(57)【要約】【課題】測定対象物の表面で各地点の微細な高さ変化（段差）や突出、凹入、表面損傷、表面粗さなどの表面状態を正確に測定できる光学式表面測定装置及び方法を提供する。【解決手段】干渉計の信号及びＰＳＤの焦点誤差信号を共に利用することで、測定対象物の微細な表面状態をより正確に測定することを特徴とする。【選択図】図１
2010204085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対照物の表面にレーザー光を照射し、前記表面で反射されたレーザー光の入力を受けて表面との距離に伴う干渉信号を出力する干渉計と、
前記干渉計から照射されたレーザー光を透過させて測定対象物の表面の測定地点に焦点を形成するためのオブジェクトレンズと、
測定対象物の位置調整のための電動ステージと、
測定対象物の表面で反射されたレーザー光を分離するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターで分離されたレーザー光を集光させるコリメートレンズと、
前記コリメートレンズにより集光されたレーザー光を通過させて非点収差を発生させる非点収差レンズと、
前記非点収差レンズを通過したレーザー光の入力を受けて測定対象物の表面との距離に伴うＦＥ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｒｒｏｒ）信号を出力するＦＥ信号出力部と、
前記干渉計から出力される干渉信号と前記ＦＥ信号出力部から出力されるＦＥ信号の入力を受けてこれらの信号を基に距離変化を演算し、それから表面段差を含む表面状態情報を獲得する制御部と、
を含む光学式表面測定装置。
【請求項２】
前記ＦＥ信号出力部は、
前記測定対象物の表面との距離に伴う光量を検出するＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と、
前記ＰＳＤから検出された光量信号をＦＥ信号に変換させる演算子と、
前記演算子を通して出力されるアナログＦＥ信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄコンバーターと、
を含むことを特徴とする、請求項１記載の光学式表面測定装置。
【請求項３】
前記ＰＳＤは、光量検出のための４分割フォトダイオード（４Ｄ−ＰＤ）を含み、前記４分割フォトダイオードで分割されたフォトダイオード領域別に出力される信号が前記演算子により組み合わされてＦＥ信号を生成することを特徴とする、請求項２記載の光学式表面測定装置。
【請求項４】
前記ＰＳＤは４分割が可能なフォトダイオードアレイ又はＣＣＤアレイを含み、４分割された各領域の素子から出力される信号が前記演算子により組み合わされてＦＥ信号を生成することを特徴とする、請求項２記載の光学式表面測定装置。
【請求項５】
前記制御部から出力される表面状態情報を表示するディスプレーを更に含むことを特徴とする、請求項１記載の光学式表面測定装置。
【請求項６】
（ａ）干渉計から電動ステージに固定された測定対象物の表面内の基準点にレーザー光が照射される段階と、
（ｂ）オブジェクトレンズを通して測定対象物の表面の基準点にレーザー光の焦点が形成された状態で前記電動ステージに固定された測定対象物を光軸方向に移動させる段階と、
（ｃ）測定対象物の移動の間、前記表面で反射されたレーザー光がビームスプリッターを経て干渉計に入力され、同時に前記ビームスプリッターで分離されたレーザー光がコリメートレンズ及び非点収差レンズを通過してＦＥ信号出力部に入力される段階と、
（ｄ）前記制御部が前記干渉計で表面との距離に伴う干渉信号と前記ＦＥ信号出力部で表面との距離に伴うＦＥ信号の入力を同時に受けて、２種の信号から参照データを獲得して貯蔵する段階と、
（ｅ）レーザー光を照射しながら、測定対象物を光軸に垂直な方向に移動させて表面内での測定地点を移動すると同時に、前記制御部が干渉計の干渉信号とＦＥ信号出力部のＦＥ信号の入力を受けて前記干渉信号及びＦＥ信号、前記参照データを基に距離変化を演算し、それから表面段差を含む表面状態情報を獲得する段階と、
を含む光学式表面測定方法。
【請求項７】
前記制御部は、前記干渉計の干渉信号から得られる一定周期を有する距離変化信号を前記ＦＥ信号と重畳させて２つの信号値が一致する値を前記参照データとして獲得することを特徴とする、請求項６記載の光学式表面測定方法。
【請求項８】
前記２つの信号値が一致する値は前記距離変化信号の各周期ごとに得られることを特徴とする、請求項７記載の光学式表面測定方法。
