微小物体の光学的計測装置
【課題】ノイズによる計測誤差などを吸収し、実用上正確な計測を可能とした微小物体の光学的な計測装置を提供する。
【解決手段】複数波長レーザ光発生手段と、光学系の光光路長を変えながら観測光と対象光との複数の干渉画像を撮像する撮像手段とを備え、上記複数の波長のレーザ光の各波長毎の干渉画像の各点の明るさが変化する部分の位相を計測し、位相値の組み合わせによって測定物の大きさを計測するようにしてなる微小物体の光学的計測装置であって、上記計測された位相値を測定対象物の所定の測定区間毎に分割し、区間の組み合わせを区間番号で表した変換テーブルによって解析することにより、使用するレーザ光の波長を超えた大きさの計測を行えるようにし、予じめ上記変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき、その空いた区間番号の組み合わせを近傍の組み合わせ番号で補間することにより、計測された位相値の誤差を吸収補正した。
【解決手段】複数波長レーザ光発生手段と、光学系の光光路長を変えながら観測光と対象光との複数の干渉画像を撮像する撮像手段とを備え、上記複数の波長のレーザ光の各波長毎の干渉画像の各点の明るさが変化する部分の位相を計測し、位相値の組み合わせによって測定物の大きさを計測するようにしてなる微小物体の光学的計測装置であって、上記計測された位相値を測定対象物の所定の測定区間毎に分割し、区間の組み合わせを区間番号で表した変換テーブルによって解析することにより、使用するレーザ光の波長を超えた大きさの計測を行えるようにし、予じめ上記変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき、その空いた区間番号の組み合わせを近傍の組み合わせ番号で補間することにより、計測された位相値の誤差を吸収補正した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、微小物体の大きさを光学的に計測する微小物体の光学的計測装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小物体の所定の位置間の段差や３次元形状、例えば半導体や液晶ディスプレーの製造ライン、マイクロマシンなどの製造ラインにおけるナノメータレベルでのパターン間の段差や微小な機構部分の高さを光学的に計測する微小物体の計測装置として、例えば光源に白色光源を用い、当該白色光源からの白色光の干渉を利用して計測するものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
白色光源は、合成光の光源であるから多数の波長の光を発生させる。したがって、同白色光源からの多数の波長の光を上記のような測定対象物上で干渉させた場合、干渉により光が強め合う位置は、当該物体上の非常に短い区間となる。
【０００４】
そこで、例えばＣＣＤカメラなどの固体撮像手段により測定対象物を撮像しながら光学系を上下に動かして光路長を変え、撮像された測定対象物の画像内の各点で、その光量が最大になった時の光学系上の位置を求めるようにすれば、計測対象である微小物体表面の、例えば凹凸形状等の３次元形状を計測することができる。
【０００５】
今例えば図１２に、そのような構成を採用した従来の微小物体の計測装置の具体的な構成を示す。
【０００６】
図１２中、符号１は上記ナノレベルの微小な測定対象物、２は同測定対象物１を臨むＣＣＤカメラ６からの光学系路上の位置に設けられていて、上記測定対象物１からの反射光を集光する対物レンズ、３は上記対物レンズ２を上記光学系路上においてフォーカス方向（光軸方向）に微小駆動することによって光路長を変える例えばピエゾアクチュエータよりなる光路長可変手段、４はハーフミラー４ａを備え、白色光源５からの光を上記対物レンズ２を通して測定対象物に照射するビームスプリッター、６は上記測定対象物１からの反射光を対物レンズ２を介して収束させながら上記ビームスプリッター４を介して受光素子部分に入力し、上記測定対象物１の画像を得るＣＣＤカメラである。
【０００７】
しかし、上記従来の計測装置は、原理的にナノメートル単位の計測精度での光学系路上の位置決めを必要とするため、例えば数１０マイクロメートルの測定対象物の高さを測定しようとした場合、数１００回の位置決め工程を必要とし、相当に長い計測時間が必要となる。
【０００８】
したがって、上記従来の計測装置では、必要な計測精度が高くなるほど、また必要な計測レンジが広くなるほど、多大な計測時間を要することになり、極めて計測効率が悪く、半導体製造ライン等の製造効率向上の妨げとなっている。
【０００９】
そこで、これを解消するために、例えば図１に示されるように複数の異なる波長のレーザ光を発生する第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3とこれら第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3に対応した第１，第２，第３の複数の撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3とを設け、第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3から照射されたレーザ光が第１，第２のビームスプリッターＢ1，Ｂ2部分で合流したあと、第３のビームスプリッターで測定対象物体への照射光とミラーへの参照光との２つのレーザ光に分けられて照射されるようにする。
【００１０】
そして、測定対象物に当たった反射光は、再び第３のビームスプリッターＢ3でミラーＭからの反射光と合流して、干渉像を作りながら、第４，第５のビームスプリッターＢ4，Ｂ5を通って、第１，第２，第３の撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3により撮像されるようにする。
【００１１】
これら第１〜第３の各撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3の前には、それぞれ各レーザ光の波長にあった特性の光学フィルタＦ1〜Ｆ3が装着されており、各レーザ光の波長毎の干渉像を撮像する。
【００１２】
一方、測定対象物は所定のステージＳＴ上に載置されており、同測定対象物を載せたステージＳＴは、ピエゾ素子などで駆動され、光路長を所望に変化させるようになっている。光路長を数１０ｎｍ単位で変化させると、資料からの反射光と参照光との干渉状態が変化するために、像の明るさが変わる。この変化は、光路長の変化量に応じて図２のようにサイン波状に変化し、光路長の変化の１波長が周期となる。
【００１３】
同光路長は、測定対象物表面の凹凸に応じて場所毎に異なるため、明暗の変化の仕方も場所によって違い、場所毎のサイン波状の明るさ変化の位相差となって表れる。したがって、図３のように、この位相差を測定すると、高さの差を計算することができることになる。
【００１４】
しかし、上記明るさが変化するサイン波は波長の一周期で元に戻るので、結局１波長のレーザ光源では、１波長分の長さまでしか差が計測できない。
【００１５】
