(57)【要約】広帯域源（４）からの光が、サンプル経路（ＳＰ）に沿ってサンプル表面（７）の領域に向けられ、かつ基準経路（ＲＰ）に沿って基準表面（６）に向けられることにより、サンプル表面の領域によって反射された光と、基準表面によって反射された光とが干渉する。ムーバ（１１）が、サンプル表面（７）と基準表面（６）との間の走査経路に沿って相対運動を実施させる。検出器（１０）が、間隔をおいて光強度を感知して、サンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する。データプロセッサが、強度値が測定動作中に受信手段によって受信される際に、強度値に対する処理を実施して、干渉ピークの位置を表すデータを生成するための同時処理セクション（３４ａ；３４０）と、測定動作の完了後、同時セクションによって生成されたデータを使用して、表面領域の高さを表すデータを得るための事後処理セクション（３４ｂ；３５０）とを有する。処理セクションの一方は、強度値と相関関数を表す相関関数データとを相関させて、相関データを提供し、それにより、干渉ピークの位置を識別するのを可能にする相関器（４４；４４０）を有する。事後処理セクションは、干渉ピーク位置データからサンプル表面領域の高さを決定する表面トポグラフィ決定装置（３５；３５０）を有する。
2005520144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル表面の表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿って前記サンプル表面の領域に向けるとともに、サンプル経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の領域での反射光と、前記基準表面での反射光とが干渉するようにした光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中に前記サンプル表面の領域によって生成される干渉縞を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中に前記サンプル表面の領域によって生成される干渉縞の一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることにより測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理するデータ処理手段とを備え、該データ処理手段は、
前記測定動作中に前記感知手段から強度値を受信する受信手段と、
前記強度値の処理を、該強度値が測定動作中に前記受信手段によって受信される際に実施して、干渉ピークの位置を表すデータを生成する第１処理手段と、
前記測定動作の完了後、前記第１処理手段によって生成された前記データを使用して、前記サンプル表面の領域の高さを表すデータを得る第２処理手段とを備え、前記第１処理手段及び前記第２処理手段の一方は、
前記強度値と相関関数を表す相関関数データとを相関させて、前記サンプル表面の領域について相関データを提供することにより、前記サンプル表面の領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別することを可能にする相関手段を備え、
前記第２処理手段は、前記干渉ピークの前記位置に関係付けられるデータから、前記サンプル表面の領域の高さを決定する表面高さ決定手段を備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項２】
前記相関手段は、強度値と、第１周期変化波関数及び第２周期変化波関数を有する相関関数を表す相関関数データとを相関させるように構成され、前記第１波関数及び前記第２波関数は、異なる位相であり、かつ包絡線によって制約されることを特徴とする請求項１に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３】
前記相関手段は、強度値と、前記包絡線が滑らかに変化するピーク付き関数である相関関数を表す相関関数データとを相関させるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４】
前記相関手段は、強度値と、前記包絡線がガウス関数である相関関数を表す相関関数データとを相関させるように構成されることを特徴とする請求項３に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項５】
前記相関手段は、強度値と、前記第１波関数及び前記第２波関数が正弦波関数及び余弦波関数である相関関数を表す相関関数データとを相関させるように構成されることを特徴とする請求項２，３又は４に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項６】
前記相関手段は、強度値と、ガウス型包絡線によって制約される正弦波関数及び余弦波関数からなる相関関数を表す相関関数データとを相関させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項７】
前記第１処理手段は、前記相関手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項８】
前記相関手段は、
強度値と相関関数データとを相関させて相関データを生成する相関処理手段と、
前記相関データにおいて干渉ピークに関係付けられる位置を検知するピーク検知手段であって、前記第２処理手段によるその後の処理のために、前記干渉ピークに関係付けられる前記位置の前記相関データを含めて、ある範囲の前記相関データをコピーバッファにコピーし、又は相関バッファにおいて前記範囲の相関データをフリーズさせるように動作可能であるピーク検知手段と
を備えることを特徴とする請求項７に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項９】
前記第２処理手段は、前記相関手段を備え、前記第１処理手段は、干渉ピークを表す強度値を含むある範囲の前記強度値を決定し、かつ前記相関手段に対して、その範囲の強度値を識別するための決定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１０】
前記決定手段は、受信強度値の連続セットについて弁別値を決定する弁別手段と、前記弁別値においてピークを検知し、かつ前記干渉ピークを表す前記ピークを特定するピーク検知手段とを備えることを特徴とする請求項９に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１１】
前記弁別手段は、間隔をおいて受信された強度値からなるセットについて弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１２】
前記弁別手段は、すべての２番目の受信強度値からなるセットについて弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３】
前記弁別手段は、受信強度値の連続セットについて弁別値を決定するように構成され、各連続セットは、先行セットからの強度値及び少なくとも１つの他の強度値からなることを特徴とする請求項１０，１１又は１２に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１４】
前記弁別手段は、１セットの強度値に、弁別値の対応する対を乗算することによって弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、ある弁別値がゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、弁別値の各対の一方が交互にゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１７】
前記弁別値の対は、０、１；１、０；０、−１；−１、０であることを特徴とする請求項１６に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１８】
前記弁別手段は、前記弁別値の前記ピークが所定の閾値より大きいか否かに従って、前記範囲の強度値を識別するように構成されることを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１９】
前記弁別手段は、前記所定の閾値として、前記弁別値の平均に関係付けられる値を使用するように構成されることを特徴とする請求項１８に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２０】
前記弁別手段は、前記弁別値の前記ピークが前記所定の閾値を超えないとき、前記サンプル表面領域について、前記感知手段によって供給されるすべての識別値として前記範囲を設定するように構成されることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２１】
前記相関手段は、強度値と、１セットの第１インデックス及び第２インデックスの対を備える相関関数データとを相関させて、相関成分の対を生成するように構成されることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２２】
前記相関手段は、強度値と、１セットの第１インデックス及び第２インデックスの対を備える相関関数データとを相関させるように構成され、また、所与の強度値について、前記所与の強度値を含むある範囲の強度値のそれぞれに前記第１インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の第１を生成し、かつ、強度値の前記範囲のそれぞれに前記第２インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の他の１つを生成することによって、１対の相関成分を生成するように構成され、前記相関手段は、相関成分の前記対を前記相関手段の相関バッファのメモリ領域に記憶するように動作可能であることを特徴とする請求項９乃至２０のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２３】
前記相関手段は、第１インデックス及び第２インデックスのいくつかの対からそれぞれがなるいくつかのグループとして前記相関関数データを提供する相関関数提供手段を有し、かつ、対応する強度値について１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファを有し、
前記相関手段は、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの前記対の第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを別々に乗算して、インデックスの前記対のそれぞれについて、第１乗算成分及び第２乗算成分の対応する対を生成し、乗算成分の各対を一連の前記メモリ領域の対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップを実施し、
連続する前記強度値のそれぞれについて前記第１ステップを繰り返し、各繰返しにおいてインデックスの前記対の異なるグループを使用する第２ステップを実施し、
前記一連のメモリ領域を、前記アレイに沿って所定のメモリ領域の数だけ移動させ、次いで、前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返すことによって第３ステップを実施し、
いくつかの前記強度値の少なくともそれぞれについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つをそれぞれ乗算することから得られる前記乗算成分の合計を表する第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させることによって第４ステップを実施するように構成されることを特徴とする請求項７，８，９又は１０に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２４】
前記相関手段は、第１インデックス及び第２インデックスの４つの対をそれぞれが有する４つのブループとして前記相関関数データを提供する相関関数提供手段を有し、かつ、対応する強度値について１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファを有し、
前記相関関数は、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの対の前記グループの第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを別々に乗算して、第１乗算成分及び第２乗算成分の４つの対を生成し、乗算成分の各対を前記メモリ領域の４つの対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップを実施し、
インデックスの前記対の第２、第３、及び第４グループを別々に使用して、次の３つの強度値について前記第１ステップを繰り返す第２ステップを実施し、
前記一連のメモリ領域を１つだけ移動させ、次いで、前記次の強度値について前記第１ステップを繰り返し、かつ３つの次の強度値について前記第２ステップを繰り返すことによって第３ステップを実施し、
いくつかの前記強度値の各４番目の１つについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値の１６のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つをそれぞれ乗算することから得られる乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って１つのメモリ領域だけ移動させることによって第４ステップを実施するように構成されることを特徴とする請求項７，８，９又は１０に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２５】
前記相関バッファは、循環バッファであり、相関バッファ制御手段は、前記バッファがフルのとき、前記バッファの最も古いエントリを上書きするために提供されることを特徴とする請求項２２，２３又は２４に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２６】
前記決定手段は、他の相関手段を備えることを特徴とする請求項９乃至１５，２０又は２２のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２７】
前記他の相関手段は、前記相関手段より粗い相関関数を使用するように構成されることを特徴とする請求項２６に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２８】
前記他の相関手段は、請求項２２，２３又は２４のいずれかに記載の手段で機能するように構成されることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項２９】
前記制御手段は、前記相関関数データのあるものがゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３０】
前記制御手段は、ある相関インデックスがゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項２１乃至２５又は２８のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３１】
前記制御手段は、相関インデックスの各対の一方が交互にゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項２１乃至２５及び２８のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３２】
前記ピーク発見手段は、いくつかの異なる状態において機能するように構成され、１つの状態から次への切替えは、先行する強度値、弁別値、又は相関成分、もしくは閾値に対する強度値、弁別値、又は相関成分の関係によって決定されることを特徴とする請求項１乃至３１のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３３】
前記ピーク発見手段は、第１値について存在する随意選択初期状態、前記値が閾値より小さいときに存在する低状態、前記値が前記閾値より大きいときに存在する発見状態、及び前記第１値が前記閾値より大きい場合に存在する随意選択早期状態を有することを特徴とする請求項３２に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３４】
前記ピーク発見手段は、第１値について存在する随意選択初期状態、前記値が閾値より大きく増大する前に存在する低状態、前記値が増大しているときに存在する増大状態、前記値が減少しているときに存在する減少状態、前記値が先行最大値の所定の割合より減少する場合に存在する発見状態、及び前記第１値が前記閾値より大きい場合に存在する随意選択状態を有することを特徴とする請求項３２に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３５】
前記表面高さ決定手段は、前記相関手段によって提供される値にガウス関数を当てはめ、かつ前記ガウス関数のピークの位置など、当てはめられた前記ガウス関数の所定の特徴で、前記干渉ピークの前記位置を識別することによって、サンプル表面の高さを決定するように構成されることを特徴とする請求項１乃至３４のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３６】
前記表面高さ決定手段は、相関成分の前記対から振幅値を決定し、かつガウス関数を振幅値に当てはめて、前記ガウス関数のピークの位置など、当てはめられた前記ガウス関数の所定の特徴で前記干渉ピークの前記位置を識別することによって、サンプル領域の高さを決定するように構成されることを特徴とする請求項２１乃至３４のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３７】
前記表面高さ決定手段は、各対の前記相関成分の２乗の合計を決定して、相関成分の各対について２乗振幅値を得て、最高値を含むある範囲の２乗振幅値を見つけ、前記範囲の２乗振幅値のそれぞれについて平方根値を決定し、前記ガウス関数を前記平方根値に当てはめることによって、前記振幅値を得るように構成されることを特徴とする請求項３６に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３８】
前記表面高さ決定手段は、前記ガウス関数を当てはめる前に、平滑化手続きを実施するように構成されることを特徴とする請求項３５乃至３７のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項３９】
前記表面高さ決定手段は、ボックスフィルタを使用して前記２乗振幅値を平滑化するように構成されることを特徴とする請求項３６又は３７に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４０】
前記表面高さ決定手段は、前記相関手段によって提供される前記値の信号対雑音比を決定し、かつ前記信号対雑音比が低過ぎる場合、前記高さの決定を中止するように構成されることを特徴とする請求項１乃至３９のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４１】
前記表面高さ決定手段は、前記２乗振幅値を累積させ、かつ最大２乗振幅値と前記累積２乗振幅値の平均との比が閾値より小さい場合、前記高さの決定を中止するように構成されることを特徴とする請求項３６乃至３９のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４２】
前記表面高さ決定手段は、所定の位相を有する前記強度値を決定し、かつ、前記決定された強度値に対応する前記測定経路上の位置を使用して、サンプル表面領域の高さを決定する位相決定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４１のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４３】
前記位相決定手段は、前記干渉ピークに最も近い前記強度値を使用して、前記所定の位相の位置の推定を決定し、次いで、相関値の前記位相をアンラップし、線形当てはめ手続きを使用して前記所定の位相に対応する実際の位置を決定するように動作可能であることを特徴とする請求項４２に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４４】
位置決定手段は、前記測定経路上の前記サンプル表面及び前記基準表面の前記１つの位置を決定するために提供され、トリガ手段は、光強度を感知して、前記位置決定手段によって得られる位置データに従って、１セットの強度データ信号を提供するように前記感知手段をトリガするために提供されることを特徴とする請求項１乃至４３のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４５】
前記感知手段は、感知素子の２次元アレイを備え、制御手段は、感知素子によって生成される強度データ信号の組合せ又は選択を制御することによって、前記感知手段の視野を制御するために提供されることを特徴とする請求項１乃至４４のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４６】
前記光方向付け手段は、光を前記基準経路に沿って向けられる基準光と、前記サンプル経路に沿って向けられるサンプル光とに分割するビーム分割手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４５のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４７】
