(57)【要約】【課題】被検査物をカラー画像により三次元的に観測する光学検査装置の誤差補正装置を提供する。【解決手段】光学検査装置用補正装置は、第一光によって検査台上の被検査物の外観の画像を得、さらに、第一光と波長の異なる第二光を参照光及び測定光に分割して被検査物の高さに応じた干渉縞の画像を得ることによって被検査物の三次元画像を得る光学検査装置に用いる。光学検査装置用補正装置は、第一光による被検査物の画像を得る時の検査台に関する第１のデータと、第二光による被検査物の干渉縞を得る時の検査台に関する第２のデータとを記憶する記憶装置と、第１のデータと第２のデータとの相違を求めて記憶装置に記憶する制御装置とを備える。【選択図】図４Ｂ
2009293925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一光によって検査台上の被検査物の外観の画像を得、さらに、前記第一光と波長の異なる第二光を参照光及び測定光に分割して前記被検査物の高さに応じた干渉縞の画像を得ることによって、前記被検査物の三次元画像を得る光学検査装置用補正装置であって、
前記第一光による前記被検査物の画像を得る時の検査台に関する第１のデータと、前記第二光による前記被検査物の干渉縞を得る時の検査台に関する第２のデータとを記憶する記憶装置と、
前記第１のデータと前記第２のデータとの相違を求めて前記記憶装置に記憶する制御装置とを備える、光学検査装置用補正装置。
【請求項２】
前記検査台上に基準プレートを配置して前記第１のデータ及び前記第２のデータを得る、請求項１の光学検査装置用補正装置。
【請求項３】
前記基準プレートは光学的に平坦なミラーである、請求項２の光学検査装置用補正装置。
【請求項４】
前記基準プレートに所定のパターンが形成されている、請求項２の光学検査装置用補正装置。
【請求項５】
前記基準プレートに１又は２以上の直線状の段差が形成されている、請求項２の光学検査装置用補正装置。
【請求項６】
前記第１のデータと第２のデータとの相違は、前記第１及び第２の光を集束する対物レンズと前記検査台との相対的な動きの相違に関するデータを表す、請求項１の光学検査装置用補正装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のデータは、前記基準プレート上の所定のパターンを走査することによって得る、請求項１の光学検査装置用補正装置。
【請求項８】
入力される第１波長の第一光を被検査物へ集束して該被検査物から反射される第１反射光を出力し、入力される第２波長の第二光を参照光と測定光とに分割し、該測定光を前記被検査物へ集束して該被検査物から反射される第２反射光を出力するとともに、前記参照光を反射して前記第２反射光と干渉させる第３反射光を出力する対物レンズ系を備え、
前記第１反射光と、前記第２反射光と前記第３反射光との干渉とを用いて前記被検査物の三次元画像を生成する光学検査装置であって、
前記第一光による前記被検査物の外観の画像を得る時の検査台に関する第１のデータと、前記第二光による前記被検査物の高さに応じた干渉縞を得る時の検査台に関する第２のデータとを記憶する記憶装置と、前記第１のデータと前記第２のデータとの相違を求めて前記記憶装置に記憶する制御装置とを備える補正装置と、
前記検査台及び前記対物レンズ系を移動する移動手段とを備える光学検査装置。
【請求項９】
前記第１及び第２のデータを得る際に、前記移動手段が、前記対物レンズ系を高さ方向に移動する、請求項８の光学検査装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２のデータを得る際に、前記移動手段が、前記検査台を水平方向に移動する、請求項８の光学検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検査物を三次元的に測定する光学検査装置の誤差補正装置及びその誤差補正装置を備える光学検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な被検査物を測定するために、白色光干渉方式三次元顕微鏡や共焦点方式三次元顕微鏡が用いられている。
【０００３】
典型的な例としては、そのような顕微鏡は、白色光のような第１光と特定の波長の第２光とを用いており、第１光では被検査対象の色彩のある画像を得、第２光では被検査対象の高さに関する情報を得ている。第２光は、そのため、対物レンズ系を通過する際に測定光と参照光とに分離されて、測定光と参照光とのそれぞれの反射光の経路に沿った光軸の長さの相違を利用して高さ方向のデータを表す干渉縞を得るように使用されている。
【特許文献１】特開２００３−１４８９２１号公報  特許文献１は、光源の発光分光特性、干渉光学系の分光特性、カメラの分光感度特性などの影響を排除するため、補正テーブルを作成して、撮像された画像から得られた干渉強度変化を適正値に補正することを開示する。その補正テーブルは、波長と輝度との関係を示すデータを示すもので、そのデータは、平板をＣＣＤカメラにより撮像したときの画像から、干渉縞の密な領域の平均強度を波長ごとに測定して得たものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、光源等の分光特性の影響を排除するため補正を行っているが、分光器の面の変形や傾き等の補正は行っていないため、それらによる誤差を排除することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光学検査装置用補正装置は、第一光によって検査台上の被検査物の外観の画像を得、さらに、第一光と波長の異なる第二光を参照光及び測定光に分割して被検査物の高さに応じた干渉縞の画像を得ることによって、被検査物の三次元画像を得る光学検査装置用補正装置であって、第一光による被検査物の画像を得る時の検査台に関する第１のデータと、第二光による被検査物の干渉縞を得る時の検査台に関する第２のデータとを記憶する記憶装置と、第１のデータと第２のデータとの相違を求めて記憶装置に記憶する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００６】
検査台上に基準プレートを配置して第１のデータ及び第２のデータを得るようにしてもよい。
【０００７】
基準プレートとして光学的に平坦なミラーを用いることができる。
