TWI724204B

TWI724204B - 使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法

Info

Publication number: TWI724204B
Application number: TW106123753A
Authority: TW
Inventors: 小野田有吾; 佐藤栄広; 長谷川晶一; 柳川香織; 石橋清; 加藤輝雄; 中谷林太郎
Original assignee: 日商日立高新技術科學股份有限公司
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2021-04-11
Also published as: CN107796326B; TW201812250A; CN107796326A; JP6762608B2; JP2018040644A

Abstract

本發明提供三維形狀計測方法，其使用了掃描型白色干涉顯微鏡。在進行使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測時，對傾斜角度較大的計測對象物（試樣）的表面也能夠進行適當的計測。該三維形狀計測方法如下：獲取來自對計測對象物進行照射的光源的光的干涉訊號的包絡線，根據包絡線的半值寬度獲取作為所觀測的表觀上的相干長度的觀測相干長度lc’，根據觀測相干長度lc’來對計測對象物的表面的傾斜角度進行計測。

Description

使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法

本發明涉及藉由使用了白色光源的干涉計測來進行三維形狀計測的方法。

掃描型白色干涉顯微鏡是藉由對試樣照射白色光並將所獲得的干涉訊號轉換為高度資訊來進行三維計測的裝置，根據所獲得的干涉訊號進行各種計算從而進行表面形狀、高度、高地平面的差異、膜厚、表面粗糙度、同種材料與異種材料等的判定。　　例如，在專利文獻1中記載了如下的方法：藉由使掃描型白色干涉顯微鏡的參照面鏡傾斜來求出計測對象物的傾斜角。在專利文獻2中記載了如下的方法：在存在薄膜的情況下，將對掃描型白色干涉顯微鏡所獲得的干涉圖案彼此重疊而歪曲的現象，使用範本來進行峰分離(peak separation)。　　專利文獻1：國際公開第2014/185133號　　專利文獻2：日本特開2011-221027號公報　　在使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維計測中，在比根據以光線光學所賦予的物鏡的數值孔徑NA（numerical aperture）所確定的角度還靠內側的計測中，表觀上的相干長度未顯著地變化。因此，至此，對這樣的條件下的相干長度不必特別注意。　　但是，在超過數值孔徑NA的高傾斜面計測中，所測定的表觀上的相干長度會變大。在這樣的情況下，在專利文獻1中，在求出傾斜角度時，若增大參照面鏡的傾斜例如使參照面鏡傾斜到數值孔徑NA以上，則返回光變少，因此會變暗，從而數值孔徑NA以上的傾斜角度的計測很難。　　另外，在試樣上形成有膜的情況下，在高傾斜面的計測中，無法區分和察覺所觀測的相干長度的延長是受膜的影響還是受高傾斜面的影響。

本發明提供一種可以實現計測對象物的表面的傾斜角度較大的高傾斜面的適當計測的、使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法。　　本發明是一種使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法，該三維形狀計測方法如下：獲取來自對計測對象物進行照射的光源的光的干涉訊號的包絡線，根據前述包絡線的半值寬度獲取作為所觀測的表觀上的相干長度的觀測相干長度lc’，根據前述觀測相干長度lc’對前述計測對象物的表面的傾斜角度進行計測。　　根據本發明，在根據干涉訊號的包絡線的半值寬度獲取觀測相干長度的基礎上，能夠計測出計測對象物（試樣）的表面的傾斜角度。因此，即使在計測對象物的表面的傾斜角度較大的高傾斜面也能夠適當地計測傾斜角度，從而能夠把握表面的形狀、特性。

