JP2022030998A - White interference microscope - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示する技術は、白色干渉顕微鏡に関する。 The technique disclosed herein relates to a white interference microscope.
例えば特許文献1には、白色干渉の原理を用いた形状測定装置が開示されている。具体的に、この特許文献1に開示されている形状測定装置は、白色光を測定光と参照光とに分岐させた上で、分岐させた各々を干渉させた干渉光を生成する干渉部と、その干渉光に起因する干渉縞に基づいて、測定対象物の表面形状データを取得する表面形状取得部と、を備える。
For example,
白色干渉の原理を用いて測定する場合、測定対象物が傾いていると、得られる干渉縞が密となって測定精度が悪化したり、Z軸方向への移動回数が増えて測定時間が長くなったりするという問題がある。そこで、白色干渉の原理を用いて測定を行う前には、測定対象物の傾きを補正することが一般に行われている。 When measuring using the principle of white interference, if the object to be measured is tilted, the obtained interference fringes become dense and the measurement accuracy deteriorates, or the number of movements in the Z-axis direction increases and the measurement time becomes long. There is a problem of becoming. Therefore, it is generally performed to correct the inclination of the object to be measured before performing the measurement using the principle of white interference.
測定対象物の傾きを自動的に補正するためには、測定対象物の傾きを検出し、ステージを電動で傾斜させる電動傾斜ステージが必要になる。しかし、電動傾斜ステージは、一般的な電動ステージ(例えば、XYZ方向に電動で移動するもの)と比べると高価であり、駆動機構も複雑になる。一方、ユーザが干渉縞画像を見ながら、傾斜方向へのステージ移動を手動で操作することも考えられるが、どの方向に、どの程度の操作をすれば傾きが解消されるか、干渉縞画像から判断することは困難である。 In order to automatically correct the tilt of the object to be measured, an electric tilt stage that detects the tilt of the object to be measured and electrically tilts the stage is required. However, the electric tilt stage is more expensive than a general electric stage (for example, one that moves electrically in the XYZ direction), and the drive mechanism is also complicated. On the other hand, it is conceivable that the user manually operates the stage movement in the tilting direction while viewing the interference fringe image, but in which direction and how much operation should be performed to eliminate the tilt, from the interference fringe image. It is difficult to judge.
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動傾斜ステージを用いずとも、測定対象物の傾きを容易に補正できるようにすることにある。 The technique disclosed herein has been made in view of this point, and an object thereof is to make it possible to easily correct the inclination of the object to be measured without using an electric inclination stage.
本開示の第1の態様は、白色干渉法を用いて測定対象物の表面形状を測定する白色干渉顕微鏡に係る。この白色干渉顕微鏡は、前記測定対象物を載置するためのステージと、前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、前記ステージの上面に直交する方向と、前記対物レンズの光軸に沿う方向と、がなす角度を調整するように操作可能な調整部材と、前記白色光源から照射された白色光を、所定の参照面に向かう参照光と、前記対物レンズを介して前記測定対象物に向かう測定光と、に分岐させる分岐光学系と、前記参照面によって反射された参照光と、前記測定対象物によって反射された測定光と、を受光して干渉画像を撮像する撮像部と、前記対物レンズに対する前記ステージの相対的な高さ位置を変化させる駆動部と、前記駆動部および前記撮像部を制御することで、前記ステージの相対的な高さ位置を互いに異ならせた複数の干渉画像を撮像するとともに、該複数の干渉画像に基づいて、前記対物レンズの光軸に対する前記測定対象物の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部によって算出された傾きに基づいて、該傾きを補正するための前記調整部材の操作量を算出する操作量変換部と、前記操作量変換部によって算出された操作量を表示するように制御する表示制御部と、を備える。 The first aspect of the present disclosure relates to a white interference microscope that measures the surface shape of an object to be measured by using a white interferometry method. This white interference microscope includes a stage for mounting the measurement object, a white light source for irradiating the measurement object placed on the stage with white light through an objective lens, and the stage. An adjusting member that can be operated to adjust the angle formed by the direction orthogonal to the upper surface and the direction along the optical axis of the objective lens, and the white light emitted from the white light source toward a predetermined reference surface. A branching optical system that branches into a reference light, a measurement light directed to the measurement object via the objective lens, a reference light reflected by the reference surface, and a measurement light reflected by the measurement object. By controlling the image pickup unit that receives light and captures an interference image, the drive unit that changes the relative height position of the stage with respect to the objective lens, and the drive unit and the image pickup unit, the stage A tilt calculation unit that captures a plurality of interference images having different relative height positions and calculates the tilt of the measurement object with respect to the optical axis of the objective lens based on the plurality of interference images. The operation amount conversion unit that calculates the operation amount of the adjusting member for correcting the inclination based on the inclination calculated by the inclination calculation unit and the operation amount calculated by the operation amount conversion unit are displayed. It is provided with a display control unit for controlling the light.
ここで、「測定対象物の傾き」の語は、傾きの方向(傾斜角の方向)と、傾きの大きさ(傾斜角の大きさ)と、を総称した概念を指す。 Here, the term "tilt of the object to be measured" refers to a concept that collectively refers to the direction of inclination (direction of inclination angle) and the magnitude of inclination (magnitude of inclination angle).
前記第1の態様によると、前記白色干渉顕微鏡は、参照光と干渉光との干渉を反映した干渉画像を撮像することで、白色干渉の原理(白色干渉法)に基づいて測定対象物の表面形状を測定することができる。 According to the first aspect, the white interference microscope captures an interference image reflecting the interference between the reference light and the interference light, and is based on the principle of white interference (white interference method) on the surface of the object to be measured. The shape can be measured.
ここで、白色干渉法を用いた測定には、測定対象物の傾きを可能な限り補正することが求められるものの、自動で補正する構成、および、手動で補正する構成の双方に短所が存在する。 Here, although the measurement using the white interferometry is required to correct the inclination of the object to be measured as much as possible, there are disadvantages in both the automatic correction configuration and the manual correction configuration. ..
対して、前記第1の態様に係る白色干渉顕微鏡は、測定対象物の傾きを補正するために、外部から操作可能な調整部材を備えている。この白色干渉顕微鏡はまた、干渉画像を利用することで測定対象物の傾きを算出するとともに、その傾きが補正されるように、調整部材に施されるべき操作量を算出する。そうして算出された操作量は、表示制御部によってディスプレイ等に表示される。ユーザは、表示された操作量を視認することで、調整部材を操作して傾きを補正することができる。 On the other hand, the white interference microscope according to the first aspect includes an adjusting member that can be operated from the outside in order to correct the inclination of the object to be measured. This white interference microscope also calculates the inclination of the object to be measured by using the interference image, and also calculates the amount of operation to be performed on the adjusting member so that the inclination is corrected. The operation amount calculated in this way is displayed on a display or the like by the display control unit. The user can operate the adjusting member to correct the inclination by visually recognizing the displayed operation amount.
