形状測定装置および形状測定方法
【課題】検出用走査を行うことなく、ワンショット撮影により、高さ方向のダイナミックレンジの大きい、被検面の１ライン上の微細な凹凸形状情報を容易に取得し得る、形状測定装置および形状測定方法を提供する。
【解決手段】 空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源１０からの照明光を、対物レンズ１３Ａ、Ｂを介して参照面１４および被検面２０に照射し、得られた参照光と測定光を干渉させ、その干渉光をスリット１６Ａにより線状に整形し、分光器１６により分光し、２次元撮像手段１７により得られたスペクトル干渉情報に基づき被検面２０の形状を解析する。光源１０、被検面２０、スリット１６Ａ、および光源１０、参照面１４、スリット１６Ａは各々互いに共役である。被検面２０を介する系路の光路長と、参照面１４を介する経路の光路長との間にオフセットが設けられる。
【解決手段】 空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源１０からの照明光を、対物レンズ１３Ａ、Ｂを介して参照面１４および被検面２０に照射し、得られた参照光と測定光を干渉させ、その干渉光をスリット１６Ａにより線状に整形し、分光器１６により分光し、２次元撮像手段１７により得られたスペクトル干渉情報に基づき被検面２０の形状を解析する。光源１０、被検面２０、スリット１６Ａ、および光源１０、参照面１４、スリット１６Ａは各々互いに共役である。被検面２０を介する系路の光路長と、参照面１４を介する経路の光路長との間にオフセットが設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な凹凸表面形状の測定等に用いられる形状測定装置および形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細な表面形状を測定する光学装置として、コンフォーカル顕微鏡が知られている。コンフォーカル顕微鏡は、焦点の合った部分だけが明るく撮像される特性を有しており、高分解能な計測を可能とし得るという、利点を有している。しかし、その一方で、被検面の断面形状（１ラインの形状プロファイル）を得るためには、高さ方向（Ｚ方向）と横方向（Ｘ方向）の２方向に（２次元的に）走査する必要があり、測定の効率化が図れない。そこで、コンフォーカル顕微鏡において、対物レンズに色収差を付与し、高さ方向（Ｚ方向）の走査を不要にする技術が知られている。この技術においては、送光側のピンホールから白色光を射出し、被検面からの反射光をコンフォーカル系で受光側のピンホールに導き、この受光側のピンホールを通過した光を分光系で分光して分光信号を得るようにしている。対物レンズに色収差を付与することでいずれかの波長の光が被検面表面に集光し、集光した波長の光検出強度が高くなることを利用して、高さ方向（Ｚ方向）の走査なしに被検面の高さ情報を検出することができるようにしている。なお、Ｚ方向のダイナミックレンジは与えた色収差の量に依存する。
【０００３】
また、一般に低コヒーレンス干渉計においては、エンベロープ（光強度信号の包絡線）のピークを探索するために、測定光と参照光との光路長差をスキャンしながら干渉信号を繰り返し取得する必要があり、測定の効率化が図れないため、例えば、下記特許文献１に示される低コヒーレンス干渉計のように、上記スキャンする範囲の幅を縮小して測定の効率化を図り得るようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した対物レンズの色収差を利用したコンフォーカル顕微鏡においても、被検面の断面形状（１ラインの形状プロファイル）を測定するためには少なくとも横方向（Ｘ方向）の１次元走査が必要となることから、測定の効率化には自ずと限界があった。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載されている低コヒーレンス干渉計においても光路長差のスキャン範囲の幅は縮小できるものの、スキャン自体をなくすことができるものではなく、やはり測定の大幅な効率化を図ることが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高さ方向のダイナミックレンジを大きくとることができ、検出用の走査なしに、ワンショット撮影により、被検面の１ライン上の凹凸形状情報を容易に取得し得る、形状測定装置および形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を例示する形状測定装置の一態様は、
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源からの照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させて干渉させ、該干渉させた光により生成されるスペクトル干渉情報を取得する干渉計と、前記光分割手段により２系路に分割された平行光が前記光重畳手段により重畳されるまでの各々の系路中に配される対物レンズとを備え、
前記スペクトル干渉情報を取得する手段は、前記干渉させた光を線状に通過させるスリットを備えた分光器と、この分光器により分光された分光信号によるスペクトル干渉情報を取得する２次元撮像手段を備えるとともに、この２次元撮像手段により取得されたスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する形状解析手段を備え、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配されるとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配され、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットが設けられてなる、ことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明を例示する形状測定方法の一態様は、
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源から射出された照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させ、干渉させてスペクトル干渉情報を取得し、取得されたスペクトル干渉情報を解析して前記被検面の表面形状を測定する形状測定方法において、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配するとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配し、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットを設け、
前記スペクトル干渉情報を取得する際には、前記干渉光を前記スリットに通して線状に整形し、この整形された干渉光を分光器により分光せしめて、分光信号を撮像し、
この後、取得したスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する、ことを特徴とするものである。
【００１０】
