WO2004015366A1

WO2004015366A1 - 表面形状測定方法およびその装置

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Publication number: WO2004015366A1
Application number: PCT/JP2002/008202
Authority: WO
Inventors: Katsuichi Kitagawa
Original assignee: Toray Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-02-19
Also published as: TW565681B

Description

明細書

表面形状測定方法およびその装置技術分野

本発明は、測定対象面の凹凸形状を測定する表面形状測定方法およびその装置に係り、特に、白色光あるいは単色光を用いて非接触で測定対象表面を測定する技術に関する。背景技術

従来、この種の装置として、フィルムや光学素子などの精密加工品の凹凸形状をレーザなどの単色光の干渉を用いて測定する方法を利用した表面形状測定装置が広く知られている。従来の表面形状測定方法では、単色光源からの単色光を、ビームスプリツ夕によって、測定対象面に照射する単色光と、参照面に照射する単色光とに分け、両面にそれぞれ反射された各単色光による千渉現象を利用して、測定対象面の凹凸形状を測定している。

すなわち、ビ一ムスプリッ夕を上下に変動させることで、参照面からビームスプリッ夕までの距離と、ビームスプリッ夕から測定対象面までの距離との差に応じた干渉現象を発生させ、その干渉現象が発生した単色光（以下、単に『干渉光』と呼ぶ）の強度を測定する。

ここで、測定対象面と参照面とからそれぞれ反射された両者の単色光の位相差を Φとし、参照面からの高さを hとし、 Nを整数とすると、 h は、下記（ 1 ) 式のように表すことができる。

h = λ / 2 X { ( / 2 π ) + Ν } … （ 1 )

そして、干渉光の位相変動量の単位を π Ζ 2とし、 0， ττ Ζ 2， τζ , 3 ye / 2の 4回分変化させるようにビームスプリッタを上下に変動させる。これは、単色光の波長が λの場合、 0， λ/ 8， λ/4, 3 λ X 8 の移動を意味する。このときの干渉光の強度を A, Β, C, Dとすると、位相差 Φは、下記（2) 式のように表すことができる。

= t a n-¹ { (A - C) / (B—D) } … (2)

上記（2 ) 式より求められた位相差 Φには、 27t Nの任意性があるので、実際に hを求めるには上記（ 1 ) 式に記載されている右辺の第 2式の Nが必要になる。そこで、測定対象面の高さが十分平滑で、水平方向に見た時の高さが連続的に変化しているという仮定を用いて位相接続（アンラッピング）処理を行って、 Nを特定した後に参照面からの高さ h を求める。位相接続法には、例えば、もっとも単純な近傍接続法や、より複雑なアルゴリズムの MS T (Minimum Spanning Tree)法などがある。なお、このような位相差に基づいて高さを求める方法は、『位相シフト干渉法（Phase Shift Inter f erometry) J (以下、適宜『P S I法』と略記する）と呼ばれる。

しかしながら、このような P S I法の場合には、高さが連続的に変化しているという仮定を用いているので、測定対象が、上述したフィルムや光学素子などのような測定対象面の凹凸が波長に比較し、十分に滑らかであるという条件が必要である。

従って、 P S I法の場合には測定対象面は平滑面に限定され、それ以外の例えば半導体バンプや金属加工面など表面段差の大きい測定対象面では、測定が不可能である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、表面段差の大きい測定対象面においても精度良く測定することができる表面形状測定方法およびその装置を提供することを目的とする。発明の開示本発明者らは、このような目的を達成するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。

表面形状測定装置として、上述した P S I法を用いた装置の他に、『垂直走査白色干渉法（Vertical Scanning Interf erometry)』（以下、適宜『 3 1法』と略記する）を用いた装置が知られている。この方法によれば、白色光源からの白色光を、測定対象面に照射する白色光と参照面に照射する白色光とに分け、両面にそれぞれ反射された各白色光による千渉光の強度を測定する。 P S I法では、干渉光の位相差が 0 , π/ 2， %, 3 π/ 2の 4回分変化させるようにビームスプリッ夕を上下に変動させたが、 V S I法では所定間隔ごとにビームスプリッタを上下に変動させ、所定間隔ごとの干渉光のサンプリングを行う。そして、干渉光の強度値変化の波形（以下、『インターフエログラム』と呼ぶ）が最大になる位置を求めることで、測定対象面の高さを求める。

実際には、所定間隔ごとにサンプリングデ一夕が離散しているので、干渉光の強度が最大になる位置を精度良く求めるのは難しい。そこで、インターフエログラムの包絡線や、本発明者らが先に提案した『日本国特開 2 0 0 1 — 0 6 6 1 2 2号公報』の発明にある特性関数が最大になる位置に基づいて、測定対象面の高さを求める。なお、本明細書中での『干渉光』は、インターフヱログラムのみならず、上述した包絡線ゃ特性関数なども含む。

上述した V S I法によれば、 P S I法のように高さが連続的に変化しているという仮定を用いないので、上述した半導体バンプや金属加工面など表面段差の大きい測定対象面で測定を行うことができる。

しかし、 V S I法の場合には、上述したように干渉光の強度が最大になる位置を求めるのが困難で、包絡線や特性関数に関する干渉光の強度を求めるには演算に時間がかかるという問題がある。その一方で、単色光による干渉光の強度に基づいて高さを求める P S I法とは異なり、 V S I法では白色光による干渉光の強度に基づいて高さを求める。これは、 P S I法では干渉光の位相を、 0， it / 2 , % , 3 C / 2と動かすのに波長 λは既知であることが必要で、レーザのような単色光が P S I法で用いられ、 V S I法では単色光を用いると干渉性が高く、最大を求める干渉光の強度変化（ピーク）が平坦になるので測定精度が悪くなり、逆にピークがある程度鋭くなる白色光が V S I法で最適だからである。

本発明者らは、用いる光源がそれぞれ違う P S I法と V S I法とを敢えて組み合わせることで、本発明の目的を達成するという知見を得た。このような知見に基づく本発明は、次のような構成をとる。

すなわち、本発明に係る表面形状測定方法は、光干渉に基づいて測定対象面の凹凸形状を測定する表面形状測定方法であって、参照面と前記測定対象面との相対距離を所定間隔で変動させる第 1工程と、前記第 1 工程で前記相対距離を変動させるたびに、光を前記参照面と前記測定対象面とに照射することで得られる干渉光の強度をそれぞれ測定する第 2 工程と、前記第 2工程で測定された各々の前記干渉光の強度のうち、干渉光の強度が最大となる前記相対距離を推定距離として推定する第 3ェ程と、前記第 3工程で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の'干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求める第 4工程と、前記第 3工程で推定された前記推定距離と、前記第 4工程で求められた前記干渉光の位相とに基づいて、前記測定対象面の高さを求める第 5工程とを備えていることを特徴とするものである。

