KR20080071905A - 복수파장에 의한 표면형상의 측정방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

복수파장에 의한 표면형상의 측정방법 및 이를 이용한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080071905A
KR20080071905A KR1020080008642A KR20080008642A KR20080071905A KR 20080071905 A KR20080071905 A KR 20080071905A KR 1020080008642 A KR1020080008642 A KR 1020080008642A KR 20080008642 A KR20080008642 A KR 20080008642A KR 20080071905 A KR20080071905 A KR 20080071905A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pixel
intensity value
light
monochromatic light
interference fringe
Prior art date
Application number
KR1020080008642A
Other languages
English (en)
Inventor
카츠이치 키타가와
마사시 스기야마
히데미츠 오가와
카즈요시 스즈키
Original Assignee
고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸
토레 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸, 토레 엔지니어링 가부시키가이샤 filed Critical 고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸
Publication of KR20080071905A publication Critical patent/KR20080071905A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/306—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G01B9/02009—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement by using two or more low coherence lengths using different or varying spectral width
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02029—Combination with non-interferometric systems, i.e. for measuring the object
    • G01B9/0203—With imaging systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02032—Interferometers characterised by the beam path configuration generating a spatial carrier frequency, e.g. by creating lateral or angular offset between reference and object beam

Abstract

참조면을 광의 진행 방형에 대하여 임의 각도인 비스듬한 경사 자세로 배치함으로써, 측정 대상면과 참조면으로부터 동일 광로(光路)를 되돌아오는 반사광에 의한 간섭 줄무늬를 발생시킨다. 이때, 다른 복수 파장의 단색광을 이용하여, 각 단색광에 의해 발생하는 간섭 줄무늬 각 화소의 강도값(强度値)을 촬상 장치로 촬상한다. CPU는 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용하여 산출 대상 화소마다, 각 화소의 강도값과 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하고, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직류 성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정하여 각 화소의 간섭 줄무늬 파형의 위상의 후보값(候補値) 군(群)을 파장마다 구한다. 복수의 후보값 군으로부터 공통인 표면 높이를 구한다.
Figure P1020080008642
반사광, 단색광, 간섭 줄무늬

Description

복수파장에 의한 표면형상의 측정방법 및 이를 이용한 장치{A measurement method of surface shape with plural wavelengths and an apparatus using of same method}
본 발명은, 반도체 웨이퍼, 액정 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 자성체 필름, 유리 기판, 금속막 등의 평탄도를 가지는 측정 대상물의 요철(凹凸)을 파장이 다른 복수의 단색광을 이용하여 측정하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.
종래, 측정 대상의 표면 형상의 측정 방법은, 다음과 같이 하여 행해졌다. 다른 파장의 제1 단색광과 제2 단색광을 개별 타이밍으로 출력하고, 빔 스프리터로 각 단색광을 측정 대상물인 웨이퍼의 표면과 레퍼런스 미러로 조사하여, 양쪽으로부터 반사되어 되돌아오는 반사광을, 다시 빔 스프리터로 한데 모아서 동일 광로를 통해서 간섭 줄무늬를 발생시킨다. 이때, 단색광마다 반사광을 2차원 화상 검출기로 검출한다. 이 검출된 반사광은, 간섭 줄무늬가 되어 나타나며, 표면의 단차 부분에서는 간섭 줄무늬가 시프트(shift)된다. 즉, 양쪽 단색광에 의해 발생한 연속하는 간섭 줄무늬의 시프트 부분 중에서, 양쪽 시프트량이 가까운 부분인 이 시프 트량에 근거하여 웨이퍼의 패턴 단차를 구하고 있는 것이다(일본 특개 2002-340524호 공보 참조).
그러나, 종래의 수단에서는 다음과 같은 문제가 있다.
측정 대상물의 표면 단차를 촬상했을 때, 가파른 단차 부분에서는 표시 화면에 표시되는 간섭 줄무늬 부분이 시프트되므로, 단차의 유무에 대해서 판단할 수가 있다.
그러나, 단차의 상태를 알 수 없는 경우는, 간섭 줄무늬의 시프트된 부분의 단차가 볼록(凸) 형상 또는 오목(凹) 형상의 둘 중, 어느 쪽인가를 판단할 수가 없다. 따라서, 측정 대상면의 가파른 개소의 에지(edge) 부분을 정확히 구할 수 없다. 또한, 다른 파장의 단색광을 다른 타이밍으로 조사하지 않으면 각각의 간섭 줄무늬를 검출할 수가 없으므로, 측정 대상물의 표면 전체의 단차 및 형상을 측정하는데 시간이 걸린다. 즉, 측정 대상물의 표면 전체에 단색광을 연속해서 주사시킬 수 없다면, 복수 개의 측정 대상물에 이르러서도 단색광을 연속해서 주사시킬 수가 없다.
[발명의 요약]
본 발명은, 이와 같은 실정에 착안하여 이루어진 것으로, 측정 대상물의 표면에 있는 요철(凹凸) 단차를 고속이며, 높은 정밀도로 측정할 수 있는 복수 파장 에 의한 표면 형상의 측정 방법 및 이것을 이용한 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 구성을 취한다.
분기 수단을 통하여 측정 대상면과 참조면(參照面)에 단색광을 조사하고, 측정 대상면과 참조면의 양쪽에서부터 반사되는 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 강도값에 근거하여, 측정 대상면의 표면 높이와 표면 형상을 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법이며, 상기 방법은 이하의 과정을 포함한다.
광의 진행 방향에 대하여 임의 각도의 경사 자세로 상기 참조면을 배치하고, 파장이 다른 복수의 단색광을 측정 대상물과 참조면에 동시에 조사함으로써 발생시킨 간섭 줄무늬의 화상을 취득하는 제1 과정,
취득한 상기 화상에 있어서의 각 화소의 간섭 줄무늬 강도값을 단색광마다 구하는 제2 과정,
간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용하여, 상기 매(每) 화소에 대하여, 각 화소의 강도값과 그 근방의 복수 화소의 강도값을 이용하고, 상기 화소에 있어서의 간섭 줄무늬 파형의 직류 성분, 교류 진폭, 및 위상이 동일하다고 가정하여, 각 화소의 위상을 단색광마다 구하는 제3 과정,
단색광마다 구한, 각 화소의 위상으로부터 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 파장의 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구하는 제4 과정,
구한 상기 실제 높이로부터 측정 대상물의 표면 형상을 구하는 제5과정.
본 발명의 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법에 의하면, 파장이 다른 복수의 단색광을 측정 대상물과 참조면에 동시에 조사하고, 참조면을 광의 진행 방향에 대하여 임의 각도의 경사 자세로 배비(配備)함으로써, 측정 대상면과 참조면으로부터 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 단색광마다 간섭 줄무늬를 발생시킨다. 이 간섭 줄무늬의 강도값을 단색광마다 화소 단위로 구한다. 그리고, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용하여 각 화소에 대해, 각 화소의 강도값과 화소마다 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하고, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직류성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정하여, 각 화소의 위상을 단색광마다 구한다. 이때, 각 화소에 있어서의 직류성분 및 교류 진폭을 캔슬할 수가 있고, 공간 주파수 성분을 제거하기 위한 로우 패스 필터 처리를 실시할 필요가 없어진다. 따라서, 공간분해능(空間分解能)을 저하시키는 일없이 측정 대처면의 가파른 개소의 에지 부분을 정확하게 구할 수 있다.
상기에서 구한 위상으로부터 측정 대상물 표면 높이의 후보군을 단색광마다 구하고, 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구한다. 따라서, 단일 위상으로부터 표면 높이를 구하는 것보다도 넓은 후보범위로부터 실제 높이를 높은 정밀도로 구할 수 있는 동시에, 사용하는 파장의 조합에 의해 측정할 수 있는 높이의 상한을 높게 할 수 있다.
또한, 동시에 복수의 단색광을 출력하고 이들 단색광으로 이루어진 반사광을 동시에 검출하여 측정 대상물의 표면 높이와 표면 형상을 측정할 수가 있으므로, 동일 조건에서의 측정 결과를 얻을 수 있다. 바꾸어 말하면, 진동 등의 외부 영향 을 받기 어려워진다. 게다가, 작업 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또, 상기 방법에 있어서, 측정 대상물에 향하는 광과, 1개 또는 복수 개의 측정 대상물을 상대적으로 평행 이동시키면서 소정의 시간 간격으로 측정 대상물의 측정 위치마다 제1 과정에서부터 제5 과정을 반복 행하고, 측정 대상물의 표면 형상을 구하는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, 측정 대상물의 표면 전체에 단색광을 연속해서 조사하면서 리얼 타임으로 측정 대상물의 표면 높이 및 표면 형상을 구할 수 있다.
또한, 상기 방법은, 구하는 상기 매(每) 파장 위상은, 각 화소의 강도값g(x,y)를 화소의 근방에서 간섭 줄무늬 파형의 표현식인 g(x,y) = a + bcos{2πfxx+2πfyy+φ}에 피팅시켜서 구하는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, 상기 제1의 발명을 알맞게 실시할 수가 있다.
더욱이, 상기 방법에서, 상기 간섭 줄무늬의 화상은, 복수의 단색광을 분리하는 필터를 구비한 촬상 수단에 의해 촬상하고, 필터 특성에 의해 생기는 크로스 토크의 영향으로 단색광마다 포함되는 다른 단색광 간섭 줄무늬의 강도값을 제거하는 것이 바람직하다.
이 방법에 의하면, 측정 대상의 단색광에 포함되는 필터 특성에 의해 생긴 불필요한 다른 단색광 간섭 줄무늬의 강도값을 제거할 수가 있다. 따라서, 측정 대상물의 표면 형상을 높은 정밀도로 구할 수 있다.
또한, 본 발명은, 이러한 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같은 구성으로 해 도 좋다.