前記基準表面及び前記ビーム分割手段の少なくとも一方は、前記光の５０％未満が、前記基準経路に沿って向けられるように構成されることを特徴とする請求項４６に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項４８】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光を前記サンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対移動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理して、前記表面領域の高さを表すデータを得るためのデータ処理手段とを備え、
前記光方向付け手段は、前記光の５０％未満が前記基準経路に沿って向けられるように、前記光を前記基準経路に沿って向けられる基準光と、サンプル経路に沿って向けられるサンプル光とに分割するビーム分割手段とを備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項４９】
前記ビーム分割手段は、前記光の約２０％を前記基準経路に沿って向けるように構成されることを特徴とする請求項４７又は４８に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項５０】
前記ビーム分割手段は、ハーピンフィルタ又はニュートラルデンシティ部分反射金属フィルタを備えることを特徴とする請求項４７，４８又は４９に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項５１】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光を前記サンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理して、前記表面領域の高さを表すデータを得るためのデータ処理手段とを備え、
位置決定手段は、前記測定経路上において前記サンプル表面及び前記基準表面の前記一方の位置を決定するために提供され、トリガ手段は、前記位置決定手段によって得られる位置データに従って、光強度を感知して、１セットの強度データ信号を提供するように感知手段をトリガするために提供されることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項５２】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理して、前記表面領域の高さを表すデータを得るためのデータ処理手段とを備え、
前記感知手段は、感知素子の２次元アレイを備え、制御手段は、感知素子によって生成される強度データ信号の組合せ又は選択を制御することによって、前記感知手段の視野を制御するために提供されることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項５３】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ光を基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理するデータ処理手段であって、
測定動作中に前記感知手段から強度値を受信する受信手段と、
ガウス関数を前記受信強度値から導出されるデータに当てはめて、前記ガウス関数のピークの位置など、当てはめられた前記ガウス関数の所定の特徴で前記干渉ピークの位置を識別することによって、サンプル領域の高さを決定する表面高さ決定手段とを有するデータ処理手段とを備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項５４】
前記表面高さ決定手段は、前記ガウス関数を当てはめる前に、平滑化手続きを実施するように構成されることを特徴とする請求項５３に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項５５】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得る表面プロファイルデータ作成方法であって、
広帯域源からの光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉するステップと、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させるステップと、
間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供するステップと、
前記強度値を、
測定動作中に前記感知手段から強度値を受信するステップと、
強度値に対して、前記強度値が測定動作中に受信手段によって受信される際に、第１処理ステップを実施して、干渉ピークの位置を表すデータを生成するステップと、
測定動作の完了後、第２処理ステップにおいて、前記第１処理ステップによって生成された前記データを使用して、前記表面領域の高さを表すデータを得ることによって処理するステップとを備え、前記第１処理ステップ及び前記第２処理ステップの一方は、
強度値と相関関数を表す相関関数データとを相関させて、そのサンプル表面領域について相関データを提供し、それにより、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別することを可能にする相関ステップを含み、
前記第２処理ステップは、前記干渉ピークの前記位置に関係するデータから、サンプル表面領域の高さを決定する表面高さ決定ステップを含む
ことを特徴とする表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項５６】
前記相関ステップは、強度値と、第１及び第２の周期的に変化する波関数を有する相関関数を表す相関関数データとを相関させ、前記第１波関数及び前記第２波関数は、異なる位相であり、かつ包絡線によって制約されることを特徴とする請求項５５に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項５７】
前記相関ステップは、強度値と、前記包絡線が滑らかに変化するピーク付き関数である相関関数を表す相関関数データとを相関させることを特徴とする請求項５６に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項５８】
前記相関ステップは、強度値と、前記包絡線がガウス関数である相関関数を表す相関関数データとを相関させることを特徴とする請求項５７に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項５９】
前記相関ステップは、強度値と、前記第１波関数及び前記第２波関数が正弦波関数及び余弦波関数である相関関数を表す相関関数データとを相関させることを特徴とする請求項５６，５７又は５８に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６０】
前記相関ステップは、強度値と、ガウス包絡線によって制約される正弦波関数及び余弦波関数からなる相関関数を表す相関関数データとを相関させることを特徴とする請求項５５に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６１】
前記第１処理ステップは、前記相関ステップを含むことを特徴とする請求項５５乃至６０のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６２】
前記相関ステップは、
強度値と相関関数データとを相関させて、相関データを生成する相関処理ステップと、
前記相関データの干渉ピークに関係付けられる位置を見つけるピーク発見ステップであって、前記第２処理ステップにおいて後に処理するために、前記干渉ピークに関係付けられる前記位置の前記相関データを含むある範囲の前記相関データをコピーバッファにコピーし、又は前記相関バッファにおいて相関データの前記範囲をフリーズするピーク発見ステップと
を含むことを特徴とする請求項６１に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６３】
前記第２処理ステップは、前記相関ステップを含み、前記第１処理ステップは、干渉ピークを表す強度値を含むある範囲の前記強度値を決定することと、前記相関ステップにおいて使用されるその範囲の強度値を識別することとを備えることを特徴とする請求項５５乃至６０のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６４】
前記決定ステップは、受信強度値の連続セットについて弁別値を決定する弁別ステップと、前記弁別値のピークを発見し、かつ前記干渉ピークを表すとして前記ピークを識別するピーク発見ステップとを含むことを特徴とする請求項６３に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６５】
前記弁別ステップは、間隔をおいて受信された強度値からなるセットの弁別値を決定することを特徴とする請求項６４に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６６】
前記弁別ステップは、各２番目の受信強度値からなるセットについて弁別値を決定することを特徴とする請求項６５に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６７】
前記弁別ステップは、受信強度値の連続セットについて弁別値を決定し、各連続セットは、先行セットからの強度値と少なくとも１つの他の強度値とからなることを特徴とする請求項６４，６５又は６６に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６８】
前記弁別ステップは、１セットの強度値に弁別値の対応する対を乗算することによって弁別値を決定することを特徴とする請求項６４に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項６９】
測定間隔は、ある弁別値がゼロであるようなものであることを特徴とする請求項６４に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７０】
測定間隔は、弁別値の各対の一方が交互にゼロであるようなものであることを特徴とする請求項６８に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７１】
前記弁別値の対は、０、１；１、０；０、−１；−１、０であることを特徴とする請求項７０に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７２】
前記弁別ステップは、前記弁別値のピークが所定の閾値より大きいか否かに応じて、前記範囲の強度値を識別することを特徴とする請求項６４乃至７１のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７３】
前記弁別ステップは、前記所定の閾値として、前記弁別値の平均に関係付けられる値を使用することを特徴とする請求項７２に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７４】
前記弁別ステップは、前記弁別値の前記ピークが前記所定の閾値を超えないとき、前記サンプル表面領域について供給された前記強度値のすべてとして前記範囲を設定することを特徴とする請求項７２又は７３に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７５】
前記相関ステップは、強度値と、第１インデックス及び第２インデックスの１セットの対を備える相関関数データとを相関させて、相関成分の対を生成することを特徴とする請求項５５乃至７４のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７６】
前記相関ステップは、強度値と、第１インデックス及び第２インデックスの１セットの対を備える相関関数データとを相関させ、所与の強度値について、前記所与の強度値を含むある範囲の強度値のそれぞれに前記第１インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の対の第１を生成し、かつ前記範囲の強度値のそれぞれに前記第２インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の他の１つを生成することによって、１対の相関成分を生成し、相関成分の前記対は、前記相関手段の相関バッファのメモリ領域に記憶されることを特徴とする請求項６３乃至７４のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７７】
前記相関ステップは、第１インデックス及び第２インデックスのいくつかの対からそれぞれがなるいくつかのグループを有する相関関数データと、対応する強度値について１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファとを使用し、
前記相関ステップは、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの前記対の第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを別々に乗算して、インデックスの前記対のそれぞれについて、第１乗算成分及び第２乗算成分の対応する対を生成し、乗算成分の各対を一連の前記メモリ領域の対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップと、
連続する前記強度値のそれぞれについて、前記第１ステップを繰り返し、各繰返しにおいてインデックスの前記対の異なるグループを使用する第２ステップと、
前記一連のメモリ領域を、前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させ、次いで、前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返す第３ステップと、
いくつかの前記強度値の少なくともそれぞれについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つをそれぞれ乗算することから得られる前記乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させる第４ステップと
を含むことを特徴とする請求項６１，６２，６３又は６４に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７８】
前記相関ステップは、第１インデックス及び第２インデックスの４つの対をそれぞれが有する４つのグループを有する相関関数データと、対応する強度値について１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファとを使用し、
前記相関ステップは、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの対の前記グループの第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを別々に乗算して、第１乗算成分及び第２乗算成分の４つの対を生成し、乗算成分の各対を前記メモリ領域の４つの対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップと、
インデックスの前記対の第２グループ、第３グループ、及び第４グループを使用して、次の３つの強度値について前記第１ステップを繰り返す第２ステップと、
前記一連のメモリ領域を１つだけ移動させ、次いで、前記次の強度値について前記第１ステップを繰り返し、かつ前記３つの次の強度値について前記第２ステップを繰り返す第３ステップと、
いくつかの前記強度値の各４番目の１つについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値の１６のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つをそれぞれ乗算することから得られる乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って１つのメモリ領域だけ移動させる第４ステップと
を含むことを特徴とする請求項６１，６２，６３又は６４に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項７９】
前記相関バッファは、循環バッファであり、前記バッファがフルのとき、前記バッファの最も古いエントリについて上書きされることを特徴とする請求項７６，７７又は７８に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８０】
前記決定ステップは、他の相関ステップを含むことを特徴とする請求項６３乃至６９，７４又は７６のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８１】
他の相関ステップは、前記相関ステップより粗い相関関数を使用することを特徴とする請求項８０に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８２】
前記他の相関ステップは、請求項７６，７７又は７８のいずれかに記載された方法で機能することを特徴とする請求項８０又は８１に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８３】
測定間隔は、ある相関関数データがゼロであるようなものであることを特徴とする請求項７５乃至８２のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８４】
測定間隔は、ある相関インデックスがゼロであるようなものであることを特徴とする請求項７５乃至７９のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８５】
測定間隔は、相関インデックスの各対の１つが交互にゼロであるようなものであることを特徴とする請求項７５乃至７９のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８６】
前記ピーク発見ステップは、いくつかの異なる状態において機能し、１つの状態から次への切替えは、先行する強度値、弁別値、又は相関成分、もしくは閾値に対する強度値、弁別値、又は相関成分の関係によって決定されることを特徴とする請求項５５乃至８５のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８７】
前記ピーク発見ステップは、第１値について存在する随意選択初期状態と、前記値が閾値より小さいときに存在する低状態と、前記値が前記閾値より大きいときに存在する発見状態と、前記第１値が前記閾値より大きい場合に存在する随意選択早期状態とを有することを特徴とする請求項８６に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８８】
前記ピーク発見ステップは、第１値について存在する随意選択初期状態と、前記値が閾値より増大する前に存在する低状態と、前記値が増大しているときに存在する増大状態と、前記値が減少しているときに存在する減少状態と、前記値が先行最大値の所定の割合より減少する場合に存在する発見状態と、前記第１値が前記閾値より大きい場合に存在する随意選択状態とを有することを特徴とする請求項８６に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項８９】
前記表面高さ決定ステップは、前記相関手段によって提供される値にガウス関数を当てはめて、前記ガウス関数の前記ピークの位置など、当てはめられた前記ガウス関数の所定の特徴で前記干渉ピークの前記位置を識別することによって、サンプル領域の高さを決定することを特徴とする請求項５５乃至８８のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９０】
前記表面高さ決定ステップは、相関成分の前記対から振幅値を決定し、また、ガウス関数を振幅値に当てはめて、前記ガウス関数の前記ピークの前記位置など、当てはめられた前記ガウス関数の所定の特徴で前記干渉ピークの前記位置を識別することによって、サンプル領域の高さを決定することを特徴とする請求項７５乃至８８のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９１】
前記表面高さ決定ステップは、各対の前記相関成分の２乗の和を決定して、相関成分の各対について２乗振幅値を得て、最高値を含むある範囲の２乗振幅値を見つけ、前記範囲の２乗振幅値の前記それぞれについて平方根値を決定し、前記ガウス関数を前記平方根値に当てはめることによって、前記振幅値を得ることを特徴とする請求項９０に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９２】
前記表面高さ決定ステップは、前記ガウス関数を当てはめる前に、平滑化手続きを実施することを特徴とする請求項８９乃至９１のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９３】
前記表面高さ決定ステップは、ボックスフィルタを使用して前記２乗振幅値を平滑化することを特徴とする請求項９０又は９１に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９４】
前記表面高さ決定ステップは、前記相関ステップによって提供される値について信号対雑音比を決定し、前記信号対雑音比が低過ぎる場合、前記高さの決定を中止することを特徴とする請求項５５乃至９３のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９５】