本発明に係る表面形状測定方法によれば、第 1工程では、参照面と測定対象面との相対距離を所定間隔で変動させ、第 2工程では、第 1工程で相対距離を変動させるたびに、参照面と測定対象面とによる干渉光の強度を測定する。第 3工程では、第 2工程で測定された各々の干渉光の強度のうち、干渉光の強度が最大となる相対距離を推定距離として推定する。これら第 1工程から第 3工程までで、干渉光の強度変化から測定対象面の高さを測定するという垂直走査白色干渉法（V S I法）における工程を行う。

第 4工程では、第 3工程で推定された推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求め、第 5工程では、第 3工程で推定された推定距離と、第 4工程で求められた干渉光の位相とに基づいて、測定対象面の高さを求める。これら第 4 工程と第 5工程とで、各々の干渉光の強度に基づいて干渉光の位相を求め、その位相に基づいて測定対象面の高さを測定するという位相シフト干渉法（P S I法）における工程を行う。

従って、第 3工程で推定された推定距離に基づいて測定対象面の高さを確定することができ、測定対象面の高さを求めるのに位相接続（アンラッピング）処理を行う必要はなく、測定対象面が平滑面のみならず表面段差の大きい面においても測定を行うことができる。また、第 3工程で推定距離を求めたうえで、第 5工程で測定対象面の高さを求めているので、精度良く測定することができる。その結果、表面段差の大きい測定対象面においても精度良く測定することができる。

第 4工程において、第 3工程で推定された推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めるには、従来知られている P S I法と同じく、 3つ以上の相対距離における各々の干渉光の強度に関するデ一夕があればよく、代表的なものに 3点データ法， 4点データ法， 5点データ法などがある。特に、 4点データ法の場合には、具体的には下記のような方法がある。すなわち、推定距離の近傍にある 4つの相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相変動量を 0， τί / 2 , %, 3 兀/ 2として求めるとともに、そのときにおける 4つの干渉光の強度をそれぞれ A， B， C ， Dとし、求めるべき位相を Φとしたときに、 Φ = t a η— ¹ { (Α— C ) / (B— D) } なる式から位相 Φを求める。

第 5工程において、第 3工程で推定された推定距離と、第 4工程で求められた干渉光の位相とに基づいて、測定対象面の高さを求めるには、具体的には下記のような方法がある。すなわち、 Νを整数とし、第 2ェ程で参照面と測定対象面とに照射する光の波長を λとし、第 3工程で推定された推定距離に基づく推定高さを hェとし、第 4工程で求められた位相を φとし、第 5工程で求めるべき測定対象面の高さを h ₂としたときに、第 5工程は、 1ι ₂ = λΖ 2 Χ { ( φ / 2 π) +Ν} なる式から測定対象面の高さ h ₂が推定高さ h iにもつとも近くなるように整数 Nを選択し、選択された Nから測定対象面の高さ h ₂を求める。

また、第 2工程で測定された干渉光の強度を用いて、第 4工程は干渉光の位相を求めてもよいし、第 2工程で測定された干渉光の強度から波形復元し、その波形復元の結果に基づいて、第 4工程は干渉光の位相を求めてもよい。

前者の場合には、第 1工程で相対距離を変動させる所定間隔は、第 2 工程で参照面と測定対象面とに照射する光の波長を λとしたときの λ / 8、または Νを整数としたときの (Ν/ 2 + 1 / 8 ) Χ λである。かかる場合には、干渉光の位相変動量を 0 , π/ 2 , π, 3 π/ 2と、 π Ζ 2ごとに動かすのに、位相変動量に対応する 1 / 8をそのまま利用することができる。従って、新たに波形を復元する必要はない。

後者の場合には、第 1工程で前記相対距離を変動させる所定間隔は、第 2工程で参照面と測定対象面とに照射する光の波長を λとしたときの λ Ζ 8よりも長く、かつナイキスト間隔よりも短く、第 2工程で測定された干渉光の強度から標本化定理を用いて波形復元し、その波形復元の結果に基づいて、第 4工程は干渉光の位相を求めてもよいし、第 1工程で相対距離を変動させる所定間隔は、ナイキスト間隔よりも長く、第 2 工程で測定された干渉光の強度から帯域通過型標本化定理を用いて波形復元し、その波形復元の結果に基づいて、第 4工程は干渉光の位相を求めてもよい。かかる場合には、所定間隔が λ Z 8よりも長いので、前者の場合であって、所定間隔が λ / 8の場合と比較して、干渉光の強度のサンプリング個数を少なく取ることができ、干渉光の強度のサンプリング時間を短くすることができる。

また、第 1工程とは別に、第 4工程は、参照面と測定対象面との相対距離を再度に変動させ、その変動された各々の相対距離と、第 3工程で推定された推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めてもよい。相対距離を再度に変動させる場合には、後述する第 2工程で照射する光の光源と第 4工程で照射する光の光源とが互いに異なるときにおいて有用である。

また、第 2工程で参照面と測定対象面とに照射する光は、例えば白色光が好ましい。白色光の場合には最大を求める干渉光の強度変化（ピーク）がある程度鋭くなるので、第 2工程の後の工程である第 3工程において、干渉光の強度が最大となる相対距離を求めるのが容易になる。なお、第 2工程は、いわゆる V S I法の工程の一部であるが、第 4ェ程以降は、いわゆる P S I法の工程の一部であるので、第 2工程で照射する白色光をそのまま用いずに、第 4工程は、第 2工程で照射する白色光よりも周波数帯域が狭い白色光、または単色光を照射し、第 2工程で照射する白色光よりも周波数帯域が狭い白色光、または単色光に関する各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めるのが好ましい。これは、第 4工程で位相を求めるのに波長は既知であることが必要で、このような光は、第 2工程で照射する白色光よりも周波数帯域が狭い白色光、または単色光だからである。

また、第 2工程で照射する白色光と、第 4工程で照射する白色光または単色光とを互いに同一の光源で用い、第 2工程で照射する白色光を狭い周波数帯域に制限し、それを第 4工程で照射してもよいし、第 2工程で照射する白色光と、第 4工程で照射する白色光または単色光とをそれぞれ異なる光源で用いてもよい。

