KR20130102465A - 높이 측정 방법 및 높이 측정 장치 - Google Patents

Abstract

측정 대상물(10)에 대하여 결상 광학계(20)의 초점 위치를 광축 방향으로 상대 이동시켜서 주사를 실행하고, 이 결상 광학계(20)에 의해 형성되는 측정 대상물(10)의 화상을 순차 취득하고, 당해 화상의 화소마다의 초점 위치를 구하는 것에 의해, 이 화소에 대응하는 위치에 있는 측정 대상물(10)의 상대 높이 값을 얻는 높이 측정 장치(100)에 있어서, 주사에 의해 얻어진 복수의 화상의 화소마다에 얻어지는, 광축상의 좌표값과 당해 화소의 광 강도값 혹은 당해 광 강도값을 가공한 수치로 이루어지는 수치열에 피트하는 제 1 함수(f)에 기초하여 제 2 함수(g)를 정의하고, 수치열과 제 2 함수(g)와의 상관값이, 극대값 혹은 극소값이 되는 광축상의 위치를, 화소에 대응하는 위치에 있는 측정 대상물의 상대 높이 값으로 한다.

Description

높이 측정 방법 및 높이 측정 장치{HEIGHT MEASURING METHOD AND HEIGHT MEASURING DEVICE}

본 발명은 참고로 본원에 인용되는 것으로 2011년 5월 6일자로 출원된 PCT 국제 출원 제 PCT/JP2011/002560 호의 발명이다. 또한, 본 출원은 참고로 본원에 인용되는 것으로 2010년 5월 7일자로 출원된 일본 특허 출원 제 2010-106870 호의 권리를 청구한다.

본 발명은 높이 측정 방법 및 높이 측정 장치에 관한 것이다.

대상물의 표면의 높이를 측정하기 위해서, 종래의 기술은, 이 측정 대상물의 표면의 상을 얻는 광학계에 대하여, 높이를 계측하기 위한 광학계, 예를 들어 레이저 조사 광학계, 다초점 광학계, 백색 간섭계, 또는 전자 현미경의 복수의 디텍터 등을 부가할 필요가 있었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 출원 공개 제 2001-289621 호 공보

그러나, 상술한 바와 같은 부가적인 광학계(들) 또는 장치(들) 때문에, 전체 장치는 복잡성이 증가하고, 그것에 의해 고가격화와 장치의 대형화라고 하는 단점의 요인이 되고 있다.

본 발명은 이러한 과제를 감안해서 이루어진 것이며, 결상계와 초점 위치의 상대 주사계라고 하는 간단한 광학계로 구성되어 있어도, 고분해능, 고정밀도로 높이의 측정을 행할 수 있는 높이 측정 방법 및 높이 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 제 1 본 발명에 관한 높이 측정 방법은, 측정 대상물의 상을 제 1 면에 결상하는 광학계와 상기 측정 대상물을 상대적으로 이동시켜서 상기 광학계의 광축에 따라 상대적 형태로 이동시키고, 상기 제 1 면에서의 밝기의 변화로부터 상기 측정 대상물의 상대 높이를 측정하는 높이 측정 방법에 있어서, 상기 상대 이동에 대한 상기 밝기의 변화를 나타내며, 상기 상대 이동에 대한 상기 밝기의 변화가 큰 부분에 기초하는 제 1 특성과, 상기 측정 대상물의 측정시의 상기 상대 이동에 대한 상기 밝기의 변화를 나타내는 제 2 특성간의 상관을 구하고, 당해 상관에 기초하여 상기 상대 높이를 구하는 것을 더 포함한다.

상기 높이 측정 방법에 있어서, 상기 제 1 특성과 상기 제 2 특성을 상대적 형태로 이동시켰을 때의 상관의 변화를, 상기 상대적인 이동에서 편미분함으로써 상기 상관이 최대가 되는 상대적인 이동량을 구하고, 이 상대적인 이동량을 상기 상대 높이로 해도 좋다.

제 2 본 발명에 관한 높이 측정 방법은, 측정 대상물의 상을 제 1 면에 결상하는 광학계와 상기 측정 대상물을 상대적으로 이동시켜서 상기 광학계의 광축에 따라 상대적 형태로 이동시키고, 상기 제 1 면의 상을 촬상하고, 상기 촬상된 상으로부터 상기 측정 대상물의 상대 높이를 측정하는 높이 측정 방법에 있어서, 상기 상대 이동과 상기 촬상을 반복해 행하고, 얻어진 상기 복수의 상의 화소마다에 얻어지는, 상기 광축상의 위치와 당해 화소의 광 강도값으로 이루어지는 특성에 피트(fit)하는 제 1 함수에 기초하여 제 2 함수를 정의하고, 측정시에 얻어지는 상기 특성과 상기 제 2 함수와의 상관값이 극값을 나타낼 때의 상기 광축상의 위치를, 상기 화소에 대응하는 위치에 있는 상기 측정 대상물의 상대 높이 값으로 하는 것을 포함한다.

상기 높이 측정 방법에 있어서, 상기 제 2 함수는, 상기 제 1 함수의 1차 미분 함수의 절대값 혹은 당해 1차 미분 함수를 자승한 함수로서도 좋다.

상기 높이 측정 방법에 있어서, 상기 제 2 함수는, 상기 제 1 함수를 상수배로 한 함수로서도 좋다.

상기 높이 측정 방법에 있어서, 상기 광축 방향으로 시프트량으로 상대 이동시킨 상기 제 2 함수와 측정시에 얻어지는 상기 특성간의 상관값을 상기 시프트량으로 편미분한 값이 0으로 되는 당해 시프트량을 구하는 것에 의해, 상기 화소에 대응하는 위치에 있는 상기 측정 대상물의 상대 높이 값으로서도 좋다.

다음에, 본 발명에 관한 높이 측정 장치는, 측정 대상물의 상을 결상 가능한 광학계와, 상기 측정 대상물 및/또는 상기 광학계를 상기 광학계의 광축에 따라 상대 이동시키는 구동부와, 상기 상을 촬상하는 카메라와, 상기 상대 이동과 상기 촬상을 반복해 행하고, 촬상으로부터 얻어진 복수의 촬상 결과에 기초하여 상술한 높이 측정을 실행하는 제어부를 갖는다.

상기 높이 측정 장치에 있어서, 상기 광학계가 현미경이며, 상기 측정 대상물에 대하여 상기 현미경의 대물 렌즈를 광축 방향으로 상대 이동시켜서 주사를 실행하도록 구성해도 좋다.