前記表面高さ決定ステップは、前記２乗振幅値を累積させ、最大２乗値と前記累積２乗振幅値の平均との比が閾値より小さい場合、前記高さの決定を中止することを特徴とする請求項９０乃至９３のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９６】
前記表面高さ決定ステップは、所定の位相を有する前記強度値を決定し、かつ前記決定された強度値に対応する前記測定経路上の位置を使用して、サンプル表面領域の高さを決定する位相決定ステップをさらに備えることを特徴とする請求項５５乃至９５のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９７】
前記位相決定ステップは、前記干渉ピークに最も近い前記強度値を使用して、前記所定の位相の位置の推定を決定し、次いで、相関値の前記位相をアンラップし、線形当てはめ手続きを使用して、前記所定の位相に対応する実際の位置を決定することを特徴とする請求項９６に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９８】
前記測定経路上において前記サンプル表面及び前記基準表面の前記一方の前記位置を決定する位置決定ステップと、前記位置決定ステップにおいて得られる位置データに従って１セットの強度データ信号を提供するように、光強度の感知をトリガするトリガステップとをさらに含むことを特徴とする請求項５５乃至９７のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項９９】
前記感知ステップは、感知素子の２次元アレイを有する感知手段を使用し、前記感知手段の視野は、感知素子によって生成される強度データ信号の組合せ又は選択を制御することによって制御されることを特徴とする請求項５５乃至９８のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１００】
前記光方向付けステップは、前記基準経路に沿って向けられる基準光と前記サンプル経路に沿って向けられるサンプル光とに分割するビーム分割手段を使用することを特徴とする請求項５５乃至９９のいずれかに記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１０１】
前記基準表面及び前記ビーム分割手段の少なくとも一方は、前記光の５０％未満が前記基準経路に沿って向けられるように構成されることを特徴とする請求項１００に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１０２】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得る表面プロファイルデータ作成方法であって、
広帯域源からの光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉するステップと、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させるステップと、
間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度を提供するステップと、
前記強度値を処理するステップとを備え、
前記サンプル表面と前記基準表面の前記一方の前記位置を決定し、前記位置決定ステップによって得られる位置データに従って１セットの強度データ信号を提供するように、光強度の感知をトリガする前記ステップを含むことを特徴とする表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１０３】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得る表面プロファイルデータ作成方法であって、
広帯域源からの光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉するステップと、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させるステップと、
間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供するステップと、
前記強度値を処理するステップとを備え、
前記感知ステップは、感知素子の２次元アレイを使用し、視野は、感知素子によって生成される強度データ信号の組合せ又は選択を制御することによって制御されることを特徴とする表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１０４】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得る表面プロファイルデータ作成方法であって、
広帯域空間非干渉源からの光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉するステップと、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させるステップと、
間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供するステップと、
前記強度値を処理するステップとを備え、
前記受信強度値から導出されるデータにガウス関数を当てはめて、前記ガウス関数のピークの位置など、当てはめられた前記ガウス関数の所定の特徴で前記干渉ピークの位置を識別することによって、サンプルの高さを決定することをさらに備えることを特徴とする表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１０５】
前記表面高さ決定ステップは、前記ガウス関数を当てはめる前に、平滑化手続きを実施することを特徴とする請求項１０４に記載の表面プロファイルデータ作成方法。
【請求項１０６】
強度値を処理するデータ処理装置であって、
強度値に対する処理を、前記強度値が測定動作中に受信手段によって受信される際に実施して、干渉ピークの位置を示すデータを生成する第１処理手段と、
測定動作の完了後、前記第１処理手段によって生成された前記データを使用して、前記表面領域の高さを表すデータを得る第２処理手段とを備え、前記第１処理手段及び前記第２処理手段の一方は、
強度値と相関関数を表す相関関数データとを相関させて、そのサンプル表面領域について相関データを提供し、それにより、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別することを可能にする相関手段を備え、
前記第２処理手段は、前記干渉ピークの位置に関係付けられるデータから、サンプル表面領域の高さを決定する表面高さ決定手段を備えることを特徴とするデータ処理装置。
【請求項１０７】
前記相関手段は、強度値と、ガウス型包絡線によって制約される正弦波関数及び余弦波関数からなる相関関数を表す相関関数データとを相関させるように構成されることを特徴とする請求項１０６に記載のデータ処理装置。
【請求項１０８】
前記第１処理手段は、前記相関手段を備えることを特徴とする請求項１０６又は１０７に記載のデータ処理装置。
【請求項１０９】
前記相関手段は、
強度値と相関関数データとを相関させて、相関データを生成する相関処理手段と、
前記相関データの干渉ピークに関係付けられる位置を見つけるピーク発見手段であって、前記第２処理手段によるその後の処理のために、前記干渉ピークに関係付けられる前記位置の前記相関データを含むある範囲の前記相関データをコピーバッファにコピーし、又は前記相関バッファにおいて前記範囲の相関データをフリーズさせるように動作可能であるピーク発見手段と
を備えることを特徴とする請求項１０８に記載のデータ処理装置。
【請求項１１０】
前記第２処理手段は、前記相関手段を備え、前記第１処理手段は、干渉ピークを表す強度値を含むある範囲の前記強度値を決定し、かつ前記相関手段に対して、その範囲の強度値を識別するための決定手段を備えることを特徴とする請求項１０６又は１０７に記載のデータ処理装置。
【請求項１１１】
前記決定手段は、受信強度値の連続セットについて弁別値を決定する弁別手段と、前記弁別値においてピークを見つけ、かつ前記干渉ピークを表すとして前記ピークを識別するピーク発見手段とを備えることを特徴とする請求項１１０に記載のデータ処理装置。
【請求項１１２】
前記弁別手段は、間隔をおいて受信される強度値からなるセットについて弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１１１に記載のデータ処理装置。
【請求項１１３】
前記弁別手段は、２つおきに受信される強度値からなるセットについて弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１１２に記載のデータ処理装置。
【請求項１１４】
前記弁別手段は、受信強度値の連続セットについて弁別値を決定するように構成され、各連続セットは、先行セットからの強度値及び少なくとも１つの他の強度値からなることを特徴とする請求項１１１，１１２又は１１３に記載のデータ処理装置。
【請求項１１５】
前記弁別手段は、１セットの強度値に、弁別値の対応する対を乗算することによって弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１１１に記載のデータ処理装置。
【請求項１１６】
前記制御手段は、ある弁別値がゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項１１１に記載のデータ処理装置。
【請求項１１７】
前記制御手段は、弁別値の各対の１つが交互にゼロであるような測定間隔を提供するように構成されることを特徴とする請求項１１５に記載のデータ処理装置。
【請求項１１８】
前記弁別値の対は、０、１；１、０；０、−１；−１、０であることを特徴とする請求項１１７に記載のデータ処理装置。
【請求項１１９】
前記弁別手段は、前記弁別値の前記ピークが所定の閾値より大きいか否かに応じて、前記範囲の強度値を識別するように構成されることを特徴とする請求項１１１乃至１１８のいずれかに記載のデータ処理装置。
【請求項１２０】
前記弁別手段は、前記弁別値の平均に関係付けられる値を前記所定の閾値として使用するように構成されることを特徴とする請求項１１９に記載のデータ処理装置。
【請求項１２１】
前記相関手段は、強度値と、第１インデックス及び第２インデックスの１セットの対を備える相関関数データとを相関させるように構成され、また、所与の強度値について、前記所与の強度値を含む強度値の範囲のそれぞれに前記第１インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の第１を生成し、かつ強度値の前記範囲のそれぞれに前記第２インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の他の１つを生成することによって、１対の相関成分を生成するように構成され、前記相関手段は、相関成分の前記対を前記相関手段の相関バッファのメモリ領域に記憶するように動作可能であることを特徴とする請求項１１０乃至１２０のいずれかに記載のデータ処理装置。
【請求項１２２】
第１インデックス及び第２インデックスのいくつかの対からそれぞれがなるいくつかのグループとして前記相関関数データを提供し、対応する強度値について１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファを有する相関関数提供手段と、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの前記対の第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを別々に乗算して、インデックスの前記対のそれぞれについて、第１乗算成分及び第２乗算成分の対応する対を生成して、乗算成分の各対を一連の前記メモリ領域の対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップを実施し、
連続する前記強度値のそれぞれについて前記第１ステップを繰り返し、各繰返しにおいてインデックスの前記対の異なるグループを使用する第２ステップを実施し、
前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させ、次いで、前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返すことによって第３ステップを実施し、
いくつかの前記強度値の少なくともそれぞれについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値のシーケンスのそれぞれに前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つを別々に乗算することから得られる前記乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返すことによって、各繰返しにおいて前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させる第４ステップを実施するように構成される相関処理手段とを備える請求項１０６に記載のデータ処理装置において使用されることを特徴とする相関器。
【請求項１２３】
４つのグループの相関関数データが存在し、各グループは、第１インデックス及び第２インデックスの４つの対をそれぞれ有し、前記相関処理手段は、いくつかの前記強度値の各４番目の１つについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値の１６のシーケンスのそれぞれに前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つを別々に乗算することから得られる乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第１ステップから前記第４ステップを実施するように構成されることを特徴とする請求項１２２に記載の相関器。
【請求項１２４】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準経路に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理するデータ処理手段とを備え、前記データ処理手段は、
測定動作中に、前記感知手段から強度値を受信する受信手段と、
受信強度値を記憶する記憶手段と、
対象の領域の強度値が強度値の弁別値によって識別されるように、受信強度値について弁別値を決定する弁別手段と、識別された強度値と相関関数を表す相関関数データとを相関させて、そのサンプル表面領域について相関データを提供し、それにより、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別することを可能にする相関手段とを有する前記強度値を処理する処理手段と
を備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項１２５】
前記弁別手段は、受信強度値について、前記強度値が受信される際に弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１２４に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１２６】
前記弁別手段は、測定動作又は測定経路についてすべての前記強度値が受信された後、受信強度値について弁別値を決定するように構成されることを特徴とする請求項１２４に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１２７】
前記相関手段は、測定動作又は測定経路についてすべての前記強度値が受信された後、強度値と相関関数データとを相関させるように構成されることを特徴とする請求項１２４乃至１２６のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１２８】
前記相関手段は、強度値と相関関数データとを、前記強度値が受信される際に相関させるように構成されることを特徴とする請求項１２４乃至１２６のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１２９】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理するデータ処理手段とを備え、前記データ処理手段は、
測定動作中に前記感知手段から強度値を受信する受信手段と、
強度値と相関関数を表す相関関数データとを、前記強度値が前記受信手段によって受信される際に相関させて、そのサンプル表面領域について相関データを提供し、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別することを可能にする相関手段とを有する処理手段と
を備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項１３０】
前記相関手段は、強度値と、第１インデックス及び第２インデックスの１セットの対を備える相関関数データとを相関させて、相関成分の対を生成するように構成されることを特徴とする請求項１２４乃至１２９のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３１】
前記相関手段は、相関データを循環バッファに記憶するように構成されることを特徴とする請求項１２４乃至１３０のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３２】
前記相関手段は、強度値と、第１インデックス及び第２インデックスの１セットの対を備える相関関数データとを相関させるように構成され、かつ所与の強度値について、前記所与の強度値を含む強度値の範囲のそれぞれに前記第１インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の第１を生成し、かつ強度値の前記範囲のそれぞれに前記第２インデックスの対応する１つを乗算し、結果を合計して、相関成分の前記対の他の１つを生成することによって、１対の相関成分を生成するように構成され、前記相関手段は、相関成分の前記対を前記相関手段の相関バッファのメモリ領域に記憶するように動作可能であることを特徴とする請求項１２４乃至１２９のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３３】
前記相関手段は、第１インデックス及び第２インデックスのいくつかの対からそれぞれがなるいくつかのグループとして前記相関関数データを提供する相関関数提供手段を有し、かつ対応する強度値について、１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファを有し、
前記相関手段は、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの前記対の第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを別々に乗算して、インデックスの前記対のそれぞれについて、第１乗算成分及び第２乗算成分の対応する対を生成し、乗算成分の各対を一連の前記メモリ領域の対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップを実施し、
連続する前記強度値のそれぞれについて、前記第１ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、インデックスの前記対の異なるグループを使用する第２ステップを実施し、
前記一連のメモリ領域を、前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させ、次いで、前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返すことによって第３ステップを実施し、
いくつかの前記強度値の少なくともそれぞれについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つをそれぞれ乗算することから得られる前記乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させる第４ステップを実施するように構成されることを特徴とする請求項１２４乃至１２９のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３４】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理するデータ処理手段とを備え、前記データ処理手段は、
測定動作中に前記感知手段から強度値を受信する受信手段と、
強度値と相関関数を表す相関関数データとを相関させて、そのサンプル表面領域について相関データを提供することにより、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別することを可能にする相関手段とを備え、
前記相関手段は、第１インデックス及び第２インデックスのいくつかの対からそれぞれがなるいくつかのグループとして前記相関関数データを提供する相関関数提供手段を有し、かつ対応する強度値について１対の相関成分をそれぞれが記憶するメモリ領域のアレイを有する相関バッファを有し、
前記相関手段は、
表面領域の一連の強度値の第１強度値に、インデックスの前記対の第１グループのそれぞれの前記第１インデックス及び前記第２インデックスを乗算して、インデックスの前記対のそれぞれについて、第１乗算成分及び第２乗算成分の対応する対を生成し、乗算成分の各対を一連の前記メモリ領域の対応する異なる１つにおいて累積させる第１ステップを実施し、