また、本発明に係る表面形状測定装置は、測定対象面と参照面とに照射する光を発生させる光源と、前記測定対象面と参照面との相対距離を所定間隔で変動させる変動手段と、前記光が照射された測定対象面と参照面との相対距離の変動に伴って発生する干渉縞の変化とともに前記測定対象面を撮像する撮像手段と、前記撮像された測定対象面上の複数の特定箇所における干渉光の強度値を取り込むために、前記変動手段による前記測定対象面と参照面との相対距離の変動によって変化する干渉縞に応じた特定箇所の干渉光の強度値について、前記所定間隔ごとに順次取り込むサンプリング手段と、前記サンプリング手段によって取り込まれた各特定箇所ごとの複数個の強度値である各干渉光強度値群に基づいて前記複数個の特定箇所の高さをそれぞれ求めることによって、前記測定対象面の凹凸形状を測定する演算手段とを備えた表面形状測定装置において、前記演算手段は、前記サンプリング手段によって取り込まれた干渉光強度値群のうち、干渉光の強度が最大となる前記相対距離を推定距離として推定する第 1処理，推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求める第 2処理，および推定された前記推定距離と、求められた前記干渉光の位相とに基づいて、前記特定箇所の高さを求める第 3処理を行うことを特徴とするものである。本発明に係る表面形状測定装置によれば、光源は光を発生させて、その光を測定対象面と参照面とにそれぞれ照射させる。変動手段は、光が照射された測定対象面と参照面との相対距離を変動させる。撮像手段は、測定対象面と参照面とでそれぞれ反射する光の光路差に応じて変化する干渉縞を撮像するとともに測定対象面を撮像しているので、測定対象面の凹凸形状に応じて干渉縞が発生または変化している様子の把握が可能になる。サンプリング手段は、撮像された測定対象面上の複数の特定箇所における干渉光の強度値を取り込むために、変動手段による測定対象面と参照面との相対距離の変動によって変化する干渉縞に応じた特定箇所の干渉光の強度値について、所定間隔ごとに順次取り込む。サンプリング手段によって取り込まれた各特定箇所ごとの複数個の強度値である各干渉光強度値群に基づいて、複数個の特定箇所の高さを演算手段がそれぞれ求めることによって、測定対象面の凹凸形状を測定する。

具体的には、演算手段は、サンプリング手段によって取り込まれた干渉光強度値群のうち、干渉光の強度が最大となる相対距離を推定距離として推定する第 1処理を行い、推定された推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求める第 2処理を行い、さらに、推定された推定距離と、求められた干渉光の位相とに基づいて、特定箇所の高さを求める第 3処理を行う。

すなわち、第 1処理は、本発明に係る表面形状測定方法における第 3 工程に、第 2処理は、本発明に係る表面形状測定方法における第 4工程に、第 3処理は、本発明に係る表面形状測定方法における第 5工程にそれぞれ相当する。また、変動手段は、本発明に係る表面形状測定方法における第 1工程を好適に実施することができ、変動手段および光源は、本発明に係る表面形状測定方法における第 2工程を好適に実施することができる。 P2002/008202

以上より、本発明に係る表面形状測定装置によれば、本発明に係る表面形状測定方法を好適に実施することができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の第 1実施例に係る表面形状測定装置の概略構成図を示したブロック図であり、

第 2図は、干渉縞が発生するメカニズムを説明するための説明図であり、

第 3図は、 V S I法によって推定高さを求める手法を説明するための説明図であり、

第 4図は、 V S I法によって推定高さを求める手法を説明するための説明図であり、

第 5図は、第 1実施例に係る表明形状測定方法における処理を示すフローチヤ一トであり、

第 6図は、第 2実施例に係る表面形状測定装置の概略構成図を示したブロック図である。発明を実施するための最良の形態

従来の問題点を解決するための形態として、以下のものがある。 <第 1実施例 >

本発明の第 1実施例について図面を参照しながら説明する。第 1図は本発明の第 1実施例に係る表面形状測定装置の概略構成図を示したプロック図、第 2図は干渉縞が発生するメカニズムを説明するための説明図であり、第 3図，第 4図は V S I法によって推定高さを求める手法を説明するための説明図、第 5図は第 1実施例に係る表明形状測定方法における処理を示すフローチヤ一トである。

0 P2002/008202

第 2図に示すように、ハーフミラー 1 6から参照面 1 5までの距離を距離 1 として、ハーフミラ一 1 6から距離 L 1だけ離れた位置にある面を面 Eとする。また、試料台 5 0を基準として、そこから面 Eまでの高さ hを干渉計の位置とし、試料の測定対象面 3 1上の点 Pの高さを h _P とする。

第 1実施例に係る表面形状測定装置は、第 1図に示すように、半導体ゥェ八、ガラス基板や金属基板などの測定対象物 3 0の測定対象面 3 1 上に形成された微細なパターンに、特定周波数帯域の白色光を照射する光学系ュニット 1 と、光学系ュニット 1を制御する制御系ュニット 2とを備えて構成されている。

光学系ュニット 1は、測定対象面 3 1および参照面 1 5に照射する白色光を発生させる白色光源 1 0と、白色光源 1 0から白色光を平行光にするコリメートレンズ 1 1と、白色光源 1 0からの白色光よりも周波数帯域が狭い白色光に制限する（第 1実施例では中心波長 6 0 0 n mで帯域幅 2 0 n m) ノンドパスフィルタ 1 2と、バンドパスフィルタ 1 2を通過してきた白色光あるいは、バンドパスフィルタ 1 2を通過せずに白色光源 1 0から直接的に照射されてきた白色光を測定対象物 3 0の方向に反射する一方、測定対象物 3 0の方向からの白色光を通過させるハーフミラー 1 3と、ハーフミラー 1 3で反射されてきた白色光を集光する対物レンズ 1 4と、対物レンズ 1 4を通過してきた白色光を、参照面 1 5へ反射させる参照光と、測定対象面 3 1へ通過させる測定光とに分けるとともに、参照面 1 5で反射してきた参照光と測定対象面 3 1で反射してきた測定光とを再びまとめて、干渉縞を発生させるハーフミラ一 1 6と、対物レンズ 1 4，参照面 1 5，およびハーフミラー 1 6を上下左右に駆動するァクチユエ一夕 1 7と、参照光と測定光とがまとめられた白色光を結像する結像レンズ 1 8と、干渉縞とともに測定対象面 3 1を 02 008202

撮像する C C Dカメラ 1 9とを備えて構成されている。

白色光源 1 0は、例えば白色光ランプなどであり、比較的広い周波数帯域の白色光を発生させる。この白色光源 1 0から発生された白色光は、コリメートレンズ 1 1によって平行光とされ、バンドパスフィル夕 1 2に入射する。

