JP2002350117A

JP2002350117A - 形状計測装置及び形状計測方法

Info

Publication number: JP2002350117A
Application number: JP2001161187A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ishiwatari; 裕石渡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】観察物体に高段差の部分と微小な形状変化部分
の両方が存在する場合でも、観察物体の凹凸の反転等を
伴うことなく正確に形状を計測することができ、煩雑な
操作を伴わず、簡素な装置構成で計測可能な形状計測装
置及び形状計測方法を提供する。【解決手段】複数の波長を選択可能な光源装置１と、微
分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する２つの光の相対的
な位相量を変化させる位相変化装置２と、撮像装置２９
と、少なくとも２つの波長で観察物体の位相分布画像を
形成し、形成された位相分布画像の各点の値を選択され
た波長間で比較する演算装置３０とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＩＣパターンや金属
表面の凹凸形状及び段差量を定量的に計測するための形
状計測装置及び形状計測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】干渉顕微鏡は、干渉計の持つ高精度な高
さ測定特性と顕微鏡の持つ高分解能観察特性の両方の特
徴を備えており、この特徴を生かして、シリコンウエハ
ー上に形成されたＩＣパターンの高さ測定や磁気ディス
ク等の金属表面に形成された微細な段差の測定に広く用
いられている。そして、干渉顕微鏡の中でも、特に微分
干渉顕微鏡は、偏光干渉を利用した共通光路型の干渉計
を構成していることから、振動等の外乱に対し測定が影
響を受け難いという特性を持っている。

【０００３】ところで、この種の微分干渉顕微鏡に干渉
計測の高精度計測方法である縞走査法（位相シフト法）
を組合せて、高精度な段差計測を実現した形状計測方法
が特開平５−２３２３８４号公報に開示されている。ま
た、微分干渉顕微鏡とレーザー走査型顕微鏡を組合せて
高分解能化した例が、特開平９−１４９２８号公報に開
示されている。このように、微分干渉顕微鏡に干渉計測
方法を組合せることにより、高精度な高さ計測と高分解
能観察の両方を実現することが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の干渉計
測方法は、観察物体の表面で入射光が正反射すると仮定
されており、観察物体面上の段差は極めて小さいとして
計測を行うようにしている。このため、観察物体面上に
形成されている段差等の形状変化が大きくなると従来の
干渉計測方法では高度な計測が難しくなる。

【０００５】この問題点については、特開平９−１４９
２８号公報にも開示されている。微分干渉顕微鏡で段差
が大きい物体を観察すると、段差量によってエッジ部分
のコントラストが反転することがある。よって、微分干
渉顕微鏡を用いて段差量が大きい物体を計測すると凹凸
が反転した結果が得られることになる。特開平９−１４
９２８号公報に記載のものは、段差量が大きくなった場
合における段差による反射光の変化と観察物体表面の反
射率の変化とが区別しにくくなる点を改善している。し
かし、段差量が大きい物体を計測した時に凹凸が反転す
ることを改善する方法については示されていない。ま
た、干渉計測で物体の段差等を反射光を用いて計測する
場合、その段差量がλ／２を超えると光路長差が往復で
λを超え、正確な計測が出来なくなる。微分干渉顕微鏡
においても段差量がλ／２を超えると同様に正確な計測
が行えなくなる。また、段差量がλ／４を超えると、画
像のコントラストが反転し、凹凸の判定が難しくなり、
正確な計測を行うことができなくなる。

【０００６】段差量が大きくなると発生するこれらの問
題点については、特開平９−２３６４０４号公報で詳し
く示され、その改善方法についても開示されている。特
開平９−２３６４０４号公報で開示されている方法を用
いることにより、λ／２以上の段差を計測することが可
能になる。しかし、特開平９−２３６４０４号公報に開
示されている方法では、従来の干渉計測と同様に、観察
物体の表面で光は正反射されると仮定して段差量を干渉
色から計測しており、観察物体の表面での光の回折につ
いては考慮されていないため、観察物体の表面に微細な
形状変化がある場合には、干渉色の変化が鈍くなり、正
確な計測を行うことが難しくなる。更に、この方法で
は、事前に干渉色と段差量との関係を求めておく必要が
あることや、分光器を用いて計測することなどから、測
定操作の煩雑化や装置の大型化を伴うことになる。

