JPH1144517A - Method and instrument for measurement of shape - Google Patents

Method and instrument for measurement of shape

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JPH1144517A
JPH1144517A JP20308697A JP20308697A JPH1144517A JP H1144517 A JPH1144517 A JP H1144517A JP 20308697 A JP20308697 A JP 20308697A JP 20308697 A JP20308697 A JP 20308697A JP H1144517 A JPH1144517 A JP H1144517A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the dimensions of structure smaller than the Rayleigh limit. SOLUTION: The light emitted from a laser source 1 is biased by a Galvanomirror 3, condensed in the exit pupil position of an object lens 6 and introduced onto a sample O as parallel light. The Galvanomirror 3 is swiveled to control the incidence angle of illumination light to the sample O. From the bias angle information of the Galvanomirror 3, the incidence angle of the illumination light on the sample O is calculated and stored together with the intensity of specific part of magnified image. After terminating the total scanning of the Galvanomirror 3, an operator 10 calculates the correlation of incidence angle of the stored illumination light and the intensity of the specific part of magnified image and by using the relation between the sample shape and the correlation obtained by calculation or experience in advance, the sample shape is calculated, which results is displayed on a monitor 11.

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、形状測定方法及び
形状測定器に関し、特に、微小寸法を測定、検査する形
状測定方法及びかかる方法を実施する形状測定装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring method and a shape measuring instrument, and more particularly to a shape measuring method for measuring and inspecting minute dimensions and a shape measuring apparatus for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】光学顕微鏡では、一般的に、レーリーの
限界、 δ=0.61λ/NA ・・・(1) (ただし、δ :レーリーの限界 λ :光の波長 NA:対物レンズの開口数)で表される寸法よりも小さ
い間隔の2点の像は、完全に分解することはできない。
したがって、このレーリーの限界よりも小さな構造物の
寸法を直接測ることは不可能とされてきた。
2. Description of the Related Art In an optical microscope, generally, the limit of Rayleigh, δ = 0.61λ / NA (1) (where δ: limit of Rayleigh λ: wavelength of light NA: numerical aperture of objective lens) ) Cannot be completely resolved.
Therefore, it has not been possible to directly measure the dimensions of structures smaller than this Rayleigh limit.

【0003】ところが、レーリーの限界よりも小さな構
造物でもその存在を検出することは可能で、照明光の照
射角度を変えながら、観察標本の微小なゴミ、キズ及び
特定のパターン等を検出、同定する方法は、従来より数
多く提案されている。
However, it is possible to detect the presence of a structure smaller than the Rayleigh limit, and to detect and identify minute dust, scratches and specific patterns on the observation sample while changing the irradiation angle of the illumination light. Many methods have been proposed in the past.

【0004】特開昭63−218847号においては、
観察標本に照明光を照射角度を変えながら照射し、入射
角度に対する観察標本上の欠陥の像パターンの変化よ
り、欠陥の種類を同定するという方法が開示されてい
る。この方法は、欠陥の種類により照明光の照射角度に
対する像パターンの変化が異なるという性質を利用して
いる。
[0004] In Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-218847,
There is disclosed a method of irradiating an observation sample with illumination light while changing the irradiation angle, and identifying a type of the defect based on a change in an image pattern of the defect on the observation sample with respect to the incident angle. This method utilizes the property that the change in the image pattern with respect to the irradiation angle of the illumination light differs depending on the type of defect.

【0005】特公平5−81883号においては、照明
光の照射角度を変えることにより、磁気現像処理された
磁気記録媒体の記録縞をコントラスト良く観察するとい
う方法が開示されている。この方法は、記録縞の間隔に
より回折角度が異なる性質を利用している。
Japanese Patent Publication No. 5-81883 discloses a method of observing recording fringes of a magnetic recording medium subjected to magnetic development processing with good contrast by changing the irradiation angle of illumination light. This method utilizes the property that the diffraction angle varies depending on the interval between recording stripes.

【0006】特開平8−75661号においては、異な
る2つの方向から照明光を照射することにより、観察標
本上のゴミやキズ等の欠陥を効率良く検出するという方
法が開示されている。この方法は、散乱光、回折光、干
渉縞それぞれに適した照明の照明角度は異なるという性
質を利用している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-75661 discloses a method of efficiently detecting defects such as dust and scratches on an observation sample by irradiating illumination light from two different directions. This method utilizes the property that the illumination angles of illumination suitable for scattered light, diffracted light, and interference fringes are different.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
技術は、何れも欠陥及び特定のパターンの有無や種類を
検出するために考案されたものであり、観察標本の微小
構造の寸法を測定、検査する方法については触れられて
いない。このように、従来は、レーリーの限界よりも小
さな構造物の寸法を精度良く測定する方法が明確には与
えられていなかった。
However, these conventional techniques are all devised to detect the presence or absence and type of a defect and a specific pattern, and measure the size of a microstructure of an observation sample. No test method is mentioned. As described above, conventionally, a method for accurately measuring the size of a structure smaller than the Rayleigh limit has not been clearly given.

【0008】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたもので、その第1の目的は、レーリーの限界
よりも小さな構造物の寸法を精度良く測定できる形状測
定方法を提供することである。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and a first object of the present invention is to provide a shape measuring method capable of accurately measuring a dimension of a structure smaller than the Rayleigh limit. That is.

【0009】さらに、本発明の第2の目的は、上記形状
測定方法を簡単な構成で実施でき、微小構造物の寸法を
精度良く測定できるようにした形状測定器を提供するこ
とである。
Further, a second object of the present invention is to provide a shape measuring instrument capable of implementing the above-described shape measuring method with a simple configuration and capable of measuring the dimensions of a microstructure with high accuracy.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の形状測定方法は、光源からの照明光の標本への入射
角度が可変であり、前記標本の拡大像を撮像し、前記照
明光の前記標本への入射角度と、前記拡大像における前
記標本の形状より定まる所定の位置での像特性との相関
を求め、前記相関より前記標本の形状に関連する情報を
求めることを特徴とする方法である。
According to the shape measuring method of the present invention which achieves the above object, the angle of incidence of illumination light from a light source on a sample is variable, an enlarged image of the sample is taken, and the illumination light is measured. Calculating a correlation between an incident angle of the sample on the sample and an image characteristic at a predetermined position determined by the shape of the sample in the enlarged image, and obtaining information related to the shape of the sample from the correlation. Is the way.

【0011】また、上記目的を達成する本発明の形状測
定器は、光源手段と、前記光源手段からの照明光をある
入射角度をもって標本に導くための照明光学系と、前記
入射角度を変化させる入射角度可変手段と、前記標本の
拡大像を生成する拡大光学系と、前記拡大光学系により
生成された前記標本の拡大像を撮像する撮像手段と、前
記入射角度と前記拡大像における前記標本の形状より定
まる所定の位置での像特性との相関より、前記標本の形
状に関連する情報を求める演算手段とを備えることを特
徴とするものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a shape measuring instrument, wherein a light source means, an illumination optical system for guiding illumination light from the light source means to a sample at a certain incident angle, and the incident angle are changed. Incident angle variable means, an enlargement optical system that generates an enlarged image of the specimen, an imaging unit that captures an enlarged image of the specimen generated by the enlargement optical system, and the incident angle and the specimen at the enlarged image. A calculating means for obtaining information related to the shape of the sample from a correlation with an image characteristic at a predetermined position determined by the shape.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態については、
まず、上記の目的を達成することができる形状測定方法
及び形状測定器の発明の実施形態と、それぞれの作用効
果について説明し、次に、その発明に付加して適用する
ことのできる好適な構成とその作用効果を説明し、その
後に、それぞれの実施例を説明することにする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, an embodiment of a shape measuring method and a shape measuring instrument capable of achieving the above-described object and the respective effects of the invention will be described, and then a preferable configuration that can be applied to the present invention. And its operation and effect will be described, and then each embodiment will be described.

【0013】そこで、まず、本発明の形状測定方法につ
いて説明する。本発明の形状測定方法は、光源からの照
明光の標本への入射角度が可変であり、その標本の拡大
像を撮像し、その照明光の標本への入射角度と、拡大像
における標本の形状より定まる所定の位置での像特性と
の相関を求め、その相関より標本の形状に関連する情報
を求めることを特徴とする方法である。
Therefore, the shape measuring method of the present invention will be described first. In the shape measuring method of the present invention, the angle of incidence of the illumination light from the light source on the sample is variable, an enlarged image of the sample is captured, the angle of incidence on the sample of the illumination light, and the shape of the sample in the enlarged image. This method is characterized in that a correlation with an image characteristic at a predetermined position which is determined further is obtained, and information relating to the shape of the sample is obtained from the correlation.

【0014】なお、ここで、拡大像における標本の形状
により定まる所定の位置とは、照明の入射角度を変える
ことにより発生する像特性(強度又は位相)の変化(変
化の仕方)から標本の形状を導き出すことができる像平
面内の位置のことである。
Here, the predetermined position determined by the shape of the sample in the magnified image is defined by the change (how to change) of image characteristics (intensity or phase) generated by changing the incident angle of illumination. In the image plane from which can be derived.

【0015】その原理を、図8を用いて説明する。標本
面上の間隔d離れた2点A,Bを考える。その2点に波
長λのコヒーレントな照明光が入射角度θで照射されて
いるとする。そのとき、2点A,B間の照明光の光路長
差はdsin(θ)なので、その位相差δφは、 δφ=2π{dsin(θ)}/λ ・・・(2) で与えられる。
The principle will be described with reference to FIG. Consider two points A and B at a distance d on the sample surface. It is assumed that the two points are irradiated with coherent illumination light having a wavelength λ at an incident angle θ. At this time, since the optical path length difference of the illumination light between the two points A and B is dsin (θ), the phase difference δφ is given by δφ = 2π {dsin (θ)} / λ (2)

【0016】ところで、この2点A,Bを光学顕微鏡で
拡大観察すると、その2点の像は、それぞれの幾何光学
的結像位置を中心として、ある程度広がりを持った点像
を形成する。そして、2点A,Bの点像の広がりが重な
りを持つ場合、その重なった部分はそれぞれの点から発
する光の位相差に応じて干渉を起こす。したがって、光
学顕微鏡で観察される像は、2点A,Bに達する光の位
相差δφによって異なる。
When the two points A and B are enlarged and observed with an optical microscope, the images of the two points form a point image having a certain extent around the respective geometric optical imaging positions. When the spread of the point images at the two points A and B overlaps, the overlapped portions cause interference according to the phase difference of the light emitted from each point. Therefore, the image observed by the optical microscope differs depending on the phase difference δφ of the light reaching the two points A and B.