バンドパスフィルタ 1 2は、特定周波数帯域の白色光だけを通過させるためのフィル夕であり、白色光源 1 0から C C Dカメラ 1 9までの光路に取り付けられる。好ましくは、白色光源 1 0から、その白色光源 1 0からの白色光が参照面 1 5への参照光と測定対象面 3 1への測定光に分かれる位置までの間の光路に取り付けられる。この実施例では、例えばコリメートレンズ 1 1と、ハ一フミラー 1 3との間の光路に取り付けられている。バンドパスフィルタ 1 2としては、例えば、中心波長 6 0 O n m , バンド幅（帯域幅） 2 0 n mの帯域通過型光学干渉フィル夕などを利用する。このバンドパスフィル夕 1 2に入射した比較的広い周波数帯域の白色光は、その周波数帯域が狭められ、特定周波数帯域の白色光だけがパンドパスフィルタ 1 2を通過する。バンドパスフィルタ 1 2 は、本発明における周波数帯域制限手段に相当する。

なお、この実施例では、バンドパスフィル夕 1 2は、後述するフィル夕切換部 2 4によって切換可能に構成されており、後述するステップ S 1〜 S 5では、フィルタ切換部 2 4によってバンドパスフィル夕 1 2は、コリメートレンズ 1 1と、ハーフミラー 1 3との間の光路外に待避されており、白色光源 1 0から発生した白色光はバンドパスフィルタ 1 2 を通過せずに比較的広い周波数帯域のままとなる。一方、後述するステップ S 6以降では、フィルタ切換部 2 4によってパンドパスフィルタ 1 2は、コリメートレンズ 1 1と、ハーフミラー 1 3との間の光路に取り付けられており、バンドパスフィルタ 1 2を通過して周波数帯域が狭い白色光に制限される。

なお、本明細書では、パンドパスフィルタ 1 2を通過せずに白色光源 1 0から直接的に照射されてきた白色光を『第 1白色光』と定義づけるとともに、バンドパスフィルタ 1 2を通過してきた周波数帯域が狭い白色光を『第 2白色光』と定義づける。

ハーフミラ一 1 3は、第 1白色光または第 2白色光を測定対象物 3 0 の方向に向けて反射する一方、測定対象物 3 0の方向から戻ってきた白色光を通過させるものである。このハーフミラー 1 3で反射された第 1 ノ第 2白色光は、対物レンズ 1 4に入射する。

対物レンズ 1 4は、入射してきた白色光を焦点 Pに向けて集光するレンズである。この対物レンズ 1 4によって集光される第 1 /第 2白色光は、参照面 1 5を通過し、ハーフミラー 1 6に到達する。

ハーフミラー 1 6は、対物レンズ 1 4で集光される第 1 Z第 2白色光を、参照面 1 5で反射させるために、ハ一フミラー 1 6で反射させる参照光と、測定対象面 3 1で反射させるために、ハーフミラ一 1 6を通過させる測定光とに分けるとともに、それら参照光と測定光とを再びまとめることによって、干渉縞を発生させるものである。ハーフミラー 1 6 に達した白色光は、ハーフミラ一 1 6で反射された参照光と、ハ一フミラー 1 6を通過する測定光とに分けられ、その参照光は参照面 1 5に達し、その測定光は測定対象面 3 1に達する。

参照面 1 5によって反射された参照光は、ハーフミラー 1 6に達し、さらに、この参照光はハーフミラー 1 6によって再度に反射される。ハーフミラー 1 6を通過した測定光は、焦点 Pに向けて集光され、測定対象面 3 1上で反射する。この反射した測定光は、ハーフミラー 1 6 に達して、そのハーフミラー 1 6を通過する。

ハーフミラー 1 6は、参照光と測定光とを再びまとめる。このとき、参照面 1 5とハーフミラ一 1 6との間の距離 L 1と、ハーフミラー 1 6 と測定対象面 3 1 との間の距離 L 2との、距離の違いによって光路差が生じる。この光路差に応じて、参照光と測定光とが干渉し合うことで、干渉縞が生じる。この干渉縞が生じた状態の白色光は、ハーフミラ一 1 3を通過し、結像レンズ 1 8によって結像されて、 C C Dカメラ 1 9に入射する。

ァクチユエ一夕 1 7は、光学系ュニット 1内の参照面 1 5とハーフミラー 1 6との間の固定された距離 L 1と、ハーフミラー 1 6と測定対象面 3 1との間の可変の距離 L 2との距離の差を変化させるために、対物レンズ 1 4 , 参照面 1 5 , およびハーフミラ一 1 6を直交 3軸方向に変動させる装置であり、 C P U 2 0からの指示によって対物レンズ 1 4 , 参照面 1 5，およびハ一フミラー 1 6を X， Υ , Z軸方向に駆動するように構成されている。本実施例では、対物レンズ 1 4，参照面 1 5，およびハーフミラー 1 6を動作させるが、光学系ュニット 1全体を動作させてもよいし、例えば測定対象物 3 0が載置される図示していないテーブルを直交 3軸方向に変動させるようにしてもよい。ァクチユエ一夕 1 7は、本発明における変動手段に相当する。

なお、本発明における変動手段は、上下左右に駆動する例えば 3軸駆動型のサーポモータなどの駆動機構などであってもよい。

C C Dカメラ 1 9は、干渉縞が生じた状態の白色光とともに、測定光によって映し出される測定対象面 3 1の焦点 P付近の画像を撮像する。この撮像した画像データは、制御系ユニット 2によって収集される。また、ァクチユエ一夕 1 7によって、対物レンズ 1 4 , 参照面 1 5 , およびハーフミラー 1 6が上下左右に変動される。これらが上下方向に駆動されることによって、距離 L 1と距離 L 2との距離が変動される。これにより、距離 L 1 と距離 L 2との距離の差に応じて、干渉縞が徐々に変化する。 C CDカメラ 1 9によって、後述するサンプリング間隔（第 1 実施例では λ / 8 ) ごとに、干渉縞の変化とともに測定対象面 3 1の画像が撮像され、その画像データが制御系ュニット 2によって収集される。 C CDカメラ 1 9は、本発明における撮像手段に相当する。また、サンプリング間隔は、本発明における所定間隔に相当する。

制御系ュニット 2は、表面形状測定装置の全体を統括的に制御したり、所定の演算処理を行うための C PU 2 0と、 C PU 2 0によって逐次収集された画像データや C P U 2 0での演算結果などの各種のデータを記憶するメモリ 2 1と、サンプリング間隔やその他の設定情報を入力するマウスやキーボードなどの入力部 2 2と、測定対象面 3 1の画像などを表示するモニタ 2 3と、 C PU 2 0の指示に応じてパンドパスフィル夕 1 2を切り換えるフィルタ切換部 24とを備えるコンピュータシステムで構成されている。なお、 C PU 2 0は、本発明におけるサンプリング手段および演算手段に相当する。