したがって、前記第1の態様によると、測定対象物の傾きの算出と、その傾きに見合う操作量の算出とについては、白色干渉顕微鏡が自動的に行う。これにより、自動での補正と同様に、作業効率、精度等に優れた補正を実現することができる。 Therefore, according to the first aspect, the white interference microscope automatically calculates the inclination of the object to be measured and the operation amount corresponding to the inclination. As a result, it is possible to realize a correction having excellent work efficiency, accuracy, and the like, as in the case of automatic correction.
一方、算出された操作量をユーザに視認させることで、調整部材に対する操作については、ユーザ自らが行うことになる。これにより、前述の電動傾斜ステージと比較して、安価かつコンパクトな構成を実現することができる。なお、ここでいう「手動」の語には、レンチによる操作等、各種ツールを用いた操作も含まれる。 On the other hand, by making the user visually recognize the calculated operation amount, the user himself / herself will perform the operation on the adjusting member. As a result, it is possible to realize an inexpensive and compact configuration as compared with the above-mentioned electric tilting stage. The term "manual" here includes operations using various tools such as operations using a wrench.
このように、本願発明者らは、自動補正および手動補正それぞれの要素を組み合わせた「半自動」的な補正を実現する構成を新たに創作した。これにより、これまでは相反する構成とされてきた、ステージの傾きを手動で補正する構成の長所と、自動で補正する構成の長所と、を両立することが可能になる。本開示によれば、電動傾斜ステージを用いずとも、測定対象物の傾きを容易に補正することができる。 In this way, the inventors of the present application have newly created a configuration that realizes "semi-automatic" correction by combining the elements of automatic correction and manual correction. This makes it possible to achieve both the advantages of the configuration that manually corrects the tilt of the stage, which has been considered to be contradictory, and the advantages of the configuration that automatically corrects the tilt. According to the present disclosure, the tilt of the object to be measured can be easily corrected without using the electric tilt stage.
また、本開示の第2の態様によれば、前記白色干渉顕微鏡は、前記駆動部を制御することで、前記ステージの相対的な高さ位置を複数の異なる高さ位置に変更するとともに、変更された各高さ位置において前記撮像部により撮像された複数の干渉画像に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する測定部を備え、前記ステージの相対的な高さ位置を変化させるときの各高さ位置同士の間隔は、前記傾き算出部が前記測定対象物の傾きを算出する場合には、前記測定部が前記測定対象物の表面形状を測定する場合に比して広く設定される、としてもよい。 Further, according to the second aspect of the present disclosure, the white interference microscope changes the relative height position of the stage to a plurality of different height positions by controlling the driving unit, and changes the height position. When a measuring unit for measuring the surface shape of the object to be measured is provided based on a plurality of interference images captured by the imaging unit at each height position, and the relative height position of the stage is changed. The distance between the height positions of the above is set wider when the inclination calculation unit calculates the inclination of the measurement object than when the measurement unit measures the surface shape of the measurement object. May be.
測定対象物の傾きを算出する場合には、表面形状の測定する場合に比して、測定等に用いる高さ位置同士の間隔(高さ方向のピッチ幅)を相対的に広くすることが許容されると考えられる。 When calculating the inclination of the object to be measured, it is permissible to make the distance between the height positions used for measurement (pitch width in the height direction) relatively wider than when measuring the surface shape. It is thought that it will be done.
前記第2の態様によると、白色干渉法を用いて傾きを算出する場合には、表面形状を測定する場合に比して、高さ方向のピッチを相対的に粗く設定する。このように設定することで、測定対象物の傾きをより高速で算出することができるようになる。 According to the second aspect, when the inclination is calculated by using the white interferometry, the pitch in the height direction is set relatively coarse as compared with the case where the surface shape is measured. By setting in this way, the inclination of the object to be measured can be calculated at a higher speed.
また、本開示の第3の態様によれば、前記測定対象物の表面領域のうち、前記撮像部によって撮像されて前記干渉画像をなす領域の大きさは、前記傾き算出部が前記測定対象物の傾きを算出する場合には、前記測定部が前記測定対象物の表面形状を測定する場合に比して小さく設定される、としてもよい。 Further, according to the third aspect of the present disclosure, the size of the region of the surface region of the measurement object that is imaged by the imaging unit to form the interference image is such that the inclination calculation unit determines the measurement object. In the case of calculating the inclination of, the measuring unit may be set to be smaller than in the case of measuring the surface shape of the object to be measured.
前記第3の態様によると、白色干渉法を用いて傾きを算出する場合には、表面形状を測定する場合に比して、干渉画像のサイズを相対的に小さく設定する。このように設定することで、測定対象物の傾きをより高速で算出することができるようになる。 According to the third aspect, when the inclination is calculated by using the white interferometry, the size of the interference image is set to be relatively small as compared with the case where the surface shape is measured. By setting in this way, the inclination of the object to be measured can be calculated at a higher speed.
また、本開示の第4の態様によれば、前記傾き算出部は、前記複数の干渉画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するとともに、該表面形状に基づいて、前記対物レンズの光軸に対する前記測定対象物の傾きを算出する、としてもよい。 Further, according to the fourth aspect of the present disclosure, the inclination calculation unit measures the surface shape of the object to be measured based on the plurality of interference images, and the tilt calculation unit of the objective lens is based on the surface shape. The inclination of the object to be measured with respect to the optical axis may be calculated.
前記第4の態様によると、傾き算出部は、前記測定部等を介して表面形状を測定し、その測定結果に基づいて傾きを算出する。このように、白色干渉顕微鏡としての基本機能を流用することで、部品点数をいたずらに増やすことなく、傾きを適切に算出することができるようになる。 According to the fourth aspect, the inclination calculation unit measures the surface shape via the measurement unit or the like, and calculates the inclination based on the measurement result. In this way, by diverting the basic function as a white interference microscope, it becomes possible to appropriately calculate the inclination without unnecessarily increasing the number of parts.
また、本開示の第5の態様によれば、前記傾き算出部は、前記傾き算出部は、前記複数の干渉画像に基づいて、各干渉画像中の干渉縞の形態変化を判定し、該判定結果に基づいて、前記対物レンズの光軸に対する前記測定対象物の傾きを算出する、としてもよい。 Further, according to the fifth aspect of the present disclosure, the inclination calculation unit determines the morphological change of the interference fringes in each interference image based on the plurality of interference images, and the determination is made. Based on the result, the inclination of the object to be measured with respect to the optical axis of the objective lens may be calculated.