ところが、上記のように、複数の波長のレーザ光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を使用し、個別に位相を測定するようにすると、光路長の変化は波長に依存するため、例えば図４に示すように、光路長の変化の位相との関係が２つのレーザ光源間で相互にずれてくる。したがって相互に波長が異なる複数の光源で計測された位相を組み合わせれば、１つの光源の波長以上の計測が可能になる。
【００１６】
このような複数の波長のレーザ光を用いた位相シフト法による微小物体の計測では、例えば図５に示すように、光路長をΔＬ毎に移動させることにより明るさ変化のサイン波の位相θをΔＬ毎にコード化し、同コードの組み合わせで１波長以上の長さを計測するものである。
【００１７】
例えば光の波長から、光源１では０−４の５段階で評価され、光源２では０-３の４段階で評価された場合、その組み合わせコードは２０種類あるため、光源１の波長の４倍まで計測できることになる。したがって、例えば図６に示すような位相コード変換テーブルを作製しておくことにより、レーザ光の波長を超えた計測が可能になる。
【００１８】
また、光源毎の明るさ変化の位相の計測は、計測する長さによらず、光源の波長内を数１０分割した程度の計測で済むため、従来の白色光の干渉を使用する計測装置に比べて、大幅に計測時間を短縮することができることになる。
【００１９】
【特許文献１】『ビジョン技術の実利用ワークショップ』ＶＩＥＷ ２００６年 講演論文集第１頁−７頁「超精密３次元形状計測の最新動向−白色干渉における革新的アルゴリズムの開発とその応用−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、上記位相コード変換テーブルの作製に当たっては、光の波長が光路長の移動量の整数倍でなかった場合の位相コードの変動や、位相計測時の計測精度、ノイズなどによる計測誤差への対応がなされておらず、これらの点を解決しない限り計測装置としての実用化は困難である。
【００２１】
本願発明は、このような技術的課題に対応してなされたもので、上述した位相コード変換テーブル上の使用領域を制限することにより、上記計測誤差を吸収できるようにした微小物体の光学的な計測装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【００２３】
（１） 請求項１の発明
この発明は、観測光と対象光を含む複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、該レーザ光発生手段からの観測光と対象光を測定物を介して干渉可能な状態で撮像装置に導く光学系と、該光学系の光路長を可変する光路長可変手段と、該光路長可変手段によって上記光学系の光路長を変えながら観測光と対象光との複数の干渉画像を撮像する撮像手段とを備え、上記複数の波長のレーザ光の各波長毎の干渉画像の画像内各点の明るさが変化する部分の位相を計測し、同計測された位相値の組み合わせによって測定物の大きさを計測するようにしてなる微小物体の光学的計測装置であって、上記計測された位相値を測定対象物の所定の測定区間毎に分割し、その区間の組み合わせを区間番号で表した位相変換テーブルによって解析することにより、使用するレーザ光の波長を超えた大きさの計測を行えるようにするとともに、予じめ上記位相変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき、その空いた区間番号の組み合わせについては、同区間の近傍の組み合わせ番号で補間することにより、計測された位相値の誤差を吸収補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
測定対象物の大きさの変化に従って位相変換テーブル上での区間番号の変化は、同位相変換テーブル上を斜めに直線状に移動していく。そして、同位相変換テーブルの端に達すると、そこから組み合わせた複数のレーザ光の波長差分だけずれた場所に平行に次の区間番号の組み合わせが直線状に表れる。
【００２５】
したがって、これら２つの直線の間を別の区間番号の組み合わせで埋めてしまわず、２つの直線の近い方に属する領域とすると、この区間番号間の波長差が位相変換テーブル上でｎ番分の距離があるとした場合、ｎ／２番分の計測誤差の変化を吸収できることになる。
【００２６】
このように、使用する位相変換テーブル上の所定の使用領域部分を制限することによって、組み合わせられる２つの直線の間に空き領域を設け、そこに近傍の直線上の組み合わせ番号を入れてデータ補間するようにすれば、上述した計測誤差などによる計測値の変動を吸収することができる。
【００２７】
（２） 請求項２の発明
この発明は、上記請求項１の発明における位相変換テーブルは、使用するレーザ光源の数に応じたｎ次元構造となっていることを特徴としている。
【００２８】
請求項１の発明の構成の位相変換テーブルは、２つの波長の２組のレーザ光源を用いる場合には２次テーブル、また３つの波長の３組のレーザ光源を用いた場合には、３次元テーブルとなるが、基本的な計測補間処理は同じであり、同様に処理することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上の結果、本願発明によると、光の波長が光路長の移動量の整数倍でなかった場合の位相コードの変動や、位相計測時の計測精度、ノイズの影響などによる計測誤差を吸収した高精度の計測が可能となり、十分に実用化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１〜図１１は、上記のような特徴を備えた本願発明の最良の実施の形態に係る微小物体の光学的計測装置の構成を示している。
【００３１】
同装置は、例えば図１に示されるように、複数の異なる波長のレーザ光を発生する第１，第２，第３のレーザ光発生手段（半導体レーザ）Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3と、これら第１，第２，第３のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3に対応した第１，第２，第３の撮像手段（ＣＣＤカメラ）Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3と、第１，第２，第３，第４，第５のビームスプリッターＢ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4，Ｂ5と、参照光を形成する参照ミラーＲＭと、参照ミラーＲＭを回転させる回転駆動手段Ｄと、測定対象物（微小物体）Ｗと、該測定対象物Ｗを載置したナノステージＳＴと、該ナノステージＳＴを光軸方向に所定微小距離駆動し、光路長を変える光路長可変手段（圧電駆動型のピエゾアクチュエータ）Ａとを設け、第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3から照射された複数の波長のレーザ光が第１，第２のビームスプリッターＢ1，Ｂ2部分で合流したあと、第３のビームスプリッターＢ3部分で測定対象物Ｗへの照射光と参照ミラーＲＭへの参照光との２つのレーザ光に分けられて照射されるようになっている。