C PU 2 0は、いわゆる中央処理装置であって、 C CDカメラ 1 9、メモリ 2 1および光学系ュニット 1のァクチユエ一夕 1 7を制御するとともに、 C CDカメラ 1 9で撮像した干渉縞を含む測定対象面 3 1の画像デ一夕に基づいて、測定対象面 3 1の凹凸形状を測定する処理を行う。この処理については後で詳細に説明する。さらに、 C PU 2 0には、モニタ 2 3と、キーボードやマウスなどの入力部 2 2とが接続されており、操作者は、モニタ 2 3に表示される操作画面を観察しながら、入力部 2 2から各種の設定情報の入力を行う。また、モニタ 2 3には、測定対象面 3 1の測定終了後に、測定対象面 3 1の凹凸形状が数値や画像として表示される。

フィルタ切換部 24は、後述するステップ S 1〜S 5では、白色光源 1 0から発生した白色光がバンドパスフィルタ 1 2を通過せずに測定対 2 008202

象物 3 0に直接的に入射できるように、すなわち第 1白色光を測定対象物 3 0に直接的に照射できるように、コリメートレンズ 1 1 と、ハーフミラ一 1 3との間の光路外にパンドパスフィルタ 1 2を待避させており、後述するステップ S 6以降では、白色光源 1 0から発生した白色光がバンドパスフィル夕 1 2を通過して周波数帯域が狭い白色光（第 2白色光）に制限した状態で、測定対象物 3 0に入射できるように、コリメ一トレンズ 1 1と、ハ一フミラ一 1 3との間の光路にバンドパスフィルタ 1 2を取り付けている。つまり、フィルタ切換部 2 4は、コリメ一トレンズ 1 1 と、ハ一フミラー 1 3との間の光路内外にバンドパスフィルタ 1 2を変動させる装置である。ァクチユエ一夕 1 9と同様に、フィル夕切換部 2 4は、 C P U 2 0からの指示によってバンドパスフィル夕 1 2 を X， Y , Z軸方向に駆動するように構成されている。

以下、本実施例の表面形状測定装置全体で行なわれる処理を、第 5図のフローチャートを参照して説明する。

ステップ S 1 (第 1白色光に設定）

まず、フィルタ切換部 2 4は、バンドパスフィルタ 1 2を、コリメ一トレンズ 1 1 とハーフミラ一 1 3との間の光路外へ待避させた状態で、白色光源 1 0から白色光を発生させる。これによつて白色光源 1 0から発生した白色光は、バンドパスフィルタ 1 2を通過せずに、比較的広い周波数帯域のまま、測定対象物 3 0、さらには参照面 1 5に入射されることになる。バンドパスフィルタ 1 2を、コリメ一トレンズ 1 1 とハーフミラー 1 3との間の光路外へ待避させることで、第 1白色光の設定が行われる。設定後、ステップ S 6の第 2白色光の設定まで、第 1白色光を、測定対象面 3 1および参照面 1 5に照射する。

ステップ S 2 (所定間隔ごとに相対距離を変動）

C P U 2 0は、予め所定の測定場所に移動された光学系ュニット 1を

6 8202

z軸方向に移動を開始させるための変動開始の指示をァクチユエ一夕 1 7に与える。ァクチユエ一夕 1 7は、対物レンズ 14 , 参照面 1 5，およびハーフミラー 1 6を z軸方向に予め決められた距離だけ移動させる。これにより、参照面 1 5と測定対象面 3 1との相対距離が変動される。このステップ S 2は、本発明における第 1工程に相当する。

この実施例では、所定間隔、すなわちサンプリング間隔を波長 λの 1 Ζ8倍（λΖ8) ごとに相対距離を変動させるベく、 ζ軸方向に移動させる。なお、最初のサンプリング地点を h。とし、サンプリング間隔を Δ とし、サンプリング間隔 Δごとに h。十 Δ， h。 + 2 A， …， h 0 + (n — 1) Δ, h。 + η Δと ζ軸方向に動かし、 C C Dカメラ 1 9が撮像する干渉縞を含む測定対象面 3 1の画像データについて、サンプリング間隔ごとに番号を付する。第 3図に示すように、サンプリング地点 h。のときには、番号を i。とし、サンプリング地点 hQ + Δのときには、番号を i とする。以下、同様の手順で番号を付する。

また、参照面 1 5 ·測定対象面 3 1の両面からそれぞれ反射されて得られた干渉光の強度（インターフヱログラム）を g ( ) とすると、サンプリング間隔ごとに、 g (h ₀) ， g ( ₀ + A) , g (h o + 2 Δ) , …， g (ίι。 + η Δ) と干渉光強度値群が得られる。

ステップ S 3 (所定のデータ数が得られたか？）

干渉光の強度群について、所定のデータ数が得られていなければ、ステツプ S 2に戻って、ステップ S 2で所定間隔（サンプリング間隔）ごとに相対距離を変動させて、サンプリング間隔ごとに参照面 1 5と測定対象面 3 1とに白色光を照射させて干渉光の強度を得る。所定のデ一タ数が得られていれば、ステップ S 4に移行する。このステップ S 3は、本発明における第 2工程に相当する。

ステップ S 4 (包絡線を求める）

7 干渉光強度値群のうち、干渉光の強度変化が最大になるサンプリング地点が、測定対象面の高さとなるが、実際には、所定間隔ごとにサンプリングデータが離散しているので、 g ( ) から干渉光の強度が最大になる位置を求めるのは難しい。そこで、インターフエログラムの包絡線や、本発明者らが先に提案した『日本国特開 2 0 0 1— 0 6 6 1 2 2 号公報』の発明にある特性関数が最大にある位置に基づいて、測定対象面の高さを求める。

この実施例では、包絡線を求め、この包絡線が最大になる位置を推定高さとするとともに、この推定高さを h とする。

包絡線を求めるべく、各干渉光強度値群から、干渉光強度値群の平均値を減算して、減算されたデータを 2乗する。そして、パンドパスフィル夕 1 2で平滑化することで、第 4図に示す包絡線が得られる。

ステップ S 5 (推定高さを求める）

包絡線が得られたら、この包絡線が最大になる位置となる推定高さ h；を求める。このときの画像番号が i jであれば、推定高さ h iは、 h。十 J Aとなる。このステップ S 5は、本発明における第 3工程に相当し、本発明における第 1処理にも相当する。

