JP2013044669A - Method and device for measuring surface shape - Google Patents
Method and device for measuring surface shape Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013044669A JP2013044669A JP2011183722A JP2011183722A JP2013044669A JP 2013044669 A JP2013044669 A JP 2013044669A JP 2011183722 A JP2011183722 A JP 2011183722A JP 2011183722 A JP2011183722 A JP 2011183722A JP 2013044669 A JP2013044669 A JP 2013044669A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- monochromatic
- different wavelengths
- surface shape
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 125
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 20
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000284 extract Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 26
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 12
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 9
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000001444 catalytic combustion detection Methods 0.000 description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N tellurium dioxide Chemical compound O=[Te]=O LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
表面形状測定方法および装置に用いる波長の異なる複数の単色光を選択的に抽出する手法および/または手段に関する。 The present invention relates to a method and / or means for selectively extracting a plurality of monochromatic lights having different wavelengths used in a surface shape measuring method and apparatus.
測定対象面の凹凸段差を高速に精度良く求めることのできる表面形状測定方法およびその装置では、参照面を光の進行方向に対して任意角度の斜め傾斜姿勢で配備することにより、測定対象面と参照面から同一光路を戻る反射光により干渉縞を発生させる。この干渉縞の各画素の強度値をCCDカメラで撮像し、CPUが、干渉縞波形を求める表現式を利用して算出対象画素ごとに、各画素の強度値とその近隣にある画素の強度値とを利用し、各画素に含まれる干渉縞波形の直流成分、交流振幅並びに位相が等しいと仮定して各画素の位相を単色光ごとに求め、その位相から表面高さの候補値群を求め、多波長の候補値群から共通する表面高さとして求め、表面形状を測定していた(例えば特許文献1、特許文献2参照)。
In the surface shape measurement method and apparatus capable of accurately determining the uneven step on the measurement target surface at high speed, the reference surface is arranged in an obliquely inclined posture at an arbitrary angle with respect to the traveling direction of the light. Interference fringes are generated by reflected light returning from the reference surface on the same optical path. The intensity value of each pixel of the interference fringe is imaged with a CCD camera, and the CPU uses the expression for obtaining the interference fringe waveform, and for each pixel to be calculated, the intensity value of each pixel and the intensity value of the neighboring pixel Assuming that the DC component, AC amplitude, and phase of the interference fringe waveform contained in each pixel are the same, the phase of each pixel is obtained for each monochromatic light, and the surface height candidate value group is obtained from that phase. Then, the surface height was obtained from the candidate value group of multiple wavelengths, and the surface shape was measured (see, for example,
前記背景技術では、光源として単色光源から出力される単色光や波長の異なる複数の単色光が用いられていた。特に、単色光源から出力される単色光を用いる構成の特許文献1に記載の表面形状測定では、測定可能な段差最大値(測定レンジ)が単色光の波長λの半分であるλ/2に制限されるため、測定レンジを幅広く取ることが困難であった。
In the background art, monochromatic light output from a monochromatic light source or a plurality of monochromatic lights having different wavelengths are used as the light source. In particular, in the surface shape measurement described in
また、波長の異なる複数の単色光を用いる特許文献2に記載の表面形状測定では、異なる波長を出力する複数台の波長の異なる単色光源を用いる構成としても良いし、白色光源と白色光源から出力される光源のうち所定の波長の異なる複数の単色光を抽出する抽出手段を用いる光学手段から構成しても良いとしていた。
Further, in the surface shape measurement described in
しかし、上記構成の光源では、以下の課題を残している。
前記の様に、複数台の光源を用いる場合、光源にかかる設備費用およびランニングコスト(消耗品の補充、電力供給など)が必要な個々の波長の光源の数量分を必要とする。
また、単一の光源から波長の異なる複数の単色光を得ようとすると、光源から抽出する抽出手段を透過する必要が生じるが、抽出手段を透過する場合に光量の損失が生じ、強容量の光を効率良く照射することができない。
However, the light source having the above configuration has the following problems.
As described above, when a plurality of light sources are used, the number of light sources for each wavelength that requires equipment costs and running costs (replenishment of consumables, power supply, etc.) is required.
In addition, when trying to obtain a plurality of monochromatic lights having different wavelengths from a single light source, it is necessary to transmit the extraction means extracted from the light source. Light cannot be irradiated efficiently.
さらには、波長の異なる複数の単色光の数が3波長以上の場合は、抽出手段が多段となり、益々損失が大きくなる。また、単色光の波長を変更する場合には、光源もしくはフィルタ自体の変更が余儀なくされる。さらに、単色光の波長の数を増やす場合には、光源もしくはフィルタや抽出手段を増設する必要が生じる。 Furthermore, when the number of monochromatic lights having different wavelengths is three or more, the number of extraction means becomes multistage, and the loss increases. Moreover, when changing the wavelength of monochromatic light, the light source or the filter itself must be changed. Furthermore, when increasing the number of wavelengths of monochromatic light, it is necessary to increase the number of light sources, filters, and extraction means.
本願の第1の表面形状測定方法の発明は、「照射手段を介して測定対象面と参照面に波長の異なる複数の単色光を照射し、測定対象面と参照面の両方から反射して同一光路を戻る反射光によって生じる干渉縞の強度値に基づいて、測定対象面の表面高さと表面形状を求める表面形状測定方法において、前記照射手段が、広帯域な波長特性を有する照射光から、音響光学フィルタを用いて任意の波長の異なる単色光を複数抽出し、同時に混在して照射する照射手段からなる」ことを特徴とする。 The invention of the first surface shape measuring method of the present application states that "a plurality of monochromatic lights having different wavelengths are irradiated to the measurement target surface and the reference surface via the irradiation means, and reflected from both the measurement target surface and the reference surface to be the same. In the surface shape measuring method for obtaining the surface height and surface shape of the surface to be measured based on the intensity value of the interference fringes generated by the reflected light returning from the optical path, the irradiating means is acousto-optic from irradiation light having a broadband wavelength characteristic. It comprises an irradiating means for extracting a plurality of monochromatic lights having different wavelengths using a filter and simultaneously irradiating them. "
すなわち、前記の照射する光源に対する課題に対し、多波長干渉計測用の光源として、広域をカバーする波長特性、例えば、可視領域から近赤外領域(波長400nm〜1,000nm程度)を含む光源(具体的には、ハロゲンランプ光源または白色レーザ光源など)と任意の波長の異なる複数帯域の単色光を透過可能な光学フィルタを組み合わせる手法を用いて、同時に混在させて照射し、前記多波長干渉計測用の画像をワンショットで撮像し、それを分解手段を用いて個々に分解して、測定対象物の表面形状を測定する方法を提供する。 That is, in response to the above-described problem with the light source to be irradiated, as a light source for multi-wavelength interference measurement, a light source including a wavelength characteristic covering a wide area, for example, a visible region to a near infrared region (wavelength of about 400 nm to 1,000 nm) ( Specifically, using a technique combining a halogen lamp light source or a white laser light source and an optical filter capable of transmitting single-band light of a plurality of different wavelengths, the multiple wavelength interference measurement A method for measuring the surface shape of an object to be measured is provided by taking an image for use in one shot and individually decomposing it using a decomposing means.
