(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる複数の波長を含む光を被検体に照射して、該被検体に係る前記複数の波長毎の各干渉縞データを取得し、取得された該各干渉縞データを解析し、該被検体の形状を測定する際に、
前記各干渉縞データに基づき、前記複数の波長各々に対応した各干渉縞の強度分布における位相をそれぞれ求め、
求められた各々の前記位相を用いて、前記各干渉縞の強度分布に対応した正弦波関数をそれぞれ作成し、
前記被検体の測定領域内の所定の座標位置において、各々の前記正弦波関数がそれぞれ最大値をとるように、該各正弦波関数の位相補正値をそれぞれ求め、
求められた前記位相補正値に基づき、前記各干渉縞の０次の干渉縞位置を特定することを特徴とする複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項２】
前記互いに異なる複数の波長を含む光が、白色光源から出力された白色光であることを特徴とする請求項１記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項３】
前記互いに異なる複数の波長を含む光が、赤色光用、緑色光用、青色光用の各干渉計装置から出力された光の合成光であることを特徴とする請求項１記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項４】
前記被検体の測定表面において、平面状態領域のみの干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正用の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項５】
前記被検体の測定表面に平行な平面を有する検査補助体を該被検体の測定表面と同一の測定開口中に固定して位置せしめ、該検査補助体の該平面の干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項６】
特定された前記０次の干渉縞位置に基づいて、前記被検体の形状を求めることを特徴とする請求項１記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項７】
参照光と物体光の光路長が互いに等しくなるような等光路長型の干渉計装置を用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項８】
参照光と物体光の光路長が互いに異なる非等光路長型の干渉計装置を用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項９】
前記各干渉縞の強度分布における位相を抽出する手法が、フリンジスキャニング法であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【請求項１０】
前記各干渉縞の強度分布における位相を抽出する手法が、フーリエ変換法であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法に関し、詳しくは、各波長の干渉光毎の干渉縞データを解析して補正する解析的縞補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および解決しようとする課題】
従来より、白色光源からの光を照射光とした、マイケルソン型等の干渉計装置が知られている。このようないわゆる白色干渉計装置により干渉縞を得ると、各波長の位相差が０の部分は色の着かない０次の干渉縞(白色干渉縞)が表われ、さらにこの白色干渉縞を中心として着色した縞が数本観測される。したがって、照射光に白色光を用いると、一般に単色光を用いた場合にはわからない干渉縞の次数を知ることができる。
【０００３】
ところが、このような干渉計装置において、例えば光路長補償用の補償板にわずかなウェッジや屈折率分布が生じていると、その光分散効果により各波長毎の位相が変化してしまい、上記０次の白色干渉縞が現れなくなってしまう。
【０００４】
また、各波長毎にその干渉縞を測定している間に、振動等の外乱により被検体が空間的にずれてしまうと、各波長毎に測定した干渉縞データを重ね合わせても、位相が互いにずれてしまっているため上記０次の白色干渉縞は生ぜず、上記０次の位置が認識できなくなってしまう。
【０００５】
