(57)【要約】【課題】  低コヒーレンス干渉法を利用して長レンジの高さを持つ測定対象の高さを精度よく測定できる測定方法及び測定装置を提供し、特に、測定時に要されるメモリの容量や計算時間を低減して計算コストを抑えることができるようにする。【解決手段】  本発明の微小高さ測定装置では、注目点と近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値が、ステージを高低差分移動したときの注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなされる。このため、ステージの移動回数を減らすことができ、計算時間を短縮することができる。また、注目点とその近傍点との干渉光強度を測定するために、干渉光強度が急峻に変化する位置、つまり干渉光強度のピーク位置を検出し易くなる。この結果、ステージを移動してサンプリングする際の標本点間隔を広げて計測を行った場合にも、精度良く測定対象の高さ、ひいては表面形状を測定することができる。【選択図】  図２
2005331254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された中心波長を有する低コヒーレンス光を照射可能な光源部と、前記光源部からの照射光を測定対象の物体表面及び参照物の参照面のそれぞれで反射させ、両反射光を干渉させる干渉光学系と、前記測定対象及び前記参照物の少なくとも一方を移動可能に支持するステージと、前記ステージを駆動することにより前記物体表面と前記参照面との距離を調整可能な位置調整機構と、前記両反射光の干渉縞画像を撮像して取得する撮像部と、前記撮像部で取得された干渉縞画像を用いて前記物体表面の高さを測定する演算制御部と、を備えた微小高さ測定装置において、
前記演算制御部は、
前記撮像部により撮像された干渉縞画像に、前記物体表面における注目点とその近傍点とを設定し、前記注目点と前記近傍点における干渉光強度をそれぞれ測定する干渉光強度測定手段と、
前記注目点と前記近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値を、前記ステージを前記高低差分移動したときの前記注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなして、これを特徴量として算出する特徴量算出手段と、
前記位置調整機構により前記ステージを所定の標本点間隔ずつ移動させて順次算出された前記特徴量の分布をサンプリングするサンプリング手段と、
前記特徴量の分布から前記特徴量のピーク位置を検出し、前記特徴量がピーク位置となる前記ステージの位置を検出することにより、前記測定対象の高さを算出する高さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする微小高さ測定装置。
【請求項２】
前記干渉光強度測定手段は、前記ステージの各移動位置における同一の干渉縞画像内に、前記注目点と前記近傍点とを設定することを特徴とする請求項１記載の微小高さ測定装置。
【請求項３】
前記干渉光強度測定手段は、前記ステージの各移動位置において前記注目点に対する前記近傍点を少なくとも２点設定し、
前記特徴量算出手段は、前記注目点と前記各近傍点の干渉光強度の差の絶対値が最も大きいもののみを、又は前記注目点と前記各近傍点の干渉強度から得られるビジビリティを、前記特徴量として算出すること、
を特徴とする請求項２記載の微小高さ測定装置。
【請求項４】
前記干渉光強度測定手段は、前記注目点と前記各近傍点との高低差が一定となるように、前記干渉縞画像内の前記注目点と各近傍点とを設定することを特徴とする請求項３記載の微小高さ測定装置。
【請求項５】
前記干渉光強度測定手段は、前記位置調整機構により前記ステージを前記高低差分高さ方向に移動して、前記撮像部により撮像した干渉縞画像を少なくとも３枚取得し、前記各干渉縞画像内の同一位置の測定点の一つを前記注目点、他を前記近傍点として前記干渉光強度をそれぞれ測定し、
前記特徴量算出手段は、前記高さ方向に隣接した前記注目点と前記各近傍点の干渉光強度の差の絶対値が最も大きいもののみを、又は前記注目点と前記各近傍点の干渉強度から得られるビジビリティを、前記特徴量として算出すること、
を特徴とする請求項１記載の微小高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉光学系を利用して測定対象の微小高さを測定する測定装置に関し、特に低コヒーレンス干渉法を用いた微小高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化に伴い、その内部に組み込まれる電子部品や材料の形状やサイズは多様化、微細化している。それに加えて、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に代表されるデバイスは、ミクロンオーダの凹凸構造とナノメートルオーダの微細表面形状が混在している。こうした状況から、サブミクロンから数百ミクロンの高低差を持つ表面形状を、ナノメートルオーダの計測精度で精密に行う必要が生じている。
【０００３】