また、本願の第2の表面形状測定方法の発明は、「事前に、測定対象面上に単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面に対して最適な波長の異なる単色光を複数選択し、それらを照射して表面形状測定をおこなう」ことを特徴とする。 Further, the invention of the second surface shape measuring method of the present application is, “Using the measurement result of the reflection intensity of each monochromatic light obtained by irradiating the surface of the monochromatic light while scanning the wavelength of the monochromatic light in advance, A plurality of monochromatic lights having different wavelengths with respect to the surface to be measured are selected and irradiated to perform surface shape measurement. ”
すなわち、波長の異なる複数の単色光を照射する表面形状測定にあたっては、個々の測定対象物には、多くの光学特性を保有するものがあり、当初設定した波長のままでは、測定対象面の色によっては反射強度の低下を生じたり、また測定対象面に透明皮膜がある場合はその光学膜厚によっては反射強度の低下を生じる場合がある。その様な場合でも、的確に表面形状測定ができるように、第1の発明に記載の表面形状測定方法を用いて、波長の異なる複数の単色光を選択的に同時に抽出するにあたり、照明装置として音響光学フィルタを用いることにより、必要な波長の異なる複数の単色光を測定者が任意に設定することができるので、あらかじめ、単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面に対して最適な波長の異なる複数の単色光を複数選択し、それを用いて表面形状測定をおこなう。 In other words, when measuring the surface shape that irradiates a plurality of monochromatic lights with different wavelengths, there are many individual measurement objects that possess many optical characteristics. Depending on the optical film thickness, the reflection intensity may be lowered depending on the optical film thickness. Even in such a case, in order to accurately measure the surface shape, the surface shape measuring method described in the first invention is used to selectively extract a plurality of monochromatic lights having different wavelengths simultaneously. By using the acousto-optic filter, the operator can arbitrarily set multiple monochromatic lights with different required wavelengths, so the irradiation of the monochromatic light obtained by irradiating while scanning the monochromatic light wavelength in advance. Using the measurement result of intensity, a plurality of monochromatic lights having different wavelengths with respect to the measurement target surface are selected, and the surface shape is measured using them.
また、本願の第3の表面形状測定装置の発明は、「照射手段を介して測定対象面と参照面に波長の異なる複数の単色光を照射し、測定対象面と参照面の両方から反射して同一光路を戻る反射光によって生じる干渉縞の強度値に基づいて、測定対象面の表面高さと表面形状を求める表面形状測定装置において、前記照射手段が、広帯域な波長特性を有する照射光から、音響光学フィルタを用いて任意の波長の異なる単色光を複数抽出し、同時に混在して照射する照射手段からなる」ことを特徴とする。 In addition, the invention of the third surface shape measuring apparatus of the present application states that “a plurality of monochromatic lights having different wavelengths are irradiated to the measurement target surface and the reference surface through the irradiation means and reflected from both the measurement target surface and the reference surface. In the surface shape measuring device for determining the surface height and surface shape of the measurement target surface based on the intensity value of the interference fringes generated by the reflected light returning from the same optical path, the irradiating means is adapted to irradiate the irradiation light having a broadband wavelength characteristic, It comprises an irradiation means for extracting a plurality of monochromatic lights having different wavelengths using an acousto-optic filter and simultaneously irradiating them.
すなわち、前記の照射する光源に対する課題に対し、多波長干渉計測用の光源として、広域をカバーする波長特性、例えば、可視領域から近赤外領域(波長400nm〜1,000nm程度)を含む光源(具体的には、ハロゲンランプ光源または白色レーザ光源など)と任意の波長の異なる複数帯域の単色光を透過可能な音響光学フィルタを組み合わせる手段を用いて、同時に任意の波長の異なる複数の単色光を混在させて照射し、前記多波長干渉計測用の画像をワンショットで撮像し、該撮像画像データを用いて個々に分析して、測定対象物の表面形状を測定できる装置を提供することにある。 That is, in response to the above-described problem with the light source to be irradiated, as a light source for multi-wavelength interference measurement, a light source including a wavelength characteristic covering a wide area, for example, a visible region to a near infrared region (wavelength of about 400 nm to 1,000 nm) ( Specifically, using a means that combines a halogen lamp light source or a white laser light source and an acousto-optic filter capable of transmitting monochromatic light of plural bands having different wavelengths, a plurality of monochromatic lights having different wavelengths are simultaneously used. To provide an apparatus capable of measuring the surface shape of a measurement object by irradiating mixed images, capturing the image for multi-wavelength interference measurement in one shot, and individually analyzing the captured image data. .
また、本願の第4の表面形状測定装置の発明は、「事前に、測定対象面上に単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面に対して最適な波長の異なる単色光を複数選択し、それらを照射して、表面形状測定をおこなうように構成した」ことを特徴とする。 In addition, the invention of the fourth surface shape measuring device of the present application, “using the measurement result of the reflection intensity of each monochromatic light obtained by irradiating the surface of the measuring object while scanning the wavelength of the monochromatic light in advance, A plurality of monochromatic lights having different wavelengths with respect to the surface to be measured are selected and irradiated, and the surface shape is measured. ”
すなわち、波長nお異なる複数の単色光を照射する表面形状測定にあたっては、個々の測定対象物には多くの光学特性を保有するものがあり、当初設定した波長のままでは、測定対象面の色によっては反射強度の低下を生じたり、また測定対象面に透明皮膜がある場合はその光学膜厚によっては反射強度の低下を生じるものがある。その様な場合でも、的確に表面形状測定ができるように、第3の発明に記載の表面形状測定装置を用いて、波長の異なる複数の単色光を選択的に同時に抽出するにあたり、照明装置として音響光学フィルタを用いることにより、必要な複数の単色光を測定者が任意に設定することができるので、あらかじめ、単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面に対して最適な波長の異なる単色光を複数選択し、それを用いて表面形状測定をおこなう。 That is, when measuring the surface shape that irradiates a plurality of monochromatic lights with different wavelengths n, there are many individual measurement objects that possess many optical characteristics, and the color of the measurement object surface remains unchanged at the initially set wavelength. Depending on the optical film thickness, the reflection intensity may be reduced depending on the optical film thickness. Even in such a case, in order to accurately measure the surface shape, the surface shape measuring device according to the third invention is used to selectively extract a plurality of monochromatic lights having different wavelengths simultaneously. By using an acousto-optic filter, the operator can arbitrarily set the required multiple monochromatic lights, so irradiate while scanning the monochromatic light wavelength in advance, and measure the reflected intensity of each monochromatic light obtained Using the result, a plurality of monochromatic lights having different wavelengths with respect to the measurement target surface are selected, and the surface shape measurement is performed using the selected monochromatic light.
また、音響光学フィルタを用いることにより、使用する波長の異なる複数の単色光を測定者が任意に設定することができるので、測定者は、照明装置の部材の交換を行わないで測定をおこなうことができる。 In addition, by using an acousto-optic filter, the measurer can arbitrarily set a plurality of monochromatic lights having different wavelengths to be used, so the measurer must perform the measurement without replacing the members of the illumination device. Can do.
