JPH1183457A - スペクトル干渉顕微鏡及び該顕微鏡を用いた表面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の大型化及び複雑化を伴うことがなく安
価であると共に、操作が容易で、高い分解能が得られる
こと。 【解決手段】 光源４からの出射光をビームスプリッタ
５で分割して試料面２ａと参照面３ａとに照射すると共
に前記両面でそれぞれ反射する反射光の重ね合わせによ
り複数の干渉縞を形成する干渉計光学系Ａと、前記干渉
縞を光学顕微鏡８を介して光検出器９で観察する顕微鏡
光学系Ｂとを備えたスペクトル干渉顕微鏡１において、
干渉計光学系Ａが、光源４として白色光源を用いると共
に、該白色光源とビームスプリッタ５との間に白色光源
の発する光を電圧の変化により波長の異なる複数の単色
光に選択して出射することができる電圧制御可変波長フ
ィルタ６を設けて構成し、同フィルタ６の印加電圧を制
御して波長を走査した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、干渉計光学系と
顕微鏡光学系とを備えたスペクトル干渉顕微鏡及び該顕
微鏡を用いた表面形状測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】スペクトル干渉顕微鏡は、試料面の表面
状態を微細に検査・測定を行うために用いられるもので
あって、例えば半導体ウエハの測定や、マスク基板や磁
気ディスク等の塗膜の膜厚測定、さらには磁気ヘッドの
形状測定等を行うために用いられる。

【０００３】図１５は、従来の干渉顕微鏡又はスペクト
ル干渉顕微鏡１００の基本構造を示す。この基本構造は
光源１０１からの出射光をビームスプリッタ１０６で分
割して試料面１０２ａと参照面１０３ａとに反射させて
両反射光の重ね合わせにより複数の干渉縞を形成する干
渉計光学系Ｃと、前記干渉縞を光学顕微鏡１０４を介し
て光検出器１０５で観察する顕微鏡光学系Ｄとを備えて
構成されている。

【０００４】干渉計光学系Ｃは、所謂マイケルソン干渉
計で構成されており、光源１０１からの出射光はビーム
スプリッタ１０６で透過光と反射光とに２分割され、透
過光は参照ミラー１０３の参照面１０３ａ及び反射光は
被測定物１０２の試料面１０２ａでそれぞれ反射されて
再びビームスプリッタ１０６で合波されて光学顕微鏡１
０４に入射するようになっている。顕微鏡光学系Ｄでは
前記合波により生じた干渉縞を光学顕微鏡１０４を介し
て光検出器１０５で観察することになり、これにより解
像度の高い干渉縞の観察を行うことができるようになっ
ている。

【０００５】このような基本構造を有する従来の干渉顕
微鏡１００の内第１のものは、光源１０１としてＨｅ−
Ｎｅレーザが用いられており、出射光として６３２．８
ｎｍの単色光が得られるようになっており、かつ参照ミ
ラー１０３がミラー駆動部１０７を備えて光源１０１に
対して進退動可能（図１５中，ａ矢印方向）に取り付け
られて構成されている。これは、いわゆる位相シフト法
あるいは縞走査法と呼ばれる方法である。

【０００６】また第２のものは、光源１０１として白色
光源が用いられており、かつ参照ミラー１０３が前記し
た第１のものと同様に光源１０１に対して進退動可能に
取り付けられて構成されている。これは、いわゆる走査
白色干渉法あるいはコヒーレンスレーダーと呼ばれる方
法である。

【０００７】また第３のものは、光源１０１として波長
可変レーザダイオードが用いられており、かつ参照ミラ
ー１０３が固定的に取り付けられて構成されている。

【０００８】さらに第４のものは、光検出器１０５の前
にグレーティング（図示せず）を配置し、干渉縞の分光
スペクトルをグレーティングを介して光検出器１０５で
観察するように顕微鏡光学系Ｄを構成し、かつ光路中に
可動構造を持つミラーを挿入し、光軸を振ることができ
るように構成されている。このように光軸を可動構造に
したのは、グレーティングによる分光は一次元方向しか
行えないので、一次元スキャンの繰り返しによって二次
元情報を得るためである。