【０００７】本発明は、以上のような問題点に鑑みてな
されたものであり、観察物体に高段差の部分と微小な形
状変化部分の両方が存在する場合でも、観察物体の凹凸
の反転等を伴うことなく正確に形状を計測することがで
き、煩雑な操作を伴わず、簡素な装置構成で計測可能な
形状計測装置及び形状計測方法を提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本第１の発明による形状計測装置は、複数
の波長を選択可能な光源装置と、微分干渉顕微鏡と、干
渉画像を形成する２つの光の相対的な位相量を変化させ
る位相変化装置と、撮像装置と、少なくとも２つの波長
で観察物体の位相分布画像を形成し、形成された位相分
布画像の各点の値を選択された波長間で比較する演算装
置とを有することを特徴とする。

【０００９】また、本第２の発明による形状計測装置
は、複数の波長を選択可能な光源装置と、微分干渉顕微
鏡と、干渉画像を形成する２つの光の相対的な位相量を
変化させる位相変化装置と、撮像装置と、少なくとも２
つの波長で位相変化装置による位相変化量が略同じで符
号の異なる２つの微分干渉画像を撮像し、撮像した２つ
の微分干渉画像から差画像を形成し、形成された差画像
の各点の値を選択された波長間で比較する演算装置とを
有することを特徴とする。

【００１０】また、本第３の発明による形状計測装置
は、複数の波長を選択可能な光源装置と、微分干渉顕微
鏡と、干渉画像を形成する２つの光の相対的な位相量を
変化させる位相変化装置と、撮像装置と、少なくとも２
つの波長で位相変化装置による位相変化量が略同じで符
号の異なる２つの微分干渉画像を撮像し、撮像した２つ
の微分干渉画像から差画像及び和画像を形成し、形成さ
れた差画像と和画像のいずれかまたは両方の画像におけ
る各点の値を選択された波長間で比較する演算装置とを
有することを特徴とする。

【００１１】また、本第４の発明による形状計測方法
は、少なくとも２つの波長を選択する過程と、干渉画像
を収得する過程と、干渉画像を形成する光の相対的な位
相量を変化させる過程と、選択された波長毎に干渉画像
を位相分布画像に変換する過程と、変換された位相分布
画像の各点の値を選択された波長間で比較演算する過程
とを有することを特徴とする。

【００１２】また、本第５の発明による形状計測方法
は、少なくとも２つの波長を選択する過程と、干渉画像
を収得する過程と、干渉画像を形成する光の相対的な位
相量を変化させる過程と、位相変化量が略同じで符号の
異なる２つの干渉画像から差画像を形成する過程と、形
成された差画像における各点の値を選択された波長間で
比較する過程と、干渉画像を観察物体の位相分布画像に
変換する過程を有することを特徴とする。

【００１３】また、本第６の発明による形状計測方法
は、少なくとも２つの波長を選択する過程と、干渉画像
を収得する過程と、干渉画像を形成する光の相対的な位
相量を変化させる過程と、位相変化量が略同じで符号の
異なる２つの干渉画像から差画像と和画像を形成する過
程と、形成された差画像と和画像のいずれかまたは両方
の画像における各点の値を選択された波長間で比較する
過程と、差画像と和画像から観察物体の位相分布画像を
形成する過程を有することを特徴とする。

【００１４】微分干渉顕微鏡および位相差顕微鏡で観察
される観察物体の位相分布に比例する強度分布は、観察
物体で回折されることなく透過又は反射した光と、観察
物体で回折された光とが干渉したものである。観察物体
面に光が入射したときの、入射光と、透過光又は反射光
と、回折光との関係は、図１に示すように３つのベクト
ルで表すことができる。ここで、Φは観察物体の位相量
を表している。

【００１５】微分干渉像および位相差像は、透過光又は
反射光と、回折光との積で表すことができるので、Φが
πに近づくと、透過光又は反射光と、回折光との積は０
に近づくことになり、微分干渉像および位相差像は現れ
なくなる。更に、Φがπを超えると、透過光又は反射光
と、回折光との積は負の値になり、像の強度分布が反転
することになる。