下面，根據圖1～圖13對本發明的使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法的較佳實施方式進行詳細說明。　　圖1是本發明的實施方式的掃描型白色干涉顯微鏡的整體結構圖。掃描型白色干涉顯微鏡100包含裝置主體10、載置有計測對象的試樣S（計測對象物）的工作臺20、對所獲得的資料進行處理的電腦（處理器）30。裝置主體10包含白色光源11、濾光器12、分束器13、雙光束干涉物鏡（物鏡）14、攝影機15、壓電致動器16。　　如箭頭A所示，從白色光源11射出的光（白色光）在通過濾光器（例如波長濾光器、偏振濾光器等）12之後，被分束器13引導到雙光束干涉物鏡14（箭頭B）。光被雙光束干涉物鏡14內的分束器分割為朝向計測對象物（包含試樣S自身及其內部的物質）側的第一光和朝向未圖示的參照鏡側的第二光這兩道光。在從對於計測對象物對置配置的雙光束干涉物鏡14內的分束器到計測對象物的光學距離與從該分束器到參照鏡的光學距離相等時，計測訊號能夠以兩道光的干涉訊號的形態進行觀測，攝影機15將該干涉訊號作為干涉條紋（干涉圖案）而進行拍攝，並將干涉訊號保持、保存在電腦30中。另外，在圖1的實施方式中，由於從分束器13到未圖示的參照鏡的距離被固定，因此藉由使用壓電致動器16進行掃掠（sweep）（箭頭C的移動），使與計測對象物的距離變化。掃描型白色干涉顯微鏡100由於使用相干長度較短的白色光源（相干長度～1μm），因此獲得干涉訊號的位置為存在計測對象物的Z位置（深度位置）。　　圖2是示出作為測定對象物的試樣S的表面的傾斜角度θ的定義的圖，使用圖1的掃描型白色干涉顯微鏡的整體結構圖的一部分。將從對於測定對象物在鉛垂方向上延伸的線至與測定對象物的表面的切線對應的法線所看到的角度予以定義為傾斜角度θ。在圖2的例子中，點P₁ 處的傾斜角度為θ₁ ，點P₂ 處的傾斜角度為θ₂ 。　　另一方面，在光線光學下，在由圖2的傾斜角度θ所確定的物鏡14的臨界角度（從通過物鏡的中心的軸上的1點出來而射入物鏡的光之中的最外側的光的角度）為θ的情況下，藉由下述式（1）求出物鏡14的數值孔徑NA（numerical aperture）。另外，n為折射率（測定對象物側的空間的物質的折射率），通常，在是空氣的情況下為1。物鏡14的數值孔徑NA越高，則水平解析度越高，另外，由於焦點深度較小，因此垂直解析度也較高。

圖3是示出藉由掃描型白色干涉顯微鏡100進行觀測的一般的干涉訊號，亦即從白色光源11對計測對象物（試樣S）進行照射的光（白色光）的干涉訊號的曲線圖。如式（2）所示，掃描型白色干涉顯微鏡100的攝影機15所觀測的訊號強度I，是由參照光強度的I₁ 和來自測定試樣的反射光強度I₂ 的補償（offset）項（第一項和第二項）以及作為干涉訊號的第三項所構成。第三項中的Δp為光路長度差（OPD：Optical Path Difference，是從在圖1中進行了說明的雙光束干涉物鏡14內的未圖示的分束器到計測對象物（包含試樣S自身及其內部的物質）側的光學距離與從未圖示的分束器到未圖示的參照鏡側的光學距離的差。

作為式（2）的干涉項的第三項相當於圖3的實線所示的干涉訊號，虛線所表示的干涉訊號的包絡線是由式（3）的三個因數所構成。三個因數是光源亦即白色光源11的波長光譜特性f₁ (λ_i )、波長濾光器（包含於濾光器12）的光譜特性f₂ (λ_i )、作為攝影機15的靈敏度的光譜特性f₃ (λ_i )。λi為光源的波長。

由這些來確定的圖3的包絡線的半值寬度是作為相干長度而被觀測。相干長度lc被式（4）賦予，但式（4）是傾斜角度θ=0°（0度）的式子，是不會受計測對象物的表面的性狀的影響的光源的相干長度的值。在式（4）中，λ_c 為光源的中心波長，Δλ為光源的波長的半值寬度，c為光速，Δf為光源的頻率的半值寬度。另外，在以傾斜角度θ=0°為前提的狀態下，該式表示由白色光源11和濾光器12的波長濾光器的特性（白色光源的波長和波長濾光器的透射波長等）來確定的唯一的值，作為成為基本的相干長度（即基本相干長度lc）而被定義。

