(57)【要約】【課題】  復元された全面形状データをＦＦＴ等により周波数ごとに分離し、高周波の形状である粗さ形状を評価したときに分割測定データの高周波形状のつなぎ合わせ位置がずれているために誤差が生じてしまうという問題点。【解決手段】  被測定物を互いにオーバーラップするように分割して測定する手段を有し、分割して測定することによって得られた分割測定データを低周波形状成分と高周波形状成分に分離して、オーバーラップ領域の低周波形状成分のデータのみを用いて概略つなぎ合わせ処理を施した後に、オーバーラップ領域の高周波形状成分のデータのみを用いてつなぎ合わせ処理を施すことによって全面形状を復元して、全面形状の粗さ形状を精度よく評価する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面形状を参照面との間の光路差によって計測する粗さ計測干渉計であって、被測定物を互いにオーバーラップするように分割して測定する手段を有し、分割して測定することによって得られた分割測定データを低周波形状成分と高周波形状成分に分離して、オーバーラップ領域の低周波形状成分のデータのみを用いて概略つなぎ合わせ処理を施した後に、オーバーラップ領域の高周波形状成分のデータのみを用いてつなぎ合わせ処理を施すことによって全面形状を復元して、全面形状の粗さ形状を評価することを特徴とする粗さ計測干渉計。
【請求項２】
被測定物の表面形状を参照面との間の光路差によって計測する粗さ計測方法であって、被測定物を互いにオーバーラップするように分割して測定する手段を有し、分割して測定することによって得られた分割測定データを低周波形状成分と高周波形状成分に分離して、オーバーラップ領域の低周波形状成分のデータのみを用いて概略つなぎ合わせ処理を施した後に、オーバーラップ領域の高周波形状成分のデータのみを用いてつなぎ合わせ処理を施すことによって全面形状を復元して、全面形状の粗さ形状を評価することを特徴とする粗さ計測方法。
【請求項３】
低周波形状で特徴のある面形状を有する参照面を備えることを特徴とする請求項１記載の粗さ計測干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高精度な表面形状計測に用いられる干渉計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、干渉計の測定範囲を越えるような測定物の粗さ形状を計測するにはオーバーラップ領域をもたせながら複数の分割測定データを取得し、オーバーラップ領域の測定データがもっともよく重なり合うようにデータ処理を行ってつなぎ合わせて被測定物全面の形状を復元し、それを周波数成分ごとに分離することにより高周波数形状である粗さ形状を測定していた。例えば特許文献１では被測定面を相互にオーバーラップ領域を有する複数の部分に分割して測定を行い、分割測定データから低周波の形状成分を除去して高周波の形状のみを抽出し、オーバーラップ領域に相当する高周波の形状が互いに最も一致するように分割測定データの相対位置を移動させてつなぎ合わせるように演算を行うことで被測定面全面を復元している。
【特許文献１】特開２００１−６６１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例では分割測定データのつなぎ合わせをオーバーラップ領域の高周波の形状のみで行っているため、複数の相対位置で高周波の形状が一致する場合においては高周波の粗さ形状の位置関係が考慮されずに被測定面全面を復元してしまう。そのため、復元された全面形状データをＦＦＴ等により周波数ごとに分離し、高周波の形状である粗さ形状を評価したときに分割測定データの高周波形状のつなぎ合わせ位置がずれているために誤差が生じてしまうという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
被測定物を分割して測定し、その分割測定データを周波数成分ごとに分離して隣接する分割測定データのオーバーラップ領域の低周波成分のみを抽出し、低周波成分のみで概略つなぎ合わせを行ってつなぎ合わせの概略の位置を求めた上で、分割測定データのオーバーラップ領域の高周波成分である粗さ形状成分のみを抽出してつなぎ合わせを行うことにより全面形状を復元し、全面形状を解析することにより全面形状の粗さ成分を計測する。
【０００５】
さらに低周波の特徴ある面形状を有する参照面を用いた干渉計の構成で上記測定方法にて全面形状の粗さ成分を計測する。
【発明の効果】
【０００６】
１．上記のように構成された本発明の粗さ計測干渉計によれば、分割測定データを低周波形状と高周波形状に分離し、各測定データのオーバーラップ領域の低周波形状のみを用いて概略つなぎ合わせを行った後に、高周波形状のみのデータを用いてつなぎ合わせ処理を行うことにより各分割測定データの高周波形状の位置を精密につなぎ合わせることが可能になり、全面形状の粗さ成分を精度よく計測することができる。
【０００７】