【請求項９】
前記制御部は、（ｅ）段階において前記２つの信号値が一致する値を臨界値として使用してＦＥ信号値を臨界値と比較した後、特定の上、下の臨界値間に位置することを判別して、臨界値の間の各区間別にあらかじめ定めたｎ値のうち判別された上、下の臨界値間の区間に相応するｎ値を算出し、算出された前記ｎ値と前記干渉信号から得た距離変化値を利用して実際の距離変化値を演算することを特徴とする、請求項７記載の光学式表面測定方法。
【請求項１０】
前記ｎ値と前記干渉信号から得た距離変化値を利用して下記式（１）から実際の距離変化値を演算することを特徴とする、請求項９記載の光学式表面測定方法。
式（１）：実際の距離変化値＝λ／４×ｎ＋干渉信号の距離変化値
【請求項１１】
測定者が測定結果を確認できるように、ディスプレーにより前記制御部から出力される表面状態情報が表示される段階を更に含むことを特徴とする、請求項６記載の光学式表面測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式表面測定装置及び方法に関し、更に詳しくは、測定対象物の表面で各地点の微細な高さ変化（段差）や突出、凹入、表面損傷、表面粗さなどの表面状態を光学式で正確に測定することができる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光学部品やウエハー、ガラス製品などの製造時、製造された光学部品の形状を測定するために干渉の原理に基づいたフィゾー干渉計、点回折干渉計などが使用されている。
【０００３】
このような干渉計を通した光学式測定装置は測定対象物表面の高さ変化（段差）を精密に測定することができるが、一般的に干渉現象により測定可能な高さは補正が全くない状態で波長（λ）の１／４までのみ測定可能である。
【０００４】
例えば、６３２ｎｍ波長のヘリウムネオンレーザーの場合は大略的に１５０ｎｍ付近で限界点が発生し、１５０ｎｍ付近の高さごとに、図７から分かるように反復するパターンが表れることを確認できるが、このような現象を２π不確定性という。
【０００５】
以下、反射干渉計で位相と距離関係及び２π不確定性について更に詳しく説明すると次の通りである。
【０００６】
図８に示された任意の測定対象試片で基準面（段差基準＝０ｎｍ）を決め、干渉計で測定すると、干渉信号は信号光と参照光との関数で表されるが、一般的に下記の数式１で表される。
【０００７】
【数１】
2010204085.tif 000003
【０００８】
ここで、ＩSig、Ｉrefは信号光と参照光の強さ（即ち、
2010204085.tif 000004
2010204085.tif 000005
）を表し、Φはシステムにより与えられる位相差として定数値であり、
2010204085.tif 000006
は試片面から反射して出てくる信号光と参照光との光経路差を表す。
【０００９】
更に、光経路差により与えられる干渉信号の位相差と距離変化（或いは段差）との間には次の数式２のような関係が成立する。
【００１０】
【数２】
2010204085.tif 000007
【００１１】
反射干渉計で試片の表面変化、即ち、段差を測定する場合、空気の屈折率は１であり、相対的位相差は表面に入射するときと出てくるときに２度の光経路差を感じるため、２倍の光経路差を持つ。
【００１２】
即ち、図８にて、段差がない地点は段差がある地点に比べて基準面に入るときと反射されて出てくるときに各々光経路差が発生するため、実際に反射干渉計で測定される光経路差は実際の段差の２倍となる。
【００１３】
従って、反射干渉計の場合、位相差による距離変化（或いは段差）は位相変化が２倍となり次の数式３のようになる。
【００１４】
【数３】
2010204085.tif 000008
【００１５】
更に、図９は干渉信号（干渉計信号をオシロスコープで測定した値）を示す図面であり、図９の（１）に示すように干渉信号がサイン形態であるため、周期２πごとに反復することが分かるが、結局反射干渉計の場合、
2010204085.tif 000009
の最大値がπとなり測定できる最大距離変化はλ／４となる。このような現象を２π不確定性（不確定性）という。
【００１６】
干渉計を通して測定された図９の（１）のような干渉信号を位相−距離変化式を利用して計算すると、図９の（２）のような距離変化で表すことができる。図９の（２）は干渉計信号を計算することで時間に従って距離変化に変える値を表す。
【００１７】
