reflected by the reference surface and the measurement target surface. Reflecting or interfering with the lightwave of the first wavelength transmitted through the surface to be measured, and reflecting the lightwave of the second wavelength and the lightwave of the second wavelength reflected on the reference surface, or the surface to be measured. An optical system that interferes with the transmitted light wave of the second wavelength, an interference fringe image of the first wavelength generated by the interference of the light wave of the first wavelength, and interference of the light wave of the second wavelength Interference fringe image detecting means for individually detecting the generated interference fringe image of the second wavelength, and a first phase wrapped in a 2π section of the wavefront to be measured based on the interference fringe image of the first wavelength Calculating the distribution and the second Phase calculating means and the first wavelength lambda 1 for calculating a second phase distribution wrapped in the interval 2π being measured wavefront based on the length of the interference fringe image, the second wavelength lambda 2 ( λ 2 >
λ 1 ), when the first phase distribution is ψ 1 (x, y) and the second phase distribution is ψ 2 (x, y), over a predetermined measurement range expanded from the section of 2π. The approximate information hg (x, y) of the absolute distance between the reference plane and the measurement target plane is 0 ≦
If (ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)), then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)} / {(2π ×
k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )} where k: 2 for measurement by reflection, 1 for measurement by transmission x, y: Coordinate components of a plane roughly along the measurement target surface ( If ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y)) <0, then hg (x, y) = {ψ 1 (x, y) −ψ 2 (x, y) + 2π} / {(
2π × k) · (1 / λ 1 −1 / λ 2 )}, and the precise fraction shape information hs j (x, y) is converted to hs j (x, y) = ψ j (x , y) × λ j / (2π × k) where j is a fraction shape information calculating means operated by a subscript 1 or 2 for distinguishing a wavelength, and the absolute information hg (x, y) is used. Fringe order n for the first wavelength λ 1 or the second wavelength λ 2
fringe order detecting means for detecting g j (x, y); and converting the precise absolute shape information h j (x, y) into h j (x, y) = ng j (x, y) × λ j / k + hs j (x, y) where j: a precise absolute shape calculating means obtained by subscript 1 or 2 for distinguishing wavelengths.
【請求項7】前記端数形状情報算出手段は、前記第1の
位相分布ψ1 (x,y) に基づく前記精密な端数形状情報h
1 (x,y) と第2の位相分布ψ2 (x,y) に基づく前記精
密な端数形状情報hs2 (x,y) を求め、前記各精密な端
数形状情報hs1 (x,y) ,hs2 (x,y) の平均値を前記
精密絶対形状算出手段の演算に供する構成の請求項6記
載の干渉計測装置。
7. The accurate fraction shape information h based on the first phase distribution ψ 1 (x, y).
s 1 (x, y) and the second phase distribution ψ 2 (x, y) the determined precise fractional shape information hs 2 (x, y) based on the respective precise fractional shape information hs 1 (x, 7. The interference measuring apparatus according to claim 6, wherein the average value of y) and hs 2 (x, y) is used for the calculation by the precise absolute shape calculating means.
【請求項8】前記光源は、前記絶対距離の概略情報hg
(x,y) の測定誤差が、前記第2の波長の干渉縞1フリン
ジが示す距離よりも小さくなるように前記第1および第
2の波長を選定された構成の請求項6記載の干渉計測装
置。
8. The method according to claim 1, wherein the light source is configured to output approximate information hg of the absolute distance.
7. The interference measurement according to claim 6, wherein the first and second wavelengths are selected such that a measurement error of (x, y) is smaller than a distance indicated by one fringe of the interference fringe of the second wavelength. apparatus.
【請求項9】前記干渉縞画像検出手段は、2次元的領域
で光強度を検出する撮像手段を用いる構成の請求項6記
載の干渉計測装置。
9. An interference measuring apparatus according to claim 6, wherein said interference fringe image detecting means uses an image pickup means for detecting light intensity in a two-dimensional area.
【請求項10】前記干渉縞画像検出手段は、2次元カラ
ーCCDカメラを用いる構成の請求項6記載の干渉計測
装置。
10. An interference measuring apparatus according to claim 6, wherein said interference fringe image detecting means uses a two-dimensional color CCD camera.
【請求項11】前記光学系は、前記光源を時系列的に切
り替えて前記第1および第2の波長の光波を前記基準面
および前記測定対象面に照射し、 前記干渉縞画像検出手段は、前記第1の波長の干渉縞画
像および前記第2の波長の干渉縞画像を共通の撮像手段
で検出する構成の請求項6記載の干渉計測装置。
11. The optical system irradiates light waves of the first and second wavelengths to the reference surface and the measurement target surface by switching the light source in time series, and the interference fringe image detecting means includes: 7. The interference measurement apparatus according to claim 6, wherein the interference fringe image of the first wavelength and the interference fringe image of the second wavelength are detected by a common imaging unit.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250853A (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Fujitsu Ltd Object surface shape measuring method and its system
JP2008209404A (en) * 2007-01-31 2008-09-11 Tokyo Institute Of Technology Measuring method of surface profile by a plurality of wavelengths and device using it
JP2011511928A (en) * 2007-09-07 2011-04-14 韓国標準科学研究院 Shape measuring apparatus and method
JP2013068489A (en) * 2011-09-21 2013-04-18 Toray Eng Co Ltd Surface profiling method using multiple wavelengths and apparatus using the same
JP2017083177A (en) * 2015-10-22 2017-05-18 国立大学法人北海道大学 Object shape measurement method, object shape measurement device, optical phase measurement method and optical phase measurement device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250853A (en) * 2005-03-14 2006-09-21 Fujitsu Ltd Object surface shape measuring method and its system
JP2008209404A (en) * 2007-01-31 2008-09-11 Tokyo Institute Of Technology Measuring method of surface profile by a plurality of wavelengths and device using it
JP2011511928A (en) * 2007-09-07 2011-04-14 韓国標準科学研究院 Shape measuring apparatus and method
JP2013068489A (en) * 2011-09-21 2013-04-18 Toray Eng Co Ltd Surface profiling method using multiple wavelengths and apparatus using the same
JP2017083177A (en) * 2015-10-22 2017-05-18 国立大学法人北海道大学 Object shape measurement method, object shape measurement device, optical phase measurement method and optical phase measurement device

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