【０００９】このように構成された第１と第２の干渉顕
微鏡と第３と第４のスペクトル干渉顕微鏡１００は、干
渉縞の縞形状から被測定物１０２の試料面１０２ａに形
成されている凹凸に対応した位相差を求めて試料面１０
２ａの表面形状を観測することができる。

【００１０】これらに類似する技術は、特開平６−２７
３１１２号公報及び特公平８−３４４８号公報に開示さ
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の第
１と第２の干渉顕微鏡と第３と第４のスペクトル干渉顕
微鏡１００は、次のような課題を有している。

【００１２】すなわち第１のスペクトル干渉顕微鏡１０
０は、光源１０１の出射光が単色光であるので、図１６
で示す干渉縞ｍ〜ｕが得られたとしても被測定物１０２
の試料面１０２ａの段差ｘを挟む干渉縞ｍ〜ｑ群と干渉
縞ｒ〜ｕ群との関係が不明で、例えば干渉縞ｍと同じ高
さの干渉縞が干渉縞ｒ〜ｕ群の中のいずれの干渉縞に相
当するのか、あるいは相当する干渉縞がないのか判断で
きない。その上波長の整数倍の高低差をもつ場合、干渉
縞ｍ〜ｕが同一の明るさとなり、これにより隣り合う干
渉縞のいずれが高くいずれが低いのか区別できないので
波長より大きな高さは測定できない。さらにはミラー駆
動部１０７を必要とするので、装置の大型化及び複雑化
を招き、ひいては価格の高騰を招く。

【００１３】また第２の走査白色干渉顕微鏡１００は、
光源１０１として白色光源を用いたので、ビームスプリ
ッタ１０６と参照面１０３ａ及び試料面１０２ａとの各
光路長の差（光路差）Ｌ＝０の場合のみ干渉が生じ、こ
れにより参照ミラー１０３を駆動させて前記光路差Ｌを
変化させながら二次元像を測定することによって被測定
物１０２の試料面１０２ａの凹凸の分布を測定すること
ができる（この場合試料面１０２ａに段差があっても形
状を測定でき、かつ波長より大きな高さも測定できる）
が、ミラー駆動部１０７を必要とするので、装置の大型
化及び複雑化を招き、ひいては価格の高騰を招く。

【００１４】また第３の可変波長レーザーダイオードを
用いたスペクトル干渉顕微鏡１００は、参照ミラー１０
３を固定的にもうけるのでミラー駆動部１０７を不要と
するが、波長可変幅が狭いので分解能が低い。

【００１５】さらに第４のスペクトル干渉顕微鏡１００
は、二次元情報が一度では得られないので操作が面倒で
あるばかりで無く、グレーティングや光軸方向の変化の
ためのミラーなどの可動構造を必要とするので、装置の
大型化及び複雑化を招き、ひいては価格の高騰を招く。

【００１６】そこで、この発明は、装置の大型化及び複
雑化を伴うことがなく安価であると共に、操作が容易
で、高い分解能が得られるスペクトル干渉顕微鏡及び該
顕微鏡を用いた表面形状測定方法を提供することを目的
としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、光源からの出射光をビームスプ
リッタで分割して試料面と参照面とに照射すると共に前
記両面でそれぞれ反射する反射光の重ね合わせにより複
数の干渉縞を形成する干渉計光学系と、前記干渉縞を光
学顕微鏡を介して光検出器で観察する顕微鏡光学系とを
備えたスペクトル干渉顕微鏡において、前記干渉計光学
系が、前記光源として白色光源を用いると共に、該白色
光源と前記ビームスプリッタとの間に前記白色光源の発
する光を電圧の変化により波長の異なる複数の単色光に
選択して出射することができる電圧制御可変波長フィル
タを設けて構成されていることを特徴としている。

【００１８】このため請求項１記載の発明では、光源と
して白色光源を用いたのでブロードなスペクトルを有す
る出射光を得ることができると共に、この出射光を電圧
を変化させた電圧制御可変波長フィルタに入射させて連
続的に選択波長の変化する単色光として出射することが
できる。このように連続的に選択波長を変化させると干
渉縞の位置が連続的に変化するので、観測光の波長より
も大きな段差でもその高さを測定することができる。

【００１９】また、請求項２記載の発明は、請求項１に
記載のスペクトル干渉顕微鏡であって、前記電圧制御可
変波長フィルタが、透明電極を備えた液晶エタロンであ
ることを特徴としている。