一般的に任意の試片で測定する地点と地点間の距離を最小化すると、間接的に段差が非常に小さくなるため、このような方法を通して距離変化がλ／４以下である場合とみなして、図９の（２）のような距離変化をプログラムを利用して図９の（３）のようにアンラッピング(can be unwrapped)することができる。
【００１８】
このような過程を位相アンラッピングという。しかし、非常に小さい測定間隔を維持したとしても距離（或いは段差）が急激にλ／４以上変化する地点を測定する場合は、上のような過程を経てもλ／４以下の変化のみを感知できる。即ち、何番目の周期であるかを確認する方法がなくなるというわけだ。
【００１９】
現在、前述したところの２π不確定性を克服するための多様な研究及び方法が提示されており、その中でも最も大きい範囲まで測定可能な方法の場合、最大測定範囲が１０μｍに達する。
【００２０】
既存の最大１０μｍまで測定可能な従来の方法を図１０を参照して簡単に説明すると次の通りである。
【００２１】
測定地点で光量を測定すると、光量の強さは図１０の左側図面のように表されるが、線形区間を一定に測定すると、反復する干渉信号に一定な傾きを持つ線が通過し、このとき同一な光の強さが測定される所の数字が何度か反復された後、干渉現象であるかを知ることができる。
【００２２】
しかし、このような既存の方法は焦点地点での測定が不可能であるため、実際の使用には不便であり、最大の測定可能範囲も１０μｍ程度までしか測定されないという短所がある。
【００２３】
更に、焦点誤差信号（Ｆｏｃｕｓ Ｅｒｒｏｒ Ｓｉｇｎａｌ、ＦＥＳ又はＦＥ信号に略称できる）で距離を測定する場合は、図１１の左側図面のように傾きが低い場合は測定可能な区間が大きくなるが、反対に同一距離ごとに表れる信号の強さが相対的に微弱になるという短所があり、このように信号が微弱になる場合、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が低くなるため、結局分解能が低下する。
【００２４】
反面、図１１の右側図面のように傾きが高い場合は距離ごとに表れる信号の強さが相対的に強くなるため、分解能が高くなるが、測定可能な区間が急激に減るという短所がある。
【００２５】
結局、焦点誤差信号を利用した距離測定装置を提案する場合は、分解能が高く短い区間のみ測定可能な装置や、分解能が低く長い期間のみ測定可能な装置のみを製造するほかない。
【００２６】
前述したように、焦点誤差信号で距離を測定する方法は測定可能区間とそれに伴う分解能が反対であるという短所があり、また、干渉現象を利用した方法はサブナノ水準まで高い分解能を持つが、測定可能な距離がレンズ焦点地点では一般的に使用される６５０ｎｍの場合、レーザー波長の１／４程度である１６０ｎｍ程度しか測定が可能ではなく、また、前述した既存方法のうち１０μｍまで測定可能な方法があるが、これもまた焦点地点で測定が不可能であるという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は前述した点を考慮して発明したものであり、本発明の目的は、既存の干渉計の２π不確定性と焦点誤差信号の限界を克服するために、干渉計の信号及びＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の焦点誤差信号を共に利用して、測定対象物の微細な表面状態を正確に測定できる光学式表面測定装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
前記目的を達成するために、本発明は、測定対照物の表面にレーザー光を照射し、前記表面で反射されたレーザー光の入力を受けて表面との距離に伴う干渉信号を出力する干渉計と、前記干渉計から照射されたレーザー光を透過させて測定対象物の表面の測定地点に焦点を形成するためのオブジェクトレンズと、測定対象物の位置調整のための電動ステージと、測定対象物の表面で反射されたレーザー光を分離するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターで分離されたレーザー光を集光させるコリメートレンズと、前記コリメートレンズにより集光されたレーザー光を通過させて非点収差を発生させる非点収差レンズと、前記非点収差レンズを通過したレーザー光の入力を受けて測定対象物の表面との距離に伴うＦＥ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｒｒｏｒ）信号を出力するＦＥ信号出力部と、前記干渉計から出力される干渉信号と前記ＦＥ信号出力部から出力されるＦＥ信号の入力を受けてこれを基に距離変化を演算し、それから表面段差を含む表面状態情報を獲得する制御部と、を含む光学式表面測定装置を提供する。