분기 수단을 통해서 측정 대상면과 참조면에 단색광을 조사하고, 측정 대상면과 참조면의 양쪽으로부터 반사되어 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 강도값에 근거하여, 측정 대상면의 표면 높이와 표면 형상을 구하는 복수파장에 의한 표면 형상 측정 장치이며, 상기 장치는, 이하의 구성 요소를 포함한다,
상기 참조면은, 광의 진행 방향에 대하여 임의 각도의 경사 자세로 배비(配備)되어 있고,
측정 대상물을 재치(載置-얹어 놓음) 유지하는 유지 수단과,
파장이 다른 복수의 단색광을 동시에 출력하는 조명 수단과,
복수의 상기 단색광이 조사되어서 측정 대상물과 참조면으로부터 반사되어 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해, 단색광마다 간섭 줄무늬를 생기게 하여 측정 대상면을 촬상하는 촬상 수단과,
촬상된 상기 측정 대상면을 화소마다 간섭 줄무늬의 강도값(强度値)로서 받아들이는 샘플링 수단과,
상기 샘플링 수단에 의해 받아들여진 상기 강도값인 간섭 줄무늬 강도값 군(群)을 기억하는 기억 수단과,
상기 기억 수단에 기억된 강도값 군으로부터 화소마다 강도값을 판독하여, 각 화소의 강도값과 화소마다 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하고, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직류성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정 하는 동시에, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용해서 각 화소의 위상을 단색광마다 구하며,
단색광마다 구한 각 화소의 위상으로부터 복수 개의 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구하며,
상기에서 구한 상기 측정 대상면의 표면 높이로부터 표면 형상을 더 구하는 연산 수단을 포함한다.
또한, 다음과 같이 구성해도 좋다.
분기 수단을 통하여 측정 대상면과 참조면에 단색광을 조사하고, 측정 대상면과 참조면의 양쪽으로부터 반사되어, 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 강도값에 근거하여, 측정 대상면의 표면 높이와 표면 형상을 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치에 있어서,
상기 참조면은, 광의 진행 방향에 대하여 임의각도의 경사 자세로 배비(配備)되어 있으며, 측정 대상물을 재치(載置)유지하는 유지 수단과,
복수 파장으로 이루어진 광을 출력하는 조명 수단과,
상기 광이 조사되어서 측정 대상물과 참조면으로부터 반사되어 동일 광로를 되돌아오는 반사광을, 다른 파장의 복수의 단색광으로 분리하는 분리 수단과,
분리된 상기 단색광마다 간섭 줄무늬를 생기게 하여 측정 대상면을 촬상하는 촬상 수단과,
촬상된 상기 측정 대상면을 화소마다 간섭 줄무늬의 강도값(强度値)으로서 받아들이는 샘플링 수단과,
상기 샘플링 수단에 의해 받아들인 상기 강도값인 간섭 줄무늬 강도값 군(群)을 기억하는 기억 수단과,
상기 기억 수단에 기억된 강도값 군으로부터 화소마다 강도값을 판독하여, 각 화소의 강도값과 화소마다 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하고, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직류성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정하는 동시에, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용해서 각 화소의 위상을 단색광마다 구하며,
단색광마다 구한 각 화소의 위상으로부터 복수 개의 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구하며,
상기에서 구한 상기 측정 대상면의 표면 높이로부터 표면 형상을 구하는 연산 수단을 더 포함한다.
상기 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치에 의하면, 유지 수단은, 측정 대상물을 재치(載置)유지한다. 조명 수단은, 파장이 다른 복수의 단색광을 동시에 출력한다. 촬상 수단은, 복수의 단색광이 조사되어 측정 대상물과 참조면으로부터 반사되어 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 간섭 줄무늬를 생기게 하여 측정 대상면을 촬상한다. 샘플링 수단은, 촬상된 상기 측정 대상면을 화소마다 간섭 줄무늬의 강도값으로서 받아들인다. 기억 수단은, 샘플링 수단에 의해 받아들인 강도값인 간섭 줄무늬 강도값 군(群)을 기억한다. 연산 수단은, 기억 수단에 기억된 강도값 군으로부터 화소마다 강도값을 판독하고, 각 화소의 강도값과 화소마다 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하여, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직 류성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정하는 동시에, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용하여 각 화소의 위상을 단색광마다 구하고, 단색광마다 구한 각 화소의 위상으로부터 복수 개의 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제로 높이로서 구하며, 이 구한 상기 측정 대상면의 표면 높이로부터 표면 형상을 더 구한다.
즉, 파장이 다른 복수의 단색광을 측정 대상물과 참조면에 동시에 조사하고, 동일 광로를 되돌아오는 반사광으로부터 다른 파장마다 화소 단위로 복수 개의 표면 높이의 후보군을 구할 수 있다. 나아가, 공통되는 높이를 각 후보군으로부터 구해서 실제 높이로 한다. 따라서, 넓은 후보 범위로부터 정확한 표면 높이를 구할 수 있다. 그 결과, 구한 복수의 표면 높이로부터 측정 대상물의 표면 높이를 구할 수 있다. 즉, 상기 제1 발명을 알맞게 실현할 수가 있다.
또, 상기 구성에 있어서, 조명 수단은, 예컨대, 다른 파장을 출력하는 복수 개의 단색 광원을 가지도록 구성해도 좋고, 백색 광원과, 백색 광원으로부터 출력되는 광 중, 소정의 다른 복수 파장의 단색광으로 분리해서 분기 수단으로 향하게하는 광학 수단으로 구성해도 좋다.
이 구성에 의하면, 다른 복수파장의 단색광을 측정 대상물과 참조면에 동시에 조사하기 쉬운 구성이 실현된다.
또한, 조명 수단은, 복수 파장으로 이루어진 광을 출력하는 것을 이용하여, 촬상 수단 내 또는 그 전에 상기 광을 파장이 다른 복수의 단색광으로 분리하는 분리 수단(예컨대, 필터)를 배비하여 구성해도 좋다. 이때, 연산 수단은, 필터 특성 에 의해 생기는 크로스 토크의 영향으로 단색광마다 포함되는 다른 단색광의 간섭 줄무늬의 강도값을 제거하는 것이 더욱 바람직하다. 이 구성에 의하면, 측정 대상 단색광의 간섭 줄무늬의 강도값을 높은 정밀도로 구할 수 있고, 나아가서는 측정 대상물의 표면 형상을 높은 정밀도로 구할 수 있다.
또한, 상기 양쪽 장치의 연산 수단은, 각 화소의 강도값 g(x)를 화소의 근방에서 간섭 줄무늬 파형의 표현식인 g(x,y) = a + bcos{2πfxx+2πfyy+φ}에 피팅시켜서 각 화소의 위상을 구하는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 설명한다. 또, 본 실시예에서는, 표면이 대략 평탄한 측정 대상물의 그 표면 높이 및 그 표면 형상을, 간섭 줄무늬를 이용해서 측정하는 표면 형상 측정 장치를 예로 채용해서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 표면 형상 측정 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다.
이 표면 형상 측정 장치는, 반도체 웨이퍼, 액정 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 자성체 필름, 유리 기판, 금속막 등의 표면에 미세한 요철(凹凸) 단차를 갖는 대략 평탄한 측정 대상물(30)에 특정 파장 대역의 단색광을 조사하는 광학계 유닛(1)과, 광학계 유닛(1)을 제어하는 제어계 유닛(2)과, 측정 대상물(30)을 재치유지하는 유지 테이블(40)을 구비하고 있다.
광학계 유닛(1)은, 측정 대상면(30A) 및 참조면(15)을 향해서 다른 복수 파 장의 단색광을 출력하는 조명 장치(10)와, 각 단색광을 평행광으로 하는 콜리메터렌즈(11)와, 양쪽 단색광을 측정 대상물(30)의 방향으로 반사하는 한편, 측정 대상물(30)의 방향으로부터의 광을 통과시키는 하프 미러(13)와, 하프 미러(13)로 반사되어 온 단색광을 집광(集光)하는 대물 렌즈(14)와, 대물 렌즈(14)를 통과해 온 단색광을 참조면(15)에 반사시키는 참조광(參照光)과, 측정 대상면(30A)으로 통과시키는 측정광으로 나누는 동시에, 참조면(15)으로 반사해 온 참조광과 측정 대상면(30A)으로 반사해 온 측정광을 다시 정리해서 간섭 줄무늬를 발생시키는 빔 스플리터(17)와, 참조광과 측정광이 합쳐진 단색광을 결상(結像)하는 결상 렌즈(18)와, 간섭 줄무늬와 함께 측정 대상면(30A)을 촬상하는 촬상 장치(19)를 구비하고 있다.
조명 장치(10)는, 다른 두 파장의 광을 출력하는 제1 광원(10A) 및 제2 광원 (10B)과, 다른 방향으로부터 출력되는 양쪽 광을 같은 방향으로 일치시키는 광학 부재(10C)로 구성되어 있다. 본 실시예의 각 광원(10A ,10B)으로서는, 예컨대 LED(Light Emitting Diode)가 이용되며, 예컨대 다음 파장의 광을 출력한다. 제1 광원(10A)은, 파장λ1=470nm, 제2 광원은, 파장λ2=627nm. 또, 조명 장치(10)는, 본 발명의 조명 수단에 상당한다.
하프 미러(13)는, 콜리메이터 렌즈(11)로부터의 평행광을, 측정 대상물(30)을 향해서 반사하는 한편, 측정 대상물(30)로부터 되돌아온 반사광을 통과시키는 것이다.
대물 렌즈(14)는, 입사해 온 양쪽 단색광을 집점(集点)으로 하는 측정 대상 면에 빛을 모으는 렌즈이다.
빔 스플리터(17)는, 대물 렌즈(14)로 집광되는 광을 참조면(15)으로 반사시키는 참조광과, 측정 대상면(30A)으로 반사시키는 측정광으로 나눈다. 또한, 각 면에서 반사해서 동일 광로를 되돌아오는 참조광과 측정광을 다시 합침으로써, 간섭을 발생시킨다. 또, 빔 스플리터(17)는 본 발명의 분기 수단에 상당한다.
참조면(15)은, 표면이 경면(鏡面)가공되어 있으며, 참조광의 진행 방향에 대하여 전후 비스듬한 경사 자세로 설치되어 있다. 이 참조면(15)에 의해 반사된 참조광은, 빔 스플리터(17)에 도달하며, 나아가, 이 참조광은 빔 스플리터(17)에 의해 반사되게 되어 있다.
