【手続補正書】
【提出日】平成19年6月1日(2007.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ヘッドを用いて測定光を被測定試料上にフォーカスさせ、該被測定試料の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において、該被測定試料からの光により得られる光ヘテロダインの測定ビート信号をフォーカス検出信号として用いることにより、該被測定試料の形状を測定することを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２】
該測定ビート信号の強度が最大になる位置における該測定ビート信号と該光ヘッドから予め求めた参照ビート信号の位相差を記憶し、該位相差が該記憶した値になるよう該光ヘッドの光軸方向にフォーカスサーボを行いながら、該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項1記載の三次元形状計測装置。
【請求項３】
該測定ビート信号の強度が最大になるように該光ヘッドの光軸方向にフォーカスサーボを行いながら、該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項1記載の三次元形状計測装置。
【請求項４】
該フォーカスサーボを該光へッドを光軸方向に移動させて行うとともに、該被測定試料を載置したステージを光軸と直交する方向に走査し、走査時の該ステージの座標と該光ヘッドの光軸方向の座標値をモニタすることにより該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項２又は３記載の三次元形状計測装置。
【請求項５】
該フォーカスサーボを該被測定試料を載置したステージを光軸方向に移動させて行うとともに、該ステージを光軸と直交する方向に走査し、走査時の該ステージの光軸方向、及び光軸と直交方向の座標値をモニタすることにより該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項２又は３記載の三次元形状計測装置。
【請求項６】
該フォーカスサーボを該被測定試料に対し該光ヘッドを光軸方向と光軸と直交方向に走査し、走査時の該光ヘッドの座標値をモニタすることにより該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項２又は３記載の三次元形状計測装置。
【請求項７】
該測定ビート信号の強度及び位相の検出をロックインアンプを用いて行い、検出された交流成分の強度あるいは位相を用いて該フォーカスサーボを行うことを特徴とする請求項４、５又は６項記載の三次元形状計測装置。
【請求項８】
該測定ビート信号をハイパスフィルタに通過させ、直流成分を取り除いた後にピークディテクタにより交流成分の強度及び位相を検出し、該交流成分の強度あるいは位相を用いて該フォーカスサーボを行うことを特徴とする請求項４、５又は６記載の三次元形状計測装置。
【請求項９】
該測定ビート信号をローパスフィルタとハイパスフィルタに通して直流成分と交流成分を検出し、検出した交流成分と直流成分の比の強度をビート信号の強度として該フォーカスサーボを行うことを特徴とする請求項４、５又は６記載の三次元形状計測装置。
【請求項１０】
検出信号をローパスフィルタに通過させることで直流成分を検出し、その直流成分からビート信号の強度を求め、測定光のフォーカスサーボに利用する請求項４、５又は６記載の三次元形状計測装置。
【請求項１１】
光ヘッドを用いて測定光を被測定試料上にフォーカスさせ、該被測定試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法において、該被測定試料からの光により得られる光ヘテロダインの測定ビート信号をフォーカス検出信号として用いることにより、該被測定試料の形状を測定することを特徴とする三次元形状計測方法。
【請求項１２】
該測定ビート信号の強度が最大になる位置における該測定ビート信号と該光ヘッドから予め求めた参照ビート信号の位相差を記憶し、該位相差が該記憶した値になるよう該光ヘッドの光軸方向にフォーカスサーボを行いながら、該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項１１記載の三次元形状計測方法。
【請求項１３】