상기 높이 측정 장치에 있어서, 상기 현미경이, 명암 시야 광학 현미경, 편광 현미경, 형광 현미경, 미분 간섭 현미경, 2광속 간섭 현미경, 실체 현미경 및 줌 현미경 중 어느 하나이며, 상기 현미경에 초점 위치 이동 기구, 촬상 기구, 제어용 프로세서를 조합해서 구성해도 좋다.

상기 높이 측정 장치에 있어서, 상기 현미경이 2광속 간섭 현미경으로 구성되어, 대상물용 대물 렌즈를 상기 측정 대상물에 대하여 광축 방향으로 상대 이동시켜서 주사를 실행하도록 구성해도 좋다.

상기 높이 측정 장치에 있어서, 상기 현미경이 2광속 간섭 현미경으로 구성되어, 참조 광용 대물 렌즈 및 참조 광 형성 미러를 함께 광축 방향으로 이동시켜서 주사를 실행하도록 구성해도 좋다.

본 발명에 관한 높이 측정 방법 및 이 방법을 사용한 높이 측정 장치에 따르면, 결상계와 초점 위치의 상대 주사계라고 하는 간단한 광학계로 구성되어 있어도, 고분해능, 고정밀도로 높이의 측정을 행할 수 있다.

도 1은 높이 측정 장치의 촬상계의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는 상기 촬상계를 통해서 취득되는 데이터 점열을 도시하는 설명도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 제 2 함수의 결정 방법을 도시하는 설명도로서, (a)는 제 1 방법을 도시하고, (b)는 제 2 방법을 도시하고, (c)는 제 3 방법을 도시하고, (d)는 제 4 방법을 도시하는 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본 실시형태에 관한 높이 측정 방법을 설명하기 위한 설명도로서, (a)는 데이터 점열 및 제 1 함수를 도시하고, (b)는 제 2 함수를 도시하고, (c)는 제 2 함수를 시프트 했을 때를 도시하고, (d)는 상관값을 도시하는 도면이다.
도 5는 제 2 함수의 결정 수순을 도시하는 블록 다이아그램이다.
도 6은 현미경을 사용한 높이 측정 장치의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 7은 상관값 최대 좌표값의 결정 수순을 도시하는 블록 다이아그램이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 화상의 취득 방법을 설명하기 위한 설명도로서, (a)는 화상을 취득하는 과정을 도시하고, (b)는 화상을 각 화상 메모리에 저장하는 수순을 도시하는 도면이다.
도 9는 디지털 오퍼레이터에 의한 콘벌루션 연산(convolution operation)을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 최종 높이의 결정 수순을 도시하는 블록 다이아그램이다.
도 11은 2광속 간섭 현미경을 사용한 높이 측정 장치를 도시하는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 우선, 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 관한 높이 측정 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 높이 측정 장치의 촬상계의 기본 구성의 일 예이며, 촬상 소자(30)와, 측정 대상물(10)로부터의 광을 집광하는 대물 렌즈(21) 및 이 대물 렌즈(21)로부터 출사한 광을 집광해서 대물 렌즈(21)의 초점면 위에 있는 측정 대상물(10)의 상을 촬상 소자(30)에 결상하는 결상 렌즈(22)로 이뤄지는 결상 광학계(20)를 갖고 있다. 촬상 소자(30)는 결상 렌즈(22)의 초점 위치에 촬상면이 위치하도록 배치되어 있고, 측정 대상물(10)의 표면으로부터의 광은 대물 렌즈(21)에 의해 평행 광속이 되어서 결상 렌즈(22)에 입사하고, 촬상 소자(30)의 촬상면에 측정 대상물(10)의 표면의 상을 형성하고, 이것이 촬상 소자(30)에 의해 촬상되는 구성으로 되어 있다. 또한, 대물 렌즈(21)에 대한 측정 대상물(10)의 상대 위치(측정 대상물(10)을 지지하는 대(stand)의 상대 위치)를 이동 조정 가능하게 되어 있다. 예를 들어, 피에조 구동 기구를 사용해서 대물 렌즈(21)의 상하 위치를 조정하고, 매우 작은 또한 고정밀도한 상대 위치 조정이 가능하다.

이와 같은 구성의 높이 측정 장치에 있어서, 측정 대상물(10)의 높이를 측정할 때는, 결상 광학계(20)의 광축에 따라, 측정 대상물(10)에 대하여 대물 렌즈(21)를 상대적으로 이동시키는(상기와 같이 피에조 구동 기구에 의한 대물 렌즈(21)의 이동으로도, 측정 대상물(10)을 지지하는 대의 이동으로도, 또한 이들을 조합한 이동으로도 좋다) 것에 의해, 대물 렌즈(21)의 측정 대상물에 대한 초점 위치를 상대적으로 어긋나게 하고, 촬상 소자(30)에 의해 측정 대상물(10)의 연속한 복수의 화상을 취득 기억하고, 각각의 화상을 취득했을 때의 광축상의 상대 위치를 이 화상에 대응시켜서 기억한다. 이와 같이 하여 취득한 복수의 화상에 있어서, 어떤 화소의 광 강도값(이하, "농도값"이라고 한다)을 I라고 하고, 각 화상의 광축상의 위치를 Z로서 그래프 상에 플롯하면, 도 2에 도시하는 데이터 점열(수치열)(M)이 얻어진다. 여기서, 데이터 점열(M)을 M(Zi, Ii), 단 i=1~n으로 나타낸다. 또한, i는 상술한 바와 같이 연속해서 취득된 화상의 번호이며, n개의 화상을 취득했을 경우를 도시하고 있다.