【０００８】
基準プレートに所定のパターンを形成してもよい。
【０００９】
基準プレートに１又は２以上の直線状の段差を形成するようにしてもよい。
【００１０】
第１のデータと第２のデータとの相違は、第１及び第２の光を集束する対物レンズと検査台との相対的な動きの相違に関するデータを表す。
【００１１】
第１及び第２のデータは、基準プレート上の所定のパターンを走査することによって得ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る光学検査装置は、入力される第１波長の第一光を被検査物へ集束して被検査物から反射される第１反射光を出力し、入力される第２波長の第二光を参照光と測定光とに分割し、測定光を被検査物へ集束して被検査物から反射される第２反射光を出力するとともに、参照光を反射して第２反射光と干渉させる第３反射光を出力する対物レンズ系を備え、第１反射光と、第２反射光と第３反射光との干渉とを用いて被検査物の三次元画像を生成する光学検査装置であって、第一光による被検査物の外観の画像を得る時の検査台に関する第１のデータと、第二光による被検査物の高さに応じた干渉縞を得る時の検査台に関する第２のデータとを記憶する記憶装置と、第１のデータと第２のデータとの相違を求めて記憶装置に記憶する制御装置とを備える補正装置と、検査台及び対物レンズ系を移動する移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第１及び第２のデータを得る際に、移動手段が、対物レンズ系を高さ方向に移動するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る光学検査装置用誤差補正装置によると、分光器の面の変形や傾き、波長の異なる光の合焦位置の相違等による誤差を求めることができる。
【００１５】
また、本発明に係る誤差補正装置を備える光学検査装置によると、測定値から、分光器の面の変形や傾き、波長の異なる光の合焦位置の相違等による誤差を除き、高い精度の三次元画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る光学検査装置用誤差補正装置及び誤差補正装置を備える光学検査装置の望ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、図中、同じ要素に対しては同じ符号を付して、重複した説明を省略している。
【００１７】
［光学検査装置の概要］
図１は、本発明の一実施形態に係る誤差補正装置を備える光学検査装置１の概略の構成を示す側面図である。
【００１８】
光学検査装置１は、第一光源１０と、第二光源２０と、凸レンズ１１と、第一ハーフミラー２２と、第二ハーフミラー２４と、第三ハーフミラー２６と、対物レンズ系２５と、第一撮像手段２８と、第二撮像手段２９と、制御装置２３と、載置台１７とを備える。
【００１９】
第一光源１０は、被検査物１８から色情報を取り出すための第一光（実線でしめすもの）を発光する光源であり、例えば、白色光を出力するハロゲンランプ等を用いることができる。出力された白色光は凸レンズ１１によって平行光にされる。
【００２０】
第二光源２０は、特定の波長の単色光の第二光（破線でしめすもの）を出力する。詳細は後述するが、第二光により干渉を生じさせて、被検査物１８の高さ情報を得る。
【００２１】
第一ハーフミラー２２は、第一光を第二ハーフミラー２４に向けて反射する一方、後述する対物レンズ系２５からの反射光を透過させる。
【００２２】
第二ハーフミラー２４は、第二光を対物レンズ系２５に向けて反射する一方、第一ハーフミラー２２で反射された第一光を透過させ、また、後述する対物レンズ系２５からの反射光も透過させる。
【００２３】
対物レンズ系２５は、対物レンズ２５１、第四ハーフミラー２５２、参照ミラー２５３を有する。また、対物レンズ系２５は、詳しくは後述のピエゾ素子を備える駆動装置４０によって上下動が行われる。
【００２４】
対物レンズ２５１は、対物レンズ系２５に入射される第一光及び第二光を被検査物１８に対し集束する。
【００２５】
第四ハーフミラー２５２は、第一光を被検査物１８へ案内するとともに、第二光を被検査物１８に向かうように通過する光Ｃ１と、反射されて参照ミラー２５３に向かう光Ｃ２とに分離する。
【００２６】
参照ミラー２５３は、光Ｃ２を反射して干渉縞を生成するための参照光とする。
【００２７】
それらの構成により、対物レンズ系２５は、第一光と第二光を被検査物１８に照射して、反射光を生じさせるとともに、第二光から「高さ」観測用の干渉光を生じさせる。この対物レンズ系２５により、合成された第一光と第二光を、「色」情報を得るための第一光と、「高さ」情報を得るための第二光とに分離させる。そして、この対物レンズ系２５は、分離させた第二光を更に分離して干渉させる。
【００２８】
つまり、この対物レンズ系２５は、入射される第一光と第二光との合成光から、第一光と第二光を分離し、第一光Ｄ１は被検査物１８へと案内し、また同時に、第二光を更に分離して、一方の光Ｃ１を被検査物１８へ案内するとともに他方の光Ｃ２を干渉に用いる光とし、更に、これら３つの光を、被検査物による反射光として出力する。
【００２９】
また、この対物レンズ系２５は、被検査物１８から反射された撮像光を後述する第三ハーフミラー２６へ案内し、また、被検査物１８からの反射される検査光Ｃ１と参照光Ｃ２とによる干渉光を第三ハーフミラー２６へ案内する。
【００３０】
尚、光Ｃ１が被検査物１８から反射して検査光となり、光Ｃ２が参照ミラー２５３から反射して参照光となる。
【００３１】
第四ハーフミラー２５２は、上記の如き、第二光を２つに分離するが、同時に第一光を２つに分離するため、参照ミラー２５３は第一光を透過し第二光のみを反射させる。
【００３２】
第三ハーフミラー２６は、第一及び第二ハーフミラー２２，２４を通過した被検査物の第一光の撮像光を通過させて第一撮像手段２８に到達させ、また、被検査物１８から反射された第二光の検査光及び参照ミラー２５３から反射された参照光を反射して第二撮像装置２９に案内する。第一撮像手段２８の直前には、第一光を集束するレンズ１５を備える。
【００３３】
第一撮像装置２８は第一光から画像を形成するためのもので、また、第二撮像装置２９は、干渉縞を生成するためのものである。
【００３４】
