(57)【要約】【課題】  測定に用いる光の波長にかかわらず、従来に比べて被検面の形状を高精度に測定することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】  第１の波長および第２の波長の光をそれぞれ測定対象の被検物の被検面に照射して得られる被検面の形状を示す第１の波長と第２の波長との位相情報に基づいて、被検面の形状を測定し、測定された形状と第１の波長または第２の波長の位相情報とに基づいて、測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出し、第１の波長と第２の波長との位相情報および誤差情報に基づいて、測定された形状を補正する。【選択図】    図１
2014145711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長および第２の波長の光をそれぞれ測定対象の被検物の被検面に照射して得られる前記被検面の形状を示す前記第１の波長と前記第２の波長との位相情報に基づいて、前記被検面の形状を測定し、
測定された前記形状と前記第１の波長または前記第２の波長の前記位相情報とに基づいて、前記測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出し、
前記第１の波長と第２の波長との位相情報および前記誤差情報に基づいて、前記測定された形状を補正する
ことを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定方法において、
前記誤差情報は、前記第１の波長の前記位相情報に基づいて測定される前記被検面の形状における第１の測定誤差と、前記第２の波長の前記位相情報に基づいて測定される前記被検面の形状における第２の測定誤差との差分であることを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の形状測定方法において、
前記誤差情報を算出する処理は、前記測定された形状の複素振幅と前記第１の波長または前記第２の波長の位相情報の複素振幅との演算にアンラップ処理を施して前記誤差情報を算出することを特徴とする形状測定方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の形状測定方法において、
前記差分は、下記式を満たすことを特徴とする形状測定方法。
【数１】
2014145711.tif 000010
ここで、Δｇは、前記差分であり、ｐおよびｐ’は、前記被検物の被検面上で互いに隣接する測定位置を示し、ｎは前記測定位置の数であり、λ１およびλ２は、前記第１の波長および第２の波長である。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４に記載の形状測定方法において、
前記補正する処理は、前記第１の波長の位相情報の複素振幅、前記第２の波長の位相情報の複素振幅および前記差分の複素振幅の演算に対するアンラップ処理に基づいて補正することを特徴とする形状測定方法。
【請求項６】
請求項２ないし請求項４に記載の形状測定方法において、
前記補正する処理は、所定値が乗算された前記差分を前記測定された形状から減算して補正することを特徴とする形状測定方法。
【請求項７】
第１の波長および第２の波長の光をそれぞれ測定対象の被検物の被検面に照射して得られる前記被検面の形状を示す前記第１の波長と前記第２の波長との位相情報に基づいて、前記被検面の形状を測定する手順、
測定された前記形状と前記第１の波長または前記第２の波長の前記位相情報とに基づいて、前記測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出する手順、
前記第１の波長と第２の波長との位相情報および前記誤差情報に基づいて、前記測定された形状を補正する手順、
をコンピュータに実行させることを特徴とする形状測定プログラム。
【請求項８】
第１の波長および第２の波長の光を射出する光源と、
前記光源に前記第１の波長の光を測定対象の被検物の被検面に照射させて生成される前記第１の波長による干渉縞を撮像して第１の干渉画像を生成するとともに、前記光源に前記第２の波長の光を前記被検面に照射させて生成される前記第２の波長による干渉縞を撮像して第２の干渉画像を生成する撮像部と、
前記第１の干渉画像と前記第２の干渉画像とに基づいて前記第１の波長と前記第２の波長との位相情報を求め、前記第１の波長と第２の波長との位相情報に基づいて前記被検面の形状を測定する測定部と、
測定された前記形状と前記第１の波長または前記第２の波長の前記位相情報とに基づいて、前記測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出する算出部と、
前記第１の波長と第２の波長との位相情報および前記誤差情報に基づいて前記測定された形状を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定方法、プログラムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ等の被検物が有する被検面の形状をサブナノメートルからサブミリメートルの範囲の分解能で測定するために、光学的な干渉現象を利用する測定法が用いられる。
【０００３】
例えば、被検面を反射した物体光と光源からの光とを互いに干渉させて干渉縞を撮像し、撮像した干渉縞の画像データに基づいて物体光の複素振幅を求めるデジタルホログラフィが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、異なる２つの波長の光をそれぞれ被検面と参照面とに照射して、被検面と参照面とからの反射光を互いに干渉させた干渉縞から２つの波長それぞれの位相を求め、２つの波長の位相差に基づいて被検面の形状を測定する２波長干渉法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Jonas Kuhn, Tristan Colomb, Frederic Montfort, Florian Charriere, Yves Emery, Etienne Cuche, Pierre Marquet and Christian Depeursinge, Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram acquisition, OPTICS EXPRESS, pp.7231-7242, 2007.