도 2로부터도 명백해진 바와 같이, 상술한 바와 같은 결상 광학계(20)를 통해서 취득되는 화상의 농도값(I)은 대물 렌즈(21)의 초점면과 측정 대상물(10)의 표면(측정면)이 일치할 때에 가장 큰 값이 된다. 그로 인해, 종래의 방법에 있어서는, 데이터 점열(M)에 가장 피트하는 함수를 구하고, 그 함수(농도값)가 최대가 되는 광축상의 위치를 구하는 것에 의해 측정 대상물(10)의 높이를 측정하고 있다. 예를 들어, 종래 기술의 하나인 일본 특허 출원 공개 제 2009-276269 호 공보에 개시되어 있는 방법에서는, 데이터 점열(M)에 가장 피트하는 함수를 푸리에 변환을 사용해서 결정하고, 그 함수의 위상항을 기초로 높이 데이터를 얻는 방법이다. 이 방법은, 취득한 데이터 점열에 함수를 피트시킬 때의 자유도로서 진폭항과 위상항이 있기 때문에, 위상항의 결정에 용장성(redundancy)이 있어, 위상항의 높이의 분해능이 낮아진다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 실시형태에 관한 높이 측정 방법에서는, 이하에 도시한 바와 같이, 미리 설정해 둔 함수(제 2 함수(g))를 데이터 점열(M)에 대하여 광축에 따라 이동시켰을 때의 데이터 점열과의 농도값의 상관값을 구하고, 이 상관값이 극대가 되는 위치로부터 측정 대상물(10)의 높이 위치를 산출하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 상술한 높이 측정 장치를 사용하여, 기준판(균일한 반사율의 표면을 갖는 평면판)을 측정 대상물의 대신에 배치하고, 상술한 바와 같이 데이터 점열(M)을 측정하고, 이 데이터 점열(M)에 가장 피트하는 제 1 함수(f)를 구한다. 여기에서 이 제 1 함수(f)에 있어서 농도값(I)이 가장 커지는(피크값을 나타냄) 광축상의 위치(Zp)를 원점으로 정의한다. 다음에, 측정 대상물(10)의 높이를 구하기 위한 제 2 함수(g)를 구하고, 이 제 2 함수(g)를 사용하여, 실제의 측정 대상물(10)의 표면의 각 위치(촬상 소자(30)의 각 화소에 대응)에서의 높이 측정을 행하게 되어 있다. 구체적으로는, 후술하는 바와 같이, 제 2 함수(g)를 데이터 점열(M)에 대하여 광축에 따라 이동시켰을 때의 데이터 점열(M)과의 농도값의 상관값을 구하고, 이 상관값이 극대가 되는 위치로부터 측정 대상물(10)의 높이 위치를 산출한다.

따라서, 상기 제 1 함수(f) 및 제 2 함수(g)를 구하는 방법을 설명한다. 우선, 상술한 바와 같이 해서, 데이터 점열(M)을 취득하고, 취득한 데이터 점열(M)에 가장 피트하는 함수를 제 1 함수(f)로서 구한다. 이때, 도 2에 도시하고 있는 Z축의 원점(Zp)을 샘플링으로 구해진 농도값(Ii)의 최대값을 취하는 Zi의 값으로 한다. 그런데, 결상 광학계(20)의 초점 심도 등의 관계로부터, 초점 위치 근방에서의 데이터 점열(M)에 있어서의 농도값(Ii)의 변화는 작아지므로, 제 1 함수(f)를 직접 사용해서 농도값(Ii)의 피크를 구했을 경우에는, 측정 정밀도가 그다지 높아지지 않는다.

따라서, 본 방법에 있어서는, 데이터 점열(M)에 있어서 농도값의 변화가 커지는 부분을 이용하고, 농도값(I)이 피크(또는 피크의 어긋남)로 되는 광축 방향 위치(Z)를 구하기 위한 제 2 함수(g)를 사용해서 농도값(I)의 피크(또는 피크의 어긋남)를 구하도록 하고 있다. 보다 구체적으로, 제 1 함수(f)의 피크가 되는 부분의 전후에 있어서의 농도값(I)의 변화가 큰 부분에서 상관값을 구할 수 있는 것 같은 함수형을 제 2 함수(g)로서 선택한다. 구체적으로는, 제 1 함수(f)에 기초하여 이하의 방법에서 제 2 함수(g)를 작성한다. 이렇게 변화가 큰 부분에서 상관을 구하기 때문에, 측정 대상물(10)의 높이 위치를 정확하게 구할 수 있다. 또한, 광학계와 측정 대상물을 광축에 따라 상대 이동시켰을 때의 농도값(휘도)의 변화 특성(프로파일)은 광학계에 의해 결정되는 특성이기 때문에, 제 1 함수(f)도 광학계에 대응해서 정할 수 있다. 이하, 제 1 함수(f)에 기초해서 제 2 함수(g)를 작성하는 방법의 몇 개의 예를 설명한다.

제 2 함수(g)를 작성하는 제 1 방법을 도 3의 (a)를 참조해서 설명한다. 도 3의 (a)에 있어서는, 상술한 도 2에 도시하는 데이터 점열(M)에 가장 피트하고, 또한 농도값(Ii)이 최대가 되는 위치를 원점(Zp)으로 하는 제 1 함수(f)를 좌측에 도시하고 있다. 그리고, 제 1 함수(f)의 1차 미분값을 자승한 것, 또는 제 1 함수(f)의 1차 미분값의 절대값을 취한 것을 제 2 함수(g)로서, 도 3의 (a)의 우측에 도시하고 있다. 예를 들어, 제 1 함수(f)가 도 2에 도시하는 형상의 경우, 제 2 함수(g)는 이 제 1 함수(f)에 있어서 Y의 값이 증가하는 부분 및 감소하는 부분의 각각에 대응해서 두개의 극대가 되는 부분이 가능한 형상으로 된다. 또한, 제 2 함수(g)의 2개의 극대가 되는 부분의 중앙(중심)이 원점(Zp)으로 되어 있다. 또한, 원점(Zp)은 반드시 극대 부분의 중앙(중심)으로 되어 있을 필요는 없다.

제 2 함수(g)를 작성하는 제 2 방법을 도 3의 (b)를 참조해서 설명한다. 이 방법에서는, 도 3의 (b)의 좌측에 도시하는 제 1 함수(f)의 1차 미분값이 단조 감소 또는 단조 증가할 경우에 있어서, 증가의 초기 혹은 감소의 최후 부근에서 1차 미분이 극대가 되어 있다. 이 경우 상술한 바와 같이 1차 미분이 극대가 되는 부분을 사용해서 제 2 함수(g)를 작성하면 농도값이 작은 샘플 데이터로 상관을 구하는 것으로 되어 오차의 원인이 된다. 그로 인해, 미리 설정한 임계값에 제 1 함수(f)가 동등해지는 2개소 점에서, 극대 또는 극소가 되는 것 같은 함수를 제 2 함수(g)라고 하는 것이다. 이 경우도, 제 2 함수(g)는 제 1 방법에 유사한 형상으로 된다. 또한, 임계값에 의하지 않고 제 1 함수(f)의 피크(합초 위치)를 개재시키는 것이 가능한 임의의 2개소에 피크를 갖는 제 2 함수(g)를 사용할 수도 있다.

제 2 함수(g)를 작성하는 제 3 방법을 도 3의 (c)를 참조해서 설명한다. 이 방법에서는, 도 3의 (c)의 좌측에 도시하는 제 1 함수(f)의 1차 미분값이 단조 감소 또는 단조 증가할 경우에 있어서, 미리 설정한 임계값에 제 1 함수(f)가 동등해지는 2개소의 점간에서 1, 기타가 0이 되는 함수를 제 2 함수(g)라고 하는 것이다. 이 경우, 제 2 함수(g)는 스텝 형상의 함수가 된다.