【００２０】このため請求項２記載の発明では、液晶分
子が大きな誘電異方性を持っているために、液晶に印加
する電圧を変えて液晶の屈折率を変化させることにより
液晶エタロンを電圧制御可変波長フィルタとして機能さ
せることができる。

【００２１】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２に記載のスペクトル干渉顕微鏡であって、前記参照
面が、光の照射方向に対して傾動可能に設けられている
ことを特徴としている。

【００２２】このため請求項３記載の発明では、光の照
射方向に対して参照面を略垂直に配置することにより干
渉縞を検出することができ、かつ参照面を傾けて配置す
ることにより干渉縞を検出できないようにすることがで
きる。

【００２３】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか１項に記載のスペクトル干渉顕微鏡を用
いた表面形状測定方法であって、前記参照面を光の照射
方向に対して略垂直に配置すると共に前記電圧制御可変
波長フィルタの印加電圧を制御することにより波長を走
査して得た前記干渉縞の強度変化を示すスペクトル干渉
信号を前記光検出器の各画素について記録し、このスペ
クトル干渉信号をフーリェ変換して変換スペクトルを求
め、次いでこの変換スペクトルの特定ピークが有する波
数と光透過率との関係から波数と位相の直線関係を求
め、かつこの直線関係の傾きから高さを求め、この高さ
を全画素に亘って集計することにより前記試料面の凹凸
形状を測定することを特徴としている。

【００２４】このため請求項４記載の発明では、光検出
器の各画素について記録されるスペクトル干渉信号は試
料面の凹凸形状に対応した位相差をもつ光の干渉によっ
てできた干渉縞なので、このスペクトル干渉信号から各
画素毎の高さを求めることができ、この高さを全画素に
亘って集計することにより前記試料面の凹凸形状を測定
することができる。このときスペクトル干渉信号は電圧
制御可変波長フィルタの印加電圧の制御により波長を走
査して得られるものであるから、観測光の波長より大き
い段差が試料面の凹凸形状に存在していたとしてもその
高さを測定することができる。

【００２５】また、請求項５記載の発明は、請求項３に
記載のスペクトル干渉顕微鏡を用いた表面形状測定方法
であって、前記参照面を光の照射方向に対して略垂直に
配置すると共に前記電圧制御可変波長フィルタの印加電
圧を制御することにより波長を走査して得た前記干渉縞
の強度変化を示すスペクトル干渉信号を前記光検出器の
各画素について記録し、このスペクトル干渉信号をフー
リェ変換して第１の変換スペクトルを求め、かつ前記干
渉縞同志の間隔を前記光検出器の空間分解能より狭くな
るように前記参照面を光の照射方向に対して傾けて配置
して前記第１の変換スペクトルを求めたときと同様にし
て第２の変換スペクトルを求め、次に第１の変換スペク
トルから第２の変換スペクトルを差し引いて第３の変換
スペクトルを求め、この第３の変換スペクトルのピーク
データを逆フーリェ変換して求めた波数と光透過率との
関係から波数と位相の直線関係を求め、かつこの直線関
係の傾きから高さを求め、この高さを全画素に亘って集
計することにより前記試料面の凹凸形状を測定すること
を特徴としている。

【００２６】このため請求項５記載の発明では、第１の
変換スペクトルの基礎となるスペクトル干渉信号は光源
自身の分光特性によるスペクトル強度変化が低周波成分
として混入して観測され、かつ第２の変換スペクトルの
基礎となるスペクトル信号は試料面と参照面の間の光路
差による干渉効果を取り除いた光源自身の分光特性とし
て観測される。この光源自身の分光特性の低周波成分
は、前記光路差が小さい（観測光の波長程度）ときの測
定精度を下げる。このため第１の変換スペクトルから第
２の変換スペクトルを差し引いて第３の変換スペクトル
を求めることによって、光源自身の分光特性の低周波成
分を除くことができ、該スペクトルの特定ピークのピー
クデータを逆フーリェ変換することにより前記低周波成
分が関与しない前記干渉効果のみの波数と光透過率との
関係を求めることができ、これにより試料面の凹凸形状
を精度良く再現することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。