또, 참조면(15)을 참조광의 진행 방향에 대하여 전후 비스듬한 경사 자세로 설치함으로써, 참조광의 도달 거리 및 반사광이 촬상 장치(19)에 도달할 때까지의 거리가, 그 반사면의 위치에 의해 변화된다. 이것은 참조면(15)을 이동하고, 참조면(15)과 빔 스플리터(17) 사이의 거리(L1)를 변동시키는 것과 등가(等價)이다.
즉, 빔 스플리터(17)를 통과한 측정광은, 초점을 향하여 집광되고, 측정 대상면(30A)으로 반사한다. 이 반사한 측정광은, 빔 스플리터(17)에 도달하며, 상기 빔 스플리터(17)를 통과한다.
빔 스플리터(17)로, 참조광과 측정광이 다시 합쳐진다. 이때, 참조면(15)과 빔 스플리터(17) 사이의 거리(L1)과, 빔 스플리터(17)와 측정 대상면(30A) 사이의 거리(L2)의 차이에 의해 광로 차이가 생긴다. 이 광로 차이에 따라, 참조광과 측정 광은 간섭한다.
촬상 장치(19)는, 측정광에 의해 투영되는 측정 대상면(30A)의 화상을 촬상한다. 이때, 참조면(15)이 기울어져 있음으로써, 촬상된 측정 대상면(30A)의 화상에는 간섭에 의한 휘도의 공간적인 변동인 간섭 줄무늬가 촬상된다. 이 촬상한 화상 데이터는, 제어계 유닛(2)의 메모리(21)에 의해 수집된다. 또한, 후술에서 밝혀지지만, 제어계 유닛(2)의 구동부(24)에 의해, 소망하는 촬상 개소에 광학계 유닛(1)을 도 1 중의 ｘ, y, z축 방향으로 이동하도록 구성되어 있다. 또한, 촬상 장치(19)에 의해 소정의 샘플링 타이밍에서 측정 대상면(30A, 30B)의 화상이 촬상되고, 그 화상 데이터가 제어계 유닛(2)에 의해 수집된다. 또, 촬상 장치(19)는, 본 발명의 촬상 수단에 상당하고, 제어계 유닛(2)은, 본 발명의 샘플링 수단으로서 기능한다.
본 실시예에 있어서의 촬상 장치(19)로서는, 파장이 다른 복수의 단색광을 검출할 수 있는 구성이면 되며, 예컨대, CCD 고체촬상소자, MOS 이미지 센서, CMOS 이미지 센서, 광전촬상관(光電撮像管), 아발란체(avalanche) 전자 배증(倍增) 효과 촬상관, EB-CCD 등이 있다.
제어계 유닛(2)은, 표면 형상 측정 장치의 전체의 통괄적인 제어나, 소정의 연산 처리를 행하기 위한 CPU(20)과, CPU(20)에 의해 차례로 수집된 화상 데이터나 연산 결과 등의 각종 데이터 및 프로그램 등을 기억하는 메모리(21)와, 샘플링 타이밍이나 촬상 에리어 등, 그 밖의 설정 정보를 입력하는 마우스나 키보드 등의 입력부(22)와, 측정 대상면(30A)의 화상 등을 표시하는 모니터(23)를 구비한다. 또 한, CPU(20)의 지시에 따라 광학계 유닛(1)을 상하 좌우로 이동하도록 구동시킨다.예컨대, 3축 구동형의 서보(servo) 모터 등의 구동 기구로 구성되는 구동부(24)를 구비하는 컴퓨터 시스템으로 구성되어 있다. 또, CPU(20)는, 본 발명에 있어서의 연산 수단에 상당한다.
CPU(20)는, 소위 중앙 연산 처리 장치이며, 촬상 장치(19), 메모리(21) 및 구동부(24)를 제어하는 동시에, 촬상 장치(19)로 촬상한 간섭 줄무늬를 포함하는 측정 대상면(30A)의 화상 데이터에 근거하고, 측정 대상물(30)의 표면 높이를 구하는 연산 처리를 행하는 위상 산출부(25)나, 구한 복수 개의 표면 높이 데이터로 표면 형상을 구하는 화상 데이터 작성부(27)를 구비하고 있다. 이 CPU(20)에 있어서의 위상 산출부(25)나 화상 데이터 작성부(27)의 처리에 관해서는 후술한다. 또한, CPU(20)에는, 모니터(23)와, 키보드나 마우스 등의 입력부(22)가 접속되어 있으며, 조작자는, 모니터(23)에 표시되는 조작 화면을 관찰하면서, 입력부(22)로부터 각종 설정 정보의 입력을 행한다. 또한, 모니터(23)에는, 측정 대상면(30A)의 표면 화상이나 요철 형상 등이 수치나 화상으로서 표시된다.
구동부(24)는, 소망하는 촬상 개소에 예컨대 광학계 유닛(1)을 도 1 중의 ｘ, y, z축 방향으로 이동시키는 장치다. 이 구동부(24)는, CPU(20)로부터의 지시에 의해 광학계 유닛(1)을 x, y, z축 방향으로 구동하는 예컨대 3축 구동형의 서보 모터를 구비하는 구동 기구로 구성되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 광학계 유닛(1)을 동작시키지만, 예컨대 측정 대상물(30)이 재치되는 유지 테이블(40)을 직교 3축 방향으로 변동시키도록 해도 좋다. 또한, 이동축은 2축 이하이거나 존재하 지 않아도 좋다.
이하, 본 실시예의 특징 부분인 표면 형상 측정 장치 전체에서 행하여지는 처리를 도 2에 나타낸 플로우 챠트를 따라서 설명한다.
또, 본 실시예에서는, 참조면(15)을, 도 1에 도시한 바와 같이 기울였을 경우를 예로 채용해서 설명한다. 이 경우, 촬영 화상은 도 3에 나타내게 된다. 또, 본 실시예에서는, 설명의 간소화를 위해서 X축 방향의 경우를 예로 채용해서 설명한다. 또, y, z방향을 포함시킨 3차원 방향으로 이동시키면서 측정도 할 수 있다.
<스텝(S1)> 측정 데이터의 취득
CPU(20)는, 도시하지 않은 스테핑 모터 등의 구동계를 구동시켜서 구동부(24)가 광학계 유닛(1)을 측정 대상물(30)의 촬상 영역으로 이동시킨다. 촬상 위치가 결정되면, 광학계 유닛(1)은, 조명 장치(10)의 각 광원(10A, 10B)으로부터 다른 파장의 단색광(λ1, λ2)을 동시에 출력한다. 이 양쪽 단색광은, 광학 부재(10c)로 합쳐져 하프 미러(13)로 향한다.
단색광의 출력에 연동해서 촬상 장치(19)가 작동하고, 예컨대, 도 1에 나타낸 볼록부(凸部)(30B)를 갖는 측정 대상면(30A)의 촬상을 1회 행한다. 이 촬상에 의해 취득된 측정 대상면(30A)의 간섭 줄무늬 화상 데이터가 메모리(21)에 기억된다. 즉, 메모리(21)에는 경사 자세인 참조면(15)에서의 반사광과, 측정 대상면(30A)으로 반사해서 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 화상 데이터가 단색광마다 기억된다. 이때 참조면(15)으로 반사하는 광의 전파 거리(L1의 2 배)는, 참조면(15)에서의 반사 위치에 있어서 규칙적으로 변동한다. 따라서, 측정 대상면(30A)의 높이가 평탄한 부분에서는, 측정 대상면(30A)으로부터 반사광의 전파 거리(L2의 2배)는, 측정 개소에 있어서 변동은 없으므로, 촬상 장치(19)에 의해 촬상되는 화상에 있어서의 간섭 줄무늬는 참조면(15)의 경사 방향과 각도에 따라 촬상면 내에 공간적으로 규칙적으로 나타난다. 이 간섭 줄무늬는 참조면(15)으로부터의 반사광 전파 거리(L1의 2배)와 측정 대상면(30A)으로부터의 반사광의 전파 거리(L2의 2배) 차이가 λ1/2 = 235nm 및 λ2/2 = 313.5nm 될 때마다 1주기분(周期分) 나타난다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 측정 대상면(30A)의 높이가 변동하는 개소에서는, 간섭 줄무늬가 어긋난 불규칙한 줄무늬 모양으로서 나타난다.
또, 이 과정이 본 발명에 있어서의 제1 과정에 상당한다.
<스텝(S2)> 간섭광 강도값 군(群)의 취득
CPU(20)는, 메모리(21)에 기억한 각 화소의 강도값, 즉, 측정 대상면(30A) 간섭광의 강도값을 화상 데이타로 받아들인다. 이때, 측정 대상면(30A)과 볼록부(30B)의 높이가 변동하는 도 4에 나타낸 화소 번호 200과 330 부근에서, 간섭 줄무늬의 공간적인 위상이(예컨대 도 4의 본 실시예에서는 X축 방향으로) 어긋난 불규칙한 줄무늬 모양으로서 나타난다.
또, 이 과정이 본 발명에 있어서의 제2 과정에 상당한다.
<스텝(S3)> 각 파장의 화소 단위로의 위상(φ1, φ2)의 산출
CPU(20)의 위상 산출부(25)는, 측정 대상면(30A) 산출 대상의 화소에 있어서의 위상을, 그 화소와 상기 화소에 인접하는 화소(본 실시예에서는 X축 방향에 인접하는 화소) 각각의 간섭 줄무늬의 광 강도값을 이용하여 미리 결정한 계산 알고리즘을 이용해서 구해 간다. 구체적으로는, 산출 대상의 화소 및 상기 화소에 인접하는 화소에 있어서의 간섭 줄무늬 광의 강도값을, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식에 적용하여 (피팅)위상을 구한다.