圖4是將作為計測對象物的試樣S的表面中的各個低傾斜面S₁ 和高傾斜面S₂ 中的相當於攝影機15的一個像素（1像素）的區域予以放大示出的圖。這裡的相當於一個像素的區域，是表示計測對象物的截面（橫軸表示半徑方向上的x座標，縱軸表示高度方向上的z座標），並且表現出各個區域中的表面。本圖中的表面是概念性地示出在一個像素中變化的表面的狀態，不是實際上被記錄的訊號。　　在掃掠時所獲得的干涉訊號是相對於計測對象物的表面而獲得的，但在低傾斜面S₁ 中，在一個像素的橫向（x方向）上，表面的位置在高度方向（z方向）上不發生大幅變動。因此，獲得了一個像素所輸入的在每個表面獲得的按照多個幀的干涉訊號SG₁ 各自接近的高度的訊號，從而使各自相互重疊的程度變大，發生干涉而相互增強。因此，獲得了半值寬度較小但高度較大的合成後的干涉訊號，亦即山型的包絡線EC₁ 。　　另一方面，在高傾斜面S₂ 中，在一個像素的橫向（x方向）上，表面的位置在高度方向（z方向）上大幅變動。因此，獲得了一個像素所輸入的、在每個表面獲得的按照多個幀的干涉訊號SG₂ 與各種高度對應的訊號，從而使相互重疊的程度變小，難以發生干涉來相互增強。因此，獲得了半值寬度較大但高度較小的合成後的干涉訊號，亦即呈梯形那樣的形狀的包絡線EC₂ 。亦即，在表觀上被觀測為如同延長了基本相干長度lc。　　圖5是著眼於攝影機15的一個像素的圖，在攝影機15的像素尺寸（像素尺寸；一個像素的一邊）為Wc、物鏡14的倍率為X的情況下，實際上在一個像素中觀測的區域為將Wc/X作為一邊的正方形的區域。而且，假設在一個像素中的一端和另一端輸入不同的高度資訊（不同的表面的位置資訊）（在圖5中是Z₁ 和Z₂ ）。此時，當將連結一端和另一端的表面的角度設為θ亦即傾斜角度時，作為一個像素所輸入的相當於表面的位置的變動量的高度差分的Δz（=Z₂ -Z₁ ）是被式（5）賦予。

圖6是將藉由式（5）所獲得的高度差分Δz與傾斜角度θ對應地繪製在曲線圖上的圖，如果表面的傾斜角度θ為0°（例如圖4的低傾斜面S₁ 附近），則一個像素所輸入的高度差分顯然為0。另外，根據式（5），隨著傾斜角度θ增大，一個像素所輸入的高度差分Δz顯然也增大。亦即，在傾斜角度為0°時，表觀上相干長度的伸長的影響為0，直接觀測式（4）的基本相干長度lc。另一方面，隨著傾斜角度θ變大，高度差分Δz按照式（5）增大。這樣，實際上藉由使用了掃描型白色干涉顯微鏡100的觀測所獲取的觀測相干長度（表觀上的相干長度）lc’會根據傾斜角度而變化，藉由式（6）來賦予。亦即，高度差分Δz相當於作為基本相干長度lc根據傾斜角度θ而延長的值的相干長度的延長值。而且，觀測相干長度lc’是由掃描型白色干涉顯微鏡100的白色光源11和濾光器12的波長濾光器來確定的基本相干長度lc與作為基本相干長度lc根據傾斜角度θ來延長的值的延長值Δz之和。　　基本相干長度lc、攝影機15的像素尺寸Wc以及物鏡的倍率X是已知的，藉由對所觀測的相干長度lc’進行計測，能夠使用式（5）和式（6）求出傾斜角度θ（tanθ）、高度差分Δz。這樣，能夠計測出計測對象物的表面的形狀亦即計測對象物的表面的傾斜角度。

圖7是對利用在圖4和圖5中進行了說明的在攝影機的一個像素內所捕捉到的表面的位置變化而求出該像素中的計測對象物的表面的局部曲率半徑的方法進行說明的概念圖。將像素中的兩端的點設為P₁ 、P₂ ，假設穿過點P₁ 、P₂ 的半徑r的圓使穿過點P₁ 、P₂ 各自的半徑r₁ 、r₂ 之間的中心的半徑（分別從半徑r₁ 、r₂ 偏移角度θ’後的半徑）位於表面上的任意的假想點P。亦即，由於能夠設想為在一個像素內進行計測時的局部曲率半徑相同，因此r=r₁ =r₂ 成立，代表點是以均等的角度θ’分割兩端的半徑r₁ 、r₂ 的半徑r所通過的點P。若假定該假想點P的半徑r為局部曲率半徑，則式（7）所表示的關係成立。