なお、上述した「面状の光源」には、光射出領域が２次元的に広がる光源のみならず、光射出領域が元々またはマスク等により、スリット状（１ラインも含む）に形成された場合も含むものとする。また、「面状の光源」がスリット状（１ラインも含む）に形成されている場合には、そのスリットの長手方向と、前記分光器のスリットの長手方向が、互いに対応する向きに配置する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の形状測定装置および形状測定方法によれば、高さ方向のダイナミックレンジを大きくとることができ、検出用の走査なしに、ワンショット撮影により、被検面の１ライン上の凹凸形状情報を容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１（変型例を含む）に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例２（変型例を含む）に係る形状測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る形状測定装置の２つの実施例および各々の変形例について説明する。
【００１４】
＜実施例１＞
実施例１における形状測定装置１は、図１に示すように、ビームスプリッターを中心として十字形状をなす干渉計タイプに構成されており、被検面情報を有するスペクトル干渉縞を解析して被検面の微小な表面形状を測定するものである。
【００１５】
すなわち、図１に示すように、形状測定装置１は、白色光を射出する面光源１０と、この面光源１０からの発散光を平行光に変換するコリメートレンズ１１と、この平行光を２系路に分割するとともに、一度分割した２つの光を再度重畳させるビームスプリッター１２と、該２系路の各々に配される対物レンズ１３Ａおよび対物レンズ１３Ｂと、対物レンズ１３Ａの焦点位置に配された参照面１４と、対物レンズ１３Ｂの焦点位置に配された被検面２０を有する被検体２１を所定位置に保持する被検体保持手段２２と、ビームスプリッター１２で重畳された干渉光を集光させる集光レンズ１５と、該集光レンズ１５の焦点位置にスリット１６Ａが配され、このスリット１６Ａの像を結像させる分光器１６と、このスリット１６Ａの像が結像され、該干渉光によるスペクトル干渉縞が撮像される２次元撮像素子１７と、この２次元撮像素子１７により得られたスペクトル干渉縞による干渉情報を解析して被検面２０の表面形状を解析する解析手段１８と、解析された被検面２０の表面形状を表示する表示手段２３を備えている。さらに、コリメートレンズ１１とビームスプリッター１２の間に配された照明側の絞り１９Ａと、ビームスプリッター１２と集光レンズ１５の間に配された検出側の絞り１９Ｂと、を備えている。
【００１６】
なお、上記面光源１０は、空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源からなり、例えば、点光源素子をアレー状に配列したものである。
【００１７】
また、面光源１０、被検面２０および分光器１６のスリット１６Ａは互いに共役となる位置に配されるとともに、面光源１０、参照面１４および分光器１６のスリット１６Ａとも互いに共役となる位置に配される。
【００１８】
また、上記面光源１０としては、光射出領域をスリット状に形成（光射出領域が元々スリット状に形成されていてもよいし、マスク等により遮光して光射出領域をスリット状に形成してもよい）すれば、ノイズ等の不要光の混入を防止することができる。ただし、面光源１０をスリット状（１ラインも含む）に形成した場合には、そのスリットの長手方向と、前記分光器のスリットの長手方向を、互いに対応するような向きに配置する。
【００１９】
また、面光源１０から被検面２０を介してスリット１６Ａに至る光路長と、面光源１０から参照面１４を介してスリット１６Ａに至る光路長との間に干渉可能な範囲内（コヒーレンス長の範囲内）でオフセットが設けられている。
【００２０】
また、分光器１６は、スリット１６Ａと分光手段である回折格子（図示せず）と結像光学系（図示せず）を有してなり、スリット１６Ａを通過した１ラインの干渉光を回折格子に入射させ、この回折格子により、干渉光をスリット１６Ａの幅方向に一度に回折させ、空間分解方向（スリット長手方向）の広がりと波長分解方向（スリット幅方向）の広がりとを有する分光信号とする。
【００２１】
また、２次元撮像素子１７上には、分光器１６によりスリット１６Ａの像が結像され、スリット１６Ａを通過した干渉光に係る被検面形状情報（分光器１６により得られた分光信号）を１次元位置情報と波長情報（高さ情報）として受光する。
【００２２】
解析手段１８は、２次元撮像素子１７から出力された分光信号を演算処理し、被検面２０の微小な凹凸表面形状を求め、これを、図示しない記憶手段に格納するとともに、必要に応じて表示手段（表示画面あるいはプリンタ等）２３に出力する。
【００２３】
次に、本発明の実施例に係る形状測定方法について図１を用いて説明する。
【００２４】
面光源１０の各点光源から射出された光はコリメートレンズ１１で平行光に変換される。なお、コリメートされた平行光の光軸に対する角度、方位は、面光源１０上の射出点の座標で決まる。
【００２５】
コリメートされた平行光は照明側の絞り１９Ａを経て、ビームスプリッター１２で測定光と参照光に２分割される。分割された２つの光のうち、参照光は対物レンズ１３Ａによって参照面１４上に、測定光は対物レンズ１３Ｂによって被検面２０上に、各々集光する。
【００２６】
上記面光源１０と上記参照面１４は共役の位置に配されており、面光源１０の像が参照面１４上に結像される。参照面１４で反射した光（光源１０の各点からの光）は対物レンズ１３Ａで平行光に戻され、ビームスプリッター１２を透過し、集光レンズ１５によって分光器１６のスリット１６Ａ上に集光される。すなわち、面光源１０、参照面１４および分光器１６のスリット１６Ａが互いに共役な位置関係にある。
【００２７】
他方、上記面光源１０と上記被検面２０は共役の位置に配されており、面光源１０の像が被検面２０上に結像される。被検面２０で反射した光（面光源１０の各点からの光）は対物レンズ１３Ｂで平行光に戻され、ビームスプリッター１２で反射されて、集光レンズ１５によって分光器１６のスリット１６Ａ上に集光される。すなわち、面光源１０、被検面２０および分光器１６のスリット１６Ａが互いに共役な位置関係にある。
【００２８】
スリット１６Ａから分光器１６内に入射した測定光と参照光の干渉光は、この分光器１６内に配された回折格子により分光され、結像光学系により２次元撮像素子１７上に結像される。これにより、２次元撮像素子１７上に、被検面２０の表面形状情報に応じたスペクトル干渉縞が形成される。
【００２９】
２次元撮像素子１７により得られたスペクトル干渉縞の情報は、解析手段１８に送出され、測定光と参照光の光路長差に応じて、変調周波数および位相が異なる分光強度信号が求められる。ここで、測定光と参照光の間には所定の光路長差（オフセット）が付与されているので、上記分光強度信号は、比較的高い周波数の正弦波状の強度信号となる。このようにして、変調周波数および分光強度信号を求めることにより、被検面２０の高さ方向（Ｚ方向）の形状を、高精度に求めることができる。このような原理は、干渉光をスペクトル分解し、撮像素子にて検出し、その検出信号をフーリエ変換して被検面高さ方向の光強度プロファイルを得るフーリエドメイン方式として知られている。なお、この強度信号は、光源スペクトル形状との積として得られる。
【００３０】