【００２９】
更に、本発明は、（ａ）干渉計から電動ステージに固定された測定対象物の表面内の基準点にレーザー光が照射される段階と、（ｂ）オブジェクトレンズを通して測定対象物の表面の基準点にレーザー光の焦点が形成された状態で前記電動ステージに固定された測定対象物を光軸方向に移動させる段階と、（ｃ）測定対象物の移動の間、前記表面で反射されたレーザー光がビームスプリッターを経て干渉計に入力され、同時に前記ビームスプリッターで分離されたレーザー光がコリメートレンズ及び非点収差レンズを通過してＦＥ信号出力部に入力される段階と、（d）前記制御部が前記干渉計で表面との距離に伴う干渉信号と前記ＦＥ信号出力部で表面との距離に伴うＦＥ信号の入力を同時に受けて、２種の信号から参照データを獲得して貯蔵する段階と、（e）レーザー光を照射するが、測定対象物を光軸方向の垂直方向に移動させて表面内での測定地点を移動すると同時に、前記制御部が干渉計の干渉信号とＦＥ信号出力部のＦＥ信号の入力を受けて前記干渉信号及びＦＥ信号、前記参照データを基に距離変化を演算し、それから表面段差を含む表面状態情報を獲得する段階と、を含む光学式表面測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の光学式表面測定装置及び方法によると、干渉計の信号及びＰＳＤの焦点誤差信号と共に利用して、既存の干渉計の２π不確定性と焦点誤差信号の限界を克服し、測定対象物の微細な表面状態をより正確に測定できる効果が得られる。
【００３１】
特に、本発明では精密度が落ちる焦点誤差信号を干渉計信号の周期判別に利用し、判別した周期を利用して干渉計の信号から実際の表面の微細な高さ変化を測定することで、干渉計の高さ分解能を維持した状態でより正確な測定値を読むことができるようになる。
【００３２】
更に、従来は焦点から外れた一方面の線形区間のみを使用するため、横方向の分解能が悪くなり、不確定性克服距離が短く、表面を測定するオブジェクトレンズによって克服する距離が左右される。即ち、オブジェクトレンズを高倍率で使うと、横方向の分解能は向上するが、不確定性の克服距離が短くなり、反対に低倍率を使うと、不確定性の克服距離は増加させることができるが、横方向の分解能は低下する。これに反して、本発明では、ＦＥ信号が焦点を基準に負の数と正の数が区別されるため、既存技術に比べて相対的に大きい領域の不確定性を克服することができる（最小３０ｕｍ以上）。更に、ＦＥ信号の発生と装置の横方向の分解能と直接的な関係がなく、焦点位置でも測定可能であるため、横方向の分解能に影響を及ぼさず測定可能である。また、ピンホールなどを使用して共焦点を合わせる過程がないため、光学整列が相対的に容易である。従来はオブジェクトレンズによって共焦点の位置などが異なるという問題などにより装置特性に合うピンホールの大きさ及び位置を調節しなければならないが、本発明では簡単にＦＥ信号の発生装置のみ追加すればすぐに使用可能であるため産業化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好ましい実施例による光学式表面測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】非点収差レンズを通過した後の焦点距離に伴う光線模様の変化を表す図面である。
【図３】４分割フォトダイオードの原理を説明する概略図である。
【図４】試片の種類によるＦＥ信号の変化を表す図面である。
【図５】本発明のＺ軸スキャン過程で得られる信号を表した図面である。
【図６】本発明で干渉信号とＦＥ信号を利用して測定した距離変化（段差）信号を例示した図面である。
【図７】干渉現象の２π不確定性を説明する概略図である。
【図８】基準面から高さ変化がある試片表面の概略図である。
【図９】試片に対して測定した干渉信号を表す図面である。
【図１０】既存の最大１０μｍまで測定可能な方法を説明する概略図である。
【図１１】焦点誤差信号で距離を測定する方法を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。
【００３５】