在對高度差分Δz進行觀測之後，能夠根據圖6的曲線圖和式（5）來求出傾斜角度θ，在式（7）中殘留有未知變數θ₁ 、θ₂ 、局部曲率半徑r這三個。因此，藉由解開式（7）的三個聯立方程式，能夠計算出局部曲率半徑r進而計算出局部曲率1/r。亦即，能夠根據作為高度差分Δz的延長值Δz和傾斜角度θ來計算計測對象物的表面的局部曲率半徑r。另外，如果能夠檢測出表面的高度z，則在光線光學的領域中能夠藉由公知的式（8）求出局部曲率半徑（局部曲率），但由於作為高度的z的二階微分為分母，因此雜訊較大。與此相對，由於在式（7）中是根據傾斜角度θ來求出局部曲率半徑，因此可以說是對雜訊較強的計測方法。

接下來，對用於設定適當的基本相干長度lc的方法進行說明。在對圖4中的像高傾斜面S₂ 那樣的高傾斜面進行計測的情況下，若假設測量到傾斜角度90度（90°），則在傾斜角度90°的點至取既定的傾斜角度θc的點中，相當於攝影機的一個像素的距離的長度，是藉由式（9）來賦予。x₉₀ 為傾斜角度90°的點中的像素的x座標的值，x_θc 為取既定的傾斜角度θc的點中的像素的x座標的值。

根據式（9），從傾斜角度90°偏移攝影機的一個像素量後的傾斜角度θc，是藉由式（10）來賦予。在式（6）中，若不必要地過度增大基本相干長度lc，則Δz對表觀上延長的相干長度（觀測相干長度）lc’的影響度變小，從而傾斜角度的計測精度下降，因此期望將基本相干長度lc抑制為既定的大小。然而，若基本相干長度lc過短，則可能產生光量不足或干涉條紋的出現時間的極小化等弊端。　　因此，以能夠計測到傾斜角度90°為前提條件，如果在偏移了攝影機的一個像素量的傾斜角度θc（88°附近等）的表面的位置上延長值Δz與基本相干長度lc相等的話，則在可計測的所有傾斜角度中能夠保持解析度並且進行計測。因此，能夠將傾斜角度θc中的表觀上延長的Δz設為可由光源和波長濾光器來設定的基本相干長度lc的最大值的目標值，從而以式（11）為條件來設定基本相干長度lc。亦即，基本相干長度lc期望被設定為從與傾斜角度90°對應的計測對象物的表面偏移與攝影機的一個像素量相當的傾斜角度θc後的表面中的延長值Δz以下。在基本相干長度lc最大且偏移了攝影機的一個像素量的傾斜角度θc下，lc：Δz=1：1（lc=Δz）。這裡，雖以能夠計測到傾斜角度90°為前提條件，但在已經知道測定試樣的傾斜角度而不需要到傾斜角度90°為止的計測時，例如在傾斜角度60°下也能夠同樣地進行計算，由於也可以減小基本相干長度lc，因此會以能夠計測的傾斜角度為代價，但z解析度變高。