被検面２０の表面形状の各位置におけるＺ方向高さ（基準位置からのずれ量）に対応して各々光路長差が異なるので、上記分光強度信号も被検面２０の各位置からの反射光毎に、正弦波状の周波数が異なることになる。この分光強度信号を光の波数でフーリエ解析すれば光の波数毎の複素振幅の位相を求めることができるので、対応する測定光と参照光の光路長差を求めることができる。具体的には、２次元撮像素子１７により得られた分光強度信号を光の波数でフーリエ変換し、その信号成分をバンドパスフィルターで抽出し、逆フーリエ変換することにより、その際に求められた光路長差から被検面１５の高さ方向の情報を求めることができ、被検面２０の表面形状を求めることができる。
【００３１】
ところで、上記被検面２０に凹凸形状が存在している場合に、分光器１６のスリット１６Ａ上において、参照光の光スポットが十分に小さな径で形成されているのに対し、測定光の光スポット径はその凹凸の大きさに応じて広がってしまう。
【００３２】
しかし、空間的にインコヒーレントな光を射出する面光源１０を用いて、参照光と測定光の干渉成分を抽出しているので、測定光のスポット広がりがあっても、この測定光と隣接する点光源からの参照光とのクロストークは生ぜず、正確な信号解析が可能である。
【００３３】
そして、スペクトル干渉縞を分光器１６で分光して検出しているので、１回の撮像（シングルショット）により断面測定（１ラインの形状プロファイル測定）に必要な情報が得られ、振動等の外乱に強い測定が可能となる。
【００３４】
＜変形例＞
ところで、被検面２０の表面の凹凸がさらに大きくなると、分光器１６のスリット１６Ａを通過する光が弱くなり、S/Nの劣化が起こり、さらには検出そのものが困難になる。
【００３５】
そこで、図１の実施例装置の変型例では、ビームスプリッター１２と被検面２０との間に配された対物レンズ１３Ｂに所定の色収差を付与している。
【００３６】
すなわち、参照光に関しては上述した実施例１の基本形の装置の場合と同様であるが、測定光に関しては、対物レンズ１３Ｂに付与された色収差の効果により、波長に応じて被検面２０上での集光点の高さが異なる。したがって、被検面２０の各位置の高さに応じて、分光器１６のスリット１６Ａ上に集光する光の波長が異なる。分光器１６で分光され、２次元撮像素子１７により撮像された分光強度信号（スペクトル干渉縞）は、被検面２０の各位置の高さに応じたエンベロープピークをもち、かつ、測定光と参照光の光路長差に対応した変調周波数および位相情報を有する。
【００３７】
そこで、この分光強度信号を光の波数によりフーリエ解析することで、干渉成分に係るエンベロープおよび位相情報を求めることができる。
【００３８】
また、この位相情報からは、下述の如く、光路長差を求めることができるが、対物レンズ１３Ｂの色収差が既知であれば（別途、校正などにより求める）、干渉光を用いたことにより得られたエンベロープのピーク位置情報に基づき、高い分解能を維持しつつ効率よく被検面２０の高さを求めることもできる。そして、面光源１０から射出された光のうち、いずれかの波長の光により面光源１０と被検面２０の各点が共焦点状態になり、このような共焦点状態における分光強度信号を利用してこの被検面２０の表面形状を解析しているので、横方向にボケのない高い横分解能での計測が可能になる。
【００３９】
なお、位相情報に基づき光路長差を求める際に、光路長差を（ｎ＋σ/2π）λ（ただし、ｎは整数、λは波長、σは位相）で表わしたとすると、ｎが不定であるので、このｎを決定する必要がある。なお、位相σが複数の波長λについて求められているので、複数の波長に対して矛盾のないようにｎを決定する。
【００４０】
また、得られた正弦波信号の周波数スペクトルのピーク位置、あるいは上述したエンベロープのピーク位置の波長から求めた光路長差の付近で、矛盾がないような値に光路長差を決定することになる。
【００４１】
また、被検面２０に凹凸が存在すると、共焦点状態とはならない波長の測定光も多く存在することになるが、これらは分光器１６のスリット１６Ａ上で広がってしまう。
【００４２】
この変型例においても上記基本形の場合と同様に参照光のスポット径に変化はなく十分に小さなスポットを形成しているものの、空間的にインコヒーレントな光を射出する面光源１０を用いて、参照光と測定光の干渉成分を抽出しているので、測定光のスポット広がりによる、隣接する点光源からの参照光とのクロストークは生ぜず、高精度な信号解析が可能である。
【００４３】
この後、解析手段１８により解析された被検面２０の表面形状が、表示手段２３上に表示される。
【００４４】
また、面光源１０をインコヒーレントな複数の点光源を配列するようにして構成し、分光器１６のスリット１６Ａ上に、該点光源配列に対応したマスク配列（スリット１６Ａの、点光源に対応した部分以外は遮光するマスクパターン）を設けてもよい。これにより、不要光の混入を防止できるので、Ｓ／Ｎを高めることができる。
【００４５】
また、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等のスペクトル幅の広い、空間的にある程度以上のコヒーレント性を有する光源に、回転拡散板（デコヒーラ）等のコヒーレンス解消機能をもった素子を組み合わせて、インコヒーレントな光を射出する面光源部を構成してもよい。
【００４６】
また、上記ビームスプリッター１２と被検面２０との間に配された対物レンズ１３Ｂは、テレセントリック性を備えたものであることが望ましい。これは、被検面２０上の凹凸高さによらず、正しい横座標に対する高さ情報を検出できるためである。
【００４７】
また、被検面２０の表面形状において傾斜が大きい場合には、対物レンズ１３Ａ、１３Ｂの検出側のＮＡを、対物レンズ１３Ａ、１３Ｂの照明側のＮＡよりも小さく設定することが望ましい。具体的には、絞り１９Ｂを絞り１９Ａよりも小さく設定する。
このように設定することにより、分光器１６のスリット１６Ａ上での測定光スポットの位相分布の傾きを小さくでき、参照光スポットとの局所的な干渉縞の空間周波数を小さくでき、画素平均化の影響を低減することができる。
【００４８】
ここで、上記実施例１に係る装置と、先行技術として示した、対物レンズに色収差を付与したコンフォーカル顕微鏡において、送光側および受光側のピンホールを複数個配列した系との比較を行った場合、この先行技術に係る系では、共焦点状態からずれ、測定光の光スポットが拡大された場合、その光が、受光側の隣接するピンホールに混入してしまい、隣接するピンホールの測定結果に誤差を生じてしまう。これに対して上記実施例１のものでは、インコヒーレントな光を用いることにより、その被検面２０上の各位置からの干渉情報毎に分離抽出することができるので、隣接する位置から混入する測定光の影響を受けずに高精度な測定が可能となる（混入する光は参照光と干渉せず、DC成分が増加するだけなので、その後の信号解析によって除去することができる）。さらに、実施例１の発明においては干渉信号の位相情報（エンベロープのピーク位置情報等）を利用できるので、高さ方向（Ｚ方向）の測定も高い分解能を維持することができる。
【００４９】
＜実施例２＞
以下、実施例２における形状測定装置１０１について、図２を用いて説明する。
【００５０】
実施例２に係る形状測定装置１０１は、上述した実施例１に係る形状測定装置１と同様の機能および特徴を有しているので、重複した機能を有する部材については、その説明を省略し、実施例１において対応する部材に付した数字に１００を加えた数字を符号として与える。また、上述した実施例１の装置との主たる差異については以下に説明する。
【００５１】