ここで、「干渉縞の形態変化」の語には、干渉縞の縞模様の本数の変化、各縞模様の向きの変化、各縞模様の移動方向等が含まれる。 Here, the term "morphological change of interference fringes" includes a change in the number of stripe patterns of interference fringes, a change in the direction of each fringe pattern, a movement direction of each fringe pattern, and the like.
前記第5の態様によると、傾き算出部は、縞模様の移動方向等に基づいて、測定対象物の傾きを算出する。この構成によれば、測定対象物の表面形状を算出せずとも、より速やかに傾きを算出することができる。 According to the fifth aspect, the inclination calculation unit calculates the inclination of the object to be measured based on the moving direction of the striped pattern and the like. According to this configuration, the inclination can be calculated more quickly without calculating the surface shape of the object to be measured.
また、本開示の第6の態様によれば、前記白色干渉顕微鏡は、前記傾き算出部によって算出される傾きと、前記調整部材の操作量と、の対応関係を記憶する記憶部を備え、
前記操作量変換部は、前記記憶部における記憶内容に基づいて、前記調整部材の操作量を算出する、としてもよい。
Further, according to the sixth aspect of the present disclosure, the white interference microscope includes a storage unit that stores a correspondence relationship between the inclination calculated by the inclination calculation unit and the operation amount of the adjustment member.
The operation amount conversion unit may calculate the operation amount of the adjustment member based on the storage content in the storage unit.
ここで、記憶部は、傾きと操作量とを一対一で直に対応付けて記憶してもよいし、他のパラメータを介して間接的に対応付けて記憶してもよい。 Here, the storage unit may directly associate the inclination with the manipulated variable on a one-to-one basis and store it, or may indirectly associate and store the inclination and the manipulated variable via other parameters.
前記第6の態様によると、傾き算出部の算出結果に対応した操作量を予め記憶させておくことで、操作量の算出をより速やかに行うことができるようになる。 According to the sixth aspect, by storing the operation amount corresponding to the calculation result of the inclination calculation unit in advance, the operation amount can be calculated more quickly.
また、本開示の第7の態様によれば、前記調整部材は、前記ステージの上面を、該上面に沿って延びる第1の回転軸まわりに回転させる第1の調整ツマミと、前記ステージの上面を、該上面に沿って延びかつ前記第1の回転軸に直交する第2の回転軸まわりに回転させる第2の調整ツマミと、有し、前記操作量変換部は、前記調整部材の操作量として、前記第1および第2の調整ツマミそれぞれの操作量を算出する、としてもよい。 Further, according to the seventh aspect of the present disclosure, the adjusting member includes a first adjusting knob that rotates the upper surface of the stage around a first rotation axis extending along the upper surface, and an upper surface of the stage. The operation amount conversion unit has an operation amount of the adjustment member. The operation amount of each of the first and second adjustment knobs may be calculated.
前記第7の態様によると、ステージの上面の姿勢を変更することで、その上面に載置された測定対象物の傾きを補正することができるようになる。ここで、測定対象物の傾きは2自由度系となるから、第1の調整ツマミと、第2の調整ツマミと、を設けることで、測定対象物の傾きを確実に補正することができる。 According to the seventh aspect, by changing the posture of the upper surface of the stage, the inclination of the measurement object placed on the upper surface can be corrected. Here, since the inclination of the object to be measured has a two-degree-of-freedom system, the inclination of the object to be measured can be reliably corrected by providing the first adjustment knob and the second adjustment knob.
以上説明したように、本開示によれば、電動傾斜ステージを用いずとも、測定対象物の傾きを容易に補正することができる。 As described above, according to the present disclosure, the inclination of the object to be measured can be easily corrected without using the electric inclination stage.
以下、本開示の実施形態に係る白色干渉顕微鏡1のシステム構成を例示する模式図である。図1に例示される白色干渉顕微鏡1は、観察対象物および測定対象物としてのサンプルSPを拡大して観察可能にするとともに、該サンプルSPの表面形状(三次元形状)を測定するための装置である。
The following is a schematic diagram illustrating the system configuration of the
白色干渉顕微鏡1は、白色光を用いた2光束干渉計として構成される。すなわち、この白色干渉顕微鏡1は、サンプルSPの表面形状を測定する際に、白色光の2光束干渉を利用した白色干渉法を実施することができる。特に、本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、白色光を同軸落射照明として用いることで、これをサンプルSPの観察にも利用することができる。
The