上記の実施例では、第二光源２０から出力された第二光を平行光にする凸レンズと、第二撮像装置２９に第二光の検査光及び参照光を集束する凸レンズは示していないが、必要に応じてそれらのレンズを用いることができる。また、上記の実施例では、光学検査装置として、２種類の光源を用いたが、本発明は、第一光源１０のような白色光のみ又は第二光源２０のような単色光のみを用いる光学顕微鏡にも適用できる。
【００３５】
［対物レンズ系の駆動手段について］
図２は、対物レンズ系２５の拡大図である。
【００３６】
対物レンズ系２５は、対物レンズ２５１、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３からなり、第一光Ｄ１及び測定光Ｃ１の光軸に沿って上下に移動することができる。この対物レンズ系２５の移動は駆動装置４０によって行われる。
【００３７】
図２に示すように、駆動装置４０はピエゾ素子４１を備え、ピエゾ素子４１には、差動増幅器４３が接続され、差動増幅器４３には、Ｄ／Ａ変換器４４及び差動トランス４２が接続されている。Ｄ／Ａ変換器４４は、対物レンズ系２５を移動するための信号が入力されると、その信号をアナログ信号の電圧値に変換して差動増幅器４３に供給する。作動トランス４２は、対物レンズ系２５が移動した場合に、その相対的な移動距離の大きさに応じた電圧値を出力してそれを差動増幅器４３に供給する。
【００３８】
そのため、対物レンズ系２５の移動のための信号がＤ／Ａ変換器４４に入力されると、それから出力された電圧値と、相対的な作動トランス４２の移動距離に応じて出力された電圧値との差がなくなるまで、ピエゾ素子４１によって対物レンズ系２５が動かされる。
【００３９】
その対物レンズ系２５の移動による被検査物１８の測定対象部分の走査範囲は、例えば、その測定対象部分の高さに数１０μmを加えた範囲である。例えば、測定対象部分の底部から頂部までの高さが６０μmとすると、走査範囲は約７０μmとなる。この走査範囲の変更は、測定対象部分の高さに応じて、対物レンズ系２５を移動させるピエゾ素子４１への移動範囲の設定を変更することにより行うことができる。
【００４０】
その走査による高さデータの読み取り分解能は約０．１nmであり、繰り返し精度としては約１０nmである。その走査は、対物レンズ２５１の被写界深度よりも小さい距離だけ対物レンズ系２５を移動させながら行うため、被検査物１８の測定対象部分の高さに応じて移動の回数が決定される。その移動ごとに、第一撮像装置２８及び第二撮像装置２９において第一光及び第二光による画像を得る。
【００４１】
第一及び第二撮像装置２８及び２９は、制御装置２３に接続されていて、その画像を得るごとにそのデータを保存する。また、制御装置２３は、それらのデータに基づいて被検査物１８の測定対象部分の三次元画像を生成する。
【００４２】
［第二光による干渉縞の発生］
図２において、対物レンズ系２５が、駆動装置４０によって、第一光Ｄ１及び第二光の測定光Ｃ１の光軸に沿って上下に動かされると、対物レンズ２５１と被検査物１８との間の測定光Ｃ１の光路の距離が、対物レンズ系２５の移動に応じて変動する。それに対し、参照光Ｃ２の通る対物レンズ２５１と参照ミラー２５３との距離は固定されていて常に一定である。そのため、対物レンズ系２５が移動すると、測定光Ｃ１の光路の長さと参照光Ｃ２の光路の長さとが異なることになる。その結果、被検査物１８から反射された測定光Ｃ１と、参照ミラー２５３から反射された参照光Ｃ２とが、対物レンズ２５１を通って合成された時に、それらの光の位相に差が生じることになる。その位相差が０であれば、それらの光の強度は強められ、位相差が１８０度であれば、強度は打ち消される。また、それらの位相差間では、正弦曲線を描くように、合成強度は変化する。その強度変化は干渉縞として現れる。ＣＣＤカメラ２９でその干渉縞を観測する。
【００４３】
制御装置２３は、そのＣＣＤカメラ２９で観測した干渉縞から高度のデータを得る。例えば、１波長が３５０nmである場合には、その１０００分の１程度の分解能を得ることができる。
【００４４】
［平坦性誤差発生の概念］
図３は、図１又は図２から、対物レンズ２５１、ダイクロイックミラーとして機能する第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３を概念的に抽出したもので、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３の一方又は両方の表面が平坦でない場合に、計測の誤差が生じる原理を説明するための概念図である。
【００４５】
第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３は、光学検査装置１の対物レンズ系２５のようなケース内に収容するためにある程度小さく製作しなければならない。その際に第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３には歪みが発生しやすい。また、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３をケースに収容する時や使用時には機械的な歪みも発生しやすい。そのような歪みによって、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３の表面の一部または全面に平坦でない部分が生じることがある。
【００４６】
そのような平坦でない部分による誤差は、対物レンズ２５１による第一光の焦点位置と、対物レンズ２５１による第二光の焦点位置との高さの差として現れる。そのため、その差を補正する必要がある。
【００４７】
図３においては、そのような歪みによる凸部分３１及び凸部分３２が、それぞれ、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３の表面の一部に生じていると仮定する。
【００４８】