ステップ S 6 (第 2白色光に設定）

フィル夕切換部 2 4は、バンドパスフィルタ 1 2を、コリメートレンズ 1 1 とハーフミラー 1 3との間の光路に取り付ける。これによつて白色光源 1 0から発生した白色光は、バンドパスフィル夕 1 2を通過して、周波数帯域が狭い白色光に制限され、測定対象物 3 0、さらには参照面 1 5に入射されることになる。バンドパスフィルタ 1 2を、コリメ一トレンズ 1 1とハーフミラ一 1 3との間の光路に取り付けることで、第 2白色光の設定が行われる。設定後、ステップ S 1 1の表示まで、第 2 白色光を、測定対象面 3 1および参照面 1 5に照射する。ステップ S 7 (推定高さの近傍におけるサンプリング地点の抽出）推定高さの近傍にある 4つのサンプリング地点を抽出する。この実施例では、 h h！ + Δ, h！ + 2 Δ , h i + S Aを抽出するが、 1^一 Δ , h！, h！ + Δ , h i + 2 Aであってもよいし、 h i— S A, h _x - Δ , 1 , + Δであってもよいし、 h _t— 3 Δ， h ₁— 2 Δ, h ₁ - A , h _t であってもよい。

なお、サンプリング間隔 Δは、 λ/8であって、干渉光の位相変動量では CZ 2に対応する。そして、抽出された位置に設定して、ステップ S 8を行う。

ステップ S 8 (干渉光の位相を求める）

h ₁； h！ + Δ , h _x + 2 Δ, h + 3 Δのときにおける各干渉光の強度を A, Β, C， Dとする。また、求めるべき干渉光の位相差を φとすると、位相差 Φは、 A， B， C， Dを用いて上記（2) 式から求められる。このステップ S 8は、本発明における第 4工程に相当し、本発明における第 2処理にも相当する。

ステップ S 9 (測定対象面の高さを求める）

最終的に求められる測定対象面の高さを h ₂とする。位相 φが求められたら、上記（ 1 ) 式の左辺の hを h ₂とし、高さ h_≥が推定高さ h iにもつとも近くなるように整数 Nを選択し、選択された Nから測定対象面の高さ h ₂を求める。このステップ S 9は、本発明における第 5工程に相当し、本発明における第 3処理にも相当する。

ステップ S 1 0 (全特定箇所が終了？）

C P U 2 0は、全ての特定箇所が終了するまで、ステップ S 1〜S 9 の処理を繰り返し行い、全ての特定箇所の高さを求める。

なお、実際にはテレビカメラ（2次元 C CDセンサ）で検出するので、ステップ S 1 0は計算のステツプだけが繰り返されることになる。

9 P2002/008202

ステップ S 1 1 (表示)

C P U 2 0は、モニタ 2 3に特定箇所の高さの情報を表示したり、それら各特定箇所の高さの情報に基づいた 3次元または 2次元の画像を表示する。操作者は、これらの表示を観察することで、測定対象物 3 0の測定対象面 3 1の凹凸形状を把握することができる。

上述した第 1実施例によれば、ステップ S 2では、参照面と前記測定対象面との相対距離を所定間隔であるサンプリング間隔△で変動させ、ステップ S 3では、サンプリング間隔 Δで変動させるたびに、白色光を参照面と測定対象面とで得られる干渉光の強度をそれぞれ測定する。ステツプ S 5では、ステップ S 3で測定された各干渉光強度値群のうち、干渉光の強度が最大となる推定高さを求める。この実施例では、ステツプ S 4で法絡線を求め、この包絡線が最大になる推定高さをステツプ S 5で求める。これらステップ S 1〜 S 5までで、干渉光の強度を測定するまでの垂直走査白色干渉法（V S I法）における工程を行う。

ステップ S 8では、ステップ S 5で推定された推定高さに基づいて、干渉光の位相差 Φを求め、ステップ S 9では、ステップ S 5で推定された推定高さと、ステップ S 8で求められた干渉光の位相差 Φとに基づいて、測定対象面の高さを求める。ステップ S 9で、各々の干渉光の強度に基づいて干渉光の位相を求め、その位相に基づいて測定対象面の高さを測定するまでの位相シフト干渉法（P S I法）における工程を行う。従って、ステップ S 5で推定された推定高さに基づいて測定対象面の高さを確定することができ、測定対象面の高さを求めるのに位相接続（アンラッピング）処理を行う必要はなく、測定対象面が平滑面のみならず表面段差の大きい面においても測定を行うことができる。また、ステップ S 5で推定高さを求めたうえで、ステップ S 9で測定対象面の高さを求めているので、精度良く測定することができる。その結果、表面段 T JP2002/008202

差の大きい測定対象面においても精度良く測定することができる。

サンプリング間隔△が、ぇノ8の場合には、 4つのサンプリング地点における各々の干渉光の位相の変動は、 λ Ζ 8に対応する ττ Ζ 2であつて、ステップ S 8では、サンプリング間隔 Δごとの各干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求める。

かかる場合には、干渉光の位相変動量を 0， τ / 2 , % , 3 TC / 2と、兀/ 2ごとに動かすのに、位相変動量に対応する λ Ζ 8をそのまま利用することができるので、新たに波形を復元する必要はなく、既に求められた λ / 8であるサンプリング間隔ごとの各干渉光の強度を利用して、干渉光の位相を求めることができる。

また、参照面と測定対象面とに照射する光は、白色光であって、白色光の場合、単色光と比較すると干渉性が低く、最大を求める干渉光の強度変化（ピ一ク）がある程度鋭くなるので、ステップ S 5において、干渉光の強度が最大になる推定高さを求めるのが容易になる。

なお、ステップ S 3は、いわゆる V S I法の工程の一部であるが、ステツプ S 8以降は、いわゆる P S I法の工程の一部であるので、ステツプ S 1〜S 6で照射する白色光（第 1白色光）をそのまま用いずに、ステツプ S 7〜S 1 0は、ステップ S 1〜S 6で照射する白色光よりも周波数帯域が狭い白色光（第 2白色光）を照射し、第 2白色光に関する各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めている。これは、ステツプ S 8で位相を求めるのに、波長 λは既知であることが必要で、このような光は、ステップ S 3で照射する第 1白色光よりも周波数帯域が狭い白色光だからである。なお、この実施例では、第 1 /第 2白色光は、単色光でないので、波長えを完全に決定することはできないが、第 2 白色光はある程度周波数帯域が狭まっているので周波数帯域内の所定の波長を既知の波長 λとして決定するとともに、 λ / 8であるサンプリン PC漏 002/008202

グ間隔 Δを決定すればよい。

<第 2実施例 >

次に、本発明の第 2実施例を説明する。なお、第 1実施例と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第 2実施例に係る表面形状測定装置は、第 6図に示すように、光学系ユニット 1に白色光源 1 0とは別の光源の白色光源 1 0 bを備えており、第 1実施例の制御系ュニット 2内のフィル夕切換部 24の替わりに、制御系ュニット 2 に白色光源 1 0， 1 0 bを切り換える光源切換部 2 5を備えている。この白色光源 1 0 bから発生する白色光は、白色光源 1 0から発生する白色光よりも周波数帯域が狭くなるように構成されている。つまり、白色光源 1 0から発生する白色光は第 1白色光となり、白色光源 1 0 bから発生する白色光は第 2白色光となる。