【００２８】図１は、本発明の一実施形態としてのスペ
クトル干渉顕微鏡１を示す。この顕微鏡１は、試料２の
試料面２ａと参照ミラー３の参照面３ａの間の光路差に
より干渉縞を形成する干渉計光学系Ａと、前記干渉縞を
観察する顕微鏡光学系Ｂとから大略構成されている。

【００２９】干渉計光学系Ａは、光源４，ビームスプリ
ッタ５，参照ミラー３及び試料２が所謂マイケルソン干
渉計で配列構成されており、かつ光源４とビームスプリ
ッタ５との間の光路７内に電圧制御可変波長フィルタ６
が配置されて全体構成されている。

【００３０】光源４としては、白熱電球，発光ダイオー
ド，赤外発光ダイオード，ハロゲンランプ等の波長につ
いてブロードなスペクトルを持つ白色光源であればいず
れも用い得るが本実施形態では発光ダイオードを用い
た。

【００３１】また電圧制御可変波長フィルタ６として
は、光源（白色光源）４の発する光を電圧の変化により
波長の異なる複数の単色光に選択して出射することがで
きるファブリペロー干渉計の原理に基づくフィルタであ
ればいずれも用い得るが本実施形態では透明電極を備え
た液晶エタロンを用いた。このフィルタ６は、図２に示
すようにガラス基板６１上に透明電極６２，誘電体ミラ
ー６３，液晶配向膜６４が積層形成され、液晶６５がサ
ンドイッチされた構造を持ち、両透明電極６２，６２間
に電圧を印加できるように構成されている。このように
構成されたフィルタ６は、液晶６５の液晶分子が大きな
誘電異方性を持っているために、液晶６５に印加する電
圧を変えると液晶６５の屈折率が変化して選択波長が異
なり、これにより電圧制御可変波長フィルタとして機能
することができる。なお図２において符号６６はスペー
サを示し、符号６７は電源を示す。

【００３２】さらに参照ミラー３（参照面３ａ）は、光
の照射方向に対して略垂直（干渉縞が数本できる程度に
わずかに傾ける場合も含む）に固定配置することもでき
るが、好ましくは本実施形態のように光の照射方向に対
して傾動可能に設けられる。図１に参照ミラー３の垂直
配置を実線で、その傾動後の傾斜配置を２点鎖線で示
す。

【００３３】顕微鏡光学系Ｂは、干渉計光学系Ａに形成
された干渉縞を光学顕微鏡８を介して光検出器９で観察
することができるようにこれらをビームスプリッタ５の
上方位置に縦方向に直列配置して構成されている。

【００３４】光学顕微鏡８は対物レンズ及び視野レンズ
を備えた通常の光学顕微鏡として構成されている。また
光検出器９としては、ＣＣＤカメラ，撮像管を備えたＴ
Ｖカメラ，ＭＯＳ型撮像デバイス等の二次元像を撮像で
きるカメラであればいずれも用い得るが本実施形態では
ＣＣＤカメラを用いた。

【００３５】以上のようにして構成されたスペクトル干
渉顕微鏡１は次のように作動する。すなわち発光ダイオ
ードを用いた光源４から発した光は、液晶エタロンから
なる電圧制御可変波長フィルタ６に垂直入射して選択さ
れた単色光として出射する。この単色光は次いでビーム
スプリッタ５で２つに別れ、透過光は参照ミラー３の参
照面３ａで、反射光は試料２の試料面２ａでそれぞれ反
射される。そしてこれら２つの反射光は再びビームスプ
リッタ５に戻り合波される。このときビームスプリッタ
５から参照面３ａまでとビームスプリッタ５から試料面
２ａまでとの光路差に対応して前記２つの反射光が干渉
して干渉縞を形成し、この干渉縞を光学顕微鏡８を介し
てＣＣＤカメラからなる光検出器９で観察することがで
きる。

【００３６】またこのとき電圧制御可変波長フィルタ６
の印加電圧を制御して同フィルタ６の選択波長を連続的
に変えると干渉縞の位置が連続的に変化するので、試料
面２ａに観測光の波長より大きな段差があってもその段
差の高さを測定することができる。