【0017】このように、観察される像は、2点A,B
間の位相差δφによって異なってくるが、このことは
(2)式により、照明光の入射角度θを変えれば観察さ
れる像が変わることを表している。そして、2点A,B
に達する光の位相差δφがある値を持ったときに特有の
像特性を生じる条件が存在するならば、その所定の条件
を満たすように照明光の入射角度θを調節し、そのとき
の像より推測される位相差δφと入射角度θより、
(2)式の変形、 d=δφ・λ/{2πsin(θ)} ・・・(2’) を用いて、2点A,Bの間隔dを求めることができる。
Thus, the observed image has two points A and B.
The difference depends on the phase difference δφ between them, and this means that, when the incident angle θ of the illumination light is changed, the observed image changes according to the equation (2). And two points A and B
If there is a condition that causes a specific image characteristic when the phase difference δφ of the light reaching the light has a certain value, the incident angle θ of the illumination light is adjusted to satisfy the predetermined condition, and the image at that time is adjusted. From the estimated phase difference δφ and the incident angle θ,
The distance d between the two points A and B can be obtained by using a modification of the equation (2), d = δφ · λ / {2πsin (θ)} (2 ′).

【0018】以上、2点A,Bによる像の特定について
説明してきたが、任意の標本は全て点の集合よりできて
いると考えられる。したがって、特に、顕微鏡の解像程
度に細かい構造を持つ標本について、照明光の入射角度
θを変えれば標本の形状によって定まるある像位置(本
実施の形態では、2点A,Bの中間位置)において観察
される像が変わる。その像位置において、照明光の入射
角度θと観察される像の特性との相関を求めることによ
り、標本の形状に関連する情報を求めることができる。
Although the specification of the image by the two points A and B has been described above, it is considered that any sample is made of a set of points. Therefore, particularly for a sample having a structure as fine as the resolution of a microscope, an image position determined by the shape of the sample if the incident angle θ of the illumination light is changed (in the present embodiment, an intermediate position between the two points A and B). The image observed in changes. By determining the correlation between the incident angle θ of the illumination light and the characteristics of the observed image at that image position, it is possible to obtain information related to the shape of the sample.

【0019】この発明の好適一実施形態においては、像
の特性として強度を観察するようにするのが、装置的に
簡便で都合がよい。2点A,Bが(1)式で示されるレ
ーリーの限界よりも少し小さい0.5λ/NAだけ離れ
ている場合の像強度分布の変化を、図9を用いて説明す
る。δφが2πの整数倍の場合は、2つの点像は互いに
同位相で重なるため、観察される像の強度分布は、図9
(a)に示すごとく、1つの大きな楕円形となる(図9
(d)の曲線1−1’)。一方、δφがπ/2+(πの
整数倍)の場合は、2つの点像は位相がπ/2ずれて重
なるため、観察される像の強度分布は、図9(b)に示
すごとく、2つのゆるやかなピークを持った細長い長円
形となる(図9(d)の曲線2−2’)。そして、δφ
がπ+(2πの整数倍)の場合は、2つの点像は位相が
πずれるため、観察される像の強度分布は、図9(c)
に示すごとく、完全に分離した2つの楕円形となる(図
9(d)の曲線3−3’)。したがって、照明光の入射
角度と像強度分布とには相関があり、その関係を利用す
ることにより、標本の形状に関連する情報を求めること
が可能である。
In a preferred embodiment of the present invention, observation of intensity as a characteristic of an image is simple and convenient in terms of equipment. The change in the image intensity distribution when the two points A and B are separated from each other by 0.5λ / NA, which is slightly smaller than the Rayleigh limit represented by the equation (1), will be described with reference to FIG. When δφ is an integral multiple of 2π, the two point images overlap in phase with each other, and the intensity distribution of the observed image is as shown in FIG.
As shown in FIG. 9A, one large ellipse is formed (FIG. 9).
(D) Curve 1-1 ′). On the other hand, when δφ is π / 2 + (integer multiple of π), the two point images overlap with a phase shift of π / 2, and the intensity distribution of the observed image is as shown in FIG. It becomes an elongated oblong shape having two gentle peaks (curve 2-2 'in FIG. 9D). And δφ
Is π + (integer multiple of 2π), the two point images are out of phase by π, and the intensity distribution of the observed image is as shown in FIG.
As shown in FIG. 9, two completely separated ellipses are formed (curve 3-3 'in FIG. 9D). Therefore, there is a correlation between the incident angle of the illumination light and the image intensity distribution, and it is possible to obtain information related to the shape of the sample by using the relationship.

【0020】本発明の好適一実施形態においては、照明
光の入射角度に対する像の所定の位置での強度の変化率
より、標本の形状に関連する情報を求めるようにするの
が、容易に照明光の入射角度に対する像特性の相関を取
れるので都合がよい。図9に示した2点A,Bによる像
の場合は、2点A,Bの中間位置での像強度変化が大き
いため、この中間位置において、照明光の入射角度との
相関をとるのが望ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy to obtain information relating to the shape of the sample from the rate of change of the intensity at a predetermined position of the image with respect to the incident angle of the illumination light. This is convenient because the correlation between the image characteristics and the incident angle of light can be obtained. In the case of the image formed by the two points A and B shown in FIG. 9, since the image intensity change is large at the intermediate position between the two points A and B, it is necessary to correlate with the incident angle of the illumination light at this intermediate position. desirable.

【0021】この発明の好適一実施形態においては、像
の所定の位置での強度が最小となるときの照明光の入射
角度より、標本の形状に関連する情報を求めるようにす
るのが、容易に標本の形状を測定できるので都合がよ
い。図9に示した2点A,Bによる像の場合は、2点
A,Bの中間位置の像強度はδφ=π+(2πの整数
倍)のときに最小となるため、このときの照明光の入射
角度θと(2’)式を用いることにより、2点A,Bの
間隔が直ちに求められる。ここで、2πの整数倍という
不定項は、照明光の入射角度を0から徐々に大きくして
行って、最初に強度最小となる角度を求めるか、又は、
強度が最小となる角度の間隔を求めることにより回避で
きることは明らかである。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy to obtain information relating to the shape of the sample from the angle of incidence of the illumination light when the intensity at the predetermined position of the image is minimum. This is convenient because the shape of the sample can be measured quickly. In the case of the image formed by the two points A and B shown in FIG. 9, the image intensity at the intermediate position between the two points A and B is minimum when δφ = π + (integer multiple of 2π). And the interval between the two points A and B can be immediately obtained by using the incident angle θ and (2 ′). Here, the indefinite term of an integral multiple of 2π is obtained by gradually increasing the incident angle of the illumination light from 0 to obtain an angle at which the intensity becomes minimum first, or
Obviously, this can be avoided by determining the angle interval at which the intensity is minimized.

【0022】この発明の好適一実施形態においては、像
の特性として位相分布を観察するようにするのが、像強
度の揺らぎによる影響を排除できるので都合がよい。上
記では、観察される像強度分布を中心に話を進めてきた
が、像の特性を決定できるのは強度分布だけではない。
図10に示すごとく、2点A,Bを含む線分上における
像位相分布の形状も、位相差δφにより形を変える。δ
φが2πの整数倍の場合は、2つの点像は互いに同位相
で重なるため、観察される像位相分布は定数となる。一
方、δφがπ/2+(πの整数倍)の場合は、2つの点
像は位相がπ/2ずれて重なるため、観察される像位相
分布は定数項を除き、0からπへ向かうなだらかな曲線
となる。そして、δφがπ+(2πの整数倍)の場合
は、2つの点像は位相がπずれるため、観察される像位
相分布は2点A,Bの中間位置にπの位相飛び(位相特
異点)が存在する。したがって、像位相分布がある位相
差δφより定まる所定の条件を満たすように、照明光の
入射角度θを調節し、そのときの像より推測される位相
差δφと入射角度θより、(2’)式を用いて2点A,
Bの間隔dを求めることもできる。
In a preferred embodiment of the present invention, it is convenient to observe the phase distribution as the characteristic of the image because the influence of the fluctuation of the image intensity can be eliminated. In the above, the discussion has focused on the observed image intensity distribution, but it is not only the intensity distribution that can determine the characteristics of the image.
As shown in FIG. 10, the shape of the image phase distribution on the line segment including the two points A and B also changes according to the phase difference δφ. δ
When φ is an integral multiple of 2π, the two point images overlap in phase with each other, so that the observed image phase distribution is a constant. On the other hand, when δφ is π / 2 + (integer multiple of π), the two point images overlap with a phase shift of π / 2, and the observed image phase distribution is gentle from 0 to π except for the constant term. Curve. When δφ is π + (integer multiple of 2π), the two point images have a phase shift of π, and the observed image phase distribution has a phase jump of π (phase singularity) at an intermediate position between the two points A and B. ) Exists. Therefore, the incident angle θ of the illumination light is adjusted so that the image phase distribution satisfies a predetermined condition determined by a certain phase difference δφ, and (2 ′) is obtained from the phase difference δφ estimated from the image at that time and the incident angle θ. ), Two points A,
The interval d of B can also be obtained.

【0023】この発明の好適一実施形態においては、照
明光の入射角度に対する像の所定の位置の位相勾配の変
化率より、標本の形状に関連する情報を求めるようにす
るのが、容易に照明光の入射角度に対する像特性の相関
を取れるので都合がよい。図10に示した2点A,Bに
よる位相分布の場合は、2点A,Bの中間位置での位相
勾配の変化が大きく、照明光の入射角度との相関が取り
やすい。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy to obtain information relating to the shape of the sample from the change rate of the phase gradient at a predetermined position of the image with respect to the incident angle of the illumination light. This is convenient because the correlation between the image characteristics and the incident angle of light can be obtained. In the case of the phase distribution by the two points A and B shown in FIG. 10, a change in the phase gradient at an intermediate position between the two points A and B is large, and the correlation with the incident angle of the illumination light is easily obtained.