そのような凸部分３１及び凸部分３２がない部分に、対物レンズ２５１から第四ハーフミラー２５２に向けて光３３−１が照射されると、その光３３−１は、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で参照ミラー２５３に向けて反射され、参照ミラー２５３に到達した光３３−１は、参照ミラーの平坦な面で同じ経路を戻るように反射される。その反射された光３３−１は、再度、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で対物レンズ２５１に向けて反射される。この場合の対物レンズ２５１の中心から、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３を経て対物レンズ２５１の中心まで戻る光３３−１の光路長をＬ（３３−１）とする。
【００４９】
次に、対物レンズ２５１から第四ハーフミラー２５２の凸部３１に光３３−２が照射されると、光３３−２は、その凸部３１で参照ミラー２５３に向けて反射され、参照ミラー２５３に到達した光３３−２は、参照ミラー２５３の平坦な面で同じ経路を戻るように反射される。その反射光は、再度、第四ハーフミラー２５２の凸部３１で反射されて、対物レンズ２５１に戻る。この場合の対物レンズ２５１の中心から、第四ハーフミラー２５２の凸部３１及び参照ミラー２５３を経由して対物レンズ２５１の中心まで戻る光３３−２の光路長をＬ（３３−２）とする。
【００５０】
それらの光路長の差、つまり、Ｌ（３３−１）とＬ（３３−２）との差（Ｌｄｈ）は、次の式（１）から求まる。
｜Ｌ（３３−１）−Ｌ（３３−２）｜＝Ｌｄｈ
＝２×Δｈ／ｓｉｎ（θ／２）＝２×Δｈ×（２の平方根）・・・・式（１）
式（１）で求めたＬｄｈは、第四ハーフミラー２５２上の凸部３１を通過した光の往復の経路の長さに相当する。
【００５１】
また、凸部分３１及び凸部分３２がない部分に、対物レンズ２５１から第四ハーフミラー２５２に向けて光３４−１が照射されると、その光３４−１は、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で参照ミラー２５３に向けて反射され、参照ミラー２５３に到達した光３４−１は、参照ミラーの平坦な面で同じ経路を戻るように反射される。その反射された光３４−１は、再度、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で対物レンズ２５１に向けて反射される。この場合の対物レンズ２５１の中心から、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３を経て対物レンズ２５１の中心まで戻る光３４−１の光路長をＬ（３４−１）とする。
【００５２】
次に、参照ミラー２５３に凸部３２がある場合には、光３４−２が対物レンズ２５１から第四ハーフミラー２５２の平坦な面に照射されると、光３４−２は、その平坦な面から参照ミラー２５３に向けて反射される。その反射された光３４−２は、参照ミラー２５３の凸部３２で反射されて、同じ経路を戻り、再度、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で反射されて対物レンズ２５１に達する。この場合の対物レンズ２５１の中心から、第四ハーフミラー２５２の平坦面及び参照ミラー２５３の凸部３２を経由して対物レンズ２５１の中心まで戻る光３４−２の光路長をＬ（３４−２）とする。
【００５３】
それらの光路長の差、つまり、Ｌ（３４−１）とＬ（３４−２）との差（Ｌｄｒ）は、次の式（２）から求まる。
｜Ｌ（３４−１）−Ｌ（３４−２）｜＝Ｌｄｒ＝２×Δｒ・・・・式（２）
式（２）で求めたＬｄｒは、参照ミラー２５３上の凸部３２を通過した光の往復の経路の長さに相当する。
【００５４】
すなわち、式（１）で求めたＬ（３３−２）とＬ（３３−１）との差（Ｌｄｈ）と、式（２）で求めたＬ（３４−１）とＬ（３４−２）との差（Ｌｄｒ）とは、ともに、光３３−１及び３４−１が、それぞれ、凸部３１及び凸部３２を往復して通過した距離に相当する。
【００５５】
また、同じ光の経路に、凸部３１及び凸部３２が存在する場合には、それを経由する光の経路長は、それらが存在しない場合の光路長と比べると、Ｌｄｈ及びＬｄｒの和の分だけ短くなる。
【００５６】
Ｌｄｈ及びＬｄｒは、参照光Ｃ２の誤差となるため、その誤差は、被検査物１８から反射した測定光Ｃ１と、参照ミラー２５３から反射した参照光Ｃ２とが、対物レンズ２５１を通過して合成された場合に、それによって発生する干渉縞の位置の高さ方向への誤差となって現れる。この誤差は、対物レンズ系２５がピエゾ素子によって上下方向に動かされて異なる高さで測定を行っても変化するものではない。
【００５７】
そのため、第二光による測定値からその誤差を差し引くことによって、測定光Ｃ１と参照光Ｃ２との合成によって生じる干渉縞の位置の高さ方向への誤差を取り除くことができる。
【００５８】
ここでは、凸部が存在する場合の誤差のみを検討したが、凹部が存在する場合には、Ｌｄｈ及びＬｄｒは、誤差がない場合に比べて、凹部の深さの分だけ、経路長が長くなる誤差を示すことになる。
【００５９】
［平坦性誤差補正装置］
図４Ａは、本発明の一実施形態に係る光学検査装置用誤差補正装置５０のブロック図を示す。
【００６０】
その誤差補正装置５０は、制御装置２３と第二撮像手段２９とからなる。制御装置２３には、対物レンズ系２５の駆動装置４０と被検査物１８の載る検査台１７の駆動装置５２とが接続されている。
【００６１】
制御装置２３は記憶部２３ｍを備える。その記憶部２３ｍは、基準プレート１８−１（図５Ａ）が検査台１７上に載置されたときのその基準プレート１８−１の表面の高さの位置データを予め記憶している。また、記憶部２３ｍは、第二撮像手段２９に第二光による干渉縞のデータが入力された場合にはそれを記憶する。
【００６２】
図５Ａは、誤差補正装置５０を用いて、対物レンズ系２５における誤差を測定する際の構成を説明するための図である。その図に示すように、検査台１７の上には基準プレート１８−１（図５Ｂ）が載置されている。基準プレート１８−１は、光学的に平坦であることが確認された基準ミラーを用いる。
【００６３】
図５Ａに示すように、破線の第二光は、対物レンズ２５１に入力されると、第四ハーフミラー２５２で、測定光Ｃ１と参照光Ｃ２とに分割される。測定光Ｃ１は基準プレート１８−１で反射された後、第四ハーフミラー２５２を通過して対物レンズ２５１に戻る。また、参照光Ｃ２は参照ミラー２５３で反射された後、第四ハーフミラー２５２で反射されて対物レンズ２５１に戻る。
【００６４】