【００３７】次にこのスペクトル干渉顕微鏡１を用いた
表面形状測定方法について説明する。

【００３８】この表面形状測定方法は、電圧制御可変波
長フィルタ６により波長を走査したときの干渉縞の強度
変化（スペクトル干渉信号）を光検出器９（ＣＣＤカメ
ラ）の各画素について記録し、この記録データをフーリ
ェ変換して試料面２ａの表面形状を測定することを基本
としている。このときスペクトル干渉信号には光源４
（発光ダイオード）自身の分光特性によるスペクトル強
度変化が低周波成分として混入しており、この低周波成
分により試料面２ａと参照面３ａの間の光路差が小さい
（観測光の波長程度）ときの測定精度を下げている。

【００３９】そこでこの表面形状測定方法は、前記低周
波成分の混入したままの状態で測定する第１測定方法
と、前記低周波成分を除いた状態で測定する第２測定方
法に分けることができる。以下この２つの測定方法につ
いて説明する。

【００４０】先ず第１測定方法について説明する。この
第１測定方法は、参照面３ａを光の照射方向に対して略
垂直に配置すると共に電圧制御可変波長フィルタ６の印
加電圧を制御することにより波長を走査して得た干渉縞
の強度変化を示すスペクトル干渉信号を光検出器９の各
画素について記録し、このスペクトル干渉信号をフーリ
ェ変換して変換スペクトルを求め、次いでこの変換スペ
クトルの特定ピークが有する波数と光透過率との関係か
ら波数と位相の直線関係を求め、この直線関係の傾きを
全画素に亘って集計することにより試料面２ａの凹凸形
状を測定するように構成されている。具体的には次のよ
うにする。

【００４１】スペクトル干渉顕微鏡１の各構成要素の分
光特性は、図３及び図４に示す通りとなっている。すな
わち図３において、符号αは光源４として用いた発光ダ
イオードの分光スペクトルであり、符号βは電圧制御可
変波長フィルタ６として用いた液晶エタロンの分光特性
である。図４は干渉計光学系Ａの分光特性である。

【００４２】そしてスペクトル干渉顕微鏡１は参照面３
ａが光の照射方向に対して略垂直になるように参照ミラ
ー３を配置（図１に実線で示す）する。

【００４３】このようなスペクトル干渉顕微鏡１におい
て、波数をσ（＝１／λ）として光源４（発光ダイオー
ド）の分光スペクトルをＳ（σ）とし、電圧制御可変波
長フィルタ６（液晶エタロン）及び干渉計光学系Ａ（マ
イケルソン干渉計）の分光強度透過率分布をそれぞれＴ
_Ｆ（σ；ｔ），Ｔ_Ｍ（ｘ．ｙ；σ）とすれば、光検出器
９（ＣＣＤカメラ）で観測される光の強度分布Ｉ（ｘ．
ｙ；ｔ）は、（１）式で表せる。

【００４４】

【数１】 但し、（１）式中，Ｌ（ｘ．ｙ）は試料面２ａと参照面
３ａの間の光路差で、ａ（ｘ．ｙ；ｔ），ｂ（ｘ．ｙ；
ｔ）はそれぞれ干渉縞のバックグラウンドとコントラス
トを表している。

【００４５】そしてフィルタ６の分光強度透過率分布Ｔ
_Ｆ（σ；ｔ）のピーク列の移動量が時間に対して線形に
なるように同フィルタ６の印加電圧を制御すれば、
（１）式より光路差によって決定される周期を持った、
例えば図５に示すような干渉縞の強度変化を示すスペク
トル干渉信号γが時間軸方向に得られる。

【００４６】スペクトル干渉顕微鏡１では、このスペク
トル干渉信号γを光検出器９としてのＣＣＤカメラの各
画素について記録する。記録されたスペクトル干渉信号
γをフーリェ変換すると、図６に示す変換スペクトルδ
を求めることができる。この図６の横軸を表わすサンプ
リング点数０〜１０２４は、波数軸上の周波数を示して
おり、図５の波数（μｍ^-1）１．８〜２．４を１０２４
等分したという意味である（以下、図面上サンプリング
点数としたときは同趣旨で用いている）。この変換スペ
クトルδにはその両側部位に光源４自身の分光特性に起
因する低周波成分δ₂ が現われている。