２．上記のように構成された本発明の粗さ計測干渉計において、低周波の特徴ある面形状を有する参照面を備えることにより低周波形状のみを用いて概略つなぎ合わせ処理の処理速度とつなぎ合わせの位置精度が向上することにより上記の測定時間、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例】
【０００９】
本発明の実施例について図1を参照しつつ説明していく。図１はフィゾー型干渉計とス
テージを組み合わせた干渉計測装置である。干渉計１から出射された光波は参照平面板２に入射し参照平面板２の参照面２１から反射される光波を参照波面として、参照面２１を透過した光波は被測定物３の被測定平面３１を反射して、再び参照平面板２を通る被測定波面とする。微小駆動機構４により参照平面板３を微小に動かすことにより、フリンジスキャンを行い、参照波面と被測定波面の干渉縞から参照平面２１の形状を含んだ被測定平面３１の形状データをコンピュータ６に取り込み保存する。ＸＹステージ５により被測定物３を移動させて分割測定を行うことを可能にしている。分割測定により得られたデータはコンピュータ６に保存され、つなぎ合わせの処理を行った後に全面形状を出力する。
【００１０】
次に測定の手順について説明する。図2は測定方法を説明するための図である。干渉計
の測定範囲すなわち参照平面板２の口径をＤ、被測定物の長さをＴＬとする。参照平面板２の口径Ｄは被測定物の長さＴＬより小さいため干渉計では一括測定することはできない。そこで図２の測定物１の端からＸＹステージ５を用いて互いにオーバーラップするように複数ステップに分割して測定を行って、被測定物１の全面を測定する。なお、分割測定のときに被測定物を１ステップ移動させる並進移動量ＭｘはＤより小さく、干渉計の受光素子であるＣＣＤカメラの１画素で測定できるＸＹ方向の長さｐｘ，ｐｙの整数倍である。すなわちＮを整数として
【００１１】
【数１】
2006170776.tif 000003
【００１２】
を被測定物の１ステップの並進移動量Ｍｘは満たしている。なおＹ方向の並進移動量Ｍｙについても同様にＮ’を整数として
【００１３】
【数２】
2006170776.tif 000004
【００１４】
を満たしている。分割測定における各ステップで得られた測定データＺおよび並進移動量Ｍｘ，Ｍｙをコンピュータ６に記憶させる。次に測定データ同士をつなぎ合わせる演算処理について説明する。測定データＺをバイアス成分と１次線形成分を除く低周波形状ＬＦと高周波形状ＨＦにフィルター処理を用いて分離する。フィルター処理としてはＦＦＴを用いて測定データを周波数成分に分解し、高周波成分あるいは低周波成分をカットして、逆ＦＦＴを実行することにより分割測定データから低周波形状と高周波形状に分離することができる。ここでｎステップ目の測定において得られた測定データＺをＺｎ（ｘｎ，ｙｎ）、そのときの低周波形状ＬＦをＬＦｎ（ｘｎ，ｙｎ）、高周波形状ＨＦをＨＦｎ（ｘｎ，ｙｎ）と表記する。ｘｎおよびｙｎは測定物の２次元座標値を表している。干渉計のＣＣＤカメラで取得される測定データは２次元配列データであるため、それらの行列ｉ，ｊ、ＣＣＤカメラ１画素の測定長さｐｘ，ｐｙおよびｎステップ目での並進移動量ｔｎＭｘ，ｔ’ｎＭｙ、（ｔｎ，ｔ’ｎは整数値）を用いて下記のように算出することができ、各測定データの２次元座標値を２次元座標データとしてコンピュータ６に記憶させる。
【００１５】
【数３】
2006170776.tif 000005
【００１６】
Ｘ方向に隣接する測定領域の測定データＺｎ（ｘｎ，ｙｎ）と測定データＺｎ＋１（ｘｎ＋１，ｙｎ＋１）において、それらのオーバーラップ領域の低周波形状ＬＦｎおよびＬＦｎ＋１を抽出する。抽出したＬＦｎとＬＦｎ＋１が最もよく重なるようにＬＦｎ＋１の２次元座標値を修正する。具体的な処理としては、最小二乗法を繰り返し適用することにより並進位置を算出する方法を挙げる。残差量Ｓを次のように計算する。
【００１７】
【数４】
2006170776.tif 000006
【００１８】
【数５】
2006170776.tif 000007
【００１９】
ｘｎ＋１，ｙｎ＋１をｘｍ，ｙｍの初期値として角度パラメータqｍおよび並進移動パ
ラメータｄｘｍ，ｄｙｍによりｘｍ，ｙｍを逐次修正し、修正したｘｍ，ｙｍからＳを評価しＳが最小値になった時点でのｘｍ，ｙｍをＬＦｎとＬＦｎ＋１が最もよく重なるときの２次元座標データとして修正して記録する。次に高周波形状ＨＦｎとＨＦｎ＋１が最もよく重なるＨＦｎ＋１の低周波形状の重ね合わせ時に得られた２次元座標値を修正する。低周波形状と同様の手順で残差量Ｓ’を計算する。
【００２０】
【数６】
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【００２１】
【数７】
2006170776.tif 000009
【００２２】
ｘｍ’，ｙｍ’を初期値として角度パラメータqｍ’および並進移動パラメータｄｘｍ