【００１６】観察物体に段差がある場合、段差に相当す
る位相量は観察する波長により値が変わってくる。よっ
て、複数の波長を用いて観察物体の位相量を計測し、得
られた位相量Φを比較することで、Φがπ以下である
か、π近傍の値であるか、πを超えているかを判定（以
下、位相量πの判定と呼ぶ）することができる。位相を
計測する際に特開平５−２３２３８４号公報に開示され
ているように位相変化装置を用いて縞走査法を行うこと
により、位相量Φの値を正確に計測することができ、位
相量πの判定をより正確に行うことができる。更に、こ
の判定結果を用いることにより、段差の凹凸の判定を正
確に行うことができるので、観察物体の位相量が大きい
場合でも、正確な位相分布を求めることができる。

【００１７】本発明者は、微分干渉顕微鏡及び位相差顕
微鏡の結像特性について解析を行い、その結果を特開平
８−９４９３６号公報、特開平９−１５５０４号公報及
び特開平９−１０５８６４号公報等に開示している。

【００１８】通常の縞走査法では、位相変化装置で０、
π／２、π、３π／２の４つの位相シフト量を付加して
計測を行う。本発明者が解析した結果、位相変化装置を
介して与える位相シフト量が値が等しく符号の異なる±
Θの２つの値であっても、その±Θ位相をシフトした２
つの干渉画像の差演算を行うことにより、従来の縞走査
法と同様に位相成分を分離抽出することができる。よっ
て、複数の波長で観察物体の差画像を形成し、差画像中
の各点で各波長の値を比較することにより、位相量πの
判定を行うことができる。

【００１９】また、位相変化装置で与える位相シフト量
の値が等しく符号の異なる±Θの２つの干渉画像の和演
算を行うことにより、干渉画像から強度成分を分離抽出
することができる。段差の位相量がπに近い値のときに
は、強度画像における段差のエッジ部分の強度が略０と
見なすことができるくらいまで急激に低下する。従っ
て、強度成分つまり和画像を波長毎に比較することによ
っても、位相量πの判定を行うことができる。

【００２０】また、和画像を形成することにより、段差
のエッジ部分以外の場所の反射率情報を得ることができ
る。エッジ部分以外の反射率情報を求め、その反射率情
報を用いてエッジ部分を補完することにより、観察物体
に反射率変化がある場合でも位相量πの正確な判定を行
うことができる。

【００２１】また、差画像と和画像のいずれかを用いる
ことにより、位相量πの判定を行うことができる。さら
に、差画像と和画像の両方を用いることにより、より正
確に位相量πを判定することができ、正確な凹凸判定が
可能になる。

【００２２】観察物体の表面形状を正確に計測するため
には、形状の変化が大きい場合でもその凹凸判定を正確
に行うことができるようにする必要がある。従って、本
第１の発明で示すように、先ず、撮像装置が付いた微分
干渉顕微鏡に位相変化装置を付加し、縞走査法等の手法
により正確な形状が計測できるようにする。更に光源か
ら複数の波長を選択可能な光源装置を用いることによ
り、複数の波長で形状計測を可能にする。そして、複数
の波長で計測した観察物体の形状に対応する位相分布画
像を波長間で比較する装置を付加することにより、位相
量がπを超えているか否かの判定を行うことが可能にな
り、正確な凹凸判定を行なうことができ、正確な形状計
測が可能になる。

【００２３】また、本第２の発明のように、位相変化装
置で±Θ位相量をシフトした２つの画像から形成された
差画像を複数の波長で比較する装置を用いれば、正確な
凹凸判定を行なうことができ、正確な形状計測が可能に
なる。また、この場合、位相変化装置による位相シフト
量が±Θの２つの状態だけで足りるので、計測時間を短
縮化することができる等の効果もある。

【００２４】また、本第３の発明のように、２つの微分
干渉画像から和画像を形成することによっても凹凸の判
定を行うことが可能になる。更に、２つの微分干渉画像
から形成された差画像と和画像の両方を用いることによ
り、観察物体の反射率や透過率の変化を補正することが
可能になり、より正確な形状計測が可能になる。なお、
上記本発明の形状測定装置は、微分干渉顕微鏡に固有の
技術ではなく、位相差顕微鏡等の干渉効果を利用して位
相分布を可視化するタイプの顕微鏡全てに適応できる。