【非特許文献２】Daniel Malacara, Optical Shop Testing, Third Edition, John Wiley & Sons, pp.702-710, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術では、例えば、２波長干渉法において、求めた２つの波長の位相には測定誤差が含まれるために、測定に用いる光の波長に応じて、被検面の形状の測定誤差も大きく変化する。
【０００７】
上記従来技術が有する問題を鑑み、本発明は、測定に用いる光の波長にかかわらず、従来に比べて被検面の形状を高精度に測定することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を例示する形状測定方法の一態様は、第１の波長および第２の波長の光をそれぞれ測定対象の被検物の被検面に照射して得られる被検面の形状を示す第１の波長と第２の波長との位相情報に基づいて、被検面の形状を測定し、測定された形状と第１の波長または第２の波長の位相情報とに基づいて、測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出し、第１の波長と第２の波長との位相情報および誤差情報に基づいて、測定された形状を補正する。
【０００９】
本発明を例示する形状測定プログラムの一態様は、第１の波長および第２の波長の光をそれぞれ測定対象の被検物の被検面に照射して得られる被検面の形状を示す第１の波長と第２の波長との位相情報に基づいて、被検面の形状を測定する手順、測定された形状と第１の波長または第２の波長の位相情報とに基づいて、測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出する手順、第１の波長と第２の波長との位相情報および誤差情報に基づいて、測定された形状を補正する手順、をコンピュータに実行させる。
【００１０】
本発明を例示する形状測定装置の一態様は、第１の波長および第２の波長の光を射出する光源と、光源に第１の波長の光を測定対象の被検物の被検面に照射させて生成される第１の波長による干渉縞を撮像して第１の干渉画像を生成するとともに、光源に第２の波長の光を被検面に照射させて生成される第２の波長による干渉縞を撮像して第２の干渉画像を生成する撮像部と、第１の干渉画像と第２の干渉画像とに基づいて第１の波長と第２の波長との位相情報を求め、第１の波長と第２の波長との位相情報に基づいて被検面の形状を測定する測定部と、測定された形状と第１の波長または第２の波長の位相情報とに基づいて、測定された形状が有する測定誤差の誤差情報を算出する算出部と、第１の波長と第２の波長との位相情報および誤差情報に基づいて測定された形状を補正する補正部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定に用いる光の波長にかかわらず、従来に比べて被検面の形状を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】形状測定装置の一の実施形態を示す図。
【図２】図１に示すＣＰＵの機能の一例を示す図。
【図３】式（７）における互いに隣接する画素の一例を示す図。
【図４】図１に示す形状測定装置による測定動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する
図１は、形状測定装置の一の実施形態を示す。
【００１４】
形状測定装置１００は、干渉部１０およびコンピュータ２０を有する。干渉部１０は、レーザ光源１１、ピンホール絞り１２、コリメートレンズ１３、ビームスプリッタ１４、被検物１５、参照物１６および撮像部１７を有する。
【００１５】
例えば、レーザ光源１１は、形状測定装置１００を制御するコンピュータ２０からの指示に応じて、所定の波長のレーザ光を射出することができる波長可変のレーザ光源である。レーザ光源１１から射出されるレーザ光束は、ピンホール絞り１２を介して理想的な波面の発散光束となり、コリメートレンズ１３を介して平行光束に変換される。
【００１６】
コリメートレンズ１３を透過したレーザ光束は、ビームスプリッタ１４へ入射する。ビームスプリッタ１４は、レーザ光束を被検物１５と参照物１６との方向にそれぞれ分岐する。