対物レンズ２５１に戻った測定光Ｃ１及び参照光Ｃ２はそこで合成されて干渉縞を形成し、それは、図１に示すように、第二ハーフミラー２４を通過して第三ハーフミラー２６によって反射されて第二撮像手段２９に入る。第二撮像手段２９に入力された干渉縞のデータは、制御装置２３の記憶部２３ｍ（図４Ａ）に記憶される。
【００６５】
その干渉縞のデータの測定は、駆動装置４０によって対物レンズ系２５を必要に応じて上方又は下方に所定距離移動させながら行う。
【００６６】
図６は、誤差補正装置５０を用いて誤差の値を求める手順を説明するためのフローチャートである。
【００６７】
まず、ステップＳ６１において、検査台１７の上に基準プレート１８−１を載置する。ステップＳ６２では、その載置した基準プレート１８−１の表面の高さを基準高さとして制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶する。例えば、その高さをゼロとして記憶する。これは、第一光による検査台に関する第１のデータとなる。
【００６８】
ステップＳ６３では、基準プレート１８−１に第二光源２０からの第二光を集束する。それをステップＳ６４で観察して干渉縞の有無を判断する。その時点で干渉縞が生じるということは、第二光の参照光と測定光との経路長が異なること、すなわち、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３の表面に歪みがあることを意味する。そのため、干渉縞がある場合には、ステップＳ６６において、駆動装置４０によって、対物レンズ系２５を、所定距離だけ、例えば下方に移動する。ステップＳ６４、Ｓ６５及びＳ６６を繰り返して、干渉縞がないと判断した場合には、対物レンズ系２５のその位置を制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶する。この記憶したデータは第２のデータとなる。次に、ステップＳ６８において、その位置から基準高さを減算してそれを平坦性補正値として記憶部２３ｍに記憶する。
【００６９】
図７は、本発明に係る光学検査装置用誤差補正装置５０を用いて、光学検査装置の測定の際に、平坦性補正値によって測定値を補正する方法を説明するためのフローチャートである。
【００７０】
ステップＳ７１において、第二光源２０を起動して第二光を出力し、対物レンズ系２５を駆動装置４０によって所定間隔上下方向に移動させながら被検査物１８の干渉縞のデータを得る。次に、制御装置２３が記憶部２３ｍから平坦性補正値を読み出して干渉縞のデータからその平坦性補正値を減算又は加算する。それにより、修正した干渉縞のデータを得る。その得たデータは記憶部２３ｍに記憶する。
【００７１】
その修正の演算は、例えば、図３に示す例のように、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３に凸部３１又は３２が存在する場合には、参照光Ｃ２の光路長が測定光Ｃ１の光路長（図２）よりも短くなるため、平坦性補正値は干渉縞のデータに加算される。ただし、平坦性補正値の「加算」及び「減算」は演算処理の一表現にすぎないので、それらの表現にとらわれるものではなく、平坦性補正値は、参照光Ｃ２の光路長と測定光Ｃ１の光路長とを一致させるように「加算」又は「減算」することによって、干渉縞の位置を表すデータを修正するようにすればよい。
【００７２】
図８は、本発明に係る誤差補正装置５０を備える光学検査装置１を用いて被検査物の三次元画像を得る方法を説明するためのフローチャートである。これは、図６で説明したように、誤差補正装置５０を用いて誤差の値（平坦性補正値）を求めた後に行う。その平坦性補正値は。記憶部２３ｍに記憶されている。
【００７３】
ステップＳ８１で、被検査物１８を検査台１７に置く。ステップＳ８２で、第一光源１０及び第二光源２０を点灯してそれぞれ第一光及び第二光を出力させる。ステップＳ８３では、第一光から被検査物１８の測定領域のカラー画像を得て、第一撮像装置２８によってそれを撮影する。また、第二光からは測定光Ｃ１と参照光Ｃ２との経路の相違に応じて発生した干渉縞を得て、第二撮像装置２９によってそれを検出する。この場合、制御装置２３が、被検査物のすべての測定対象領域を測定したか（画像を入手したか）を判断し、まだ観測していない測定領域がある場合には、ステップＳ８３において、対物レンズ系２５を駆動装置４０によって上方又は下方に向けて所定距離だけ移動させて、第一光及び第二光によって被検査物の所定の部分の撮像を行う。その撮像を所定回数繰り返し、その撮像ごとに、夫々のデータを制御装置２３の記憶部２３ｍに保存する。
【００７４】
次に、誤差補正装置５０を機能させて、制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶してある平坦性補正値を用いて、上記の測定によって得た干渉縞の位置の高さデータのすべてを修正する。すなわち、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３の表面上の凹凸のゆがみによって参照光の経路が長く又は短くなった分を減算又は加算するようにして、干渉縞が生成された時の対物レンズの位置に関するデータを修正する。
【００７５】
最後に、ステップＳ８５において、第一光によって得た被検査物１８の測定領域のカラー画像のデータと、修正した干渉縞のデータとを用いて、被検査物の測定対象部分の三次元画像を生成する。
【００７６】
［平坦性誤差補正装置の他の例］
上記の例では、基準プレート１８−１の表面の高さのデータ予め分かっているものとして、そのデータを予め誤差補正装置の制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶させた。例えば、基準プレート１８−１の正確な厚さのデータが予め分かっている場合には、それを検査台１７の上に載置したときの基準プレート１８−１の表面の位置のデータをゼロとして記憶させた。
【００７７】
図４Ｂは、他の実施形態に係る誤差補正装置５０Ａのブロック図である。誤差補正装置５０Ａは、基準プレート１８−１の表面の高さが分からない場合に、その高さを光学検査装置の第一光を利用して測定し、その値を基準高さとして用いる。
【００７８】
図４Ｂに示すように、誤差補正装置５０Ａは、制御装置２３と第一撮像手段２８と第二撮像手段２９とからなり、制御装置２３には、対物レンズ系２５の駆動装置４０と被検査物１８の載る検査台１７の駆動装置５２が接続されている。制御装置２３は、記憶部２３ｍを備える。