このような微細表面形状の高さの測定には、一般に干渉光学系を利用した高精度干渉方式が用いられる。この高精度干渉方式の一つとして、例えば位相シフト干渉法がある。しかし、位相シフト干渉法で長レンジの高さを測定する場合には、測定結果に不連続な折り返しが生じる場合があり、この場合には、測定対象の表面が連続的に変化するという仮定を用いた位相接続（アンラッピング）処理を行う必要がある。しかしながら、表面形状に大きな段差がある場合には上記連続性の仮定が成り立たないため、測定が困難になる。これを回避する別の高精度干渉方式として、低コヒーレンス干渉法がある。
【０００４】
図８は、低コヒーレンス干渉光学系を用いた従来の干渉計の構成例を表す説明図である。図８に示すように、従来の測定装置においては、光源部１０１から干渉縞距離が短い光（低コヒーレンス光）が、ステージ１０２上に載置された測定対象１０３と干渉レンズ１０４内の参照面に同時に照射される。そして、測定対象１０３の表面及び干渉レンズ１０４の参照面のそれぞれで反射した両反射光による干渉光の干渉縞が、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどからなる撮像部１０５により観測される。この干渉縞は、ステージ１０２を測定対象１０３の高さ方向（ｚ方向）に微小に動かしてサンプリングされるが、低コヒーレンス光によるため、測定対象１０３と参照面からの両反射光の光路差がゼロとなる場合の縞が最も振幅が大きくなり明るくなる。なお、図示の例ではステージ１０２の駆動により測定対象１０３をその高さ方向に動かしているが、干渉レンズ１０４を動かすようにしてもよい。
【０００５】
図９は、従来の低コヒーレンス干渉法の測定原理を表す説明図である。すなわち、測定対象１０３の微小高さの測定は、測定対象１０３をある標本点間隔で垂直方向に動かすことにより得られるインターフェログラムから、上記光路差がゼロとなるステージ１０２の位置（一般には干渉強度が最大となるピーク位置）を干渉縞画像内の各点について検出することにより行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
すなわち、ステージ１０２の移動距離と、その移動で干渉強度が最大となる両インターフェログラムの間隔（画素数から算出される距離など）を算出することにより、その測定対象の両インターフェログラムの間隔においてステージ１０２の移動距離分の高さがあることが分かる。
【０００７】
図１０及び図１１は、インターフェログラムのピーク位置の検出方法を示す説明図である。図１１（Ａ）は、本測定に際して作成される標本点列を表し、その横軸が測定対象１０３の位置を表し、縦軸が干渉光強度を表している。図１１（Ｂ）は、本測定に際して算出される後述する特徴量の分布を表し、その横軸が測定対象１０３の位置を表し、縦軸が特徴量を表している。
【０００８】
すなわち、測定対象１０３の表面形状の計測においては、まず図１０に示すように、測定対象１０３あるいは干渉レンズ１０４を測定対象１０３の高さ方向にある一定間隔（標本点間隔）で移動させつつ各干渉縞を撮像する。そして、図１１（Ａ）に示すように、このとき得られた干渉光強度をパラメータとする標本点列を作成する。
【０００９】
続いて、この標本点列からインターフェログラムのピーク位置を求める。このピーク位置を精度良く求めるためには、光源の分光特性によって決まるナイキスト間隔以下の標本点間隔が必要となる。なお、可視光を使った場合には、この標本点間隔が数十nmとなるのが一般的である。
【００１０】
そして、これらの標本点列からピーク位置を求めるために、一般には、得られた標本点列のピーク位置を反映する特徴量が算出される。この特徴量には、例えば図１１（Ｂ）に示すように、隣接標本点の干渉強度の差の絶対値が用いられる。同図には、特徴量から得られる近似曲線（最小二乗近似）が示されている。この近似曲線のピーク位置（図中矢印）を画像内各点について求めることにより測定対象１０３の表面形状が高精度に求まる。図示の例では、測定対象１０３の高さが0μmに位置しているインターフェログラムからピーク位置を求めた結果、ほぼ0μm位置に近似曲線のピーク位置が位置している。
【００１１】
このように、低コヒーレンス干渉法を用いると、白色光の短い可干渉距離（数μm）を利用して、サブミクロンから数百ミクロンの高低差を持つ長レンジの対象高さをナノメートルレベルで高精度に測定することができる。
【特許文献１】米国特許第５，１３３，６０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、低コヒーレンス干渉法により得られるインターフェログラムのピーク位置を精度良く求めるためには、光源の分光特性によって決まるナイキスト間隔以下の標本点間隔で複数枚の干渉縞画像を撮像する必要があり、ナイキスト間隔を超えて標本点間隔を設定した場合に問題が生じる。
【００１３】
図１２は、上述した従来の測定方法で標本点間隔を広げた場合の問題点を表す説明図である。図１２（Ａ）は、この場合の測定に際して作成される標本点列を表し、その横軸が測定対象１０３の位置を表し、縦軸が干渉光強度を表している。図１２（Ｂ）は、この場合の測定に際して算出される後述する特徴量の分布を表し、その横軸が測定対象１０３の位置を表し、縦軸が特徴量を表している。
【００１４】