제 2 함수(g)를 작성하는 제 4 방법을 도 3의 (d)를 참조해서 설명한다. 이 방법에서는, 도 3의 (d)의 좌측에 도시하는 제 1 함수(f)의 상수배를 제 2 함수(g)라고 하는 것이다. 또한, 상수가 1의 경우에는, 제 1 함수(f)와 제 2 함수(g)가 동일한 것이 된다. 또한, 전술의 설명에서는 기준판을 사용해서 측정한 결과(데이터 점열)로부터 제 2 함수(g)를 구했지만, 측정 대상물(10)을 사용해서 사전 측정을 행하고, 그 측정 결과로부터 제 2 함수(g)를 구할 수도 있다. 또한, 측정 결과에 기초하지 않더라도 제 1 함수(f)의 피크(합초 위치)를 개재시키는 것이 가능한 임의의 2개소에 피크를 갖는 제 2 함수(g)를 사용하는 것도 가능하다.

이하의 설명에서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 제 4 방법에 의해 제 2 함수(g)를 결정하고, 이것을 사용해서 높이 측정을 행할 경우에 대해서 설명한다. 보다 구체적으로, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 결상 광학계(20)를 통해서 계측된 기준판의 측정값(데이터 점열(M))에 가장 피트하는 제 1 함수(f)를 상수배로 하고, 도 4의 (b)에 도시하는 것 같은 제 2 함수(g)를 결정하고, 이것을 사용해서 높이 측정을 행할 경우에 대해서 설명한다.

최초에, 높이 측정 장치를 사용하여, 측정 대상물(10)에 대하여 대물 렌즈(21)를 상대 이동시키고, 대물 렌즈(21)의 측정 대상물에 대한 초점 위치를 상대적으로 어긋나게 하고, 촬상 소자(30)에 의해 측정 대상물(10)의 연속한 복수(n개)의 화상을 취득 기억하고, 이들을 광축상의 상대 위치(Zi(i=1~n))에 대응시켜서 기억한다. 이와 같이 하여 취득한 복수의 화상에 있어서, 측정 대상물(10)의 상면에 있어서의 소정 위치(Xi, Yi)에 대응하는 화소의 농도값(광 강도값)(Ii)이 높이 위치(Zi)에 대하여 발생하는 변화를 도 4의 (a)에 있어서의 작은 ○표시의 점으로 도시하는 데이터 점열(M(Zi, Ii))로서 도시하고 있다.

측정 대상물(10)의 높이 측정에 앞서, 제 2 함수(g)가 도 5에 도시하는 수순에 의해 미리 결정된다. 이 수순으로서, 우선 이 데이터 점열(M)에 가장 피트하는 함수형(제 1 함수(f)이며, 도 4의 (a)에 실선으로 나타내는 함수)을 기준판을 사용해서 측정한 데이터로부터 미리 결정해 둔다(스텝 S400). 그리고, 대물 렌즈(21)와 측정 대상물(10)과의 상대 위치를 변화시키면서 결상 광학계(20)를 통해서 촬상 소자(30)에 의해 취득한 복수의 화상으로부터, 특정 화소의 데이터 점열(M)을 추출하고, 제 1 함수(f)의 파라미터를 최소 제곱법 등으로 결정한다(스텝 S401). 이와 같이 하여 결정된 제 1 함수(f)에 기초하여, 상기 제 4 방법에 의해 제 2 함수(g)를 결정한다(스텝 S402). 이 제 2 함수(g)를 도 4의 (b)에 도시하고 있다.

다음에, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 제 2 함수(g)를 광축 방향(Z축 방향)에 소정의 범위에서 시프트하고, 각 계측점(Zi)에 있어서의 농도값(Ii)과, 당해 계측점(Zi)에 있어서의 제 2 함수(g)의 값과의 상관값(E)을 구한다. 이 상관값(E)은 다음 식 (1)과 같이 나타낸다. 여기서, a는 Z축 방향의 제 2 함수(g)의 시프트량을 나타내고 있다.

E =Σ(Ii·g(Zi-a)) (1)

도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 시프트량(a)을 마이너스로부터 플러스로 이동시켜서 농도값(Ii)과 제 2 함수(g(Zi-a))와의 상관값(E)을 구하면, 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이, 시프트량(a)의 절대값이 클수록 상관값이 작고, 또한 시프트량(a)이 0의 근방에서 상관값이 극대가 된다. 식 (1)에서 나타내는 상관값(E)의 피크값(극대값)을 구하기 위해서, 다음 식 (2)에 도시한 바와 같이, 식 (1)을 시프트량(a)에 의해 편미분하고, 이 편미분한 값이 0이 될 때의 시프트량(a)을 구한다.

∂E/∂a=0 (2)

이 식 (2)를 만족하는 시프트량(a)을 구하는 방법으로서는, 해석적으로 구하는 방법이나, 뉴턴법, 축차대입법(successive iteration) 등의 수치 연산 방법이 있다. 이와 같이, 높이 위치(Zi)마다 농도값(Ii)과 제 2 함수(g(Zi-a))로부터 구한 상관값(E)이 피크가 되는 시프트량(a)의 값을 식 (2)로부터 구하고, 또한 원점으로 한 측정점의 Z축상의 값을 Ps라고 하면, Ps+a가 당해 화소에 대응하는 위치의 측정 대상물(10)의 상대 높이 값이 된다. 또한, 2개소의 높이의 차를 구하는 경우에는, 2개소에서 상관값(E)이 피크가 되는 시프트량(a)의 차가 된다. 또한, 이상의 설명에 있어서는 데이터 점열(M)에 대하여 제 2 함수(g)를 광축 방향으로 시프트시켜서 상관값을 구할 경우에 대해서 설명했지만, 제 2 함수(g)를 고정해서 데이터 점열(M)을 광축 방향으로 시프트시켜서 상관값을 구하는 것과 같이 구성하는 것도 가능하다.

실시예

(제 1 실시예)

제 1 실시예로서, 상술한 높이 측정 방법을 현미경 장치를 사용한 높이 측정 장치에 적용했을 경우에 대해서, 도 6을 사용해서 설명한다. 이 높이 측정 장치(100)는 측정 대상물(105)의 상면의 화상을 복수의 높이 위치마다 취득하는 촬상 장치(109)와, 이 촬상 장치(109)의 작동의 제어 및 취득된 화상으로부터 측정 대상물(105)의 상대 높이 값을 산출하는 제어용 프로세서(110)와, 이 제어용 프로세서(110)에 의한 처리 결과를 표시하는 디스플레이 장치(111)를 갖고서 구성된다.