上記手法および/または手段を用いれば、広帯域な波長特性を示す照射光から波長の異なる複数の単色光を選択する場合でも、照明装置の部材の台数は1台で済み、光源管理が容易になる。また、もし、必要な光源が複数となった場合においても、単色光の数だけ光源を準備するよりも光源の台数は1台で対応でき、光源管理が容易になる。 By using the above-described method and / or means, even when a plurality of monochromatic lights having different wavelengths are selected from irradiation light exhibiting broadband wavelength characteristics, the number of members of the illuminating device is only one, and light source management is facilitated. . In addition, if a plurality of light sources are required, the number of light sources can be handled by one as compared with the case of preparing light sources corresponding to the number of monochromatic lights, and light source management becomes easy.
また、波長の異なる任意の帯域の複数の単色光を透過可能な光学フィルタとして、音響光学フィルタを用いることにより、使用する波長の異なる複数の単色光を測定者が任意に設定することができるので、測定者は、照明装置の部材の交換を行わないで測定対象物に適合する最適の波長の単色光を用いることにより測定時にも反射率による感度低下などの影響を受けないで測定をおこなうことができる。 In addition, by using an acousto-optic filter as an optical filter capable of transmitting a plurality of monochromatic lights in arbitrary bands having different wavelengths, the measurer can arbitrarily set a plurality of monochromatic lights having different wavelengths to be used. Measurer shall perform measurement without being affected by the decrease in sensitivity due to reflectivity even when measuring by using monochromatic light with the optimal wavelength suitable for the object to be measured without replacing the components of the lighting device. Can do.
使用する複数の単色光の波長の組み合わせを測定者が任意に設定できるので、測定時に波長の異なる複数の単色光の組み合わせを容易に最適化することが可能となり、測定条件の変更を容易に変更することができる。 Since the operator can arbitrarily set the combination of wavelengths of multiple monochromatic lights to be used, it is possible to easily optimize the combination of multiple monochromatic lights with different wavelengths during measurement and easily change measurement conditions. can do.
波長の異なる複数の単色光の数を増やす場合、使用する光源の帯域内で且つ音響光学フィルタの特性上可能な数の単色光の数(現行用いている音響化学フィルタでは、6種類の単色光数まで得られる)であれば、光源や音響光学フィルタの機能を追加しなくても対応可能である。ただし、撮像手段側の撮像装置に波長の異なる複数の単色光を分解できる分解手段を保持する構成を保有していることが必要となる。 When the number of monochromatic lights having different wavelengths is increased, the number of monochromatic lights within the band of the light source to be used and the number of monochromatic lights that are possible due to the characteristics of the acoustooptic filter (in the currently used acoustochemical filter, six kinds of monochromatic lights are used. Can be obtained without adding a function of a light source or an acousto-optic filter. However, it is necessary that the image pickup apparatus on the image pickup means side has a configuration for holding a decomposition unit that can decompose a plurality of monochromatic lights having different wavelengths.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、本実施例としては、表面が略平坦な測定対象物の表面高さおよび表面形状を干渉縞を利用して測定した事例を含めて、本願明細書に引用した先行技術文献に記載の表面形状測定装置を例に採って説明する。 In addition, as a present Example, the surface as described in the prior art document cited in this specification including the example which measured the surface height and surface shape of the measurement object whose surface is substantially flat using interference fringes. The shape measuring device will be described as an example.
図1は、本発明の実施例に係る表面形状測定装置の概略構成を示す図である。この表面形状測定装置は、半導体ウエハ、液晶パネル、プラズマディスプレイパネル、磁性体フィルム、ガラス基板または金属膜などの表面に微細な凹凸段差を有する略平坦な測定対象物30に複数の特定波長帯域の単色光を照射する光学系ユニット1と、光学系ユニット1を制御する制御系ユニット2と、測定対象物30を載置保持する保持テーブル40とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This surface shape measuring apparatus has a plurality of specific wavelength bands on a substantially
光学系ユニット1は、測定対象面30Aおよび参照面15に向けて波長の異なる複数の単色光を出力する照明装置10と、各単色光を平行光にするコリメートレンズ11と、両単色光を測定対象物30の方向に反射する一方測定対象物30の方向からの光を通過させるハーフミラー13と、ハーフミラー13で反射されてきた波長の異なる複数の単色光を集光する対物レンズ14と、対物レンズ14を通過してきた単色光を参照面15へ反射させる参照光と測定対象面30Aへ通過させる測定光とに分けるとともに、参照面15で反射してきた参照光と測定対象面30Aで反射してきた測定光とを再びまとめて干渉縞を発生させるビームスプリッタ17と、参照光と測定光とがまとめられた波長の異なる複数の単色光を結像する結像レンズ18と、干渉縞とともに測定対象面30Aを撮像する撮像装置19とを備える。
The
照明装置10は、広帯域な波長を有する照射光を照射する光源10Aおよび音響光学フィルタ10Bと導光路10Cから構成されている。本実施例の光源10Aとしては、例えば白熱電球やハロゲンランプからなる白色光源が利用される。音響光学フィルタ10Bを透過することで、任意の波長の異なる複数の単色光を同時混在した状態で波長の異なる複数の単色光を選択的に抽出する。光源を任意の波長の異なる複数の単色光を出力する。例えば、第1波長は波長λ1=470nm、第2波長は波長λ2=560nm、第3波長は波長λ3=600nmである。
The illumination device 10 includes a
本実施例の音響光学フィルタ10Bは、図3に示すように二酸化テルル結晶101、吸音材102、トランスデューサ103および発振器104から構成されており、二酸化テルル単結晶101内を伝播する波長の異なる複数の単色光からなる横波超音波105によって生じる光の異方ブラッグ回折を利用したもので、広帯域な波長を有する光の中から任意の波長の異なる複数の単色光を高速に抽出し、導光路10Cを通じてコリメートレンズ11に照射することができる。
As shown in FIG. 3, the acousto-optic filter 10 </ b> B of this embodiment includes a
ここで、導光路10Cは、図3に示した、音響光学フィルタ10Bを透過した後の波長の異なる複数の単色光を主走査方向に導光する略円柱状の導光体であり、透過して後コリメートレンズ11に速やかに該波長の異なる複数の単色光を送るために導入されている。
なお、照明装置10は、本発明の照射手段に相当する。
Here, the light guide 10C is a substantially cylindrical light guide that guides a plurality of monochromatic lights having different wavelengths in the main scanning direction after passing through the
In addition, the illuminating device 10 is corresponded to the irradiation means of this invention.