すなわち、図１２（Ａ）に示すように、ナイキスト間隔を超えて標本点間隔を設定した場合に、図１２（Ｂ）に矢印で示すように、本来0μmであるはずのピーク位置がずれて計測精度が大幅に低下していることが分かる。
【００１５】
以上に説明したように、従来の測定方法で長レンジの高さを持つ測定対象の高さを精度よく測定するためには、光源の分光特性から決まる標本点間隔に従って干渉縞画像を撮像する必要がある。このため、干渉縞画像の撮像枚数が増えて撮像時間が長くなり、サンプリングデータを格納するために必要なメモリの容量が増大したり、測定に要する計算時間が長くなるため、計算コストが増大するという問題があった。
【００１６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低コヒーレンス干渉法を利用して長レンジの高さを持つ測定対象の高さを精度よく測定できる測定方法及び測定装置を提供し、特に、測定時に要されるメモリの容量や計算時間を低減して計算コストを抑えることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では上記問題を解決するために、図１に示したように、予め設定された中心波長を有する低コヒーレンス光を照射可能な光源部１と、光源部１からの照射光を測定対象７の物体表面及び参照物６の参照面のそれぞれで反射させ、両反射光を干渉させる干渉光学系２と、測定対象７及び参照物６の少なくとも一方を移動可能に支持するステージ１０と、ステージ１０を駆動することにより物体表面と参照面との距離を調整可能な位置調整機構３と、両反射光の干渉縞画像を撮像して取得する撮像部４と、撮像部４で取得された干渉縞画像を用いて物体表面の高さを測定する演算制御部５とを備えた微小高さ測定装置が提供される。この演算制御部５は、干渉光強度測定手段、特徴量算出手段、サンプリング手段、及び高さ算出手段を備える。
【００１８】
干渉光強度測定手段は、撮像部により撮像された干渉縞画像に、物体表面における注目点とその近傍点とを設定し、注目点と近傍点における干渉光強度をそれぞれ測定する。
特徴量算出手段は、注目点と近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値を、ステージ１０を上記高低差分移動したときの注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなして、これを特徴量として算出する。
【００１９】
サンプリング手段は、位置調整機構３によりステージ１０を所定の標本点間隔ずつ移動させて順次算出された特徴量の分布をサンプリングする。
高さ算出手段は、特徴量の分布から特徴量のピーク位置を検出し、特徴量がピーク位置となるステージ１０の位置を検出することにより、測定対象７の高さを算出する。
【００２０】
このような微小高さ測定方法によれば、干渉縞画像に注目点と近傍点とが設定され、その注目点と近傍点における干渉光強度がそれぞれ測定されるが、注目点と近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値が、ステージ１０を高低差分移動したときの注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなされ、特徴量が算出される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の微小高さ測定装置では、注目点と近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値が、ステージを高低差分移動したときの注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなされるため、この注目点について、近傍点に相当する位置にステージを動かしてその干渉光強度を測定する必要がなくなる。
【００２２】
このため、ステージの移動回数を減らすことができ、計算時間を短縮することができる。また、注目点とその近傍点との干渉光強度を測定するために、干渉光強度が急峻に変化する位置、つまり干渉光強度のピーク位置を検出し易くなる。この結果、ステージを移動してサンプリングする際の標本点間隔を広げて計測を行った場合にも、精度良く測定対象の高さ、ひいては表面形状を測定することができる。さらに、このように標本点間隔を広げることにより、サンプリング数が少なくなり、計測時の必要メモリや計算時間等の計算コストを抑えて計測の高速化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態の微小高さ測定装置の構成例を示す図である。
この微小高さ測定装置は、光源部１，干渉光学系２，位置調整機構３，撮像部４，及び演算制御部５を備えており、マイケルソン型干渉計として構成されている。
【００２４】
光源部１は、中心波長が干渉縞距離が短い光（低コヒーレンス光）を照射可能なものである。この例では、白色光源が用いられる。
干渉光学系２は、光路分岐用のハーフミラーと、参照面を有する干渉レンズ６（参照物）とを備えている。この干渉光学系２は、光源部１からの照射光を一旦分岐させて、測定対象７の物体表面と干渉レンズ６の参照面とのそれぞれで反射させ、戻ってきた両反射光を干渉させる。