接下來，對高傾斜面中的干涉訊號的劣化對策進行說明。圖8與圖4同樣地是將作為計測對象物的試樣S的表面中的各個低傾斜面S₁ 和高傾斜面S₂ 中的相當於攝影機15的一個像素（1像素）的區域予以放大示出的圖。但是，與圖4不同，這裡的相當於一個像素的區域，是示出了在作為在圖4中獲得的計測對象物的截面的與一個像素垂直的xy平面上藉由干涉條紋來表現表面的形狀，實際上是在一個像素中記錄的訊號（橫軸表示半徑方向的x座標，縱軸表示與x座標和z座標垂直的y座標）。以往，是在數值孔徑NA以內的觀察（低傾斜面S₁ 的觀察）中不會發生的現象，但像高傾斜面S₂ 那樣在比根據數值孔徑NA所求出的傾斜角度還大的區域中，由於在一個像素內輸入多個干涉條紋，因此會產生干涉訊號相互抵消而減弱的現象。　　圖9是改變了圖8的表現的圖，是示出廣範圍內的干涉條紋與一個像素之間的關係的示意圖。干涉條紋的明到明的寬度以及暗到暗的寬度相當於一個波長（λ），明到暗的寬度相當於半波長λ/2。如圖9（a）所示，在低傾斜面S₁ 中，相當於干涉條紋的各明暗的訊號的寬度的高度差分Δz是小於相當於光源的波長λ的一半的λ/2。其結果是，在滿足Δz比λ/2小的條件的低傾斜面S₁ 中，如圖8所示，在一個像素內干涉條紋的訊號難以相互抵消。　　另一方面，如圖9（b）所示，在滿足Δz比λ/2大的條件的高傾斜面S₂ 中，在一個像素內進入了多個明暗的干涉條紋而相互抵消。由於該相互抵消在一個像素的區域內發生，因此隨著傾斜角度變大，干涉條紋的數量變多，所獲得的干涉訊號的強度逐漸減小。　　圖10是對在規定的傾斜角度下表達一個像素所輸入的亮度的振幅值（任意單位）的式（12）進行繪圖後的曲線圖。式（12）表現了如下內容：將一個像素所輸入的高度差分Δz除以波長λ而作為波數，進而使用干涉次數m，隨著進入攝影機的一個像素的干涉條紋的數量變多，亮度的振幅值亦即干涉訊號變弱。而且，圖10也示出了干涉訊號的強度變大的極大值處的干涉條紋的參考事例。該曲線圖所示的亮度的振幅值是所謂干涉訊號的強度，在所計測的傾斜角度超過由雙光束干涉物鏡的數值孔徑NA來確定的臨界角度的角度區域中，直觀地理解為使干涉訊號減弱的傾斜角度是具有由式（12）來確定的週期性而存在的。

干涉訊號的強度較小的話，由於所觀測的訊號強度變小亦即訊噪比S/N惡化，因此有可能在該傾斜角度下偏差變大從而無法進行準確的形狀計測。為了對應於這樣的潛在的課題，根據所計測的表觀上延長的觀測相干長度lc’求出計測出的傾斜角度（參照式（5）和式（6））。繼而，藉由該傾斜角度（干涉訊號較弱的傾斜角度）的附近的平均化處理或使用傅立葉分析來去除與該傾斜角度對應的週期成分等方法來提高訊噪比S/N，從而能夠提高形狀計測的可靠性。　　接下來，對具有膜的計測對象物的計測方法進行說明。圖11是對在具有膜f的計測對象物的試樣S中進行高傾斜面S₂ 的計測的情況進行說明的概念圖。在xy座標上，假設試樣S的最外表面的座標是（x₁ ，z₂ ），相當於膜f的內側的內表面的座標是（x₁ ，z₁ ）。傾斜角度0°下的膜的膜厚t在任意的傾斜角度下表現為z₂ -z₁ ，且藉由式（13）來賦予。該式子表示從鉛垂方向進行觀測時的膜f的膜厚t。局部曲率半徑r是座標（x₁ ，z₁ ）處的局部曲率半徑（亦即，座標（x₁ ，z₂ ）處的局部曲率半徑是r+t）。另外，膜f不是必須存在於試樣S的表面上，也可以是存在於試樣S的內部的層那樣的膜。另外，膜f可以是單層膜也可以是多層膜。

在光學的領域中，作為能夠分離兩個亮點的定義，例如存在有瑞利（Rayleigh）的解析度（0.61＊λ/NA）之已知的式子。這裡，在圖12（a）中示出了將單純地觀測的干涉條紋的包絡線的中心為相干長度lc的一半時假設為能夠分離的上限的情況，另外在圖12（b）中示出了後述的表觀上的延長值Δz的校正後的情形。而且，以式（6）為基礎，將下式（14）作為實際上能夠分離的高度δ來討論。