【００２５】また、本第４の発明から本第６の発明で示
すような過程を有する形状計測手法を用いることによ
り、干渉効果により位相分布を可視化する干渉顕微鏡の
画像から観察物体の形状を正確に計測することが可能に
なる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。先ず、本発明に適用可能な落射型の微分干
渉顕微鏡の具体的な装置構成と効果を説明する。図２は
落射型微分干渉顕微鏡の概略構成図である。図２の顕微
鏡では、光源２１から射出された光が、照明光学系の光
路内に配置された偏光子２２を介して偏光角が４５°の
直線偏光となり、更にハーフミラー２３で反射された光
がノマルスキープリズム２４に入射する。ノマルスキー
プリズム２４を透過した光は、互いに直交する２つの直
線偏光に分割され、更に、対物レンズ２５を介して観察
物体面２６の上で分離された２点として集光される。こ
の分離された２点の光は、観察物体面２６で反射された
後、対物レンズ２５、ノマルスキープリズム２４を再び
透過して、２つの直線偏光成分が合波され、更に、ハー
フミラー２３を透過した光が結像光学系の光路内に配置
された検光子２７を透過することにより２つの偏光成分
が干渉して結像光学系の像面上に微分干渉像を形成す
る。形成された微分干渉像は、接眼レンズ（図示省略）
を介して、目視観察したり、又はＣＣＤカメラ２９等の
撮像素子で撮像しコンピュータ３０等で解析を行う。な
お、図中、２８は結像レンズ、３１はレンズ、３２は視
野絞り明るさ絞りなどの絞りである。

【００２７】次に、この種の微分干渉顕微鏡を本発明に
適用した形状計測装置の実施例について説明する。図３
は図２の落射型微分干渉顕微鏡に本発明を用いた形状計
測装置の一実施例を示す構成概略図である。本実施例の
形状計測装置では、図２における光源２１の代わりに、
複数の波長を選択して発光することができる波長選択光
源装置１が用いられており、波長選択光源装置１から発
光可能な複数の波長から特定の第１の波長と第２の波長
の光を選択して観察に用いることができるようになって
いる。また、図２における照明光学系の光路内に配置さ
れた偏光子２２の代わりに位相変化装置２を配置し、ノ
マルスキープリズム２４に入射する偏光に対し任意のリ
ターデーション量を与えることができるようになってい
る。結像光学系の像面上もしくはその共役面上にはＣＣ
Ｄカメラ２９が配置され、また、ＣＣＤカメラ２９から
の映像信号はコンピュータ３０に取り込むことができる
ようになっている。

【００２８】このような構成において、先ず、波長選択
光源装置１で第１の波長の光を選択し、位相変化装置２
を調整してノマルスキープリズム２４に入射する偏光の
リターデーション量がΘとなるようにし、微分干渉画像
をＣＣＤカメラ２９で撮像してその画像をコンピュータ
３０に転送し、コンピュータ３０内部の記憶領域に記憶
させておく。次に、位相変化装置２を調整してノマルス
キープリズム２４に入射する偏光のリターデーション量
が−Θになるようにし、微分干渉画像をＣＣＤカメラ２
９で撮像してその画像をコンピュータ３０に転送し、コ
ンピュータ３０内部の記憶領域に記憶させておく。次
に、コンピュータ３０内部の演算処理部を介してデータ
格納部に保持された２つの画像データを用いて、像面上
の座標に対応したピクセル単位で引き算を行い、差画像
を形成する。更に、ピクセル単位で和演算を行い、和画
像を形成する。形成された差画像を、微分干渉顕微鏡の
応答特性ＯＴＦを用いたデコンボリューション処理又は
積分処理を行うことにより、第１の波長における観察物
体の位相分布画像を形成し、コンピュータ３０のディス
プレー上に表示する。

【００２９】次に、波長選択光源装置１で第１の波長よ
り長い第２の波長の光を選択し第１の波長と略強度が同
じになるように調節し、第１の波長の場合と同様にリタ
ーデーション量が±Θの微分干渉画像をＣＣＤカメラ２
９で撮像し、コンピュータ３０内部の記憶領域に記憶さ
せ、演算処理部を介して差画像と和画像を形成し、差画
像から第２の波長における観察物体の位相分布画像を形
成し、コンピュータ３０のディスプレー上に表示する。