【００２５】
位置調整機構３は、参照面を光軸方向に沿って移動させるためのピエゾドライバ８と、測定対象７の物体表面を光軸方向及び光軸に垂直な方向に移動させたり、高さ方向に傾けたりするためのステージドライバ９とを備えている。ピエゾドライバ８は、演算制御部５からの指令により、干渉レンズ６を装着したピエゾステージ１０を駆動する。このピエゾステージ１０には、ピエゾ素子が組み込まれている。ステージドライバ９は、演算制御部５からの指令により、測定対象７を載置した移動ステージ１１を駆動する。この移動ステージ１１の駆動により、測定対象７の関心のある位置が撮像部４の視野内に入れられる。
【００２６】
撮像部４は、ＣＣＤカメラ等の２次元撮像装置からなり、上記両反射光の干渉縞画像を撮像する。
演算制御部５は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を中心に構成されたコンピュータからなり、後述する処理機能に伴う演算処理を実行したり、ピエゾドライバ８やステージドライバ９、その他のアクチュエータに制御指令信号を出力したりする。この演算制御部５は、撮像部４で撮像された画像データを蓄積するメモリ等の記憶装置や、演算結果を適宜画面に出力するための表示装置などを備えている。
【００２７】
以上のように構成された微小高さ測定装置において、光源部１から射出された低コヒーレンス光は、測定対象７の物体表面と干渉レンズ６内の参照面に同時に照射される。そして、これら物体表面及び参照面のそれぞれで反射した両反射光が合流して、撮像部４の撮像面に干渉縞画像を作る。演算制御部５は、この撮像部４で撮像された干渉縞画像をデジタル画像として取り込んで解析する。この干渉縞は、移動ステージ１１を測定対象７の高さ方向に微小に動かしてサンプリングされるが、物体表面と参照面からの両反射光の光路差がゼロとなる場合の縞が最も振幅が大きくなり明るくなる。
【００２８】
なお、以上においては、いわゆる位相シフト干渉計の一例としてマイケルソン型干渉計を示したが、ミロー型干渉計その他の位相シフト干渉計を用いてもよい。
次に、本実施の形態の微小高さ測定方法について説明する。
【００２９】
まず、図示しないハンドラ等から測定対象７を移動ステージ１１上に設置する。演算制御部５は、図示しないセンサの出力により、測定対象７が移動ステージ１１に設置されたと判断すると、ステージドライバ９を介して移動ステージを水平方向、高さ方向あるいは傾き方向に駆動して、測定対象７を所定位置まで動かして測定準備を行う。
【００３０】
そして、光源部１から低コヒーレンス光が射出され、干渉レンズ６を通って測定対象７に照射される。このとき、干渉レンズ６の参照面と測定対象７の物体表面で反射された反射光が、これら参照面と物体表面との相対距離に応じて干渉し、その干渉縞が撮像部４により撮像される。干渉レンズ６は、ピエゾドライバ８を介してピエゾステージ１０により微小量上下することができるようになっており、測定準備の段階で測定対象７の注目領域で光路差がゼロとなるような範囲を含むことができるようにあらかじめ高さ方向の位置決めを行っておく。
【００３１】
以上の測定準備が整うと、その旨を表す信号が演算制御部５に入力される。演算制御部５は、これを受けてピエゾステージ１０を所定の初期位置まで動かし、撮像部４で撮像された干渉縞画像をデジタル画像として取り込み、内部のメモリに蓄積する。
【００３２】
続いて、演算制御部５は、ピエゾステージ１０を予め設定した標本点間隔分移動して再び干渉縞画像を取り込む。演算制御部５は、この動作を繰り返し、所定の距離を移動して複数枚の干渉縞画像が得られると、後述する測定原理にしたがって測定対象７の表面高さの算出を行う。
【００３３】
そして、測定対象７のある領域の表面高さの算出が終了すると、演算制御部５は、ピエゾステージ１０と移動ステージ１１を適宜動かし、測定点を測定対象７上の次の測定点に移動させる。演算制御部５は、この測定処理の過程でその演算結果を適宜表示装置に出力する。
【００３４】
次に、演算制御部５により実行される測定処理の測定原理について説明する。図２は、微小高さの測定原理を表す説明図である。
本実施の形態では、測定対象の表面における各点のインターフェログラムを求めるときに、図２に示すように、同一干渉縞画像内に注目点とその近傍点とを設定する。この近傍点は、例えば注目点から数画素分離れた位置に設定することができる。そして、測定対象の表面形状がこの注目点近傍において一定の変化を有する同質のものと仮定して、この注目点の干渉光強度と近傍点の干渉光強度との差の絶対値を特徴量とする。
【００３５】
すなわち、図９で示した従来例では、測定対象の表面にある注目点を設定して測定対象を光路に垂直に移動し、その注目点の干渉光強度の差の絶対値を特徴量として高さを求めたため、干渉光強度のサンプリングごとに測定対象を移動する必要があった。これに対し、本発明では、図２に示したように、あるサンプリング位置で注目点と近傍点との２点についてサンプリングし、そのとき近傍点で測定された干渉光強度を、注目点のインターフェログラムにおいて近傍点の位相と対応する未測定部分の干渉光強度とみなして計算を進める。これは、上記のように測定対象の表面状態が同質であると仮定すると、測定対象の表面の近接した２点で得られる２つのインターフェログラムの形状が理想的には同じになる。このため、測定対象の表面のわずかな高低差による近傍点間の干渉光強度の差が、高低差を標本点間隔とみなした場合の垂直方向の干渉光強度の差と同じとなることを利用したものである。