ハーフミラー13は、コリメートレンズ11からの波長の異なる複数の単色光からなる平行光を測定対象物30に向けて反射する一方、測定対象物30から戻ってきた反射光を通過させるものである。
The
対物レンズ14は、入射してきた、波長の異なる複数の単色光を焦点とする測定対象面30Aに集光するレンズである。
The
ビームスプリッタ17は、対物レンズ14で集光される波長の異なる複数の単色光を参照面15で反射させる参照光と、測定対象面30Aで反射させる測定光とに分離する。また、各面で反射して同一光路を戻る参照光と測定光とを再びまとめることによって、波長の異なる複数の単色光の波長ごとに干渉を発生させる。なお、ビームスプリッタ17は、本発明の分岐手段に相当する。
The beam splitter 17 separates a plurality of monochromatic lights with different wavelengths collected by the
参照面15は、表面が鏡面加工されており、波長の異なる複数の単色光からなる参照光の進行方向に対して前後斜め傾斜姿勢で取り付けられている。この参照面15によって反射された波長の異なる複数の単色光からなる参照光は、ビームスプリッタ17に達し、さらに、ビームスプリッタ17によって反射されるようになっている。
The
なお、参照面15を波長の異なる複数の単色光からなる参照光の進行方向に対して前後斜め傾斜姿勢で取り付けることにより、波長の異なる複数の単色光からなる参照光の到達距離から複数の単色光からなる反射光が撮像装置19に到達するまでの距離が、反射面の位置によって変化する。これは参照面15を移動して、参照面15とビームスプリッタ17との間の距離L1を変動させるのと等価である。
In addition, by attaching the
また、ビームスプリッタ17を通過した波長の異なる複数の単色光からなる測定光は、焦点に向けて集光され、測定対象面30Aで反射する。この反射した波長の異なる複数の単色光からなる測定光は、ビームスプリッタ17に達して、そのビームスプリッタ17を通過する。
Further, the measurement light composed of a plurality of monochromatic lights having different wavelengths that have passed through the beam splitter 17 is condensed toward the focal point and reflected by the
ビームスプリッタ17で、波長の異なる複数の単色光からなる参照光と同じく波長の異なる複数の単色光からなる測定光とが再びまとまる。このとき、参照面15とビームスプリッタ17との間の距離L1と、ビームスプリッタ17と測定対象面30Aとの間の距離L2との距離の差によって光路差が生じる。その光路差に応じて、波長の異なる複数の単色光からなる参照光と波長の異なる複数の単色光からなる測定光とは波長の異なる複数の単色光の波長ごとに干渉する。
In the beam splitter 17, reference light composed of a plurality of monochromatic lights having different wavelengths and measurement light composed of a plurality of monochromatic lights having different wavelengths are gathered again. In this case, the distance L 1 between the
撮像装置19は、波長の異なる複数の単色光からなる測定光によって映し出される測定対象面30Aの画像を撮像する。このとき、参照面15が傾いていることにより、撮像された測定対象面30Aの画像には複数の単色光の波長ごとの干渉による輝度の空間的な変動である干渉縞が撮像される。ここで、観測手段としての撮像装置19は、各単色光の波長ごとの分解手段を保持しており、単色光の各波長ごとの干渉縞を分離した画像データが得られる。この撮像した画像データは、制御系ユニット2のメモリ21によって収集される。また、後述で明らかになるが、制御系ユニット2の駆動部24によって、所望する撮像箇所へ光学系ユニット1を図1中のx,y,z軸方向に移動するように構成されている。また、撮像装置19によって所定のサンプリングタイミングで測定対象面30Aおよび測定対象面の凸部(凹部)30Bの画像が撮像され、その画像データが制御系ユニット2によって収集される。なお、撮像装置19は、本発明の撮像手段に相当する。
The
本実施例における撮像装置19としては、波長の異なる複数の単色光を分解できる分解手段を保持する構成であればよく、例えば、CCD固体撮像素子、MOSイメージセンサ、CMOSイメージセンサ、光電撮像管、アバランシェ電子倍増効果撮像管およびEB−CCDなどがある。
The
制御系ユニット2は、表面形状測定装置の全体の統括的な制御や、所定の演算処理を行うためのCPU20と、CPU20によって逐次収集された画像データや演算結果などの各種のデータおよびプログラムなどを記憶するメモリ21と、サンプリングタイミングや撮像エリアなどその他の設定情報を入力するマウスやキーボードなどの入力部22と、測定対象面30Aの画像などを表示するモニタ23とを備える。また、CPU20の指示に応じて光学系ユニット1を上下左右に移動するように駆動させる、例えば、3軸駆動型のサーボモータなどの駆動機構で構成される駆動部24を備えるコンピュータシステムで構成されている。なお、CPU20は、本発明における演算手段に相当する。
The
CPU20は、いわゆる中央演算処理装置であって、撮像装置19、メモリ21および駆動部24を制御するとともに、撮像装置19で撮像した波長の異なる複数の単色光ごとの干渉縞を含む測定対象面30Aの画像データに基づいて、当該測定対象物30の表面高さを求める演算処理を行う位相算出部25や、後述する符号判定部26および求めた複数個の表面高さのデータから表面形状を求める画像データ作成部27を備えている。当該CPU20における位相算出部25や画像データ作成部27の処理については後述する。さらに、CPU20には、モニタ23とキーボードやマウスなどの入力部22とが接続されており、操作者は、モニタ23に表示される操作画面を観察しながら、入力部22から各種の設定情報の入力を行う。また、モニタ23には、測定対象面30Aの表面画像や凹凸形状などが数値や画像として表示される。
The
駆動部24は、所望する撮像箇所へ例えば光学系ユニット1を図1中に記載のx,y,z軸方向に移動させる装置である。当該駆動部24は、CPU20からの指示によって光学系ユニット1をx,y,z軸方向に駆動する、例えば、3軸駆動型のサーボモータを備える駆動機構で構成されている。なお、本実施例では、光学系ユニット1を動作させるが、例えば測定対象物30が載置される保持テーブル40を直交3軸方向に変動させるようにしてもよい。また、移動軸は2軸以下や存在しなくても良い。
The
以下、本実施例の特徴部分である表面形状測定装置全体で行なわれる処理を図2に示すフローチャートに従って説明する。 Hereinafter, processing performed in the entire surface shape measuring apparatus, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
なお、本実施例では、参照面15を、図1に示すように傾けた場合を例に採って説明する。この場合、撮影画像は図4に示すようになる。なお、本実施例では、説明の簡素化のためにx軸方向の場合を例に採って説明する。
In the present embodiment, the case where the
<ステップS1> 測定データの取得
CPU20は、図示しないステッピングモータなどの駆動系を駆動させて駆動部24が光学ユニット1の測定対象物30の撮像領域に移動させる。撮像位置が決定すると、光学系ユニット1は、照明装置10の光源10Aから照射された光を音響光学フィルタ10Bを通じて波長の異なる複数の単色光λ1、λ2およびλ3を同時に出力する。この複数の単色光は、導光路10Cでまとめられてハーフミラー13に向う。
<Step S <b>1> The measurement
波長の異なる複数の単色光の出力に連動して撮像装置19が作動し、例えば、事例として図1に示す測定対象面の凸部(凹部)30Bを有する測定対象面30Aの撮像を1回行う。この撮像によって取得された測定対象面30Aの複数の単色光ごとの干渉縞の画像データがメモリ21に記憶される。つまり、メモリ21には傾斜姿勢の参照面15での複数の単色光からなる参照光と、測定対象面30Aで反射して戻る複数の単色光からなる反射光とによって生じる複数の単色光ごとの干渉縞の画像データが単色光の異なる波長ごとに記憶される。このとき参照面15で反射する複数の単色光の伝播距離(L1の2倍)は、参照面15での反射位置に基づいて規則的に変動する。
The