【００３２】
そして、測定対象物Ｗに当たった反射光は、再び第３のビームスプリッターＢ3で参照ミラーＲＭからの反射光と合流して、干渉像を作りながら、第４，第５のビームスプリッターＢ4，Ｂ5を通って、第１，第２，第３の撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3により撮像される。これら各撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3の前には、それぞれ各レーザ光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3のレーザ光の波長にあった特性の第１，第２，第３の光学フィルタＦ1，Ｆ2，Ｆ3が装着されており、各レーザ光の波長毎の干渉像を撮像するようになっている。
【００３３】
一方、測定対象物Ｗは上述のようにナノステージＳＴ上に載置されており、同測定対象物Ｗを載せたナノステージＳＴは、光路長可変手段Ａによってナノレベルで駆動され、光路長を所望の距離ΔＬ毎に変化させるようになっている。例えば上記光路長を数１０ｎｍ単位で変化させると、測定対象物Ｗからの反射光と参照光の干渉状態が変化するため、像の明るさが変わる。
【００３４】
この像の明るさの変化は、例えば図２に示すように、光路長の変化量に応じてサイン波状に変化し、光路長の変化の１波長が周期となる。同光路長は、測定対象物Ｗの表面の凹凸に応じて場所毎に異なるため、図３から明らかなように、明暗の変化の仕方も場所によって違い、場所毎のサイン波状の明るさ変化の位相差となって表れる。したがって、この位相差を測定すると、測定対象物Ｗの高さｈの差を計算することができる。
【００３５】
明るさが変化するサイン波は波長の１周期で元に戻るので、結局１波長のレーザ光源では、１波長分の長さまでしか差が計測できない。ところが、上記のように、複数の波長のレーザ光源を使用し、個別に位相を測定するようにすると、光路長の変化は波長に依存するため、光路長の変化の位相との関係が波長λ1／２、λ2／２の２つのレーザ光源１（Ｌ1）、２（Ｌ2）間で、例えば図４に示すようにずれてくる。したがって、複数のレーザ光源１，２で計測された位相を組み合わせれば、１つの光源の波長以上の計測が可能になる。なお、図４中の横軸Ｘは位相の進み量を示している。
【００３６】
この複数の波長の光源を用いた位相シフト法による微小物体の計測では、例えば図５に示すように、光路長をΔＬ毎に移動させることにより明るさ変化のサイン波の位相θをΔＬ毎にコード化し、同コード値の組み合わせで１波長以上の長さを計測する。
【００３７】
レーザ光の波長から、光源１では０−４の５段階で評価され、光源２では０-３の４段階で評価された場合、その組み合わせコードは２０種類あるため、光源１の波長の４倍まで計測することができる。そして、例えば先に述べた図６に示すような位相コード変換テーブルを用いることにより、レーザ光の波長を超えた計測が可能になる。また、光源毎の明るさ変化の位相の計測は、計測する長さによらず、光源の波長内を数１０分割した程度の計測で済むため、従来の白色光の干渉を使用する計測装置に比べて、大幅に計測時間を短縮することができる。
【００３８】
しかし、先にも述べたように、上記位相コード変換テーブルの作製にあたっては、光の波長Ｒが上記光路長の移動量ΔＬの整数倍でなかった場合の位相コードの変動や、各位相計測時の計測精度やノイズなどによる計測誤差への対応が必要であり、そうでなければ実用に供し得ない。
【００３９】
そこで、この実施の形態における位相変換コードテーブルでは、以下のような構成および作成方法が採用されている。
【００４０】
すなわち、同位相コード変換テーブルでは、先ず１回のナノステージＳＴの作動する光路長の変化をΔＬとするとき、それぞれの光源波長Ｌ毎に、ΔＬで区分した位相コード（区間番号）を付ける。すなわち、レーザ光の波長をＬとするとき、その位相コードは、０−Ｌ／ΔＬのコードが付く。
【００４１】
図６の２波長２組のレーザ光の組み合わせ例では、波長１のレーザ光では０−３７の、波長２のレーザ光では０−４３の値が付けられている。そして、（０，０）−（３７，３７）までの第１の直線状の組み合わせでテーブルの端に達すると、次の直線状の並びは（０，３８）から始まり、（５，４３）まで、そして次は・・・、と順次テーブル上を移り変わっていく。
【００４２】
ところで、このように移り変わっていくとき、０から順次高さコードを付けていくならば、該高さコードは、最大図６のテーブル全体を一杯にするまで続き、この場合、３８×４４＝１６７２までコード化することができる。したがって、１６７２×ΔＬまでの高さを計測することができることになる。
【００４３】
そして、具体的にこの位相コード変換テーブルを作製する方法としては、上記光路長可変手段によりナノステージＳＴを１６７２×ΔＬの各々について全て移動させて、その時の個々のコードを求め、それら２つのレーザ光での組み合わせ位置に、そのときの光路長可変手段Ａによる移動回数ｎを入れていけば良い。
【００４４】
しかし、この方法では、光の波長Ｒが光路長の移動量ΔＬの整数倍でなかった場合の位相コードの変動や位相自体の測定誤差が有った場合に、計測エラーとなる問題がある。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、例えば図７に示すように、予じめ上記図６の位相コード変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき（計測範囲に幅を持たせるようにしておき）、その空いた区間番号の組み合わせについては、同区間の近傍の組み合わせ番号で補間することにより、位相コードの変動や測定誤差を吸収補正するようにしている。
【００４６】
図８のフロチャート（ステップＳ1〜Ｓ9）は、このような観点から構成された本実施の形態における位相コード変換テーブルの具体的な構成方法を示している。
【００４７】
すなわち、まず最初のステップＳ1で、上述したナノステージＳＴ上に平坦なミラーなどの測定対象物Ｗを載せて同ステージＳＴを所定の計測間隔（光路長可変間隔）ΔＬ毎に移動させるとともに、希望する測定レンジを動かし、移動量ΔＬ毎にその計測レンジ分の画像を撮像、記録する。
【００４８】
次にステップＳ2に進み、その画面内の安定な位置で明るさを得て、その位置での位相コードＣｉを決める。すなわち、上記のようにして撮像された画像毎に、その前後の画像を使って位相を計測し、位相コードＣｉを得る。ここで位相コードＣｉは、例えば標準パターンとの正規化相関などの方法で求めたレーザ光の位相位置θiを、計測精度Δθで割った値とする。
【００４９】
このようにして、レーザ光源毎に各高さでの位相コードＣｉが求められると、上記図１０の位相コード変換テーブルの位相コードの組み合わせ位置に高さコードを入れる（図１０の粗な位相コード変換テーブルの空き領域に書き込める限り書き込む）。
【００５０】
位相コード変換テーブルは、使用するレーザ光源の数ｎによりｎ次元で構成される。光源が２つの２次元テーブルの例では上記図１０のように、光源が３つの３次元テーブルの例では図１１のようになっており、テーブルの枠の数は、レーザ光源毎に１周期を計測精度から決まる一定の値Δθで割った値となっている。