우선, 산출 대상 화소에 있어서의 간섭 줄무늬의 광 강도값은 다음 식(1)과 같이 기재된다.
g(x) = a(x) + b(x)cos{2πfx+φ(x)} ㆍㆍㆍ(1)
여기에서, x는 산출 대상 화소의 위치 좌표, a(x)는 간섭 줄무늬 파형에 포함되는 직류성분, b(x)는 간섭 줄무늬 파형에 포함되는 교류 성분(진동 성분의 진폭이며, 이하, 편의상「교류 진폭」이라 한다), f는 간섭 줄무늬 g(x)의 공간 주파수 성분, φ(x)는 측정 대상면(30A)의 소정 화소에 대응하는 위상에서 산출해야할 것이다. 또, 산출 대상 화소의 위치 좌표는 (x, y)의 2차원으로 나타내지지만, 본 실시예에서는 설명을 간편화하기 위해서 y좌표를 생략해서 기재한다.
다음으로, 인접하는 화소에 대해서는, 산출 대상의 화소로부터 X축 방향으로 미소(微小) 거리 Δx 어긋나 있으므로, 그 간섭 줄무늬의 광 강도값은 다음 식 (2)와 같이 표현된다.
g(x+Δx) = a(x+Δx) + b(x+Δx)cos{2πf(x+Δx)+φ(x+Δx)} ㆍㆍㆍ(2)
여기에서, 본 실시예에서는, 산출 대상의 화소와 인접하는 화소와의 피치가 미소 거리이므로, 각 화소에 걸치는 간섭 줄무늬에 포함되는 직류성분, 교류 진폭 및 위상을 동일하다고 가정하고, 다음 식(3)∼(5)의 관계식을 이용한다.
a(x) = a(x + Δx) = a ㆍㆍㆍ（3)
b(x) = b(x + Δx) = b ㆍㆍㆍ（4)
φ(x) = φ(x + Δx) = φ ㆍㆍㆍ(5)
여기에서, a, b, φ은 정수이다.
상기 (3)∼ (5)와 같이 가정함으로써, 식(1) 및 식(2)는, 이하의 식(1a) 및 식(2a)과 같이 고칠 수 있다.
g(x) = a + bcos(2πfx+φ) ㆍㆍㆍ(1a)
g(x+Δx) = a + bcos{2πf(x+Δx)+φ} ㆍㆍㆍ(2a)
다음으로, 식(1a) 및 식(2a)를 변형하여, 다음 식(6), (7)을 작성한다.
G(x) = g(x) - a = bcos(2πfx+φ) ㆍㆍㆍ(6)
G(x+Δx) = g(x+Δx) - a = bcos{2πf(x+Δx)+φ} ㆍㆍㆍ(7)
다음으로, 덧셈 정리에 의해 식(6), (7)을 다음 식 (8), (9)과 같이 변형한다.
G(x) = bcos(2πfx+φ)
= b{cos(2πfx)cosφ - sin(2πfx)sinφ} ㆍㆍㆍ(8)
G(x+Δx) = bcos{2πf(x+Δx)+φ}
= b[cos{2πf(x+Δx)}cosφ - sin(2πfx+Δx)sinφ] ㆍㆍㆍ(9)
다음으로, 이들 식(8), (9)를 행렬(10)로 나타낸다.
Figure 112008007064391-PAT00001
또, A는, 다음과 같이 나타내진다.
Figure 112008007064391-PAT00002
여기서, 행렬(10)의 좌변으로부터 A의 역행열을 곱해서 전개함으로써, 다음 식(11), (12)를 구한다.
Figure 112008007064391-PAT00003
Figure 112008007064391-PAT00004
이들 상기 식(11), (12)을 이용하여, 다음 식(13)을 얻을 수 있다.
또, 여기서, 상기 bsinφ 및 bcosφ의 각각을 bsinφ = S 및 bcosφ = C 라고 하고, 또한 tanφ = S/C 라고 한다.
φ = arctan{S/C}+n'πㆍㆍㆍ(13)
또, n'는, 정수이다.
여기서, CPU(20)는, 또한 부호 판정부(26)를 구비하며, 이 부호 판정부(26)가 sinφ와 cosφ의 부호 정보를 참조한다. 이 부호정보를 이용하면, sinφ와 cosφ의 부호의 조합으로부터, φ의 존재 범위를 π에서부터 2π로 확장할 수 있게 된다. 도 5는, 식(13)에 나타낸 것과 같은, sinφ와 cosφ의 부호 정보를 참조해서 φ의 범위를 특별히 정하기 위한 구체적인 도이다. 따라서, sinφ와 cosφ의 부호정보를 이용하면 식(13)은 다음 식(14)로 나타낼 수 있다.
φ = arctan{S/C} + 2nπㆍㆍㆍ(14)
또, n은, 정수이다.
따라서, G(x)와 간섭 줄무늬 파형의 공간 주파수(f)를 미리 안다면 식(14)에 의해 위상(φ)을 구할 수 있다. G(x)는 화소의 휘도 정보 g(x) 및 g(x+Δx)와 간섭 줄무늬 파형의 직류 성분(a)으로 이루어지므로, 결국 g(x) 및 g(x+Δx), 간섭 줄무늬 파형의 직류성분(a), 간섭 줄무늬 파형의 공간 주파수(f)를 미리 안다면 식(14)에 의해 φ을 구할 수 있다. 즉, 파장(λ1, λ2) 경우의 각각의 위상(φ1, φ2)을 상기 연산식을 이용해서 구한다.
g(x) 및 g(x+Δx)는 촬상 장치(19) 화소의 휘도 정보로서 얻을 수 있다.
a는 예컨대, 촬상 장치(19)로 관측된 전체 화소 휘도의 평균치로 하는 방법, 위상 산출 대상 화소의 근방 화소의 평균치로 하는 방법, 또는 미리 반사율을 측정하는 방법 등으로 구할 수 있다.
f는 예컨대, 참조면(15)의 설치 각도로부터 구하는 방법, 미리 측정 대상물로서 평탄면을 관찰했을 경우의 간섭 줄무늬 파형의 화면 내의 간섭 줄무늬 개수로부터 구하는 방법 등으로 구할 수 있다.
또, 이 과정이 본 발명의 제3 과정에 상당한다.
<스텝S4> 각 파장의 화소 단위에서의 표면 높이(z1, z2)의 산출
CPU(20)는, 상기 식(14)으로부터 파장(λ1, λ2)마다 산출된 산출 대상 화소의 위상(φ1(x), φ2(x))을 다음 식(15)에 피팅해서 각각의 높이(z1(x), z2(x))를 구한다.
z(x) = [φ(x)/4π]λ+ z0 ㆍㆍㆍ(15)
또, z0는 측정 대상물(30)의 기준높이다.
여기에서, 파장(λ)으로 했을 경우, λ/2의 범위마다 표면 높이의 해(解) 후보값 군(群)이 존재한다. 따라서, 본 실시예와 같이 두 파장(λ1, λ2)을 이용했을 때의 표면 높이의 해 후보값 군은, 양쪽 후보값 군의 λ1/2과 λ2/2의 최소 공배수의 범위마다 주기적으로 존재한다.
구해야 할 표면 높이는 1개뿐이므로, 양쪽 후보값 군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구한다. 즉, 각 후보값 군에서 구한 표면 높이의 해 후보값 중, 서로 가장 가까운 높이를 실제 높이로 한다.
예컨대, 주기적으로 존재하는 λ1의 해 후보값 군이 도 6(a)에, λ2의 해 후보값 군이 도 6(b)와 같이 된다. 여기에서, 도 1에 나타낸 측정 대상물(30)의 저부 (30A)에 상당하는 부분이 화소 번호의 대략 0∼200까지와, 330∼500까지가 되고, 볼록부(30B)가 중앙의 화소 번호 200부근∼330까지가 된다. 그러므로, 화소마다 양쪽 후보값 군을 비교하여, 저부(30A)와 볼록부(30B)의 표면 높이가 대략 일치하는 것을 추출해 나간다. 즉, 한쪽 저부(30A)는, 파장(λ1)의 높이(z11)와 파장(λ2)의 높이(z21)가 일치하므로, 이때의 값을 실제 높이로 한다. 다른 볼록부(30B)은, 파장 λ1의 높이 z13과 파장 λ2의 높이 z23이 대략 일치하므로, 이때의 값을 실제 높이로 한다.
즉, 이 원리에 근거하여 파장(λ1, λ2)에서 측정한 위상(φ1(x), φ2(x))으로부터, 다음 식(15a), (15b)에 의해 각각의 표면 높이를 구한다.
z1(x) = [φ1(x)/2π+n1]ㆍ(λ1/2) ㆍㆍㆍ(15a)
z2(x) = [φ2(x)/2π+n2]ㆍ(λ2/2) ㆍㆍㆍ(15b)
<스텝(S5)> 화소 단위의 실제 높이(Z)를 산출
상기 두 식을 이용하여, 실제로 높이(Z)를 다음 식(15c)에 의해 더 구한다.
Z = [Φ(x)/2π+N]ㆍ(Λ/2) ㆍㆍㆍ(15c)
단지, Φ = φ1-φ2 ; (-π<Φ≤π), Λ = (λ1λ2)/|λ1-λ2|, N = n1 - n2 이다.
또, 이 과정이 본 발명에 있어서의 제4 과정에 상당한다.
<스텝(S6)> 전체 화소에 대해서 산출 종료?
CPU(20)는, 모든 화소에 대해서 위상과 높이의 산출이 종료할 때까지, 스텝(S3∼S6)의 처리를 반복 행하고, 위상과 표면 높이를 구한다.
<스텝(S7)> 표면 형상의 표시
CPU(20)의 화상 데이터 작성부(27)는, 산출된 실제 표면 높이의 정보로부터 측정 대상면(30A, 30B)의 표시 화상을 작성한다. 그리고, CPU(20)는, 이 화상 데이터 작성부(27)에 의해 작성된 정보에 근거하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 모니터(23)에 측정 대상물(30)의 표면 높이 정보를 표시하거나, 이들 각 특정 개소의 높이 정보에 근거한 3차원 또는 2차원 화상을 표시하거나 한다. 오퍼레이터는, 이들 표시를 관찰함으로써 측정 대상면(30A)의 표면에 있는 요철(凹凸) 형상을 파악 할 수가 있다. 이상, 측정 대상면(30A)의 표면 형상 측정 처리가 종료된다.