該測定ビート信号の強度が最大になるように該光ヘッドの光軸方向にフォーカスサーボを行いながら、該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴とする請求項１１記載の三次元形状計測方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の３次元形状計測装置は光ヘッドを用いて測定光を被測定試料上にフォーカスさせ、該被測定試料の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において、該被測定試料からの光により得られる光ヘテロダインの測定ビート信号をフォーカス検出信号として用いることにより、該被測定試料の形状を測定することを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項２の発明は請求項１の発明において該測定ビート信号の強度が最大になる位置における該測定ビート信号と該光ヘッドから予め求めた参照ビート信号の位相差を記憶し、該位相差が該記憶した値になるよう該光ヘッドの光軸方向にフォーカスサーボを行いながら、該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項１１の発明の３次元形状計測方法は光ヘッドを用いて測定光を被測定試料上にフォーカスさせ、該被測定試料の三次元形状を測定する三次元形状測定方法において、該被測定試料からの光により得られる光ヘテロダインの測定ビート信号をフォーカス検出信号として用いることにより、該被測定試料の形状を測定することを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項１２の発明は請求項１１の発明において該測定ビート信号の強度が最大になる位置における該測定ビート信号と該光ヘッドから予め求めた参照ビート信号の位相差を記憶し、該位相差が該記憶した値になるよう該光ヘッドの光軸方向にフォーカスサーボを行いながら、該被測定試料の三次元形状を測定することを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
透過した光は偏光面保存光ファイバ109に入射し、偏光面を保存されたまま光ヘッドへ導かれる。光ヘッド内で偏光面保存光ファイバから出射したレーザ光はビームエキスパンダ110でビーム径を拡大され、偏光ビームスプリッタ111へ入射する。偏光ビームスプリッタ111に入射したレーザ光は偏光成分により二つに分割される。周波数f1の偏光成分は四分の一波長板112aを通過し、対物レンズ113により被測定試料114の面上に焦点を結び、反射される。被測定試料114の面に面傾斜がある場合でも、面傾斜角が対物レンズ113の半開角以下であれば反射光の一部は対物レンズ113を通り、同じ光路を戻る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
光ヘッド121には光軸であるZ方向に測長用ミラー122が固定され、Z軸方向の位置をZ軸レーザ測長器123で精密測定する。光検出器120で光電検出された測定ビート信号は参照ビート信号とロックインアンプ124で同期検出され、測定ビート信号の強度、参照ビート信号と測定ビート信号の位相差が検出される。測定ビート信号の強度、位相差及びZ軸測長器からの信号はA/D変換器125を介して、コンピュータ126に取り込まれ、該コンピュータ126からの信号はサーボドライバ127を介して駆動信号に変換されて、試料ステージ115または光ヘッド121を駆動する。実際の測定の流れを示したのが図2である。最初はフォーカス検出で、光ヘッド121を被測定試料114にZ軸方向から接近させながら光検出器120で測定ビート信号を検出し、該測定ビート信号の強度が最大になる位置で光ヘッド121を止める。測定ビート信号の強度が最大になった状態で測定光は被測定試料114面上にフォーカスしているので、この位置における参照ビート信号と測定ビート信号の位相差を測定する。測定された位相差により、参照鏡118と被測定試料114の光路長差が求められる。従って、位相差が一定になるように光ヘッド121のZ軸方向にサーボをかけながら試料ステージ115をXY軸に走査し、光ヘッド121のZ軸方向の移動をZ軸レーザ測長器123で検出すると、光ヘッド121のZ軸方向の動きは試料の表面をなぞることになる。従って、測定ビート信号からサーボ系のエラーを求め、Z測長器123からのデータを補正することにより被測定試料114の三次元形状を精密に補正することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の三次元形状計測方法及び装置では、対物レンズを用いて測定光を被測定面上にフォーカスさせつつ、三次元形状を計測する際、へテロダインの測定ビート信号の例えば強度あるいは位相を測定光のフォーカス状態の検出に利用することを特徴としている。これにより精度良くフォーカス検出ができ、測定精度が向上する。本発明では例えば光ヘテロダイン法を用いて三次元形状を計測する際には測定光を被測定試料面上にフォーカスするためのフォーカス状態検出用光学系を特別に用意する必要がないため、装置構成が簡単になるとともに、測定信号自体を用いてフォーカスの検出を行うため、高い測定精度で被測定試料の三次元形状を非接触測定することができる。