０次の位置が認識できなくなると、着色干渉縞の各縞次数が特定できなくなり、白色干渉計における着色した干渉縞に基づく形状測定が困難である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、複数波長を用いた干渉計装置を用いて被検体の形状測定を行う場合に、不足の分散効果や測定中における振動等の外乱に影響されることなく位相０次の干渉縞位置を特定しうる複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法は、
互いに異なる複数の波長を含む光を被検体に照射して、該被検体に係る前記複数の波長毎の各干渉縞データを取得し、取得された該各干渉縞データを解析し、該被検体の形状を測定する際に、
前記各干渉縞データに基づき、前記複数の波長各々に対応した各干渉縞の強度分布における位相をそれぞれ求め、
求められた各々の前記位相を用いて、前記各干渉縞の強度分布に対応した正弦波関数をそれぞれ作成し、
前記被検体の測定領域内の所定の座標位置において、各々の前記正弦波関数がそれぞれ最大値をとるように、該各正弦波関数の位相補正値をそれぞれ求め、
求められた前記位相補正値に基づき、前記各干渉縞の０次の干渉縞位置を特定することを特徴とするものである。
【０００８】
なお、上記複数の波長λには、所定の波長を中心として前後に幾分かの広がりを有する波長域をも含めるものとする。
【０００９】
また、上記正弦波関数には、正弦のみならず余弦により表される関数も含まれる。
【００１０】
また、前記互いに異なる複数の波長を含む光としては、白色光源から出力された白色光であるとすること、あるいは、赤色光用、緑色光用、青色光用の各干渉計装置から出力された光の合成光であるとすることが可能である。
【００１１】
また、前記被検体の測定表面において、平面状態領域のみの干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正用の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することも可能である。
【００１２】
なお、この場合の縞補正は、各干渉縞データの各縞を所定位相だけ補正するもので、各縞のずれを補正する場合のみならず、ずれが生じるように補正する場合も含むものとする。
【００１３】
また、前記被検体の測定表面に平行な平面を有する検査補助体を該被検体の測定表面と同一の測定開口中に固定して位置せしめ、該検査補助体の平面の干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することも可能である。
【００１４】
ここで平面状態領域とは、λ／４以上の段差を含まない程度の平面が存在する領域を意味するものとする。
【００１５】
また、特定された前記０次の干渉縞位置に基づいて、前記被検体の形状を求めることも可能である。
【００１６】
また、本発明方法では、参照光と物体光の光路長が互いに等しくなるような、マイケルソン型もしくはミロー型さらにはマッハツェンダ型等の等光路長型干渉計装置を用いる場合に限られず、参照光と物体光の光路長が互いに異なる、フィゾー型等の非等光路長型干渉計装置を用いる場合にも適用可能である。
【００１７】
さらに、前記各干渉縞の強度分布における位相を抽出する手法としては、フリンジスキャニング法やフーリエ変換法等の適用が可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
本実施形態方法は、白色干渉計装置により得られた被検体の干渉縞データに基づいて、被検体の形状測定を行う場合に、測定中の振動等の影響、あるいは光路長補償用（パスマッチ用）に干渉計内の一方の光路に配される、光路長補償板のウエッジや屈折率分布に基づく分散効果の影響等により生じる色の着いた干渉縞の移動を解析的に補償して、位相０次の干渉縞位置を特定し、これにより例えば色の定量化測定等に基づく被検体の形状測定を可能とするものである。
【００２０】
この場合には、例えばマイケルソン型干渉計装置、あるいは顕微鏡にミロー干渉対物を取付けたミロー型干渉計装置等の参照光と物体光の各光路の光路長が互いに等しい等光路長型の干渉計装置が用いられる。光源としては、可視光全域に亘る波長特性を有する白色光源を用い、また、被検体の下方にはこの被検体を上下方向に振動させるピエゾ素子が配される。
【００２１】
ところで、このようないわゆる白色干渉計装置により干渉縞を得ると、各波長の位相差が０の部分は色の着かない０次の干渉縞(白色干渉縞)が表われ、さらにこの白色干渉縞を中心として着色した縞が数本観測されることが知られている。したがって、照射光に白色光を用いると、一般に単色光を用いた場合にはわからない干渉縞の次数を知ることができることになる。
【００２２】