또, 이 과정이 본 발명에 있어서의 제5 과정에 상당한다.
상술 한 바와 같이, 촬상 장치(19)로 촬상한 화상 데이터로 매(每) 화소의 간섭 줄무늬 광의 강도값과, 그 근방의 복수 화소의 강도값을 산출하는 과정에서, 각 화소의 간섭 줄무늬 파형에 포함되는 직류 성분(a(x)), 교류 진폭(b(x)) 및 위상(φ(x))의 각각이 각 화소에 대해서 동일하다고 가정하여 연립 비교함으로써, 각 화소에 있어서의 간섭 줄무늬 직류 성분과 교류 진폭을 캔슬할 수가 있다.
따라서, 로우 패스 필터를 이용하는 일 없이, 측정 대상면(30A)의 표면 높이를 측정할 수가 있으므로, 도 7에 도시한 바와 같이, 측정 대상면(30A)의 가파른 에지 부분의 표면 높이를 높은 정밀도로 구할 수 있다. 그 결과, 측정 대상면(30A)의 표면 형상을 높은 정밀도로 측정할 수가 있다.
또한, 구한 위상으로부터 측정 대상물 표면 높이의 후보값 군을 단색광마다 구하고, 나아가 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제의 높이로서 구하므로, 단일 위상으로부터 표면 높이를 구하는 것보다도 넓은 후보 범위로부터 실제 높이를 높은 정밀도로 구할 수 있다. 또한, 사용하는 파장의 조합에 의해 측정할 수 있는 높이의 상한을 높게 할 수 있다. 예컨대, 파장(λ1, λ2)의 차이를 작게 하면, 보다 높은 요철 단차를 검출할 수가 있다.
또한, 위상으로부터 측정 대상물(30)의 표면 높이를 구하므로, 표면의 요철상태의 판별도 가능하다.
나아가, 동시에 출력하여 복수의 단색광으로 이루어진 반사광을 동시에 검출해, 측정 대상물(30)의 표면 높이와 표면 형상을 측정할 수가 있으므로, 작업 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한하지 않고, 다음과 같이 변형 실시할 수도 있다.
(1)상기 실시예에서는, 산출 대상의 화소에 인접하는 1개 화소의 간섭광의 강도값을 이용해서 측정 대상면(30A)의 높이를 구하고 있었지만, 산출 대상 화소의 근방에 있는 2개의 화소를 이용하여, 합계 3화소로부터 측정 대상면(30A)의 높이를 구해도 좋다.
이 경우, 3원 연립 방정식을 풀고, 3개의 미지 변수를 구할 수 있다. 따라서, 산출 대상의 화소에 인접하는 1개 화소의 간섭광의 강도값을 이용하여 구했을 때와 비교하면, 간섭 줄무늬 파형의 직류성분(a), 간섭 줄무늬 파형의 공간 주파수 (f)중 어느 한쪽을 미지 변수로서 추가할 수 있다.
f를 다른 방법으로 추정하고, a를 미지변수로서 추가한 예를 들면, 산출 대상의 화소(x+Δx1)와 이웃 화소(x+Δx2, x+Δx3)의 합계 3화소 간섭광의 강도값을 이용하여, 이 소정 화소의 높이는, 다음 식(16)과 같이 구해진다.
Figure 112008007064391-PAT00005
단지, g1= g(x+Δx1), g2= g(x+Δx2), g3= g(x+Δx3)이다.
이상의 연산 처리에 의해, 측정 대상면(30A) 소정 화소의 표면 높이를 높은 정밀도로 구할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 4개 이상의 복수 개의 이웃 화소를 이용하여 측정 대상면(30A)의 높이를 구해도 좋다. 이 경우는, 다수 화소 강도값의 정보를 바탕으로 φ(x)을 구하기 때문에, 촬상 시의 휘도 노이즈나 계산 시의 양자화(量子化) 오차에 대한 측정값의 영향을 작게 할 수 있다는 특징을 가진다.
즉, 상기 실시예 장치에 있어서, CPU(20)의 위상 산출부(25)는, 구하고 싶은 측정 대상면(30A) 화소(x)에 있어서의 위상을, 그 화소(x)와 상기 화소(x)의 근방에 있는 복수 개(N개)의 화소(x+Δxi(i = 1, 2, 3,…, N))(본 실시예에서는 X축 방향에 존재하는 복수 개의 화소) 각각의 간섭 줄무늬의 광 강도값을 구하기 위해서 미리 결정한 계산 알고리즘을 이용해서 구해 간다. 구체적으로는, 산출 대상의 화소 x에 있어서의 간섭 줄무늬 광의 강도값을 다음 식(17)에 의해 구한다. g(x+Δxi) = a(x+Δxi) + b(x+Δxi)cos{2πㆍfㆍ(x+Δxi) + φ(x+Δxi)}…(17)
이 경우도 상기의 실시예와 같이, 각 화소의 간섭 줄무늬에 포함되는 직류성 분, 교류 진폭 및 위상을 동일하다고 가정하고, 상기 식(3)∼ (5)의 관계식을 적용한다. 본 실시예의 경우, 다음 식(18)∼ (20)처럼 된다.
a(xi) = a(x +Δ xi) = a ㆍㆍㆍ（18)
b(xi) = b(x+Δ xi) = b ㆍㆍㆍ（19)
φ(xi) = φ(x+Δ xi) = φ ㆍㆍㆍ(20)
상기 식(18)∼ (20)과 같이 가정함으로써, 식(17)을 다음 식(21)과 같이 나타낼 수 있다.
g(x+Δxi) = a + bcos{2πㆍfㆍ( x+Δxi )+φ}
= a + bcosφㆍcos{2πㆍfㆍ(x+Δxi)} - bsinφㆍsin{2πㆍfㆍ(x+ Δxi )}…(21)
이들 Ｎ원 연립 방정식으로부터, 간섭 줄무늬 파형의 직류성분(a), 교류 진폭(b), 공간 주파수(f), 위상(φ)을 피팅에 의한 추정으로 구하게 된다. 여기에서, 간섭 줄무늬 파형의 직류성분(a) 및, 간섭 줄무늬 파형의 공간 주파수(f)는 2화소 혹은 3화소로부터의 위상(φ) 산출 시와 동일하게 별도의 방법으로 구해 두어도 좋다.
다음으로, 간섭 줄무늬 파형의 공간 주파수(f)를 추정하고, 간섭 줄무늬 파형의 직류성분(a)는 피팅에 의한 추정으로 구하는 예를 기재한다.
특히, 본 변형예에서는, 상기 실시예의 도 2에 나타낸 플로우 챠트의 스텝(S2)과 스텝(S3) 사이에서 공간 주파수(f)의 추정의 연산 처리가 행하여진다. 즉, 이 변형예 전체의 플로우 챠트는, 도 8에 나타내게 된다. 따라서, 우선, 스 텝(S3)에 있어서의 공간 주파수(f)의 추정 알고리즘에 대해서 설명한다.
<스텝(S3)> 공간 주파수(f)의 추정
우선, 공간 주파수(f)의 추정에는, 예컨대, 프로니(Prony)법을 이용한다. 즉, 미리 취득한 복수 개의 등간격 표본값으로부터 표본점 주파수(fs)를 수정하면서 순차적으로 표본화를 행한다. 최종적으로 fs = 4f에 수속(收束)시키면서 공간 주파수(f)를 추정한다. 구체적으로는, 다음 알고리즘을 이용한다.
미리 취득한 복수 개의 등간격 표본값으로부터 등간격 표본점(x0, x1, x2, x3)의 4점을 이용하여 다음 식(22)로부터 공간 주파수(f)를 구한다.
f = (fs/2π)acos[(x3-x2+x1-x0)/{2＊(x2-x1)}] ㆍㆍㆍ(22)
또, acos는, arc코사인이다.
여기에서, 프로니법에 의한 공간 주파수의 추정 정밀도는, 표본화 주파수(fs)가 추정 대상인 공간 주파수(f)의 4배(fs=4f)에 근사할수록 높아진다. 따라서, 표본화 주파수(fs)를 순차적으로 수정하면서 fs=4f에 수속시킨다.
또, 표본점 간격(t)은, 1화소의 정수배 외에는 취할 수 없으므로, 표본화 주파수(fs)와 얻어진 공간 주파수 f와의 비(比)가 가장 4에 가까울 때의 주파수를 공간 주파수(f)로서 추정한다.
본 실시예에서는, 상기 알고리즘에 의해, 공간 주파수(f)의 추정을, 도 9에 나타낸 플로우 챠트에 따라 다음과 같이 실행한다.
<스텝(S10)> 표본화 주파수의 잠정값(fs')을 초기값(f1)으로 설정
미리 취득한 표본점 데이터에 대하는 표본화 주파수의 잠정값(fs')을 f1으로 설정한다. 구체적으로는, 표본화 주파수(f1)를 추정 주파수의 2배보다 크게 설정하고, 표본점 간격(t)이 나이퀴스트(nyquist) 간격보다 작아지도록 설정한다. 예컨대, 도 10에 도시한 바와 같이, 표본점 간격(t)이 주기(T)의 1/2 이하에 포함되는 잠정 표본화 주파수(f1)를 설정한다.
<스텝(S11)> 표본점 간격(t)의 산출
식 t = round(1/fs')로부터 표본점 간격(t)을 산출한다. 또, 여기에서, round는 사사 오입에 의한 정수화를 의미한다.
<스텝(S12)> 수속 판정(收束 判定)
전회에 산출한 간격(t)으로 새롭게 산출한 간격(t)을 비교 연산하고, 구하는 값이 같아졌을 때, 그 시점에서 수속(收束)했다고 판정한다. 예컨대, 도 11의 적색 줄무늬의 실험 데이터에 도시한 바와 같이, 반복 4회의 계산을 행했을 경우, 표본점 간격(t)이, 6, 9, 10, 10의 순서로 변화되었다. 즉, 4회째의 계산에서 수속했다고 판정한다. 이렇게, 새롭게 산출한 간격(t)이 전회의 간격(t)과 같은 값이 되었을 때, 본 처리를 종료하여 스텝(S4)으로 진행한다. 새로운 간격(t)이 전회와 같지 않으면, 다음 스텝(S13)으로 진행한다.