【００３６】
そして、上述した操作を測定対象の高さ方向にある間隔で繰り返せば、注目点と近傍点間の干渉強度差をパラメータとした標本点列が得られる。この場合、標本点列の標本点間隔はナイキスト間隔以下にした状態で１回の撮像で標本点が２点得られるので撮像時間をほぼ半分にできる。その結果、測定対象が長レンジの高さを有していても、その高さを精度よく測定でき、また、測定時に要されるメモリの容量や計算時間を低減して計算コストを抑えることができる。
【００３７】
なお、以上においては、注目点の干渉光強度と近傍点の干渉光強度との差の絶対値を特徴量としたが、同一干渉縞画像内の注目点と近傍点の干渉光強度を使って算出できる可視度（ビジビリティ、コントラスト）を特徴量としてもよい。この場合、注目点と少なくとも２つの近傍点の干渉光強度により、１つの可視度を算出できる。
【００３８】
図３は、各サンプリング位置で測定点を３つにした場合の演算例を表す説明図である。
この例では、図２で示した演算例に対して測定点をもう一箇所増やし、測定対象の注目点の両側に等間隔（同じ画素数）である２つの近傍点を設定し、その注目点の干渉光強度と両近傍点それぞれの干渉光強度との差を算出する。そして、その２つの干渉光強度の差の絶対値の大きい方を特徴量とする。
【００３９】
すなわち、図３に示すように、図示中央のインターフェログラムによる注目点の干渉光強度と図示左側のインターフェログラムによる第１近傍点の干渉光強度との差である光強度差Ａと、その注目点の干渉光強度と図示右側のインターフェログラムによる第２近傍点の干渉光強度との差である光強度差Ｂとをそれぞれ算出し、大きい方の光強度差Ａを特徴量とする。ただし、注目点と第１近傍点との高低差ａと、注目点と第２近傍点との高低差ｂとがほぼ同じとなることを前提とする。ここで、両光強度差のうち大きい方のみを特徴量としたのは、特徴量のピーク位置を求めるのが目的であるため、大きい方のみの情報が分かればよいためである。
【００４０】
図４は、測定対象の撮像高さ位置に対する特徴量を演算したシミュレーション結果を表す説明図である。（Ａ）は、図３のように各撮像高さ位置で測定点を３箇所設定して演算した結果を表すグラフであり、（Ｂ）は、その比較例として図９のように各撮像高さ位置で測定点を１箇所設定する従来手法で演算した結果を表すグラフである。両グラフとも、その横軸が測定対象の位置を表し、縦軸が特徴量を表しており、光路差ゼロの位置を高さ約4μmの位置に設定した場合のシミュレーション結果を示している。なお、同図には、角点で示した実際の標本点間隔毎の特徴量に加え、参照として標本点間隔を極めて小さくした場合の特徴量の値（波形）を併記している。
【００４１】
このシミュレーション結果によれば、図４（Ｂ）の比較例（従来法）では、撮像間隔すなわち標本点間隔によっては、同図に示したように偽のピーク位置が表れることがある。
これに対し、図４（Ｂ）の本手法では、グラフの形状がほぼ単峰であるために、標本点間隔にあまり影響されずにピーク位置を検出できる。
【００４２】
図５は、上述した測定方法で標本点間隔を広げた場合の特徴量のピーク位置の検出例を表す説明図である。（Ａ）は、この場合の測定に際して作成される標本点列を表し、その横軸が測定対象７の位置を表し、縦軸が干渉光強度を表している。（Ｂ）は、この場合の測定に際して算出される後述する特徴量の分布を表し、その横軸が測定対象７の位置を表し、縦軸が特徴量を表している。
【００４３】
図５（Ｂ）によれば、ナイキスト間隔を超えて標本点間隔を設定した場合でも、光路差ゼロのピーク位置（図中0μm）を精度良く示しており、標本点間隔を大きくしても、注目点と近傍点間のわずかな高低差を利用して精度良く高さを得ることができることが分かる。これは、以下の理由によるものと考えられる。
【００４４】
すなわち、図４（Ｂ）に示すように、隣接標本点間の差の絶対値を特徴量とした場合には、隣接する標本点間の干渉光強度の差が大きく変動する位置を何度も経るため、特徴量が大きく変動し易くなる。このため、標本点間隔が大きいと、特徴量の大きい箇所をサンプリングし難くなり、特徴量のピーク位置を誤って検出する場合が生じる。
【００４５】
これに対し、図４（Ａ）に示すように、２つの干渉光強度の差の絶対値の小さい方を特徴量として無視する場合には、隣接する標本点間の干渉光強度の差が大きく変動する位置を経る確率が少なくなるため、特徴量の変動が小さくなる。このため、グラフが単峰に近くなって、標本点間隔が大きくても特徴量の大きい箇所をサンプリングし易くなり、特徴量のピーク位置を誤って検出することを防止又は抑制することができる。以上の理由から、本手法により測定精度が向上する。
【００４６】
なお、以上に示した低コヒーレンス干渉光学系においては、図３で示した高低差が光源波長に対してある範囲にあれば計測精度的に有利であることが、出願人らのシミュレーションの結果により判明した。
【００４７】