実施例１の形状測定装置１においては、面光源１０からの光を分割する光分割手段と、参照光と測定光を重畳させる光重畳手段とが、１つのビームスプリッター１２により構成されているが、この実施例２の形状測定装置１０１においては、光分割手段がハーフミラー１１２Ａにより、他方、光重畳手段がハーフミラー１１２Ｂにより、各々独立に構成されており、また、ハーフミラー１１２Ａにより分割された参照光の光路を参照面１１４方向に折り曲げるハーフミラー１１２Ｃと、ハーフミラー１１２Ａにより分割された測定光の光路を被検面１２０方向に折り曲げるハーフミラー１１２Ｄと、を備えている。
【００５２】
また、実施例１の形状測定装置１においては、照明側の絞り１９Ａと検出側の絞り１９Ｂが各々１つずつ設けられているが、この実施例２の形状測定装置１０１においては、分割後の参照光の光路中において、照明側の絞り１１９Ａａと検出側の絞り１１９Ｂａが各々１つずつ設けられるとともに、分割後の測定光の光路中において、照明側の絞り１１９Ａｂと検出側の絞り１１９Ｂｂが各々１つずつ設けられる点において相違している。このように、分割後の参照光および測定光の光路中において、各々照明側の絞りと検出側の絞りを設け、ＮＡを独立して調整可能とすることにより、横分解能、測定可能な被検面傾斜量およびクロストーク量等を指標にした系の最適化を行うことができる。
【００５３】
なお、実施例２の変形例として、ハーフミラー１１２Ｄと被検面１２０との間に配された対物レンズ１１３Ｂに所定の色収差を付与したものが挙げられる。この実施例２の変型例も、上記実施例１の変型例と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の形状測定装置および形状測定方法としてはこれらに限られるものではなく、その他の種々の変更態様を採用することができる。例えば、装置の光学配置としても種々の態様の変更が可能であり、レンズや絞りの配置も適宜変更可能であり、例えば図１に示す実施例１に係る形状測定装置１において、絞り１９Ａ、１９Ｂに替え、ビームスプリッター１２と対物レンズ１３Ａの間、およびビームスプリッター１２と対物レンズ１３Ｂの間に、各々絞りを配設してもよい。
【００５５】
なお、上記被検面の全面に亘って形状測定を行いたい場合には、分光器のスリットの幅方向と対応する方向に被検面を走査しながら、本発明に係る形状測定を行うと効率的である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１０１ 形状測定装置
１０、１１０ 面光源（光源部）
１１、１１１ コリメートレンズ
１２ ビームスプリッター
１３Ａ、１３Ｂ、１１３Ａ、１１３Ｂ 対物レンズ
１４、１１４ 参照面 １５、１１５ 集光レンズ
１６、１１６ 分光器
１６Ａ、１１６Ａ スリット
１７、１１７ ２次元撮像素子
１８、１１８ 解析手段
１９Ａ、１９Ｂ、１１９Ａａ、１１９Ａｂ、１１９Ｂａ、１１９Ｂｂ 絞り
２０、１２０ 被検面 ２１、１２１ 被検体
２２、１２２ 被検体保持手段
２３、１２３ 表示手段
１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ ハーフミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な凹凸表面形状の測定等に用いられる形状測定装置および形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細な表面形状を測定する光学装置として、コンフォーカル顕微鏡が知られている。コンフォーカル顕微鏡は、焦点の合った部分だけが明るく撮像される特性を有しており、高分解能な計測を可能とし得るという、利点を有している。しかし、その一方で、被検面の断面形状（１ラインの形状プロファイル）を得るためには、高さ方向（Ｚ方向）と横方向（Ｘ方向）の２方向に（２次元的に）走査する必要があり、測定の効率化が図れない。そこで、コンフォーカル顕微鏡において、対物レンズに色収差を付与し、高さ方向（Ｚ方向）の走査を不要にする技術が知られている。この技術においては、送光側のピンホールから白色光を射出し、被検面からの反射光をコンフォーカル系で受光側のピンホールに導き、この受光側のピンホールを通過した光を分光系で分光して分光信号を得るようにしている。対物レンズに色収差を付与することでいずれかの波長の光が被検面表面に集光し、集光した波長の光検出強度が高くなることを利用して、高さ方向（Ｚ方向）の走査なしに被検面の高さ情報を検出することができるようにしている。なお、Ｚ方向のダイナミックレンジは与えた色収差の量に依存する。
【０００３】
また、一般に低コヒーレンス干渉計においては、エンベロープ（光強度信号の包絡線）のピークを探索するために、測定光と参照光との光路長差をスキャンしながら干渉信号を繰り返し取得する必要があり、測定の効率化が図れないため、例えば、下記特許文献１に示される低コヒーレンス干渉計のように、上記スキャンする範囲の幅を縮小して測定の効率化を図り得るようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した対物レンズの色収差を利用したコンフォーカル顕微鏡においても、被検面の断面形状（１ラインの形状プロファイル）を測定するためには少なくとも横方向（Ｘ方向）の１次元走査が必要となることから、測定の効率化には自ずと限界があった。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載されている低コヒーレンス干渉計においても光路長差のスキャン範囲の幅は縮小できるものの、スキャン自体をなくすことができるものではなく、やはり測定の大幅な効率化を図ることが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高さ方向のダイナミックレンジを大きくとることができ、検出用の走査なしに、ワンショット撮影により、被検面の１ライン上の凹凸形状情報を容易に取得し得る、形状測定装置および形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を例示する形状測定装置の一態様は、
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源からの照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させて干渉させ、該干渉させた光により生成されるスペクトル干渉情報を取得する干渉計と、前記光分割手段により２系路に分割された平行光が前記光重畳手段により重畳されるまでの各々の系路中に配される対物レンズとを備え、
前記スペクトル干渉情報を取得する手段は、前記干渉させた光を線状に通過させるスリットを備えた分光器と、この分光器により分光された分光信号によるスペクトル干渉情報を取得する２次元撮像手段を備えるとともに、この２次元撮像手段により取得されたスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する形状解析手段を備え、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配されるとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配され、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットが設けられてなる、ことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明を例示する形状測定方法の一態様は、