【００７９】
この誤差補正装置５０Ａを用いて誤差を測定する状態を説明すると、最初に、図４Ａの実施例の場合と同様に、図５Ａに示すように検査台１７の上に基準プレート１８−１を載置する。次に、第一光を基準プレート１８−１に照射する。この際に、同時に第二光を基準プレートを照射していてもよい。
【００８０】
基準プレート１８−１から反射した第一光が第一撮像手段２８に入力されると、対物レンズ系２５を駆動装置４０によって上下動して、第一光が基準プレート１８−１上に集束するようにする。第一光が基準プレート１８−１上に集束すると、その基準プレートの位置を基準高さとして制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶する。例えば、その位置をゼロと設定して記憶する。この場合は、それが、第一光による検査台に関する第１のデータとなる。
【００８１】
その後の誤差の求め方及び使用の方法は、上記の平坦正誤差補正装置５０と同じである。誤差補正装置５０Ａでは、検査台１７の位置や基準プレート１８−１の厚さ等のデータが明らかではない場合でも平坦性誤差を求めることができる。
【００８２】
［傾き誤差発生の概念］
図９は、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３の一方又は両方の表面が傾いている場合に、計測の誤差が生じる原理を説明するための概念図である。その図は、図１又は図２から、対物レンズ２５１、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３を概念的に抽出したものである。
【００８３】
第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３は、光学検査装置の対物レンズ系２５のようなケース内に収容するためにある程度小さく製作しなければならない。その際に第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３には歪みが発生しやすい。また、第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３をケースに収容する時や使用時には機械的な歪みも発生しやすい。そのような歪みによって、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３の表面に傾きが生じることがある。
【００８４】
そのような傾きによる誤差は、対物レンズ２５１への第一光の被検査対象からの反射による入射光と、第二光の参照光の参照ミラーからの反射による入射光との間でのＸ又はＹ方向への位置ずれとなって現れる。
【００８５】
図９においては、第四ハーフミラー２５２の表面に傾きΔθが生じ、また、参照ミラー
２５３の表面に傾きΔψが生じているものとする。
【００８６】
そのような傾きがない場合には、対物レンズ２５１から第四ハーフミラー２５２に向けて光３３−１が照射されると、その光３３−１は、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で参照ミラー２５３に向けて反射される。参照ミラー２５３に到達した光３３−１は、参照ミラーの平坦な面で同じ経路を戻るように反射されて、再度、第四ハーフミラー２５２の平坦な面で対物レンズ２５１に向けて反射される。すなわち、対物レンズ２５１から光が出た位置と入射した位置とが同じになる。
【００８７】
次に、第四ハーフミラー２５２の表面に傾きΔθが存在する場合には、対物レンズ２５
１から第四ハーフミラー２５２に光３３−２Ａが照射されると、光３３−２Ａは、Δθ傾
いた第四ハーフミラー２５２の表面で反射されて、光３３−２Ｂの経路を通って参照ミラー２５３に達する。そこで、光３３−２Ｂは、傾いていない参照ミラー２５３の表面で反射されて、光３３−２Ｃの経路を通って第四ハーフミラー２５２に達する。光３３−２ＣはさらにΔθ傾いた第四ハーフミラー２５２の表面で反射されて、光３３−２Ｄの経路を
通って対物レンズ２５１に入射する。
【００８８】
上記のように、第四ハーフミラー２５２の表面に傾きがある場合には、図９に示すように、対物レンズから光が出力された位置と対物レンズへの入射位置とはＷθずれている。
【００８９】
一方、参照ミラー２５３の表面に傾きΔψが存在する場合には、対物レンズ２５１から
第四ハーフミラー２５２の表面に光３４−２Ａが照射されると、光３４−２Ａは、傾いていない第四ハーフミラー２５２の表面で反射されて、光３４−２Ｂの経路を通って参照ミラー２５３に達する。そこで、光３４−２Ｂは、Δψ傾いた参照ミラー２５３の表面で反
射されて、光３４−２Ｃの経路を通って第四ハーフミラー２５２に達する。次に、光３４−２Ｃは傾いていない第四ハーフミラー２５２の表面で反射されて、光３４−２Ｄの経路を通って対物レンズ２５１に入射する。
【００９０】
上記のように、参照ミラー２５３の表面に傾きΔψが存在する場合には、図９に示すよ
うに、対物レンズから光が出力された位置と対物レンズへの入射位置とはＷψずれている。
【００９１】
第四ハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３の両方が傾いている場合には、それらのずれはＷθとＷψとの和になる。
【００９２】
図９では、理解を容易にするため、その図の面に沿った一方向のみに光路がずれた例を示したが、第四ハーフミラー２５２又は参照ミラー２５３の傾きによって、光の出射位置と入射位置とのずれは図示の方向と直交する方向や他のいずれの方向にも発生する。その際には、そのずれは、ベクトル的に直交するＸ及びＹ方向の合成によって求めるものとする。
【００９３】
［傾き誤差補正装置］
傾き誤差補正装置も、図４Ｂに示す装置によって構成することができる。ただし、制御装置２３は、検査台１７の駆動装置５２を駆動して、検査台１７を水平方向のＸ−Ｙ方向に移動することができるものとする。
【００９４】
また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、直線状の段差が形成された基準プレート１８−３を用いる。その基準プレートは、平坦性誤差補正装置で用いた基準プレート１８−１のように検査台１７の上に置いて測定の基準として用いるもので、表面に、基準となるエッジ部分１８−３Ｃが形成されている。