本発明は、光学式表面測定装置及び方法に関し、既存の干渉計の２π不確定性と焦点誤差信号の限界を克服するために、干渉計の信号及びＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の焦点誤差信号（ＦＥＳ又はＦＥ信号と略称する）を共に利用して、測定対象物の表面で各地点の微細な高さ変化（段差）や突出、凹入、表面損傷、表面粗さなどの表面状態を正確に測定できるようにしたことに主眼点を置く。
【００３６】
このための本発明の好ましい実施例による表面測定装置の構成を図１に示したとおりである。
【００３７】
図示されるように、本発明による表面測定装置は測定対象物１の表面にレーザー光を照射し、前記表面で反射されたレーザー光の入力を受けて表面との距離に伴う干渉信号を出力する干渉計１３、前記干渉計１３から照射されたレーザー光を透過させて測定対象物の表面の測定地点に焦点を形成するためのオブジェクトレンズ３、測定対象物１の位置調整のための電動ステージ２、測定対象物の表面で反射されたレーザー光を分離するビームスプリッター４、前記ビームスプリッター４で分離されたレーザー光を集光させるコリメートレンズ５、前記コリメートレンズ５により集光されたレーザー光を通過させて非点収差を発生させる非点収差レンズ６、前記非点収差レンズ６を通過したレーザー光の入力を受けて測定対象物の表面との距離に伴う焦点誤差信号を出力するＦＥ信号出力部、前記干渉計１３から出力される干渉信号と前記ＦＥ信号出力部から出力される焦点誤差信号の入力を受けてこれを基に表面との距離変化を演算し、それから測定対象物の表面の段差などの表面状態情報を獲得する制御部１２、及び前記制御部１２から出力される表面状態情報を表示してやるディスプレー１４を含めて構成される。
【００３８】
ここで、前記ＦＥ信号出力部はＰＳＤを含む構成となり得るが、前記ＰＳＤとしては４分割フォトダイオード７、４分割が可能なフォトダイオードアレイ又はＣＣＤアレイなどを含む構成となり得る。
【００３９】
好ましい実施例として、図１には４分割フォトダイオード７を採用したＦＥ信号出力部が図示されており、４分割フォトダイオード７から検出、出力される光量信号が演算子８，９，１０を経てアナログ信号であるＦＥ信号に変換され、演算子８，９，１０から出力されるＦＥ信号がＡ／Ｄコンバーター１１でデジタル信号に変換された後、制御部１２に入力される。
【００４０】
このような構成で、前記干渉計１３から出てくるレーザー光はオブジェクトレンズ３を通過して電動ステージ２に固定されている測定対象物１の表面に照射される。
【００４１】
次いで、前記測定対象物１の表面から反射されたレーザー光はビームスプリッター４に入射されて２個の光に分離され、分離された光の一方は干渉計１３に再び入った後、干渉信号に出力されて制御部１２に入っていく。
【００４２】
更に、光のもう一方はビームスプリッター４から下方向にあるコリメートレンズ５を過ぎて非点収差レンズ６に入るが、非点収差レンズ６により、図２に示したように非点収差が発生する。図２は非点収差レンズを通過した後、焦点距離に伴う光線模様の変化を表した図面である。
【００４３】
前記コリメートレンズ５により集光された後、非点収差レンズ６を通して入射された光は最小錯乱円で丸く結ばれ、オブジェクトポイントが移動してＺ軸（光軸方向）に距離が変わるときに光の模様が変更される。
【００４４】
次いで、非点収差レンズ６を通過したレーザー光が４分割フォトダイオード７に入力されながら、分割されたフォトダイオード領域別に各々光量が検出され、各フォトダイオード領域により検出された光量信号が演算子（ＯＰ ＡＭＰ）８，９，１０を通して出力される。
【００４５】
前記演算子８，９，１０を通して出力される信号が焦点誤差信号、即ち、ＦＥ信号となり、このＦＥ信号がＡ／Ｄコンバーター１１によりデジタル信号に変換された後、制御部１２に入力される。
【００４６】
図３は非点収差方法により測定された距離に伴う光量を示す図面であり、光軸（Ｚ軸）を基準に測定対象物の表面との距離変化（より明確には表面内のレーザー照射される測定地点との距離変化）による光量変化を示している。
【００４７】
ＦＥ信号は表面が焦点から逸脱すると変わる信号であるため、最初に非点収差方法にて焦点地点を合わせた位置を基準に測定対象物１が光軸に従って動く場合、ＦＥ信号の模様は変わって表れる。
【００４８】
例えば、オブジェクトポイントが焦点基準点より遠くなる場合、図３の（i）のように相が結ばれながらＡＢ面に長くなり、オブジェクトポイントが焦点基準点より近い場合、（iii）のように相が結ばれながらＣＤ面に長くなる。
【００４９】