表明形状測定方法における処理は、第 1実施例と同じなので、その説明を省略する。

この場合には、第 1実施例と相違し、周波数帯域が狭い白色光に制限するためのバンドパスフィル夕 1 2を備えていないが、バンドパスフィルタ 1 2を備えるのが好ましい。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

( 1 ) 上述した第 1，第 2実施例では、光学系ユニット 1は、いわゆる『マイケルソン干渉計』と呼ばれるものであつたが、いわゆる『ミラゥ干渉計』と呼ばれる光学系ユニットを用いてもよい（『日本国特開

2 0 0 1 - 0 6 6 1 2 2号公報』を参照）。

( 2) 上述した第 1，第 2実施例では、！！ぃ + Ι^+ Ζ Δ, h i + 3△の 4点を抽出する、いわゆる『4点データ法』で位相を求めたが、 3つ以上の干渉光の強度に関するデータがあればよく、代表的なも 02008202

のに 3点デー夕法， 5点データ法などがある。

( 3 ) 上述した第 1，第 2実施例では、 V S I法では比較的広めの白色光（第 1白色光）を、 P S I法では狭帯域の白色光（第 2白色光）を用いたが、波長 λをある程度特定することができるのであれば、 V S I 法と同じ白色光を P S I法で用いてもよい。

また、 P S I法では狭帯域の白色光であつたが、単色光であってもよレ単色光の場合には波長 λは完全に既知となるので、サンプリング間隔 Δをより簡易に決定し易くなる。また、第 1実施例の場合には、バンドパスフィルタ 1 2は単色光のみを通過させるフィルタを利用し、第 2 実施例の場合には、単色光を発生させる光源を白色光源 1 0とは別に備える。

(4) 上述した第 1実施例では、サンプリング間隔を λ / 8としたが、それより長くてもよい。

波形を復元しない場合には、 Νを整数としたときに、サンプリング間隔を（NZ 2 + 1 / 8) Χ λとしてもよい。 Ν λ Ζ 2が 1周期に対応するので、このサンプリング間隔を位相に対応させると、違う周期ごとにサンプリングを行うことになる。つまり、 Νが 1の場合には、 0， 5 λ / 8 (= λ / 2 + λ / 8 ) , 5 λ / 4 (= λ + λ/ 4) , …に対応させると干渉光の位相変動量は、 0 , 5 π/ 2 (= 27C + π/ 2 ) ， 5 % ( = 4 π + π) , …と動く。もちろん、 Νが 1以外であってもよいし、 Ν をサンプリングごとにランダムに変更してもよい。この場合も、干渉光の位相変動量を 0， π/ 2 , π , 3兀 2と、 ττ/2ごとに動かすのに、位相変動量に対応する λ/ 8をそのまま利用することができるので、新たに波形を復元する必要はない。

波形を復元させる場合には、例えば、以下のような方法がある。標本化定理を用いる場合には、サンプリング間隔は、 λ " 8よりも長く、ナィキスト間隔よりも短くとればよく、帯域通過型標本化定理を用いる場合には、サンプリング間隔は、ナイキスト間隔よりも長くてもよい。いずれの場合にも、標本化定理あるいは帯域通過型定理を用いて波形を復元する必要があるが、サンプリング間隔が； / 8よりも長いので、サンプリング間隔が λ Z 8の場合と比較して、干渉光の強度のサンプリング個数を少なく取ることができ、干渉光の強度のサンプリング時間を短くすることができる。

( 5 ) 上述した第 1実施例では、包絡線を干渉光の強度として置き換えたが、イン夕一フエログラムであってもよいし、本発明者らが先に提案した『日本国特開 2 0 0 1— 0 6 6 1 2 2号公報』の発明にある特性関数を干渉光の強度として置き換えて、置き換えられた関数が最大になる位置を求めてもよい。

( 6 ) 上述した第 1 , 第 2実施例では、 V S I法と P S I法とにおいて用いる光が異なっている。従って、ステップ S 2で参照面と測定対象面との相対距離（L 1 + L 2 ) を変動させて干渉光の強度を得て、ステップ S 6で、参照面と測定対象面との相対距離を再度に変動させて干渉光の強度を得るのが好ましい。もちろん、 V S I法と同一の光を P S I 法でも用いる場合には、再度に変動させて干渉光の強度を得る必要はない。

産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係る表面形状測定方法およびその装置は、半導体ウェハや液晶表示器用ガラス基板などの精密加工品のみならず、半導体バンプや金属加工面など表面段差の大きい測定対象面を有する測定対象物の凹凸形状を、光干渉を用いて測定するのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 光干渉に基づいて測定対象面の凹凸形状を測定する表面形状測定方法であって、

参照面と前記測定対象面との相対距離を所定間隔で変動させる第 1ェ程と、

前記第 1工程で前記相対距離を変動させるたびに、光を前記参照面と前記測定対象面とに照射することで得られる干渉光の強度をそれぞれ測定する第 2工程と、

前記第 2工程で測定された各々の前記干渉光の強度のうち、干渉光の強度が最大となる前記相対距離を推定距離として推定する第 3工程と、前記第 3工程で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求める第 4ェ程と、

前記第 3工程で推定された前記推定距離と、前記第 4工程で求められた前記干渉光の位相とに基づいて、前記測定対象面の高さを求める第 5 工程と

を備えていることを特徴とする表面形状測定方法。

2 . 請求項 1に記載の表面形状測定方法において、

前記第 4工程は、前記推定距離の近傍にある 3つ以上の相対距離にお 'ける各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

3 . 請求項 2に記載の表面形状測定方法において、

前記第 4工程は、前記推定距離の近傍にある 4つの相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相変動量を 0 , it / 2 , % ， 3 πΖ 2として求めるとともに、そのときにおける 4つの干渉光の強度をそれぞれ Α， Β, C, Dとし、求めるべき位相を φとしたときに、 Φ = t a n"¹ { (A- C) / (B— D) } なる式から位相 φを求めることを特徴とする表面形状測定方法。

4. 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載の表面形状測定方法において、

Νを整数とし、前記第 2工程で前記参照面と前記測定対象面とに照射する光の波長を λとし、前記第 3工程で推定された前記推定距離に基づく推定高さをとし、前記第 4工程で求められた位相を φとし、前記第 5工程で求めるべき前記測定対象面の高さを h ₂としたときに、前記第 5工程は、 h ₂ = A Z 2 X { ( / 2 π) +Ν} なる式から測定対象面の高さ h ₂が前記推定高さ hェにもつとも近くなるように整数 Nを選択し、選択された Nから測定対象面の高さ h ₂を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