白色干渉顕微鏡1はまた、サンプルSPの測定に際し、レーザ光を利用したレーザ共焦点法も実施することができ、ユーザのニーズに応じて、白色干渉法による測定と、レーザ共焦点法による測定と、を使い分けることができる。
The
白色干渉顕微鏡1は、その観察機能に着目した場合、拡大観察装置と呼称したり、単に顕微鏡と呼称したり、デジタルマイクロスコープと呼称したりすることができる一方、その測定機能に着目した場合、三次元形状測定装置と呼称したり、表面形状測定装置と呼称したりすることもできる。白色干渉顕微鏡1はまた、その測定原理に着目した場合、白色干渉計と呼称したり、レーザ共焦点顕微鏡と呼称したりすることも可能である。
When focusing on its observation function, the
図1に示すように、本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、観察ユニット2と、外部ユニット3と、を備える。観察ユニット2は、白色干渉による観察および測定を実行するための光学部品をユニット化してなる。一方、外部ユニット3は、通信機能、電源機能等を実現するためのユニットである。なお、外部ユニット3を観察ユニット2に組み込んで一体化することもできる。図例のように、観察ユニット2と外部ユニット3とで白色干渉顕微鏡1を構成する場合は、外部ユニット3に、観察ユニット2に対して電力を供給する電力供給装置3aを設けることができる。観察ユニット2と外部ユニット3とは、配線2aによって接続されている。
As shown in FIG. 1, the
また、白色干渉顕微鏡1には、操作用端末4を接続することができる。外部ユニット3に内蔵されている通信部3b(図4を参照)によって、操作用端末4の接続が可能になる。なお、操作用端末4と外部ユニット3とを接続する代わりに、または、操作用端末4と外部ユニット3との接続に加えて、操作用端末4と観察ユニット2とを接続することもできる。その場合、観察ユニット2には、通信部3bに相当する機器が内蔵されることになる。
Further, the
図1に示すように、本実施形態に係る操作用端末4は、表示部41と、キーボード42と、マウス43と、記憶装置44と、を有する。操作用端末4は、観察ユニット2または外部ユニット3に組み込んで一体化することで、白色干渉顕微鏡1の構成部材とすることができる。この場合、操作用端末4は、「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等と呼ぶことができるが、この実施形態では、観察ユニット2および外部ユニット3とは別体の場合を例示している。
As shown in FIG. 1, the
また、表示部41、キーボード42、マウス43および記憶装置44のうちの1つ以上についても、観察ユニット2、外部ユニット3等に組み込んで一体化することで、白色干渉顕微鏡1の構成部材とすることができる。つまり、操作用端末4全体、または、操作用端末4の各構成要素を白色干渉顕微鏡1の一部とすることができる。例えば、表示部41付きの白色干渉顕微鏡1、キーボード42及びマウス43(操作部)付きの白色干渉顕微鏡1とすることもできる。
Further, one or more of the
キーボード42およびマウス43は、周知のコンピュータ操作用の機器であり、操作用端末4を操作するための操作部をなす。これらがユーザによる操作入力を受け付けるとともに、その操作入力に対応した信号を操作用端末4に入力することで、この操作用端末4を介して白色干渉顕微鏡1を操作することができる。具体的に、キーボード42およびマウス43を操作することで、各種情報の入力、選択操作、画像の選択操作、領域指定、位置指定等を行うことができる。
The
なお、キーボード42およびマウス43は、操作部の一例に過ぎない。キーボード42およびマウス43の代わりに、または、キーボード42およびマウス43に加えて、例えば、各種ポインティングデバイス、音声入力機器、タッチパネル等の機器を利用することもできる。
The
表示部41は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ELパネルによって構成される。この表示部41は、記憶装置44における記憶内容等、ユーザに対して情報を表示することができる。なお、表示部41に対し、操作部としてのタッチパネルを組み込んでもよい。
The
また、後述する各部材、手段、素子、ユニット等は、観察ユニット2、外部ユニット3および操作用端末4のいずれに設けてもよい。
Further, each member, means, element, unit and the like described later may be provided in any of the
白色干渉顕微鏡1には、前述した機器および装置以外にも、様々な操作および制御を行うための装置、プリンタ、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を有線または無線によって接続することもできる。
In addition to the above-mentioned devices and devices, the
<観察ユニット2の全体構成>
図2は、観察ユニット2の斜視図である。観察ユニット2の外観形状は、図2に示すようになっている。この観察ユニット2は、作業台等に載置されるベース20と、ベース20の奥側部分から上側へ向かって延びる支持部21と、支持部21の上部に設けられたヘッド部22と、測定対象物としてのサンプルSPを載置するためのステージ23と、を備える。
<Overall configuration of
FIG. 2 is a perspective view of the
なお、観察ユニット2の手前側とは、ユーザが観察ユニット2に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに、そのユーザに近接する一側を指す。一方、観察ユニット2の奥側とは、ユーザが観察ユニット2に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに、そのユーザから離間する他側を指す。これらは、説明の便宜を図るために定義するものに過ぎず、実際の使用状態を限定するものではない。
The front side of the
以下の記載では、観察ユニット2の手前側と奥側とを結んだ奥行き方向(ヘッド部22の長手方向)を「X方向」と呼称し、観察ユニット2の左右方向(ヘッド部22の短手方向)を「Y方向」と呼称する。そして、X方向とY方向の双方に沿った方向を「水平方向」と呼称し、その水平方向に沿った平面を「水平面」と呼称する。
In the following description, the depth direction (longitudinal direction of the head portion 22) connecting the front side and the back side of the
さらに、観察ユニット2の高さ方向を「Z方向」と呼称する。このZ方向は、X方向とY方向の双方に直交することになる。以下の記載における「高さ位置」とは、Z方向に沿った座標軸(Z軸)で見たときの位置を指す。高さ位置は、「Z位置」と呼称される場合もある。
Further, the height direction of the
もちろん、本開示は、これらの定義に限られるものではなく、X方向、Y方向およびZ方向等の定義を任意に変更することができる。 Of course, the present disclosure is not limited to these definitions, and the definitions of the X direction, the Y direction, the Z direction, and the like can be arbitrarily changed.
観察ユニット2を構成する部材のうち、ステージ23は、電動式の載置台として構成される。ステージ23は、図1および図2等に示す昇降ダイヤル23aを回転操作することで、Z方向に移動させることができる。また、ステージ23の上面は、調整部材25の上面25aによって構成されている。調整部材25については後述する。
Among the members constituting the
観察ユニット2は、ベース20等、観察ユニット2の外観形状に係る部材に加え、白色光を用いた観察および測定等に関連した部品の集合である白色光学系5と、レーザ光を用いた測定等に関連した部品の集合であるレーザ光学系6と、ステージ23等を駆動させるユニット駆動系7と、白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7を介して各種処理を実行するユニット制御系8と、を備える。