したがって、測定対象面30A内の平坦な部分では、測定対象面30Aからの複数の単色光からなる反射光の伝播距離(L2の2倍)は、測定箇所における変動は無いので、撮像装置19によって撮像される画像における複数の単色光からなる干渉縞は参照面15の傾きの向きと角度に応じて撮像面内に空間的に規則的に現れる。この複数の単色光の波長ごとの干渉縞は参照面15からの複数の単色光からなる参照光の伝播距離(L1の2倍)と測定対象面30Aからの複数の単色光からなる反射光の伝播距離(L2の2倍)の差がλ1/2=235nm、λ2/2=280nmおよびλ3/2=300nmなるごとに1周期分現れる。
Accordingly, in the flat portion in the
一方、図1に示されるように、測定対象面30Aの高さあるいは窪みが変動する箇所すなわち、測定対象面の凸部(凹部)30Bでは、複数の単色光の波長ごとの干渉縞がずれた不規則な縞模様として現れる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the interference fringes for each wavelength of a plurality of monochromatic lights are shifted at a portion where the height or depression of the
<ステップS2> 干渉光強度値の取得
CPU20は、メモリ21に記憶した各画素の強度値、すなわち、測定対象面30Aの波長の異なる複数の単色光ごとの干渉光強度値を画像データから取り込む。このとき、測定対象面30Aと測定対象面の凸部(凹部)30Bの高さが変動する図5に示す画素番号255と355近辺で、複数の単色光の波長ごとの干渉縞の空間的な位相が(例えば図5の本実施例ではX軸方向に)ずれた不規則な縞模様として現れる。
<Step S2> The interference light intensity
<ステップS3> 各波長の画素単位での位相φ1、φ2およびφ3の算出
CPU20の位相算出部25は、測定対象面30Aの算出対象の画素における位相を、その画素と当該画素に隣接する画素(本実施例ではX軸方向に隣接する画素)の複数の単色光の波長ごとそれぞれの干渉縞の光強度値を用いて予め決定した計算アルゴリズムを利用して求めてゆく。具体的には、算出対象の画素および当該画素に隣接する画素における干渉縞の光の強度値を干渉縞波形を求める表現式にあてはめて(フィッティング)位相を求める。
<Step S3> Calculation of Phases φ1, φ2, and φ3 in Pixel Units for Each Wavelength The phase calculation unit 25 of the
まず、算出対象の画素における干渉縞の光の強度値は次式(1)のように記載される。
First, the intensity value of the interference fringe light in the pixel to be calculated is described as the following equation (1).
g(x)=a(x)+b(x)cos{2πfx+φ(x)}・・・・(1)
ここで、xは算出対象の画素の位置座標、a(x)は干渉縞波形に含まれる直流成分、b(x)は干渉縞波形に含まれる交流成分(振動成分の振幅であって、以下、適宜に「交流振幅」という)、fは干渉縞g(x)の空間周波数成分、φ(x)は測定対象面30Aの所定画素に対応する算出すべき位相である。なお、算出対象の画素の位置座標は(x、y)の2次元で現されるが、本実施例では説明を簡素化するためy座標を省略して記載する。
g (x) = a (x) + b (x) cos {2πfx + φ (x)} (1)
Here, x is the position coordinate of the pixel to be calculated, a (x) is a direct current component included in the interference fringe waveform, b (x) is an alternating current component (amplitude of vibration component) included in the interference fringe waveform, and (Referred to as “AC amplitude” as appropriate), f is a spatial frequency component of the interference fringe g (x), and φ (x) is a phase to be calculated corresponding to a predetermined pixel on the
次に、隣接する画素については、算出対象の画素からx軸方向に微小距離Δxずれているので、その干渉縞の光の強度値は次式(2)のように表現される。
Next, since adjacent pixels are shifted by a minute distance Δx in the x-axis direction from the pixel to be calculated, the light intensity value of the interference fringes is expressed by the following equation (2).
g(x+Δx)=a(x+Δx)+b(x+Δx)cos{2πf(x+Δx)
+φ(x+Δx)}・・・・・・(2)
ここで、本実施例では、算出対象の画素と隣接する画素とのピッチが微小距離であるので、各画素にまたがる干渉縞に含まれる直流成分、交流振幅、および位相を等しいと仮定し、次式(3)〜(5)の関係式を利用する。
g (x + Δx) = a (x + Δx) + b (x + Δx) cos {2πf (x + Δx)
+ Φ (x + Δx)} (2)
Here, in this embodiment, since the pitch between the pixel to be calculated and the adjacent pixel is a minute distance, it is assumed that the DC component, AC amplitude, and phase included in the interference fringe extending over each pixel are equal, and The relational expressions (3) to (5) are used.
a(x)=a(x+Δx)=a ・・・(3)
b(x)=b(x+Δx)=b ・・・(4)
φ(x)=φ(x+Δx)=φ ・・・(5)
ここで、a、b、φは定数である。
a (x) = a (x + Δx) = a (3)
b (x) = b (x + Δx) = b (4)
φ (x) = φ (x + Δx) = φ (5)
Here, a, b, and φ are constants.
上記(3)〜(5)の関係式のように仮定することにより、式(1)および式(2)は、以下の式(1a)および式(2a)のように置き直すことができる。
g(x)=a+bcos(2πfx+φ) ・・・・・・・・・・・(1a)
g(x+Δx)=a+bcos{2πf(x+Δx)+φ} ・・・(2a)
次に、式(1a)および式(2a)を変形し、次式(6)、(7)を作成する。
G(x)=g(x)−a=bcos{2πfx+φ} ・・・・・・・・・・・(6)
G(x+Δx)=g(x+Δx)−a=bcos{2πf(x+Δx)+φ}・(7)
次に、加法定理により式(6)、(7)を次式(8)、(9)のように変形する。
G(x)=bcos(2πfx+φ)
=b{cos(2πfx)cosφ−sin(2πfx)sinφ}・・・(8)
G(x+Δx)=bcos{2πf(x+Δx)+φ}
=b〔cos{2πf(x+Δx)}cosφ−sin(2πfx+Δx)sinφ〕
・・ ・・・(9)
次に、これら式(8)、(9)を行列式(10)で表わす。
By assuming the relational expressions (3) to (5) above, the expressions (1) and (2) can be replaced as the following expressions (1a) and (2a).
g (x) = a + bcos (2πfx + φ) (1a)
g (x + Δx) = a + bcos {2πf (x + Δx) + φ} (2a)
Next, the equations (1a) and (2a) are modified to create the following equations (6) and (7).
G (x) = g (x) −a = bcos {2πfx + φ} (6)
G (x + Δx) = g (x + Δx) −a = bcos {2πf (x + Δx) + φ} (7)
Next, equations (6) and (7) are transformed into the following equations (8) and (9) by the addition theorem.