このとき、４分割フォトダイオード（４Ｄ−ＰＤ）から検出されて出力される信号は、図３のようにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの総４種で表れ、このとき演算子８，９，１０により信号が組み合わされてＦＥ信号がＦＥＳ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）の形態に出力される。
【００５０】
即ち、４分割フォトダイオード７で分割されたフォトダイオード領域別に光量が検出されて出力される光量信号が演算子８，９，１０を経てＦＥ信号で出力されるが、このときＦＥ信号がＦＥＳ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）の形態で得られる。
【００５１】
前記４分割フォトダイオードの代りにＰＳＤ４分割が可能なフォトダイオードアレイ又はＣＣＤアレイが使用される場合、４分割された各領域の素子から出力される信号が演算子により組み合わされてＦＥ信号を生成する。
【００５２】
従って、図３の（i）のように焦点基準点よりオブジェクトポイントが次第に離れる場合、（Ａ＋Ｂ）に多くの光量が入っていき、（Ｃ＋Ｄ）に少ない光量が入っていくため、ＦＥ信号（ＦＥＳ）は次第に強い（＋）信号で出てくる。反面、（iii）のように焦点基準点よりオブジェクトポイントが次第に近づく場合、（Ｃ＋Ｄ）に多くの光量が入っていき、（Ａ＋Ｂ）に少ない光量が入っていくため、ＦＥ信号は次第に（−）信号へと大きくなる。
【００５３】
前記のように演算子８，９，１０を通して組み合わされたＦＥ信号はＡ／Ｄコンバーター１１によりデジタル信号に変換された後、制御部１２に入力され、制御部１２ではデジタル信号に変換されたＦＥ信号と干渉計１３から入力される干渉信号を利用して測定対象物の表面との距離変化を演算子、表面からの距離変化を土台に測定対象物の表面の各地点別高さ変化（段差）や突出、凹入、表面損傷、表面粗さなどの微細な表面状態情報を獲得する。
【００５４】
以下、前述された構成された装置を利用して特定表面の状態を測定する過程について説明すると次のとおりである。
【００５５】
前述したように得られるＦＥ信号のグラフは、図４に示されるように測定対象物の種類（Ｓｉウエハー、ミラー、メタルなど）によって各々異なって表される。図４は測定対象物（試片１、試片２）（図１の図面符号１）を光軸、即ち、Ｚ軸方向に次第に近くに移動させたときに連続的に得られるＦＥ信号のグラフを表したものであり、試片の種類によるＦＥ信号の変化を表している。
【００５６】
前記のようにＦＥ信号が測定対象物によって異なるため、本発明の測定過程では測定対照物の表面で任意の基準点を定めた後、基準点の位置で測定対象物をＺ軸方向に移動させて参照データを得るＺ軸スキャン過程を先行実施する。
【００５７】
まず、電動ステージ２に固定された測定対象物１の表面で参照データを得るための基準点を選定した後、干渉計１３で測定対象物の表面の基準点にレーザー光を照射する。
【００５８】
このようにレーザー光が照射される状態でオブジェクトレンズ３を通して測定対象物の表面の基準点に焦点を形成した後、電動ステージ２を利用して測定対象物１の位置をＺ軸方向に移動させ、このとき干渉計１３から出力される干渉信号とＦＥ信号出力部から出力されるＦＥ信号が同時に制御部１２に入力される。
【００５９】
図５は測定対象物の表面の実際の測定前に参照データを得るためにＺ軸スキャン過程で得られる信号を表した図面であり、図５の（１）は非点収差レンズ（図１で図面符号６）とＰＳＤの結合からなる非点収差方法により生成されたＦＥ信号（Ｓ−Ｃｕｒｖｅ）を表したものであり、これは測定対象物の表面の基準点からの距離に伴う信号となる。
【００６０】
ＦＥ信号値は距離に伴う電圧値として獲得され得るが、測定前にＺ軸スキャンを通してＦＥ信号を図５の（１）のように得なければならない。
【００６１】
図５の（２）は干渉計から出力される干渉信号を表したものであり、干渉信号は制御部での計算を通して時間による距離変化に変換され、この変換された信号をＦＥ信号と重畳させたとき、図５の（３）のように表される。
【００６２】
図５の（３）は距離計算後に得た信号とＦＥ信号を共にアンラッピングした結果を示すが、干渉信号から距離計算して得られる信号は、図示されるように一定周期を有する三角波形の信号となる。
【００６３】
制御部は、前記のように得られた図５のデータ及び２つの信号の値が互いに一致する値（電圧値となる）を抽出して参照データとして貯蔵し、特に三角波形の各周期ごとに得られる前記の一致する値は、後述するｎ値の計算のための臨界値として使用される。