【００１７】
ビームスプリッタ１４から被検物１５に分岐したレーザ光束は、被検物１５に入射し、被検物１５が有する被検面１５ａの形状に応じた波面の物体光束として反射される。反射した物体光束は、ビームスプリッタ１４に入射する。
【００１８】
一方、ビームスプリッタ１４から参照物１６に分岐したレーザ光束は、参照物１６に入射し、参照物１６が有する参照面１６ａの形状に応じた波面の参照光束として反射される。反射した参照光束は、ビームスプリッタ１４に入射される。なお、参照物１６の参照面１６ａは、例えば、鏡面加工されて、形状測定装置１００の測定限界以下の凹凸を有する。
【００１９】
ビームスプリッタ１４において、物体光束と参照光束とは互いに統合され撮像部１７に射出される。ビームスプリッタ１４から射出された物体光束と参照光束とは互いに干渉し、撮像部１７が有する結像レンズ群１８を介して、撮像部１７が有する撮像素子１９の受光面上に干渉縞を結像する。撮像素子１９は、コンピュータ２０からの指示に基づいて、受光面上に結像された干渉縞を撮像して干渉画像を生成する。撮像部１７は、コンピュータ２０からの制御指示に基づいて、撮像した干渉画像をコンピュータ２０に転送する。撮像素子１９は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。
【００２０】
コンピュータ２０は、ＣＰＵ２１、記憶部２２、入出力ＩＦ（Interface）２３およびバス２４から構成される。ＣＰＵ２１、記憶部２２および入出力ＩＦ２３は、バス２４を介して、情報を相互に伝達できるように接続される。また、コンピュータ２０には、入出力ＩＦ２３を介して、干渉部１０とともに、画像処理の途中経過や処理結果を表示する出力装置２５、ユーザからの入力を受け付ける入力装置２６がそれぞれ接続される。出力装置２５には、例えば、液晶モニタやプリンタ等を用いることができ、入力装置２６には、例えば、キーボードやマウス等を用いることができる。
【００２１】
例えば、ＣＰＵ２１は、記憶部２２に記憶される制御プログラムに基づいて、形状測定装置１００の各部を統括的に制御するプロセッサである。また、ＣＰＵ２１は、入力装置２６を介して、受け付けたユーザからの指示に基づいて、記憶部２２に記憶されている形状測定プログラムを実行することで、図２に示すように、測定部３０、算出部３１および補正部３２として動作する。図２は、図１に示したＣＰＵ２１の一例を示す図である。なお、測定部３０、算出部３１および補正部３２の動作については、図３において詳細に説明する。
【００２２】
記憶部２２は、制御プログラムおよび形状測定プログラム等を記憶する。また、記憶部２２は、干渉部１０の撮像部１７により撮像された干渉画像等を記録する。記憶部２２に記憶される画像やプログラム等は、バス２４を介して、ＣＰＵ２１から適宜参照することができる。記憶部２２には、例えば、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置等の記憶装置を選択して用いることができる。
【００２３】
次に、２波長干渉法による被検物１５の被検面１５ａの形状測定について説明する。例えば、波長λ１と波長λ２とのレーザ光束による干渉画像からそれぞれ求められる２次元の位相データの位相φ１（ｐ），φ２（ｐ）は、被検面１５ａの実際の形状ｈ（ｐ）と式（１）のように関係付けられる。
【００２４】
【数１】
2014145711.tif 000003
【００２５】
ここで、ｉは虚数を示し、ｇ１（ｐ），ｇ２（ｐ）は、波長λ１，λ２のレーザ光束でそれぞれ測定した被検面１５ａの形状の測定誤差であり、ｐは、画像の各画素の位置を示すＸＹ平面上の２次元ベクトルである。図１に、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向を示す。なお、簡単のため複素振幅ｕ１（ｐ），ｕ２（ｐ）の振幅は１とし、以下の説明でも同様とする。また、波長λ１，λ２は、第１の波長および第２の波長の一例である。位相φ１（ｐ），φ２（ｐ）は、第１の波長および第２の波長の位相情報の一例である。
【００２６】