【００３０】ここで、段差量（位相分布）の変化に伴っ
て相対強度が波長によってどのように変化するかを図４
に示す。図４からわかるように、各波長の相対強度は段
差量の変化に伴って正弦波状に変化する点では同じであ
るが、相対強度が最大になる位置が異なる。この相対強
度が最大値になる位置の段差量は、位相変化が１／２波
長である場合に相当する。例えば、短い波長（実線）に
おいて相対強度が０．２の場合の段差量は、約１８と約
１２０である。従って、これだけでは、位相変化が１／
２波長以下の段差量１８であるのか、或いは、１／２波
長以上の段差量１２０であるのかを判断することができ
ない。しかしながら、長い波長（破線）においては、段
差量が１８の場合は短い波長（実線）に比べて相対強度
が小さく、段差量が１２０の場合は短い波長に比べて相
対強度が大きい。このように、同じ段差量を異なる波長
で比較すれば、相対強度の大小関係からその段差量、即
ち、位相変化量が１／２波長以下の段差量であるのか、
或いは、１／２波長以上の段差量であるのかを判断する
ことができる。

【００３１】上記の点を考慮して、次に、第１の波長に
おける観察物体の位相分布画像から第２の波長における
観察物体の位相分布画像の引き算を行い、位相判定画像
Ａを形成する。なお、引き算は、差画像を形成する場合
と同様に像面上の座標に対応したピクセル単位で行う。
そして、形成された位相判定画像Ａにおいて値が正にな
る部分、値が略０の部分、値が負になる部分の３つに分
類する。

【００３２】ここで、位相判定画像Ａにおいて値が負に
なる部分は、第１の波長において１／４波長以上１／２
波長以下の位相変化を持ち、位相分布情報と観察物体形
状とで凹凸の反転を伴わない部分である。他方、位相判
定画像Ａにおいて値が正になる部分は、第１の波長にお
いて１／２波長以上の位相変化を持ち、位相分布情報と
観察物体形状とで凹凸の反転を伴う部分である。よっ
て、この部分は凹凸の反転に伴う補正を必要とする。ま
た、位相判定画像Ａにおいて値が略０となる部分は、本
来は位相（形状）の変化がない部分である。しかし、第
１の波長において１／４波長以下の低段差部分は、波長
の違いによる位相の変化が小さいために位相判定画像Ａ
における値が略０であるとみなすことができる。従っ
て、この部分も位相分布情報と観察物体形状とで凹凸の
反転を伴わない部分に含めることができる。

【００３３】位相判定画像Ａの画像から、コンピュータ
３０内部の演算処理部を介して第１の波長の位相分布画
像の各点ごとに凹凸の反転による補正の有無の情報を付
加し、和画像のデータと第１の波長の波長データとを用
いて観察物体の形状を再生し、形成した画像をコンピュ
ータ３０のディスプレー上に表示する。

【００３４】そして、以上のような、波長選択光源装置
１における波長の選択、位相変化装置２によるリターデ
ーション量の制御、画像の取り込みと各差画像の形成、
差画像から位相分布画像への変換と位相判定画像の形
成、凹凸判定情報と位相分画像から観察物体の形状への
変換の各処理をコンピュータ３０で行うことにより、微
分干渉顕微鏡を用いた形状測定装置を構成することがで
きる。

【００３５】なお、位相判定画像は、上述の位相判定画
像Ａのように第１の波長における観察物体の位相分布画
像と第２の波長における観察物体の位相分布画像から形
成することができるが、これ以外に、第１の波長と第２
の波長の各差画像から形成することもできる。

【００３６】位相判定画像Ａを形成する場合と同様に、
第１の波長の差画像から第２の波長の差画像を引き算し
て形成した画像を位相判定画像Ｂとする。そして、位相
判定画像Ｂについても位相判定画像Ａと同様に、値が正
になる部分、値が略０の部分、値が負になる部分の３つ
に分類する。