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源から射出された照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させ、干渉させてスペクトル干渉情報を取得し、取得されたスペクトル干渉情報を解析して前記被検面の表面形状を測定する形状測定方法において、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配するとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配し、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットを設け、
前記スペクトル干渉情報を取得する際には、前記干渉光を前記スリットに通して線状に整形し、この整形された干渉光を分光器により分光せしめて、分光信号を撮像し、
この後、取得したスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する、ことを特徴とするものである。
【００１０】
なお、上述した「面状の光源」には、光射出領域が２次元的に広がる光源のみならず、光射出領域が元々またはマスク等により、スリット状（１ラインも含む）に形成された場合も含むものとする。また、「面状の光源」がスリット状（１ラインも含む）に形成されている場合には、そのスリットの長手方向と、前記分光器のスリットの長手方向が、互いに対応する向きに配置する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の形状測定装置および形状測定方法によれば、高さ方向のダイナミックレンジを大きくとることができ、検出用の走査なしに、ワンショット撮影により、被検面の１ライン上の凹凸形状情報を容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１（変型例を含む）に係る形状測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例２（変型例を含む）に係る形状測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る形状測定装置の２つの実施例および各々の変形例について説明する。
【００１４】
＜実施例１＞
実施例１における形状測定装置１は、図１に示すように、ビームスプリッターを中心として十字形状をなす干渉計タイプに構成されており、被検面情報を有するスペクトル干渉縞を解析して被検面の微小な表面形状を測定するものである。
【００１５】
すなわち、図１に示すように、形状測定装置１は、白色光を射出する面光源１０と、この面光源１０からの発散光を平行光に変換するコリメートレンズ１１と、この平行光を２系路に分割するとともに、一度分割した２つの光を再度重畳させるビームスプリッター１２と、該２系路の各々に配される対物レンズ１３Ａおよび対物レンズ１３Ｂと、対物レンズ１３Ａの焦点位置に配された参照面１４と、対物レンズ１３Ｂの焦点位置に配された被検面２０を有する被検体２１を所定位置に保持する被検体保持手段２２と、ビームスプリッター１２で重畳された干渉光を集光させる集光レンズ１５と、該集光レンズ１５の焦点位置にスリット１６Ａが配され、このスリット１６Ａの像を結像させる分光器１６と、このスリット１６Ａの像が結像され、該干渉光によるスペクトル干渉縞が撮像される２次元撮像素子１７と、この２次元撮像素子１７により得られたスペクトル干渉縞による干渉情報を解析して被検面２０の表面形状を解析する解析手段１８と、解析された被検面２０の表面形状を表示する表示手段２３を備えている。さらに、コリメートレンズ１１とビームスプリッター１２の間に配された照明側の絞り１９Ａと、ビームスプリッター１２と集光レンズ１５の間に配された検出側の絞り１９Ｂと、を備えている。
【００１６】
なお、上記面光源１０は、空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源からなり、例えば、点光源素子をアレー状に配列したものである。
【００１７】
また、面光源１０、被検面２０および分光器１６のスリット１６Ａは互いに共役となる位置に配されるとともに、面光源１０、参照面１４および分光器１６のスリット１６Ａとも互いに共役となる位置に配される。
【００１８】
また、上記面光源１０としては、光射出領域をスリット状に形成（光射出領域が元々スリット状に形成されていてもよいし、マスク等により遮光して光射出領域をスリット状に形成してもよい）すれば、ノイズ等の不要光の混入を防止することができる。ただし、面光源１０をスリット状（１ラインも含む）に形成した場合には、そのスリットの長手方向と、前記分光器のスリットの長手方向を、互いに対応するような向きに配置する。
【００１９】
また、面光源１０から被検面２０を介してスリット１６Ａに至る光路長と、面光源１０から参照面１４を介してスリット１６Ａに至る光路長との間に干渉可能な範囲内（コヒーレンス長の範囲内）でオフセットが設けられている。
【００２０】
また、分光器１６は、スリット１６Ａと分光手段である回折格子（図示せず）と結像光学系（図示せず）を有してなり、スリット１６Ａを通過した１ラインの干渉光を回折格子に入射させ、この回折格子により、干渉光をスリット１６Ａの幅方向に一度に回折させ、空間分解方向（スリット長手方向）の広がりと波長分解方向（スリット幅方向）の広がりとを有する分光信号とする。
【００２１】
また、２次元撮像素子１７上には、分光器１６によりスリット１６Ａの像が結像され、スリット１６Ａを通過した干渉光に係る被検面形状情報（分光器１６により得られた分光信号）を１次元位置情報と波長情報（高さ情報）として受光する。
【００２２】
解析手段１８は、２次元撮像素子１７から出力された分光信号を演算処理し、被検面２０の微小な凹凸表面形状を求め、これを、図示しない記憶手段に格納するとともに、必要に応じて表示手段（表示画面あるいはプリンタ等）２３に出力する。
【００２３】
次に、本発明の実施例に係る形状測定方法について図１を用いて説明する。
【００２４】
面光源１０の各点光源から射出された光はコリメートレンズ１１で平行光に変換される。なお、コリメートされた平行光の光軸に対する角度、方位は、面光源１０上の射出点の座標で決まる。
【００２５】
コリメートされた平行光は照明側の絞り１９Ａを経て、ビームスプリッター１２で測定光と参照光に２分割される。分割された２つの光のうち、参照光は対物レンズ１３Ａによって参照面１４上に、測定光は対物レンズ１３Ｂによって被検面２０上に、各々集光する。
【００２６】
上記面光源１０と上記参照面１４は共役の位置に配されており、面光源１０の像が参照面１４上に結像される。参照面１４で反射した光（光源１０の各点からの光）は対物レンズ１３Ａで平行光に戻され、ビームスプリッター１２を透過し、集光レンズ１５によって分光器１６のスリット１６Ａ上に集光される。すなわち、面光源１０、参照面１４および分光器１６のスリット１６Ａが互いに共役な位置関係にある。
【００２７】