連続する前記強度値のそれぞれについて前記第１ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、インデックスの前記対の異なるグループを使用する第２ステップを実施し、
前記一連のメモリ領域を、前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させ、次いで、前記第１ステップ及び前記第２ステップを繰り返すことによって第３ステップを実施し、
いくつかの前記強度値の少なくともそれぞれについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つをそれぞれ乗算することから得られる前記乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第３ステップを繰り返し、各繰返しにおいて、前記一連のメモリ領域を前記アレイに沿って所定の数のメモリ領域だけ移動させることによって第４ステップを実施するように構成されることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項１３５】
相関関数データの４つのグループが存在し、各グループは、第１インデックス及び第２インデックスの４つの対をそれぞれが有し、前記相関処理手段は、いくつかの前記強度値の各４番目の１つについて、前記強度値に対応するメモリ位置が、前記強度値の１６のシーケンスのそれぞれに、前記第１インデックス及び前記第２インデックスの対応する異なる１つを乗算することから得られる乗算成分の合計を表す第１相関成分及び第２相関成分を含むまで、前記第１ステップから前記第４ステップまでを実施するように構成されることを特徴とする請求項１３３又は１３４に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３６】
前記相関バッファは、循環バッファであり、相関バッファ制御手段は、前記バッファがフルのとき、前記バッファにおいて最も古いエントリを上書きするために提供されることを特徴とする請求項１３１乃至１３５のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１３７】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知するデジタルカメラを備える感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理して、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別するデータ処理手段と
を備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項１３８】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光源手段から光を供給する光ガイドと、
前記光ガイドから供給される光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理して、サンプル表面領域について前記強度値において干渉ピークの位置を識別するデータ処理手段と
を備えることを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項１３９】
サンプル表面について表面プロファイルデータを得るための表面プロファイリング装置であって、
光をサンプル経路に沿ってサンプル表面の領域に向け、かつ基準経路に沿って基準表面に向けることにより、前記サンプル表面の前記領域によって反射された光と、前記基準表面によって反射された光とが干渉する光方向付け手段と、
前記サンプル表面と前記基準表面との間の測定経路に沿って相対運動を実施させる移動手段と、
前記相対運動中にサンプル表面領域によって生成される干渉縞を表す光を感知する感知手段と、
該感知手段が、間隔をおいて光強度を感知して、前記相対運動中にサンプル表面の領域によって生成される干渉縞を表す一連の強度値を提供する間、前記移動手段に前記相対運動を実施させることによって、測定動作を実施する制御手段と、
前記強度値を処理して、サンプル表面領域について前記強度値における干渉ピークの位置を識別するデータ処理手段とを備え、光源提供手段は、ユーザが前記光路に配置される複数のフィルタの１つを選択することを可能にするように、ユーザ回転可能フィルタキャリアを有するフィルタアセンブリを含むことを特徴とする表面プロファイリング装置。
【請求項１４０】
光ガイドは、前記フィルタアセンブリのフィルタを通過して前記光方向付け手段に光を供給するために提供されることを特徴とする請求項１３９に記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１４１】
前記光方向付け手段によって向けられる広帯域光を提供する光源提供手段をさらに備えることを特徴とする請求項１３９又は１４０のいずれかに記載の表面プロファイリング装置。
【請求項１４２】
請求項１乃至５４及び１２４乃至１４０のいずれかに記載の前記データ処理手段を有することを特徴とする干渉分光データ処理装置。
【請求項１４３】
請求項５５乃至１０５のいずれかに記載の方法を実施するためのプログラム命令をプログラミング処理手段に搬送することを特徴とする信号。
【請求項１４４】
請求項５５乃至１０５のいずれかに記載の方法を実施するためのプログラム命令をプログラミング処理手段に搬送することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プロファイリング装置及び表面プロファイルデータ作成方法に関し、より詳細には、干渉分光技法を使用して表面プロファイリングデータを決定するための表面プロファイリング装置及び表面プロファイルデータ作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製造許容度が低減するにつれ、向上した水平分解能（ｌａｔｅｒａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）及び垂直分解能（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）のために光計測技術に対する要求が増大した（例えば、非特許文献１参照）。従来の単色干渉分光表面プロファイリング装置は、ナノメートルからオングストロームの範囲において良好な垂直分解能を提供するが、位相があいまいであるために、測定範囲は、２π未満の位相シフトに限定される。この測定範囲を拡大するために、位相アンラッピング（ｐｈａｓｅ  ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ）、ヘテロダイン干渉分光法、及び多波長干渉分光法などを含めて、様々な技法が提案されてきた。しかし、位相アンラッピングは、位相のあいまい誤りが生じるべきではない場合、滑らかな連続測定表面を一般に必要とする。ヘテロダイン干渉分光法は、２つの別個の周波数のビームを混合することを含み、結果として得られるうなり周波数を干渉分光測定に使用する。ヘテロダイン干渉分光法は、うなり周波数の波長に基づいて、あいまいでない範囲を有し、したがって、この範囲は、使用される２つの周波数をどの程度近づけることができるかに対する限界によって限定される。多波長干渉分光法は、異なる波長を使用して、少なくとも２つの異なる干渉分光プロファイルを生成し、再び、あいまいでない範囲は、使用される少なくとも２つの波長間における周波数の波長差によって限定される。
【０００３】
【非特許文献１】Ｂｙｒｏｎ  Ｓ．  Ｌｅｅ  ａｎｄ  Ｔｉｍｏｔｈｙ  Ｃ  Ｓｔｒａｎｄ，  ”Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｒｙ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２９，  Ｎｏ．  ２６，  １０  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９９０  ａｔ  ｐａｇｅｓ  ３７８４  ｔｏ  ３７８８
【非特許文献２】Ｐｅｔｅｒ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ  ａｎｄ  Ｌｅｓｌｉｅ  Ｄｅｃｋ，  ”Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｂｙ  Ｓｕｂ−Ｎｙｑｕｉｓｔ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｗｈｉｔｅ−Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｇｒａｍｓ”，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  １８，  Ｎｏ．  １７，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １，  １９９３  ａｔ  ｐａｇｅｓ  １４６２  ｔｏ  １４６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの問題は、数百マイクロメートルを容易に超える実際の測定範囲を提供することができる干渉走査干渉分光法又は広帯域走査干渉分光法を使用することによって、対処することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
干渉走査干渉分光法又は広帯域走査干渉分光法は、水晶ハロゲンランプなどの広帯域空間非干渉光源を有するマイケルソン干渉計などの標準的な干渉計を使用する。一般に、広帯域源は白色光源であるが、必然ではない。プロファイルが決定されるサンプル表面及び干渉計の基準ミラーの一方は、相対経路長を変化させるために、他方に対して走査経路に沿って移動され、ＣＣＤカメラなどの２次元イメージセンサが、サンプル表面及び基準ミラーが互いに相対的に移動する際に変化する結果的な干渉パターンを感知するために使用される。
【０００６】
イメージセンサの各感知素子（ｓｅｎｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）又は画素は、サンプル表面の対応する領域又は表面画素について干渉パターンの部分を感知し、サンプル表面及び基準ミラーが、互いに関して移動する際に、感知素子によって受け取られる光の量又は強度は、干渉縞の変化に従って変化する。サンプル表面の領域から受け取られる光強度は、基準ミラー及び感知表面からの光路間の経路長差に応じて、振幅が増大又は減少し、経路差がゼロの位置において、干渉ピーク又は極値（最大振幅又は最小振幅）を有する。表面の異なる領域が異なる相対高さを有する場合、それらの異なる領域は、走査経路に沿って異なる位置において干渉ピークを有する。したがって、干渉ピークの相対位置を使用して、表面プロファイルデータ、すなわち、サンプル表面の様々な領域の相対高さを表すデータを提供することができる。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、干渉分光技法を使用して表面プロファイリングデータを決定するための表面プロファイリング装置及び表面プロファイルデータ作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、広帯域走査干渉計及びデータプロセッサを有する表面プロファイリング装置を提供する。この表面プロファイリング装置は、その領域の干渉縞を表す信号のセットの少なくともいくつかに、その信号が受信される際に相関関数を乗算して、その領域について１セットの相関信号を生成し、次いで、その領域の相関信号のセットにおける最高ピークで、その領域の干渉縞の干渉ピークを識別することによって、サンプル表面の領域について生成される干渉縞の干渉ピークを実行中に特定する。
【０００９】
また、本発明は、広帯域走査干渉計及びデータプロセッサを有する表面プロファイリング装置を提供する。この表面プロファイリング装置は、干渉縞を表す信号が受信される際に、干渉ピークを含む可能性が高い信号のサブセットを実行中に決定し、その後、相関関数をサブセットの信号に適用して、１セットの相関信号を生成し、相関信号を使用して、干渉ピークを識別することによって、サンプル表面の領域について生成された干渉縞の干渉ピークを特定する。
【００１０】
相関関数は、共に振幅及び位相の変化を有する２つの基準波パケットを備える。基準波パケットは、余弦波及び正弦波によって変調されるガウス包絡線として表される。
【００１１】
また、２つの基準波パケットは、対のアレイとして記憶される。
【００１２】
相関信号のセットにおけるピークの位置は、その表面領域の表面高さと設定される。ピークは、ガウス関数を相関信号のセットに当てはめることによって見つけることが可能である。
【００１３】
上述したように、１セットの相関信号におけるピークの位置は、その領域の表面高さと設定される。他の実施形態では、又は追加として、相関信号の位相データすなわち相関位相を使用して、ゼロ相関位相などの所定の相関位相の位置を決定し、次いで、これを使用して、高さのデータを決定する。
【００１４】
他の実施態様では、本発明は、広帯域走査干渉計を有する表面プロファイリング装置を提供する。広帯域走査干渉計は、サンプル表面と干渉計の基準との間で相対運動を実施させる移動手段から得られる位置データに従って干渉計の感知手段をトリガすることを制御する制御手段を有し、それにより、干渉パターンは、位置データに従って決定される間隔において感知される。この場合、移動手段は、連続運動を実施する。代替として、段階運動を実施することが可能である。
【００１５】
他の実施態様では、本発明は、広帯域走査干渉計を有する表面プロファイリング装置を提供する。広帯域走査干渉計は、対象となるサンプル表面の領域より大きい領域から光を受け取るように構成される感知画素の２Ｄアレイを備える感知手段と、２つ以上の隣接画素によって感知される信号を組み合わせることと、使用される感知画素のサブセットのみを選択することとの少なくとも一方を実施することによって信号を処理するための制御手段とを有する。これにより、像を拡大又は縮小するために、ズームレンズを必要とせずに、又は余分なレンズを提供せずに、最大視野から最小水平分解能までの範囲を網羅することが可能になる。
【００１６】
他の実施形態では、本発明は、広帯域走査干渉計及びデータ提供手段を有する表面プロファイリング装置を提供する。この表面プロファイリング装置は、サンプル表面の１つの領域について得られる高さ及び勾配のデータを、サンプル表面の他の領域について得られる高さ及び勾配のデータに関係付ける。これにより、サンプル表面の様々な領域に対する表面プロファイル測定から得られる表面プロファイルデータを組み合わせることによって、干渉計の感知手段によって撮像することができる領域より大きなサンプル表面にわたって、表面プロファイルデータを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施態様について説明する。  
広帯域走査分光技法又は干渉走査干渉分光技法を使用して表面プロファイル又は表面トポグラフィを決定する基本的な原理について、図１及び図２を参照してまず説明する。
【００１８】
図１は、干渉走査干渉計又は広帯域走査干渉計を使用する表面プロファイリング装置の概略的なブロック図で、広帯域又は干渉走査干渉計システム２及びデータ処理及び制御装置３を有する表面プロファイリング装置１の簡略化した概略的ブロック図である。
【００１９】
広帯域走査干渉計システム２は、従来の干渉計に基づくが、上述したように、広帯域走査干渉計システム２は、単色空間干渉光源を有する代わりに、広帯域源４を有する。広帯域源４は、ユーザ回転可能ノブの形態で提供される光強度出力ユーザ制御４００を有する調整ＤＣ電源に結合された水晶ハロゲンランプなどの白色源などとすることが可能である。
【００２０】
広帯域源４は、広帯域光Ｌを提供し、この光Ｌは、ビームスプリッタ（図１では、単一ビーム分割プリズムとして示される）５によって、基準ミラー６に向かって基準経路ＲＰに沿って向けられる第１光ビームと、サンプル支持ステージ９の上に取り付けられたサンプル８の表面７に向かってサンプル経路ＳＰに沿って向けられる第２光ビームとに分割される。基準ミラー６から反射された光は、基準経路ＲＰに沿ってビームスプリッタ５に戻り、そこで、サンプル経路ＳＰに沿って戻るサンプル表面７から反射された光と干渉する。集束要素１０ａが、干渉領域の像を検出器１０の上に集束させるために提供される。
【００２１】
通常、干渉計は、例えば、ミラウ（Ｍｉｒａｕ）、マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）、又はリンニク（Ｌｉｎｎｉｋ）の構成を有する。
【００２２】
この実施形態では、検出器１０は、図１において非常に概略的に示すように、イメージ感知素子ＳＥの２Ｄ（２次元）アレイＳＡを有する。アレイは、検出器１０の視野内に入るサンプル表面７の領域を撮像する。検出器１０の２Ｄ感知アレイ各個々の感知素子は、その要素の許容円錐内に入り、かつサンプル表面７の領域の対応する表面領域又は画素から得られる干渉パターンの部分を検出する。その結果、実質的に、表面の撮像領域を、表面領域又は画素の２Ｄアレイと見なすことができる。この例では、検出器１０は、ＣＣＤ（電荷結合素子）デジタルカメラであり、例えば、Ｖｏｓｓｋｕｈｌｅｒ  ＧｍｂＨ：ＣＣＤ１３００ＣＣＤデジタルカメラである。
【００２３】
動き制御装置（ｍｏｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１１が提供され、基準ミラー６から反射された光と、サンプル表面７から反射された光とによって進行される経路長の差を変化させるように、サンプル表面７と基準ミラー６との間の相対運動を実施させる。図１に示すように、動き制御装置１１は、基準ミラー６を基準経路ＲＰに沿って移動させるように構成される。これは、サンプル表面７を走査経路に沿って、図１に示すＺ方向に移動させることと等価である。
【００２４】
検出器１０は、基準ミラー６が移動する際に、間隔をおいて光強度（すなわち、干渉パターン）を捕獲又は感知するように構成される。この例では、検出器は、基準ミラー６の７５ｎｍの移動に対応する間隔で、光強度を捕獲又は感知する。検出器１０の視野の強度パターンを表す２Ｄイメージ又はフレームデータが、各間隔において、検出器１０によって得られる。
【００２５】
２Ｄ感知アレイの１つの感知素子によって感知される照明の強度（すなわち、その感知素子上に撮像されるサンプル表面７の対応する領域又は表面画素から反射された光によって提供される干渉パターンの部分）は、経路長差が基準ミラー６の移動と共に変化する際に変化し、ゼロ経路長差に対応する走査経路に沿った位置に干渉ピークを有する一連の縞となる。図２は、基準ミラー６とサンプル表面７との相対位置が変化する際に、検出器１０の２Ｄ感知アレイの感知素子によって感知される光強度の変化（及びしたがって、干渉縞領域）を示す、位置Ｚに対する光強度のグラフを示す。強度分布の包絡線は、広帯域源の空間周波数のスペクトル分布のフーリエ変換である。
【００２６】
表面計測学の分野では周知であるように、表面７は、通常、平坦とすることが可能であるが、表面は、表面の異なる領域又は表面画素が異なる高さを有するように、ある表面形態及び表面の粗さを有することが可能である。干渉ピークが生じる走査経路に沿った位置又は点は、異なる高さの表面画素について異なることになる。したがって、動き制御装置１１が走査経路に沿って実質的に移動し、かつ像が検出器１０によって間隔をおいて捕獲される測定動作を実施し、次いで、結果を分析して、検出器１０によって撮像された各表面領域又は画素について干渉ピークを決定することによって、検出器１０によって撮像された表面の領域の表面プロファイル又は表面トポグラフィを決定することができる。一般に、分析に十分なデータを提供するために、走査経路は、実際の測定経路を超えて延びる。すなわち、走査経路は、実際の測定経路のデータの分析に使用するためにデータが得られるランアップ領域及びランダウン領域を含む。
【００２７】
データ処理及び制御装置３は、干渉計システム２の動作を制御する制御装置３０と、制御装置３０の制御下において干渉計システム２から受信するデータを処理するデータプロセッサ３２と、ユーザ又はオペレータが制御装置（及び表面プロファイリング装置）の動作を制御するのを可能にし、かつユーザ又はオペレータに、測定動作中に得られるデータをデータプロセッサ３２によって処理した結果を表すデータ出力を提供することを可能にし、また、エラーメッセージなどのメッセージをユーザに伝達することを可能にするユーザ入力３１及びユーザ出力３６を備えるユーザインターフェースを有する。図１に示す例では、ユーザ入力３１は、キーボード３１ａ及びマウスなどのポインティングデバイス３１ｂを備え、一方、出力デバイス３６は、ディスプレイ３６ａを備える。
【００２８】
データプロセッサ３２は、検出器１０によって提供されるデータを処理して、検出器１０によって撮像された表面領域の各表面画素について、干渉ピーク、又は干渉ピークに対して所定の関係を有する位置（例えば、実際のピークから干渉ピーク曲線を半分下降した位置）が生じる走査経路に沿った点を決定することによって、検出器１０によって撮像される表面の表面プロファイル又は表面トポグラフィを決定するように構成される。
【００２９】
干渉計がミラウ構成を有する表面プロファイリング装置の一例について、図３から図７ｂを参照してここで詳述する。図３は、表面プロファイリング装置の全体的な機能ブロック図を示し、図４は、装置の簡略的な側面図を示し、図５は、データ処理及び制御装置３を提供するのに適した計算装置のブロック図を示し、図６は、広帯域走査干渉計システム２の一部のより詳細な図を示し、図７ａ及び図７ｂは、干渉計システム２において使用するのに適した広帯域光源の例を示す図である。
【００３０】