【００３７】ここで、位相判定画像Ｂにおいて値が正に
なる部分は、第１の波長において１／２波長以上の位相
変化を持ち、位相分布情報と観察物体形状とで凹凸の反
転を伴う部分である。よって、この部分は凹凸の反転に
伴う補正を必要とする。他方、位相判定画像Ｂにおいて
値が負になる部分は第１の波長において１／４波長以上
１／２波長以下の位相変化を持ち、位相分布情報と観察
物体形状とで凹凸の反転を伴わない部分である。また、
位相判定画像Ｂにおいて値が略０となる部分は、本来は
位相（形状）の変化がない部分である。しかし、第１の
波長において１／４波長以下の低投差部分は、波長の違
いによる位相の変化が小さいために位相判定画像Ｂにお
ける値が略０であるとみなすことができる。従って、こ
の部分も位相分布情報と観察物体形状とで凹凸の反転を
伴わない部分に含めることができる。

【００３８】位相判定画像Ｂの画像から、コンピュータ
３０内部の演算処理部を介して第１の波長の位相分布画
像の各点ごとに凹凸の反転による補正の有無の情報を付
加し、和画像のデータと第１の波長の波長データとを用
いて観察物体の形状を再生し、形成した画像をコンピュ
ータ３０のディスプレー上に表示する。

【００３９】以上、第１の波長と第２の波長のそれぞれ
の位相分布画像又は差画像を引算することにより、位相
判定画像を形成する例について説明したが、位相判定画
像は、上記の例以外に、第１の波長と第２の波長のそれ
ぞれの位相分布画像の比を計算することによっても形成
することができる。その場合は、それぞれの位相分布画
像の比が１以上になる場合と１以下になる場合とで凹凸
の判定を行うことができる。また、第１の波長と第２の
波長の各差画像の比を用いても同様に位相判定画像を形
成することができる。

【００４０】次に、本実施例に用いる位相変化装置の構
成例を図５(a)〜(d)に示す。なお、図５(a)〜(d)では、
図３に示すように、位相変化装置２を照明光学系の光路
内に配置する場合についての構成例を示すこととする。
なお、位相変化装置２は、結像光学系の光路内の検光子
２７と配置を入れ替えてもよく、その場合も照明光学系
の光路内に配置する場合と同等の効果を得ることができ
る。

【００４１】図５(a)に示す位相変化装置２は、λ／４
板３を固定し、光軸を中心として回転可能な偏光子４に
モータ５等の駆動装置をつけて、回転制御出来るように
構成されており、偏光子４の回転角に対応してリターデ
ーション量を変化させることができるようになってい
る。なお、図５(a)の構成例では、λ／４板３を固定
し、偏光子４を回転させるようにしているが、λ／４板
３にモータを付けて回転制御できるようにし、偏光子４
を固定して構成しても同等の効果を得ることができる。

【００４２】図５(b)に示す位相変化装置２は、λ／４
板３及び偏光子４を固定するとともに、λ／４板３と偏
光子４との間に液晶素子６を配置し、液晶制御装置７を
介して液晶素子６に印加する電圧を変化させることによ
って液晶素子６を透過した偏光の振動方向を回転させ
て、リターデーション量を変化させることができるよう
に構成されている。

【００４３】図５(c)に示す位相変化装置２は、図５(b)
に示す構成例からλ／４板３をなくし、代わりにλ／４
板３の機能をノマルスキープリズムに持たせている。図
５(d)に示す位相変化装置２は、図５(c)に示す構成例の
液晶素子６の代わりに電気光学素子８を配置し、制御装
置９を介して電気光学素子８に与える電気特性を変える
ことによりリターデーション量を変化させることができ
るように構成されている。

【００４４】次に、本実施例に用いる波長選択光源の構
成例を図６(a)〜(d)に示す。図６(a)に示す波長選択光
源装置１は、白色光源１０と干渉フィルター１１を組み
合せて構成されており、選択した波長に対応した干渉フ
ィルター１１を交換することによって光源の波長を変化
させて、所望の波長を選択することができるようになっ
ている。なお、干渉フィルター１１を交換する以外に、
干渉フィルターを傾斜させて干渉フィルター１１の光軸
とのなす角を変えることにより、干渉フィルター１１を
透過する波長をシフトさせて、光源の波長を変えること
ができるようにしてもよい。