図６は、図３で示した高低差の設定と測定精度との関係を表す説明図である。ここでは、図４（Ａ）のグラフの頂点付近であるＡ部について、下記式（１）で求められるＶ値を定義し、このＶ値が高低差によってどのように変化するかをシミュレーションした。図６は、そのシミュレーション結果を表すグラフであり、その横軸が高低差を表し、縦軸がＶ値を表している。なお、このときの光源の中心波長は約５８０nmとし、図３のように隣接する近傍点の高低差ａ，ｂをほぼ同じにした。
【００４８】
Ｖ＝（Max−Min）／（Max＋Min）  ・・・（１）
ここで、Maxは、図４（Ａ）のグラフに示される特徴量を表す波形の山の部分の値であり、MinはこのMaxに隣接する谷の部分の値である。上記式（１）から、０＜Ｖ＜１であり、図４（Ａ）のグラフが単峰に近づくほどＶ値が小さくなる。つまり、Ｖ値が小さくなるほど特徴量の変動が小さくなり、特徴量のピーク値の検出精度が向上する。
【００４９】
図６によれば、高低差が約７５nmのときにＶ値が極小値をとることが分かる。すなわち、高低差が光源の中心波長の約１／８となるときにＶ値が最小となり、中心波長の１／９〜１／７（特に中心波長の１／８の前後１０％）となるときに特に良好な測定精度が得られることが分かった。
【００５０】
このように高低差を光源波長の１／８程度に保つのが計測精度的に有利であることが分かったため、注目点と近傍点との距離を上記高低差になるように選んでもよいし、注目点と近傍点間の高低差が適当になるように測定対象７を傾けてもよい。
【００５１】
図７は、測定対象７の注目点と近傍点の間に全く高低差がない場合の演算例を示す説明図である。
すなわち、注目点と近傍点とを結ぶ方向に高低差がない場合には、測定対象７を傾けるなどして意図的に高低差を作らずに、測定対象７をその表面と垂直方向に必要な高低差分動かしてデータを取り、標本点間隔分動かすという動作を繰り返してもよい。
【００５２】
あるいは、図示しないが、図３の方法で対象の傾きを変えて２回以上計測を行うことにより、注目点と近傍点に高低差がない箇所を補いながらデータを得てもよい。
以上のように、本手法により、標本点間隔を大きくしても、高速化を図りつつ低コヒーレンス干渉法の原理を利用して精度良く測定対象の高さを得ることができる。
【００５３】
以上説明したように、本発明の微小高さ測定装置によれば、長レンジの高さを持つ測定対象の測定に際して、測定時の必要メモリや計算時間等の計算コストを抑えて計測の高速化を図るために、標本点間隔を広げて計測を行った場合にも、その測定対象の高さ、ひいては表面形状を精度よく測定することができる。
【００５４】
なお、上述した演算制御部５が実行する各処理機能はコンピュータによって実現されるが、その場合、各機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記録装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープなどがある。光ディスクには、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、ＤＶＤ−ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disc Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ(Recordable)／ＲＷ(ReWritable)などがある。光磁気記録媒体には、ＭＯ(Magneto-Optical disk)などがある。
【００５５】
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
【００５６】
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
【００５７】
（付記１）  予め設定された中心波長を有する低コヒーレンス光を照射可能な光源部と、前記光源部からの照射光を測定対象の物体表面及び参照物の参照面のそれぞれで反射させ、両反射光を干渉させる干渉光学系と、前記測定対象及び前記参照物の少なくとも一方を移動可能に支持するステージと、前記ステージを駆動することにより前記物体表面と前記参照面との距離を調整可能な位置調整機構と、前記両反射光の干渉縞画像を撮像して取得する撮像部と、前記撮像部で取得された干渉縞画像を用いて前記物体表面の高さを測定する演算制御部と、を備えた微小高さ測定装置において、
前記演算制御部は、
前記撮像部により撮像された干渉縞画像に、前記物体表面における注目点とその近傍点とを設定し、前記注目点と前記近傍点における干渉光強度をそれぞれ測定する干渉光強度測定手段と、
前記注目点と前記近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値を、前記ステージを前記高低差分移動したときの前記注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなして、これを特徴量として算出する特徴量算出手段と、
前記位置調整機構により前記ステージを所定の標本点間隔ずつ移動させて順次算出された前記特徴量の分布をサンプリングするサンプリング手段と、