他方、上記面光源１０と上記被検面２０は共役の位置に配されており、面光源１０の像が被検面２０上に結像される。被検面２０で反射した光（面光源１０の各点からの光）は対物レンズ１３Ｂで平行光に戻され、ビームスプリッター１２で反射されて、集光レンズ１５によって分光器１６のスリット１６Ａ上に集光される。すなわち、面光源１０、被検面２０および分光器１６のスリット１６Ａが互いに共役な位置関係にある。
【００２８】
スリット１６Ａから分光器１６内に入射した測定光と参照光の干渉光は、この分光器１６内に配された回折格子により分光され、結像光学系により２次元撮像素子１７上に結像される。これにより、２次元撮像素子１７上に、被検面２０の表面形状情報に応じたスペクトル干渉縞が形成される。
【００２９】
２次元撮像素子１７により得られたスペクトル干渉縞の情報は、解析手段１８に送出され、測定光と参照光の光路長差に応じて、変調周波数および位相が異なる分光強度信号が求められる。ここで、測定光と参照光の間には所定の光路長差（オフセット）が付与されているので、上記分光強度信号は、比較的高い周波数の正弦波状の強度信号となる。このようにして、変調周波数および分光強度信号を求めることにより、被検面２０の高さ方向（Ｚ方向）の形状を、高精度に求めることができる。このような原理は、干渉光をスペクトル分解し、撮像素子にて検出し、その検出信号をフーリエ変換して被検面高さ方向の光強度プロファイルを得るフーリエドメイン方式として知られている。なお、この強度信号は、光源スペクトル形状との積として得られる。
【００３０】
被検面２０の表面形状の各位置におけるＺ方向高さ（基準位置からのずれ量）に対応して各々光路長差が異なるので、上記分光強度信号も被検面２０の各位置からの反射光毎に、正弦波状の周波数が異なることになる。この分光強度信号を光の波数でフーリエ解析すれば光の波数毎の複素振幅の位相を求めることができるので、対応する測定光と参照光の光路長差を求めることができる。具体的には、２次元撮像素子１７により得られた分光強度信号を光の波数でフーリエ変換し、その信号成分をバンドパスフィルターで抽出し、逆フーリエ変換することにより、その際に求められた光路長差から被検面１５の高さ方向の情報を求めることができ、被検面２０の表面形状を求めることができる。
【００３１】
ところで、上記被検面２０に凹凸形状が存在している場合に、分光器１６のスリット１６Ａ上において、参照光の光スポットが十分に小さな径で形成されているのに対し、測定光の光スポット径はその凹凸の大きさに応じて広がってしまう。
【００３２】
しかし、空間的にインコヒーレントな光を射出する面光源１０を用いて、参照光と測定光の干渉成分を抽出しているので、測定光のスポット広がりがあっても、この測定光と隣接する点光源からの参照光とのクロストークは生ぜず、正確な信号解析が可能である。
【００３３】
そして、スペクトル干渉縞を分光器１６で分光して検出しているので、１回の撮像（シングルショット）により断面測定（１ラインの形状プロファイル測定）に必要な情報が得られ、振動等の外乱に強い測定が可能となる。
【００３４】
＜変形例＞
ところで、被検面２０の表面の凹凸がさらに大きくなると、分光器１６のスリット１６Ａを通過する光が弱くなり、S/Nの劣化が起こり、さらには検出そのものが困難になる。
【００３５】
そこで、図１の実施例装置の変型例では、ビームスプリッター１２と被検面２０との間に配された対物レンズ１３Ｂに所定の色収差を付与している。
【００３６】
すなわち、参照光に関しては上述した実施例１の基本形の装置の場合と同様であるが、測定光に関しては、対物レンズ１３Ｂに付与された色収差の効果により、波長に応じて被検面２０上での集光点の高さが異なる。したがって、被検面２０の各位置の高さに応じて、分光器１６のスリット１６Ａ上に集光する光の波長が異なる。分光器１６で分光され、２次元撮像素子１７により撮像された分光強度信号（スペクトル干渉縞）は、被検面２０の各位置の高さに応じたエンベロープピークをもち、かつ、測定光と参照光の光路長差に対応した変調周波数および位相情報を有する。
【００３７】
そこで、この分光強度信号を光の波数によりフーリエ解析することで、干渉成分に係るエンベロープおよび位相情報を求めることができる。
【００３８】
また、この位相情報からは、下述の如く、光路長差を求めることができるが、対物レンズ１３Ｂの色収差が既知であれば（別途、校正などにより求める）、干渉光を用いたことにより得られたエンベロープのピーク位置情報に基づき、高い分解能を維持しつつ効率よく被検面２０の高さを求めることもできる。そして、面光源１０から射出された光のうち、いずれかの波長の光により面光源１０と被検面２０の各点が共焦点状態になり、このような共焦点状態における分光強度信号を利用してこの被検面２０の表面形状を解析しているので、横方向にボケのない高い横分解能での計測が可能になる。
【００３９】
なお、位相情報に基づき光路長差を求める際に、光路長差を（ｎ＋σ/2π）λ（ただし、ｎは整数、λは波長、σは位相）で表わしたとすると、ｎが不定であるので、このｎを決定する必要がある。なお、位相σが複数の波長λについて求められているので、複数の波長に対して矛盾のないようにｎを決定する。
【００４０】
また、得られた正弦波信号の周波数スペクトルのピーク位置、あるいは上述したエンベロープのピーク位置の波長から求めた光路長差の付近で、矛盾がないような値に光路長差を決定することになる。
【００４１】
また、被検面２０に凹凸が存在すると、共焦点状態とはならない波長の測定光も多く存在することになるが、これらは分光器１６のスリット１６Ａ上で広がってしまう。
【００４２】
この変型例においても上記基本形の場合と同様に参照光のスポット径に変化はなく十分に小さなスポットを形成しているものの、空間的にインコヒーレントな光を射出する面光源１０を用いて、参照光と測定光の干渉成分を抽出しているので、測定光のスポット広がりによる、隣接する点光源からの参照光とのクロストークは生ぜず、高精度な信号解析が可能である。
【００４３】
この後、解析手段１８により解析された被検面２０の表面形状が、表示手段２３上に表示される。
【００４４】
また、面光源１０をインコヒーレントな複数の点光源を配列するようにして構成し、分光器１６のスリット１６Ａ上に、該点光源配列に対応したマスク配列（スリット１６Ａの、点光源に対応した部分以外は遮光するマスクパターン）を設けてもよい。これにより、不要光の混入を防止できるので、Ｓ／Ｎを高めることができる。
【００４５】
また、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等のスペクトル幅の広い、空間的にある程度以上のコヒーレント性を有する光源に、回転拡散板（デコヒーラ）等のコヒーレンス解消機能をもった素子を組み合わせて、インコヒーレントな光を射出する面光源部を構成してもよい。
【００４６】
また、上記ビームスプリッター１２と被検面２０との間に配された対物レンズ１３Ｂは、テレセントリック性を備えたものであることが望ましい。これは、被検面２０上の凹凸高さによらず、正しい横座標に対する高さ情報を検出できるためである。
【００４７】
また、被検面２０の表面形状において傾斜が大きい場合には、対物レンズ１３Ａ、１３Ｂの検出側のＮＡを、対物レンズ１３Ａ、１３Ｂの照明側のＮＡよりも小さく設定することが望ましい。具体的には、絞り１９Ｂを絞り１９Ａよりも小さく設定する。
このように設定することにより、分光器１６のスリット１６Ａ上での測定光スポットの位相分布の傾きを小さくでき、参照光スポットとの局所的な干渉縞の空間周波数を小さくでき、画素平均化の影響を低減することができる。
【００４８】