【0024】この発明の好適一実施形態においては、像
の所定の位置の位相勾配が最大となるときの照明光の入
射角度より、標本の形状に関連する情報を求めるように
するのが、容易に標本の形状を測定できるので都合がよ
い。図10に示した2点A,Bによる位相分布の場合
は、2点A,Bの中間位置の位相勾配はδφ=π+(2
πの整数倍)のときに最大となるため、このときの照明
光の入射角度θと(2’)式を用いることにより、2点
A,Bの間隔が直ちに求められる。ここで、2πの整数
倍という不定項は、照明光の入射角度を0から徐々に大
きくして行って、最初に位相勾配が最大となる角度を求
めるか、又は、位相勾配が最大となる角度の間隔を求め
ることにより回避できることは明らかである。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy to obtain information relating to the shape of the specimen from the angle of incidence of the illumination light when the phase gradient at a predetermined position of the image is maximized. This is convenient because the shape of the sample can be measured quickly. In the case of the phase distribution by the two points A and B shown in FIG. 10, the phase gradient at the intermediate position between the two points A and B is δφ = π + (2
(integral multiple of π), the distance between the two points A and B can be immediately obtained by using the incident angle θ of the illumination light at this time and the equation (2 ′). Here, the indefinite term of an integral multiple of 2π is obtained by gradually increasing the incident angle of the illumination light from 0 to obtain an angle at which the phase gradient becomes maximum first, or an angle at which the phase gradient becomes maximum. Obviously, this can be avoided by determining the interval of.

【0025】この発明の好適一実施形態においては、標
本が少なくとも隣接した2つの輝点あるいは2本の輝線
を含む場合、照明光の入射角度と2つの輝点あるいは2
本の輝線の像の中間部分の像特性との相関より輝点ある
いは輝線の間隔を測定するようにするのが、像特性の照
明光の入射角度による変化が最も大きいため、容易に輝
点あるいは輝線の間隔を測定できる点で好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, when the specimen includes at least two adjacent bright spots or two bright lines, the incident angle of the illumination light and the two bright spots or two bright spots are determined.
It is easy to measure the distance between the bright points or the bright lines based on the correlation with the image characteristics of the middle part of the image of the bright line because the change in the image characteristics due to the incident angle of the illumination light is the largest. This is preferable because the interval between the bright lines can be measured.

【0026】この発明の好適一実施形態においては、標
本が少なくとも1本の暗線を含む場合、照明光の入射角
度と暗線の像の中心部分の像特性との相関より、この暗
線の線幅を測定するようにするのが、像特性の照明光の
入射角度による変化が最も大きいため、容易に暗線の線
幅を測定できる点で好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, when the specimen includes at least one dark line, the line width of the dark line is determined from the correlation between the incident angle of the illumination light and the image characteristic of the central portion of the dark line image. The measurement is preferable in that the line width of the dark line can be easily measured because the change in image characteristics due to the incident angle of the illumination light is the largest.

【0027】この原理を図11を用いて説明する。図1
1に示すように、x−y平面上に反射率1の物体が広が
っており、ただし、x=0の位置を中心に幅dの暗線
(反射率0)がy軸に平行に伸びているとする。そこに
波長λのコヒーレントな照明光が入射角θで入射した場
合、x軸上の照明光の複素振幅Q(x)は、 Q(x)=exp{j(2πsinθ)x/λ} で表される。ただし、ここで、j=√(−1)である。
物体の反射率R(x)は、 であるので、結像面上の複素振幅分布A(x)は、 A(x)={Q(x)R(x)}*P(x) で表される。ただし、ここでは簡単のため像面における
座標をそれに幾何光学的に対応する標本面上の座標xで
表し、*はコンボリューションを表す演算子であり、P
(x)は結像光学系の線像分布関数である。P(x)
が、使用する対物レンズの開口数NAを用いて、 P(x)=sinc(2NAx/λ) で表される場合、 となる。ただし、ここで、 x’≡2NAx/λ,d’≡2NAd/λ,s≡(si
nθ/NA) である。|s|<1,d’>1.22の条件では、x=
0における像強度が0となるs≡s0 が存在し、そのと
き、x=0位置(つまり、暗線の中心)で位相の飛びが
発生する。図12はx=0における像強度が0になると
きの規格化された暗線の間隔d’と規格化された照明光
の入射角度s0 との関係を示したグラフである。図12
に示すごとく、1.22<d’<1.5の範囲や2.8
<d’<3.3の範囲では、d’の変化に対するs0
変化が大きいため、s0 の値からd’、すなわちdを正
確に求めることが可能になる。ただし、3.1<d’<
5の範囲では、x=0の位置で像強度が0になるs0
値が2つあることになるため、この領域を利用してdの
値を求める場合には注意を要する。d’<1.22では
暗線の中心強度が0になるs0 は存在しないが、暗線中
間における位相勾配は、図13に示すごとく、sとd’
に依存するため、sに対する暗線の中心の位相勾配の変
化率を測定することにより、d’をある程度正確に測定
することが可能である。
This principle will be described with reference to FIG. FIG.
As shown in FIG. 1, an object having a reflectance of 1 spreads on the xy plane, but a dark line having a width of d (reflectance 0) extends parallel to the y-axis around the position of x = 0. And When a coherent illumination light having a wavelength λ is incident thereon at an incident angle θ, the complex amplitude Q (x) of the illumination light on the x-axis is expressed by: Q (x) = exp {j (2πsinθ) x / λ} Is done. Here, j = √ (−1).
The reflectance R (x) of the object is Therefore, the complex amplitude distribution A (x) on the imaging plane is represented by A (x) = {Q (x) R (x)} * P (x). Here, for the sake of simplicity, the coordinates on the image plane are represented by the coordinates x on the sample plane corresponding to the geometrical optics for simplicity, * is an operator representing convolution, and P
(X) is the line spread function of the imaging optical system. P (x)
Is expressed as P (x) = sinc (2NAx / λ) using the numerical aperture NA of the objective lens to be used. Becomes Here, x ′ {2NAx / λ, d ′ {2NAd / λ, s} (si
nθ / NA). | S | <1, d '> 1.22, x =
There is s≡s 0 where the image intensity at 0 is 0, and at that time, a phase jump occurs at the x = 0 position (ie, the center of the dark line). FIG. 12 is a graph showing the relationship between the normalized dark line interval d ′ when the image intensity at x = 0 becomes 0 and the normalized incident angle s 0 of the illumination light. FIG.
As shown in the above, the range of 1.22 <d ′ <1.5 or 2.8
In the range of <d ′ <3.3, the change of s 0 relative to the change of d ′ is large, so that d ′, that is, d can be accurately obtained from the value of s 0 . However, 3.1 <d '<
In the range of 5, since there are two values of s 0 at which the image intensity becomes 0 at the position of x = 0, care must be taken when obtaining the value of d using this region. d '<s 0 the center intensity of the dark line becomes 0 at 1.22 is not present, the phase gradient in the dark middle, as shown in FIG. 13, s and d'
By measuring the rate of change of the phase gradient at the center of the dark line with respect to s, d ′ can be measured to some extent accurately.

【0028】次に、本発明の形状測定器について説明す
る。この発明の形状測定器は、光源手段と、光源手段か
らの照明光をある入射角度をもって標本に導くための照
明光学系と、入射角度を変化させる入射角度可変手段
と、標本の拡大像を生成する拡大光学系と、拡大光学系
により生成されたこの標本の拡大像を撮像する撮像手段
と、入射角度と拡大像における標本の形状より定まる所
定の位置での像特性との相関より、標本の形状に関連す
る情報を求める演算手段とを備えることを特徴とするも
のである。
Next, the shape measuring instrument of the present invention will be described. The shape measuring instrument according to the present invention generates a light source means, an illumination optical system for guiding illumination light from the light source means to the sample at a certain incident angle, an incident angle variable means for changing the incident angle, and an enlarged image of the sample. The magnification optical system, the imaging means for imaging a magnified image of the sample generated by the magnifying optical system, and the correlation between the incident angle and the image characteristics at a predetermined position determined by the shape of the sample in the magnified image, Calculating means for obtaining information related to the shape.

【0029】このように、この発明にかかる形状測定器
においては、光源から発せられた照明光を、照明光学系
及び入射角度可変手段により標本上に入射角度可変に導
き、拡大光学系と撮像手段により標本の拡大像を撮像
し、演算手段により照明光の入射角度と標本の拡大像と
の相関から、標本の形状に関連する情報を求めるように
したので、演算手段において、予め予想される標本形状
と照明光と入射角度及び拡大像の相関とを用いることに
より、標本の形状を精度良く測定することが可能にな
る。
As described above, in the shape measuring instrument according to the present invention, the illumination light emitted from the light source is guided at a variable incident angle onto the sample by the illumination optical system and the variable incident angle means, and the magnifying optical system and the image pickup means The information related to the shape of the sample is obtained from the correlation between the incident angle of the illumination light and the enlarged image of the sample by the calculating means. By using the shape, the illumination light, the incident angle, and the correlation of the magnified image, the shape of the sample can be accurately measured.

【0030】この発明の好適一実施形態では、演算手段
は、照明光の入射角度と所定の位置での像の強度との相
関により、標本の形状に関連する情報を求めるのが、装
置的に簡便で都合がよい。
In a preferred embodiment of the present invention, the calculating means obtains information relating to the shape of the sample by correlating the incident angle of the illumination light with the intensity of the image at a predetermined position. Simple and convenient.

【0031】この発明の好適一実施形態では、演算手段
は、照明光の入射角度に対する所定の位置での強度の変
化率より、標本の形状に関連する情報を求めるのが、容
易に照明光の入射角度に対する像特性の相関を取れるの
で都合がよい。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy for the calculating means to obtain the information related to the shape of the sample from the rate of change of the intensity at a predetermined position with respect to the incident angle of the illumination light. This is convenient because the correlation between the image characteristics and the incident angle can be obtained.

【0032】この発明の好適一実施形態では、演算手段
は、所定の位置での像の強度が最小となるときの照明光
の入射角度より、標本の形状に関連する情報を求めるの
が、容易に標本の形状を測定できるので都合がよい。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy for the calculating means to obtain information related to the shape of the sample from the incident angle of the illumination light when the intensity of the image at the predetermined position is minimum. This is convenient because the shape of the sample can be measured quickly.