【００５１】
次にステップＳ4では、このような位相コード変換テーブル中に上記ステップＳ2で求めた位相コードＣｉを組み合わせた点を求め、その間をつなぐと、例えば図７のように、各点は位相コードＣｉの組み合わせを座標値として見るとき原理的に直線（図７中のＡ，Ｂ，Ｃの２点鎖線部分を参照）になる。つまり、組み合わせコードは直線上に並ぶので、同位相コード変換テーブル上の位置を座標と見なして、近似直線の式を計算し、直線１本毎に誤差を補正する（補正を繰り返す）。
【００５２】
この場合、上記変換テーブル上の位相コードＣｉの組み合わせ点は、直線状ではあるがとびとびに並ぶ。したがって、計測精度的にも多少の誤差が有るため、例えば続くステップＳ5では、最小自乗法などで近似直線を計算して、その直線上の全ての枠の組み合わせ位置全てに対して直線補間した高さコードを入れ、高さコードも線形補間して、中間の高さを入れる。
【００５３】
しかし、この補間操作中において直線上の高さコードを入れる時、高さ値を入れる位置から誤差範囲として規定するｎ次元空間の±ｎの範囲のコードを入れる位置（±ｎ区間の位置）にすでにその直線以外の所定の値が入っていた場合には、ステップＳ6に示すように、そこで補間操作を終了し、その直線のデータを削除する。
【００５４】
以上のステップＳ3〜Ｓ6の処理は、ステップＳ7で各列毎に割り当てることができなくなったことが確認されるまで繰り返される。
【００５５】
次に上述のようにして割り当てが完了すると、ステップＳ8に示すように直線状に高さコードを入れた後、空いた枠を、その枠に最も近接する高さコードで埋める。これには、例えば画像処理での太め処理が適用できる。このため同処理では、まず変換テーブルの前空間の空いている位置の前後±１の空間を調べ、そこにすでに高さコードがあればそれを移し、なければ空けたままとする。すなわち図７の位相コード変換テーブル上で空いている枠を探す。そして、空いてる枠があれば、同枠に対して当該図７の２次元テーブルの場合だと、例えば図９に示すような３×３の２次元ウィンドウを当てる。
【００５６】
今、例えば図９の２次元ウインドウ（３×３）の真ん中のＡ0の枠が空いている枠であるとするとき、その真ん中と直前に値を入れた枠以外のウィンドウ位置を調べ、そこに、すでに高さコードが入っていれば、そのコードを移し、他方入っていなければ空けたままにしておく、という処理を空いた枠がなくなるまで何度も繰り返す（ステップＳ9）。そして、同位相コード変換コードテーブル中に空いた枠が無くなれば終了とする。
【００５７】
これらの処理の結果、図７の２次元テーブルの場合、最終的に図１０の様な位相コード変換テーブルが出来上る。
【００５８】
また３つの波長の３組のレーザ光源を用いた場合、図１１のような３次元的な変換テーブルが出来るが、この場合にも基本的な処理は同じであり、直線は同図１１中に空間的に引かれるようになり、空いている枠へ埋める方法も、３×３×３の３次元ウィンドウ（図９のウインドウ３組の組合せ）を構成することになる（図１１中の直線は省略）。
【００５９】
以上の構成によれば、相互に波長を異にする複数のレーザ光源による干渉像の位相の組み合わせによる微小高さ計測装置において、位相計測値に多少の誤差が含まれていたり、位相計測値がコード化幅の整数倍でないなどのために多少のコード化誤差が出るような場合にも、それらの誤差を吸収した実用に供し得る正確かつ安定した計測を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本願発明の最良の実施の形態に係る微小物体の光学的計測装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】同装置における光路長の変化に対応した測定対象物からの反射光と参照光との干渉状態の変化による測定画像の明るさ変化（サイン波状の変化）を示す説明図である。
【図３】同装置における測定画像の明るさ変化（サイン波状の変化）に対応した位相差Δθから測定対象物の高さの差を測定できることを示す説明図である。
【図４】同装置における複数のレーザ光の光路長変化による明るさ変化が、レーザ光の波長によって決まるため、複数のレーザ光を組み合わせることにより、波長以上の計測ができることを示す説明図である。
【図５】同装置において光路長をΔＬ毎に移動させて明るさ変化のサイン波の位相θをΔＬ毎にコード化し、同コードの組み合わせで１波長以上の長さを計測する場合のコード化方法を示す説明図である。
【図６】同装置における位相コードを高さに変換する位相コード変換テーブルの構成を示す図である。
【図７】同装置における多少の測定誤差などに対応できるようにするためのレーザ光源の数ｎ（ｎ＝２）に対応したｎ次元テーブル（２次テーブル）の基本構成を示す図である。
【図８】同装置における最終的な位相コード変換テーブルの形成方法を示すフロチャートである。
【図９】同装置における位相コード変換テーブルの形成過程において使用される２次元ウインド（３×３）を示す図である。
【図１０】同装置における位相コード変換テーブルの形成過程において、同テーブル上に空いた枠が無くなった２光源２波長時の２次元テーブルの例を示す図である。
【図１１】同装置における位相コード変換テーブルの形成過程において、同テーブル上に空いた枠が無くなった３光源３波長時の３次元テーブルの例を示す図である。
【図１２】従来の白色光源による微小物体の光学的計測装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｌ1〜Ｌ3は第１〜第３のレーザ光源、Ｂ1〜Ｂ5は第１〜第５のビームスプリッター、Ｃ1〜Ｃ3は第１〜第３のＣＣＤカメラ、Ｆ1〜Ｆ3は第１〜第３の光学フィルタ、ＲＭは参照光ミラー、Ｄは回転駆動手段、ＳＴは測定対象物Ｗを載置したナノメータステージ、Ａは光路長可変手段である。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、微小物体の大きさを光学的に計測する微小物体の光学的計測装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小物体の所定の位置間の段差や３次元形状、例えば半導体や液晶ディスプレーの製造ライン、マイクロマシンなどの製造ラインにおけるナノメータレベルでのパターン間の段差や微小な機構部分の高さを光学的に計測する微小物体の計測装置として、例えば光源に白色光源を用い、当該白色光源からの白色光の干渉を利用して計測するものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
白色光源は、合成光の光源であるから多数の波長の光を発生させる。したがって、同白色光源からの多数の波長の光を上記のような測定対象物上で干渉させた場合、干渉により光が強め合う位置は、当該物体上の非常に短い区間となる。
【０００４】
そこで、例えばＣＣＤカメラなどの固体撮像手段により測定対象物を撮像しながら光学系を上下に動かして光路長を変え、撮像された測定対象物の画像内の各点で、その光量が最大になった時の光学系上の位置を求めるようにすれば、計測対象である微小物体表面の、例えば凹凸形状等の３次元形状を計測することができる。