まず、図３を参照すると、広帯域走査干渉計システム２の干渉計１が、水晶ハロゲンランプを通常備える広帯域源４を有する。広帯域源４は、ビームスプリッタ１２を介して広帯域光Ｌを対物レンズアセンブリ１３に向ける。対物レンズアセンブリ１３は、対物レンズ１４の他に、ビームスプリッタ５及び基準ミラー６を含む。ビームスプリッタ５は、ビームスプリッタ１２によって提供される光ビームを、基準経路ＲＰに沿って向けられる第１基準ビームと、サンプル経路ＳＰに沿って、干渉計１からサンプル支持ステージ９の上に取り付けられたサンプル８の表面７に向けられる第２サンプルビームとに分割する。
【００３１】
対物レンズアセンブリ１３及び基準ミラー６は、制御装置３０のサーボ／駆動回路１５ｅの制御下において、この例では圧電ムーバであるＺ方向ムーバ１５によってＺ方向に可動である。サンプル支持ステージ９は、サンプル表面７の様々な領域が検出器１０の視野内に入ることが可能になるように、Ｘムーバ１６及びＹムーバ１７によって、それぞれＸ方向及びＹ方向に可動である。
【００３２】
図６は、干渉計システムの部分図を示し、広帯域走査干渉計１の１つの構成をより詳細に示す図である。この例では、広帯域源４は、光ファイバケーブル４ｂに光学結合された水晶ハロゲンプロジェクタバルブ４ａ（関連する反射器４’ａを有する）を備える。光ファイバケーブル４ｂからは、光が、出現光ビームＬを提供するように、拡散装置（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）４ｃ、変更可能フィルタ４ｄ、開口絞り４ｅ、レンズ４ｆ、視野絞り４ｇ、及び視準レンズ４ｈを介して送達される。
【００３３】
フィルタ４ｄは、ヘリウムネオンレーザ線波長を有する光を通過させるように設計されたヘリウムネオンレーザ線フィルタなど、広帯域源４によって放出される光の波長範囲を制約するように設計されたニュートラルデンシティフィルタ（ｎｅｕｔｒａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｆｉｌｔｅｒ）又は帯域通過フィルタとすることが可能である。
【００３４】
通常、光ファイバケーブル４ｂは、数フィートの長さであり、この場合は約４フィート（約１２００ｍｍ）である。これにより、必要に応じてバルブを変更し、かつより重要には、バルブ４ａによって提供される熱源を干渉計の残りから離して維持することを容易にするために、プロジェクタバルブ４ａを別のハウジング４’に配置することが可能になる。
【００３５】
広帯域光源から放出される光ビームＬは、ビームスプリッタ１２に供給される。ビームスプリッタ１２は、この場合、入射光ビームに対して４５°に構成されるミラー１２ａと、ビーム分割プリズム１２ｂとからなり、光は、ビーム分割プリズム１２ｂを経て対物レンズアセンブリ１３に向けられる。ミラー１２ａは、直角プリズムによって置き換えることが可能である。ビームスプリッタ１２ｂに戻る光は、ビームスプリッタによって検出器に向けて反射され、レンズ１０ａによって検出器１０の上に集束される。
【００３６】
対物レンズアセンブリ１３は、対物支持体３８の上に取り付けられ、対物支持体３８は、平行リガメント３９及び４０によってＺムーバハウジング１５’に結合され、Ｚムーバハウジング１５’は、干渉計ハウジング２ａに取り付けられる。この場合、Ｚムーバは、連結１５ｃ及び支持体１５ｄを介して平行リガメント３９の１つに結合された圧電要素（ＰＩＥＺＯ）１５ｂを備え、それにより、電圧がサーボ／駆動回路１５ｅによって圧電要素に印加されるとき、圧電要素が形状を変化させ、それにより、リガメント１５ｃ及び支持体１５ｄが、リガメント３９を上又は下に押し、それにより、対物レンズアセンブリ１３（及び基準ミラー６）が、圧電要素１５ｂに印加される電圧によって決定される運動の程度、走査経路に沿って移動する。
【００３７】
図３，図４及び図６に概略的に示すように、広帯域走査干渉計システム２の干渉計１の構成要素の大部分１’（光ファイバケーブル４ｂより前、及びそれを含む光源の構成要素とは別に）は、キャリッジ１８を介してＺ軸データ列１９に取り付けられたハウジング２ａ内において取り付けられる。光ファイバケーブル４ｂより前及びそれを含む光源の構成要素が、ハウジング２ａの外部にあるということを、ハウジング２ａから突出する広帯域源を示すことによって図３に示す。キャリッジ１８は、手動動作制御の形態で、ボールねじ駆動機構又は親ねじ駆動機構などの駆動機構（図示せず）を介して粗Ｚ位置決め装置２０に結合され、又はこの例では、ＤＣモータに結合される。ＤＣモータは、干渉計が異なる走査開始位置に移動することが可能になるように、キャリッジ１８及び干渉計Ｉが、Ｚ方向において列１９を上下に移動することを可能にする。
【００３８】
光ファイバケーブル４ｂに続く広帯域源の構成要素は、キャリッジ１８を介してｚ軸データ列１９に取り付けられたハウジング２ａ内において提供される。光ファイバケーブル４ｂにより、広帯域源の構成要素の残りを、別の光源アセンブリ４’において提供することが可能になる。光源アセンブリ４’は、図４に示すように、熱生成光バルブ４ｂが干渉器から離れているように、装置の残りに隣接する作業表面ＷＳの上に取り付けることができる。
【００３９】
図４に示すように、支持体１０２が、Ｘムーバ（ｍｏｖｅｒ）１６及びＹムーバ１７を収容し、かつサンプル支持ステージ９を支持する。Ｘムーバ１６及びＹムーバ１７は、この例では、ラックアンドピニオン駆動機構又はボールねじ駆動機構（図示せず）などの適切な従来の駆動機構によってサンプル支持ステージ９に結合されたＤＣモータを備える。
【００４０】
図３及び図４に示すように、Ｚムーバ、Ｘムーバ、及びＹムーバのそれぞれは、対応する位置センサ１５ａ、１６ａ、及び１７ａに関連付けられ、一方、粗Ｚ位置決め装置２０は、粗Ｚ位置決め位置センサ２０ａに関連付けることが可能である。制御装置３０は、干渉計システム２の動作全体を制御し、かつユーザ入力３１、データプロセッサ３２、ユーザ出力３１、及び制御装置３０の他の部分と連絡する制御装置２１を有する。制御装置３０は、この例では、サーボ駆動回路１５ｅと、対応する位置センサ１５ａ、１６ａの出力をそれぞれが受け取るｘロガー（ｌｏｇｇｅｒ）２２、ｙロガー２３、及びｚロガー２４と、必要な間隔で像を捕獲するように、Ｚ位置センサ１５ａの出力に応答して検出器１０の動作をトリガするためのトリガ生成装置６０とからなる。制御装置２１は、提供されれば、粗Ｚ位置決め位置センサ２０ａからの出力をも受け取る。制御装置２１は、対物レンズアセンブリ１３の動きがわずかに弓状の性質であることによるＺ位置のあらゆる誤差を補償するために、既知の方式でプログラムすることが可能である。
【００４１】
ムーバがモータであるＸムーバ１６又はＹムーバ１７の場合、対応する位置センサは、線形格子エンコーダとすることが可能である。図３の支持体ステージ９とＸ位置センサ１６ａ及びＹ位置センサ１７ａとの間の破線は、位置センサが、支持体ステージ９の運動を、対応するモータから導出される信号によってではなく、直接感知することが可能であることを示す。Ｚムーバ１５が圧電ムーバである場合、位置センサ１５ａは、例えば、格子システムなどの干渉分光システム、又は干渉計のハウジング２ａに対する対物レンズアセンブリ１３の運動を表す信号を提供するＬＶＤＴとすることが可能である。例えば、対物レンズアセンブリ１３のハウジングは、回折格子を所有することが可能であり、また、縞検出干渉分光システムをハウジング２ａ内において取り付けることが可能であり、これにより、対物レンズアセンブリ１３がハウジング２ａに対して移動する際に、縞のカウントがＺロガー２４に提供される。他の可能性として、容量センサを使用することが可能である。他の可能性として、マイケルソン干渉計（コーナキューブがハウジング１３に取り付けられている）を使用することが可能である。
【００４２】
この実施形態では、ビームスプリッタ５は、光のより小さい割合が透過ではなく反射されるように、５０％未満の反射率を有するように（必要な帯域幅及び予測される入射角度にわたって）設計された、具体的にはハーピン（Ｈｅｒｐｉｎ）フィルタである薄膜ビームスプリッタ、又はニュートラルデンシティ部分反射金属フィルタとすることが可能である。これは、表面の粗さ又はフレネル反射のために、サンプル表面７の反射率が、一般に基準ミラー６の反射率より小さいということを補償するのに役立つはずである。約２０％の反射率を有するそのような部分反射フィルタは、約１％から１００％の範囲の反射率を有する表面の信号対雑音について、良好な補償を提供するはずであり、これにより、例えば、ガラス及び金属の両方の表面トポグラフィを調査することが可能になる。
【００４３】
図６ａは、干渉計システムの部分図を示し、広帯域走査干渉計Ｉの他の構成をより詳細に示す図である。これは、以下の点で図６に示したものとは異なる：プロジェクタバルブ４ａが、ユーザ制御４００の動作に応答してプロジェクタバルブ４ａの光強度出力を制御する強度制御装置４００ａに結合される；プロジェクタバルブ４ａが、光ファイバケーブル４ｂに光学的に結合され、光ファイバケーブル４ｂから、光が、非球面レンズ４ｆ１と、「ホットミラー」４ｉ（すなわち、再び光源に向けて、及び干渉計の残りの構成要素から遠ざかるように、赤外線放射を反射するように設計された薄膜誘電体フィルタ）と、図６ｂ及び図６ｃを参照して以下でより詳細に説明されるように、広帯域源によって放出される光の波長範囲を制約するように設計されたニュートラルデンシティフィルタならびに１つ又は複数の帯域通過フィルタを含む１セットの交換可能フィルタを備えるフィルタアセンブリ４ｄと、他の非球面レンズ４ｆとを介して透過される。
【００４４】
光ファイバケーブル４ｂから出現する光ビームＬは、拡散装置４ｃ及び他の非球面レンズ４ｈを介して、この場合はビーム分割プリズム１２ｂからなるビームスプリッタ１２に供給される。
【００４５】
非球面レンズ４ｆ１、４ｆ２、及び４ｈは、図６ａに示す例では、視野を改善するために使用される。しかし、これが問題ではない場合、レンズは、非球面である必要はない。
【００４６】
図６ａに示す例では、ビーム分割プリズム１２ｂは、光を対物レンズアセンブリ１３に向けて反射する。ビーム分割プリズム１２ｂに戻る光は、ビーム分割プリズム１２ｂを経て検出器１０に向けられ、レンズ１０ａによって検出器１０の上に集束される。
【００４７】
図６ｂ及び図６ｃは、光源アセンブリ４’の一例を示す概略的な透視図である。光源アセンブリ４’は、光バルブ４ａ、関連する反射器４’ａ、及び光源強度レベル制御ノブ４００のユーザによる動作に従って光バルブ４ａの出力の光強度を制御するための駆動回路（図示せず）を包含するハウジング４０１を有する。
【００４８】
支持体プレート４０３が、光源ハウジング４０１の出口開口に取り付けられる。支持体プレート４０３は、取付けカラー４０３ａを有し、この取付けカラー４０３ａは、非球面レンズ４ｆ１が内部において取り付けられるレンズ取付け４０４の環状結合部分４０４ａを受ける。
【００４９】
フィルタアセンブリ４ｄは、バックプレート４０５のフィルタウィンドウ又は開口４０７が光源４ａの光学軸と同軸状であるように、結合ねじ４０６によってレンズ取付け４０４の前フランジ４０４ｂに固定されたバックプレート４０５を有する。ホットミラー４ｉは、バックプレート４０５の背面にある座ぐりボア（ｃｏｕｎｔｅｒｓｕｎｋ  ｂｏｒｅ）（図では不可視）において取り付けられる。
【００５０】
バックプレート４０５の前面４０５ａから軸方向に突出するボス４０８が、フィルタキャリアディスク又はカルーセル（carousel）４１０の軸方向開口４１１を経て延びる。
【００５１】
フィルタキャリアディスク４１０は、この例では、軸方向開口４１１の回りに等角度で間隔をおいて配置された４つのフィルタ４１０ａを担持する円筒突出部４１０ｂを有し、それにより、各フィルタ４１０ａをフィルタ開口又はウィンドウ４０７と位置合わせすることができる。この例では、４つのフィルタは、ニュートラルデンシティフィルタ、４０ナノメートル帯域通過フィルタ、１０ナノメートル帯域通過フィルタ、及び１ナノメートル帯域通過フィルタを備える。この例では、フィルタは、ＨｅＮｅ（ヘリウムネオン）フィルタであり、すなわち、通過帯域の中心波長は、６３３ｎｍ（ナノメートル）である。以下で説明されるように、干渉計システム２の集束を容易にするために、後者の極度に狭い波長範囲のフィルタが提供される。
【００５２】
フィルタアセンブリの前プレート４１３が、レンズ４ｆ２を光学軸の上に取り付けるためのレンズ取付け（図示せず）を所有する。環状軸受４１２が、突出部４１０ｂの円筒表面及び前プレートの円筒ボア（図６ｃでは不可視）の上に固定される（例えば、糊付けされる）。フィルタアセンブリの前プレート４１３は、ボス４０８を経て前プレート４１３の中へ通過するねじ４０９によって、後プレートに固定され、環状軸受４１２により、フィルタキャリアディスク又はカルーセル４１０が、前プレート及び後プレートに対して回転することが可能になる。
【００５３】
図６ｃでは見ることはできないが、フィルタキャリアディスク４１０の背面は、１つが各フィルタと径方向に位置合わせされた４つのｖ溝又はノッチを所有する。ナット４３１によって適所に保持されるスプリング偏向プランジャ４３０が、ｖ溝又はノッチと位置合わせされたときに、偏向されてｖ溝又はノッチと係合するように、後プレートにおいて開口４３１を経て延びる。したがって、フィルタキャリッジディスク又はカルーセル４１０は、ｖ溝及びスプリング偏向プランジャ４３０によって確定される４つの指標付き位置を有する。したがって、フィルタキャリアディスク又はカルーセル４１０は、フィルタアセンブリ４ｄの後プレート及び前プレートに対して手動で回転させて、フィルタのそれぞれが、開口４０７と位置合わせされるようにすることができる。
【００５４】
フィルタがフィルタウィンドウ又は開口４０７と位置決めされるように、ユーザがフィルタキャリアディスク４１０を回転させるのを補助するために、フィルタキャリアディスク４１０の周囲リング４１４が、間にランド部分４１７（この例では１２）を形成する等角度で間隔をおいて位置する切断部分４１６を有し、各３番目のランド部分４１７ａは、ユーザが、触るによって、フィルタと合致するランド部分を決定することができるように、対応するフィルタ４１０ａと径方向に位置合わせされ、かつリッジ又は溝とされる。
【００５５】
様々なフィルタ４１０ａと径方向に隣接するランド４１７ａは、個々に区別可能とすることが可能である。例えば、異なるランドは、ユーザが、触ることによって異なるランドを識別することができ、かつフィルタアセンブリを見ることを必要とせずに、特定のフィルタを選択することができるように、異なる数のリブ又は溝を有することが可能である。他の可能性又は追加として、異なるランドは、視覚的に区別可能とすることが可能である。すなわち、異なるランドは、異なる色を有する。
【００５６】
フィルタアセンブリの前プレート４１３の前面が、光ファイバ４ｂと対応するアレンねじ４３２との結合部分４２０を受けるための結合開口と、光ファイバケーブル結合部分４２０の端部４２０ａを確実に適所に保持するための開口とを有する結合部材４１９を所有する。図６ｂに示すように、フィルタアセンブリは、ユーザが、どのフィルタがフィルタ開口又はウィンドウと現在位置合わせされているかを視覚的に決定することを可能にするように、１つ又は複数の表示を所持することが可能である（単一の矢印４２１が、図６ｂ及び図６ｃに示されている）。
【００５７】
上述した光源アセンブリ４’及び具体的にはフィルタアセンブリ４ｄにより、ユーザが、１つのフィルタから他のフィルタに迅速かつ容易に変更することが可能になり、それにより、例えば、ユーザが干渉計システムのいずれかの内部構成要素にアクセスすることを必要とせずに、ニュートラルデンシティフィルタを通常の干渉又は広帯域走査干渉分光法に使用することができ、一方、４０ナノメートル帯域通過フィルタ及び１０ナノメートル帯域通過フィルタをサブナイキスト走査に使用することができ、かつ非常に狭い帯域幅の１ナノメートルフィルタを、以下で説明するように使用することができる。さらに、フィルタアセンブリ４ｄの周囲表面により、ユーザが、フィルタアセンブリを見ることを必要とせずに、フィルタウィンドウ又は開口４０７の前において必要なフィルタを迅速に特定することが可能になり、それにより、ユーザは、フィルタアセンブリ４ｄを調節しながら、自分に表示されている像に集中することができる。
【００５８】
制御装置３０は、パーソナルコンピュータなどの計算装置をプログラムすることによって実施することが可能である。図５は、そのような計算装置の簡略化されたブロック図である。図５に示したように、計算装置は、メモリ２６（ＲＯＭ及び／又はＲＡＭ）、ハードディスクドライブなどの大容量デバイス２７、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤなどなどの取外し可能媒体（ＲＭ）２９を受けるための取外し可能媒体ドライブ（ＲＭＤ）２８、制御装置によって制御される広帯域走査干渉計システムの構成要素とインターフェースして、プロセッサ２５がこれらの構成要素の動作を制御するのを可能にする入力ならびに出力（Ｉ／Ｏ）制御装置３７（例えば、Ｚムーバ、Ｘムーバ、ならびにＹムーバ１５から１７、粗Ｚ位置決め装置２０、及び検出器１０）、この例ではキーボード３１ａ及びポインティングデバイス３１ｂからなるユーザ入力３１、この例ではＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤディスプレイなどのディスプレイ３６ａ及びプリンタ３６ｂからなるユーザ出力３６に関連付けられたプロセッサ２５を有する。計算装置は、計算装置が、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、イントラネット、又はインターネットなどのネットワーク上で他のネットワーク装置と通信することを可能にするモデム又はネットワークなどの通信インターフェース（ＣＯＭＭＳ  ＩＮＴ）１９９を含むことも可能である。この例では、データ受信器３３は、計算装置内に装備された専用フレーム捕獲回路板２３０として提供される。
【００５９】
プロセッサ２５は、以下の方式のいずれか１つ又は複数によって、図３に示した制御装置３０を提供するようにプログラムすることが可能である。
【００６０】
１．プログラム命令及びあらゆる関連データを、メモリ２６の不揮発性部分また大容量記憶デバイス２７に事前インストールすることによる。
【００６１】
２．プログラム命令及びあらゆる関連データを、取外し可能媒体ドライブ２８内において受け取られた取外し可能媒体２９からダウンロードすることによる。
【００６２】
３．プログラム命令及びあらゆる関連データを、通信インターフェース１９９を介して他の計算装置から供給された信号ＳＧとしてダウンロードすることによる。
【００６３】
計算装置は、制御装置３０を提供するようにプログラム命令によってプログラムされたとき、測定動作をユーザによって受け取られた命令に従って制御することを可能にし、検出器１０によって供給された結果的なフレームデータを分析して、検出器１０の２Ｄアレイの上に撮像される表面領域の表面プロファイル又は表面トポグラフィを決定することを可能にする。
【００６４】
図７は、データプロセッサ３２の一実施形態の機能ブロック図である。
【００６５】
図７に示すように、データ受信器３３は、フレーム捕獲装置３３ａ及びフレームバッファ３３ｂを備え、両方とも、専用フレーム捕獲回路板２３０（図５）によって提供される。フレームバッファ３３ｂは、検出器１０から受信されたデータのフレームを記憶し、この例では、相関決定装置３４によって処理されるすべてのフレームについてフレームデータを記憶するのに十分な容量を有する。
【００６６】
この例では、データプロセッサは、イメージデータのフレームの様々な画素に関する処理動作を並行して実施する同時処理セクション３４ａと、画素データのフレームの様々な画素に関する処理動作を順次実施する事後処理セクション３４ｂとを有する。図７の太い矢印は、並行処理を表し、一方、単一線幅の矢印は、順次処理を表す。
【００６７】
同時処理セクション３４ａは、相関決定装置の一部、具体的には弁別器４２及びピークファインダ４３を含む。これらは、データの入りフレームが検出器１０によって供給される際に、データの入りフレームを監視又は検査して、並行する各表面画素について、その表面画素の強度データのどの部分が干渉ピークを含む可能性が高いかを特定する。ピークファインダ４３は、各表面画素について、見込みのある干渉ピークデータ領域を識別するデータを記憶する。
【００６８】
事後処理セクションは、相関決定装置の残りの部分、すなわち、相関プロセッサ４５ならびに相関バッファ４６を有する相関器４４、及びトポグラフィ決定装置３５を備える。
【００６９】
相関器４４は、測定動作についてすべてのデータのフレームが受信された後、表面画素について見込みのある干渉ピーク領域を含むとしてピークファインダ４３によってフラグが立てられた強度データにアクセスし、そのデータに対して以下で説明される相関手続きを実施して、その表面画素について相関ピークの位置を決定し、次いで、検出器１０によって撮像された表面領域の残りの表面画素のそれぞれについて、プロセスを繰り返すように構成される。
【００７０】
各表面画素の相関手続きの結果は、表面トポグラフィ又はプロファイル決定装置３５に供給される。この決定装置３５は、相関器４４によって得られた結果を使用して、表面プロファイル又は表面トポグラフィを決定し、表面トポグラフィ又は表面プロファイルデータをユーザ出力３１に出力する。
【００７１】
図３及び図７を参照して上述したデータプロッサ３２を有する表面プロファイリング装置の動作について、表面プロファイリング装置が、既知の形態及び／又は粗さの表面に関して測定を実施することによって較正されていることを想定して、ここで説明する。
【００７２】