촬상 장치(109)는 촬상 소자가 내장된 촬상 카메라(101)와, 광학계(결상 렌즈)가 내장된 현미경 경통 장치(102)와, 현미경 대물 렌즈(104)와, 피에조 소자를 갖고 현미경 대물 렌즈(104)를 상하로 구동해서 측정 대상물(105)에 대한 상하 상대 위치를 피에조 주사하는 피에조 구동 장치(103)와, 측정 대상물(105)이 적재되는 현미경용 시료대(106)와, 백색광을 방사해서 측정 대상물(105)을 조명하는 광원이 저장된 현미경용 조명 장치(107)와, 현미경 경통 장치(102)나 현미경 조명 장치(107)를 지지하는 현미경 베이스(108)를 갖고서 구성된다.

이 높이 측정 장치(100)를 사용한 측정 대상물(10)의 상면의 높이 측정에 대해서 설명한다. 우선, 도 7에 도시한 바와 같이, 높이 측정 장치(100)에 있어서, 제어용 프로세서(110)에 의해, 피에조 구동 장치(103)에 신호를 보내고, 현미경 대물 렌즈(104)의 초점 위치를 소정의 위치로 이동시킨다(스텝 S410). 현미경용 조명 장치(107)로부터 조사된 광은 현미경용 시료대(106)에 적재된 측정 대상물(105)에 조사된다. 이 측정 대상물(105)의 표면에서 반사된 광은 현미경용 대물 렌즈(104), 현미경 경통 장치(102)(결상 렌즈)를 통과한 후, 촬상 카메라(101)의 촬상면에 집광되어서, 촬상 카메라(101)에 의해 측정 대상물(105)의 화상이 촬상된다. 이와 같이 하여 촬상 카메라(101)로부터 취득된 디지털 화상은 제어용 프로세서(110)에 송출된다(스텝 S411).

제어용 프로세서(110)는 취득한 화상의 각 화소의 농도값을 기억하거나, 혹은 후술하는 처리에 의해 이 농도값이 가공된 수치(각 화소마다의 보정값 또는 국소 포커싱도)를 산출한다(스텝 412). 그리고, 화소마다 소정의 데이터 점수가 될 때까지 피에조 구동 장치(103)를 제어해서 초점 위치의 이동과 화상의 도입을 반복한다(스텝 S413). 또한, 화소마다, 상관값(E)이 최대가 되는 샘플링 점을 중심으로, 상관값(E)의 편미분이 0이 되는 샘플링 점간의 시프트량(a) 값을 해석 방법 또는 수치 연산 방법에 의해 구하고, 그 값을 보존해 둔다(스텝 414).

또한, 상기 스텝 412에 있어서, 농도값이 가공된 수치를 산출하고 있지만, 이것은 취득한 화상의 각 화소의 농도값을 그대로 사용하는 것 보다, 각 화소의 주위의 화소의 농도값을 기초로 농도값을 가공 보정하는 쪽이, 상관값(E)의 산출 정밀도가 높아질 경우가 있기 때문이다. 따라서, 스텝 S412에 있어서, 화소마다의 보정값(국소 포커싱도)을 산출하는 방법에 대해서 도 8 및 도 9를 사용해서 설명한다.

상술한 바와 같이, 제어용 프로세서(110)는, 촬상 카메라(101)로부터 순차 입력되는 촬상 화상을, 제어용 프로세서(110)가 구비하는 화상 메모리에 1화상 단위로 각각 저장하는 동시에, 다음 화상을 취득했을 때에 저장 화상을 갱신해간다. 또한, 여기에서는, 제어용 프로세서(110)는 3개의 디지털 화상 메모리(31~33)를 구비하고 있는 것으로 한다. 예를 들어, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 소정의 샘플링 간격(ΔP)으로 화상(P1, P2, P3, … Pn)을 1개씩 순차 취득하는 과정에 있어서, 우선 1번째(최초)의 화상(P1)이 취득되면, 이 화상(P1)이 제 1 디지털 화상 메모리(31)에 기억된다. 그리고, 다음(2번째의) 화상(P2)이 취득되면, 화상(P1)이 제 2 디지털 화상 메모리(32)에 이행해서 기억되고, 이번은 이 화상(P2)이 제 1 디지털 화상 메모리(31)에 기억된다. 계속해서, 3번째의 화상(P3)이 취득되면, 화상(P1)이 제 3 디지털 화상 메모리(33)에, 화상(P2)이 제 2 디지털 화상 메모리(32)에 차례차례로 이행해서 기억되고, 금회 입력된 화상(P3)이 제 1 디지털 화상 메모리(31)에 기억된다(도 8의 (b)를 참조). 4번째의 화상(P4)을 취득하면, 이 화상(P4)이 제 1 디지털 화상 메모리(31)에, 화상(P3)이 제 2 디지털 화상 메모리(32)에, 화상(P2)이 제 3 디지털 화상 메모리(33)에 차례차례로 이행해서 기억되고, 최초에 취득한 화상(P1)은 디지털 화상 메모리(31~33)로부터 삭제된다.

이와 같이, 차례차례로 화상이 취득될 때마다, 입력되는 화상이 제 1 디지털 화상 메모리(31), 제 2 디지털 화상 메모리(32), 제 3 디지털 화상 메모리(33)로의 순서로 연속적으로 기억되는 동시에 갱신되어 간다. 따라서, 차례차례로 1개씩 화상이 입력되는 때마다, 각 화상 메모리(31~33)에는 서로 상하 방향에 샘플링 간격(ΔP) 어긋나게 해서 취득한 화상이 1개씩 저장되어 있는 상태로 된다.

이때, 제어용 프로세서(110)는 화상이 취득될 때마다 다음 동작을 실시한다. 최초에, 국소 포커싱도(후술함)를 취득하는 화소를 설정한다. 또한, 이하에서는 이 국소 포커싱도를 취득하는 화소는 "주목 화소(pixel of interest)"로서 설명한다. 그 다음에, 설정된 화소의 위치에 기초하여, 각 디지털 화상 메모리(31, 32, 33)에 저장된 화상 데이터의 화소로부터, 디지털 오퍼레이터(미분 오퍼레이터)(OP10, OP20, OP30)로 작용시키는 대상 화소를 특정한다. 디지털 오퍼레이터(OP10, OP20, OP30)로 작용시키는 화소값에 이 디지털 오퍼레이터에 의한 계수를 승산시켜, 소정의 연산식에서 국소 포커싱도를 취득한다.