【０００５】
今例えば図１２に、そのような構成を採用した従来の微小物体の計測装置の具体的な構成を示す。
【０００６】
図１２中、符号１は上記ナノレベルの微小な測定対象物、２は同測定対象物１を臨むＣＣＤカメラ６からの光学系路上の位置に設けられていて、上記測定対象物１からの反射光を集光する対物レンズ、３は上記対物レンズ２を上記光学系路上においてフォーカス方向（光軸方向）に微小駆動することによって光路長を変える例えばピエゾアクチュエータよりなる光路長可変手段、４はハーフミラー４ａを備え、白色光源５からの光を上記対物レンズ２を通して測定対象物に照射するビームスプリッター、６は上記測定対象物１からの反射光を対物レンズ２を介して収束させながら上記ビームスプリッター４を介して受光素子部分に入力し、上記測定対象物１の画像を得るＣＣＤカメラである。
【０００７】
しかし、上記従来の計測装置は、原理的にナノメートル単位の計測精度での光学系路上の位置決めを必要とするため、例えば数１０マイクロメートルの測定対象物の高さを測定しようとした場合、数１００回の位置決め工程を必要とし、相当に長い計測時間が必要となる。
【０００８】
したがって、上記従来の計測装置では、必要な計測精度が高くなるほど、また必要な計測レンジが広くなるほど、多大な計測時間を要することになり、極めて計測効率が悪く、半導体製造ライン等の製造効率向上の妨げとなっている。
【０００９】
そこで、これを解消するために、例えば図１に示されるように複数の異なる波長のレーザ光を発生する第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3とこれら第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3に対応した第１，第２，第３の複数の撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3とを設け、第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3から照射されたレーザ光が第１，第２のビームスプリッターＢ1，Ｂ2部分で合流したあと、第３のビームスプリッターで測定対象物体への照射光とミラーへの参照光との２つのレーザ光に分けられて照射されるようにする。
【００１０】
そして、測定対象物に当たった反射光は、再び第３のビームスプリッターＢ3でミラーＭからの反射光と合流して、干渉像を作りながら、第４，第５のビームスプリッターＢ4，Ｂ5を通って、第１，第２，第３の撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3により撮像されるようにする。
【００１１】
これら第１〜第３の各撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3の前には、それぞれ各レーザ光の波長にあった特性の光学フィルタＦ1〜Ｆ3が装着されており、各レーザ光の波長毎の干渉像を撮像する。
【００１２】
一方、測定対象物は所定のステージＳＴ上に載置されており、同測定対象物を載せたステージＳＴは、ピエゾ素子などで駆動され、光路長を所望に変化させるようになっている。光路長を数１０ｎｍ単位で変化させると、資料からの反射光と参照光との干渉状態が変化するために、像の明るさが変わる。この変化は、光路長の変化量に応じて図２のようにサイン波状に変化し、光路長の変化の１波長が周期となる。
【００１３】
同光路長は、測定対象物表面の凹凸に応じて場所毎に異なるため、明暗の変化の仕方も場所によって違い、場所毎のサイン波状の明るさ変化の位相差となって表れる。したがって、図３のように、この位相差を測定すると、高さの差を計算することができることになる。
【００１４】
しかし、上記明るさが変化するサイン波は波長の一周期で元に戻るので、結局１波長のレーザ光源では、１波長分の長さまでしか差が計測できない。
【００１５】
ところが、上記のように、複数の波長のレーザ光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を使用し、個別に位相を測定するようにすると、光路長の変化は波長に依存するため、例えば図４に示すように、光路長の変化の位相との関係が２つのレーザ光源間で相互にずれてくる。したがって相互に波長が異なる複数の光源で計測された位相を組み合わせれば、１つの光源の波長以上の計測が可能になる。
【００１６】
このような複数の波長のレーザ光を用いた位相シフト法による微小物体の計測では、例えば図５に示すように、光路長をΔＬ毎に移動させることにより明るさ変化のサイン波の位相θをΔＬ毎にコード化し、同コードの組み合わせで１波長以上の長さを計測するものである。
【００１７】
例えば光の波長から、光源１では０−４の５段階で評価され、光源２では０-３の４段階で評価された場合、その組み合わせコードは２０種類あるため、光源１の波長の４倍まで計測できることになる。したがって、例えば図６に示すような位相コード変換テーブルを作製しておくことにより、レーザ光の波長を超えた計測が可能になる。
【００１８】
また、光源毎の明るさ変化の位相の計測は、計測する長さによらず、光源の波長内を数１０分割した程度の計測で済むため、従来の白色光の干渉を使用する計測装置に比べて、大幅に計測時間を短縮することができることになる。
【００１９】
【特許文献１】『ビジョン技術の実利用ワークショップ』ＶＩＥＷ ２００６年 講演論文集第１頁−７頁「超精密３次元形状計測の最新動向−白色干渉における革新的アルゴリズムの開発とその応用−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、上記位相コード変換テーブルの作製に当たっては、光の波長が光路長の移動量の整数倍でなかった場合の位相コードの変動や、位相計測時の計測精度、ノイズなどによる計測誤差への対応がなされておらず、これらの点を解決しない限り計測装置としての実用化は困難である。
【００２１】
本願発明は、このような技術的課題に対応してなされたもので、上述した位相コード変換テーブル上の使用領域を制限することにより、上記計測誤差を吸収できるようにした微小物体の光学的な計測装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【００２３】
（１） 請求項１の発明
この発明は、観測光と対象光を含む複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、該レーザ光発生手段からの観測光と対象光を測定物を介して干渉可能な状態で撮像装置に導く光学系と、該光学系の光路長を可変する光路長可変手段と、該光路長可変手段によって上記光学系の光路長を変えながら観測光と対象光との複数の干渉画像を撮像する撮像手段とを備え、上記複数の波長のレーザ光の各波長毎の干渉画像の画像内各点の明るさが変化する部分の位相を計測し、同計測された位相値の組み合わせによって測定物の大きさを計測するようにしてなる微小物体の光学的計測装置であって、上記計測された位相値を測定対象物の所定の測定区間毎に分割し、その区間の組み合わせを区間番号で表した位相変換テーブルによって解析することにより、使用するレーザ光の波長を超えた大きさの計測を行えるようにするとともに、予じめ上記位相変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき、その空いた区間番号の組み合わせについては、同区間の近傍の組み合わせ番号で補間することにより、計測された位相値の誤差を吸収補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