一般に、オペレータは、広帯域走査干渉計システム２が、ユーザが選択した走査経路長及び検出器１０によって像を獲得する間の走査ステップ又は走査間隔で測定動作を実施するように、制御装置２１に命令する。測定動作が開始されるとき、制御装置２１は、事前プログラムルーチンによって決定されたように、対物レンズアセンブリ１３（及びしたがって基準ミラー６）が指定速度で走査経路に沿って移動を開始するようにＺムーバ１５に命令し、検出器１０は、トリガ生成装置６０によってトリガされるとき、所定の間隔で干渉パターンを感知して、結果的な像データをデータ受信器３３に供給し、それにより、干渉パターンの像又はフレームが、走査経路に沿って必要な間隔又は走査ステップにおいて、フレーム捕獲装置３３ａによって捕獲され、Ｚ位置センサ１５ａの出力に従ってＺロガー２４によって記録された信号から制御装置２１によって決定された対応する走査ステップ又は間隔を識別するデータと関連して、フレームバッファ３３ｂに記憶される。
【００７３】
図７に示すデータプロセッサ３２の動作について、図８から図１６を参照して、ここでより詳細に説明する。
【００７４】
図８は、データ受信器３３によって供給されたデータの連続フレームの概略的な表示を示す図である。各フレームは、画素の行列からなり、各画素は、測定されている表面の特定の異なる表面画素に対応する。図面の説明を容易にし、かつ簡略化するために、画素Ｐ１からＰ９の３×３行列が示されている。しかし、実際には、画素の数は、かなりより多いことが理解されるであろう。通常、検出器１０は、対象領域（すなわち、データプロセッサによって処理されるサンプル表面の領域）が２５６×２５６感知素子アレイ、５１２×５１２、又は１０２４×１０２４感知素子アレイからなることを可能にする感知素子のアレイを有する。
【００７５】
ｉ番目のフレームにおけるｋ番目の画素の強度データは、図８では、ＩｉＰｋと表示され、したがって、示すように、フレーム１の画素Ｐ１の強度値は、Ｉ１Ｐ１であり、一方、Ｎ番目のフレームの画素Ｐ１の強度値は、ＩＮＰ１である。
【００７６】
図９は、弁別器４２の動作を示すフローチャートを示す図である。
【００７７】
ステップＳ１によって示すように、弁別器４２は、データのフレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３などが受信される際に検出器１０によって撮像されるすべての表面画素（図８ではＰ１からＰ９）の強度値データに対する処理動作を並行して実施する。処理速度を増大させるために、弁別器は、各Ｎ番目のフレームのみを、それが受信される際に調査することが可能である。この間隔は、フレーム間隔（すなわち、像の捕獲間隔）及び平均波長に依存し、この図では２であり、したがって、弁別器４２は、各２番目のフレーム、すなわち、第１、第３、第５などのフレームが受信される際に、それを調査する。
【００７８】
弁別器によって実施される手続きについて、単一表面画素について説明する。同じ手続きが、他の表面画素について並行して実施される。
【００７９】
弁別器は、各Ｎ番目のフレームの強度値を読み取り（ステップＳ２）、弁別値Ｄｎを決定するために、弁別器は、ステップＳ３において、最近読み取られた強度値及び４つの以前に最近読み取られた強度値からなる１セットの強度値Ｉｎ−４、Ｉｎ−２、Ｉｎ、Ｉｎ＋２、Ｉｎ＋４の平均を決定する。次いでステップＳ４において、弁別器は、強度値のセットの偏差の２乗の和を以下のように計算し、
Ｄｎ＝（Ｉｎ−４−Ｍｎ）２＋（Ｉｎ−２−Ｍｎ）２＋（Ｉｎ−Ｍｎ）２＋（Ｉｎ＋２−Ｍｎ）２＋（ＩＮ＋４−Ｍｎ）２    ・・・（１）
これを弁別値Ｄｎとしてピークファインダに渡す。次いで、ステップＳ５において、弁別器は、この弁別値を弁別値の和に加え、それにより、弁別値を累積させる。次いでステップＳ５ａにおいて、弁別器は、最後のフレームが処理されたかを検査する。そうでない場合、各２番目の他の強度値についてステップＳ２からＳ５を繰り返し、それにより、平均が決定される強度値の次のセットは、強度値Ｉｎ−２、Ｉｎ、Ｉｎ＋２、Ｉｎ＋４、Ｉｎ＋６であり、それらの強度値の偏差の２乗の和は、ピークファインに渡される弁別値Ｄｎ＋２を提供する。これは、画素についてすべての強度値が処理されるまで繰り返される。
【００８０】
ここで、ピークファインダの動作について、図１０ａから図１０ｄを参照して説明する。
【００８１】
ピークファインダは、いくつかの異なる状態を有し、現行状態及び異なる状態間の切替えは、弁別値の変更によって決定される。
【００８２】
この例では、ピークファインダ４３は、第１弁別値について存在する初期状態（ｉｎｉｔｉａｌ  ｓｔａｔｅ）、弁別値が閾値より小さいときに存在する低状態、弁別値が閾値より大きいときに存在する発見状態、及び光のレベルが高過ぎて弁別値が範囲外にある、すなわち最高に可能な最大値より大きい場合に存在する飽和状態、及び弁別値が初期値の後で減少する場合に存在する随意選択早期状態（ｏｐｔｉｏｎａｌ  ｅａｒｌｙ  ｓｔａｔｅ）を有する。ピークファインダは、受信弁別値が閾値より小さい場合、初期状態から低状態に移動し、弁別値が閾値より大きい場合、初期状態から早期状態に移動し、弁別値が閾値より大きく増大する場合、低状態から発見状態に移動し、弁別値が閾値より小さくなる場合、早期状態から低状態に移動するように構成される。
【００８３】
図１０ａは、ピークファインダ４３によって実施されるステップを示す最高レベルフローチャートを示す図である。再び、ステップＳ６によって示すように、ピークファインダ４３は、すべての表面画素について、処理動作を並行して実施する。
【００８４】
ステップＳ７において、ピークファインダが弁別器から第１弁別値を受信するとき、次いでステップＳ８において、ピークファインダ４３は、状態を初期と設定し、かつ現行弁別値を最大値と設定する。ステップＳ９において、ピークファインダ４３は、現行弁別値を閾値と比較して、弁別値が閾値より小さい場合、状態を低と設定し、弁別値が閾値以上である場合、早期と設定する。ステップＳ１０において、ピークファインダは、画素についてすべての弁別値が検査されるまで、設定状態に従って、弁別値が受信される際に、弁別値の監視を続行する。
【００８５】
図１０ｂから図１０ｄは、それぞれ、低状態、発見状態、及び早期状態においてピークファインダによって実施される動作をフローチャートに示す図である。
【００８６】
図１０ａのステップＳ９において、ピークファインダが低状態に入る場合、次いで、図１０ｂのステップＳ１１において、ピークファインダが弁別値を受信するとき、ピークファインダは、ステップＳ１３において、現行弁別値が記憶最大値より大きいかを検査し、そうである場合、ステップＳ１４において現行値を最大値として記憶する。ステップＳ１３（又は、ステップＳ１３における応答がはいである場合はステップＳ１４）の後、次いでステップＳ１６において、ピークファインダは、弁別値が依然として閾値より小さいかを調べるために検査し、そうである場合、ステップＳ１１に戻る。しかし、弁別値がもはや閾値より小さくない場合、ピークファインダは、ステップＳ１７において状態を発見と設定する。
【００８７】
図１０ｃは、発見状態においてピークファインダによって実施される動作を示す図である。したがって、ステップＳ２０において、ピークファインダが発見状態において弁別値を受信するとき、ピークファインダは、ステップＳ２３において、現行弁別値が記憶最大値より大きいかを検査し、そうである場合、ステップＳ２４において、現行値を新しい最大値として記憶し、かつ新しい最大値のＺ位置を記憶して、ステップＳ２０に戻る。ステップＳ２３における応答がいいえである場合、ピークファインダは、現行値を新しい最大値として記憶せずに、ステップＳ１１に戻る。
【００８８】
図１０ｄは、早期状態においてピークファインダによって実施されるステップを示す図である。したがって、ステップＳ２７において、ピークファインダがこの状態において弁別値を受信するとき、次いでステップＳ２８において、現行値が最大値より大きいかを検査し、そうである場合、ステップＳ２９において現行値を最大値として記憶して、ステップＳ２７に戻る。しかし、ステップＳ２８における応答がいいえである場合、ピークファインダは、ステップＳ３０において、弁別値が閾値より小さくなったかを検査し、そうである場合、ステップＳ３１において状態を低と設定する。信号レベルが閾値より当初大きい場合、強度値が閾値より小さく減少する後まで、早期状態は、ピークが発見されるのを阻止する。
【００８９】
図１０ａのステップＳ１０において、最後の弁別値が受信されたとき、ピークファインダは、ピークを現行記憶最大弁別値と設定し、さらに、累積弁別値の合計を弁別値の数によって除算することによって、平均弁別値を決定する。
【００９０】
次いで、弁別器は、各画素について、ピーク発見手続きの結果を信頼することができるか、又は信号対雑音比が、ピーク発見手続きが信頼可能であるように十分小さいかを判定するために、試験を実施する。画素の試験は、図１１に示すフローチャートによって示される。
【００９１】
したがって、ステップＳ３２において、弁別器は、最大弁別値が、この場合は１０である閾値ｋによって乗算された平均弁別値以上であるかを判定する。応答がはいである場合、ステップＳ３３において、弁別器４２は、相関器４４によって処理される強度値の範囲を、最大弁別値に対応するフレームを中心とする強度値のサブセットと設定し、フレームバッファにおいてこのデータにフラグを立てる。通常、範囲は、相関器の長さの３倍であるが、走査速度に依存する。しかし、応答がいいえである場合、すなわち、不十分な信号が弁別器４２によって発見される場合、ステップＳ３４において、弁別器４２は、相関器４４によって処理される強度値の範囲を、その画素についてフレームバッファ３３ｂに記憶された強度値の完全範囲と設定する。したがって、弁別器は、所与の画素についてのピーク発見手続きの結果は、ピーク発見手続きがピークを的確に特定したことを確実に想定することができるように、信号対雑音比が十分に良好である場合にのみ信頼されることを保証する。そうでない場合、その画素の強度データの全体は、相関器に渡される。
【００９２】
測定動作が完了したとき、事後処理セクション３４ｂは、測定動作中に実施された弁別及びピーク発見手続きの結果を処理することができる。
【００９３】
事後処理セクションの相関器４４によって実施される動作について、図７，図１２及び図１３を参照してここで説明する。
【００９４】
図１２は、相関器４４によって使用される相関関数を示す、位置Ｚに対する振幅Ａのグラフを示す図である。この相関関数は、２つの基準波パケットからなる。基準波パケットＷＰ１及びＷＰ２は、それぞれ、正弦波及び余弦波の関数形態を有し、ガウス型包絡線が余弦波及び正弦波によって変調され、かつ相関関数が長さＬＥを有するように、ガウス型包絡線Ｇ（破線で示される）によって制約される広帯域源の平均波長に等しい波長を有する。相関関数の形状は、ガウス分布広帯域源のフーリエ変換と等価である。
【００９５】
図１３は、相関器４４の機能ブロック図である。相関プロセッサ４５は、相関関数を相関インデックスａｉ、ｂｉの対のアレイとして記憶する相関インデックスストア４５ａを含む。ａｉは、ｚ軸に沿った点ｉにおける正弦波パケットの振幅を表し、ｂｉは、ｚ軸に沿った点ｉにおける余弦波パケットの振幅を表す。したがって、図１２に示す基準波パケットＷＰ１及びＷＰ２は、インデックスのいくつかの対にデジタル化される。インデックスの対の実際の数は、広帯域源の走査間隔、平均波長、及び分布、又は帯域幅と共に変化する。通常、λ／４の走査間隔では（λは、広帯域源の平均波長であり、通常、０．６μｍ（マイクロメートル）である）、インデックスａｉ、ｂｉの対の数は１６であるが、計算能力の増大と共に、より多数の点を使用することが可能である。
【００９６】
相関プロセッサ４５は、相関インデックスストア４５ａのインデックスを使用して相関手続きを実施する乗算器４５ｂをも含む。相関を実施するために、相関器４４は、相関関数の相関インデックスの対の数に等しい長さを有するウィンドウを、弁別器によって画素について設定された強度値の範囲を経て段階的に移動させ、ウィンドウの各位置において、ウィンドウ内の強度値Ｉｉの連続する値を読み込み、ウィンドウ内の各異なる強度値Ｉｉに係数ａｉ、ｂｉの対応する対のそれぞれを別々に乗算し、次いで結果を合計して、ウィンドウのその位置について１対の相関成分Ａｉ、Ｂｉを獲得し、結果的な相関成分Ａｉ、Ｂｉを、ウィンドウ位置に割り付けられたメモリ領域又は位置において記憶するために、相関バッファ４６に出力する。この実施形態では、ウィンドウの位置は、ウィンドウの中心として決定される。
【００９７】
この例では、乗算器は、画素の強度値データにより、一度にウィンドウの１つの強度値をステップ化し、ウィンドウがその画素の強度値データの端に到達するまで、各ステップにおいて乗算プロセスを繰り返す。ウィンドウがその画素の強度値データの端に到達するとき、相関バッファは、相関関数を完全には適用することができない相関の半分の長さに対応する端強度値とは別に、その画素の各強度値について、１対の相関成分Ａｉ、Ｂｉを記憶する。この段階において、相関器は、相関バッファ４６の対応するメモリ領域において、相関成分の対のアレイを生成し、記憶していることになる。
【００９８】
【数１】
2005520144.tif 000003
【００９９】
上式で、Ｉ０からＩｎは、対応する強度値のウィンドウ内にある強度値であり、各対は、対応する走査ステップ、すなわち対応するＺ位置に関連付けられる。
【０１００】
上述したように、乗算器は、１度にデータの１つの強度値により、ウィンドウをステップ化する。しかし、乗算器は、１より大きいステップサイズを使用することによって、いくつかの強度値を省略することが可能である。
【０１０１】
図１４は、事後処理セクションの表面トポグラフィ決定装置３５によって実施されるステップを示す図である。したがって、表面トポグラフィ決定装置３５が、相関器４４によって、画素の値の設定範囲について相関手続きが完了したことを通知されるとき、表面トポグラフィ決定装置３５は、余弦波パケット相関成分Ａｉ及び正弦波パケット相関成分Ｂｉの２乗の和を決定して、２乗振幅データを得る（ステップＳ４０）。ステップＳ４０において、表面トポグラフィ決定装置３５は、合計値を累積させ、次いで、累積和の平均を決定し、平均と閾値とを比較して、信号対雑音比が十分に大きいかを判定することも可能である。信号対雑音比が小さ過ぎる場合、表面トポグラフィ決定装置は、信号対雑音比が小さ過ぎるので測定動作を完了することができないという指示をオペレータに提供する。
【０１０２】
次いで、ステップＳ４１において、ボックスフィルタを使用して、２乗振幅データを平滑化することが可能である。次いで、平滑化データの最高値を発見し、最高値の周辺の値の範囲が選択される（ステップＳ４２）。
【０１０３】
次いで、範囲内の各値の平方根が、ステップＳ４３において決定され、ステップＳ４４において、表面トポグラフィ決定装置３５は、自然対数を取り、２次方程式Ａｘ２＋Ｂｘ＋Ｃをｌｏｇｅの値に当てはめることによって、最小２乗当てはめ手続きを使用して、ガウス関数をこのデータに当てはめる。これにより、以下の式に従って、ピークの高さ、幅、及び位置を得ることができる。
【０１０４】
【数２】
2005520144.tif 000004
【０１０５】
次いで、ステップＳ４５において、表面トポグラフィ決定装置３５は、振幅ピークに関連付けられるＺ位置を、その画素の表面の高さと設定する。
【０１０６】
図１４を参照して上述した手続きは、相関手続きが画素について完了される際に、検出器１０によって撮像される表面領域内の各画素について、順次実施される。したがって、表面トポグラフィ決定装置３５は、相関成分対Ａｉ、Ｂｉから、検出器によって撮像される領域における様々な表面画素の相対高さを表すデータを得る。このデータは、表面トポグラフィ決定装置３５によって制御装置２１に供給され、制御装置２１は、例えば、それを２次元高さマップとしてディスプレイに表示することによって、及び／又はハードコピープリントアウトを提供することによって、トポグラフィデータをオペレータに出力することが可能である。制御装置及び／又はオペレータは、結果的な表面トポグラフィデータを、信号として通信インターフェース上で他の計算装置に供給する、又は、取外し可能媒体にダウンロードすることも可能である。表面トポグラフィデータは、テイラーホブソンのタリマップ（Ｔａｙｌｏｒ  Ｈｏｂｓｏｎ’ｓ  Ｔａｌｙｍａｐ）ソフトウェアなどの分析ソフトウェアに供給することも可能である。分析ソフトウェアは、データがネットワーク上で信号として供給される制御装置又は他の計算装置にインストールする、又は取外し可能媒体からダウンロードすることによってインストールすることが可能である。
【０１０７】
振幅ピーク（すなわち、干渉振幅データ）の位置をその画素の表面の高さとして使用する代わりに、ステップＳ４５の後で、相関器によって提供されたデータをさらに処理して、相関データに基づいて、位相がゼロである（すなわち、相関位相がゼロである）Ｚ位置を決定し、ゼロ相関位相位置を使用して、表面トポグラフィ表示を生成することが可能である。相関位相を使用して高さの情報を決定する機能を提供することにより、オペレータは、測定されている表面に最適な表面トポグラフィ決定を選択することが可能になり、比較的粗い表面については、干渉振幅データを使用して高さを確定することがより適切であり、比較的粗くない表面については、相関位相データを使用して高さを確定することがより適切である。
【０１０８】
表面トポグラフィ決定装置３５が各表面画素についてゼロ相関位相のＺ位置を決定することが可能である方法について、図１５を参照してここで説明する。したがって、図１４に示すステップＳ４０からＳ４４が実施された後で（ステップＳ５０）、ステップＳ５１において、表面トポグラフィ決定装置３５は、正弦波パケット相関値及び余弦波パケット相関値の逆正接を計算して、相関位相を得る。
【０１０９】
光学干渉分光法の分野において周知であるように、強度分布が正弦波の性質であるので、すべての位相測定技術は、位相のモジュラスを２πとする。したがって、位相角度の絶対値は失われ、位相は、２πが出現するたびに１回転（ｐｈａｓｅ  ｗｒａｐｓ  ｒｏｕｎｄ）する。したがって、相関位相をアンラップすることによって、位相角度の絶対値を回復することが必要である。本実施例の場合にこれを実施するために、ステップＳ５２において、表面トポグラフィ決定装置３５は、決定された振幅ピーク（２つのデータ点の間にある可能性がある）に最も近い基準点（余弦／正弦波パケット相関値）を決定し、これと、走査速度から決定された相関位相勾配とを使用して、ゼロ相関位相位置を推定する。次いで、ステップＳ５３において、表面トポグラフィ決定装置３５は、相関位相勾配を使用することによって、相関位相をアンラップし、基準点（余弦／正弦波パケット相関値）について予測相関位相を計算し、次いで、予測位相との差がπ以下になるまで、基準点の相関位相に２πを加算し、又は基準点の相関位相から２πを除算する。
【０１１０】
相関位相がアンラップされた後、ステップＳ５４において、表面トポグラフィ決定装置３５は、アンラップされた相関位相データに対して線形当てはめを実施し、ステップＳ５５において、線形当てはめのゼロ交差点から、実際のゼロ相関位相を決定する。
【０１１１】
次いで、ステップＳ５６において、表面トポグラフィ決定装置３５は、考慮している表面画素の高さを、決定ゼロ相関位相のＺ位置と設定する。この手続きは、フレームデータの画素のそれぞれについて実施され、それにより、表面トポグラフィ決定装置３５は、制御装置２１に、表面高さのばらつきを表す２次元ゼロ相関位相データマップを提供する。制御装置２１は、例えば、データをディスプレイに表示することによって、及び／又はハードコピープリントアウトを提供することによって、データをオペレータに出力することが可能である。制御装置及び／又はオペレータは、結果的な表面トポグラフィデータを、通信インターフェース上で信号として他の計算装置に供給する、又は取外し可能媒体にダウンロードすることが可能である。再び、表面トポグラフィデータは、テイラーホブソンのタリマップソフトウェアなどの分析ソフトウェアに供給することも可能である。このソフトウェアは、データが、ネットワーク上で信号として供給される制御装置又は他の計算装置にインストールする、又は取外し可能媒体からダウンロードすることによってインストールすることが可能である。
【０１１２】
図７に示す相関決定装置３４において使用することが可能である弁別器の他の実施形態について、図１６に示すフローチャートを参照してここで説明する。
【０１１３】
図１２の相関関数を示すグラフからわかるように、正弦波パケットの振幅を表す１つおきの相関インデックスａｉ及び余弦波パケットの振幅を表す１つおきのインデックスｂｉは、ゼロに近い。フレーム間隔（すなわち、検出器による像の捕獲間隔）が広帯域源の平均波長λの厳密に整数除算であるように選択することにより、インデックスａｉ、ｂｉのいくつかはゼロになる。この実施形態では、フレーム間隔は、λ／４であり、交互インデックス（ａｌｔｅｒｎａｔｅ  ｉｎｄｉｃｅｓ）ａｉ及び交互インデックスｂｉは、ゼロになる。同じことが、３／４λ、５／４λなどのフレーム間隔について当てはまる。これらのインデックスがゼロになるということは、これらのインデックスの乗算を弁別器又は相関器によって計算する必要がないことを意味し、それにより、処理時間が節約される。
【０１１４】
図１６を参照して説明する弁別器は、簡略的な相関器の形態を有し、単純な余弦波の１周期及び単純な正弦波の１周期をそれぞれ表す４つのインデックスｃｉ、ｄｉの２つのセットからなる。単純なという用語は、制約包絡線が存在しないことを意味する。したがって、余弦インデックスは、＋１、０、−１、０であり、一方、正弦インデックスは、０、＋１、０、１である。
【０１１５】
この弁別器は、上述した相関器と同様の方式で、強度値に適用される。原理的には、これは、１セットの４つの強度値ｉ０からｉ３のそれぞれに、余弦インデックスの対応するものを乗算し、結果を合計して、余弦弁別成分を生成し、強度値のｉ０からｉ３のそれぞれに正弦インデックスのそれぞれを乗算し、これらを合計して、正弦弁別成分を生成することを意味する。しかし、図１６のステップＳ６１において示すように、交互インデックスはゼロであり、残りのインデックスは＋１又は１なので、余弦弁別成分は、単に、画素の４つのフレームからの一連の強度値の第１強度値ｉ０から第３強度値ｉ２を減算することによって得ることができ、正弦弁別成分は、単に、第２強度値ｉ１から第４強度値ｉ３を減算することによって得ることができる。