<스텝S13> 표본화 주파수(fs)의 산출
간격(t)을 결정하면, 표본화 주파수(fs)를 fs = 1/t로서 산출한다.
<스텝(S14)> 공간 주파수(f)의 산출
측정 대상 영역 내의 화소마다, 간격(t)에서 표본점(x0, x1, x2, x3)의 4점을 선택하고, 식(22)을 이용해서 공간 주파수(f)를 산출하고, 영역 전체에서의 평균값을 계산한다.
<스텝(S15)> 새로운 표본화 주파수의 잠정값(fs')을 산출
공간 주파수(f)가 구해지면, fs = 4f의 관계를 이용해서 새로운 표본점 주파수의 잠정값(fs')을 산출한다. 상기 잠정값(fs')이 구해지면, 스텝(S11)으로 되돌아가고, 스텝(S12)으로 전회의 간격(t)과 새로운 간격(t)이 일치할 때까지 이후의 스텝을 반복한다.
다음으로, 공간 주파수(f)의 추정이 종료하면, 식(21)에 대하여, 복수 화소의 강도값(g(x+Δxi))을 바탕으로 이하의 식(23)을 채운다(a，bcosφ, bsinφ)의 조(組)를 구한다. 그 중 (bcosφ, bsinφ)부터, φ를 구하면 된다.
Figure 112008007064391-PAT00006
여기서, 이하의 식(24), 식(25), 식(26)과 같이 둔다.
Figure 112008007064391-PAT00007
Figure 112008007064391-PAT00008
Figure 112008007064391-PAT00009
다음으로, 식(23)을 만족시키는 α는 이하의 식(27)과 같이 구할 수 있다.
α = (ATㆍA)-1ㆍATㆍＧ ㆍㆍㆍ（ 27)
그리고, α의 벡터 성분으로부터 위상(φ)을 다음 식(28)을 이용해서 구할 수 있다.
Figure 112008007064391-PAT00010
이 식 (28)으로부터 상기 실시예에 나타내는 식(13), (14)과 마찬가지로 해서 φ를 구할 수 있다.
상술 한 바와 같이, 산출 대상의 화소에 대하여, 상기 화소의 이웃 화소를 복수 개 이용해도, 상기 화소의 높이를 높은 정밀도로 구할 수 있다. 또, 이 변형 실시예에서는, X축 방향에 있는 복수 개의 이웃 화소를 이용하고 있지만, Y축 방향의 화소를 이용하는 등, 그 이용 화소에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다.
(2)상기 실시예에서는, X축 또는 Y축 방향의 한 축에 분포되는 근방 화소를 이용해서 설명했지만, XY평면 상에 분포되는 근방 화소를 이용해도 좋다. 이 경우, 산출 대상인 (ｘ, y)좌표 상에 있는 화소에 대하여, 상기 화소의 근방에 있는 화소의 좌표를 {(xi, yi)}(i = 1,2,…N)로 해서 풀면 되며, 상기 식(1)을 g(x,y) = a + bcos{2πfxx+2πfyy+φ}로 해서 연산 처리를 하면 된다.
(3)상기 실시예에서는, 측정 대상물(30)을 정지 상태에서 촬상하였으나, 길이가 긴 측정 대상물이나 복수 개의 측정 대상물(30)을 소정 속도로 이동시키면서, 이 이동 속도와 같은 시각에 일어나도록 조정하면서, 측정 대상면(30A)의 화상을 소정 샘플링 시간으로 촬상하고, 표면 높이를 구하도록 구성해도 좋다.
(4)상기 실시예는, 단색광마다 구한 표면 높이의 후보값 군으로부터 실제 높이를 산출하는 과정에서, 후보값의 평균을 산출해서 이용해도 좋다. 이로 인해, 장치 등의 고체 오차를 캔슬할 수가 있다.
(5)상기 실시예에서는, 조명 장치(10)의 광원에 백색 광원을 이용하고, 백색광이 측정 대상면과 참조면에 도달할 때까지의 광로 상에, 백색광으로부터 다른 복수 파장의 단색광을 추출하는 광학 수단을 배비해도 좋다. 또한, 촬상 장치(30)에 반사광이 도달할 때까지의 광로 상에 동일한 공학 수단을 배비해도 좋다. 또한, 각 단색광을 개별 촬상 장치(19)로 검출하도록 구성해도 좋다.
(6)상기 실시예에서는, 1개의 측정 대상물(30)의 표면 높이 및 표면 형상을 구했지만, 다음과 같이 구성해도 좋다. 예컨대, 복수 개의 측정 대상물(30)을 반송 경로에서 연속적으로 반송시키거나, 가동 테이블 상에 정렬 배치한 복수 개의 측정 대상물(30)을 XㆍY평면 상에서 이동시키거나 하면서 모든 측정 대상물(30)에 대해서, 그 표면 높이 및 표면 형상을 구하도록 구성해도 좋다.
(7)상기 실시예에서는, 측정 대상물(30)의 평행도가 미리 유지된 상태에서 참조면(15)의 각도를 임의로 설정해서 측정을 행하였으나, 다음과 같이 구성해도 좋다. 예컨대, 측정 대상물(30)의 측정면측에 평탄도가 유지되어서 높이가 이미 알 려진 기준 영역을 설치해 두고, 참조면(15)의 각도를 설정한 후에, 이 영역의 높이를 미리 측정하여, 그때의 측정 대상물(30)의 경사를 측정한다. 그리고, 이 구해진 경사의 보정량을 산출하고, 그 결과를 이용해서 보정하도록 구성해도 좋다. 이로 인해, 간섭 줄무늬 파형의 공간 주파수 성분을 추정할 수가 있다.
(8)상기 실시예에서는, 광원에 다른 파장의 2개의 LED를 이용했으나, 이 LED 를 대신해, 예컨대, 파장λ=627nm의 레드(R), 파장λ=530nm의 그린(G) 및 파장λ=470nm의 블루(B)로 이루어진 RGB-LED를 사용해도 좋다. 이 경우, 촬상 장치(19)는, 예컨대 도 13에 도시한 바와 같이, 이들 3개의 광원으로부터의 반사광을 단색광으로 분리가능한 필터를 구비한 컬러 카메라를 이용한다. 또, 각 LED의 파장은, 상기값에 한정되는 것은 아니다.
필터는, 그 특성에도 의하지만, 도 13에 도시한 바와 같이, 분리 단색광에 다른 단색광의 주파 대역의 광이 포함된다. 즉, 크로스 토크가 생긴다.
그러므로, 상기 변형예와 같이 , 다른 주파수 대역의 단색광을 복수 사용할 경우, 실제 측정 시에 생기는 크로스 토크를 제거하는 것이 바람직하다.
크로스 토크의 제거는, 각 분리 단색광에 포함되는 다른 단색광을 제거하는데도 필요한 보정 계수를 실험이나 시뮬레이션에 의해 미리 구하고, 관측에 의해 구해지는 매(每) 화소의 강도값을 상기 보정 계수에 의해 보정하여 행한다.
보정 계수는, 예컨대, 다음 방법에 의해 구할 수 있다.
우선, 크로스 토크의 모델과 보정식에 대해서 설명한다. RGB-LED광원을 조사(照射)해서 취득되는 화상에 있어서, 그 휘도신호(I)는, 각 광원의 개별 조사에 의한 휘도의 가성성(加成性)에 의해 다음 식(29)으로 나타낼 수 있다.
I(R, G, B) = I(R) + I(G) + I(B) ㆍㆍㆍ(29)
여기에서, 각 화소의 관측 휘도(B', G', R')로부터, 참(眞) 휘도(B, G, R)를 구하는 것을 생각한다. 이 경우, 각 단색광의 관측 휘도(B', G', R')는, 각 광원의 휘도에 크로스 토크의 영향으로 다른 광원의 휘도가 포함되어 있다. 따라서, 관측 휘도와 참 휘도의 관계는, 다음 모델식(30a)∼(30c)에 의해 나타낼 수 있다.
B' = B + aG + bR …（30a)
G' = cB + G + dR …（30b)
R' = eB + fG + R …（30c)
여기서, 식(30a)∼ (30c)의 ａ∼f는, 크로스 토크의 크기를 나타내는 계수이다.
상기 식(30a)∼ (30c)으로부터, 각 광원에 대응하는 참 휘도는, 각 계수가 작을 경우는, 계수의 곱의 항은 무시할 수 있어서, 근사적으로 다음 식(31a)∼ (31c)에 의해 구할 수 있다.
B = B'- aG'- bR' …（31a)
G = G'- cB'- dR' …（3lb)
R = R'- eb'- fG' …（31c)
다음으로, 크로스 토크의 크기 a∼f를 구하는 방법에 대해서 설명한다.
우선, 각 광원을 개별로 점등한다. 이때, 모니터에 출력되는 RGB의 휘도를 복수의 화소에 대해서 구한다. 예컨대, 그린의 LED만을 점등시켰을 때의 RGB 휘도 를 구해 간다. 마찬가지로, 레드 및 블루의 LED를 개별로 점등시켜, 각각의 RGB 출력을 복수의 화소에 대해서 구한다.
여기에서, 얻어진 RGB 출력으로부터 도 14에서 도 16에 나타낸 것과 같은 상관 도를 구하고, 관측 광원마다 포함되는 다른 광원과의 상관 관계로부터 보정 계수를 구한다.
예컨대, 블루의 LED만을 점등시켰을 때, 도 14에 도시한 바와 같이, 블루에서부터 그린으로의 크로스 토크 보정 계수는, 0.23이며, 블루에서부터 레드로의 크로스 토크의 보정 계수는, 0.00이 된다. 마찬가지로, 레드만을 점등시켰을 때, 도 15에 도시한 바와 같이, 레드에서부터 블루로의 크로스 토크의 보정 계수는, 0.00이며, 레드에서부터 그린으로의 크로스 토크의 보정 계수는, 0.04가 된다. 그린만을 점등시켰을 때, 도 16에 도시한 바와 같이, 그린에서부터 블루로의 크로스 토크의 보정 계수는, 0.08이며, 그린에서부터 레드로의 크로스 토크의 보정 계수는, 0.13이 된다.