【００４５】図６(b)に示す波長選択光源装置１は、白
色光源１０と液晶素子６とを組合せて、液晶制御装置７
を介して液晶素子６に印加する電圧を変えることによ
り、液晶素子６を透過する波長を変えることで、所望の
波長を選択することができるようになっている。

【００４６】図６(c)に示す波長選択光源装置１は、複
数の単色光源（レーザー、ＬＥＤなど）１２，１２’
と、複数の単色光源１２，１２’の光軸の交わる位置に
配置されたダイクロイックミラー１３とを組合せて、制
御装置１５を介してそれぞれの単色光源１２，１２’を
スイッチングするか、単色光源１２，１２’の前方にシ
ャッター１４，１４’を配置し、制御装置１５を介して
シャッター１４，１４’の開閉のタイミングを制御する
ことにより所望の波長を選択することができるようにな
っている。

【００４７】図６(d)に示す波長選択光源装置１は、光
源に半導体レーザ１６を用いて、制御装置１７を介して
半導体レーザ１６の駆動電流を制御することにより、半
導体レーザの発振波長を変化させて所望の波長を選択す
ることができるようになっている。また、光源として複
数の発光素子を持つＬＥＤ１６’を用いて、発光する素
子を選択することにより、所望の波長を選択することが
できるようにしてもよい。

【００４８】なお、図６(c)または(d)に示すような構成
の波長選択光源１を用いる場合には、図７に示すような
レーザ走査型顕微鏡の構成を採用することが望ましい。
その場合、図３の構成における照明光学系の光路内にビ
ーム走査装置を配置してレーザビームが観察物体面上を
走査できるようにする。また、図３に示す検光子２７の
代わりに偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）３３を用い
ると共に、ＰＢＳ３３で分割された光路内に２つのディ
テクター３４，３５を配置し、それぞれのディテクター
３４，３５からの信号の差信号と和信号を検出するよう
にする。また、位相変化装置２を介して差信号と和信号
の両方が最大になるようにノマルスキープリズム２４に
入射する偏光状態の制御を行うようにする。

【００４９】その他、本発明の形状計測装置における波
長選択を行う方法としては、図６に示すような波長選択
光源を用いた構成に限定されるものではなく、図８に示
すように、ＣＣＤカメラ３６，３７の前方にダイクロイ
ックミラー（ＤＭ）３８を配置し、この複数のＣＣＤカ
メラ３６，３７で微分干渉画像を撮像することによって
も所望の波長を選択したのと同等の効果を奏することが
可能である。この場合、図３に示す波長選択光源１の代
わりに、白色に近い広帯域な波長の光源２１’を用い
る。

【００５０】また、ダイクロイックミラー３８を配置し
ＣＣＤカメラを複数用いる代わりに、ＣＣＤカメラとし
て、ＲＧＢの３色を独立して撮像できる３ＣＣＤタイプ
のカメラを一つ用いて、映像信号からＲＧＢのそれぞれ
の信号を分離するようにすることによっても、図８に示
す構成と同等の効果を奏することができる。従って、３
ＣＣＤタイプのカメラを用いると、装置構成をより簡素
化することができる。

【００５１】以上説明したように、本発明の形状計測装
置及び形状計測方法は、特許請求の範囲に記載された発
明の他に、次に示すような特徴も備えている。

【００５２】（１）複数の波長を選択可能な光源装置
と、微分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する２つの光の
相対的な位相量を変化させる位相変化装置と、撮像装置
と、少なくとも２つの波長で位相変化装置による位相変
化量が略同じで符号の異なる２つの微分干渉画像を撮像
し、撮像した２つの微分干渉画像から差画像を形成し、
形成された差画像の各点の値を選択された波長間で比較
する演算装置とを有することを特徴とする形状計測装
置。

【００５３】（２）複数の波長を選択可能な光源装置
と、微分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する２つの光の
相対的な位相量を変化させる位相変化装置と、撮像装置
と、少なくとも２つの波長で位相変化装置による位相変
化量が略同じで符号の異なる２つの微分干渉画像を撮像
し、撮像した２つの微分干渉画像から差画像及び和画像
を形成し、形成された差画像と和画像のいずれかまたは
両方の画像における各点の値を選択された波長間で比較
する演算装置とを有することを特徴とする形状計測装
置。