そして、上述したような干渉計装置においては、被検体に向かうパスの光路長と参照板に向かうパスの光路長を一致させるため、一方のパス内に光路長補償用の補償板を挿入することが一般に行われている。
【００２３】
しかしながら、このように光路長を補償しても、この補償板においてわずかなウェッジや屈折率分布が生じていると、その光分散効果により各波長毎の位相が変化してしまい、上記０次の白色干渉縞が現れなくなってしまい、実際には上記０次の位置を認識できなくなってしまう。
【００２４】
また、各波長毎にその干渉縞を測定している間に、振動等の外乱により、被検体が空間的にずれてしまうと、各波長毎に測定した干渉縞データを重ね合わせても、位相が互いにずれてしまっているため上記０次の白色干渉縞は生ぜず、上記と同様に０次の位置が認識できなくなってしまう。
【００２５】
０次の位置が認識できなくなると、着色干渉縞の各縞次数が特定できなくなり、白色干渉計における着色干渉縞に基づく被検体の形状測定が困難となる。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、白色光から互いに異なる複数の波長の光を干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）等を用いて取りだし、これらの複数波長の光を用いることで、干渉計装置により得られた複数の干渉縞データを解析し０次の位置を認識している。すなわち、該被検体の表面状態を測定する際に、（１）複数の波長λ（例えば可視光全範囲に亘る３０程度の波長λ）の干渉光各々により得られた被検体の干渉縞データに基づき、各波長λの干渉光に応じた該干渉縞データ毎の位相情報Φλを抽出し、（２）該位相情報Φλを用いて、該干渉縞データ毎に所定の正弦波関数を作成し、（３）被検体の測定領域内の所定の座標位置において、干渉縞データが最大値となるように、各々の干渉縞データについて正弦波関数の位相Φλ＋δλを決定することにより、０次の白色干渉縞の位置を特定するようにしている。
【００２７】
以下、本実施形態方法を、干渉計交換時において、Ｚステージが上下方向にのみずれた際にもしくは干渉計光学系内に分散が生じている際に適用する場合を例に挙げ、上記（１）、（２）、（３）の各ステップに分けて説明する。
【００２８】
(１) 位相情報Φλの抽出ステップ
フリンジスキャン法を用いた場合、例えば４ステップ法だと、４回のフリンジスキャンにおけるある波長λの干渉縞強度Ｉ1λ、Ｉ２λ、Ｉ３λ、Ｉ４λは以下のように表される。
【００２９】
0004132365.tif 000002
【００３０】
ここで、ｘ,ｙは座標、Φλ(ｘ,ｙ)は位相、Ｉ0λ(ｘ,ｙ)は各点での平均光強度、γλ(ｘ,ｙ)は干渉縞のモジュレーションを所定の波長λに対して各々表すものである。
【００３１】
以上の式より、位相Φλ(ｘ,ｙ)を求めると、
【００３２】
【数１】
0004132365.tif 000003
となり位相のみを抽出することが可能となる。
【００３３】
（２）正弦波関数の作成ステップ
波長毎の位相の測定は、複数の干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）を使用し、それぞれの波長ごとにフリンジスキャン測定を行い、それぞれの位相Φλ(ｘ,ｙ)を求めることにより可能となる。これら測定された位相Φλ(ｘ,ｙ)を用いて、新たに振幅２の干渉縞をつくると、その干渉縞強度Ｉλ(ｘ,ｙ)は例えば、
Ｉλ(ｘ,ｙ)＝１＋cos(Φλ(ｘ,ｙ))
となる。
【００３４】
この位相Φλ(ｘ,ｙ)に任意の初期位相δλを加えることは可能である。すなわち、
Ｉλ(ｘ,ｙ)＝１＋cos(Φλ(ｘ,ｙ)＋δλ)
となる。これにより正弦波関数を作成することができる。
【００３５】
（３）位相Φλ＋δλの決定ステップ
このような光学系において、分散が生じている場合、測定するすべての波長の干渉縞ピークが測定領域(ｘ,ｙ)において一致しない。しかし、上記のように、それぞれの波長毎にフリンジスキャン測定を行い、位相Φλ(ｘ,ｙ)を求め、測定領域内のある座標(ｘａ,ｙａ)ですべての波長の縞が最大振幅２をとるよう初期位相δλを決定すれば、解析的に分散を補正したことになる。
【００３６】
また、このような方法を応用すれば、測定した干渉縞データの被検体に対し任意の上下方向のずれを与えたときの干渉縞データを得ることも可能となる。
【００３７】
次に、本発明方法を、段差のある被検体の傾き量が測定中に変化した際において適用する場合について考える。上記複数の波長の光各々は単色と考えてよい。単色において、λ／４以上の段差情報を含んだ位相データを位相アンラップすることはできないが、段差形状を含まない面に関してのみを位相アンラップすることは可能である。そこで、段差を含まない部分をマスク等で抽出し、これを位相アンラップした形状データについて、傾き量を最小２乗法により求める。このときの傾きの関数をＴλ(ｘ,ｙ)とすると、