測定対象物の大きさの変化に従って位相変換テーブル上での区間番号の変化は、同位相変換テーブル上を斜めに直線状に移動していく。そして、同位相変換テーブルの端に達すると、そこから組み合わせた複数のレーザ光の波長差分だけずれた場所に平行に次の区間番号の組み合わせが直線状に表れる。
【００２５】
したがって、これら２つの直線の間を別の区間番号の組み合わせで埋めてしまわず、２つの直線の近い方に属する領域とすると、この区間番号間の波長差が位相変換テーブル上でｎ番分の距離があるとした場合、ｎ／２番分の計測誤差の変化を吸収できることになる。
【００２６】
このように、使用する位相変換テーブル上の所定の使用領域部分を制限することによって、組み合わせられる２つの直線の間に空き領域を設け、そこに近傍の直線上の組み合わせ番号を入れてデータ補間するようにすれば、上述した計測誤差などによる計測値の変動を吸収することができる。
【００２７】
（２） 請求項２の発明
この発明は、上記請求項１の発明における位相変換テーブルは、使用するレーザ光源の数に応じたｎ次元構造となっていることを特徴としている。
【００２８】
請求項１の発明の構成の位相変換テーブルは、２つの波長の２組のレーザ光源を用いる場合には２次テーブル、また３つの波長の３組のレーザ光源を用いた場合には、３次元テーブルとなるが、基本的な計測補間処理は同じであり、同様に処理することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上の結果、本願発明によると、光の波長が光路長の移動量の整数倍でなかった場合の位相コードの変動や、位相計測時の計測精度、ノイズの影響などによる計測誤差を吸収した高精度の計測が可能となり、十分に実用化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１〜図１１は、上記のような特徴を備えた本願発明の最良の実施の形態に係る微小物体の光学的計測装置の構成を示している。
【００３１】
同装置は、例えば図１に示されるように、複数の異なる波長のレーザ光を発生する第１，第２，第３のレーザ光発生手段（半導体レーザ）Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3と、これら第１，第２，第３のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3に対応した第１，第２，第３の撮像手段（ＣＣＤカメラ）Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3と、第１，第２，第３，第４，第５のビームスプリッターＢ1，Ｂ2，Ｂ3，Ｂ4，Ｂ5と、参照光を形成する参照ミラーＲＭと、参照ミラーＲＭを回転させる回転駆動手段Ｄと、測定対象物（微小物体）Ｗと、該測定対象物Ｗを載置したナノステージＳＴと、該ナノステージＳＴを光軸方向に所定微小距離駆動し、光路長を変える光路長可変手段（圧電駆動型のピエゾアクチュエータ）Ａとを設け、第１，第２，第３の複数のレーザ光発生手段Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3から照射された複数の波長のレーザ光が第１，第２のビームスプリッターＢ1，Ｂ2部分で合流したあと、第３のビームスプリッターＢ3部分で測定対象物Ｗへの照射光と参照ミラーＲＭへの参照光との２つのレーザ光に分けられて照射されるようになっている。
【００３２】
そして、測定対象物Ｗに当たった反射光は、再び第３のビームスプリッターＢ3で参照ミラーＲＭからの反射光と合流して、干渉像を作りながら、第４，第５のビームスプリッターＢ4，Ｂ5を通って、第１，第２，第３の撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3により撮像される。これら各撮像手段Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3の前には、それぞれ各レーザ光源Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3のレーザ光の波長にあった特性の第１，第２，第３の光学フィルタＦ1，Ｆ2，Ｆ3が装着されており、各レーザ光の波長毎の干渉像を撮像するようになっている。
【００３３】
一方、測定対象物Ｗは上述のようにナノステージＳＴ上に載置されており、同測定対象物Ｗを載せたナノステージＳＴは、光路長可変手段Ａによってナノレベルで駆動され、光路長を所望の距離ΔＬ毎に変化させるようになっている。例えば上記光路長を数１０ｎｍ単位で変化させると、測定対象物Ｗからの反射光と参照光の干渉状態が変化するため、像の明るさが変わる。
【００３４】
この像の明るさの変化は、例えば図２に示すように、光路長の変化量に応じてサイン波状に変化し、光路長の変化の１波長が周期となる。同光路長は、測定対象物Ｗの表面の凹凸に応じて場所毎に異なるため、図３から明らかなように、明暗の変化の仕方も場所によって違い、場所毎のサイン波状の明るさ変化の位相差となって表れる。したがって、この位相差を測定すると、測定対象物Ｗの高さｈの差を計算することができる。
【００３５】
明るさが変化するサイン波は波長の１周期で元に戻るので、結局１波長のレーザ光源では、１波長分の長さまでしか差が計測できない。ところが、上記のように、複数の波長のレーザ光源を使用し、個別に位相を測定するようにすると、光路長の変化は波長に依存するため、光路長の変化の位相との関係が波長λ1／２、λ2／２の２つのレーザ光源１（Ｌ1）、２（Ｌ2）間で、例えば図４に示すようにずれてくる。したがって、複数のレーザ光源１，２で計測された位相を組み合わせれば、１つの光源の波長以上の計測が可能になる。なお、図４中の横軸Ｘは位相の進み量を示している。
【００３６】
この複数の波長の光源を用いた位相シフト法による微小物体の計測では、例えば図５に示すように、光路長をΔＬ毎に移動させることにより明るさ変化のサイン波の位相θをΔＬ毎にコード化し、同コード値の組み合わせで１波長以上の長さを計測する。
【００３７】
レーザ光の波長から、光源１では０−４の５段階で評価され、光源２では０-３の４段階で評価された場合、その組み合わせコードは２０種類あるため、光源１の波長の４倍まで計測することができる。そして、例えば先に述べた図６に示すような位相コード変換テーブルを用いることにより、レーザ光の波長を超えた計測が可能になる。また、光源毎の明るさ変化の位相の計測は、計測する長さによらず、光源の波長内を数１０分割した程度の計測で済むため、従来の白色光の干渉を使用する計測装置に比べて、大幅に計測時間を短縮することができる。