The
白色光学系5は、白色光を観察用の照明または干渉光の生成源として用いる観察光学系(非共焦点観察光学系)であり、白色光によって照らされたサンプルSPを観察したり、サンプルSPの表面形状を特徴付ける干渉画像を生成したりするための光学系である。なお、ここでいう「光学系」の語は、広義で用いる。すなわち、白色光学系5は、レンズ等の光学部品に加え、光源、撮像素子等を包括したシステムとして定義される。レーザ光学系6についても同様である。
The white
レーザ光学系6は、いわゆるレーザ共焦点法を用いる観察光学系(共焦点観察光学系)であり、レーザ光を2次元走査したり、フォーカスされた状態でレーザ光を照射することで、レーザ光の反射光に基づく画像(以下、「レーザ画像」という)を生成したりするためのシステムである。
The laser
ユニット駆動系7は、ステージ23を動作させるZ方向駆動部71、第1及びレーザ光学系5,6において対物レンズを切り替える電動レボルバ(電動の変倍機構)74等によって構成される。ユニット駆動系7は、ユニット制御系8から入力される電気信号に基づいて、白色干渉顕微鏡1を構成する各種部材を動作させるようになっている。
The
ユニット制御系8は、白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7と電気信号を送受可能に接続されており、干渉画像およびレーザ画像等を表示部41上に表示させたり、レーザ画像に基づいて白色干渉顕微鏡1のオートフォーカスを実行したり、干渉画像およびレーザ画像の少なくとも一方に基づいてサンプルSPの表面形状を測定したりすることができるよう構成される。
The
具体的に、本実施形態に係るユニット制御系8は、主たる構成要素として、レーザ光の2次元走査を制御する走査制御部8aと、白色光学系5によって生成された干渉画像に基づいてサンプルSPの表面形状を測定する第1測定部8kと、レーザ光学系6によって生成されたレーザ画像に基づいてサンプルSPの表面形状を測定する第2測定部8lと、を有してなる。ここで、第1測定部8kは、本実施形態における「測定部」の例示である。
Specifically, the
なお、本実施形態に係るユニット制御系8は、図4に例示されるように、白色光学系5とレーザ光学系6とユニット駆動系7で共有されるように構成されているが、この構成には限定されない。例えば、白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7のそれぞれに、専用の制御系を接続してもよい。
As illustrated in FIG. 4, the
また、白色光学系5、レーザ光学系6、ユニット駆動系7およびユニット制御系8という分類は、系統的な説明を行うための便宜上の分類に過ぎず、本開示の構成を限定するものではない。本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、第1ビームスプリッタ57等、白色光学系5とレーザ光学系6とで共有される部品を有する。
Further, the classifications of the white
(白色光学系5)
図3Aは、観察ユニット2の光学系のうち、特に白色光学系5を例示する模式図である。観察ユニット2の白色光学系5は、従来から白色干渉計に使用されている光学系と同様に構成することができ、観察および測定用の光源として、後述の白色光源51を利用するものである。この白色光学系5は、白色光源51から照射される白色光をサンプルSPに照射し、その反射光を撮像部58に集光するように構成される。
(White optical system 5)
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating, among the optical systems of the
具体的に、白色光学系5は、白色光源51と、第1ミラー52と、第1ハーフミラー53と、対物レンズ54と、この対物レンズ54とともに干渉対物レンズOcを構成する分岐光学系55と、第1レンズ56と、第1ビームスプリッタ57と、撮像素子58aを有する撮像部58と、を備える。このうちの撮像部58は、ユニット制御系8の一要素である第1測定部8kと電気的に接続されている。なお、図3Aに示す例では、干渉対物レンズOcに分岐光学系55が内蔵されるように構成されているが、本開示は、そうした構成には限定されない。後述のように、分岐光学系55と対物レンズ54とを独立した部材としてレイアウトし、必要に応じて分岐光学系55を動作させるように構成することもできる。
Specifically, the white
-白色光源51-
白色光源51は、ステージ23に載置されたサンプルSPに、対物レンズ54(白色干渉法を用いる場合は、干渉対物レンズOc)を介して白色光を照射する(図3Aの符号L1参照)。この白色光源51は、観察用の照明として用いられる際には、撮像部58の光軸(特に、撮像素子58aの光軸)と同軸化された同軸落射照明として機能する。
-White light source 51-
The
具体的に、本実施形態に係る白色光源51は、例えば、ハロゲンランプまたは白色LED(Light Emitting Diode:LED)によって構成可能な発光体51aと、その発光体51aから発せられた白色光が入射する不図示の光学部品と、を有する。
Specifically, the
白色光源51から発せられた白色光は、第1ミラー52と第1ハーフミラー53とによって反射された後、対物レンズ54および分岐光学系55を介してサンプルSPに照射される。
The white light emitted from the
-第1ミラー52-
第1ミラー52は、白色光源51の発光体(不図示)に対し、該第1ミラー52の鏡面を傾斜させた状態で向かい合うように配置される。第1ミラー52は、白色光源51から発せられた白色光を反射し、これを第1ハーフミラー53に入射させる。
-First mirror 52-
The
-第1ハーフミラー53-
第1ハーフミラー53は、撮像素子58aの光軸上に配置される。第1ハーフミラー53は、第1ミラー52によって反射された白色光を再度反射することで、該白色光の光軸と、撮像素子58aの光軸と、を同軸化する。そうして同軸化された白色光は、対物レンズ54を介してサンプルSPに照射される。
-First half mirror 53-
The
サンプルSPによって反射された白色光は、対物レンズ54を介して第1ハーフミラー53に戻る。第1ハーフミラー53は、そうして反射された白色光を透過させ、第1レンズ56と第1ビームスプリッタ57を介して撮像部58に導く。
The white light reflected by the sample SP returns to the
-対物レンズ54および分岐光学系55-
対物レンズ54は、分岐光学系55と一体化された干渉対物レンズOcとして構成される。この干渉対物レンズOcは、二光束干渉用の対物レンズとして構成可能である。
-
The
すなわち、干渉対物レンズOcは、集光用の対物レンズ54と、対物レンズ54を通過した光(白色光またはレーザ光)を2つの光束(参照光および測定光)に分割し、分割させた2つの光束それぞれの光路長を異ならせた状態で重なり合わせる分岐光学系55と、を備える。
That is, the interference objective lens Oct divides the light for condensing the
特に、本実施形態に係る干渉対物レンズOcは、二光束干渉用の対物レンズとして区分される対物レンズのうち、特に、図3Aに例示されるようなミラウ型の干渉対物レンズOcとして構成することができる。 In particular, the interference objective lens Oct according to the present embodiment is configured as a Mirau-type interference objective lens Oct as illustrated in FIG. 3A, among the objective lenses classified as the objective lens for two-beam interference. Can be done.