ここで、上記実施例１に係る装置と、先行技術として示した、対物レンズに色収差を付与したコンフォーカル顕微鏡において、送光側および受光側のピンホールを複数個配列した系との比較を行った場合、この先行技術に係る系では、共焦点状態からずれ、測定光の光スポットが拡大された場合、その光が、受光側の隣接するピンホールに混入してしまい、隣接するピンホールの測定結果に誤差を生じてしまう。これに対して上記実施例１のものでは、インコヒーレントな光を用いることにより、その被検面２０上の各位置からの干渉情報毎に分離抽出することができるので、隣接する位置から混入する測定光の影響を受けずに高精度な測定が可能となる（混入する光は参照光と干渉せず、DC成分が増加するだけなので、その後の信号解析によって除去することができる）。さらに、実施例１の発明においては干渉信号の位相情報（エンベロープのピーク位置情報等）を利用できるので、高さ方向（Ｚ方向）の測定も高い分解能を維持することができる。
【００４９】
＜実施例２＞
以下、実施例２における形状測定装置１０１について、図２を用いて説明する。
【００５０】
実施例２に係る形状測定装置１０１は、上述した実施例１に係る形状測定装置１と同様の機能および特徴を有しているので、重複した機能を有する部材については、その説明を省略し、実施例１において対応する部材に付した数字に１００を加えた数字を符号として与える。また、上述した実施例１の装置との主たる差異については以下に説明する。
【００５１】
実施例１の形状測定装置１においては、面光源１０からの光を分割する光分割手段と、参照光と測定光を重畳させる光重畳手段とが、１つのビームスプリッター１２により構成されているが、この実施例２の形状測定装置１０１においては、光分割手段がハーフミラー１１２Ａにより、他方、光重畳手段がハーフミラー１１２Ｂにより、各々独立に構成されており、また、ハーフミラー１１２Ａにより分割された参照光の光路を参照面１１４方向に折り曲げるハーフミラー１１２Ｃと、ハーフミラー１１２Ａにより分割された測定光の光路を被検面１２０方向に折り曲げるハーフミラー１１２Ｄと、を備えている。
【００５２】
また、実施例１の形状測定装置１においては、照明側の絞り１９Ａと検出側の絞り１９Ｂが各々１つずつ設けられているが、この実施例２の形状測定装置１０１においては、分割後の参照光の光路中において、照明側の絞り１１９Ａａと検出側の絞り１１９Ｂａが各々１つずつ設けられるとともに、分割後の測定光の光路中において、照明側の絞り１１９Ａｂと検出側の絞り１１９Ｂｂが各々１つずつ設けられる点において相違している。このように、分割後の参照光および測定光の光路中において、各々照明側の絞りと検出側の絞りを設け、ＮＡを独立して調整可能とすることにより、横分解能、測定可能な被検面傾斜量およびクロストーク量等を指標にした系の最適化を行うことができる。
【００５３】
なお、実施例２の変形例として、ハーフミラー１１２Ｄと被検面１２０との間に配された対物レンズ１１３Ｂに所定の色収差を付与したものが挙げられる。この実施例２の変型例も、上記実施例１の変型例と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の形状測定装置および形状測定方法としてはこれらに限られるものではなく、その他の種々の変更態様を採用することができる。例えば、装置の光学配置としても種々の態様の変更が可能であり、レンズや絞りの配置も適宜変更可能であり、例えば図１に示す実施例１に係る形状測定装置１において、絞り１９Ａ、１９Ｂに替え、ビームスプリッター１２と対物レンズ１３Ａの間、およびビームスプリッター１２と対物レンズ１３Ｂの間に、各々絞りを配設してもよい。
【００５５】
なお、上記被検面の全面に亘って形状測定を行いたい場合には、分光器のスリットの幅方向と対応する方向に被検面を走査しながら、本発明に係る形状測定を行うと効率的である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１０１ 形状測定装置
１０、１１０ 面光源（光源部）
１１、１１１ コリメートレンズ
１２ ビームスプリッター
１３Ａ、１３Ｂ、１１３Ａ、１１３Ｂ 対物レンズ
１４、１１４ 参照面 １５、１１５ 集光レンズ
１６、１１６ 分光器
１６Ａ、１１６Ａ スリット
１７、１１７ ２次元撮像素子
１８、１１８ 解析手段
１９Ａ、１９Ｂ、１１９Ａａ、１１９Ａｂ、１１９Ｂａ、１１９Ｂｂ 絞り
２０、１２０ 被検面 ２１、１２１ 被検体
２２、１２２ 被検体保持手段
２３、１２３ 表示手段
１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄ ハーフミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源からの照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させて干渉させ、該干渉させた光により生成されるスペクトル干渉情報を取得する干渉計と、前記光分割手段により２系路に分割された平行光が前記光重畳手段により重畳されるまでの各々の系路中に配される対物レンズとを備え、
前記スペクトル干渉情報を取得する手段は、前記干渉させた光を線状に通過させるスリットを備えた分光器と、この分光器により分光された分光信号によるスペクトル干渉情報を取得する２次元撮像手段を備えるとともに、この２次元撮像手段により取得されたスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する形状解析手段を備え、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配されるとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配され、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットが設けられてなる、ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記光分割手段により分割された平行光のうち、前記被検面を介する系路中に配される対物レンズに所定の色収差が付与されていることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記形状解析手段により前記スペクトル干渉情報を解析して得られた位相情報に基づいて、前記被検面の形状を求めることを特徴とする請求項１または２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記形状解析手段により前記スペクトル干渉情報を解析して得られた変調周波数情報に基づいて、前記被検面の形状を求めることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記形状解析手段により前記スペクトル干渉情報を解析して得られたエンベロープの強度情報に基づいて、前記被検面の形状を求めることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記光源が、空間的にインコヒーレントな光を各々射出する点光源アレーからなり、