또한, 다른 방법으로서, RGB-LED의 모든 광원을 동시 조사(照射)하여 취득되는 화상에 대해, 상기의 방법을 적용하여, 보정 계수를 얻을 수도 있다. 단지, 이 경우에는, 대단히 많은 휘도 데이터를 필요로 한다.
세 파장의 LED를 점등시켜서 측정 대상물을 촬상한 결과, 도 17에 도시한 바와 같이, 보정 처리 전과 보정 처리 후의 휘도 분포가 얻어졌다. 즉, 점선으로 나타낸 보정 전의 휘도 분포에서는, 측정 대상물의 단차 부분에 상당하는 X좌표 210∼240부근의 변화는 작지만, 보정 후의 휘도 변화는, 눈으로 보아도 용이하게 판별 할 수 있는 정도로 크게 변화되고 있는 결과가 얻어진다.
마찬가지로, 상기 휘도 분포의 데이터를 이용해서 화소 단위의 위상을 구하면, 이하의 결과가 얻어졌다. 즉, 도 18에 나타낸 보정 전의 분포 데이터를 이용한 경우, 단차가 없는 평탄 부분여도 물결친 형상이 되어, 단차 부분과의 구별이 곤란한 상태가 되었다. 이에 대하여, 보정 후는, 도 19에 도시한 바와 같이, 단차 부분 210∼240 이외에서는, 대략 평탄하게 되어, 단차 부분에만 큰 변화가 보여졌다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 인접하는 주파수 대역의 복수의 단색광을 이용하여도, 크로스 토크에 의한 다른 단색광의 불필요한 휘도(광 강도값)을 제거할 수가 있다.
※본 발명은, 그 사상 또는 본질로부터 일탈하지 않고 다른 구체적 형태로 실시할 수 있으며, 따라서, 발명의 범위를 나타내는 것으로서, 이상의 설명이 아닌, 부가된 클레임을 참조해야 한다.
발명을 설명하기 위해서 현재의 알맞다고 생각되는 몇 개의 형태가 도시되어 있지만, 발명이 도시된 대로 배치 및 수단에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 실시예에 관한 표면 형상 측정 장치의 개략구성을 나타내는 도이다.
도 2는, 표면 형상 측정 장치에 있어서의 처리를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 3은, 측정 대상면의 촬상 화상 데이터를 나타내는 도이다
도 4는, 촬상 화상의 X축 방향 휘도 변화를 나타내는 도이다.
도 5는, sinφ과 cosφ의 부호정보를 이용해서 φ의 범위를 특별히 지정할 수 있는 것을 나타내는 도이다.
도 6은, 실제로 표면 높이의 추출을 나타내는 도이다.
도 7은, 본 실시예 장치를 이용해서 가파른 단차(段差)를 측정한 경우의 측정 결과를 나타내는 도이다.
도 8은, 변형예의 표면 형상 측정 장치에 있어서의 처리를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 9는, 공간 주파수의 추정 처리를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 10은, 공간 주파수의 추정 처리를 나타내는 모식도이다.
도 11은, 공간 주파수의 추정 실험 결과를 나타내는 도이다.
도 12는, 변형예 방법을 이용한 실측 결과를 나타내는 도이다.
도 13은, 컬러 필터 특성을 나타내는 도이다.
도 14는, 블루의 광원 발광 시에 생기는 크로스 토크를 나타내는 도이다.
도 15는, 레드의 광원 발광 시에 생기는 크로스 토크를 나타내는 도이다.
도 16은, 그린의 광원 발광 시에 생기는 크로스 토크를 나타내는 도이다.
도 17은, 크로스 토크의 비보정 휘도 데이터와 보정 휘도 데이터를 나타내는 도이다.
도 18은, 크로스 토크의 비보정 위상 데이터를 나타내는 도이다.
도 19는, 크로스 토크의 보정 위상 데이터를 나타내는 도이다.

Claims (12)

  1. 분기 수단(分岐 手段)을 통하여 측정 대상면과 참조면(參照面)에 단색광을 조사하고, 측정 대상면과 참조면의 양쪽으로부터 반사되어, 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 강도값에 근거하여, 측정 대상면의 표면 높이와 표면 형상을 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법에 있어서,
    광의 진행 방향에 대하여 임의 각도의 경사 자세로 상기 참조면을 배치하고, 파장이 다른 복수의 단색광을 측정 대상물과 참조면에 동시에 조사함으로써 발생시킨 간섭 줄무늬의 화상을 취득하는 제1 과정과;
    취득한 상기 화상에 있어서의 각 화소의 간섭 줄무늬 강도값을 단색광마다 구하는 제2 과정과;
    간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용하여, 상기 매(每) 화소에 대하여, 각 화소의 강도값과 그 근방의 복수 화소의 강도값을 이용하고, 상기 화소에 있어서의 간섭 줄무늬 파형의 직류 성분, 교류 진폭, 및 위상이 동일하다고 가정하여, 각 화소의 위상을 단색광마다 구하는 제3 과정과;
    단색광마다 구한, 각 화소의 위상으로부터 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 파장의 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구하는 제4 과정과;
    구한 상기 실제 높이로부터 측정 대상물의 표면형상을 구하는 제5과정을 포함하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 측정 대상물로 향하는 광과, 1개 또는 복수 개의 측정 대상물을 상대적으로 평행 이동시키면서 소정의 시간 간격으로 측정 대상물의 측정 위치마다 상기 제1 과정으로부터 제5 과정을 반복해 행하여 측정 대상물의 표면형상을 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    구하는 상기 매(每) 파장의 위상은, 각 화소의 강도값g(x,y)을 화소의 근방에서 간섭 줄무늬 파형의 표현식인 g(x,y) ＝ a + bcos{2πfxx + 2πfyy+φ}에 피팅 (fitting)시키는 것으로부터 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭 줄무늬의 화상은, 복수의 단색광을 분리하는 필터를 구비한 촬상 수단에 의해 촬상하고,
    상기 필터 특성에 의해 생기는 크로스 토크(크로스 토크)의 영향으로 상기 단색광마다 포함되는 다른 단색광의 간섭 줄무늬의 강도값을 제거하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 방법.
  5. 분기 수단을 통하여 측정 대상면과 참조면(參照面)에 단색광을 조사하고, 측 정 대상면과 참조면의 양쪽으로부터 반사되어, 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 강도값에 근거하여, 측정 대상면의 표면 높이와 표면 형상을 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치에 있어서,
    상기 참조면은, 광의 진행 방향에 대하여 임의각도의 경사 자세로 배비(配備)되어 있으며, 측정 대상물을 재치(載置-얹어 놓음)유지하는 유지 수단과;
    파장이 다른 복수의 단색광을 동시에 출력하는 조명 수단과;
    복수의 상기 단색광이 조사되어서 측정 대상물과 참조면으로부터 반사되어 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 단색광마다 간섭 줄무늬를 생기게 하여 측정 대상면을 촬상하는 촬상 수단과;
    촬상된 상기 측정 대상면을 화소마다 간섭 줄무늬의 강도값(强度値)로서 받아들이는 샘플링 수단과;
    상기 샘플링 수단에 의해 받아들여진 상기 강도값인 간섭 줄무늬 강도값 군(群)을 기억하는 기억 수단과;
    상기 기억 수단에 기억된 강도값 군으로부터 화소마다 강도값을 판독하여, 각 화소의 강도값과 화소마다 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하고, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직류성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정하는 동시에, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용해서 각 화소의 위상을 단색광마다 구하며,
    단색광마다 구한 각 화소의 위상으로부터 복수 개의 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구하며,
    상기에서 구한 상기 측정 대상면의 표면 높이로부터 표면 형상을 구하는 연산 수단을,
    구성요소로서 더 포함하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    적어도 상기 조명 수단, 촬상 수단, 분기 수단 및 참조면은 광학계 유닛을 구성하고,
    상기 측정 대상물로 향하는 광과, 1개 또는 복수 개의 측정 대상물이 상대적으로 평행 이동하도록, 상기 유지 수단과 상기 광학계 유닛의 적어도 한쪽을 이동시키는 구동 수단과;
    광학계 유닛과 유지 수단을 상대적으로 평행 이동시키면서, 측정 대상물의 표면 형상을 구하도록 상기 각 수단을 작동 제어하는 제어 수단을 더 포함하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    조명 수단은, 다른 파장을 출력하는 복수 개의 단색광원을 갖는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 촬상 수단은, 복수의 단색광을 분리하는 필터를 구비하고,
    상기 연산 수단은, 상기 필터 특성에 의해 생기는 크로스 토크의 영향으로 상기 단색광마다 포함되는 다른 단색광의 간섭 줄무늬 강도값을 제거하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  9. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    조명 수단은, 백색 광원과,
    상기 백색 광원으로부터 소정의 다른 복수의 파장의 단색광으로 분리해서 상기 분기 수단으로 향해지는 광학 수단으로 구성되어 있는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  10. 분기 수단을 통하여 측정 대상면과 참조면에 단색광을 조사하고, 측정 대상면과 참조면의 양쪽으로부터 반사되어, 동일 광로를 되돌아오는 반사광에 의해 생기는 간섭 줄무늬의 강도값에 근거하여, 측정 대상면의 표면 높이와 표면 형상을 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치에 있어서,
    상기 참조면은, 광의 진행 방향에 대하여 임의각도의 경사 자세로 배비(配備)되어 있으며, 측정 대상물을 재치(載置)유지하는 유지 수단과;
    복수 파장으로 이루어진 광을 출력하는 조명 수단과;
    상기 광이 조사되어서 측정 대상물과 참조면으로부터 반사되어 동일 광로를 되돌아오는 반사광을, 다른 파장의 복수의 단색광으로 분리하는 분리 수단과;
    분리된 상기 단색광마다 간섭 줄무늬를 생기게 하여 측정 대상면을 촬상하는 촬상 수단과;
    촬상된 상기 측정 대상면을 화소마다 간섭 줄무늬의 강도값(强度値)로서 받아들이는 샘플링 수단과;
    상기 샘플링 수단에 의해 받아들인 상기 강도값인 간섭 줄무늬 강도값 군(群)을 기억하는 기억 수단과;
    상기 기억 수단에 기억된 강도값 군으로부터 화소마다 강도값을 판독하여, 각 화소의 강도값과 화소마다 그 이웃에 있는 화소의 강도값을 이용하고, 각 화소에 포함되는 간섭 줄무늬 파형의 직류성분, 교류 진폭 및 위상이 동일하다고 가정하는 동시에, 간섭 줄무늬 파형을 구하는 표현식을 이용해서 각 화소의 위상을 단색광마다 구하며,
    단색광마다 구한 각 화소의 위상으로부터 복수 개의 표면 높이의 후보군을 구하고, 각 후보군으로부터 공통되는 높이를 실제 높이로서 구하며,
    상기에서 구한 상기 측정 대상면의 표면 높이로부터 표면 형상을 구하는 연산 수단을,
    구성요소로서 더 포함하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 분리 수단은, 복수의 단색광을 분리하는 필터이며,
    상기 연산 수단은, 상기 필터 특성에 의해 생기는 크로스 토크의 영향으로 상기 단색광마다 포함되는 다른 단색광의 간섭 줄무늬의 강도값을 제거하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
  12. 제5 항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 수단은, 각 화소의 강도값g(x,y)를 화소의 근방에서 간섭 줄무늬 파형의 표현식인 g(x,y) = a + bcos{2πfxx+2πfyy+φ}에 피팅(fitting)시키는 것으로부터 구하는 복수 파장에 의한 표면 형상의 측정 장치.