Ｔλ(ｘ,ｙ)＝Ａλｘ＋Ｂλｙ＋Ｃλ
となる。
【００３８】
ここではＡλ、Ｂλはｘ方向，ｙ方向それぞれの傾き量であり、Ｃλは直流成分である。よってこの傾き量を位相Φλ (ｘ,ｙ) から引けば、位相アンラップした面に関する傾き補正が可能となる。そこで、この補正を、段差形状を含んだ領域についてもすべて行うと、
Ｉλ(ｘ,ｙ)＝１＋cos(Φλ(ｘ,ｙ)−Ｔλ(ｘ,ｙ)＋δλ′)
となる。
【００３９】
ここで、δλ′は所定の座標において各々のＩλ(ｘ,ｙ)が最大となるように決定した量である。
【００４０】
すなわち、段差の無い領域について全ての波長に対し位相アンラップを行い、上記方法で傾きを補正した干渉縞に直せば、各波長における測定において傾き量がずれたとしても補正できる。したがって、これを補正板にウェッジが付いていた場合等にも適用すると有効である。
【００４１】
なお、上記位相アンラップに関する手法は、例えば、本出願人により開示された特願平10-328633号明細書において説明されている。
【００４２】
また、上記方法を応用すれば、測定した干渉縞データの被検体に対し任意な傾きを与えたときの干渉縞データを得ることも可能となる。
【００４３】
また、段差の無い領域の面積が上記測定を行うには小さ過ぎる場合等は、段差被検体と同一ステージ上で同一測定開口中にこの被検体と平行な平面被検体を置き、段差被検体の干渉縞画像と一緒にこの平面被検体の干渉縞画像を取り込んでおけば、この平面被検体を基準として傾き補正が可能である。なお、この平面被検体は上記段差被検体と同一平面状にある必要はないが、両者が互いに平行で、それら両者はともに干渉縞が得られる程度の面であり、さらに、これら両者は測定中にその位置が変化しないことが条件となる。
【００４４】
また、各画素毎の干渉縞データに対し、干渉縞が最も明るくなる位置までステージを移動させ、その移動量に基づいてその画素に対応する被検体形状を測定する手法が知られている。このような手法においてステージを移動させる代りに、上記本実施形態方法により各々の干渉縞データについて求められた位相Φλ+δλの値に基づいて、これら干渉縞データの各画素に対応する上記被検体の形状を求めることも可能である。これにより、ステージ移動中に生じた振動等の外乱の影響を排除することができる。
【００４５】
また、例えば特開平9-236404号公報に記載された如く、白色干渉計を用いた色の定量化による形状測定を行う場合にも本実施形態方法の利用が有効である。すなわち、この公報記載の方法は、白色干渉計における色のついた干渉縞の色情報により被検体の形状を判断するというもので、段差測定等に適応可能と考えられている。しかしながら、マイケルソン型干渉計装置を用いた形状測定において、以下のような問題が生じることが考えられる。
【００４６】
（１）  光路長補償板を使用しなかったり、この補償板に屈折率分布が生じていると、分散の影響で０次の縞（マイケルソン型では白色）が現れず、被検体の形状解析ができないおそれがある。
【００４７】
（２）  各波長光を分離するために、多数枚（例えば３０枚程度）の干渉フィルタを順次入れ替えてはデータを取得する必要があるが、フィルタを入れ替える作業により、少しずつ干渉縞が動いてしまい被検体の形状解析ができないおそれがある。
【００４８】
（３）  顕微鏡にミロー干渉対物を装着して測定を試みた場合には、被検体を上下方向に移動せしめるＺステージが徐々に下がってしまい、測定中に縞が移動して被検体の形状解析を良好に行うことができないおそれがある。
【００４９】
そこで、このような方法で被検体の形状測定を行う場合においても、上述した本実施形態方法による縞補正を組合せることにより上述した問題を解決でき、被検体の形状解析を良好に行うことができる。
【００５０】
なお、本発明の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法においては、上記実施形態方法に限られるものではなく、その他の種々の態様をとることが可能であり、例えば、上記実施形態方法においては位相情報Φλを得るために４ステップのフリンジスキャニング法を用いているが、これに代えて、それ以外の数のステップを用いることやフーリエ変換法を用いることも可能である。
【００５１】
また、正弦波関数としても上記実施形態のものに限られず、種々の適切な関数を適宜選択可能である。
【００５２】