【００４７】次にこの変換スペクトルδの特定ピーク
（図６の場合、サンプリング点数約１５０にあるピーク
δ₁ ）が有する波数と光透過率との関係から図７に示す
波数と位相の直線関係εを求める。この直線関係εはピ
ークδ₁ の有するデータから位相アンラッピング後の位
相を波数に対してプロットして得た線図ζに重みつき最
小二乗推定法を適用して求められる。直線関係εは線図
ζのスペクトル干渉信号γに対応する線分ζ₁ に沿うよ
うに求められる。

【００４８】しかしてこの直線関係εの傾きから高さを
求めることができ、この高さを全画素に亘って集計する
ことにより試料面２ａの凹凸形状を測定することができ
る。

【００４９】次に第２測定方法について説明する。この
第２測定方法は、参照面３ａを光の照射方向に対して略
垂直に配置すると共に電圧制御可変波長フィルタ６の印
加電圧を制御することにより波長を走査して得た干渉縞
の強度変化を示すスペクトル干渉信号を光検出器９の各
画素について記録し、このスペクトル干渉信号をフーリ
ェ変換して第１の変換スペクトルを求め、かつ干渉縞同
志の間隔を光検出器９の空間分解能より狭くなるように
参照面３ａを光の照射方向に対して傾けて配置して前記
第１の変換スペクトルを求めたときと同様にして第２の
変換スペクトルを求め、次に第１の変換スペクトルから
第２の変換スペクトルを差し引いて第３の変換スペクト
ルを求め、この第３の変換スペクトルの特定ピークのピ
ークデータを逆フーリェ変換して求めた波数と光透過率
との関係から波数と位相の直線関係を求め、かつこの直
線関係の傾きから高さを求め、この高さを全画素に亘っ
て集計することにより試料面２ａの凹凸形状を測定する
ように構成されている。具体的には次のようにする。

【００５０】先ず第１測定方法と同様にしてスペクトル
干渉信号γから変換スペクトルδを求め、この変換スペ
クトルδを本測定方法では第１の変換スペクトルδとす
る。

【００５１】次に干渉縞同志の間隔を光検出器９の分解
能より狭くなるように参照面３ａを光の照射方向に対し
て傾けて配置して（図１に２点鎖線で示す）前記第１の
変換スペクトルδを求めたときと同様にして、図９に示
す第２の変換スペクトルｅを求める。すなわち参照面３
ａを前記したように傾斜配置することにより試料面２ａ
と参照面３ａの間の光路差に起因する干渉効果を除くこ
とができ、このため第２の変換スペクトルｅは、図８に
示す光源４自身の分光特性に基づくスペクトル信号ｆを
フーリェ変換して求められる。

【００５２】そして第１の変換スペクトルδから第２の
変換スペクトルｅを差し引いて図１０に示す第３の変換
スペクトルｇを求めることができる。この第３の変換ス
ペクトルｇは、前記した差し引きにより光源４自身の分
光特性に起因する低周波成分が除かれたものとして求め
られる。

【００５３】次にこの第３の変換スペクトルｇを逆フー
リェ変換すると図１１に示すスペクトル干渉信号ｈを求
めることができる。

【００５４】以降、第１測定方法と同様にしてこのスペ
クトル干渉信号ｈの波数と光透過率との関係から図７に
示す波数と位相の直線関係εを求めると共に、この直線
関係εの傾きから高さを求めて試料面２ａの凹凸形状を
再現することができる。

【００５５】実際には第１，及び第２測定方法における
フィルタ６の分光強度透過率分布ＴＦ（σ；ｔ）のピー
ク列の移動量は印加電圧に対して非線形であるため、こ
の影響を除去する必要がある。そこで得られた位相Φ
（ｘ，ｙ；ｔ）（＝２πＬ（ｘ，ｙ）σ（ｔ））の時間
微分を考えると（２）式となり、

【数２】 同一時間軸上では波数σ（ｔ）の変化は等しいという事
実から、基準位置の∂Φ（ｘ，ｙ；ｔ）／∂ｔと同一時
間軸上の値との比をとれば、この基準位置に対する光路
差の比の分布を得ることができる。これによりもしＣＣ
Ｄカメラの画面内に高さが既知の物体が存在すれば、こ
の物体を基準とすることにより実際の高さ分布を得るこ
とができる。