【0033】この発明の好適一実施形態では、演算手段
は、照明光の入射角度と所定の位置での像の位相分布と
の相関より、標本の形状に関連する情報を求めるのが、
像強度の揺らぎによる影響を排除できるので都合がよ
い。
In a preferred embodiment of the present invention, the calculating means obtains information relating to the shape of the sample from the correlation between the incident angle of the illumination light and the phase distribution of the image at a predetermined position.
This is convenient because the influence of the fluctuation of the image intensity can be eliminated.

【0034】この発明の好適一実施形態では、演算手段
は、照明光の入射角度に対する所定の位置での位相勾配
の変化率より、標本の形状に関連する情報を求めるの
が、容易に照明光の入射角度に対する像特性の相関を取
れるので都合がよい。
In a preferred embodiment of the present invention, it is easy for the calculating means to obtain the information related to the shape of the sample from the rate of change of the phase gradient at a predetermined position with respect to the incident angle of the illumination light. It is convenient because the correlation of the image characteristics with respect to the incident angle can be obtained.

【0035】この発明の好適一実施形態では、演算手段
は、所定の位置での像の位相勾配が最大となるときの照
明光の入射角度より、標本の形状に関連する情報を求め
るのが、容易に標本の形状を測定できるので都合がよ
い。
In a preferred embodiment of the present invention, the calculating means obtains information relating to the shape of the sample from the incident angle of the illumination light when the phase gradient of the image at the predetermined position is maximum. This is convenient because the shape of the sample can be easily measured.

【0036】この発明の好適一実施形態では、光源手段
はレーザ光源であるのが、容易に平面波を標本上に照明
できるので都合がよい。
In a preferred embodiment of the present invention, the light source means is a laser light source, which is convenient because a plane wave can be easily illuminated on the sample.

【0037】この発明の好適一実施形態では、照明光学
系は、光源手段より発した照明光を拡大光学系の射出瞳
位置又はそれに共役な位置に収束させる瞳集光レンズを
含むのが、広い照明光の入射角度範囲と高い拡大光学系
の分解能を両立できるので都合がよい。
In a preferred embodiment of the present invention, the illumination optical system includes a pupil condenser lens for converging the illumination light emitted from the light source means at the exit pupil position of the magnifying optical system or at a position conjugate to the exit pupil position. This is convenient because the incident angle range of the illumination light and the resolution of the high magnification optical system can be compatible.

【0038】この発明の好適一実施形態では、入射角度
可変手段は、ガルバノミラーであるのが、容易かつ迅速
に照明光の入射角度を変えることができる点で好まし
い。
In a preferred embodiment of the present invention, the incident angle changing means is preferably a galvanomirror, since the incident angle of the illumination light can be easily and quickly changed.

【0039】この発明の好適一実施形態では、入射角度
可変手段は、ポリゴンミラーであるのが、容易かつ迅速
に照明光の入射角度を変えることができる点で好まし
い。
In a preferred embodiment of the present invention, the incident angle changing means is preferably a polygon mirror in that the incident angle of the illumination light can be easily and quickly changed.

【0040】この発明の好適一実施形態では、照明光学
系の中に干渉計が存在し、撮像手段上に像の位相分布に
対応した干渉画像を生成するのが、像の位相分布を容易
に計測できる点で好ましい。
According to a preferred embodiment of the present invention, an interferometer is provided in the illumination optical system, and an interference image corresponding to the phase distribution of the image is generated on the image pickup means. It is preferable because it can be measured.

【0041】この発明の好適一実施形態では、干渉計は
マイケルソンタイプの干渉計あるいはミロータイプの干
渉計あるいはノマルスキータイプの干渉計であるのが、
干渉計を容易に構成できる点で好ましい。
In a preferred embodiment of the invention, the interferometer is a Michelson-type interferometer, a Millau-type interferometer or a Nomarski-type interferometer,
This is preferable because an interferometer can be easily configured.

【0042】この発明の好適一実施形態では、干渉計に
おける分割された2つの光路の光路長差を調節する光路
長差調節手段を備え、光路長差調節手段は、光路長差調
節手段を駆動してフリンジスキャンを行う制御装置に接
続されているのが、像の位相分布を精度よく計測できる
点で好ましい。
In a preferred embodiment of the present invention, there is provided an optical path length difference adjusting means for adjusting an optical path length difference between two divided optical paths in the interferometer, and the optical path length difference adjusting means drives the optical path length difference adjusting means. It is preferable to be connected to a control device that performs fringe scanning in that the phase distribution of the image can be measured with high accuracy.

【0043】[0043]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
説明する。本発明による第1実施例の形状測定装置は、
図1に示すごとく、レーザ光源1と、レーザ光源1から
発せられたコヒーレントなビームの径を拡張するビーム
エキスパンダ2と、ビームエキスパンダ2によって拡張
されたコヒーレントビームを角度可変に偏向するガルバ
ノミラー3と、ガルバノミラー3からのビームを集光す
る瞳集光レンズ4と、瞳集光レンズ4からの収束光を偏
向する光路分割器5と、その収束光の収束位置に射出瞳
位置を一致させて配置されると共に、標本Oの拡大像を
無限遠方に生成する対物レンズ6と、対物レンズ6によ
って無限遠方に生成された標本Oの拡大像を有限の位置
に結像する結像レンズ7と、結像レンズ7によって生成
された標本Oの拡大像を撮像する撮像装置8と、ガルバ
ノミラー3及び撮像装置8と電気的に接続されたコント
ローラ9と、コントローラ9に電気的に接続された演算
装置10と、演算装置10に電気的に接続されたモニタ
11とからなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The shape measuring apparatus of the first embodiment according to the present invention
As shown in FIG. 1, a laser light source 1, a beam expander 2 for expanding the diameter of a coherent beam emitted from the laser light source 1, and a galvano mirror for deflecting the coherent beam expanded by the beam expander 2 at an angle. 3, a pupil condenser lens 4 for condensing the beam from the galvanometer mirror 3, an optical path splitter 5 for deflecting the convergent light from the pupil condenser lens 4, and the exit pupil position coincides with the convergent position of the convergent light. And an objective lens 6 for generating an enlarged image of the sample O at infinity and an imaging lens 7 for forming an enlarged image of the sample O generated at infinity by the objective lens 6 at a finite position. An imaging device 8 that captures an enlarged image of the specimen O generated by the imaging lens 7; a controller 9 that is electrically connected to the galvanometer mirror 3 and the imaging device 8; Electrically connected to each arithmetic unit 10 to the roller 9, it consists electrically connected to a monitor 11 Metropolitan to the arithmetic unit 10.

【0044】このような装置において、レーザ光源1よ
り発せられたコヒーレントなビームは、ビームエキスパ
ンダ2により径を拡げられ、ガルバノミラー3で偏向さ
れた後、対物レンズ6の射出瞳位置に集光し、標本O上
に平行光となって入射する。ガルバノミラー3を振り、
対物レンズ6の射出瞳位置におけるビームの集光位置を
変えることにより、照明光の標本への入射角度を調節す
ることができる。
In such an apparatus, the coherent beam emitted from the laser light source 1 is expanded in diameter by the beam expander 2, deflected by the galvanomirror 3, and condensed at the exit pupil position of the objective lens 6. Then, the light is incident on the sample O as parallel light. Shake the galvanometer mirror 3,
By changing the beam condensing position at the exit pupil position of the objective lens 6, the angle of incidence of the illumination light on the sample can be adjusted.

【0045】コントローラ9によってガルバノミラー3
を駆動し、標本O上の照明光の入射角度を変えながら、
標本Oの拡大像の強度分布を撮像装置8によって撮像す
る。得られた拡大像は、コントローラ9を介しガルバノ
ミラー3の偏向角度情報と共に演算装置10に送られ
る。演算装置10では、拡大像をモニタ11に表示する
と共に、ガルバノミラー3の偏向角度情報より標本O上
での照明光の入射角度を算出し、拡大像の特定部分の強
度と共に記憶する。コントローラ9により一通りガルバ
ノミラー3の走査が終了した後、演算装置10は、記憶
した照明光の入射角度と拡大像の特定部分の強度との相
関を算出し、予め計算あるいは経験等により得られた標
本形状とその相関との関係を用いて、標本形状を測定
し、その結果をモニタ11に表示する。
The galvanomirror 3 is controlled by the controller 9.
While changing the incident angle of the illumination light on the sample O,
The intensity distribution of the enlarged image of the specimen O is imaged by the imaging device 8. The obtained enlarged image is sent to the arithmetic unit 10 via the controller 9 together with the deflection angle information of the galvanometer mirror 3. The arithmetic unit 10 displays the enlarged image on the monitor 11, calculates the incident angle of the illumination light on the sample O from the deflection angle information of the galvanomirror 3, and stores the angle together with the intensity of the specific portion of the enlarged image. After the scanning of the galvanometer mirror 3 is completed by the controller 9, the arithmetic unit 10 calculates the correlation between the stored incident angle of the illumination light and the intensity of the specific portion of the enlarged image, and obtains the correlation in advance by calculation or experience. The sample shape is measured using the relationship between the sample shape and its correlation, and the result is displayed on the monitor 11.