【０１１６】
次いで、ステップＳ６２において、余弦弁別成分の２乗は、４つの強度値の２乗振幅値を生成するように、正弦弁別成分の２乗に追加される。振幅値の２乗は、ステップＳ６３においてボックスフィルタを使用して、５つの値について平滑化することが可能であり、平滑化された値は、次いでステップＳ６４において、弁別値としてピークファインダに渡すことが可能である。次いで、ステップＳ６５において、弁別値は、図９を参照して上述したように、弁別値の和に追加され、ステップＳ６６において、弁別器が、最後のフレームが処理されたと判定するまで、ステップＳ６１からＳ６５が繰り返される。最後のフレームが処理された場合、弁別器は図１１に示すステップを実施するように進行する。
【０１１７】
この弁別器では、余弦波弁別成分及び正弦波弁別成分の対、ならびに弁別器の長さ（すなわち、図１２に示す相関器の長さＬＥに匹敵する長さ）は、単に、余弦弁別成分を追加及び２乗し、正弦弁別成分を追加及び２乗し、この２つを合計することによって調節することができる。したがって、例えば、弁別器の長さは、以下のように値ＳＡの２乗振幅を生成することによって、４つの強度値から８つの強度値に増大させることが可能である。
【０１１８】
ＳＡ＝（ｃｏｓ１＋ｃｏｓ２）２＋（ｓｉｎ１＋ｓｉｎ２）２
上式で、ｃｏｓ１及びｃｏｓ２は、４つの強度値の２つの連続するセットの余弦弁別成分であり、ｓｉｎ１及びｓｉｎ２は、４つの強度値の２つの連続するセットの正弦弁別成分である。
【０１１９】
したがって、４つの強度値のセットについて余弦弁別成分及び正弦弁別成分の対を記憶することによって、より長い弁別の長さを容易に計算して、対象の周波数の弁別を改善することができる。また、そのような対は、必要に応じて、ボックスフィルタに容易に追加し、またボックスフィルタから容易に減算することができる。必要なメモリ空間を節約するために、余弦弁別成分及び正弦弁別成分の対は、弁別器の循環バッファ又は相関器の循環バッファに記憶することが可能である。
【０１２０】
図１６ａは、弁別器が低信号レベルデータにおいて干渉ピークを識別することができることを示すために、強度値Ｉ及びこの弁別器によって生成される対応する信号Ｄを示す、位置Ｚに対する信号Ｓのグラフを示す図である。
【０１２１】
図７に示し、上述したデータプロセッサでは、弁別及びピーク発見手続きは、実行中に、すなわち、測定動作が進行する際に実施され、相関は、事後処理手続きとして、すなわち、測定動作が完了した後に実施される。
【０１２２】
図１７ａは、表面プロファイリング装置において使用することが可能であるデータプロセッサ３２０の他の例のブロック図である。図７と図１７ａとの比較からわかるように、データ受信器３３は、図７に示したものと同じであり、相関決定装置３４０は、再び、同時処理セクション及び事後処理セクションを有する。これらは、図７に示したものとは異なる。このようにして、図１７ａでは、同時処理セクションは、相関器４４０からなる。相関器４４０は、乗算器４５０ｂ及び相関インデックスストア４５０ａを備える相関プロセッサ４５０を有する。相関器４４０は、相関バッファ４６０及び相関バッファ状況レジスタ４６１をも含む。同時処理セクション３４０は、ピークファインダ４３０及びコピーバッファ４７０をも含み、一方、事後処理セクションは、単にトポグラフィ決定装置３５０からなる。したがって、この例では、弁別は省略され、相関自体は、実行中に実施される。
【０１２３】
相関器４４０は、上述した相関器とはいくらか異なる方式で動作する。したがって、相関器４４０は、再び、強度値データによりステップ化され、強度値に関する相関手続きを実施して、各強度値Ｉｉの相関成分Ａｉ、Ｂｉの対を決定するが、相関器４４０は、上述したような順次方式ではなく、異なる画素の相関手続きを並行して実施し、相関が実施される方式は、いくらか異なる。これについて、図１７ｂ及び１８ａから１８ｇを参照してここで説明する。
【０１２４】
図１７ｂは、相関バッファ４６０の概略図である。図１７ｂに示すように、相関バッファ４６０は、各画素について（Ｐ１からＰ９を示す）１つの、いくつかのセクションに分割される。各セクションは、メモリ位置ＭＯからＭＮのアレイからなり、各メモリ位置は、相関成分Ａｉ、Ｂｉの対応する対を記憶するように構成される。
【０１２５】
相関バッファ４６０を提供するのに必要なメモリの量を低減するために、循環バッファが使用され、当技術分野では既知であるように、最も古いエントリは、バッファがフルになった後、上書きされる。相関バッファ４６０のサイズは、そのデータを必要とする相関手続きが完了する前にデータが上書きされないように選択され、この例では、相関バッファは、画素あたり、相関成分の４３の対についてメモリ位置を提供する。各画素のコピーバッファは、対応する相関バッファに隣接するメモリの一部にあることが可能である。
【０１２６】
状況レジスタ４６１は、循環相関バッファ４６０内の各メモリ位置の状況を示す。状況インジケータの例は、空が「Ｅ」、充填が「Ｆ」、そのメモリ位置が相関値Ａｉ、Ｂｉの対応する対を記憶したときの実施が「Ｄ」、そのメモリ位置のデータを必要とする相関手続きが完了する前にデータが上書きされたことを示す上書きが「Ｗ」である。
【０１２７】
図１８ａから図１８ｆは、相関手続きが画素についてどのように実施されるかを示すために、１つの画素に割り付けられた循環相関バッファ４６０の部分の一部の概略図である。１対の相関インデックスの２つのインデックスの処理は、並行して実施されるが、簡単化のために、図１８ａから図１８ｆは、各対の２つのインデックスの１つａｉのみについてのプロセスを示す図である。また、再び簡単化のために、示されているアレイの部分は、Ｍｎ／４−３から昇順に番号付けされたメモリ位置として表され、処理されている強度値は、強度値Ｉｎとして昇順で表される。
【０１２８】
この例では、相関インデックスは、４つのグループとして相関インデックスストア４５０ａ（図１７ａ）に記憶される。
【０１２９】
グループ０：ａ０、ａ４、ａ８、ａ１２；ｂ０、ｂ４、ｂ８、ｂ１２
グループ１：ａ１、ａ５、ａ９、ａ１３；ｂ１、ｂ５、ｂ９、ｂ１３
グループ２：ａ２、ａ６、ａ１０、ａ１４；ｂ２、ｂ６、ｂ１０、ｂ１４
グループ３：ａ３、ａ７、ａ１１、ａ１５；ｂ３、ｂ７、ｂ１１、ｂ１５
図１８ａに示すように、強度値Ｉｎが相関器によって受信されるとき、乗算器４５０ｂは、それに、グループ０のインデックスａ０、ａ４、ａ８、ａ１２のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４−３、Ｍｎ／４−２、Ｍｎ／４−１、Ｍｎ／４に追加する。次の強度値Ｉｎ＋１が受信されるとき、図１８ｂに示すように、乗算器は、それに、グループ１のインデックスａ１、ａ５、ａ９、ａ１３のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４−３、Ｍｎ／４−２、Ｍｎ／４−１、Ｍｎ／４に累積させる、又は追加する。
【０１３０】
次の強度値Ｉｎ＋２が受信されるとき、図１８ｃに示すように、乗算器は、それに、グループ２のインデックスａ２、ａ６、ａ１０、ａ１４のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４−３、Ｍｎ／４−２、Ｍｎ／４−１、Ｍｎ／４に累積させる、又は追加する。次の強度値Ｉｎ＋３が受信されるとき、図１８ｄに示すように、乗算器は、それに、グループ３のインデックスａ３、ａ７、ａ１１、ａ１５のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４−３、Ｍｎ／４−２、Ｍｎ／４−１、Ｍｎ／４に累積させる、又は追加する。
【０１３１】
次いで、図１８ｅに示すように、相関器は、１つのメモリ位置に沿って移動して、メモリ位置Ｍｎ／４＋１の内容をゼロにリセットし、次の強度値Ｉｎ＋４が受信されるとき、乗算器は、それに、グループ０のインデックスａ０、ａ４、ａ８、ａ１２のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４＋１からＭｎ／４−２に追加する。
【０１３２】
示されていないが、次の強度値Ｉｎ＋５が受信されるとき、乗算器４５０ｂは、それに、グループ１のインデックスａ１、ａ５、ａ９、ａ１３のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４＋１からＭｎ／４−２に累積させ、又は追加し、次の強度値Ｉｎ＋６が受信されるとき、乗算器は、それに、グループ２のインデックスａ２、ａ６、ａ１０、ａ１４のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４＋１からＭｎ／４−２に累積させ、又は追加し、次の強度値Ｉｎ＋７が受信されるとき、乗算器は、それに、グループ３のインデックスａ３、ａ７、ａ１１、ａ１５のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４＋１からＭｎ／４−２に累積させる、又は追加する。
【０１３３】
次いで、図１８ｆに示すように、相関器は、１つのメモリ位置に沿って移動して、メモリ位置Ｍｎ／４＋２の内容をゼロにリセットし、次の強度値Ｉｎ＋８が相関器によって受信されるとき、乗算器４５０ｂは、それに、グループ０のインデックスａ０、ａ４、ａ８、ａ１２のそれぞれを乗算して、各結果を対応するメモリ位置Ｍｎ／４＋２からＭｎ／４−１に追加する。
【０１３４】
上記は、インデックスの各対の１つのインデックスについてのみ言及するが、同じ乗算プロセスがインデックスｂ０からｂ１５について並行して実施されることが理解されるであろう。
【０１３５】
この手続きは、強度値が受信される際に続行され、乗算に使用されるインデックスのグループは、新しい強度値が受信されるたびに変化し（したがって、グループ０、１、２、及び３が順次使用される）、メモリ位置は、各４番目の強度値が受信された後、１つだけ前進される。処理が進行するにつれ、連続するメモリ位置（最初及び最後の８つのメモリ位置（すなわち、各端部における相関器の長さの半分）を無視する）は、対応する相関成分Ａｉ、Ｂｉで満たされ、Ａｉ、Ｂｉは、各４番目の受信強度値Ｉｎ、Ｉｎ＋４、Ｉｎ＋８、．．．について上述した式（２）に示した形態を有する。このようにして、相関は、各４番目の強度値についてのみ実施される。
【０１３６】
相関バッファ状況レジスタ４６１におけるメモリ位置の状況は、値に第１係数を乗算することによって得られる値がそのメモリ位置に記憶されるとき、「Ｅ」又は空から「Ｆ」又は充填に変化し、メモリ位置が相関成分Ａｉ、Ｂｉの対応する対を記憶するとき、「Ｆ」から「Ｄ」又は実施に変化する。図１８ｇは、１８ｆの後の相関バッファ状況レジスタ４６１のエントリを示す。図１８ｇは、メモリ位置Ｍｎ／４−３、Ｍｎ／４−２が実施（「Ｄ」）であり、メモリ位置Ｍｎ／４−１、Ｍｎ／４、Ｍｎ／４＋１、Ｍｎ／４＋２が充填されているが（「Ｆ」）、まだ準備が整っておらず、メモリ位置Ｍｎ／４＋３が空（「Ｅ」）であることを示す。画素のメモリ位置が充填されるとき、そのメモリ位置は、状況「Ｄ」すなわち実施又は充填を有する。
【０１３７】
この相関手続きは、強度値に２回以上アクセスする必要がないという利点を有するが、その理由は、特定の強度値を必要とするすべての計算が、同時に実施され、それにより、強度値が受信される際の相関、すなわち実行中の相関を容易にするからである。
【０１３８】
相関バッファ状況レジスタ４６１におけるメモリ位置の状況を状況実施（「Ｄ」）に変更することにより、ピークファインダ４３０は、図１９ａから図１９ｆを参照して以下で説明するように、ピーク発見手続きにおいてそのメモリ位置の相関成分を使用して、干渉ピークを決定する。
【０１３９】
ピークファインダ４３０は、相関手続きが、特定のメモリ位置より前にある、この場合は２であるいくつかのメモリ位置について完了したとき、特定のメモリ位置に記憶されている相関成分の対について動作する。ピークファインダ４３０は、いくつかの状況を有するという点で、上記で議論したピークファインダ４３と同様の方式で動作する。これらの状況は、ピークファインダ４３の状況とはいくらか異なる。
【０１４０】
したがって、ピークファインダ４３０は、所与の表面画素について、相関成分の第１対から導出される第１振幅値について存在する初期状態、振幅値が閾値より大きく増大する前に存在する低状態、振幅値が増大しているときに存在する増大状態、振幅値が減少しているときに存在する減少状態、振幅値が最大値の一部に減少した後の発見状態、光レベルが高過ぎて、弁別値が範囲外にある場合に存在し、最大検出値が許容可能な最高最大値より大きい場合に存在する飽和状態、及び振幅値が閾値より大きくなり始める場合に存在する早期状態を有する。さらに、ピークファインダは、相関バッファが循環バッファであり、かつピークデータが上書きされた場合に存在する後期状態（ｌａｔｅ  ｓｔａｔｅ）を有する。
【０１４１】
図１９ａは、ピークファインダ４３０の動作全体を示す図である。ステップＳ７０において説明されるように、ピークファインダは、各表面画素の相関成分データについて、ピーク発見手続きを並行して実施する。ステップＳ７１からＳ７４は、各画素について並行して実施されるステップを示す。ステップＳ７１において、ピークファインダ４３０が、メモリ位置の状況が実施である、すなわち、相関成分の対が計算されたと判定する場合、ピークファインダは、相関成分の２乗組合せの合計を決定して、振幅値を得、ステップＳ７２において、状態を初期と設定し、現行振幅値を現行最大値と設定する。理解されるように、この振幅値は、実際には２乗振幅値である。
【０１４２】
次いで、ステップＳ７３において、ピークファインダ４３０は、振幅値が閾値より低い場合、状態を低と設定し、又は、振幅値が閾値以上である場合、早期と設定する。ステップＳ７４によって示すように、ピークファインダは、メモリ位置の状況が「実施」になるたびに、相関成分の対の２乗組合せの合計を決定して、振幅値を得、画素のすべての振幅値が検査されるまで、設定状態に従って振幅値を検査することによって、状況に従って振幅値を検査することを続行する。
【０１４３】
図１９ｂは、現行状態が低であるとき、ピークファインダによって実施されるステップを示す図である。したがって、ステップＳ７５において、ピークファインダは、図１９ａのステップＳ７１に説明されるように、振幅値を決定する。次いで、ピークファインダは、ステップＳ７６において、現行値が記憶されている最大値より大きいかを検査し、そうでない場合、ステップＳ７５に戻る。ステップＳ７６の応答がはいである場合、ピークファインダは、ステップＳ７７において、現行値を最大値として記憶する。次いで、ピークファインダは、ステップＳ７８において、現行値が閾値より大きいかを検査し、そうである場合、ステップＳ７８において、状態を増大と設定する。現行値が閾値より大きくない場合、ピークファインダは、ステップＳ７５に戻る。
【０１４４】
図１９ｃは、状態が図１９ｂのステップＳ８１において増大に設定されるとき、ピークファインダによって実施されるステップを示す図である。
【０１４５】
図１９ｃのステップＳ８２は、図１９ｂのステップＳ７５に対応する。しかし、この場合、ピークファインダは、ステップＳ８５において、現行値が記憶されている最大値より大きいかを検査し、応答がはいである場合、ステップＳ８６において、現行値を最大値として記憶して、ステップＳ８２に戻る。しかし、ステップＳ８５の応答がいいえである場合、ステップＳ８７において、ピークファインダ４３０は、状態を減少と設定する。
【０１４６】
図１９ｄは、状態が減少と設定されるとき、ピークファインダによって実施されるステップを示す図である。ステップＳ９０は、図１９ｂのステップＳ７５に対応する。この場合、ピークファインダは、ステップＳ９３において、現行値が記憶されている最大値より大きいかを検査し、そうである場合、ステップＳ９４において、現行値を最大値として記憶し、状態を増大と設定する。しかし、ステップＳ９３の応答がいいえである場合、ピークファインダは、ステップＳ９５において、現行振幅が記憶されている最大値の４分の１より小さいかを検査する。応答がいいえである場合、ピークファインダ４３０は、ステップＳ９０に戻る。しかし、応答がはいである場合、これにより、ピークトリガがピークファインダに提供される。それにより、ピークファインダ４３０は、ピークが発見されたと判定し、ステップＳ９６において、Ｚロガーによって決定されたＺ位置を記録し、決定されたピークの位置を包含する相関成分の範囲をコピーバッファ４７０の対応するメモリ位置にコピーする。ピークファインダ４３０は、また、ステップＳ９６において、状態を発見と設定する。
【０１４７】
図１９ｅは、状態が発見と設定されるとき、ピークファインダによって実施されるステップを示す図である。ステップＳ１００は、図１９ｂのステップＳ７５に対応する。ステップＳ１０３において、ピークファインダ４３０は、現行値が記憶されている最大値より大きいかを検査し、そうでない場合、ステップＳ１００に戻る。しかし、応答がはいである場合、ピークファインダは、現在識別されているピークが適切なピークではない可能性があると判定し、現行値を最大値として記憶し、ステップＳ１０４において状態を増大と設定する。
【０１４８】
図１９ｆは、状態が図１９ａのステップＳ７３において早期に設定されるとき、ピークファインダ４３０によって実施されるステップを示す図である。ステップＳ１０５において、ピークファインダ４３０は、再び、相関成分の対について振幅値を決定し、次いでステップＳ１０６において、現行値が現在記憶されている最大値より大きいかを検査し、そうである場合、ステップＳ１０６において、現行値を最大値として記憶する。次いで、ステップＳ１０７において、ピークファインダは、現行振幅値が閾値より小さいかを検査し、そうでない場合、ステップＳ１０５に戻る。しかし、ステップＳ１０７の応答がはいである場合、ステップＳ１０８において、ピークファインダ４３０は、状態を低と設定し、相関成分の次の対がその画素について準備されたとき、図１９ｂのステップＳ７５に戻る。
【０１４９】
したがって、図１９ｄを参照して上述したように、現行振幅値が、この例では記憶されている最大値の４分の１より小さくなるたびに、ピークファインダは、ピークが発見されたと判定し、ピークの位置に対応する相関成分を含む相関成分の範囲を、コピーバッファ４７０の対応するメモリ位置にコピーする。この例では、相関成分の対の範囲は、ピークトリガの位置に対応する相関成分の対の前の１３から、ピークトリガの位置に対応する相関成分の対の後の２に及ぶ（図１９ｄのステップＳ９５において説明したように）。コピーバッファのデータは、相関成分がコピーバッファにコピーされた後、ピークファンダがより高いピークをその後発見する場合、上書きすることが可能である。
【０１５０】
示されていないが、コピーバッファ４７０は、また、各画素について１つの、いくつかのセクションに分割される。各セクションは、再び、メモリ位置の対のアレイからなり、位置の各対は、相関成分Ａｉ、Ｂｉの対応する対を記憶するために提供され、この場合、画素あたりのメモリ位置の対の数は、相関関数の長さの４倍（再び１６である）に等しい。
【０１５１】
測定手続きの終了時に、コピーバッファ４７０は、各表面画素について、干渉ピークを含む相関成分の準範囲を含むはずである。次いで、以下で説明するように、表面トポグラフィ決定装置３５０によって事後処理を実施することができ、それにより、上述したように、各画素の相関データは処理され、表面プロファイル又は表面トポグラフィが得られ、オペレータ又はソフトウェアの他の部分に供給される。
【０１５２】
表面トポグラフィ決定装置による事後処理は、ピークファインダがピーク発見手続きを完了した後に実施することができる。表面トポグラフィの決定は、すぐに開始することが可能であり、又はデータは、後の処理のために記憶することが可能である。この実施形態では、表面トポグラフィ決定装置によって実施されるステップは、図１４を参照して上述したステップＳ４０からＳ４５に対応し、又は図１５を参照して上述したステップＳ５０からＳ５６に対応する。
【０１５３】
図２０ａから図２０ｆは、位置Ｚに対する信号強度Ｓのグラフを示す図で、図２０ａ及び図２０ｂは、弁別器が図１６を参照して説明したように動作する状態で、図７に示したデータプロセッサを使用して得られる結果を示し、図２０ａは、ピークのＺ位置の決定を示し、図２０ｂは、ゼロ相関位相のＺ位置を決定する。図２０ａでは、線２００は、検出器によって提供される強度値を表し、線２０１及び２０２は、正弦波パケット相関成分及び余弦波パケット相関成分Ａｉ、Ｂｉを表し、破線２０３は、相関成分から決定される振幅を表し、線２０４は、振幅データに当てはめられたガウス関数を表す。図２０ｂでは、線２００、２０１、及び２０２は、再び、強度値及び正弦波パケット相関成分ならびに余弦波パケット相関成分を表し、一方、破線２０５は、アンラップ相関位相を表し、線２０６は、図１５のステップＳ５４において実施される線形当てはめ手続きの結果を表し、ゼロ相関位相の位置をＺ軸上のゼロ交差点として示す。
【０１５４】
図２０ｃ及び図２０ｄは、図１７ａ及び図１７ｂに示したデータプロセッサを使用して得られる結果を示し図で、図２０ｃは、ピークのＺ位置の決定を示し、図２０は、ゼロ相関位相位置の決定を示す。図２０ｃでは、線２００ａは、強度値を表し、線２０１ａ及び２０２ａは、正弦波パケット相関成分及び余弦波パケット相関成分を表し、破線２０３ａは、正弦波パケット相関成分及び余弦波パケット相関成分から導出される振幅値を表し、線２０４ａは、振幅値に当てはめられたガウス関数を表す。図２０ｄでは、線２００ａ、２０１ａ、及び２０２ａは、再び、強度値及び正弦波パケット相関成分ならびに余弦波パケット相関成分を表し、破線２０５ａは、アンラップ相関位相を表し、線２０６ａは、ゼロ相関位相のＺ位置、すなわちＺ軸上のゼロ交差点の決定を示す線形当てはめ手続きの結果を表す。
【０１５５】