’，ｄｙｍ’によりｘｍ’，ｙｍ’を逐次修正し、修正したｘｍ，ｙｍからＳ’を評価しＳ’が最小値になった時点でのｘｍ’，ｙｍ’をＨＦｎとＨＦｎ＋１が最もよく重なるときの２次元座標値をつなぎ合わせ位置として修正して２次元座標データとして記録する。
【００２３】
このようにまず低周波形状のみでつなぎ合わせの２次元座標値を概略求めておいてから、高周波形状でつなぎ合わせの位置を求めることによりステージの位置決め誤差があっても高周波の周期的な形状とその位置を精度よくつなぎ合わせることができる。以上のつなぎ合わせの演算処理を図３に示している隣接する２つの測定データである測定データＺ０と測定データＺ１，測定データＺ１と測定データＺ２のように測定データＺｎまで逐次実行する。このようにして得られた各測定データの高周波形状と２次元座標データを全面形状データとしてＦＦＴで周波数成分を計算することにより被測定物１の高周波成分である粗さ成分を精度よく計測することができる。
【００２４】
また上記の実施例において低周波の形状で特徴ある面形状を有する参照面を用いることにより低周波形状での概略のつなぎ合わせ位置の精度が向上し、あるいはつなぎ合わせ位置を計算するための最小二乗法の収束が速くなることにより全体の計算時間を短縮することができる。
【００２５】
１例として参照面上の左右対称な位置にピークを有する参照面の形状を図４に示している。図中の実線は等高線であり、等高線が密になっている部分は山を表す。
【００２６】
図５には図４の例として挙げた左右対称な大きな低周波形状を有する参照面を用いて分割測定を行ったときの測定範囲の重なりを表している。参照面の低周波の面形状として左右対称な形状とすることで、図５の第一の分割測定データａ１では参照面形状により右側に図４の等高線に対応した山が生じている。
【００２７】
一方、第二の分割測定データａ２では参照面形状の左側に図４の等高線に対応した山が生じるため、参照面の右側の等高線パターンと左側の等高線パターンが一致していることにより第一と第二の分割測定データに対して低周波形状を抽出して最小二乗法を用いてつなぎ合わせ位置を算出する上で、収束が早く精度のよいつなぎ合わせが可能となる。
【００２８】
以上のつなぎ合わせ処理をコンピュータでプログラムを実行するという観点から図６のフローチャートを基にステップごとにまとめると次のようになる。
【００２９】
＜ステップ１＞
被測定物１をステージ５の上にセットする。
【００３０】
＜ステップ２＞
干渉計１の測定範囲と被測定物の大きさから、分割測定回数を決定し各分割測定におけるステージの移動値を決定する。
【００３１】
＜ステップ３＞
分割測定を実行し、得られた測定データをコンピュータ６に記憶する。またステージの移動量を基に得られる２次元座標値も２次元座標データとしてコンピュータ６に記憶する。
【００３２】
＜ステップ４＞
被測定物のすべての分割面を測定し、測定データをコンピュータ６に記憶したか判断する。
【００３３】
＜ステップ５＞
各測定データをフィルター処理し低周波形状と高周波形状に分離する。
【００３４】
＜ステップ６＞
隣接する各測定データのオーバーラップ領域を選択し、ステップ５で分離した低周波形状データを抽出する。
【００３５】
＜ステップ７＞
隣接する測定データの低周波形状が最もよく重なり合うような２次元座標値を最小二乗法で算出し、コンピュータ６に記憶した各測定データの２次元座標データを修正する。
【００３６】
＜ステップ８＞
ステップ７の２次元座標データに基づいて隣接する測定データの重複領域を再度選択し、ステップ５で＞離した高周波形状のデータを抽出する。
【００３７】
＜ステップ９＞
隣接する測定データの高周波形状が最もよく重なり合うような２次元座標値を最小二乗法で算出し、ステップ７の２次元座標データを修正する。
【００３８】
＜ステップ１０＞
ステップ５からステップ９の処理をすべての分割測定データについて２次元座標データの修正が完了したか判断する。
【００３９】
＜ステップ１１＞
すべての高周波形状と２次元座標データからなる全面形状データをＦＦＴにより周波数成分ごとに分離した結果を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施例における粗さ計測干渉計の装置構成を示した図
【図２】粗さ計測干渉計の測定範囲と被測定物の関係を示した図
【図３】測定データのつなぎ合わせ順序を説明する図
【図４】低周波形状で特徴のある面形状を有する参照面をあらわす図
【図５】低周波形状で特徴のある面形状を有する参照面を用いて分割測定を行ったときの測定範囲の重なりをあらわす図
【図６】粗さ成分計測方法をあらわすフローチャートを示す図
【符号の説明】
【００４１】
１    干渉計
２    参照平面板
２１    参照面
３    被測定物
３１    被測定面
４    微小駆動機構
５    ステージ
６    コンピュータ
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図３】
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