【0046】本実施例における線幅の測定手順のフロー
チャートを図2、図3を用いて説明する。標本Oの線幅
がある程度太ければ、それは線幅の中心における拡大像
の強度が0となるときの照明光の標本Oへの入射角度よ
り測定できる。その手順は、図2に示すごとく、測定者
は、ST(ステップ)1において、標本Oをモニタ11
を見ながら測定対象となる線が拡大像視野中心付近に入
るようにセットし、ST2において、ガルバノミラー3
を操作して、予め測定される線像の中心における拡大像
の強度が0となる照明光の入射角度に設定してから、コ
ントローラ9に測定開始の信号を送る。ST3におい
て、コントローラ9は標本Oの拡大像を撮像し、ST4
において、拡大像から線像の中心における強度を抽出す
る。ST5において、線像の中心における強度が0であ
るか否かを判定し、撮像された線像の中心の強度が0で
なければ、ST6において、ガルバノミラー3を駆動
し、照明光の標本面への入射角を変更して、上記ST3
〜5を繰り返し、撮像された線像の中心の強度が0にな
った時点でガルバノミラー3の駆動を中止し、ST7に
おいて、そのときのガルバノミラー3の偏向角度を演算
装置10に送る。ST8において、演算装置10はコン
トローラ9より送られたガルバノミラー3の偏向角度よ
り照明光の標本への入射角度を算出し、ST9におい
て、予め求められていたその入射角度の線幅との相関よ
り線幅を算出して、その結果をモニタ11に表示する。
ただし、実際の測定に関しては、光学系のフレアや撮像
系のノイズがあるため、像強度0の条件は像強度最小の
条件で置き換えた方がよい。
A flow chart of the procedure for measuring the line width in the present embodiment will be described with reference to FIGS. If the line width of the sample O is large to some extent, it can be measured from the incident angle of the illumination light to the sample O when the intensity of the enlarged image at the center of the line width becomes zero. As shown in FIG. 2, the procedure is as follows. In step ST 1, the measurer monitors the sample O on the monitor 11.
Is set so that the line to be measured enters the vicinity of the center of the magnified image visual field while viewing the image.
Is operated to set the angle of incidence of the illumination light at which the intensity of the magnified image at the center of the line image measured in advance becomes zero, and then sends a measurement start signal to the controller 9. In ST3, the controller 9 captures an enlarged image of the sample O, and in ST4.
, The intensity at the center of the line image is extracted from the enlarged image. In ST5, it is determined whether or not the intensity at the center of the line image is 0. If the intensity at the center of the picked-up line image is not 0, the galvanomirror 3 is driven in ST6, and the sample surface of the illumination light is sampled. By changing the incident angle to
5 are repeated, and when the intensity of the center of the captured line image becomes 0, the driving of the galvanomirror 3 is stopped. In ST7, the deflection angle of the galvanomirror 3 at that time is sent to the arithmetic unit 10. In ST8, the arithmetic unit 10 calculates the incident angle of the illumination light on the sample from the deflection angle of the galvanometer mirror 3 sent from the controller 9, and in ST9, calculates the correlation between the incident angle and the line width previously obtained. The line width is calculated, and the result is displayed on the monitor 11.
However, regarding the actual measurement, there is flare in the optical system and noise in the imaging system. Therefore, it is better to replace the condition of the image intensity 0 with the condition of the minimum image intensity.

【0047】標本Oの線幅がある程度細く、線幅の中心
における拡大像の強度が0となることがなければ、照明
光の標本Oへの入射角度と線像の強度分布との相関より
線幅が測定できる。その手順は、図3に示すごとく、測
定者は、ST1において、標本Oをモニタ11を見なが
ら測定対象となる線が拡大像視野中心付近に入るように
セットし、コントローラ9に測定開始の信号を送る。S
T2において、コントローラ9は、まずガルバノミラー
3の偏向角度を調節して照明光の標本Oへの入射角度が
0になるようにして、ST3において、標本Oの拡大像
の撮像を開始する。次いで、ST4において、拡大像か
ら線像の中心における強度を抽出し、ST5において、
そのときのガルバノミラー3の偏向角度を演算装置10
に送る。ST6において、演算装置10はコントローラ
9より送られたガルバノミラー3の偏向角度より照明光
の標本への入射角度を算出し、ST7において、照明光
の標本への入射角度と線像の中心における強度を記録
し、ST8において、照明光が標本Oに対して照明光の
標本への入射角が予め決められた最大入射角であるか否
かを判定し、照明光の標本への入射角が予め決められた
最大入射角でなければ、ST9において、ガルバノミラ
ー3を駆動し、照明光の標本面への入射角を増やして、
上記ST3〜8を繰り返し、照明光の標本Oへの入射角
が予め決められた最大値となるまでガルバノミラー3を
駆動して、照明光の標本Oへの入射角を変えながら標本
Oの拡大像を撮像して行く。コントローラ9によるガル
バノミラー3の駆動が終了した後、ST10において、
演算装置10は照明光の標本Oへの入射角度と拡大像に
おける線像中心の強度との相関を算出し、ST11にお
いて、予め求められていたその相関と線幅との関係から
線幅を算出して、その結果をモニタ11に表示する。
Unless the line width of the sample O is thin to some extent and the intensity of the enlarged image at the center of the line width does not become 0, the correlation between the angle of incidence of the illumination light on the sample O and the intensity distribution of the line image will be described. The width can be measured. As shown in FIG. 3, the operator sets the sample O in step ST1 so that the line to be measured enters the vicinity of the center of the enlarged image visual field while watching the monitor 11, and sends a signal to the controller 9 to start the measurement. Send. S
At T2, the controller 9 first adjusts the deflection angle of the galvanometer mirror 3 so that the angle of incidence of the illumination light on the sample O becomes 0, and starts capturing an enlarged image of the sample O at ST3. Next, in ST4, the intensity at the center of the line image is extracted from the enlarged image, and in ST5,
The deflection angle of the galvanometer mirror 3 at that time is calculated by the arithmetic unit 10
Send to In ST6, the arithmetic unit 10 calculates the incident angle of the illumination light to the sample from the deflection angle of the galvanometer mirror 3 sent from the controller 9, and in ST7, the incident angle of the illumination light to the sample and the intensity at the center of the line image. Is recorded, and in ST8, it is determined whether or not the incident angle of the illumination light to the sample O with respect to the sample O is a predetermined maximum incident angle, and the incident angle of the illumination light to the sample is determined in advance. If it is not the determined maximum incident angle, in ST9, the galvanomirror 3 is driven to increase the incident angle of the illumination light on the sample surface,
Steps ST3 to ST8 are repeated, and the galvanomirror 3 is driven until the angle of incidence of the illumination light on the sample O reaches a predetermined maximum value, thereby enlarging the sample O while changing the angle of incidence of the illumination light on the sample O. Take an image. After the driving of the galvanometer mirror 3 by the controller 9 is completed, in ST10,
Arithmetic unit 10 calculates the correlation between the angle of incidence of illumination light on sample O and the intensity of the center of the line image in the magnified image, and calculates the line width from the previously determined relationship between the correlation and the line width in ST11. Then, the result is displayed on the monitor 11.

【0048】本実施例によれば、ガルバノミラー3によ
り照明光の標本Oへの入射角度を変えるようにしたの
で、照明光の標本Oへの入射角度を高速に変えることが
でき、また、照明光を対物レンズ6を通して同軸落射的
に標本Oに照明するようにしたので、常に0≦|s|<
1の範囲で照明光の標本Oへの入射角度を変えることが
できる利点がある。前述のように、暗線を測定する場合
には、|s|<1の条件(すなわち、同軸落射照明)で
なければ、x=0において像強度が0になるような条件
が得られないため、暗線の測定においては、同軸落射照
明は必要不可欠となる。なお、入射角度可変手段とし
て、上記ガルバノミラー3の代わりにポリゴンミラーを
用いることももちろん可能である。
According to the present embodiment, the angle of incidence of the illumination light on the sample O is changed by the galvanomirror 3, so that the angle of incidence of the illumination light on the sample O can be changed at a high speed. Since the sample O is illuminated coaxially with the light through the objective lens 6, 0 ≦ | s | <
There is an advantage that the angle of incidence of the illumination light on the sample O can be changed in the range of 1. As described above, when measuring a dark line, a condition that the image intensity becomes 0 at x = 0 cannot be obtained unless | s | <1 (that is, coaxial incident illumination). In measurement of dark lines, coaxial epi-illumination is indispensable. Incidentally, it is of course possible to use a polygon mirror instead of the galvanometer mirror 3 as the incident angle variable means.

【0049】本発明による第2実施例の形状測定装置
は、図4に示すごとく、レーザ光源1と、レーザ光源1
から発せられたコヒーレントなビームの径を拡張するビ
ームエキスパンダ2と、ビームエキスパンダ2によって
拡張されたコヒーレントビームを角度可変に偏向するガ
ルバノミラー3と、ガルバノミラー3からのビームを集
光する瞳集光レンズ4と、瞳集光レンズ4からの収束光
の一部を観察光路12と、他の一部を参照光路13に分
割すると共に、観察光路12及び参照光路13からの光
線を合成する光線分割合成器5’と、その収束光の観察
光路12上における収束位置に後側焦点位置を一致させ
て配置されると共に、標本Oの拡大像を無限遠方に生成
する対物レンズ6と、その収束光の参照光路13上にお
ける収束位置に後側焦点位置を一致させて配置されてお
り、対物レンズ6と光学的に同等な参照レンズ14と、
参照レンズ14の前側焦点位置に配置された参照鏡15
と、参照鏡15に接続され参照鏡15を光軸方向に移動
することにより、観察光路12と参照光路13の光路長
差を調節する光路長調節装置16と、対物レンズ6によ
って無限遠方に生成された標本Oの拡大像を有限の位置
に結像する結像レンズ7と、結像レンズ7によって生成
された標本Oの拡大像を撮像する撮像装置8と、ガルバ
ノミラー3及び撮像装置8及び光路長調節装置16と電
気的に接続されたコントローラ9と、コントローラ9に
電気的に接続された演算装置10と、演算装置10と電
気的に接続されたモニタ11とからなる。
A shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention comprises a laser light source 1 and a laser light source 1 as shown in FIG.
A beam expander 2 for expanding the diameter of a coherent beam emitted from the optical system, a galvanomirror 3 for deflecting the coherent beam expanded by the beam expander 2 at a variable angle, and a pupil for condensing the beam from the galvanomirror 3 A part of the convergent light from the condenser lens 4 and the pupil condenser lens 4 is divided into an observation optical path 12 and the other part is divided into a reference optical path 13 and light rays from the observation optical path 12 and the reference optical path 13 are combined. A beam splitter / synthesizer 5 ′, an objective lens 6 that is arranged so that the rear focal position coincides with the convergent position of the convergent light on the observation optical path 12, and generates an enlarged image of the sample O at infinity; A reference lens 14 that is disposed so that the rear focal point position coincides with the convergence position of the convergent light on the reference optical path 13 and is optically equivalent to the objective lens 6;
Reference mirror 15 disposed at the front focal position of reference lens 14
And an optical path length adjusting device 16 that is connected to the reference mirror 15 and moves the reference mirror 15 in the optical axis direction to adjust the optical path length difference between the observation optical path 12 and the reference optical path 13, and is generated at infinity by the objective lens 6. An imaging lens 7 that forms an enlarged image of the sample O at a finite position, an imaging device 8 that captures an enlarged image of the sample O generated by the imaging lens 7, a galvanomirror 3, an imaging device 8, and It comprises a controller 9 electrically connected to the optical path length adjusting device 16, an arithmetic unit 10 electrically connected to the controller 9, and a monitor 11 electrically connected to the arithmetic unit 10.