【００５４】（３）少なくとも２つの波長を選択する過
程と、干渉画像を収得する過程と、干渉画像を形成する
光の相対的な位相量を変化させる過程と、位相変化量が
ほほ同じで符号の異なる２つの干渉画像から差画像を形
成する過程と、形成された差画像における各点の値を選
択された波長間で比較する過程と、干渉画像を観察物体
の位相分布画像に変換する過程を有する形状計測方法。

【００５５】（４）少なくとも２つの波長を選択する過
程と、干渉画像を収得する過程と、干渉画像を形成する
光の相対的な位相量を変化させる過程と、位相変化量が
ほぼ同じで符号の異なる２つの干渉画像から差画像と和
画像を形成する過程と、形成された差画像と和画像のい
ずれかまたは両方の画像における各点の値を選択された
波長間で比較する過程と、差画像と和画像から観察物体
の位相分布画像を形成する過程を有する形状計測方法。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも２つの波長
を選択し、干渉顕微鏡の画像から位相分布を形成し、そ
の位相分布を波長間で比較することで、位相変化がλ／
２を超えているか否かの判定を行うようにしたので、λ
／２を超えたときに発生する凹凸の反転を検出すること
ができ、観察物体において段差の大きい部分と微小な形
状変化部分の両方が存在していた場合でも、凹凸の反転
等を伴わず正確に形状を計測することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】観察物体面に光が入射したときの、入射光と、
透過光又は反射光と、回折光との関係を示す説明図であ
る。

【図２】落射型微分干渉顕微鏡の概略構成図である。

【図３】図２の落射型微分干渉顕微鏡に本発明を用いた
形状計測装置の一実施例を示す構成概略図である。

【図４】本実施例の形状計測装置においてそれぞれの波
長を選択した場合における段差量（位相分布）の変化に
対する相対強度の変化特性を示すグラフである。

【図５】本実施例に用いる位相変化装置の概略構成図で
ある。

【図６】本実施例に用いる波長選択光源の概略構成図で
ある。

【図７】本発明の他の実施例に係る形状計測装置の概略
構成図である。

【図８】本発明のさらに他の実施例に係る形状計測装置
の概略構成図である。

【符号の説明】

１光源２位相変化装置３ λ／４板４偏光子５モータ６液晶素子７液晶制御装置８電気光学素子９制御装置１０白色光源１１干渉フィルター１２，１２’ レーザ又はＬＥＤ１３ダイクロイックミラー１４，１４’ シャッター１５制御装置１６半導体レーザ１６’ 多発光ＬＥＤ１７制御装置２１，２１’ 光源２２偏光子２３ハーフミラー２４ノマルスキープリズム２５対物レンズ２６標本２７検光子２８結像レンズ２９ＣＣＤカメラ３０コンピュータ３１レンズ３２絞り３３偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３４第１のディテクタ３５第２のディテクタ３６第１のＣＣＤカメラ３７第２のＣＣＤカメラ３８ダイクロイックミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F064 AA09 CC04 FF01 GG13 GG22 GG33 GG38 GG41 GG59 HH01 2F065 AA54 BB17 DD03 FF50 FF51 GG23 HH08 HH18 JJ03 JJ26 LL20 LL22 LL37 MM26 QQ25 QQ27 2H052 AA05 AC04 AC10 AC30 AF03 AF14 AF25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の波長を選択可能な光源装置と、微
分干渉顕微鏡と、干渉画像を形成する２つの光の相対的
な位相量を変化させる位相変化装置と、撮像装置と、少
なくとも２つの波長で観察物体の位相分布画像を形成
し、形成された位相分布画像の各点の値を選択された波
長間で比較する演算装置とを有することを特徴とする形
状計測装置。
【請求項２】少なくとも２つの波長を選択する過程
と、干渉画像を収得する過程と、干渉画像を形成する光
の相対的な位相量を変化させる過程と、選択された波長
毎に干渉画像を位相分布画像に変換する過程と、変換さ
れた位相分布画像の各点の値を選択された波長間で比較
演算する過程とを有する形状計測方法。