【００３８】
しかし、先にも述べたように、上記位相コード変換テーブルの作製にあたっては、光の波長Ｒが上記光路長の移動量ΔＬの整数倍でなかった場合の位相コードの変動や、各位相計測時の計測精度やノイズなどによる計測誤差への対応が必要であり、そうでなければ実用に供し得ない。
【００３９】
そこで、この実施の形態における位相変換コードテーブルでは、以下のような構成および作成方法が採用されている。
【００４０】
すなわち、同位相コード変換テーブルでは、先ず１回のナノステージＳＴの作動する光路長の変化をΔＬとするとき、それぞれの光源波長Ｌ毎に、ΔＬで区分した位相コード（区間番号）を付ける。すなわち、レーザ光の波長をＬとするとき、その位相コードは、０−Ｌ／ΔＬのコードが付く。
【００４１】
図６の２波長２組のレーザ光の組み合わせ例では、波長１のレーザ光では０−３７の、波長２のレーザ光では０−４３の値が付けられている。そして、（０，０）−（３７，３７）までの第１の直線状の組み合わせでテーブルの端に達すると、次の直線状の並びは（０，３８）から始まり、（５，４３）まで、そして次は・・・、と順次テーブル上を移り変わっていく。
【００４２】
ところで、このように移り変わっていくとき、０から順次高さコードを付けていくならば、該高さコードは、最大図６のテーブル全体を一杯にするまで続き、この場合、３８×４４＝１６７２までコード化することができる。したがって、１６７２×ΔＬまでの高さを計測することができることになる。
【００４３】
そして、具体的にこの位相コード変換テーブルを作製する方法としては、上記光路長可変手段によりナノステージＳＴを１６７２×ΔＬの各々について全て移動させて、その時の個々のコードを求め、それら２つのレーザ光での組み合わせ位置に、そのときの光路長可変手段Ａによる移動回数ｎを入れていけば良い。
【００４４】
しかし、この方法では、光の波長Ｒが光路長の移動量ΔＬの整数倍でなかった場合の位相コードの変動や位相自体の測定誤差が有った場合に、計測エラーとなる問題がある。
【００４５】
そこで、この実施の形態では、例えば図７に示すように、予じめ上記図６の位相コード変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき（計測範囲に幅を持たせるようにしておき）、その空いた区間番号の組み合わせについては、同区間の近傍の組み合わせ番号で補間することにより、位相コードの変動や測定誤差を吸収補正するようにしている。
【００４６】
図８のフロチャート（ステップＳ1〜Ｓ9）は、このような観点から構成された本実施の形態における位相コード変換テーブルの具体的な構成方法を示している。
【００４７】
すなわち、まず最初のステップＳ1で、上述したナノステージＳＴ上に平坦なミラーなどの測定対象物Ｗを載せて同ステージＳＴを所定の計測間隔（光路長可変間隔）ΔＬ毎に移動させるとともに、希望する測定レンジを動かし、移動量ΔＬ毎にその計測レンジ分の画像を撮像、記録する。
【００４８】
次にステップＳ2に進み、その画面内の安定な位置で明るさを得て、その位置での位相コードＣｉを決める。すなわち、上記のようにして撮像された画像毎に、その前後の画像を使って位相を計測し、位相コードＣｉを得る。ここで位相コードＣｉは、例えば標準パターンとの正規化相関などの方法で求めたレーザ光の位相位置θiを、計測精度Δθで割った値とする。
【００４９】
このようにして、レーザ光源毎に各高さでの位相コードＣｉが求められると、上記図１０の位相コード変換テーブルの位相コードの組み合わせ位置に高さコードを入れる（図１０の粗な位相コード変換テーブルの空き領域に書き込める限り書き込む）。
【００５０】
位相コード変換テーブルは、使用するレーザ光源の数ｎによりｎ次元で構成される。光源が２つの２次元テーブルの例では上記図１０のように、光源が３つの３次元テーブルの例では図１１のようになっており、テーブルの枠の数は、レーザ光源毎に１周期を計測精度から決まる一定の値Δθで割った値となっている。
【００５１】
次にステップＳ4では、このような位相コード変換テーブル中に上記ステップＳ2で求めた位相コードＣｉを組み合わせた点を求め、その間をつなぐと、例えば図７のように、各点は位相コードＣｉの組み合わせを座標値として見るとき原理的に直線（図７中のＡ，Ｂ，Ｃの２点鎖線部分を参照）になる。つまり、組み合わせコードは直線上に並ぶので、同位相コード変換テーブル上の位置を座標と見なして、近似直線の式を計算し、直線１本毎に誤差を補正する（補正を繰り返す）。
【００５２】
この場合、上記変換テーブル上の位相コードＣｉの組み合わせ点は、直線状ではあるがとびとびに並ぶ。したがって、計測精度的にも多少の誤差が有るため、例えば続くステップＳ5では、最小自乗法などで近似直線を計算して、その直線上の全ての枠の組み合わせ位置全てに対して直線補間した高さコードを入れ、高さコードも線形補間して、中間の高さを入れる。
【００５３】
しかし、この補間操作中において直線上の高さコードを入れる時、高さ値を入れる位置から誤差範囲として規定するｎ次元空間の±ｎの範囲のコードを入れる位置（±ｎ区間の位置）にすでにその直線以外の所定の値が入っていた場合には、ステップＳ6に示すように、そこで補間操作を終了し、その直線のデータを削除する。
【００５４】
以上のステップＳ3〜Ｓ6の処理は、ステップＳ7で各列毎に割り当てることができなくなったことが確認されるまで繰り返される。
【００５５】
次に上述のようにして割り当てが完了すると、ステップＳ8に示すように直線状に高さコードを入れた後、空いた枠を、その枠に最も近接する高さコードで埋める。これには、例えば画像処理での太め処理が適用できる。このため同処理では、まず変換テーブルの前空間の空いている位置の前後±１の空間を調べ、そこにすでに高さコードがあればそれを移し、なければ空けたままとする。すなわち図７の位相コード変換テーブル上で空いている枠を探す。そして、空いてる枠があれば、同枠に対して当該図７の２次元テーブルの場合だと、例えば図９に示すような３×３の２次元ウィンドウを当てる。
【００５６】
今、例えば図９の２次元ウインドウ（３×３）の真ん中のＡ0の枠が空いている枠であるとするとき、その真ん中と直前に値を入れた枠以外のウィンドウ位置を調べ、そこに、すでに高さコードが入っていれば、そのコードを移し、他方入っていなければ空けたままにしておく、という処理を空いた枠がなくなるまで何度も繰り返す（ステップＳ9）。そして、同位相コード変換コードテーブル中に空いた枠が無くなれば終了とする。
【００５７】
これらの処理の結果、図７の２次元テーブルの場合、最終的に図１０の様な位相コード変換テーブルが出来上る。
【００５８】
また３つの波長の３組のレーザ光源を用いた場合、図１１のような３次元的な変換テーブルが出来るが、この場合にも基本的な処理は同じであり、直線は同図１１中に空間的に引かれるようになり、空いている枠へ埋める方法も、３×３×３の３次元ウィンドウ（図９のウインドウ３組の組合せ）を構成することになる（図１１中の直線は省略）。
【００５９】