【0050】このような装置において、レーザ光源1よ
り発せられたコヒーレントなビームは、ビームエキスパ
ンダ2により径を拡げられ、ガルバノミラー3で偏向さ
れ、瞳集光レンズ4で収束光になった後、光線分割合成
器5’により観察光路12及び参照光路13に分割され
る。観察光路12に分割された収束光は、対物レンズ6
の後側焦点位置に集光し、標本O上に平行光となって入
射する。一方、参照光路13に分割された収束光は、参
照レンズ14の後側焦点位置に集光し、参照鏡15に平
行光となって入射する。ガルバノミラー3を振り、対物
レンズ6の射出瞳位置におけるビームの集光位置を変え
ることにより、照明光の標本Oへの入射角度を調節でき
る。
In such an apparatus, the coherent beam emitted from the laser light source 1 is expanded in diameter by the beam expander 2, deflected by the galvanomirror 3, and turned into convergent light by the pupil condensing lens 4. Are divided into an observation light path 12 and a reference light path 13 by a light beam splitter / combiner 5 '. The convergent light split into the observation optical path 12 is
Is condensed at the rear focal position, and is incident on the sample O as parallel light. On the other hand, the convergent light split into the reference optical path 13 is condensed at the rear focal position of the reference lens 14 and enters the reference mirror 15 as parallel light. The angle of incidence of the illumination light on the sample O can be adjusted by swinging the galvanometer mirror 3 and changing the beam condensing position at the exit pupil position of the objective lens 6.

【0051】標本O及び参照鏡15で反射された光束
は、それぞれ対物レンズ6及び参照レンズ14を通り、
光線分割結合器5’により再び合成され、結像レンズ7
により撮像装置8上に標本像と参照波面による干渉像を
形成する。
The light beam reflected by the specimen O and the reference mirror 15 passes through the objective lens 6 and the reference lens 14, respectively.
The light is split again by the beam splitter / combiner 5 'and the image forming lens 7
To form an interference image by the sample image and the reference wavefront on the imaging device 8.

【0052】コントローラ9は、光路長調節装置16を
駆動することにより標本像と参照波面の位相差を変えな
がら干渉像を撮像し、光路長調節装置16による参照鏡
15の移動量と干渉像は演算装置10に送られる。演算
装置10では、5バケット法に代表されるフリンジスキ
ャン方法を用いて標本像の位相分布を算出する。
The controller 9 drives the optical path length adjusting device 16 to capture an interference image while changing the phase difference between the sample image and the reference wavefront. The amount of movement of the reference mirror 15 by the optical path length adjusting device 16 and the interference image are obtained. It is sent to the arithmetic unit 10. The arithmetic device 10 calculates the phase distribution of the sample image using a fringe scan method represented by the five bucket method.

【0053】さらに、コントローラ9によってガルバノ
ミラー3を駆動し、標本O上の照明光の入射角度を変え
ながら、演算装置10により標本像の位相分布を算出す
る。ガルバノミラー3の偏向角度情報は、コントローラ
9を介して演算装置10に送られる。演算装置10で
は、干渉像をモニタ11に表示すると共に、ガルバノミ
ラー3の偏向角度情報より標本O上での照明光の入射角
度を算出し、干渉像の特定部分の位相分布と共に記憶す
る。コントローラ9により一通りガルバノミラー3の走
査が終了した後、演算装置10は記憶した照明光の入射
角度と干渉像の特定部分の位相分布との相関を算出し、
予め計算あるいは経験等により得られた標本形状とその
相関との関係を用いて、標本形状を算出し、その結果を
モニタ11に表示する。
Further, the galvanomirror 3 is driven by the controller 9, and the arithmetic device 10 calculates the phase distribution of the sample image while changing the incident angle of the illumination light on the sample O. The deflection angle information of the galvanomirror 3 is sent to the arithmetic unit 10 via the controller 9. The arithmetic unit 10 displays the interference image on the monitor 11, calculates the incident angle of the illumination light on the sample O from the deflection angle information of the galvanometer mirror 3, and stores the calculated angle together with the phase distribution of a specific portion of the interference image. After the controller 9 completes the scanning of the galvanometer mirror 3, the arithmetic unit 10 calculates the correlation between the stored incident angle of the illumination light and the phase distribution of a specific portion of the interference image,
The sample shape is calculated using the relationship between the sample shape and the correlation obtained in advance by calculation or experience, and the result is displayed on the monitor 11.

【0054】本実施例における線幅の測定手順のフロー
チャートを図5、図6を用いて説明する。標本Oの線幅
がある程度太ければ、それは線幅の中心における位相分
布に特異点が発生するときの照明光の標本Oへの入射角
度より測定できる。その手順は、図5に示すごとく、測
定者は、ST1において、標本Oをモニタ11を見なが
ら測定対象となる線が拡大像視野中心付近に入るように
セットし、ST2において、ガルバノミラー3を操作し
て、予め測定される線像の中心における位相分布に特異
点が発生する照明光の入射角度に設定してから、コント
ローラ9に測定開始の信号を送る。ST3において、標
本Oの拡大像の撮像を開始する。次いで、ST4におい
て、コントローラ9は、光路長調節装置16を駆動して
参照鏡15を移動させながらフリンジスキャンを行い、
標本Oの位相像を算出する。ST5において、線像中心
近辺における位相分布を抽出する。ST6において、そ
の位相分布に位相特異点があるか否かを判定し、算出さ
れた位相像において線像の中心に位相特異点がなけれ
ば、ST7において、ガルバノミラー3を駆動し、照明
光の標本面への入射角を変更して、上記ST3〜6を繰
り返し、撮像された線像の中心に位相特異点が発生した
時点でガルバノミラー3の駆動を中止し、ST8におい
て、そのときのガルバノミラー3の偏向角度を演算装置
10に送る。ST9において、演算装置10はコントロ
ーラ9より送られたガルバノミラー3の偏向角度より照
明光の標本への入射角度を算出し、ST10において、
予め求められていたその入射角度の線幅との相関より線
幅を算出して、その結果をモニタ11に表示する。
A flowchart of the procedure for measuring the line width in the present embodiment will be described with reference to FIGS. If the line width of the sample O is large to some extent, it can be measured from the angle of incidence of the illumination light on the sample O when a singular point occurs in the phase distribution at the center of the line width. As shown in FIG. 5, the procedure is as follows. In ST1, the measurer sets the sample O so that the line to be measured enters the vicinity of the center of the enlarged image visual field while watching the monitor 11, and in ST2, the galvanometer mirror 3 is moved. The operation is set to the incident angle of the illumination light at which a singular point occurs in the phase distribution at the center of the line image measured in advance, and then a signal to start measurement is sent to the controller 9. In ST3, imaging of an enlarged image of the specimen O is started. Next, in ST4, the controller 9 performs a fringe scan while driving the optical path length adjusting device 16 to move the reference mirror 15, and
A phase image of the sample O is calculated. In ST5, a phase distribution near the center of the line image is extracted. In ST6, it is determined whether or not there is a phase singular point in the phase distribution. If there is no phase singular point at the center of the line image in the calculated phase image, in ST7, the galvanomirror 3 is driven and the illumination light The angles of incidence on the sample surface are changed, and the above ST3 to ST6 are repeated. When the phase singular point occurs at the center of the captured line image, the driving of the galvanometer mirror 3 is stopped. The deflection angle of the mirror 3 is sent to the arithmetic unit 10. In ST9, the arithmetic unit 10 calculates the incident angle of the illumination light on the sample from the deflection angle of the galvanometer mirror 3 sent from the controller 9, and in ST10,
The line width is calculated from the correlation between the line width of the incident angle and the line width determined in advance, and the result is displayed on the monitor 11.

【0055】標本Oの線幅がある程度細く、線幅の中心
における干渉像において位相分布に特異点が発生するこ
とがなければ、照明光の標本Oへの入射角度と線像の位
相分布との相関より線幅が測定できる。その手順は、図
6に示すごとく、測定者は、ST1において、標本Oを
モニタ11を見ながら測定対象となる線が拡大像視野中
心付近に入るようにセットし、コントローラ9に測定開
始の信号を送る。ST2において、コントローラ9は、
まずガルバノミラー3の偏向角度を調節して照明光の標
本Oへの入射角度が0になるようにして、ST3におい
て、標本Oの干渉像の撮像を開始する。次いで、ST4
において、コントローラ9は、光路長調節装置16を駆
動して参照鏡15を移動させながらフリンジスキャンを
行い、標本Oの位相分布を算出する。ST5において、
線像中心近辺における位相勾配を抽出し、ST6におい
て、そのときのガルバノミラー3の偏向角度を演算装置
10に送る。ST7において、演算装置10はコントロ
ーラ9より送られたガルバノミラー3の偏向角度より照
明光の標本への入射角度を算出し、ST8において、照
明光の標本への入射角度と線像中心近辺における位相勾
配を記録し、ST9において、照明光が標本Oに対して
照明光の標本への入射角が予め決められた最大入射角で
あるか否かを判定し、照明光の標本への入射角が予め決
められた最大入射角でなければ、ST10において、ガ
ルバノミラー3を駆動し、照明光の標本面への入射角を
増やして、上記ST3〜9を繰り返し、照明光の標本O
への入射角が予め決められた最大値となるまでガルバノ
ミラー3を駆動して、照明光の標本Oへの入射角を変え
ながら標本Oの干渉像を撮像して行く。コントローラ9
によるガルバノミラー3の駆動が終了した後、ST11
において、演算装置10は照明光の標本への入射角度と
干渉像における線像中心近辺の位相勾配との相関を算出
し、ST12において、予め求められていたその相関と
線幅との関係から線幅を算出して、その結果をモニタ1
1に表示する。
If the line width of the sample O is small to some extent and no singular point occurs in the phase distribution in the interference image at the center of the line width, the angle between the incident angle of the illumination light to the sample O and the phase distribution of the line image is determined. The line width can be measured from the correlation. As shown in FIG. 6, the measurer sets the sample O in ST1 so that the line to be measured enters the vicinity of the center of the enlarged image field of view while watching the monitor 11, and sends a measurement start signal to the controller 9. Send. In ST2, the controller 9
First, the deflection angle of the galvanometer mirror 3 is adjusted so that the angle of incidence of the illumination light on the sample O becomes 0, and the imaging of the interference image of the sample O is started in ST3. Next, ST4
In, the controller 9 performs a fringe scan while driving the optical path length adjusting device 16 to move the reference mirror 15, and calculates the phase distribution of the sample O. In ST5,
The phase gradient near the center of the line image is extracted, and the deflection angle of the galvanomirror 3 at that time is sent to the arithmetic unit 10 in ST6. In ST7, the arithmetic unit 10 calculates the incidence angle of the illumination light on the sample from the deflection angle of the galvanometer mirror 3 sent from the controller 9, and in ST8, the incidence angle of the illumination light on the sample and the phase near the center of the line image. The gradient is recorded, and in ST9, it is determined whether the incident angle of the illumination light to the sample O with respect to the sample O is a predetermined maximum incident angle, and the incident angle of the illumination light to the sample is determined. If it is not the predetermined maximum incident angle, in ST10, the galvanomirror 3 is driven to increase the incident angle of the illumination light on the sample surface, and the above ST3 to ST9 are repeated to repeat the illumination light sample O
The galvanomirror 3 is driven until the angle of incidence on the sample O reaches a predetermined maximum value, and an interference image of the sample O is captured while changing the angle of incidence of the illumination light on the sample O. Controller 9
ST11 after the driving of the galvanometer mirror 3 by the
, The arithmetic unit 10 calculates the correlation between the angle of incidence of the illumination light on the sample and the phase gradient near the center of the line image in the interference image, and calculates the line based on the relationship between the correlation and the line width determined in advance in ST12. Calculate the width and monitor the result on monitor 1
1 is displayed.