詳しくは、分岐光学系55は、干渉用ビームスプリッタ55aと、参照ミラー55bと、を有する。ミラウ型の干渉対物レンズOcとして構成した場合、干渉用ビームスプリッタ55aと参照ミラー55bは、図3Aに例示されるように、対物レンズ54の光軸に対して双方とも同軸に配置される。
Specifically, the branching
さらに詳しくは、干渉用ビームスプリッタ55aは、白色光源51から照射されて対物レンズ54を通過した白色光を、所定の参照面(本実施形態では、参照ミラー55bの鏡面)に向かう参照光(図3Aの符号Lr参照)と、測定対象物としてのサンプルSPに向かう測定光と、に分岐させる。後者の測定光は、サンプルSPによって反射された後、干渉用ビームスプリッタ55aに再び入射することになる(図3Aの符号L2参照)。一方、参照ミラー55bは、干渉用ビームスプリッタ55aによって生成された参照光を反射して、これを干渉用ビームスプリッタ55aに向けて伝搬させる。
More specifically, the
したがって、測定光の反射光(サンプルSPによって反射された測定光)は、参照ミラー55bによって反射された参照光と合流し、双方が重なり合った状態で伝搬する。以下、互いに重なり合った状態で伝搬する参照光および測定光それぞれの反射光を、「干渉光」と総称する場合がある。そうして形成された干渉光は、対物レンズ54、第1ハーフミラー53、第1レンズ56および第1ビームスプリッタ57を順次通過して、撮像部58に至る。
Therefore, the reflected light of the measurement light (measurement light reflected by the sample SP) merges with the reference light reflected by the
なお、干渉対物レンズOcは、前述のようなミラウ型には限定されない。例えば、マイケルソン型の干渉対物レンズを用いることもできる。その場合、参照ミラー55bは、対物レンズ54の光軸から外れた位置(対物レンズ54の光軸に対して非同軸となる位置)に配置される。
The interference objective lens Oct is not limited to the Mirau type as described above. For example, a Michaelson type interference objective lens can also be used. In that case, the
また、干渉対物レンズOcは、白色光源51を単なる照明として用いる場合には必須ではない。その場合、分岐光学系55を有する干渉対物レンズOcの代わりに、図3に例示されるように、対物レンズ54を単体で用いることができる。以下、分岐光学系55を非具備とした対物レンズ54を「通常の対物レンズ」と呼称する場合がある。
Further, the interference objective lens Oct is not essential when the
また、干渉対物レンズOcは、レーザ光を各種処理に用いる場合にも必須ではない。その場合、基本的には通常の対物レンズ54が用いられることになるが、後述のオートフォーカスのように、レーザ光を用いる処理であっても、干渉対物レンズOcを使用することができる。
Further, the interference objective lens Oct is not essential when the laser beam is used for various processes. In that case, the normal
また、詳細は省略するが、図3Bに模式的に例示したように、対物レンズ54にリング照明54aを装着し、このリング照明54aを観察用の照明(非同軸落射照明)として用いることもできる。
Further, although details are omitted, as schematically illustrated in FIG. 3B, a
-第1レンズ56-
第1レンズ56は、撮像素子58aの光軸と同軸になるように配置される。第1レンズ56は、サンプルSPによって反射された白色光を集光し、第1ビームスプリッタ57を介して撮像素子58aに入射させる。
-First lens 56-
The
-第1ビームスプリッタ57-
第1ビームスプリッタ57は、撮像素子58aの光軸上に配置される。第1ビームスプリッタ57は、例えばキューブミラーとして構成されており、特定の波長域に収まる光、特に、レーザ光学系6で用いられるレーザ光を反射させる。
-First beam splitter 57-
The
第1ビームスプリッタ57は、図3Aに例示されるように、第1レンズ56によって集光された白色光等を透過させて撮像部58へと導く。第1ビームスプリッタ57はまた、図3Bに例示されるように、レーザ光源61から出射されたレーザ光(図3Bの符号L3参照)と、サンプルSPからのレーザ光の反射光(図3Bの符号L4参照)と、をそれぞれ反射する。
As illustrated in FIG. 3A, the
-撮像部58-
撮像部58は、参照ミラー55bの鏡面(参照面)によって反射された参照光と、測定対象物としてのサンプルSPによって反射された測定光とを受光して、参照光と測定光との干渉を反映した干渉画像を撮像する。撮像部58はまた、白色光源51を単なる照明として用いる場合には、サンプルSPの表面を撮像するためのカメラとして機能するようになっている。
-Image pickup unit 58-
The
詳しくは、撮像部58は、白色光等、第1レンズ56によって集光された光を受光するための撮像素子58aを有する。この撮像素子58aは、その受光面に配置された複数の画素によって、第1レンズ56等を通じて入射した光の強度を光電変換し、被写体の光学像に対応した電気信号に変換する。
Specifically, the
撮像素子58aは、受光面に沿って複数の受光素子を並べたものとすればよい。この場合、各受光素子が画素に対応することになる。具体的に、本実施形態に係る撮像素子58aは、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)からなるイメージセンサによって構成されているが、この構成には限定されない。撮像素子58aとしては、例えばCCD(Charged-Coupled Device)からなるイメージセンサを使用することもできる。
The
そして、撮像部58は、撮像素子58aによって変換された電気信号に基づいて、被写体の光学像に対応した画像を生成し、これをユニット制御系8等に入力する。撮像部58によって生成される画像(カメラ画像)のうち、白色干渉法に用いる干渉縞を撮像したものが前述の「干渉画像」に相当する。もちろん、撮像部58によって生成される画像には、サンプルSPの表面を観察するための画像も含まれる。
Then, the
-白色干渉法の基本原理について-
前述のように、撮像部58は、参照ミラー55bの鏡面(参照面)によって反射された参照光と、測定対象物としてのサンプルSPによって反射された測定光とを受光する。ここで、参照光および測定光の反射光は、干渉対物レンズOcから出射された後は同一光路を伝搬するものの、分岐光学系55を通過するときに光路長に差異が生じるため、相互に重なり合ったときに干渉が起きる。
-About the basic principle of white interferometry-
As described above, the
ここで、参照光と測定光の位相が一致している場合、干渉によって双方が強め合うことになる。この場合、撮像素子58aが受光する光量(受光量)は、位相が不一致の場合に比して大きくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値は大きくなる。
Here, when the phases of the reference light and the measurement light are in agreement, both are strengthened by interference. In this case, the amount of light received by the
一方、参照光と測定光の位相が一致しておらず、特に半波長分だけずれていれる場合、干渉によって双方が弱め合うことになる。この場合、撮像素子58aの受光量は、位相が一致する場合に比して小さくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値は小さくなる。
On the other hand, when the phases of the reference light and the measurement light do not match, and particularly when they are deviated by half a wavelength, the two are weakened by interference. In this case, the light receiving amount of the
ゆえに、干渉対物レンズOcを介した白色光の照射領域のうち、参照光と測定光の位相が合った部位については明るく、そうでない部位については暗くなり、明暗の縞模様(干渉縞)が形成される。撮像部58は、その干渉縞を撮像することで、その明暗が反映された干渉画像を撮像する。
Therefore, in the white light irradiation region through the interference objective lens Oct, the portion where the phase of the reference light and the measurement light are in phase is bright, and the portion where the phase is not, is darkened, and a bright and dark fringe pattern (interference fringe) is formed. Will be done. The
ここで、参照光と測定光の位相差は、両者の光路長の差異に由来するものである。そのため、干渉縞のコントラストおよび明暗の配置は、サンプルSPと干渉対物レンズOcとの距離に応じて変化することになる。 Here, the phase difference between the reference light and the measurement light is derived from the difference in the optical path lengths of the two. Therefore, the contrast of the interference fringes and the arrangement of light and dark will change depending on the distance between the sample SP and the interference objective lens Oct.
したがって、サンプルSPに対する干渉対物レンズOcの相対的な高さ位置を変化させつつ、各高さ位置で干渉画像を撮像し、各干渉画像の間で干渉縞が如何に変化するかを解析することで、凹凸形状等、サンプルSPの表面形状を測定することが可能になる。 Therefore, while changing the relative height position of the interference objective lens Oct with respect to the sample SP, the interference image is imaged at each height position, and how the interference fringes change between the interference images is analyzed. This makes it possible to measure the surface shape of the sample SP, such as the uneven shape.