G (x) = bcos (2πfx + φ)
= B {cos (2πfx) cosφ−sin (2πfx) sinφ} (8)
G (x + Δx) = bcos {2πf (x + Δx) + φ}
= B [cos {2πf (x + Δx)} cosφ−sin (2πfx + Δx) sinφ]
.... (9)
Next, these equations (8) and (9) are represented by the determinant (10).
ここで、行列(10)の左辺からAの逆行列を掛けて展開することにより、次式(11)、(12)を求める。
Here, the following equations (11) and (12) are obtained by multiplying the left side of the matrix (10) by the inverse matrix of A and expanding.
これら上記式(11)、(12)を利用し、次式(13)を得ることができる。なお、ここで、上記bsinφおよびbcosφのそれぞれをbsinφ=Sおよびbcosφ=Cとし、さらにtanφ=S/Cとすると、
φ=arctan{S/C}+n’π・・・・・・・・(13)
となる。なお、n’は、整数である。
By using these equations (11) and (12), the following equation (13) can be obtained. Here, if each of bsinφ and bcosφ is bsinφ = S and bcosφ = C, and tanφ = S / C,
φ = arctan {S / C} + n′π (13)
It becomes. Note that n ′ is an integer.
ここで、CPU20は、さらに符号判定部26を備え、この符号判定部26がsinφとcosφの符号情報を参照する。この符号情報を用いると、sinφとcosφの符号の組み合わせから、φの存在範囲をπから2πに拡張できることになる。図6は、式(13)に示されるような、sinφとcosφの符号情報を参照してφの範囲を特定するための具体的な図である。よって、sinφとcosφの符号情報を用いれば式(13)は次式(14)で表わすことができる。
Here, the
φ=arctan{S/C}+2nπ・・・・・・・・(14)
となる。なお、nは、整数である。
φ = arctan {S / C} + 2nπ (14)
It becomes. Note that n is an integer.
よって、G(x)と干渉縞波形の空間周波数fが既知であるならば式(14)によって位相φを求めることができる。G(x)は画素の輝度情報g(x)およびg(x+Δx)と干渉縞波形の直流成分aからなるので、結局g(x)およびg(x+Δx)、干渉縞波形の直流成分a、干渉縞波形の空間周波数fが既知であるならば式(14)によってφを求めることができる。すなわち、波長λ1、λ2およびλ3の場合のそれぞれの位相φ1、φ2およびφ3を上記演算式を利用して求める。 Therefore, if G (x) and the spatial frequency f of the interference fringe waveform are known, the phase φ can be obtained by Expression (14). G (x) is composed of the luminance information g (x) and g (x + Δx) of the pixel and the direct current component a of the interference fringe waveform, so that g (x) and g (x + Δx), the direct current component a of the interference fringe waveform, interference If the spatial frequency f of the fringe waveform is known, φ can be obtained by the equation (14). That is, the respective phases φ 1 , φ 2, and φ 3 for the wavelengths λ 1 , λ 2, and λ 3 are obtained using the above arithmetic expressions.
g(x)およびg(x+Δx)は撮像装置19の画素の輝度情報として得ることができる。
g (x) and g (x + Δx) can be obtained as luminance information of the pixels of the
干渉縞波形の直流成分aは例えば、撮像装置19で観測された全画素の輝度の平均値とする方法、位相算出対象画素の近傍画素の平均値とする方法、あるいは予め反射率を測定する方法等で求めることができる。
The DC component a of the interference fringe waveform is, for example, a method of setting an average value of luminance of all pixels observed by the
また、干渉縞波形の空間周波数fは例えば、参照面15の設置角度から求める方法、予め測定対象物30として平坦面を観察した場合の干渉縞波形の画面内の干渉縞本数から求める方法等で求めることができる。
Further, the spatial frequency f of the interference fringe waveform is obtained, for example, by a method of obtaining from the installation angle of the
<ステップS4> 各波長の画素単位での表面高さz1、z2およびz3算出
CPU20は、上記式(14)から波長λ1、λ2およびλ3ごとに算出された算出対象の画素の位相φ1(x)、φ2(x)およびφ3(x)を式(15)に代入してそれぞれの高さz1(x)、z2(x)およびz3(x)を求める。
z(x)=[φ(x)/4π]λ+z0・・・・(15)
なお、z0は測定対象物30の基準高さである。
<Step S4> The surface height z 1 , z 2, and z 3 calculation CPU 20 for each wavelength of the pixel unit is a calculation target pixel calculated for each of the wavelengths λ 1 , λ 2, and λ 3 from the above equation (14). Phase φ 1 (x), φ 2 (x) and φ 3 (x) are substituted into equation (15), and the respective heights z 1 (x), z 2 (x) and z 3 (x) are substituted. Ask.
z (x) = [φ (x) / 4π] λ + z 0 ... (15)
Note that z 0 is the reference height of the
ここで、波長をλとした場合、λ/2の範囲ごとに次数nの異なる表面高さの解の候補値群が存在する。したがって、本実施例のように3波長λ1、λ2およびλ3を利用したときの表面高さの解の候補値群は、両候補値群のλ1/2、λ2/2およびλ3/2の最小公倍数の範囲ごとに周期的に存在する。 Here, when the wavelength is λ, there are candidate value groups of solutions having different surface heights of different orders n for each range of λ / 2. Thus, three wavelengths lambda 1, lambda 2 and lambda 3 candidate value group of the solution of the surface height when using as in the present embodiment, lambda 1/2 of the two candidate values group, lambda 2/2 and lambda periodically exists for each range of 3/2 least common multiple.
求めるべき表面高さは1つだけなので、全候補値群から共通する高さを実高さとして求める。すなわち、各候補値群で求めた表面高さの解の候補値のうち、互いに最も近い高さを実高さとする。 Since there is only one surface height to be obtained, a common height is obtained as an actual height from all candidate value groups. That is, among the candidate values of the surface height solution obtained for each candidate value group, the closest height is defined as the actual height.
例えば、周期的に存在する波長λ1の解の候補値群が図7(a)に、波長λ2の解の候補値群が図7(b)におよび波長λ3の解候補値群が図7(c)のようになる。ここで、図1に示す測定対象物30の低部である測定対象面30Aに相当する部分がX軸画素番号の0〜254までと、356〜512までとなり、測定対象面の凸部(凹部)30Bが中央のX軸画素番号255〜355までとなる。そこで、画素ごとに両候補値群を比較し、表面高さが略一致するものを抽出して行く。すなわち、一方の低部である測定対象面30Aは、波長λ1の次数n1=0の高さz1と波長λ2の次数n2=0の高さz2および波長λ3の次数n3=0の高さz3とが一致するので、この値を実高さとする。他方の測定対象面の凸部(凹部)30Bは、波長λ1の次数n1=16の高さz1と波長λ2の次数n2=13の高さz2および波長λ3の次数n3=12の高さz3とが略一致するので、この値を実高さとする。
For example, a group of candidate values for a wavelength λ 1 that exists periodically is shown in FIG. 7A, a group of candidate values for a solution of wavelength λ 2 is shown in FIG. 7B, and a solution candidate value group of a wavelength λ 3 is As shown in FIG. Here, the portions corresponding to the
すなわち、この原理に基づいて波長λ1、λ2およびλ3で測定した位相φ1(x)、φ2(x)およびφ3(x)から、次式(15a)、(15b)および(15c)によりそれぞれの表面高さを求める。
z1(x)=[φ1(x)/2π+n1]・(λ1/2)・・・・・・・ ・・・(15a)
z2(x)=[φ2(x)/2π+n2]・(λ2/2) ・・・・・・・・・・(15b)
z3(x)=[φ3(x)/2π+n3]・(λ3/2) ・・・・・・・・・(15c)
<ステップS5> 画素単位の実高さZを算出
さらに、上記3式を利用して、z1、z2とz3とのお互いの差が最小になるn1、n2およびn3とを求め、それを上記3式に代入して求まるz1、z2とz3のいずれかを実高さZとする。
または、z1,z2とZ3との平均値を実高さZとしても良い。
That is, from the phases φ 1 (x), φ 2 (x) and φ 3 (x) measured at wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 based on this principle, the following equations (15a), (15b) and ( Each surface height is obtained by 15c).