이와 같이 하여, 순차 샘플링된 3개의 화상 데이터의 세트로부터 국소 포커싱도의 후보값을 취득해 가서, 국소 포커싱도를 취득한다. 이들은, 화소 단위에서 국소 포커싱도(LFS)를 구한다. 보다 구체적으로, 제 2 디지털 화상 메모리(32)에 기억된 화상내의 최외주의 화소를 제외한 모든 화소가 국소 포커싱도의 산출의 대상이다.

여기서, 샘플링 간격(ΔP)에서 화상(P1, P2, P3, … Pn)을 순차 취득하는 과정에 있어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 디지털 화상 메모리(31, 32, 33)에 각각 저장되는 임의의 화상을 Pk10, Pk20, Pk30으로 했을 경우, 제 2 디지털 화상 메모리(32)에 기억된 화상(Pk20) 내의 화소(주목 화소)마다 국소 포커싱도가 산출된다. 국소 포커싱도의 산출은, 도 9에 도시한 바와 같이, 제 2 디지털 화상 메모리(32)에 기억된 화상(Pk20)에 있어서 주목 화소(화소값(G25))를 중심으로 하는 3×3 화소의 화소 블록(B20)과, 제 1 디지털 화상 메모리(31)에 기억된 화상(Pk10)에 있어서 상기 화소 블록(B20)에 화소 위치가 대응하는 3×3 화소의 화소 블록(B10)과, 제 3 디지털 화상 메모리(33)에 기억된 화상(Pk30)에 있어서 화소 블록(B20)에 화소 위치가 대응하는 3×3 화소의 화소 블록(B30)을 추출하고, 이 화소 블록(B10, B20, B30)과 각각 대응하는 디지털 오퍼레이터(OP10, OP20, OP30)와의 사이에서 콘벌루션 연산(곱의 합연산)하는 것으로 행해진다.

여기서, 화소 블록(B10)에 있어서는 주목 화소(화소값(G25))가 연산대상(기준)이 되고, 화소 블록(B30)에 있어서는 3×3 화소 중 네 구석에 위치하는 화소(화소값(G31, G33, G37, G39))가 연산대상이 되고, 화소 블록(B10)에 있어서는 3×3 화소 중 십자 형상으로 위치하는 화소(화소값(G12, G14, G16, G18))가 연산대상이 된다. 한편, 디지털 오퍼레이터(OP10~OP30)는, 주목 화소(G25)에 대한 계수의 가중이 24로, 그 주변 화소(G31, G33, … , G12, G14, …)에 대한 계수의 가중이 각각 -3으로 설정되어 있다. 이들 연산대상의 9개의 화소값에 대하여, 디지털 오퍼레이터(OP10~OP30)를 사용한 콘벌루션 연산에 의해, 다음 식 (3)에 도시한 바와 같이, 주목 화소의 국소 포커싱도(LFS)가 구해진다.

LFS=24×G25+{-3×(G12+G14+G16+G18)}

+{-3×(G31+G33+G37+G39)} (3)

이 제 1 실시예에 관한 높이 측정 장치(100)에서는, 상술한 스텝 412에 있어서, 이 국소 포커싱도(LSF)를 보정된 농도값으로서 사용하여, 상술한 처리를 행하는 것과 같이 구성되어 있다.

그 후, 도 10에 도시한 바와 같이, 이상과 같이 해서 측정되어서 산출된 화소마다의 상관값(E)의 절대값의 최대점(좌표값을 "Ps"라고 한다)을 사용하여, 상술한 식 (1) 및 (2)를 해석적으로 구하는 방법이나, 뉴턴법, 축차대입법 등의 수치 연산 방법을 사용해서 풀고, 화소마다의 시프트량(a)의 값을 얻는다(스텝 420). 그리고, 화소마다 산출된 Ps+a(또는 a)를 그 화소의 상대 높이 값으로서 보존한다(스텝 S421).

또한, 본 실시형태에 관한 높이 측정 방법은, 명암 시야 광학 현미경, 편광 현미경, 형광 현미경, 미분 간섭 현미경, 2광속 간섭 현미경, 실체 현미경, 줌 현미경을 포함하는 모든 현미경에 초점 위치 이동 기구, 촬상 기구, 제어용 프로세서를 조합함으로써 실현할 수 있다.

이 제 1 실시예에 있어서의 높이 분해능은 적절한 제 2 함수(g)를 선택함으로써, 초점 심도에 의존하지 않고, 광축 방향의 샘플링 간격(ΔP)을 m으로 제산한 값이 된다. 여기서, m은, 대물 렌즈에 대하여 시료(대상물)를 이동시킬 때의 2축의 블러링(blurring)이나, 촬상 소자의 오차나, 상술한 시프트량(a)을 얻을 때의 연산시의 오차 등으로 결정되는 값이다. 이 제 1 실시예의 경우, d=10㎚, m=10,000이며, 높이 분해능은 0.001㎚로 된다.

상술한 바와 같이, 종래 기술의 하나인 푸리에 변환을 사용하는 방법에서는, 취득 데이터 점열에 피트하는 자유도가 진폭항과 위상항이 있기 때문에, 위상항의 결정에 용장성이 있고, 위상항의 높이 분해능이 약 0.1㎚이었다. 그러나, 본 방식은, 제 2 함수(g)의 위상항 이외를 고정하고, 상관값이 극대해지는 위상항을 구하기 때문에, 종래법보다 각별히 높은 분해능(상술한 바와 같이 0.001㎚)을 실현하고 있다. 또한, 종래의 고분해능의 높이 측정 장치는 초점 부근에서의 신호의 광축 방향의 폭에 의존하는 방법을 취하기 때문에, 백색 간섭계를 사용할 필요가 있었지만, 본 방식을 사용함으로써, 제 2 함수(g)를 적절하게 선택하면, 초점 심도가 약 3㎛의 명시야 현미경을 사용해도, 샘플링 간격(ΔP)의 약 10,000분의 1의 분해능을 실현할 수 있다.