以上の構成によれば、相互に波長を異にする複数のレーザ光源による干渉像の位相の組み合わせによる微小高さ計測装置において、位相計測値に多少の誤差が含まれていたり、位相計測値がコード化幅の整数倍でないなどのために多少のコード化誤差が出るような場合にも、それらの誤差を吸収した実用に供し得る正確かつ安定した計測を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本願発明の最良の実施の形態に係る微小物体の光学的計測装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】同装置における光路長の変化に対応した測定対象物からの反射光と参照光との干渉状態の変化による測定画像の明るさ変化（サイン波状の変化）を示す説明図である。
【図３】同装置における測定画像の明るさ変化（サイン波状の変化）に対応した位相差Δθから測定対象物の高さの差を測定できることを示す説明図である。
【図４】同装置における複数のレーザ光の光路長変化による明るさ変化が、レーザ光の波長によって決まるため、複数のレーザ光を組み合わせることにより、波長以上の計測ができることを示す説明図である。
【図５】同装置において光路長をΔＬ毎に移動させて明るさ変化のサイン波の位相θをΔＬ毎にコード化し、同コードの組み合わせで１波長以上の長さを計測する場合のコード化方法を示す説明図である。
【図６】同装置における位相コードを高さに変換する位相コード変換テーブルの構成を示す図である。
【図７】同装置における多少の測定誤差などに対応できるようにするためのレーザ光源の数ｎ（ｎ＝２）に対応したｎ次元テーブル（２次テーブル）の基本構成を示す図である。
【図８】同装置における最終的な位相コード変換テーブルの形成方法を示すフロチャートである。
【図９】同装置における位相コード変換テーブルの形成過程において使用される２次元ウインド（３×３）を示す図である。
【図１０】同装置における位相コード変換テーブルの形成過程において、同テーブル上に空いた枠が無くなった２光源２波長時の２次元テーブルの例を示す図である。
【図１１】同装置における位相コード変換テーブルの形成過程において、同テーブル上に空いた枠が無くなった３光源３波長時の３次元テーブルの例を示す図である。
【図１２】従来の白色光源による微小物体の光学的計測装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
Ｌ1〜Ｌ3は第１〜第３のレーザ光源、Ｂ1〜Ｂ5は第１〜第５のビームスプリッター、Ｃ1〜Ｃ3は第１〜第３のＣＣＤカメラ、Ｆ1〜Ｆ3は第１〜第３の光学フィルタ、ＲＭは参照光ミラー、Ｄは回転駆動手段、ＳＴは測定対象物Ｗを載置したナノメータステージ、Ａは光路長可変手段である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測光と対象光を含む複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、該レーザ光発生手段からの観測光と対象光を測定物を介して干渉可能な状態で撮像装置に導く光学系と、該光学系の光路長を可変する光路長可変手段と、該光路長可変手段によって上記光学系の光路長を変えながら観測光と対象光との複数の干渉画像を撮像する撮像手段とを備え、上記複数の波長のレーザ光の各波長毎の干渉画像の画像内各点の明るさが変化する部分の位相を計測し、同計測された位相値の組み合わせによって測定物の大きさを計測するようにしてなる微小物体の光学的計測装置であって、上記計測された位相値を測定対象物の所定の測定区間毎に分割し、その区間の組み合わせを区間番号で表した位相変換テーブルによって解析することにより、使用するレーザ光の波長を超えた大きさの計測を行えるようにするとともに、予じめ上記位相変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき、その空いた区間番号の組み合わせについては、同区間の近傍の組み合わせ番号で補間することにより、計測された位相値の誤差を吸収補正するようにしたことを特徴とする微小物体の光学的計測装置。
【請求項２】
位相変換テーブルは、使用するレーザ光源の数に応じたｎ次元構造となっていることを特徴とする請求項１記載の微小物体の光学的計測装置。
【請求項１】
観測光と対象光を含む複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光発生手段と、該レーザ光発生手段からの観測光と対象光を測定物を介して干渉可能な状態で撮像装置に導く光学系と、該光学系の光路長を可変する光路長可変手段と、該光路長可変手段によって上記光学系の光路長を変えながら観測光と対象光との複数の干渉画像を撮像する撮像手段とを備え、上記複数の波長のレーザ光の各波長毎の干渉画像の画像内各点の明るさが変化する部分の位相を計測し、同計測された位相値の組み合わせによって測定物の大きさを計測するようにしてなる微小物体の光学的計測装置であって、上記計測された位相値を測定対象物の所定の測定区間毎に分割し、その区間の組み合わせを区間番号で表した位相変換テーブルによって解析することにより、使用するレーザ光の波長を超えた大きさの計測を行えるようにするとともに、予じめ上記位相変換テーブルの区間番号の組み合わせを粗にしておき、その空いた区間番号の組み合わせについては、同区間の近傍の組み合わせ番号で補間することにより、計測された位相値の誤差を吸収補正するようにしたことを特徴とする微小物体の光学的計測装置。
【請求項２】
位相変換テーブルは、使用するレーザ光源の数に応じたｎ次元構造となっていることを特徴とする請求項１記載の微小物体の光学的計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−５２９８９（Ｐ２００９−５２９８９Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１９０５４（Ｐ２００７−２１９０５４）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、経済産業省四国経済産業局委託研究「地域新生コンソーシアム研究開発事業（多波長レーザ干渉の位相コード化による広レンジナノ計測器の開発）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０２８３４６）国立大学法人 香川大学 (285)
【出願人】（３９００００５９４）隆祥産業株式会社 (64)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、経済産業省四国経済産業局委託研究「地域新生コンソーシアム研究開発事業（多波長レーザ干渉の位相コード化による広レンジナノ計測器の開発）」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０４０２８３４６）国立大学法人 香川大学 (285)
【出願人】（３９００００５９４）隆祥産業株式会社 (64)
【Ｆターム（参考）】
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