そうした測定を実行するために、撮像部58は、各高さ位置で撮像された干渉画像を示す電気信号を、前述した第1測定部8kに入力する。第1測定部8kは、入力された電気信号に対応した複数の干渉画像に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定するように構成されている。
In order to perform such measurement, the
このように、白色光学系5は、白色干渉法による形状測定を実行可能な光学系である。干渉縞の明暗の間隔、および、各明暗に対応した受光強度のピーク幅は、マイクロメートルはおろか、ナノメートルのオーダーまで狭くなる。また、これらの間隔、ピーク幅の大きさは、あくまでも光路長の差に由来するため、対物レンズ54等の倍率に依存せずに一定となる。そのため、この手法は、対物レンズ54等の性能によらずに、高さ数ナノメートルのオーダーで測定を行うことができ、フォーカス合成、レーザ共焦点等の手法と比較し、高さ方向(Z方向)の精度、および、同方向における分解能に関し、極めて優れた測定を実行することができる。
As described above, the white
(レーザ光学系6)
図3Bは、観察ユニット2のレーザ光学系を例示する模式図である。レーザ光学系6は、従来から共焦点顕微鏡に使用されている光学系と同様に構成することができ、測定用の光源として、後述のレーザ光源61を利用するものである。このレーザ光学系6は、レーザ光源61から照射されるレーザ光をサンプルSPに照射し、その反射光を受光部66に集光するように構成される。
(Laser optical system 6)
FIG. 3B is a schematic diagram illustrating the laser optical system of the
具体的に、レーザ光学系6は、レーザ光源61と、第2ビームスプリッタ62と、レーザ光走査部63と、第1ビームスプリッタ57と、第1レンズ56と、第1ハーフミラー53と、対物レンズ54または干渉対物レンズOcと、第2レンズ64と、ピンホール65aが形成されたピンホール板65と、受光素子66aを有する受光部66と、を備える。このうちの受光部66は、ユニット制御系8の一要素である第2測定部8lと電気的に接続されている。レーザ光学系6は、本実施形態における「共焦点光学系」の例示である。
Specifically, the laser
すなわち、共焦点光学系としてのレーザ光学系6は、サンプルSPの表面にレーザ光がフォーカスされたとき、そのレーザ光の反射光が、ピンホール65aないし受光素子66a付近で焦点を結ぶようにレイアウトされている(より詳細には、対物レンズ54の焦点面と“共役”になる位置に、ピンホール65aがレイアウトされている)。
That is, the laser
-レーザ光源61-
レーザ光源61は、ステージ23に載置されたサンプルSPに向けて、干渉対物レンズOcと同一の又は異なる対物レンズ54を介してレーザ光を照射する。すなわち、図3AAに例示したように、対物レンズ54と分岐光学系55を介してレーザ光を照射してもよいし、図3Bに例示したように、分岐光学系55を非介在とした状態で、対物レンズ54のみを介してレーザ光を照射してもよい。以下の説明では、簡単のため、分岐光学系55を非介在とした状態でレーザ光が照射される場合について説明する。このレーザ光源61は、いわゆる点光源として機能する。
-Laser light source 61-
The
また、レーザ光源61としては、例えば、He-Neガスレーザや半導体レーザ等を使用することができる。また、レーザ光源61の代わりに、点光源を生成することができる各種光源を利用することができ、その場合、例えば高輝度ランプとスリットとの組み合わせ等であってもよい。
Further, as the
レーザ光源61から出力されたレーザ光は、第2ビームスプリッタ62を通過してレーザ光走査部63に到達し、そのレーザ光走査部63から第1ビームスプリッタ57、第1レンズ56、第1ハーフミラー53および対物レンズ54を介してサンプルSPに照射される。
The laser light output from the
-第2ビームスプリッタ62-
第2ビームスプリッタ62は、レーザ光源61の光軸上に配置され、このレーザ光源61とレーザ光走査部63との間に位置する。第2ビームスプリッタ62は、レーザ光源61から出力されたレーザ光を透過させ、これをレーザ光走査部63へ導く。第2ビームスプリッタ62はまた、サンプルSPによって反射されたレーザ光を反射して、これを受光部66へ導く。第2ビームスプリッタ62としては、周知のビームスプリッタを用いることができる。
-Second beam splitter 62-
The
-レーザ光走査部63-
レーザ光走査部63は、レーザ光源61から照射されるレーザ光を、サンプルSPの表面上で2次元走査することができる。なお、ここでいう「2次元走査」とは、レーザ光の照射位置をサンプルSPの表面上で走査する2次元的な動作を指す。
-Laser light scanning unit 63-
The laser
図3B等に示すように、レーザ光走査部63は、いわゆる2軸式のガルバノスキャナとして構成されており、第2ビームスプリッタ62と第1ビームスプリッタ57との間に配置されている。
As shown in FIG. 3B and the like, the laser
レーザ光走査部63は、所定の第1方向と、該1方向に直交する第2方向と、の少なくとも一方(図例では両方)に沿ってレーザ光を走査することができる。具体的に、本実施形態に係るレーザ光走査部63は、第2ビームスプリッタ62から入射したレーザ光を第1方向に走査するための第1スキャナ63aと、この第1スキャナ63aによって走査されたレーザ光を、第2方向に走査しつつ第1ビームスプリッタ57に向けて反射する第2スキャナ63bと、を有する。
The laser
本実施形態では「第1方向」とは、前述のように定義されたX方向に一致する。また、「第2方向」とは、X方向と同様に定義されたY方向に一致する。もちろん、これらの定義に限られるものではなく、第1方向および第2方向の定義を任意に変更することができる。 In the present embodiment, the "first direction" corresponds to the X direction defined as described above. Further, the "second direction" corresponds to the defined Y direction as well as the X direction. Of course, the definition is not limited to these, and the definitions of the first direction and the second direction can be arbitrarily changed.