【0056】本実施例によれば、干渉像の位相分布によ
り線幅を測定するようにしたので、光源の出力変動によ
る影響をなくすことができ、安定した計測ができる利点
がある。なお、干渉計として、上記リニークタイプの干
渉計を用いる代わりに、マイケルソンタイプ又はミロー
タイプ又はノマルスキータイプの干渉計を用いても、上
記の目的を達成できることは明らかである。
According to the present embodiment, the line width is measured based on the phase distribution of the interference image, so that there is an advantage that the influence of the output fluctuation of the light source can be eliminated and stable measurement can be performed. It is apparent that the above object can be achieved by using a Michelson-type, a Millow-type, or a Nomarski-type interferometer instead of using the above-mentioned linear-type interferometer.

【0057】以上に線幅測定の例のみあげてきたが、照
明光の標本への入射角度と像特性との相関が取れるもの
であれば、本発明はこれに限るものではないことは明ら
かである。
Although only an example of line width measurement has been described above, it is apparent that the present invention is not limited to this as long as the correlation between the angle of incidence of the illumination light on the sample and the image characteristics can be obtained. is there.

【0058】本発明による第3実施例は、図7に示すご
とく、レーザ光源1とビームエキスパンダ2とが一体に
形成され、標本に対し入射角度可変に照明することが可
能な照明ユニット17と、標本Oの拡大像を生成する対
物レンズ6と、対物レンズ6によって生成された標本の
拡大像を撮像する撮像装置8と、照明ユニット17及び
撮像装置8と電気的に接続されたコントローラ9と、コ
ントローラ9に電気的に接続された演算装置10と、演
算装置10と電気的に接続されたモニタ11とからな
る。
In the third embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 7, a laser light source 1 and a beam expander 2 are integrally formed, and an illumination unit 17 capable of illuminating a specimen at variable incident angles is provided. An objective lens 6 for generating an enlarged image of the sample O, an imaging device 8 for capturing an enlarged image of the sample generated by the objective lens 6, a controller 9 electrically connected to the illumination unit 17 and the imaging device 8, , An arithmetic unit 10 electrically connected to the controller 9, and a monitor 11 electrically connected to the arithmetic unit 10.

【0059】このような装置において、ビームエキスパ
ンダ2は、レーザ光源1より発したコヒーレントな光束
の径を拡げ、標本Oを照明する平行光とする。そのレー
ザ光源1とビームエキスパンダ2が一体となった照明ユ
ニット17は、コントローラ9によって入射角度可変に
標本Oを照明できるように、標本Oの観察位置を中心に
回転可能なように構成されている。コントローラ9は、
照明ユニット17を動かし、照明光の標本Oへの入射角
度を変えながら、撮像装置8により標本Oの拡大像を撮
像し、照明光の各入射角度とそのときの拡大像を演算装
置10に引き渡す。演算装置10は、照明光の入射角度
と標本Oの特定部分の像強度分布の相関より標本Oの形
状を算出し、その結果をモニタ11に表示する。
In such an apparatus, the beam expander 2 expands the diameter of the coherent light beam emitted from the laser light source 1 and converts the beam into parallel light for illuminating the sample O. The illumination unit 17 in which the laser light source 1 and the beam expander 2 are integrated is configured to be rotatable about the observation position of the sample O so that the controller 9 can illuminate the sample O at a variable incident angle. I have. The controller 9
The imaging unit 8 captures an enlarged image of the sample O while moving the illumination unit 17 to change the angle of incidence of the illumination light on the sample O, and delivers each angle of incidence of the illumination light and the enlarged image at that time to the arithmetic unit 10. . The arithmetic unit 10 calculates the shape of the sample O from the correlation between the incident angle of the illumination light and the image intensity distribution of a specific portion of the sample O, and displays the result on the monitor 11.

【0060】本実施例においては、対物レンズ6の開口
数に関わらず、照明光の標本Oへの入射角度が大きく取
れるのが利点である。すなわち、標本Oの形状等によっ
て対物レンズ6の作動距離を長く取らなければならない
ような場合、開口数の小さい対物レンズ6を用いなけれ
ばならない。しかしながら、本実施例のように軸外落射
であれば、対物レンズ6の開口数に関わりなく、照明光
の入射角を大きくすることができる。例えば、標本の2
点間の位相差は、照明光の標本への入射角度で決まるの
で、このように照明光の標本Oへの入射角度を大きく取
れると、対物レンズ6の解像よりも小さな2点の間隔を
精度良く測定することが可能になる。
In this embodiment, it is advantageous that the incident angle of the illumination light to the sample O can be made large irrespective of the numerical aperture of the objective lens 6. That is, when the working distance of the objective lens 6 needs to be long depending on the shape of the sample O or the like, the objective lens 6 having a small numerical aperture must be used. However, if the incident light is off-axis as in the present embodiment, the incident angle of the illumination light can be increased regardless of the numerical aperture of the objective lens 6. For example, sample 2
Since the phase difference between the points is determined by the angle of incidence of the illumination light on the sample O, if the angle of incidence of the illumination light on the sample O is increased, the interval between the two points smaller than the resolution of the objective lens 6 is reduced. It is possible to measure with high accuracy.

【0061】なお、本実施例の構成に干渉計を組み合わ
せ、標本像の強度分布の代わりに位相分布を用いても、
標本Oの形状に関連する情報を求めることができること
は、今までの説明より明らかである。
It should be noted that, even if an interferometer is combined with the configuration of the present embodiment, and a phase distribution is used instead of the intensity distribution of the sample image,
It is clear from the above description that information relating to the shape of the specimen O can be obtained.

【0062】以上の本発明の形状測定方法及び形状測定
器は例えば次のように構成することができる。 〔1〕 光源からの照明光の標本への入射角度が可変で
あり、前記標本の拡大像を撮像し、前記照明光の前記標
本への入射角度と、前記拡大像における前記標本の形状
より定まる所定の位置での像特性との相関を求め、前記
相関より前記標本の形状に関連する情報を求めることを
特徴とする形状測定方法。
The shape measuring method and the shape measuring instrument of the present invention described above can be constituted, for example, as follows. [1] The incident angle of the illumination light from the light source to the sample is variable, an enlarged image of the sample is taken, and determined by the incident angle of the illumination light to the sample and the shape of the sample in the enlarged image. A shape measurement method comprising: obtaining a correlation with an image characteristic at a predetermined position; and obtaining information relating to the shape of the sample from the correlation.

【0063】〔2〕 前記像特性とは、像の強度である
ことを特徴とする上記〔1〕記載の形状測定方法。
[2] The shape measuring method according to the above [1], wherein the image characteristic is an image intensity.

【0064】〔3〕 前記入射角度に対する前記所定の
位置での強度の変化率より前記標本の形状に関連する情
報を求めることを特徴とする上記〔2〕記載の形状測定
方法。
[3] The shape measuring method according to the above [2], wherein information relating to the shape of the sample is obtained from a rate of change of intensity at the predetermined position with respect to the incident angle.

【0065】〔4〕 前記所定の位置での強度が最小と
なるときの前記入射角度より前記標本の形状に関連する
情報を求めることを特徴とする上記〔2〕記載の形状測
定方法。
[4] The shape measuring method according to [2], wherein information related to the shape of the sample is obtained from the incident angle when the intensity at the predetermined position is minimum.

【0066】〔5〕 前記像特性とは、像の位相分布で
あることを特徴とする上記〔1〕記載の形状測定方法。
[5] The shape measuring method according to [1], wherein the image characteristic is a phase distribution of an image.

【0067】〔6〕 前記入射角度に対する前記所定の
位置での位相勾配の変化率より前記標本の形状に関連す
る情報を求めることを特徴とする上記〔5〕記載の形状
測定方法。
[6] The shape measuring method according to [5], wherein information related to the shape of the sample is obtained from a rate of change of the phase gradient at the predetermined position with respect to the incident angle.

【0068】〔7〕 前記所定の位置での位相勾配が最
大となるときの前記入射角度より前記標本の形状に関連
する情報を求めることを特徴とする上記〔5〕記載の形
状測定方法。
[7] The shape measuring method according to the above [5], wherein information related to the shape of the sample is obtained from the incident angle when the phase gradient at the predetermined position is maximum.