さらに、上記実施形態方法においては、可視光全範囲に亘る３０個程度の波長λを、白色光の光路内にバンドパスフィルタ等を順次挿入して選択するようにしているが、この選択する波長λの数は適宜選択可能であり、例えば、赤、緑、青の３原色光の各波長に対応する３つの波長λであってもよい。さらに、２つの波長であってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態方法においては、マイケルソン型あるいはミロー型等の等光路長型干渉計装置を用いて行っているが、これに代えてフィゾー型等の非等光路長型干渉計装置を用いても同様に縞補正を行うことができる。
【００５４】
また、赤色光用（Ｒ）、緑色光用（Ｇ）、青色光用（Ｂ）の３つの干渉計装置１１、１２、１３を図１の如く設定し、光路内に青色光／緑色光反射ミラー１４、緑色光反射ミラー１５および全反射ミラー１６を配置し、これにより、複数（この場合は３つ）の波長λに対する被検体１８の干渉縞データを求めるようにしてもよい。
【００５５】
【実施例】
以下、具体的な数値に基づいて若干の説明を加える。なお、図２に本実施例方法を実施するための装置の一例を模式的に示す。
【００５６】
直径Φ３０、厚みt２の硝子基盤にアルミコートを施し、その半面をテープでマスクし、再びアルミコートを施すことで、約２７０ｎｍの段差被検体２１を作成し、これをミロー干渉対物（×２０）２２を装着した顕微鏡２３により観察し、被検体２１の下方にピエゾ素子２４を配置することで４ステップのフリンジスキャンを行った。なお、解析装置においては、１０ビットのフレームメモリを使用した。
【００５７】
また、ピエゾ素子２４の下方には傾き調整用のティルトステージ２６および上下方向調整用のＺステージ２７を設けた。
【００５８】
このようにして得られた段差被検体２１の干渉縞データ（図３参照）に対し、上述した縞補正を行う実施形態方法を用いて解析した結果、図４（Ａ）に示す如く０次の干渉縞位置を特定し得る干渉縞データが得られた。
【００５９】
なお、図４（Ａ）においては450nm、570nm、700nmの波長に対するデータのみが示されている（横軸は画素数）。
【００６０】
さらに、図４（Ｂ）に、図４（Ａ）に示すものと同一波長の場合について理論的に計算した干渉縞を示す（横軸は光路長）。
【００６１】
さらに、図５（Ａ）、（Ｂ）に、互いにδλの値が異なるように設定された（０次干渉縞をスキャンさせた）、補正後の干渉縞データを示す（横軸は画素数）。
【００６２】
このように、本実施例では干渉縞の解析的縞補正を行うことで０次の縞位置を良好に認識することができた。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法によれば、複数の波長λの干渉光各々により得られた被検体の干渉縞データに基づき、各波長の干渉光に応じた該干渉縞データ毎の位相情報Φλを抽出し、この位相情報Φλを用いて、該干渉縞データ毎に所定の正弦波関数を作成し、被検体の測定領域内の所定の座標位置において、該干渉縞データが最大値となるように、各々の位相Φλ＋δλを決定するようにしている。したがって、各波長毎に測定した干渉縞データを重ね合わせた際に、各データの位相ピークを合わせて、上記０次の位置を認識することができ、複数波長を用いた干渉計装置を用いて被検体の形状測定を行う場合に、不測の分散効果や測定中における振動等の外乱があってもこれらに影響されることのない干渉縞データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態方法を実施するための干渉計装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の実施例方法を実施するための干渉計装置の一例を示す模式図
【図３】本発明の実施形態方法による補正を施す前の干渉縞データを示すグラフ
【図４】本発明の実施形態方法による補正を施した後の干渉縞データを示すグラフ（Ａ）および干渉縞データの理論値を示すグラフ（Ｂ）
【図５】本発明の実施形態方法による補正を施す際のδλの値を互いに変更した例を示すグラフ（Ａ）、（Ｂ）
【符号の説明】
１１、１２、１３、２３    干渉計装置
１４、１５、１６    ミラー
１８、２１          被検体
２４                ピエゾ素子
２５                解析装置
【図１】
0004132365.tif 000004
【図２】
0004132365.tif 000005
【図３】
0004132365.tif 000006
【図４】
0004132365.tif 000007
【図５】
0004132365.tif 000008