圖13是在既定的條件（適當設定像素尺寸Wc、物鏡的倍率X、膜的膜厚t、局部曲率半徑r等）下對式（13）和式（14）進行繪圖而獲得的曲線圖。對式（14）進行繪圖而獲得的曲線圖是實線所示的“實際上能夠分離的高度”，對式（13）進行繪圖而獲得的曲線圖是虛線所示的“從鉛垂方向進行觀測時的膜厚”。　　從該圖中示出了如下內容：在以傾斜角度0°為中心的既定寬度的低傾斜面的區域中，由於所觀測的相干長度亦即實際上能夠分解的高度比從鉛垂方向進行觀察時的膜f的膜厚還小，因此所觀測的干涉條紋不重疊，因此即使在膜中也能夠將干涉訊號從試樣分離，進行有無該膜的判別。而且，可知在約±23°中，相干長度的延長亦即能夠分離的高度δ超過從鉛垂方向進行觀察時的膜厚。這意味著在±23°以上的傾斜角度中，由於所觀測的干涉條紋重疊出現，因此很難進行是否有膜的判斷。因此，根據式（5）和圖6，進行從觀測相干長度lc’減去能夠把握的相干長度的延長值Δz的校正。亦即，校正後的能夠分離的高度δ’是藉由從式（14）中減去Δz後的下述式（15）來賦予。

其結果是，校正後的能夠分離的高度δ’表觀上不延長而變得不具有傾斜角度依賴性，因此像圖13的一點鏈線所示那樣校正後的能夠分離的高度δ’不依賴於傾斜角度而僅由光源的相干長度亦即基本相干長度lc來確定，從而不僅在低傾斜面，在高傾斜面（在本例子中是超過±23°的區域）中也能夠判斷計測對象物是否有膜。如圖13的一點鏈線所示的“校正後的能夠分離的高度δ’”所示般，能夠根據與該傾斜角度下的計算上所求出的半值寬度的干涉條紋的訊號取差分後的干涉條紋波形來求出膜的膜厚。而且，在高傾斜面中也可以進行膜的傾斜角度的計測。　　根據本發明，在根據干涉訊號的包絡線的半值寬度而獲取觀測相干長度的基礎上，能夠計測出計測對象物（試樣）的表面的傾斜角度。因此，即使在計測對象物的表面中的傾斜角度較大的高傾斜面中，也能夠適當地計測傾斜角度，從而能夠把握表面的形狀、特性。　　尤其是根據本發明，藉由計測由包含光源和波長濾光器在內的掃描型白色干涉顯微鏡來確定的傾斜角度θ=0°的基本相干長度和干涉條紋波形的變化尤其是相當於其半值寬度的觀測相干長度，藉此能夠計測出計測對象物（試樣）的表面的傾斜角度。　　另外，根據本發明，也能夠求出計測位置的表面的局部曲率半徑。根據現有的由計測對象物的Z位置（高度位置）來求出局部曲率半徑的方法，由於二階微分在計算式的分母上，因此雜訊較大，但根據本發明，由於根據傾斜角度求出，因此雜訊較小。　　另外，根據本發明，能夠設定適當的基本相干長度從而能夠抑制基本相干長度對觀測相干長度的影響，因此能夠獲得準確的觀測相干長度，進而能夠計測出準確的傾斜角度。　　另外，根據本發明，關於具有膜的計測對象物，由於知道與既定的傾斜角度對應的觀測相干長度，因此在藉由減去相干長度的延長的校正來進行高傾斜面的計測中，也可以進行膜的計測。例如，在觀測計算上所求出的半值寬度以上的干涉條紋時，能夠判別有無膜體。另外，此時，也可以根據與該角度的計算上所求出的半值寬度的干涉條紋的訊號取差分後的干涉條紋波形來求出膜厚。　　另外，本發明並不限定於上述的實施方式，可以進行適當的變形、改良等。除此之外，只要能夠實現本發明，則上述實施方式中的各構成要素的材質、形狀、尺寸、數值、形態、數目、配置位置等可以是任意的而不受限定。產業上的可利用性　　根據本發明，在使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法中，對傾斜角度較大的試樣的表面也能夠進行適當的計測。