【００５６】次にこれら第１及び第２測定方法のシミレ
ーション結果を図１２乃至図１４に示す。このシミレー
ションは試作した電圧制御可変波長フィルタ６のパラメ
ータを使った計算機シミレーションである。

【００５７】このシミレーションによれば、ＣＣＤカメ
ラのある画素に図１２に示すスペクトル干渉信号が記録
され、このスペクトル干渉信号を解析して全画素に亘っ
て集計することにより、図１３に示す実空間形状とその
断面形状（図１４）を測定することできることが解る。
従って第１及び第２測定方法は、図１３及び図１４に示
すような大きな段差を持つ物体の表面形状測定が可能で
ある。

【００５８】また第２測定方法は、光源４自身の分光特
性に起因する低周波成分を除いた分、試料面２ａと参照
面３ａの間の光路差が小さい（観測光の波長程度）とき
の測定に当たって第１測定方法よりも測定精度が向上す
る。

【００５９】またスペクトル干渉顕微鏡１の干渉計光学
系Ａは、前記した実施形態ではマイケルソン干渉計で配
列構成したが、これに限定する趣旨では無くフィゾー干
渉計等の他の干渉計で配列構成したものであっても良
い。

【００６０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば次の効果を奏することができる。

【００６１】すなわち、請求項１記載の発明によれば、
電圧制御可変波長フィルタの印加電圧を制御することに
より連続的に選択波長を変化させて干渉縞の位置を連続
的に変化させることができるので、参照面（参照ミラ
ー）の駆動部を必要とすること無く観測光の波長よりも
大きな段差でもその高さを測定することができ、これに
より装置の大型化及び複雑化を伴うことがなく安価であ
ると共に、操作が容易で、高い分解能が得られるスペク
トル干渉顕微鏡を提供することができる。

【００６２】また、請求項２記載の発明によれば、電圧
制御可変波長フィルタを液晶エタロンで構成したので、
印加電圧の制御による波長選択機能を確実に行うことが
できる。

【００６３】また、請求項３記載の発明によれば、参照
面を傾動させて干渉縞を検出，不検出とすることができ
るので、スペクトル干渉信号，及び光源自身のスペクト
ル信号が得られ、後処理による測定精度を向上させるこ
とができる。

【００６４】また、請求項４記載の発明によれば、スペ
クトル干渉信号は電圧制御可変波長フィルタの印加電圧
の制御により波長を走査して得られるものであるから、
観測光の波長より大きい段差が試料面の凹凸形状に存在
していたとしてもその高さを測定することができ、これ
により操作性の良好な表面形状測定方法を提供すること
ができる。

【００６５】また、請求項５記載の発明によれば、光源
自身の低周波成分が関与しない、試料面と参照面の間の
光路差に起因する干渉効果のみの波数と光透過率との関
係を求めることができ、これにより試料面の凹凸形状を
精度良く再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのスペクトル干渉顕
微鏡の模式図である。