前記分光器のスリット上に、上記点光源アレーのアレー配置に対応する配置とされたマスクアレーを設けたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記光源が、空間的にコヒーレントな光源と、この光源から射出された光をインコヒーレントな光に変換するデコヒーラとにより構成されることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記光分割手段により分割された平行光のうち、前記被検面を介する系路中に配される対物レンズがテレセントリック性を有するように構成されていることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記光分割手段により分割された平行光のうち、前記被検面を介する系路中に配される対物レンズの検出側のＮＡが、該対物レンズの照射側のＮＡよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項１０】
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源から射出された照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させ、干渉させてスペクトル干渉情報を取得し、取得されたスペクトル干渉情報を解析して前記被検面の表面形状を測定する形状測定方法において、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配するとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配し、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットを設け、
前記スペクトル干渉情報を取得する際には、前記干渉光を前記スリットに通して線状に整形し、この整形された干渉光を分光器により分光せしめて、分光信号を撮像し、
この後、取得したスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する、ことを特徴とする形状測定方法。
【請求項１】
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源からの照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させて干渉させ、該干渉させた光により生成されるスペクトル干渉情報を取得する干渉計と、前記光分割手段により２系路に分割された平行光が前記光重畳手段により重畳されるまでの各々の系路中に配される対物レンズとを備え、
前記スペクトル干渉情報を取得する手段は、前記干渉させた光を線状に通過させるスリットを備えた分光器と、この分光器により分光された分光信号によるスペクトル干渉情報を取得する２次元撮像手段を備えるとともに、この２次元撮像手段により取得されたスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する形状解析手段を備え、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配されるとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットが互いに共役となる位置に配され、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットが設けられてなる、ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記光分割手段により分割された平行光のうち、前記被検面を介する系路中に配される対物レンズに所定の色収差が付与されていることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記形状解析手段により前記スペクトル干渉情報を解析して得られた位相情報に基づいて、前記被検面の形状を求めることを特徴とする請求項１または２記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記形状解析手段により前記スペクトル干渉情報を解析して得られた変調周波数情報に基づいて、前記被検面の形状を求めることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記形状解析手段により前記スペクトル干渉情報を解析して得られたエンベロープの強度情報に基づいて、前記被検面の形状を求めることを特徴とする請求項２から４のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記光源が、空間的にインコヒーレントな光を各々射出する点光源アレーからなり、
前記分光器のスリット上に、上記点光源アレーのアレー配置に対応する配置とされたマスクアレーを設けたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記光源が、空間的にコヒーレントな光源と、この光源から射出された光をインコヒーレントな光に変換するデコヒーラとにより構成されることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記光分割手段により分割された平行光のうち、前記被検面を介する系路中に配される対物レンズがテレセントリック性を有するように構成されていることを特徴とする請求項１から７のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記光分割手段により分割された平行光のうち、前記被検面を介する系路中に配される対物レンズの検出側のＮＡが、該対物レンズの照射側のＮＡよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１から８のうちいずれか１項記載の形状測定装置。
【請求項１０】
空間的にインコヒーレントで広帯域スペクトルを有する光を射出する面状の光源から射出された照明光を光分割手段により２系路に分割して一方を被検面に、他方を参照面に各々導くとともに、前記被検面と前記参照面からの前記照明光の反射光を光重畳手段により互いに重畳させ、干渉させてスペクトル干渉情報を取得し、取得されたスペクトル干渉情報を解析して前記被検面の表面形状を測定する形状測定方法において、
前記光源、前記被検面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配するとともに、前記光源、前記参照面および前記分光器のスリットを互いに共役となる位置に配し、
前記光源から前記被検面を介して前記スリットに至る光路長と、前記光源から前記参照面を介して前記スリットに至る光路長との間に干渉可能な範囲内でオフセットを設け、
前記スペクトル干渉情報を取得する際には、前記干渉光を前記スリットに通して線状に整形し、この整形された干渉光を分光器により分光せしめて、分光信号を撮像し、
この後、取得したスペクトル干渉情報に基づき前記被検面の形状を解析する、ことを特徴とする形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−２４７３４（Ｐ２０１３−２４７３４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６００３５（Ｐ２０１１−１６００３５）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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