z 1 (x) = [φ 1 (x) / 2π + n 1] · (
z 2 (x) = [φ 2 (x) / 2π + n 2] · (
z 3 (x) = [φ 3 (x) / 2π + n 3] · (
<Step S5> further calculates the actual height Z of the pixel, using the above three equations, and n 1, n 2 and n 3 the difference each other and
Or,
<ステップS6> 全画素について算出終了?
CPU20は、全ての画素について位相と高さの算出が終了するまで、ステップS3〜S6の処理を繰り返し行い、位相と表面高さを求める。
<Step S6> Completion of calculation for all pixels?
CPU20 repeats the process of step S3-S6 until the calculation of a phase and height is complete | finished about all the pixels, and calculates | requires a phase and surface height.
<ステップS7> 表面形状の表示
CPU20の画像データ作成部27は、算出された実表面高さの情報から測定対象面30A、測定対象面の凸部(凹部)30Bの表示画像を作成する。そして、CPU20は、この画像データ作成部27によって作成された情報に基づいて、図8に示すように、モニタ23に測定対象物30の表面高さの情報を表示したり、それら各特定箇所の高さの情報に基づいた3次元または2次元の画像を表示したりする。操作者は、これらの表示を観察することで、測定対象面30Aの表面にある測定対象面の凸部(凹部)30Bの形状を把握することができる。以上により、測定対象面30Aの表面形状の測定処理が終了する。
<Step S7> The image
上述のように、撮像装置19で撮像した画像データから画素ごとの干渉縞の光の強度値と、その近傍の複数画素の強度値を算出する過程で、各画素の干渉縞波形に含まれる直流成分a(x)、交流振幅b(x)、および位相φ(x)のそれぞれが各画素について等しいと仮定して連立比較することにより、各画素における干渉縞の直流成分と交流振幅をキャンセルすることができる。
As described above, in the process of calculating the intensity value of the interference fringe light for each pixel and the intensity values of a plurality of neighboring pixels from the image data captured by the
したがって、ローパスフィルタを利用することなしに測定対象面30Aの表面高さを測定することができるので、図8に示すように、測定対象面30Aの急峻なエッジ部分の表面高さを精度よく求めることができる。その結果、測定対象面30Aの表面形状を精度よく測定することができる。
Therefore, since the surface height of the
また、求めた位相から測定対象物30の表面高さの候補値群を波長の異なる複数の単色光ごとに求め、さらに各候補群から共通する高さを実際の高さとして求めるので、単一の位相から表面高さを求めるよりも広い候補範囲から実高さを求めることになるので、より精度良く求めることができる。また、使用する波長の組み合わせによって測定できる高さの上限を高くできる。例えば、波長λ1、λ2およびλ3の差を小さくすれば、より高い凹凸段差を検出することができる。
Further, a candidate value group of the surface height of the
また、位相から測定対象物30の表面高さを求めるので、表面の凹凸状態の判別もできる。
Moreover, since the surface height of the measuring
さらに、同時に出力した波長の異なる複数の単色光からなる反射光を同時に検出して測定対象物30の表面高さと表面形状を測定することができるので、作業効率の向上を図ることができる。以上で、図2の表面形状測定装置における処理を示すフローチャートの説明を完了する。
Furthermore, since the reflected light composed of a plurality of monochromatic lights having different wavelengths output at the same time can be detected at the same time, the surface height and the surface shape of the measuring
次に、本発明では上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。
一つには、上記実施例では、照明装置10の光源10Aからの白色光を音響光学フィルタ10Bに入射することで波長の異なる複数の単色光を抽出し、導光路10Cに入射しているが、これを光源10Aからの白色光を直接導光路10Cに入射し、白色光の参照光と白色光の測定光とがまとめられた白色光の干渉光が撮像装置19に入射する光路上に音響光学フィルタ10Bを設置して波長の異なる複数の単色光からなる干渉光を複数の単色光ごとに抽出する光学手段を配備してもよい。
Next, the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be modified as follows.
For example, in the above-described embodiment, white light from the
ところで、上述の図2の表面形状測定装置を用いた処理を示すフローチャートの説明では、測定対象面30Aに対し、照明装置10の光源10Aからの白色光を音響光学フィルタ10Bおよび導光路10Cを通して照射しているが、本願での特徴である音響光学フィルタ10Bを用いることによる各用いる波長の異なる複数の単色光の波長を任意に設定可能であるという機能を活用した事例を以下に説明する。
By the way, in the description of the flowchart showing the processing using the surface shape measuring device of FIG. 2 described above, the white light from the
表面形状測定をおこなう測定対象物30には、多くの光学特性を保有するものがある。例えば、測定対象面30Aに照明装置10を用いて照射し、撮像装置19を用いて撮像する段階で、当該測定対象面30Aの色によっては、当該測定対象面30Aが特定波長の単色光の照射光を吸収してしまう特性を有する場合があり、測定に用いる単色光の波長を最適の波長に変更したい場合を生じる。また他の例として、測定対象面30Aに透明薄膜がある場合はその光学膜厚によっては、特定波長の単色光の照射光を吸収してしまう特性を有する場合があり、測定で照射に用いる単色光の波長を最適の波長に変更したい場合を生じる。
Some measurement objects 30 that perform surface shape measurement have many optical characteristics. For example, at the stage of irradiating the
それらの場合、表面測定の開始前に、測定対象面30Aに対し、事前にあらかじめ単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面30Aに対して最適な波長の異なる単色光を複数選択し、表面形状測定をおこなう。この時、当該波長の切り替えについては、音響光学フィルタ10Bを採用したことによって、容易に変更することができる。
In those cases, before the start of the surface measurement, the
具体的には、測定対象面30Aに透明薄膜がある場合、図9に示すように、照射光の波長の変化に伴い、反射率が変動する現象がある。従い、上述の様に、照射すべき単色光の波長は、反射率の高い単色光の波長を選択する必要がある。例えば、前記図2のフローチャートの説明に沿って選択した、3種の単色光の波長(前述の場合、λ1=470nm、λ2=560nmおよびλ3=600nmを選択した。)の場合も測定対象面30Aによっては、図9のグラフの縦軸の反射率が低い箇所の波長であった場合、上記λ1、λ2あるいはλ3の波長を該反射率の高い部分になるように単色光の波長をずらせて測定した方が精度良い表面形状測定ができる。その様な、事こまかな対応について、図1に示す照明装置10に用いる単色光の波長が自在に変更できる音響光学フィルタ10Bを適用した本願発明の構成の表面形状測定装置では可能である。
Specifically, when there is a transparent thin film on the
1・・・光学系ユニット
2・・・制御系ユニット
10・・照明装置
10A・光源
10B・音響光学フィルタ
10C・導光路
101・二酸化テレル結晶
102・吸音材
103・トランスデューサ
104・発振器
105・波長の異なる複数の横波超音波
106・広帯域な波長を有する光
107・非選択光
108・波長の異なる複数の単色光
11・・コリメートレンズ
13・・ハーフミラー
14・・対物レンズ
15・・参照面
17・・ビームスプリッタ
18・・結像レンズ
19・・撮像装置
20・・CPU
21・・メモリ
22・・入力部
23・・モニタ
24・・駆動部
25・・位相算出部
26・・符号判定部
27・・画像データ作成部
30・・測定対象物
30A・測定対象面
30B・測定対象面の凸部(凹部)
40・・保持テーブル
DESCRIPTION OF
107 ・ Non-selection light 108 ・ Multiple monochromatic lights 11 with different wavelengths ・
21 ·· Memory 22 · ·
40 ・ ・ Holding table
Claims (4)
前記照射手段が、広帯域な波長特性を有する照射光から、音響光学フィルタを用いて任意の波長の異なる単色光を複数抽出し、同時に混在して照射する照射手段からなることを特徴とする表面形状測定方法。 Based on the intensity value of interference fringes generated by reflected light that irradiates the measurement target surface and the reference surface with a plurality of monochromatic lights having different wavelengths through the irradiation means, reflects from both the measurement target surface and the reference surface, and returns on the same optical path In the surface shape measuring method for obtaining the surface height and surface shape of the measurement target surface,
Surface shape characterized in that the irradiating means comprises irradiating means for extracting a plurality of monochromatic lights having different wavelengths from an irradiating light having a broadband wavelength characteristic by using an acousto-optic filter and simultaneously irradiating them. Measuring method.