【図２】図１のスペクトル干渉顕微鏡に用いられる電圧
制御可変波長フィルタの断面図である。

【図３】図１のスペクトル干渉顕微鏡を構成する光源及
び電圧制御可変波長フィルタの分光特性図である。

【図４】図１のスペクトル干渉顕微鏡を構成する干渉計
光学系の分光特性図である。

【図５】図１のスペクトル干渉顕微鏡で得られるスペク
トル干渉信号を示すスペクトル図である。

【図６】図５のスペクトル干渉信号のフーリェ変換後の
変換スペクトル（第１の変換スペクトル）を示すスペク
トル図である。

【図７】図６の変換スペクトルから得られる波数と位相
の直線関係を示すグラフである。

【図８】図１のスペクトル干渉顕微鏡を構成する光源自
身のスペクトル干渉信号を示すスペクトル図である。

【図９】図８のスペクトル信号のフーリェ変換後の第２
の変換スペクトルを示すスペクトル図である。

【図１０】図６の第１の変換スペクトルから図９の第２
の変換スペクトルを差し引いた後の第３の変換スペクト
ルを示すスペクトル図である。

【図１１】図１０の第３の変換スペクトルの逆フーリェ
変換後のスペクトル干渉信号を示すスペクトル図であ
る。

【図１２】本発明のシミレーション時のスペクトル干渉
信号を示すスペクトル図である。

【図１３】本発明のシミレーションで得られる実空間形
状の斜視図である。

【図１４】図１３の実空間形状の断面形状を示すグラフ
である。

【図１５】従来のスペクトル干渉顕微鏡の模式図であ
る。

【図１６】図１５のスペクトル干渉顕微鏡で得られた干
渉縞の模式図である。

【符号の説明】

１ スペクトル干渉顕微鏡 ２ 試料 ２ａ 試料面 ３ 参照ミラー ３ａ 参照面 ４ 光源 ５ ビームスプリッタ ６ 電圧制御可変波長フィルタ ８ 光学顕微鏡 ９ 光検出器 ６２ 透明電極 Ａ 干渉計光学系 Ｂ 顕微鏡光学系 γ スペクトル干渉信号 δ 変換スペクトル（第１の変換スペクトル） ε 直線関係 ｅ 第２の変換スペクトル ｆ スペクトル信号 ｇ 第３の変換スペクトル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 敦 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 (72)発明者 若林 知敬 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 (72)発明者 土屋 善彦 静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社 内 (72)発明者 黒川 隆志 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの出射光をビームスプリッタで
   分割して試料面と参照面とに照射すると共に前記両面で
   それぞれ反射する反射光の重ね合わせにより複数の干渉
   縞を形成する干渉計光学系と、前記干渉縞を光学顕微鏡
   を介して光検出器で観察する顕微鏡光学系とを備えたス
   ペクトル干渉顕微鏡において、 前記干渉計光学系が、前記光源として白色光源を用いる
   と共に、該白色光源と前記ビームスプリッタとの間に前
   記白色光源の発する光を電圧の変化により波長の異なる
   複数の単色光に選択して出射することができる電圧制御
   可変波長フィルタを設けて構成されていることを特徴と
   するスペクトル干渉顕微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスペクトル干渉顕微鏡
   であって、 前記電圧制御可変波長フィルタが、透明電極を備えた液
   晶エタロンであることを特徴とするスペクトル干渉顕微
   鏡。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のスペクトル干渉
   顕微鏡であって、 前記参照面が、光の照射方向に対して傾動可能に設けら
   れていることを特徴とするスペクトル干渉顕微鏡。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   スペクトル干渉顕微鏡を用いた表面形状測定方法であっ
   て、 前記参照面を光の照射方向に対して略垂直に配置すると
   共に前記電圧制御可変波長フィルタの印加電圧を制御す
   ることにより波長を走査して得た前記干渉縞の強度変化
   を示すスペクトル干渉信号を前記光検出器の各画素につ
   いて記録し、このスペクトル干渉信号をフーリェ変換し
   て変換スペクトルを求め、次いでこの変換スペクトルの
   特定ピークが有する波数と光透過率との関係から波数と
   位相の直線関係を求め、この直線関係の傾きを全画素に
   亘って集計することにより前記試料面の凹凸形状を測定
   することを特徴とするスペクトル干渉顕微鏡を用いた表
   面形状測定方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のスペクトル干渉顕微鏡
   を用いた表面形状測定方法であって、 前記参照面を光の照射方向に対して略垂直に配置すると
   共に前記電圧制御可変波長フィルタの印加電圧を制御す
   ることにより波長を走査して得た前記干渉縞の強度変化
   を示すスペクトル干渉信号を前記光検出器の各画素につ
   いて記録し、このスペクトル干渉信号をフーリェ変換し
   て第１の変換スペクトルを求め、かつ前記干渉縞同志の
   間隔を前記光検出器の空間分解能より狭くなるように前
   記参照面を光の照射方向に対して傾けて配置して前記第
   １の変換スペクトルを求めたときと同様にして第２の変
   換スペクトルを求め、次に第１の変換スペクトルから第
   ２の変換スペクトルを差し引いて第３の変換スペクトル
   を求め、この第３の変換スペクトルのピークデータを逆
   フーリェ変換して求めた波数と光透過率との関係から波
   数と位相の直線関係を求め、かつこの直線関係の傾きか
   ら高さを求め、この高さを全画素に亘って集計すること
   により前記試料面の凹凸形状を測定することを特徴とす
   るスペクトル干渉顕微鏡を用いた表面形状測定方法。