【００９５】
エッジ部分１８−３Ｃは直線性が確保されたもので、上方の面１８−３Ｕと下方の面１８−３Ｄとの段差から構成されている。第一光及び第二光の画像から認識できるために、対物レンズと視野との関係から必要な直線性は、例えば、以下の表１のとおりである。
表１
対物レンズの倍率      視野                  必要な直線性
２．５倍              ２ｍｍ□              ±３μｍ
５倍                  １ｍｍ□              ±１．５μｍ
１０倍                ０．５ｍｍ□          ±０．８μｍ
２０倍                ０．２５ｍｍ□        ±０．４μｍ
５０倍                ０．１２５ｍｍ□      ±０．３μｍ
エッジ部分１８−３Ｃの長さＬは、少なくとも表１の必要な直線性の欄に示す長さが必要である。
【００９６】
また、エッジ部分１８−３Ｃにおける段差Ｈ、つまり、上方の面１８−３Ｕと下方の面１８−３Ｄとの高さの差は、約５μｍから１０μｍである。
【００９７】
傾き誤差を得るために、次のように基準プレートの走査を行う。まず、基準プレート１８−３を検査台１７上に置き、それをピクセル単位でＹ方向にずらしながら、第一光及び第二光の測定光によってＸ方向に走査する。その走査が完了すると、次に、エッジ部分１８−３ＣをＸ方向に１ピクセル単位ずらして、同様にＸ方向への走査を行う。その走査を繰り返して、Ｘ方向エッジ部分１８−３Ｃのずらしが終了すると、それまでに得たデータを記憶部２３ｍに記憶する。
【００９８】
上記のＸ方向への走査が完了すると、基準プレート１８−３を９０度回転して、次に、基準プレート１８−３へのＹ方向の走査を行う。まず、基準プレート１８−３をＸ方向にピクセル単位で移動しながらＹ方向への走査を行う。その走査が完了すると、次に、エッジ部分１８−３ＣをＹ方向に１ピクセル単位ずらして、同様にＹ方向への走査を行う。その走査を繰り返してＹ方向エッジ部分１８−３Ｃのずらしが終了すると、それまでに得たデータを記憶部２３ｍに記憶する。
【００９９】
第一光は、第四のハーフミラー２５２及び参照ミラー２５３のどちらの影響も受けないため、その反射光から得たエッジ部分１８−３Ｃの画像を基準画像として用いる。これが、第１のデータとなる。第二光の測定光の反射光もそれらのミラーの影響を受けないが、第二光の参照光がそれらのミラーの傾きの影響を受けるため、その第二光の参照光と第二光の測定光の反射光とが合成されることによって、それらのミラーの影響を受けた干渉縞が生じる。これが第２のデータとなる。
【０１００】
そのため、制御装置２３によって、その基準画像と干渉縞とからエッジ部分１８−３Ｃの位置のずれを求め、その値を傾き誤差の補正値として記憶部２３ｍに記憶する。
【０１０１】
実際の測定を行った場合には、被検査物から得た第二光の干渉縞のデータを傾き誤差の補正値によって修正し、その修正後の値と第一光の画像データとを用いて修正後の三次元画像を得る。
【０１０２】
上記の例では、１つのエッジ部分１８−３Ｃが形成された基準プレート１８−３を用いた。それに対し、図１０Ｃ、図１０Ｄ及び図１０Ｅでは、複数の直線状のエッジ部分１８−２Ｃからなるグレーティングパターンが形成された基準プレート１８−２を用いる。そのように、複数の直線状のエッジ部分１８−２Ｃを用いることによって、１回の走査の際に、走査方向への基準プレートのピクセル単位での移動の回数を減らすことができる。
【０１０３】
エッジ部分１８−２Ｃの必要な直線性や段差の高さＨは、基本的に基準プレート１８−３のエッジ部分１８−３Ｃと同じである。
【０１０４】
基準プレート１８−２を用いた場合には、最初に、図１０Ｃのようにそれを配置してＸ方向への走査を行う。Ｙ方向へ基準プレート１８−２の移動が完了したら、次に、図１０Ｅのように、基準プレート１８−２を９０度回転してＹ方向に走査を行う。それらの走査によって、第一光による基準画像と第二光による干渉縞とのデータを得て、それらの画像に現れたエッジ部分１８−２Ｃの位置のずれを求めて傾き誤差の補正値として記憶部２３ｍに記憶する。
【０１０５】
［焦点距離誤差補正装置］
図１１は、異なる波長に対する対物レンズの焦点距離に誤差が生じる状態を説明するための簡略図である。
【０１０６】
図１１に示すように、実線で示す第一光Ｄ１と、それと波長の異なる破線で示す第二光Ｃ１とが対物レンズ２５１に入射されると、例えば、色収差により、第一光Ｄ１はＦＤ１の位置で集束するが、第二光Ｃ１はＦＣ１の位置で集束するということがある。その集束位置のずれは、被検査対象の高さ方向への測定誤差となって現れることになる。
【０１０７】
そのため、第一光の集束位置と第二光の集束位置との差を焦点距離誤差として求め、それを補正値として、実際の測定の際の第一光の集束位置又は第二光の集束位置を補正する必要がある。
【０１０８】
焦点距離誤差補正装置も、図４Ｂに示す装置によって構成することができる。すなわち、焦点距離誤差補正装置５０Ａは、制御装置２３と第一撮像手段２８と第二撮像手段２９とからなり、制御装置２３には、対物レンズ系２５の駆動装置４０と被検査物１８の載る検査台１７の駆動装置５２が接続されている。制御装置２３は記憶部２３ｍを備える。ただし、制御装置２３は、検査台１７の駆動装置５２を駆動して検査台１７を水平方向のＸ−Ｙ方向に移動する必要はない。
【０１０９】
また、この焦点距離誤差を求める際にも、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ及び１０Ｅに示すように直線状の段差が形成された基準プレート１８−３又は１８−２を用いてもよい。それは、エッジ部分１８−３Ｃ又は１８−２Ｃによって、合焦位置と集束していない位置との相違を明確に認識することができるからである。
【０１１０】
図１２は、焦点距離誤差補正装置５０Ａを用いて、焦点距離誤差を求める手順を説明するためのフローチャートである。
【０１１１】