事前に、測定対象面上に単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面に対して最適な波長の単色光を複数選択し、それらを照射して、表面形状測定をおこなうことを特徴とする表面形状測定方法。 In the surface shape measuring method according to claim 1,
Irradiate while scanning the wavelength of monochromatic light on the surface to be measured in advance, and use the resulting measurement results of the reflected intensity of each monochromatic light to select multiple monochromatic lights with the optimal wavelength for the surface to be measured And measuring the surface shape by irradiating them.
前記照射手段が、広帯域な波長特性を有する照射光から、音響光学フィルタを用いて任意の波長の異なる単色光を複数抽出し、同時に混在して照射する照射手段からなることを特徴とする表面形状測定装置。 Based on the intensity value of interference fringes generated by reflected light that irradiates the measurement target surface and the reference surface with a plurality of monochromatic lights having different wavelengths through the irradiation means, reflects from both the measurement target surface and the reference surface, and returns on the same optical path In the surface shape measuring device for determining the surface height and surface shape of the measurement target surface,
Surface shape characterized in that the irradiating means comprises irradiating means for extracting a plurality of monochromatic lights having different wavelengths from an irradiating light having a broadband wavelength characteristic by using an acousto-optic filter and simultaneously irradiating them. measuring device.
事前に、測定対象面上に単色光の波長をスキャンしながら照射し、得られる各単色光の反射強度の測定結果を用いて、その測定対象面に対して最適な波長の単色光を複数選択し、それらを照射して、表面形状測定をおこなうように構成したことを特徴とする表面形状測定装置。 In the surface shape measuring apparatus according to claim 3,
Irradiate while scanning the wavelength of monochromatic light on the surface to be measured in advance, and use the resulting measurement results of the reflected intensity of each monochromatic light to select multiple monochromatic lights with the optimal wavelength for the surface to be measured And a surface shape measuring apparatus configured to perform surface shape measurement by irradiating them.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011183722A JP2013044669A (en) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | Method and device for measuring surface shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011183722A JP2013044669A (en) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | Method and device for measuring surface shape |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013044669A true JP2013044669A (en) | 2013-03-04 |
Family
ID=48008688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011183722A Withdrawn JP2013044669A (en) | 2011-08-25 | 2011-08-25 | Method and device for measuring surface shape |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013044669A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107515051A (en) * | 2017-07-20 | 2017-12-26 | 武汉科技大学 | Wavelength measurement method and system based on acousto-optic effect |
-
2011
- 2011-08-25 JP JP2011183722A patent/JP2013044669A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107515051A (en) * | 2017-07-20 | 2017-12-26 | 武汉科技大学 | Wavelength measurement method and system based on acousto-optic effect |
| CN107515051B (en) * | 2017-07-20 | 2020-11-03 | 武汉科技大学 | Wavelength measuring method and system based on acousto-optic effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4885154B2 (en) | Method for measuring surface shape by multiple wavelengths and apparatus using the same | |
| JP4710078B2 (en) | Surface shape measuring method and apparatus using the same | |
| US10739272B2 (en) | Inspection system and inspection method | |
| US9568304B2 (en) | Image sequence and evaluation method and system for structured illumination microscopy | |
| JP5385703B2 (en) | Inspection device, inspection method, and inspection program | |
| JP2011107140A (en) | Apparatus and method for determining height map of surface of object | |
| JP5770495B2 (en) | Shape measuring device and lattice projection device | |
| JP5514641B2 (en) | Laser interference bump measuring instrument | |
| JP2005189069A (en) | Surface shape measuring method and surface shape measuring apparatus | |
| JP6025411B2 (en) | Shape measuring apparatus and shape measuring method | |
| JP7001947B2 (en) | Surface shape measurement method | |
| JP2013068489A (en) | Surface profiling method using multiple wavelengths and apparatus using the same | |
| JP6047427B2 (en) | Method for measuring film shape of thin film | |
| JP5701159B2 (en) | Method and apparatus for measuring surface shape by fitting interference fringe model | |
| JP7452121B2 (en) | Inspection equipment and inspection method | |
| JP2013044669A (en) | Method and device for measuring surface shape | |
| JP2010060420A (en) | Surface shape and/or film thickness measuring method and its system | |
| US20170069110A1 (en) | Shape measuring method | |
| JP2010185844A (en) | Surface profile measuring method, and apparatus using the same | |
| JP2009074867A (en) | Measuring device and measuring method thereof | |
| Van Wolputte et al. | Embedded line scan image sensors: The low cost alternative for high speed imaging | |
| JP2006105942A (en) | 3D shape measuring method and 3D shape measuring apparatus | |
| JP7667412B2 (en) | Surface profile measuring method and surface profile measuring device | |
| JP2005069942A (en) | Measurement method and apparatus by phase shift method | |
| JP7332417B2 (en) | Measuring device and measuring method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20141104 |