【００６４】
このようにＺ軸スキャン過程を通して参照データが獲得されると、電動ステージ２を利用して測定対象物１をＺ軸に対して垂直となる方向（光軸の垂直方向）に移動させて測定対象物１の表面情報の獲得のための実際測定が実施される。
【００６５】
測定対象物１の移動時、即ち、表面で測定地点の移動時、干渉計１３でレーザー光が照射される間、干渉計１３の干渉信号とＦＥ信号出力部のＦＥ信号が制御部１２に同時入力される過程が同一条件下で同様に行われる。
【００６６】
このとき、ＦＥ信号は精密さが落ちるため、ｎ値を計算する用途でのみ使用されるが、測定対象物１の移動時にレーザー光が照射される測定地点で得られるＦＥ信号値をＺ軸スキャン過程で獲得された臨界値と比較して、臨界値との間の各区間別にあらかじめ定められたｎ値を算出する。
【００６７】
即ち、図５の（３）で、測定時にＦＥ信号値がＭ１と測定された場合、このＭ１値をＺ軸スキャン時に得た参照データの臨界値と比較して、ある上、下の臨界値間に位置されることを判別するが、例えば、Ｍ１値がＣ１とＣ２との間に位置されるとｎ値は０であり、Ｃ２とＣ３との間に位置されるとｎ値は１であり、Ｃ３とＣ４との間に位置されるとｎ値は２となる。
【００６８】
このような方式でｎ値が求められると、制御部１２は前記ｎ値と測定時の干渉信号から得た距離変化値を利用して下記数式４から実際の距離変化値（段差値）を演算し、また、それから表面段差などの表面状態情報を獲得する。
【００６９】
［数式４］
実際の距離変化値＝λ／４×ｎ＋干渉信号の距離変化値
【００７０】
ここで、λはレーザー波長を表す。
【００７１】
前記のように求められた表面状態情報はディスプレー１４を通して出力され、測定者は測定結果を確認することができる。
【００７２】
図６は本発明で干渉信号とＦＥ信号を利用して測定した距離変化（段差）信号を例示した図面である、（１）は測定対象物の表面を例示し、（２）は一般的な干渉計１３で測定した距離変化信号であり、（３）はＦＥ信号を、（４）は本発明に依拠して干渉信号とＦＥ信号を利用した距離変化信号を表す。
【００７３】
図６のように任意の測定対象物の表面に一定間隔（１μｍ）で段差がある場合の例を挙げて説明し、計算の便宜のために波長（λ）が６００ｎｍ（Ｈｅ−Ｎｅレーザーの場合、６３２ｎｍの波長を持つ）であるレーザーを利用する反射干渉計と仮定することにする。
【００７４】
図６を参照すると、レーザー波長が６００ｎｍであるため、１５０ｎｍごとに周期が反復されることが分かる。図６の（１）のように段差が２５０ｎｍで瞬間的に変わる場合は、干渉計の信号のみを利用するとき、図６の（２）のように２５０ｎｍの段差も１５０ｎｍの段差がなくなった１００ｎｍと測定される。
【００７５】
反面、本発明では図６の表面パターンで段差が１００ｎｍである場合はｎ＝０であるため、干渉計の信号のみで段差が計算されて１００ｎｍと測定され、４番目の測定地点（実際段差２５０ｎｍ）ではｎ＝１であるため、λ／４＝６００／４＝１５０ｎｍに干渉計の信号から計算された１００ｎｍを加えて２５０ｎｍが正確に測定される。
【００７６】
このように干渉計の信号のみを利用する場合、高さ変化がλ／４以上となる地点がある場合、位相アンラッピング時に全ての段差を１００ｎｍと読むようになるが、本発明では基準面に対してＺ軸スキャンを通して獲得した参照データを利用してＦＥ信号からｎ値を判別し、このｎ値と干渉計の信号を土台に正確な段差を計算することができる。
【００７７】
即ち、ｎ値を見つけることで干渉計の信号から何番目の周期であるかを判別し、干渉計の信号から得た段差にλ／４×ｎの高さを加えてやり、最終の結果値を得ることができる。
【００７８】
このように、本発明では不確定性なく実際の高さを干渉計の高い分解能を維持した状態で読むことができる。
【符号の説明】
【００７９】
１  試片
２  電動ステージ
３  オブジェクトレンズ
４  ビームスプリッター
５  コリメートレンズ
６  非点収差レンズ
７  ４分割フォトダイオード
８、９、１０  信号演算子(signal operator)
１１  Ａ／Ｄコンバーター
１２  制御部
１３  干渉計
１４  ディスプレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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