ところで、２波長干渉法等の測定法では、求めた位相φ１（ｐ），φ２（ｐ）の値は０〜２πの範囲に折り畳まれるため、位相φ１（ｐ），φ２（ｐ）を２πの整数倍して接合するアンラップ処理を施す。例えば、式（１）の複素振幅ｕ１（ｐ）にアンラップ処理を施すことで、ｈ（ｐ）＋ｇ１（ｐ）が波長λ１のレーザ光束で測定された被検面１５ａの形状として取得できる。しかしながら、波長λ１（またはλ２）の４分の１（つまり干渉縞の位相でπ）以上の段差を被検面１５ａが有する場合、複素振幅ｕ１（ｐ）（またはｕ２（ｐ））に対してアンラップ処理を施すことが困難である。
【００２７】
そこで、複素振幅ｕ１（ｐ）の複素共役と複素振幅ｕ２（ｐ）とを乗算すると、式（２）が導き出される。
【００２８】
【数２】
2014145711.tif 000004
【００２９】
ここで、ｋ１，ｋ２は、波長λ１，λ２の波数を示し、Ｋ（＝ｋ１−ｋ２）は、波長λ１，λ２の合成波長Λ（＝（λ１λ２）／（λ２−λ１））の波数である。なお、λ１＜λ２とする。
【００３０】
合成波長Λは、波長λ１，λ２が近い値の組み合わせの場合、波長λ１，λ２より大きくなることから、波長λ１（またはλ２）の４分の１以上の段差を被検面１５ａが有する場合でも、式（２）に対してはアンラップ処理を施すことができる。そして、式（３）に示す位相Ｈ（ｐ）が、合成波長Λにより測定された被検物１５の被検面１５ａの形状として求められる。
【００３１】
【数３】
2014145711.tif 000005
【００３２】
しかしながら、２波長干渉法による被検面１５ａの形状測定では、波長λ１，λ２が近い値の組み合わせの場合、合成波長Λによる測定誤差（ｋ１ｇ１（ｐ）−ｋ２ｇ２（ｐ））／Ｋが、式（４）に示すように、Λ／λ１（またはΛ／λ２）に比例して大きくなる。
【００３３】
【数４】
2014145711.tif 000006
【００３４】
ここで、Δｇ（ｐ）は、波長λ１の測定誤差ｇ１（ｐ）と波長λ２の測定誤差ｇ２（ｐ）との差分である。また、合成波長Λによる被検面１５ａの形状Ｈ（ｐ）は、測定された形状の一例であり、式（４）は、誤差情報の一例である。
【００３５】
ところで、ｅｘｐ［ｉｋ２Δｇ（ｐ）］を式（２）に乗算すると、式（５）が導き出される。
【００３６】
【数５】
2014145711.tif 000007
【００３７】
式（５）は、測定誤差の差分Δｇ（ｐ）が分かれば、例えば、式（４）に示したΛ／λ１に比例した測定誤差には依存せず、合成波長Λの４分の１までの大きな凹凸を有する被検面１５ａに対して、波長λ１の測定と同等の精度で被検面１５ａの形状を測定できることを示す。
【００３８】
そこで、本実施形態では、測定誤差の差分Δｇ（ｐ）を求めるために、例えば、波数ｋ１とした合成波長Λによる被検面１５ａの形状Ｈ（ｐ）の複素振幅uＨ（ｐ）と、波長λ１の位相φ１（ｐ）の複素振幅ｕ１（ｐ）の複素共役とを乗算すると、式（６）が導き出される。
【００３９】
【数６】
2014145711.tif 000008
【００４０】
式（６）のｅｘｐ［ｉκΔｇ（ｐ）］の位相に対してアンラップ処理を施すことができれば、測定誤差の差分Δｇ（ｐ）を求めることができる。式（６）に対してアンラップ処理が適用できるのは、式（７）に示すように、隣接する測定誤差の差分Δｇ（ｐ）の差分の最大値が、波数κに対応する波長λ２−λ１の４分の１より小さい場合である。
【００４１】
【数７】
2014145711.tif 000009
【００４２】
ここで、ｐおよびｐ’は、波長λ１（またはλ２）のレーザ光束による干渉画像において、互いに隣接する画素でＸＹ平面上の測定位置を示し、ｎは、干渉画像の画素数である。図３は、画素ｐと画素ｐ’との関係を示す図である。図３に示すように、中心の矩形を画素ｐとする場合、隣接する画素ｐ’は、Ｘ軸またはＹ軸方向で隣接する４つの網掛けの矩形の画素うち、式（７）に示す条件を満たすいずれか１つである。なお、画素ｐ’は、図３に示すように、画素ｐに対して斜め方向に隣接する白色の矩形の画素の１つであってもよい。
【００４３】
以上に基づき、形状測定装置１００による測定動作について、図４に示すフローチャートを参照し説明する。
【００４４】
コンピュータ２０は、入力装置２６を介して、ユーザより被検物１５の被検面１５ａの形状の測定指示を受け付けると、ステップＳ１０１からの処理を行う。