【0069】〔8〕 前記標本は少なくとも隣接した2
つの輝点あるいは2本の輝線を含み、前記入射角度と前
記拡大像における前記2つの輝点あるいは2本の輝線の
像の中間部分の像特性との相関より、前記輝点あるいは
輝線の間隔を測定することを特徴とする上記〔1〕から
〔7〕の何れか1項記載の形状測定方法。
[8] The sample is at least two adjacent
One bright point or two bright lines, and based on a correlation between the incident angle and an image characteristic of an intermediate portion between the two bright points or two bright lines in the enlarged image, the distance between the bright points or the bright lines is determined. The shape measuring method according to any one of the above [1] to [7], wherein the shape is measured.

【0070】[0070]

〔9〕 前記標本は少なくとも1本の暗線
を含み、前記入射角度と前記拡大像における前記暗線の
像の中心部分の像特性との相関より、前記暗線の線幅を
測定することを特徴とする上記〔1〕から〔7〕の何れ
か1項記載の形状測定方法。
[9] The sample includes at least one dark line, and a line width of the dark line is measured from a correlation between the incident angle and an image characteristic of a central portion of the image of the dark line in the enlarged image. The shape measuring method according to any one of the above [1] to [7].

【0071】〔10〕 光源手段と、前記光源手段から
の照明光をある入射角度をもって標本に導くための照明
光学系と、前記入射角度を変化させる入射角度可変手段
と、前記標本の拡大像を生成する拡大光学系と、前記拡
大光学系により生成された前記標本の拡大像を撮像する
撮像手段と、前記入射角度と前記拡大像における前記標
本の形状より定まる所定の位置での像特性との相関よ
り、前記標本の形状に関連する情報を求める演算手段と
を備えることを特徴とする形状測定器。
[10] Light source means, an illumination optical system for guiding illumination light from the light source means to the sample at a certain incident angle, an incident angle variable means for changing the incident angle, and an enlarged image of the sample. A magnifying optical system to generate, imaging means for imaging a magnified image of the sample generated by the magnifying optical system, and image characteristics at a predetermined position determined by the incident angle and the shape of the sample in the magnified image. Calculating means for obtaining information related to the shape of the sample from the correlation.

【0072】〔11〕 前記演算手段は、前記入射角度
と前記所定の位置での像の強度との相関より、前記標本
の形状に関連する情報を求めることを特徴とする上記
〔10〕記載の形状測定器。
[11] The arithmetic unit according to [10], wherein information relating to the shape of the sample is obtained from a correlation between the incident angle and the intensity of the image at the predetermined position. Shape measuring instrument.

【0073】〔12〕 前記演算手段は、前記入射角度
に対する前記所定の位置での強度の変化率より、前記標
本の形状に関連する情報を求めることを特徴とする上記
〔11〕記載の形状測定器。
[12] The shape measurement according to the above [11], wherein the calculating means obtains information related to the shape of the sample from a rate of change in intensity at the predetermined position with respect to the incident angle. vessel.

【0074】〔13〕 前記演算手段は、前記所定の位
置での強度が最小となるときの前記入射角度より、前記
標本の形状に関連する情報を求めることを特徴とする上
記〔11〕記載の形状測定器。
[13] The arithmetic unit according to [11], wherein the calculating means obtains information related to the shape of the sample from the incident angle at which the intensity at the predetermined position is minimum. Shape measuring instrument.

【0075】〔14〕 前記演算手段は、前記入射角度
と前記所定の位置での像の位相分布との相関より、前記
標本の形状に関連する情報を求めることを特徴とする上
記〔10〕記載の形状測定器。
[14] The above-mentioned [10], wherein the calculating means obtains information relating to the shape of the sample from the correlation between the incident angle and the phase distribution of the image at the predetermined position. Shape measuring instrument.

【0076】〔15〕 前記演算手段は、前記入射角度
に対する前記所定の位置での位相勾配の変化率より、前
記標本の形状に関連する情報を求めることを特徴とする
上記〔14〕記載の形状測定器。
[15] The shape according to [14], wherein the calculating means obtains information related to the shape of the sample from a change rate of a phase gradient at the predetermined position with respect to the incident angle. Measuring instrument.

【0077】〔16〕 前記演算手段は、前記所定の位
置での位相勾配が最大となるときの前記入射角度より、
前記標本の形状に関連する情報を求めることを特徴とす
る上記〔14〕記載の形状測定器。
[16] The calculating means calculates the angle of incidence at the time when the phase gradient at the predetermined position becomes the maximum.
The shape measuring device according to the above [14], wherein information related to the shape of the sample is obtained.

【0078】〔17〕 前記光源手段は、レーザ光源で
あることを特徴とする上記〔10〕から〔16〕の何れ
か1項記載の形状測定器。
[17] The shape measuring instrument according to any one of [10] to [16], wherein the light source means is a laser light source.

【0079】〔18〕 前記照明光学系は、前記光源手
段より発した前記照明光を前記拡大光学系の射出瞳位置
又はそれに共役な位置に収束させる瞳集光レンズを含む
ことを特徴とする上記〔10〕から〔17〕の何れか1
項記載の形状測定器。
[18] The illumination optical system includes a pupil condensing lens for converging the illumination light emitted from the light source means to an exit pupil position of the magnifying optical system or a position conjugate thereto. Any one of [10] to [17]
Item.

【0080】〔19〕 干渉計を用い、前記撮像手段上
に前記位相分布に対応した干渉画像を生成することを特
徴とする上記〔10〕から〔18〕の何れか1項記載の
形状測定器。
[19] The shape measuring instrument according to any one of [10] to [18], wherein an interference image corresponding to the phase distribution is generated on the imaging means using an interferometer. .

【0081】〔20〕 前記干渉計における分割された
2つの光路の光路長差を調節する光路長差調節手段を備
え、前記光路長差調節手段は、前記光路長差調節手段を
駆動してフリンジスキャンを行う制御装置に接続されて
いることを特徴とする上記〔19〕記載の形状測定器。
[20] An optical path length difference adjusting means for adjusting the optical path length difference between the two divided optical paths in the interferometer is provided, and the optical path length difference adjusting means drives the optical path length difference adjusting means to produce a fringe. The shape measuring device according to the above [19], wherein the shape measuring device is connected to a control device for performing scanning.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の形状測定方法及び形状測定器を用いれば、レーリーの
限界よりも小さな構造物の寸法を精度良く測定できるよ
うになる。
As is apparent from the above description, the use of the shape measuring method and the shape measuring instrument of the present invention makes it possible to accurately measure the dimensions of a structure smaller than the Rayleigh limit.

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

【図1】本発明による第1実施例の形状測定装置の構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例における線幅の測定手順を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure for measuring a line width in the first embodiment.

【図3】第1実施例における線幅の別の測定手順を示す
フローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing another procedure for measuring a line width in the first embodiment.

【図4】本発明による第2実施例の形状測定装置の構成
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図5】第2実施例における線幅の測定手順を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for measuring a line width in the second embodiment.

【図6】第2実施例における線幅の別の測定手順を示す
フローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing another measurement procedure of the line width in the second embodiment.

【図7】本発明による第3実施例の形状測定装置の構成
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の形状測定の基本原理を説明するための
図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the basic principle of shape measurement according to the present invention.

【図9】2点間の位相差δφによる2点像の変化を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change of a two-point image due to a phase difference δφ between two points.

【図10】位相差δφと像位相分布の関係を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference δφ and an image phase distribution.

【図11】本発明の暗線の線幅を測定する原理を説明す
るための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of measuring the line width of a dark line according to the present invention.

【図12】暗線中心における像強度が0になるときの規
格化された暗線の間隔d’と規格化された照明光の入射
角度s0 との関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a relationship between a normalized dark line interval d ′ when the image intensity at the center of the dark line is 0 and a normalized incident angle s 0 of illumination light.

【図13】入射角度に関するパラメータsと暗線中間に
おける位相勾配との関係を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a parameter s relating to an incident angle and a phase gradient in the middle of a dark line.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

O…標本 1…レーザ光源 2…ビームエキスパンダ 3…ガルバノミラー 4…瞳集光レンズ 5…光路分割器 5’…光線分割合成器 6…対物レンズ 7…結像レンズ 8…撮像装置 9…コントローラ 10…演算装置 11…モニタ 12…観察光路 13…参照光路 14…参照レンズ 15…参照鏡 16…光路長調節装置 17…照明ユニット O ... Sample 1 ... Laser light source 2 ... Beam expander 3 ... Galvanometer mirror 4 ... Pupil condensing lens 5 ... Optical path splitter 5 '... Light beam splitter / synthesizer 6 ... Objective lens 7 ... Imaging lens 8 ... Imaging device 9 ... Controller Reference Signs List 10 arithmetic unit 11 monitor 12 observation optical path 13 reference optical path 14 reference lens 15 reference mirror 16 optical path length adjusting device 17 illumination unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの照明光の標本への入射角度が
可変であり、前記標本の拡大像を撮像し、前記照明光の
前記標本への入射角度と、前記拡大像における前記標本
の形状より定まる所定の位置での像特性との相関を求
め、前記相関より前記標本の形状に関連する情報を求め
ることを特徴とする形状測定方法。
An incident angle of illumination light from a light source to a sample is variable, an enlarged image of the sample is captured, and an angle of incidence of the illumination light on the sample and a shape of the sample in the enlarged image. A shape measurement method comprising: obtaining a correlation with an image characteristic at a predetermined position that is determined; and obtaining information related to the shape of the sample from the correlation.
【請求項2】 光源手段と、前記光源手段からの照明光
をある入射角度をもって標本に導くための照明光学系
と、前記入射角度を変化させる入射角度可変手段と、前
記標本の拡大像を生成する拡大光学系と、前記拡大光学
系により生成された前記標本の拡大像を撮像する撮像手
段と、前記入射角度と前記拡大像における前記標本の形
状より定まる所定の位置での像特性との相関より、前記
標本の形状に関連する情報を求める演算手段とを備える
ことを特徴とする形状測定器。
2. A light source means, an illumination optical system for guiding illumination light from the light source means to a sample at a certain incident angle, an incident angle variable means for changing the incident angle, and generating an enlarged image of the sample. A magnifying optical system, imaging means for taking a magnified image of the specimen generated by the magnifying optical system, and a correlation between the incident angle and image characteristics at a predetermined position determined by the shape of the specimen in the magnified image. And a calculating means for obtaining information related to the shape of the sample.
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WO2022162893A1 (en) * 2021-01-29 2022-08-04 株式会社ニコン Machine tool, optical systems, and measuring device

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