KR1020080008642A 2007-01-31 2008-01-28 복수파장에 의한 표면형상의 측정방법 및 이를 이용한 장치 KR20080071905A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007021870 2007-01-31
JPJP-P-2007-00021870 2007-01-31
JP2008008233A JP4885154B2 (ja) 2007-01-31 2008-01-17 複数波長による表面形状の測定方法およびこれを用いた装置
JPJP-P-2008-00008233 2008-01-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080071905A true KR20080071905A (ko) 2008-08-05

Family

ID=39785804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080008642A KR20080071905A (ko) 2007-01-31 2008-01-28 복수파장에 의한 표면형상의 측정방법 및 이를 이용한 장치

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP4885154B2 (ko)
KR (1) KR20080071905A (ko)
CN (1) CN101236067B (ko)
TW (1) TW200839177A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101341620B1 (ko) * 2012-06-14 2013-12-13 전자부품연구원 3차원 형상 측정 시스템 및 방법
WO2017200226A1 (ko) * 2016-05-20 2017-11-23 미르기술 다파장 광 주사 간섭계를 이용한 3차원 형상 측정장치

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5701159B2 (ja) * 2010-06-24 2015-04-15 東レエンジニアリング株式会社 干渉縞モデル適合による表面形状測定方法およびその装置
JP2012078269A (ja) * 2010-10-05 2012-04-19 Naoyuki Furuyama 測距方法及びレーザ測距装置
JP2013068489A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Toray Eng Co Ltd 複数波長による表面形状測定方法およびこれを用いた装置
JP5954979B2 (ja) 2011-12-15 2016-07-20 キヤノン株式会社 多波長干渉計を有する計測装置
WO2013088871A1 (ja) * 2011-12-16 2013-06-20 東レエンジニアリング株式会社 干渉色のモデル適合による膜厚測定方法およびその装置
US9147102B2 (en) * 2012-01-02 2015-09-29 Camtek Ltd. Method and system for measuring bumps based on phase and amplitude information
DE102012002174B4 (de) * 2012-02-07 2014-05-15 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Fehlstellen innerhalb des Volumens einer transparenten Scheibe und Verwendung der Vorrichtung
JP5997578B2 (ja) * 2012-10-19 2016-09-28 東レエンジニアリング株式会社 クロストーク補正係数算出方法およびクロストーク補正係数算出機能を備えた透明膜の膜厚測定装置
CN103267494B (zh) * 2013-05-20 2015-11-04 湖北工业大学 一种表面形貌干涉测量的方法及装置
TWI467129B (zh) * 2014-01-07 2015-01-01 China Steel Corp 鑄嘴平坦度之檢測方法
JP6351289B2 (ja) * 2014-02-18 2018-07-04 Ntn株式会社 表面形状測定装置、方法およびプログラム
JP6126640B2 (ja) * 2015-05-11 2017-05-10 Ckd株式会社 三次元計測装置及び三次元計測方法
CN105021137B (zh) * 2015-06-30 2017-11-07 西安空间无线电技术研究所 一种快速转镜动态面形的测试系统
KR101889237B1 (ko) * 2015-09-15 2018-08-16 엔지케이 인슐레이터 엘티디 복합 기판 및 압전 기판의 두께 경향 추정 방법
TWI579525B (zh) * 2015-12-23 2017-04-21 國立臺灣大學 運動物件之絕對定位距離與偏擺角度同步量測之光學系統與方法
JP6765036B2 (ja) * 2016-03-28 2020-10-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 外観検査装置と外観検査方法
JP6246875B1 (ja) * 2016-08-24 2017-12-13 Ckd株式会社 計測装置
CN107966453B (zh) * 2016-10-20 2020-08-04 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种芯片缺陷检测装置及检测方法
CN108122797A (zh) * 2016-11-29 2018-06-05 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种3d检测装置
JP2019060683A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 東レエンジニアリング株式会社 塗布液滴の特性評価装置
CN110118533B (zh) * 2018-02-05 2021-08-03 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种三维检测方法及检测装置
CN108871206B (zh) * 2018-08-23 2021-06-22 业成科技（成都）有限公司 表面测量方法以及表面量测装置
CN109099859B (zh) * 2018-09-26 2021-07-27 中国科学院上海光学精密机械研究所 大口径光学元件表面缺陷三维形貌测量装置和方法
JP7257162B2 (ja) * 2019-02-08 2023-04-13 株式会社キーエンス 検査装置
SG11202109905QA (en) * 2019-03-21 2021-10-28 Mit Semiconductor Pte Ltd Method of Color Inspection by Using Monochrome Imaging With Multiple Wavelengths of Light
JP7279596B2 (ja) * 2019-09-24 2023-05-23 株式会社デンソーウェーブ 三次元計測装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62282205A (ja) * 1986-05-31 1987-12-08 Toshiba Corp 物体の形状誤差を測定する方法およびその装置
JPH11218411A (ja) * 1998-02-02 1999-08-10 Fuji Xerox Co Ltd 干渉計測方法および干渉計測装置
JP4183089B2 (ja) * 2004-09-16 2008-11-19 東レエンジニアリング株式会社 表面形状および／または膜厚測定方法およびその装置
CN100363710C (zh) * 2005-04-15 2008-01-23 天津大学 基于相移干涉图像序列解析的微结构三维信息获取方法
KR101257538B1 (ko) * 2006-02-01 2013-04-24 토레 엔지니어링 가부시키가이샤 표면형상의 측정방법 및 이것을 이용한 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101341620B1 (ko) * 2012-06-14 2013-12-13 전자부품연구원 3차원 형상 측정 시스템 및 방법
WO2017200226A1 (ko) * 2016-05-20 2017-11-23 미르기술 다파장 광 주사 간섭계를 이용한 3차원 형상 측정장치
TWI639808B (zh) * 2016-05-20 2018-11-01 南韓商美德客科技有限公司 Three-dimensional shape measuring device using multi-wavelength optical scanning interferometer

Also Published As

Publication number Publication date
TW200839177A (en) 2008-10-01
JP2008209404A (ja) 2008-09-11
JP4885154B2 (ja) 2012-02-29
CN101236067B (zh) 2011-02-16
CN101236067A (zh) 2008-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080071905A (ko) 복수파장에 의한 표면형상의 측정방법 및 이를 이용한 장치
KR101257538B1 (ko) 표면형상의 측정방법 및 이것을 이용한 장치
US10302422B2 (en) Measurement system, measurement method, robot control method, robot, robot system, and picking apparatus
JP3878033B2 (ja) 三次元計測装置
US20120236318A1 (en) Inspecting apparatus, three-dimensional profile measuring apparatus, and manufacturing method of structure
EP2905575B1 (en) Image sequence and evaluation method, system and computer program for structured illumination microscopy for measuring a 3D height map
US11493331B2 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method, three-dimensional shape measuring computer-readable storage medium, and three-dimensional shape measuring computer-readable storage device
JP3861666B2 (ja) 形状測定方法及び装置
JP5663758B2 (ja) 形状測定方法及び形状測定装置
JP2005189069A (ja) 表面形状測定方法及び表面形状測定装置
JP5956296B2 (ja) 形状計測装置及び形状計測方法
JP5701159B2 (ja) 干渉縞モデル適合による表面形状測定方法およびその装置
JP2012117858A (ja) クロストーク補正係数算出方法およびクロストーク補正係数算出装置およびこれを用いた三次元表面形状測定装置
JP2013068489A (ja) 複数波長による表面形状測定方法およびこれを用いた装置
JP2010060420A (ja) 表面形状および／または膜厚測定方法およびその装置
JP2010185844A (ja) 表面形状測定方法およびこれを用いた装置
JP2010151781A (ja) 周波数推定方法、周波数推定装置、表面形状測定方法及び表面形状測定装置
TW565681B (en) Method and device for measuring surface shape
JP3921432B2 (ja) モアレ光学系を用いた形状測定装置及び形状測定方法
JP6047427B2 (ja) 薄膜の膜形状測定方法
JP3848586B2 (ja) 表面検査装置
KR20050057223A (ko) 무영 3ｄ/2ｄ 측정장치 및 방법
JP7332417B2 (ja) 測定装置、及び測定方法
JP4402849B2 (ja) 表面形状測定方法及び表面形状測定装置
JP7452121B2 (ja) 検査装置及び検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application