前記特徴量の分布から前記特徴量のピーク位置を検出し、前記特徴量がピーク位置となる前記ステージの位置を検出することにより、前記測定対象の高さを算出する高さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする微小高さ測定装置。
【００５８】
（付記２）  前記干渉光強度測定手段は、前記ステージの各移動位置における同一の干渉縞画像内に、前記注目点と前記近傍点とを設定することを特徴とする付記１記載の微小高さ測定装置。
【００５９】
（付記３）  前記干渉光強度測定手段は、前記ステージの各移動位置において前記注目点に対する前記近傍点を少なくとも２点設定し、
前記特徴量算出手段は、前記注目点と前記各近傍点の干渉光強度の差の絶対値が最も大きいもののみを、又は前記注目点と前記各近傍点の干渉強度から得られるビジビリティを、前記特徴量として算出すること、
を特徴とする付記２記載の微小高さ測定装置。
【００６０】
（付記４）  前記干渉光強度測定手段は、前記注目点と前記各近傍点との高低差が一定となるように、前記干渉縞画像内の前記注目点と各近傍点とを設定することを特徴とする付記３記載の微小高さ測定装置。
【００６１】
（付記５）  前記干渉光強度測定手段は、前記位置調整機構により前記ステージを前記高低差分高さ方向に移動して、前記撮像部により撮像した干渉縞画像を少なくとも３枚取得し、前記各干渉縞画像内の同一位置の測定点の一つを前記注目点、他を前記近傍点として前記干渉光強度をそれぞれ測定し、
前記特徴量算出手段は、前記高さ方向に隣接した前記注目点と前記各近傍点の干渉光強度の差の絶対値が最も大きいもののみを、又は前記注目点と前記各近傍点の干渉強度から得られるビジビリティを、前記特徴量として算出すること、
を特徴とする付記１記載の微小高さ測定装置。
【００６２】
（付記６）  前記干渉光強度測定手段は、前記注目点と前記各近傍点との間に所定の高低差が生じるように、前記測定対象に一定の傾きを与えることを特徴とする付記４記載の微小高さ測定装置。
【００６３】
（付記７）  予め設定された中心波長を有する低コヒーレンス光を照射可能な光源部と、前記光源部からの照射光を測定対象の物体表面及び参照物の参照面のそれぞれで反射させ、両反射光を干渉させる干渉光学系と、前記測定対象及び前記参照物の少なくとも一方を移動可能に支持するステージと、前記ステージを駆動することにより前記物体表面と前記参照面との距離を調整可能な位置調整機構と、前記両反射光の干渉縞画像を撮像して取得する撮像部とを備えた測定装置を用いて、前記物体表面の高さを測定する微小高さ測定方法において、
前記撮像部により撮像された干渉縞画像に、前記物体表面における注目点とその近傍点とを設定し、前記注目点と前記近傍点における干渉光強度をそれぞれ測定する干渉光強度測定工程と、
前記注目点と前記近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値を、前記ステージを前記高低差分移動したときの前記注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなして、これを特徴量として算出する特徴量算出工程と、
前記位置調整機構により前記ステージを所定の標本点間隔ずつ移動させて順次算出された前記特徴量の分布をサンプリングするサンプリング工程と、
前記特徴量の分布から前記特徴量のピーク位置を検出し、前記特徴量がピーク位置となる前記ステージの位置を検出することにより、前記測定対象の高さを算出する高さ算出工程と、
を備えたことを特徴とする微小高さ測定方法。
【００６４】
（付記８）  前記干渉光強度測定工程は、前記ステージの各移動位置における同一の干渉縞画像内に、前記注目点と前記近傍点とを設定することを特徴とする付記７記載の微小高さ測定方法。
【００６５】
（付記９）  前記干渉光強度測定工程は、前記ステージの各移動位置において前記注目点に対する前記近傍点を少なくとも２点設定し、
前記特徴量算出工程は、前記注目点と前記各近傍点の干渉光強度の差の絶対値が最も大きいもののみを、又は前記注目点と前記各近傍点の干渉強度から得られるビジビリティを、前記特徴量として算出すること、
を特徴とする付記８記載の微小高さ測定方法。
【００６６】
（付記１０）  前記干渉光強度測定工程は、前記注目点と前記各近傍点との高低差が一定となるように、前記干渉縞画像内の前記注目点と各近傍点とを設定することを特徴とする付記９記載の微小高さ測定方法。
【００６７】
（付記１１）  前記干渉光強度測定工程は、前記位置調整機構により前記ステージを前記高低差分高さ方向に移動して、前記撮像部により撮像した干渉縞画像を少なくとも３枚取得し、前記各干渉縞画像内の同一位置の測定点の一つを前記注目点、他を前記近傍点として干渉光強度をそれぞれ測定し、
前記特徴量算出工程は、前記高さ方向に隣接した前記注目点と前記各近傍点の干渉光強度の差の絶対値が最も大きいもののみを、又は前記注目点と前記各近傍点の干渉強度から得られるビジビリティを、前記特徴量として算出すること、
を特徴とする付記７記載の微小高さ測定方法。
【００６８】
（付記１２）  前記干渉光強度測定工程は、前記注目点と前記各近傍点との間に所定の高低差が生じるように、前記測定対象に一定の傾きを与えることを特徴とする付記１０記載の微小高さ測定方法。
【００６９】