【００４５】
ステップＳ１０１：コンピュータ２０のＣＰＵ２１は、干渉部１０のレーザ光源１１に対して波長λ１のレーザ光束を射出させ、撮像部１７に干渉画像を撮像させる。ＣＰＵ２１は、波長λ１の干渉画像を取得し記憶部２２に記憶する。また、ＣＰＵ２１は、レーザ光源１１に対して波長λ２のレーザ光束を射出させ、撮像部１７に干渉画像を撮像させる。ＣＰＵ２１は、波長λ２の干渉画像を取得し記憶部２２に記憶する。
【００４６】
ステップＳ１０２：ＣＰＵ２１は、測定部３０として、波長λ１，λ２の干渉画像から位相φ１（ｐ），φ２（ｐ）をそれぞれ求める。測定部３０は、求めた位相φ１（ｐ），φ２（ｐ）の位相データを用いて式（２）を計算する。測定部３０は、式（２）の計算結果に対してアンラップ処理を施し、合成波長Λによる被検面１５ａの形状Ｈ（ｐ）を算出する。
【００４７】
ステップＳ１０３：ＣＰＵ２１は、算出部３１として、例えば、求めた波長λ１の位相φ１（ｐ）と合成波長Λの形状Ｈ（ｐ）とを用いて式（６）を計算する。算出部３１は、式（６）の計算結果に対してアンラップ処理を施し、測定誤差の差分Δｇ（ｐ）を算出する。
【００４８】
ステップＳ１０４：ＣＰＵ２１は、補正部３２として、ステップＳ１０３において取得した測定誤差の差分Δｇ（ｐ）を用いて式（５）を計算する。補正部３２は、式（５）の計算結果に対してアンラップ処理を施す。補正部３２は、そのアンラップ処理により、被検面１５ａの形状を式（３）に示すＨ（ｐ）からｈ（ｐ）＋ｇ１（ｐ）に補正する。
【００４９】
ステップＳ１０５：ＣＰＵ２１は、ステップＳ１０４において取得した被検面１５ａの形状ｈ（ｐ）＋ｇ１（ｐ）を、出力装置２５に出力する。ＣＰＵ２１は、一連の処理を終了する。
【００５０】
本実施形態では、式（７）に基づいて、波長λ１の位相φ１（ｐ）と合成波長Λによる被検面１５ａの形状Ｈ（ｐ）とを用いて式（６）を計算してアンラップ処理を施し、測定誤差の差分Δｇ（ｐ）を取得することで、測定に用いる光の波長λ１，λ２にかかわらず、従来に比べて被検物１５の被検面１５ａの形状を高精度に測定できる。
【００５１】
なお、図３に示したステップＳ１０４において、ＣＰＵ２１の補正部３２は、算出した測定誤差の差分Δｇ（ｐ）を用いて計算した式（５）に対してアンラップ処理を施し、合成波長Λによる被検面１５ａの形状Ｈ（ｐ）を補正したが、これに限定されない。例えば、補正部３２は、式（４）に基づいて、Λ／λ１（またはΛ／λ２）倍した測定誤差の差分Δｇ（ｐ）をＨ（ｐ）から減算して、合成波長Λによる被検面１５ａの形状Ｈ（ｐ）を補正してもよい。ここで、Λ／λ１（またはΛ／λ２）は、所定値の一例である。
【００５２】
なお、形状測定装置１００は、コンピュータ２０を有し、形状測定プログラムに基づいて制御されたが、これに限定されない。形状測定装置１００の干渉部１０は、例えば、ＣＰＵ２１、制御プログラムおよび形状測定プログラムを記憶する記憶部２２を少なくとも有してもよい。また、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶された形状測定プログラムに対しても、本発明を適用することができる。
【００５３】
なお、レーザ光源１１は、波長可変のレーザ光源としたが、これに限定されず、レーザ光源１１は、波長λ１、λ２をそれぞれ射出する２つのレーザ光源を有してもよい。
【００５４】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…干渉部；１１…レーザ光源；１２…ピンホール絞り；１３…コリメートレンズ；１４…ビームスプリッタ；１５…被検物；１５ａ…被検面；１６…参照物；１７…撮像部；１８…結像レンズ群；１９…撮像素子；２０…コンピュータ；２１…ＣＰＵ；２２…記憶部；２３…入出力ＩＦ；２４…バス；２５…出力装置；２６…入力装置；３０…測定部；３１…算出部；３２…補正部；１００…形状測定装置
【図１】
2014145711.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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