10‧‧‧裝置主體11‧‧‧白色光源（光源）12‧‧‧濾光器（包含波長濾光器）13‧‧‧分束器14‧‧‧雙光束干涉物鏡（物鏡）15‧‧‧攝影機16‧‧‧壓電致動器20‧‧‧工作臺30‧‧‧電腦100‧‧‧掃描型白色干涉顯微鏡S‧‧‧試樣（計測對象物）f‧‧‧膜

圖1是本發明的實施方式的掃描型白色干涉顯微鏡的整體結構圖。　　圖2是示出試樣的表面的傾斜角度θ的定義的圖。　　圖3是示出藉由掃描型白色干涉顯微鏡來進行觀測的一般的干涉訊號的曲線圖。　　圖4是將計測對象物的表面中的各個低傾斜面和高傾斜面中的相當於攝影機的一個像素（1像素）的區域予以放大示出的圖。　　圖5是示出攝影機的一個像素中的高度差分的圖。　　圖6示出了對與傾斜角度對應的高度差分進行繪圖後的曲線圖。　　圖7是對求出計測對象物的表面的局部曲率半徑的方法進行說明的概念圖。　　圖8是將在計測對象物的表面中的各個低傾斜面和高傾斜面中的相當於攝影機的一個像素的區域中產生的干涉條紋予以放大示出的圖。　　圖9是示出廣範圍內的干涉條紋與一個像素之間的關係的示意圖，（a）示出了低傾斜面中的關係，（b）示出了高傾斜面中的關係。　　圖10是對在既定的傾斜角度下表達一個像素所輸入的亮度的振幅值的式（12）進行繪圖後的曲線圖。　　圖11是對在具有膜的計測對象物中進行高傾斜面的計測的情況進行說明的概念圖。　　圖12是對可否進行兩個亮點的干涉條紋的分離進行說明的概念圖，（a）是將所觀測的干涉條紋的包絡線的中心為相干長度lc的一半時假設為能夠進行分離的上限的情況的說明圖，（b）是表觀上的延長值Δz的校正後的說明圖。　　圖13是在既定的條件下對式（5）和式（13）進行繪圖而得到的曲線圖。

20‧‧‧工作臺

S‧‧‧試樣(計測對象物)

S₁‧‧‧低傾斜面

S₂‧‧‧高傾斜面

Claims

一種三維形狀計測方法，是使用了掃描型白色干涉顯微鏡的三維形狀計測方法，其特徵為：　　獲取來自對計測對象物進行照射的光源的光的干涉訊號的包絡線，　　根據前述包絡線的半值寬度，獲取作為所觀測的表觀上的相干長度的觀測相干長度lc’，　　根據前述觀測相干長度lc’對前述計測對象物的表面的傾斜角度進行計測。
如請求項1所述的三維形狀計測方法，其中，　　前述觀測相干長度lc’是由前述掃描型白色干涉顯微鏡的前述光源和波長濾光器來確定的基本相干長度lc與作為前述基本相干長度lc根據前述傾斜角度來延長的值的延長值Δz之和。
如請求項2所述的三維形狀計測方法，其中，　　根據前述延長值Δz和前述傾斜角度來計算前述計測對象物的表面的局部曲率半徑。
如請求項3所述的三維形狀計測方法，其中，　　前述基本相干長度lc，是被設定為從與傾斜角度90度對應的前述計測對象物的表面偏移與捕捉前述干涉訊號的攝影機的一個像素量相當的傾斜角度θc之後的表面中的前述延長值Δz以下。
如請求項1所述的三維形狀計測方法，其中，　　前述掃描型白色干涉顯微鏡具有與前述計測對象物對置配置的物鏡和捕捉前述干涉訊號的攝影機，　　在超過由前述物鏡的數值孔徑確定的臨界角度的傾斜角度處，藉由在前述攝影機的一個像素內干涉訊號相互抵消的附近的傾斜角度處的平均化處理，或者利用傅立葉分析來去除與該傾斜角度對應的週期成分，藉此來提高訊噪比S/N。
如請求項2所述的三維形狀計測方法，其中，　　藉由從前述觀測相干長度lc’減去前述延長值Δz來判斷前述計測對象物是否有膜。