まず、ステップＳ１２１において、検査台１７の上に例えば基準プレート１８−３を載置する。ステップＳ１２２では、その載置した基準プレート１８−３に第一光を合焦させる。その際の合焦位置は、第一撮像装置２８のおける合焦画像範囲の中心位置となる。ステップＳ１２３で、その際の検査台又は対物レンズの高さを基準高さとして制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶する。例えば、その高さを第一光の合焦位置として記憶する。これは、第一光による検査台に関する第１のデータとなる。
【０１１２】
ステップＳ１２４では、基準プレート１８−３に第二光源２０からの第二光を合焦させる。その時には、第二光による干渉縞のコントラストが最大となる。ステップＳ１２５で、その際の検査台又は対物レンズの高さを第二光の合焦位置における高さとして制御装置２３の記憶部２３ｍに記憶する。例えば、その高さを第二光の合焦位置として記憶する。これは、第二光による検査台に関する第２のデータとなる。
【０１１３】
次に、ステップＳ１２６において、第一光の合焦位置と第二光の合焦位置との差を補正値として求めて記憶部２３ｍに記憶する。
【０１１４】
この焦点距離誤差の補正値を使用して、光学検査装置の実際の測定の際の補正の処理は、上記の平坦性誤差補正及び傾き誤差補正の場合と同じである。
［代替例等］
以上、本発明に係る光学検査装置用補正装置について説明したが、本発明はそれらの実施形態に拘束されるものではない。当業者が容易になしえる追加、削除、改変等は、本発明に含まれることを承知されたい。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
【０１１５】
例えば、本実施例では対物レンズ系２５を上下に移動させる例を説明したが、対物レンズ系２５は動かさずに、被検査物１８が載置されている検査台１７を光軸に沿って上下に移動させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る光学検査装置の概略側面構成図である。
【図２】図２は、図１に係る光学検査装置における対物レンズ系の拡大側面図である。
【図３】図３は、第四ハーフミラー又は参照ミラーの一方又は両方の表面が平坦でない場合に計測の誤差が生じる原理を説明するための概念図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態に係る光学検査装置用誤差補正装置のブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの光学検査装置用誤差補正装置の他の実施形態の光学検査装置用誤差補正装置のブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１に係る光学検査装置における対物レンズ系の拡大側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、基準プレートの斜視図である。
【図６】図６は、本発明に係る光学検査装置用誤差補正装置を用いて誤差の値を求める手順を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、本発明に係る光学検査装置用誤差補正装置を用いて、光学検査装置の測定の際に、平坦性補正値によって測定値を補正する方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、本発明に係る光学検査装置用誤差補正装置を備える光学検査装置を用いて被検査物の三次元画像を得る方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、第四ハーフミラー又は参照ミラーの一方又は両方の表面が傾いている場合に、計測の誤差が生じる原理を説明するための概念図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、他の実施例に係る基準プレートの斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの基準プレートの一部側面拡大図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、さらに他の実施例に係る基準プレートの斜視図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図１０Ｃの基準プレートの一部側面拡大図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、図１０Ｃの基準プレートを９０度回転させて配置した斜視図である。
【図１１】図１１は、図１に係る光学検査装置における対物レンズ系の拡大側面図である。
【図１２】図１２は、焦点距離誤差補正装置を用いて、焦点距離誤差を求める手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１７】
１０：第一光源
１１、１５：凸レンズ
１７：検査台
１８：被検査物
２０：第二光源
２２、２４、２６：ハーフミラー
２３：制御装置
２３ｍ：記憶部
２５：対物レンズ系
２８、２９：ＣＣＤカメラ（第一及び第二撮像装置）
２５１：対物レンズ
２５２：第四ハーフミラー
２５３：参照ミラー
４０：駆動装置
４１：ピエゾ素子
４２：作動トランス
４３：差動増幅器
４４：Ｄ／Ａ変換器
５０、５０Ａ：誤差補正装置
【図１】
2009293925.tif 000003
【図２】
2009293925.tif 000004
【図３】
2009293925.tif 000005
【図４Ａ】
2009293925.tif 000006
【図４Ｂ】
2009293925.tif 000007
【図５Ａ】
2009293925.tif 000008
【図５Ｂ】
2009293925.tif 000009
【図６】
2009293925.tif 000010
【図７】
2009293925.tif 000011
【図８】
2009293925.tif 000012
【図９】
2009293925.tif 000013
【図１０Ａ】
2009293925.tif 000014
【図１０Ｂ】
2009293925.tif 000015
【図１０Ｃ】
2009293925.tif 000016
【図１０Ｄ】
2009293925.tif 000017
【図１０Ｅ】
2009293925.tif 000018
【図１１】
2009293925.tif 000019
【図１２】
2009293925.tif 000020