5. 請求項 1から請求項 4のいずれかに記載の表面形状測定方法において、

前記第 2工程で測定された干渉光の強度を用いて、前記第 4工程は干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

6. 請求項 5に記載の表面形状測定方法において、

前記第 1工程で前記相対距離を変動させる前記所定間隔は、前記第 2 工程で前記参照面と前記測定対象面とに照射する光の波長を λとしたときの λ 8であることを特徴とする表面形状測定方法。

7. 請求項 5に記載の表面形状測定方法において、

前記第 1工程で前記相対距離を変動させる前記所定間隔は、前記第 2 工程で前記参照面と前記測定対象面とに照射する光の波長を λとし、 Ν を整数としたときの（N/ 2 + 1 Z 8 ) X λであることを特徴とする表面形状測定方法。

8 . 請求項 1から請求項 4のいずれかに記載の表面形状測定方法において、

前記第 2工程で測定された干渉光の強度から波形復元し、その波形復元の結果に基づいて、前記第 4工程は干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

9 . 請求項 8に記載の表面形状測定方法において、

前記第 1工程で前記相対距離を変動させる前記所定間隔は、前記第 2ェ程で前記参照面と前記測定対象面とに照射する光の波長を λとしたときの λ Ζ 8よりも長く、かつナイキスト間隔よりも短く、

前記第 2工程で測定された干渉光の強度から標本化定理を用いて波形復元し、その波形復元の結果に基づいて、前記第 4工程は干渉光の位相を求めることを特徴とすることを特徴とする表面形状測定方法。

1 0 . 請求項 8に記載の表面形状測定方法において、

前記第 1工程で前記相対距離を変動させる前記所定間隔は、ナイキスト間隔よりも長く、

前記第 2工程で測定された干渉光の強度から帯域通過型標本化定理を用いて波形復元し、その波形復元の結果に基づいて、前記第 4工程は干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

1 1 . 請求項 1から請求項 1 0のいずれかに記載の表面形状測定方法において、

前記第 1工程とは別に、前記第 4工程は、前記参照面と前記測定対象面との相対距離を再度に変動させ、その変動された各々の相対距離と、前記第 3工程で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度とに基づいて、干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

1 2 . 請求項 1から請求項 1 1のいずれかに記載の表面形状測定方法において、

前記第 2工程で前記参照面と前記測定対象面とに照射する光は、白色光であることを特徴とする表面形状測定方法。

1 3 . 請求項 1から請求項 1 1のいずれかに記載の表面形状測定方法において、

前記第 2工程で前記参照面と前記測定対象面とに照射する光は、白色光であって、

第 2工程で照射するその白色光を第 1白色光とし、

前記第 2工程とは別に、前記第 4工程は、前記第 2工程で照射する前記第 1白色光よりも周波数帯域が狭い白色光である第 2白色光を照射し、前記第 3工程で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における前記第 2白色光に関する各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

1 4 . 請求項 1から請求項 1 1のいずれかに記載の表面'形状測定方法において、

前記第 2工程とは別に、前記第 4工程は、単色光を照射し、前記第 3 工程で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における前記単色光に関する各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定方法。

1 5 . 請求項 1 3または請求項 1 4に記載の表面形状測定方法において、

前記第 2工程で照射する白色光と、前記第 4工程で照射する第 2白色光または単色光とは互いに同一の光源で用いられており、前記第 2工程で照射する白色光を狭い周波数帯域に制限することで、前記第 4工程で第 2白色光または単色光を照射することを特徴とする表形状測定方法。

1 6 . 請求項 1 3または請求項 1 4に記載の表面形状測定方法において、

前記第 2工程で照射する白色光と、前記第 4工程で照射する第 2白色光または単色光とは互いに異なる光源でそれぞれ用いられることを特徴とする表面形状測定方法。

1 7 . 測定対象面と参照面とに照射する光を発生させる光源と、前記測定対象面と参照面との相対距離を所定間隔で変動させる変動手段と、前記光が照射された測定対象面と参照面との相対距離の変動に伴って発生する干渉縞の変化とともに前記測定対象面を撮像する撮像手段と、前記撮像された測定対象面上の複数の特定箇所における干渉光の強度値を取り込むために、前記変動手段による前記測定対象面と参照面との相対距離の変動によって変化する干渉縞に応じた特定箇所の干渉光の強度値について、前記所定間隔ごとに順次取り込むサンプリング手段と、前記サンプリング手段によって取り込まれた各特定箇所ごとの複数個の強度値である各干渉光強度値群に基づいて前記複数個の特定箇所の高さをそれぞれ求めることによって、前記測定対象面の凹凸形状を測定する演算手段とを備えた表面形状測定装置において、

前記演算手段は、前記サンプリング手段によって取り込まれた干渉光強度値群のうち、干渉光の強度が最大となる前記相対距離を推定距離として推定する第 1処理，推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求める第 2処理，および推定された前記推定距離と、求められた前記干渉光の位相とに基づいて、前記特定箇所の高さを求める第 3処理を行うことを特徴とする表面形状測定装置。

1 8 . 請求項 1 7に記載の表面形状測定装置において、

前記光源は、白色光を発生させることを特徴とすることを特徴とする表面形状測定装置。

1 9 . 請求項 1 8に記載の表面形状測定装置において、

前記光源から発生する白色光について、その白色光よりも狭い周波数帯域の白色光、または単色光に制限する周波数帯域制限手段を備え、前記光源から発生する前記白色光を第 1白色光とするとともに、前記周波数帯域制限手段によって制限された前記白色光を第 2白色光とし、前記第 2処理は、前記周波数帯域制限手段によって制限された前記第 2白色光または単色光を照射し、前記第 1処理で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における前記第 2白色光または単色光に関する各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定装置。

2 0 . 請求項 1 8に記載の表面形状測定装置において、

前記白色光を発生させる光源とは別に、その白色光よりも周波数帯域が狭い白色光、または単色光を発生させる光源を備え、

前記光源から発生する前記白色光を第 1白色光とするとともに、その第 1白色光よりも周波数帯域が狭い白色光を第 2白色光とし、

前記第 2処理は、前記周波数帯域制限手段によって制限された前記第 2白色光または単色光を照射し、前記第 1処理で推定された前記推定距離の近傍にある複数の相対距離における前記第 2白色光または単色光に関する各々の干渉光の強度に基づいて、干渉光の位相を求めることを特徴とする表面形状測定装置。