(제 2 실시예)

상술한 제 1 실시예에서는, 본 실시형태에 관한 높이 측정 방법을 현미경을 사용한 높이 측정 장치에 적용했을 경우에 대해서 설명했지만, 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용한 높이 측정 장치에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우도, 그 처리 수순은 상술한 제 1 실시예와 마찬가지이다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 높이 측정 방법을 사용함으로써, 높이 분해능은 적절한 제 2 함수(g)를 선택함으로써, 초점 심도에 의존하지 않고, 광축 방향의 샘플링 간격(ΔP)을 m으로 제산한 값이 된다. 주사형 전자 현미경의 초점 심도는 10,000배의 경우에서 약 8㎛이다. 주사 범위는 적어도 초점 심도의 3배 이상 필요하기 때문에, 샘플링 간격(ΔP)을 작게 하면 취득 화상 매수가 증대하고, 시간이 걸리기 때문에, 높이 측정 장치로 해서 실용적이지 않다. 그로 인해, 예를 들어 샘플링 간격(ΔP)을 100㎚로 하면, 주사형 전자 현미경을 사용하는 경우에는, m은 10,000으로 할 수 있기 때문에, 높이 분해능은 0.01㎚로 된다.

종래의 SEM을 사용한 높이 측정 장치는, 2개 이상의 디텍터를 사용해서 그 출력 신호의 차로부터 미리 설정된 기울기와 출력차의 캘리브레이션 커브로부터 기울기를 구해 그것을 적분해서 높이를 구하는 방법이었다. 이 방법에서는, 높이 분해능은 약 3㎚이었다. 그런데 본 방식에 따르면, 높이 분해능은 상술한 바와 같이 0.01㎚를 실현할 수 있고, 또한 통상의 SEM이 그대로 사용할 수 있기 때문에 저가격으로 구성할 수 있다.

(제 3 실시예)

또한, 본 실시예에 관한 높이 측정 방법은 매크로 렌즈 탑재 카메라를 사용한 높이 측정 장치에도 적용할 수 있다. 이 매크로 렌즈 탑재 카메라를 사용한 높이 측정 장치는 매크로 렌즈를 탑재한 촬상 카메라를 스테이지에 탑재하고, 이 스테이지를 통해서 촬상 카메라를 측정 대상물의 표면에 대하여 상대 이동시키는 것에 의해서 화상을 취득하고, 그 화상을 사용해서 높이를 측정하는 것이다. 높이의 측정 방법은 제 1 실시예와 마찬가지이다.

이와 같은 매크로 렌즈 탑재 카메라를 사용할 경우, 종래 기술에 있어서의 분해능은 약 8㎛이었다. 그러나, 본 방식을 채용함으로써, 매크로 렌즈의 피사진계 심도를 1㎜로 하고, 샘플링 간격(ΔP)을 0.1㎜로 하면, 분해능은 10㎚가 된다. 그로 인해, 각 단에 저가격으로 고분해능한 장치를 실현할 수 있다.

(제 4 실시예)

또한, 본 실시예에 관한 높이 측정 방법은 2광속 간섭 현미경을 사용해서 구성되는 높이 측정 장치에도 적용할 수 있다. 2광속 간섭 현미경을 사용한 높이 측정 장치(200)의 구성예를 도 11에 도시하고 있고, 그 구성은 이하와 같이 이루어진다. 이 장치(200)는 2광속 간섭 현미경을 기본 구성으로 하고 있고, 촬상 소자(201)와, 결상 렌즈(202)와, 하프 미러(203)와, 대상물용 대물 렌즈(204)와, 참조 광용 대물 렌즈(206)와, 참조 광 형성 미러(207)와, 측정 대상물(210)을 적재하는 적재대(209)를 구비한다. 결상 렌즈(202)의 초점 위치에 촬상 소자(201)의 촬상면(201a)이 배치되고, 대상물용 대물 렌즈(204) 및 참조 광용 대물 렌즈(206)는 동일 구성의 동일 초점 길이(동일 광학 성능) 렌즈이며, 참조 광 형성 미러(207)는 참조 광용 대물 렌즈(206)의 초점 위치에 배치되어 있다.

도시하지 않았지만, 결상 렌즈(202)와 대상물용 대물 렌즈(204) 사이의 광로에 조명광(평행 광속광)을 입사하는 조명 장치가 설치되어 있고, 이렇게 입사된 조명광은 일부가 하프 미러(203)를 통과해서 대상물용 대물 렌즈(204)에 의해 집광되어서 적재대(209)에 적재된 측정 대상물(210)의 상면에 조사된다. 또한, 조명광의 나머지는 하프 미러(203)에 있어서 반사되어서 참조 광용 대물 렌즈(206)에 입사하고, 여기에서 집광되어서 참조 광 형성 미러(207)에 조사된다. 측정 대상물(210)의 상면에 조사되어서 여기에서 반사된 광은 대상물용 대물 렌즈(204)에 입사해서 평행 광속이 되고, 하프 미러(203)를 통과하고, 결상 렌즈(202)에 의해 집광되어서, 촬상 소자(201)의 촬상면(201a)에 측정 대상물(210)의 상면의 상을 결상한다. 한편, 참조 광 형성 미러(207)에 조사된 광은 여기에서 전반사되어서 참조 광용 대물 렌즈(206)에 복귀되어서 평행 광속이 되고, 하프 미러(203)에서 부분반사되어, 결상 렌즈(202)에 의해 집광되어서, 촬상 소자(201)의 촬상면(201a)에 참조 광 형성 미러(207)의 표면의 상을 결상한다.

이와 같이 구성되는 장치(200)에 있어서 적재대(209)의 높이 위치(광축 방향의 높이 위치) 조정이 가능하고, 이 위치 조정에 의해 적재대(209)에 적재된 측정 대상물(210)의 상면이 대상물용 대물 렌즈(204)의 초점 위치에 위치하도록 설정하면, 촬상 소자(201)의 촬상면(201a)으로부터 측정 대상물(210)의 상면까지의 광로 길이와, 촬상 소자(201)의 촬상면(201a)으로부터 참조 광 형성 미러(207)까지의 광로 길이가 동등해진다. 또한, 촬상면(201a)으로부터 하프 미러(203)까지는 공통 광로이기 때문에, 하프 미러(203)로부터 측정 대상물(210)의 측정 대상 위치까지의 광로 길이(측정 광로 길이)와, 하프 미러(203)로부터 참조 광 형성 미러(207)까지의 광로 길이(참조 광로 길이)가 동등해진다. 단, 이때 참조 광 형성 미러(207)의 표면은 평활하지만, 측정 대상물(210)의 표면의 요철에 따라서 양쪽 광로 길이에 차가 발생해서 광간섭이 발생하지만, 백색광을 사용하는 경우에는 측정 광로 길이와 참조 광로 길이가 엄밀하게 일치한 부분만이 밝게 촬상된다.