図２０ｅ及び図２０ｆは、１００ナノメートルの格子にわたって、図１７ａから図１９ｆを参照して上述した処理を実施する結果を示す（すなわち、同時相関）図である。図２０ｅ及び図２０ｆのＸ軸は、格子線に垂直な方向を表す。図２０ｅは、表面の高さがピークのＺ位置と設定される場合に得られる結果を示し、一方、図２０ｆは、表面の高さが実際のゼロ相関位相のＺ位置と設定される場合に得られる結果を示す。格子ステップを示す他に、図２０ｅ及び図２０ｆは、格子表面が全体的にわずかに傾斜していることを示す図である。
【０１５６】
図６を参照して説明した実施形態では、特別に設計された圧電Ｚムーバが使用される。他の可能性として、市販のＺムーバを使用することが可能である。また、モータを使用することが可能である。
【０１５７】
上述した実施形態では、Ｚムーバ１５は、Ｚ位置センサ１５ａに関して、サーボ制御又は開ループによりほぼ一定の割合で駆動される。Ｚ位置センサ１５ａは、走査位置をトリガ生成装置６０に供給し、所定の間隔が網羅されるたびに、トリガ生成装置は、検出器１０のトリガを生成する。検出器は、外部非同期トリガをすることができなければならない。このようにして、像は、Ｚ位置センサ１５ａ及びトリガ生成装置６０のみに基づいて、かつサーボ制御又はほぼ一定の走査速度の誤差には基づかずに、一定の位置間隔において取られる。これは、Ｚムーバがモータであるとき、特に有用であるが、Ｚムーバが圧電ムーバであるときにも使用することができる。
【０１５８】
他の可能性として、Ｚムーバ１５は、Ｚムーバが位置間においてステップ化されるように、Ｚ位置センサ１５ａと、所望のフレーム間隔でサーボ制御装置に送られる一連のコマンド位置とに関してサーボ制御することが可能である。このようにして、時間に基づくトリガ生成装置によって、かつ一定の時間間隔で、検出器１０をトリガすることができる。したがって、走査は、検出器の暴露時間の間においてステップ化される。これは、Ｚムーバが圧電ムーバである場合、有用である。
【０１５９】
上述した実施形態では、領域画素分解能（すなわち、実際には検出器１０の感知素子のピッチ）は、対物レンズ１４を通過することができる分解可能位置の数と同じである。しかし、しばしば干渉分光法では、カメラ又は検出器の領域画素分解能は、対物レンズを通過することができる分解可能位置の数ほど多くない。したがって、最大視野から最大水平分解能の範囲を網羅するために、像を拡大又は縮小することを可能にするように、ズームレンズ又は余分なレンズの選択肢を提供することが可能である。他の可能性として、検出器１０は、通常必要とされるものより大きい領域の画素分解能を有するカメラを備えることが可能であり、これにより、１つおきの画素などの選択画素のみを取ることによって、又は隣接画素のグループによって得られた強度データをまとめて追加して、「超画素」を形成することによって、より小さい領域の画素分解能を達成することができる。これらの超画素は、例えば、個々の感知素子の２×２、４×４、又は８×８の２乗アレイからなることが可能である。また、より小さい領域の画素分解能は、アレイ全体の一部のみの感知素子を選択することによって達成することが可能である。これらの手法により、同じ領域の画素分解能が、異なる視野及び水平分解能を網羅することが可能になり、それにより、電子ズーム機能が提供される。
【０１６０】
大きな領域の面画素分解能カメラを備える検出器を使用する欠点は、フレーム読取り率が、通常、感知素子の線の数すなわち像の線の数に比例して低減されることである。しかし、検出器は、Ｖｏｓｓｋｕｈｌｅｒ  ＧｍｂＨ：ＣＣＤ１３００Ｂ  ＣＣＤカメラなど、市販のＣＣＤカメラを備えることが可能である。このカメラは、いくつかの線にわたる画素のグループが共に追加されて、読み取る必要のある線の数を低減し、したがって、読取り率を増大させる垂直ビニングを有し、及び／又は、フレームの線のいくつかのみが読み取られ、やはり読取り率を増大させる部分走査機能を有する。両方の機能とも、高読取り率を有する電子ズームを達成することを可能にする。デジタルカメラのズーム機能は、視野の様々な領域にズームインする、又はズームアウトするために使用することも可能である。
【０１６１】
上述した実施形態では、相関機能は、ガウス型包絡線を有する。ローレンツ型（Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ）など、他のピーク付き包絡線の形態を使用することが可能である。しかし、使用される包絡線は、滑らかに変化する関数であることが望ましい。
【０１６２】
図７を参照して説明した弁別器４２は、図１６に示した相関器４４０と同様の方式であるが、より粗いスケールで、相関手続きを実施することが可能である。すなわち、相関関数の基準波パケットは、各基準関数について４点など、より少ない数の点としてデジタル化される。また、そのような弁別器は、相関手続きが実施される強度値間において、４より大きい又は小さい間隔を使用することが可能である。また、図１７ａ及び図１７ｂを参照して説明した同時相関器は、４以外の間隔を使用することが可能である。上述した相関器は、図１６を参照して説明した弁別器と同様に、インデックスａｉ、ｂｉがゼロ又はほぼゼロである場合、乗算ステップを実施しないように構成することが可能である。
【０１６３】
また、画素の強度値データにおいて、単に最高強度値を探す弁別器を使用することも可能であると考えられる。
【０１６４】
相関が事後処理手続きである実施形態では、上述した方法以外の相関を実施する他の方法を使用することが可能である。例えば、強度値の各セットは、強度値の次のセットが相関器４４によって処理される前に、各インデックスａｉ（ならびに各インデックスｂｉ）、及び対応するメモリ位置に記憶されている合計又は累積値によって乗算することが可能である。他の可能性として、図１８ａから図１８ｇを参照して上述した相関手続きを使用することが可能である。
【０１６５】
図１４を参照して説明した実施形態では、各表面画素のデータは、相関器及び表面トポグラファによって順次処理される。他の可能性として、相関器４４は、各画素について上記のプロセスを繰り返すことが可能であり、それにより、相関プロセスの終了時に、相関バッファ４６が、各画素について、相関成分の対の対応するアレイを記憶し、各対は、対応する走査ステップ、すなわちＺロガーによってログされた対応するＺ位置に関連付けられており、次いで、表面トポグラフィ決定装置は、表面トポグラフィを決定することが可能である。
【０１６６】
上述したものとは異なる相関手続きのフレーム間隔を使用することが可能であり、フレーム間隔は、処理を高速化するように増大され、又は精度を向上させるように低減される。フレーム間隔は、オペレータによって選択可能とすることが可能である。上述したように（例えば、非特許文献２参照）、増大された速度についてアンダーサンプリング又は準ナイキストサンプリングを使用することが可能である。すなわち、フレーム間隔は、平均波長より大きくすることが可能である。この場合、広帯域源の帯域幅は、ガウス関数の当てはめが依然として適切であるように、上述したものと同様の干渉署名を達成するように、低減することが可能である。使用することが可能であるフレーム間隔の例として、λ／４、３／４λ、５／４λなどのｎλ±λ／４、λ／３などのｎλ±λ／３、λ／５などのｎλ±λ／５がある。
【０１６７】
処理能力が考慮事項であり、かつ速度が問題ではない場合、異なる画素のデータが上述した実施形態において並行して処理されるいずれか１つ又は複数の点において、代わりに、そのデータを各画素について順次処理することが可能である。代替として、処理能力が考慮事項ではなく、速度が問題である場合、異なる画素のデータが上述した実施形態において順次処理されるいずれか１つ又は複数の点において、代わりに、そのデータを並行して処理することが可能である。
【０１６８】
上述した実施形態では、フレームバッファは、測定動作中に得られるデータのフレームのすべてを記憶する。しかし、これは、具体的には、強度データの比較的多数のフレームが処理され、かつフレームあたりの画素の数が、１０２４×１０２４など多い場合、相当な量のメモリを必要とする。相関が同時に実施される図１７ａ及び図１７ｂを参照して説明した実施形態では、フレームバッファは、循環バッファとすることが可能であり、それにより、必要なバッファのサイズが低減される。循環バッファは、相関が事後処理手続きである場合にも使用することが可能である。
【０１６９】
相関が同時に実施される説明した実施形態では、環状バッファが、相関バッファの代わりに使用される。他の可能性として、相関バッファは、すべての相関成分を記憶するように十分大きくすることが可能である。
【０１７０】
表面トポグラフィの決定は、サンプル表面の様々な領域について実施することが可能である。これらの様々な領域の表面高さ表示は、オペレータに別々に供給することが可能である。他の可能性として、様々な領域の表面高さ表示は、組み合わせることが可能である。これは、表面領域が重なることを保証し、かつ１つの領域から決定される重なり領域の表面高さデータを、他の領域から得られる重なり領域の表面高さデータと関係付け、それにより、組み合わされた領域の表面高さデータがすべて、共通の基準を参照することを保証することによって、達成することが可能である。他の可能性として、粗Ｚ位置センサ２０ａ及びＺロガー２４から制御装置２１によって得られるＺ位置データを使用して、異なる領域について得られる表面高さのデータが、共通の高さデータを参照することを可能にするＺ又は高さの基準データを提供することが可能である。
【０１７１】
上述した例では、事後処理セクションは、同時処理セクションからの結果が利用可能になるとすぐに処理を実施するように構成される。これは、必ずしも必要ではなく、例えば、事後処理は、所望であれば、より後の時間又は日付まで延期することが可能である。したがって、同時処理は、表面のいくつかの異なる領域、又はいくつかの異なる表面について実施し、次いで、取外し可能媒体２９又は大容量デバイス２７に記憶することが可能であり、事後処理は、これらがすべて完了した後にのみ実施することが可能である。
【０１７２】
図７を参照して上述した例では、事後処理セクションの相関器によって実施される相関手続きにおけるウィンドウのステップは、１であるが、潜在的により高い精度が速度より重要ではない場合、２以上とすることが可能である。
【０１７３】
上述したように、高さが振幅データから決定される場合、ピークの位置が決定される。これは必ずしも必要ではなく、高さは、一方の側又は他方の側における半分の高さの位置など、当てはめられたガウス関数の他の所定の位置であるように決定することが可能である。また、上述したように、高さが相関位相データから決定される場合、ゼロ相関位相の位置として決定される。これは必ずしも必要ではなく、高さは、ゼロ以外の所定の相関位相に対応する位置の高さであるように決定することが可能である。
【０１７４】
図１５のステップＳ５３において、表面トポグラフィ決定装置３５は、相関位相勾配を使用して基準点の予測位相（余弦／正弦波パケット相関値）を計算し、次いで、予測位相との差がπ未満になるまで、基準点の相関位相に２πを追加し、又は基準点の相関位相から２πを減算することによって、相関位相をアンラップする。他の可能性として、実際の相関位相は、相関位相データを走査し、相関位相がジャンプする箇所を検出し、ジャンプの方向を考慮し、そのようなジャンプ又は不連続性において２πを追加又は減算することによって相関位相を積分することによって、決定することが可能である。あらゆる他の従来の位相アンラップ手続きを使用することが可能である。
【０１７５】
上述した手続きは、相関器の動作の結果から、すなわちパワースペクトルがガウス関数であるという近似に基づいて、訂正位相値を決定することが当然理解されるであろう。
【０１７６】
上述した実施形態では、ビームスプリッタ５は、サンプルによって反射された光が、基準ミラーによって反射された光によってスワンプされる可能性を低減又は中止するように、約２０％の反射率を有することが可能である。他の可能性として、ビームスプリッタ５ではなく、基準ミラー６を、そのように適応させることが可能であり、また、ビームスプリッタ５ではなく、基準ミラー６が、約２０％の反射率を有することが可能である。しかし、これは、光が失われるので、効率が劣る。
【０１７７】
上述した実施形態では、相関器のガウス型包絡線のフレーム間隔及び幅は、相関インデックスがゼロまで増大するように選択することが可能である。これにより、非常に低い強度値の信号レベルについて相関を実施することが可能になるが、その理由は、結果的なずれがないからである。
【０１７８】
図１９ｄを参照して上述した実施形態では、相関成分の範囲は、コピーバッファにコピーされる。他の可能性として、この範囲は、固定することが可能である。
【０１７９】
上述した実施形態では、表面プロファイリング装置は、表面領域の表面プロファイル又は表面トポグラフィを決定するために使用される。しかし、本発明を使用して、ステップの高さ、すなわち、表面上の２つの個々の点又は表面画素の間の相対高さの差を決定する、又は固定基準に対する単一表面画素の高さを決定することが可能である。
【０１８０】
上述したように、弁別器は、強度値が受信される際に、受信強度値の弁別値を決定するように構成される。他の可能性として、弁別器は、測定動作又は測定経路についてすべての強度値が受信された後にのみ動作するように構成することが可能である。
【０１８１】
相関器は、測定動作又は測定経路についてすべての強度値が受信された後、又は、強度値が受信されている際に、どちらの場合でも弁別器を使用して又は使用せずに、強度値と相関関数データとを相関させるように構成することが可能である。
【０１８２】
Ｚ軸の基準は、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）又は顕微鏡型の支持体によって置き換えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】干渉走査干渉計又は広帯域走査干渉計を使用する表面プロファイリング装置の概略的なブロック図である。
【図２】干渉ピーク又は干渉領域の周辺におけるサンプル表面領域の干渉縞を示す、位置ｚに対する強度のグラフを示す図である。
【図３】表面プロファイリング装置の機能ブロック図である。
【図４】制御装置を除いて、図３に示した表面プロファイリング装置の簡略化された側面部分図である。
【図５】図３に示した制御装置を提供するように構成することが可能である計算装置の機能ブロック図である。
【図６】表面プロファイリング装置において使用することが可能である干渉計の一例を示す図である。
【図６ａ】表面プロファイリング装置において使用することが可能である干渉計の他の例を示す図である。
【図６ｂ】図６ａの干渉計システムにおいて使用するのに適した広帯域源の概略的な透視図である。
【図６ｃ】構成要素の部分を示すために、一部が分解して示されている、図６ｂに示した広帯域源の概略的な透視図である。
【図７】図３に示したデータプロセッサの一例の機能ブロック図である。
【図８】干渉計のイメージセンサによって提供されるデータのフレームを概略的に示す図である。
【図９】図７に示した弁別器の一例によって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１０ａ】図７に示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１０ｂ】図７に示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１０ｃ】図７に示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１０ｄ】図７に示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１１】図７に示した弁別器によって実施される他のステップをフローチャートで示す図である。
【図１２】図７に示した相関器によって使用される相関関数をグラフで示す図である。
【図１３】図７に示した相関器の機能ブロック図である。
【図１４】図７に示した表面トポグラフィ決定装置によって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１５】図７に示した表面トポグラフィ決定装置によって実施することが可能である他のステップをフローチャートで示す図である。
【図１６】図７に示したデータプロセッサにおいて使用される弁別器の他の例の動作をフローチャートで示す図である。
【図１６ａ】図１６を参照して説明した弁別器を使用して得られる結果をグラフで示す図である。
【図１７ａ】図３に示したデータプロセッサの他の例の機能ブロック図である。
【図１７ｂ】図１７ａに示した相関バッファの構造を説明する図である。
【図１８ａ】図１７ａに示した相関器の動作を説明するために、相関バッファの一部を示す図である。
【図１８ｂ】図１７ａに示した相関器の動作を説明するために、相関バッファの一部を示す図である。
【図１８ｃ】図１７ａに示した相関器の動作を説明するために、相関バッファの一部を示す図である。
【図１８ｄ】図１７ａに示した相関器の動作を説明するために、相関バッファの一部を示す図である。
【図１８ｅ】図１７ａに示した相関器の動作を説明するために、相関バッファの一部を示す図である。
【図１８ｆ】図１７ａに示した相関器の動作を説明するために、相関バッファの一部を示す図である。
【図１８ｇ】図１７ａに示した相関バッファ状況ストアの一部を示す概略図である。
【図１９ａ】図１７ａに示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１９ｂ】図１７ａに示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１９ｃ】図１７ａに示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１９ｄ】図１７ａに示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１９ｅ】図１７ａに示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図１９ｆ】図１７ａに示したピークファインダによって実施されるステップをフローチャートで示す図である。
【図２０ａ】干渉ピークのｚ位置の決定を示す、図７に示したデータプロセッサを使用して得られる結果をグラフで示す図である。
【図２０ｂ】ゼロ相関位相のｚ位置の決定を示す、図７に示したデータプロセッサを使用して得られる結果をグラフで示す図である。
【図２０ｃ】干渉ピークのｚ位置の決定を示す、図１７ａ及び１７ｂに示したデータプロセッサを使用して得られる結果をグラフで示す図である。
【図２０ｄ】ゼロ相関位相のｚ位置の決定を示す、図１７ａ及び１７ｂに示したデータプロセッサを使用して得られる結果をグラフで示す図である。
【図２０ｅ】表面高さが干渉ピークの位置として決定される獲得結果を示す、１００ナノメートルの格子について決定された表面をグラフで示す図である。
【図２０ｆ】表面高さがゼロ相関位相の位置として決定される獲得結果を示す、１００ナノメートルの格子について決定された表面をグラフで示す図である。
【図１】
2005520144.tif 000005
【図２】
2005520144.tif 000006
【図３】
2005520144.tif 000007
【図４】
2005520144.tif 000008
【図５】
2005520144.tif 000009
【図６】
2005520144.tif 000010
【図６ａ】
2005520144.tif 000011
【図６ｂ】
2005520144.tif 000012
【図６ｃ】
2005520144.tif 000013
【図７】
2005520144.tif 000014
【図８】
2005520144.tif 000015
【図９】
2005520144.tif 000016
【図１０ａ】
2005520144.tif 000017
【図１０ｂ】
2005520144.tif 000018
【図１０ｃ】
2005520144.tif 000019
【図１０ｄ】
2005520144.tif 000020
【図１１】
2005520144.tif 000021
【図１２】
2005520144.tif 000022
【図１３】
2005520144.tif 000023
【図１４】
2005520144.tif 000024
【図１５】
2005520144.tif 000025
【図１６】
2005520144.tif 000026
【図１６ａ】
2005520144.tif 000027
【図１７ａ】
2005520144.tif 000028
【図１７ｂ】
2005520144.tif 000029
【図１８ａ】
2005520144.tif 000030
【図１８ｂ】
2005520144.tif 000031
【図１８ｃ】
2005520144.tif 000032
【図１８ｄ】
2005520144.tif 000033
【図１８ｅ】
2005520144.tif 000034
【図１８ｆ】
2005520144.tif 000035
【図１８ｇ】
2005520144.tif 000036
【図１９ａ】
2005520144.tif 000037
【図１９ｂ】
2005520144.tif 000038
【図１９ｃ】
2005520144.tif 000039
【図１９ｄ】
2005520144.tif 000040
【図１９ｅ】
2005520144.tif 000041
【図１９ｆ】
2005520144.tif 000042
【図２０ａ】
2005520144.tif 000043
【図２０ｂ】
2005520144.tif 000044
【図２０ｃ】
2005520144.tif 000045
【図２０ｄ】
2005520144.tif 000046
【図２０ｅ】
2005520144.tif 000047
【図２０ｆ】
2005520144.tif 000048
【国際調査報告】
2005520144.tif 000049
2005520144.tif 000050