（付記１３）  予め設定された中心波長を有する低コヒーレンス光を照射可能な光源部と、前記光源部からの照射光を測定対象の物体表面及び参照物の参照面のそれぞれで反射させ、両反射光を干渉させる干渉光学系と、前記測定対象及び前記参照物の少なくとも一方を移動可能に支持するステージと、前記ステージを駆動することにより前記物体表面と前記参照面との距離を調整可能な位置調整機構と、前記両反射光の干渉縞画像を撮像して取得する撮像部とを備えた測定装置に搭載され、前記物体表面の高さを測定する微小高さ測定プログラムにおいて、
コンピュータを、
前記撮像部により撮像された干渉縞画像に、前記物体表面における注目点とその近傍点とを設定し、前記注目点と前記近傍点における干渉光強度をそれぞれ測定する干渉光強度測定手段、
前記注目点と前記近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値を、前記ステージを前記高低差分移動したときの前記注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなして、これを特徴量として算出する特徴量算出手段、
前記位置調整機構により前記ステージを所定の標本点間隔ずつ移動させて順次算出された前記特徴量の分布をサンプリングするサンプリング手段、
前記特徴量の分布から前記特徴量のピーク位置を検出し、前記特徴量がピーク位置となる前記ステージの位置を検出することにより、前記測定対象の高さを算出する高さ算出手段、
として機能させることを特徴とする微小高さ測定プログラム。
【００７０】
（付記１４）  予め設定された中心波長を有する低コヒーレンス光を照射可能な光源部と、前記光源部からの照射光を測定対象の物体表面及び参照物の参照面のそれぞれで反射させ、両反射光を干渉させる干渉光学系と、前記測定対象及び前記参照物の少なくとも一方を移動可能に支持するステージと、前記ステージを駆動することにより前記物体表面と前記参照面との距離を調整可能な位置調整機構と、前記両反射光の干渉縞画像を撮像して取得する撮像部とを備えた測定装置に搭載され、前記物体表面の高さを測定する微小高さ測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
コンピュータを、
前記撮像部により撮像された干渉縞画像に、前記物体表面における注目点とその近傍点とを設定し、前記注目点と前記近傍点における干渉光強度をそれぞれ測定する干渉光強度測定手段、
前記注目点と前記近傍点との高低差により生じる両干渉光強度の差分の絶対値を、前記ステージを前記高低差分移動したときの前記注目点における両干渉光強度の差分の絶対値とみなして、これを特徴量として算出する特徴量算出手段、
前記位置調整機構により前記ステージを所定の標本点間隔ずつ移動させて順次算出された前記特徴量の分布をサンプリングするサンプリング手段、
前記特徴量の分布から前記特徴量のピーク位置を検出し、前記特徴量がピーク位置となる前記ステージの位置を検出することにより、前記測定対象の高さを算出する高さ算出手段、
として機能させることを特徴とする微小高さ測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態の微小高さ測定装置の構成例を示す図である。
【図２】微小高さの測定原理を表す説明図である。
【図３】各サンプリング位置で測定点を３つにした場合の演算例を表す説明図である。
【図４】測定対象の撮像高さ位置に対する特徴量を演算したシミュレーション結果を表す説明図である。
【図５】標本点間隔を広げた場合の特徴量のピーク位置の検出例を表す説明図である。
【図６】図３で示した高低差の設定と測定精度との関係を表す説明図である。
【図７】測定対象の注目点と近傍点の間に全く高低差がない場合の演算例を示す説明図である。
【図８】低コヒーレンス干渉光学系を用いた従来の干渉計の構成例を表す説明図である。
【図９】従来の低コヒーレンス干渉法の測定原理を表す説明図である。
【図１０】インターフェログラムのピーク位置の検出方法を示す説明図である。
【図１１】インターフェログラムのピーク位置の検出方法を示す説明図である。
【図１２】従来の測定方法で標本点間隔を広げた場合の問題点を表す説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  光源部
２  干渉光学系
３  位置調整機構
４  撮像部
５  演算制御部
６  干渉レンズ
７  測定対象
８  ピエゾドライバ
９  ステージドライバ
１０  ピエゾステージ
１１  移動ステージ
【図１】
2005331254.tif 000003
【図２】
2005331254.tif 000004
【図３】
2005331254.tif 000005
【図４】
2005331254.tif 000006
【図５】
2005331254.tif 000007
【図６】
2005331254.tif 000008
【図７】
2005331254.tif 000009
【図８】
2005331254.tif 000010
【図１１】
2005331254.tif 000011
【図１２】
2005331254.tif 000012
【図９】
2005331254.tif 000013
【図１０】
2005331254.tif 000014