본 실시예에 있어서의 높이 측정 장치(200)는 상기와 같은 2광속 간섭 현미경 구성을 이용하는 것이며, 피에조 소자를 갖고서 대상물용 대물 렌즈(204)의 광축 방향의 위치 조정을 고정밀도로 행하는 피에조 구동 장치(205)를 구비하는 구성으로 할 수도 있다. 이 피에조 구동 장치(205)에 의해 대상물용 대물 렌즈(204)를 광축 방향으로 이동시키고, 촬상 소자(201)에 의해 복수개의 간섭 화상을 취득하고, 이들 복수개의 간섭 화상을 사용해서 측정 대상물(210)의 상면의 높이를 측정하는 것이다. 이때의 높이의 측정 방법은 제 1 실시예와 마찬가지이다. 또한, 대상물용 대물 렌즈(204)와 측정 대상물(210)을 광축 방향으로 상대 이동시키는 대신에, 참조 광용 대물 렌즈(206)와 참조 광 형성 미러(207)가 광축 방향으로 상대 이동하는 구성으로 할 수도 있다.

이 실시예에 관한 2광속 간섭 현미경을 사용한 높이 측정 장치(200)에 있어서, 대상물용 대물 렌즈(204)를 광축 방향으로 이동시키는 피에조 구동 장치(205) 대신에(또는 이것에 조합해서), 참조 광용 대물 렌즈(206) 및 참조 광 형성 미러(207)를 함께 그 광축 방향으로 이동시키는 제 2 피에조 구동 장치(208)를 사용한 구성으로 할 수도 있다. 이 구성의 경우에는, 제 2 피에조 구동 장치(208)에 의해 참조 광용 대물 렌즈(206) 및 참조 광 형성 미러(207)를 함께 그 광축 방향으로 이동시키는 것에 의해, 촬상 소자(201)에 의해 복수개의 간섭 화상을 취득하고, 이들 복수개의 간섭 화상을 사용해서 측정 대상물(210)의 상면의 높이를 측정할 수 있다.

10, 210 : 측정 대상물
20 : 결상 광학계
100, 200 : 높이 측정 장치

Claims (11)

1. 측정 대상물의 상을 제 1 면에 결상하는 광학계와 상기 측정 대상물을 상대적으로 이동시켜서 상기 광학계의 광축에 따라 상대적 형태로 이동시키고, 상기 제 1 면에서의 밝기의 변화로부터 상기 측정 대상물의 상대 높이를 측정하는 높이 측정 방법에 있어서,
   상기 상대 이동에 대한 상기 밝기의 변화를 나타내며, 상기 상대 이동에 대한 상기 밝기의 변화가 큰 부분에 기초하는 제 1 특성과, 상기 측정 대상물의 측정시의 상기 상대 이동에 대한 상기 밝기의 변화를 나타내는 제 2 특성간의 상관을 구하고, 당해 상관에 기초하여 상기 상대 높이를 구하는 것을 더 포함하는 특징으로 하는
   높이 측정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 특성과 상기 제 2 특성을 상대적 형태로 이동시켰을 때의 상관의 변화를, 상기 상대적인 이동으로 편미분함으로써 상기 상관이 최대가 되는 상대적인 이동량을 구하고, 이 상대적인 이동량을 상기 상대 높이로 하는 것을 특징으로 하는
   높이 측정 방법.
3. 측정 대상물의 상을 제 1 면에 결상하는 광학계와 상기 측정 대상물을 상대적으로 이동시켜서 상기 광학계의 광축에 따라 상대적 형태로 이동시키고, 상기 제 1 면의 상을 촬상하고, 상기 촬상된 상으로부터 상기 측정 대상물의 상대 높이를 측정하는 높이 측정 방법에 있어서,
   상기 상대 이동과 상기 촬상을 반복해 행하고, 얻어진 상기 복수의 상의 화소마다에 얻어지는, 상기 광축상의 위치와 당해 화소의 광 강도값으로 이루어지는 특성에 피트하는 제 1 함수에 기초하여 제 2 함수를 정의하고,
   측정시에 얻어지는 상기 특성과 상기 제 2 함수와의 상관값이 극값을 나타낼 때의 상기 광축상의 위치를, 상기 화소에 대응하는 위치에 있는 상기 측정 대상물의 상대 높이 값으로 하는 것을 포함하는 특징으로 하는
   높이 측정 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 함수는 상기 제 1 함수의 1차 미분 함수의 절대값 혹은 당해 1차 미분 함수를 자승한 함수인 것을 특징으로 하는
   높이 측정 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 함수는 상기 제 1 함수를 상수배로 한 함수인 것을 특징으로 하는
   높이 측정 방법.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광축 방향으로 임의의 시프트량으로 상대 이동시킨 상기 제 2 함수와 측정시에 얻어지는 상기 특성간의 상관값을 상기 시프트량으로 편미분한 값이 0이 되는 당해 시프트량을 구하는 것에 의해, 상기 화소에 대응하는 위치에 있는 상기 측정 대상물의 상대 높이 값으로 하는 것을 특징으로 하는
   높이 측정 방법.
7. 높이 측정 장치에 있어서,
   측정 대상물의 상을 결상 가능한 광학계와,
   상기 측정 대상물과 상기 광학계를 상기 광학계의 광축에 따라 상대 이동시키는 구동부와,
   상기 상을 촬상하는 카메라와,
   상기 상대 이동과 상기 촬상을 반복해 행하고, 얻어진 복수의 촬상 결과에 기초하여 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 높이 측정을 실행하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는
   높이 측정 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 광학계가 현미경이며, 상기 측정 대상물에 대하여 상기 현미경의 대물 렌즈를 광축 방향으로 상대 이동시켜서 주사를 실행하는 것을 특징으로 하는
   높이 측정 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 현미경이 명암 시야 광학 현미경, 편광 현미경, 형광 현미경, 미분 간섭 현미경, 2광속 간섭 현미경, 실체 현미경 및 줌 현미경 중 어느 하나이며, 상기 현미경에 초점 위치 이동 기구, 촬상 기구, 제어용 프로세서를 조합해서 구성되는 것을 특징으로 하는
   높이 측정 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 현미경이 2광속 간섭 현미경으로 구성되고, 대상물용 대물 렌즈를 상기 측정 대상물에 대하여 광축 방향으로 상대 이동시켜서 주사를 실행하는 것을 특징으로 하는
    높이 측정 장치.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 현미경이 2광속 간섭 현미경으로 구성되고, 참조 광용 대물 렌즈 및 참조 광 형성 미러를 함께 광축 방향으로 이동시켜서 주사를 실행하는 것을 특징으로 하는
    높이 측정 장치.

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