また、レーザ光走査部63は、サンプルSPの表面上でレーザ光を2次元走査できるように構成されたユニットであればよく、前述したような2軸式のガルバノスキャナには限定されない。例えば、ガラスからなる音響光学媒体に圧電素子を接着し、この圧電素子に電気信号を入力して超音波を発生させることで、音響光学媒体中を通るレーザ光を回折させて光を偏向させる光音響素子方式(レゾナント方式)を用いたり、一列ないし多数列のピンホールを螺旋状に持つ円盤を回転させることで、そのピンホールを通過した光がサンプルSPの表面上を2次元的に走査するように構成されたニポウディスク方式を用いたりしてもよい。
Further, the laser
レーザ光走査部63を通過したレーザ光は、第1ビームスプリッタ57によって反射され、第1レンズ56と、第1ハーフミラー53と、対物レンズ54と、を介してサンプルSPに照射される。
The laser light that has passed through the laser
サンプルSPに照射されたレーザ光は、該サンプルSPによって反射され、観察ユニット2に戻る。具体的に、サンプルSPからのレーザ光の反射光は、対物レンズ54、第1ハーフミラー53、第1レンズ56、レーザ光走査部63を通った後、第2ビームスプリッタ62により反射されて第2レンズ64に至る。
The laser beam irradiated to the sample SP is reflected by the sample SP and returns to the
また、レーザ光走査部63は、前述した走査制御部8aが作動させるようになっている。詳しくは、レーザ光走査部63は、走査制御部8aと電気的に接続されており、この走査制御部8aから入力される電気信号を受けて作動するように構成されている。
Further, the laser
-第2レンズ64-
第2レンズ64は、受光部66における受光素子66aの光軸と同軸になるように配置され、第2ビームスプリッタ62とピンホール板65との間に位置する。第2レンズ64は、第2ビームスプリッタ62からのレーザ光の反射光を集光し、ピンホール板65を介して受光素子66aに入射させる。
-Second lens 64-
The
-ピンホール板65-
ピンホール板65は、受光素子66aの光軸に直交するように配置された板状部材であり、該板状部材を板厚方向に貫くピンホール65aを有する。ピンホール板65は、第2レンズ64と受光部66との間に配置される。第2レンズ64によって集光されたレーザ光の反射光は、ピンホール65aを通過して受光素子66aに入射する。
-Pinhole plate 65-
The
前述のように、ピンホール65aは、対物レンズ54の焦点面と共役な位置に配置されており、レーザ光学系6を共焦点光学系として機能させることができる。
As described above, the
-受光部66-
受光部66は、サンプルSPからのレーザ光の反射光を、共焦点光学系(レーザ光学系6)におけるピンホール65aを介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する。
-Light receiving unit 66-
The
詳しくは、受光部66は、第2レンズ64によって集光された反射光を受光するための受光素子66aを有する。この受光素子66aは、その入射窓に形成された光電面によって、ピンホール65aを通じて入射した光を光電変換し、その受光強度に対応した電気信号に変換する。
Specifically, the
受光素子66aは、撮像素子58aに比してフレームレートが高いものとすれば好ましい。さらに好ましくは、受光素子66aは、撮像素子58aに比して感度が高いものとすればよい。具体的に、本実施形態に係る受光素子66aは、PMT(PhotoMultiplier Tube)からなる光センサによって構成されているが、この構成には限定されない。受光素子66aとしては、前述したような撮像素子58aを使うこともできるし、例えば、アバランシェダイオードを用いたHPD(Hybrid Photo Dector)、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter)等の光検出器を使用することもできる。
It is preferable that the
そして、受光部66は、受光素子66aによって変換された電気信号と、レーザ光の照射位置と、を関連付けることで、被写体の光学像に対応した画像を生成し、これをユニット制御系8等に入力する。受光部66によって生成される画像(レーザ画像)は、レーザ共焦点法による形状測定に使用したり、サンプルSPの表面を観察するために使用したりすることができる。
Then, the
-レーザ共焦点法の基本原理について-
前述のように、ピンホール65aは、対物レンズ54の焦点面と共役になる位置に配置される。したがって、レーザ光源61から出射されたレーザ光がサンプルSPの表面上で焦点を結ぶと、その表面からの反射光は、ピンホール65a付近で収束し、受光素子66a上で焦点を結ぶ。この場合(合焦時)、受光素子66aが受光する光量(受光量)は、非合焦時に比して著しく大きくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値が大きくなる。
-About the basic principle of the laser confocal method-
As described above, the
一方、レーザ光がサンプルSP上で焦点を結ばない場合(非合焦時)、サンプルSPの表面からの反射光は、ピンホール65a付近で収束せずに拡散し、ピンホール板65によって大部分が遮光される。この場合、受光素子66aが受光する光量(受光量)は、合焦時に比して著しく小さくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値が小さくなる。
On the other hand, when the laser beam is not focused on the sample SP (when out of focus), the reflected light from the surface of the sample SP is diffused without converging near the
ゆえに、走査制御部8aがレーザ光走査部63を作動させることで実現されるレーザ光の走査領域のうち、サンプルSPの表面上で焦点が合った部位については明るく、一方、それ以外の高さについては暗くなる。そのため、レーザ光の反射光の明暗に基づいて、サンプルSPの表面形状(特に、サンプルSPの高さを特徴付ける情報)を測定することが可能になる。
Therefore, in the scanning region of the laser beam realized by the
そうした測定を実行するために、受光部66は、走査制御部8aおよびレーザ光走査部63によって2次元走査されたレーザ光の反射光の受光強度を示す電気信号を、前述した第2測定部8lに入力する。第2測定部8lは、入力された電気信号が示す受光強度(具体的には、反射光の明暗)に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定するようになっている。
In order to perform such measurement, the
このように、レーザ光学系6は、レーザ共焦点法による形状測定を実行可能な光学系であり、実質的に焦点の合った光のみを検出することから、白色干渉法には及ばないものの、フォーカス合成等の他の手法と比較して、高さ方向(Z方向)の精度、および、同方向における分解能に優れた輝度情報を提供することができる。
As described above, the laser
また、レーザ共焦点法による形状測定は、スポット状に照射されるレーザ光を2次元走査して行うものであるから、白色干渉法に比して、水平方向における解像度に優れた輝度情報を提供することができる。 Further, since the shape measurement by the laser cofocal method is performed by two-dimensionally scanning the laser beam irradiated in a spot shape, it provides brightness information having superior resolution in the horizontal direction as compared with the white interferometry method. can do.
(ユニット駆動系7)
図4は、白色干渉顕微鏡1の構成を例示するブロック図である。ユニット駆動系7は、白色干渉顕微鏡1の各部を駆動するものであり、対物レンズ54を変更したり、対物レンズ54に対するステージ23の高さ位置を調整したり、そのステージ23を水平方向に沿って移動させたりするシステムとして構成される。ユニット駆動系7の各構成要素は、それぞれ、ユニット制御系8と電気的に接続されており、ユニット制御系8から入力される電気信号を受けて作動する。
(Unit drive system 7)
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the
具体的に、ユニット駆動系7は、図1、図2、図4等に例示されるように、Z方向駆動部71と、高さ位置検知部72と、XY方向駆動部73と、電動レボルバ74と、を備える。Z方向駆動部71は、本実施形態における「駆動部」の例示である。
Specifically, as illustrated in FIGS. 1, 2, 4, 4 and the like, the
-Z方向駆動部71-
Z方向駆動部71は、対物レンズ54に対するステージ23の高さ位置を相対的に変化させるものである。具体的に、Z方向駆動部71は、例えばステッピングモータと、該ステッピングモータにおける出力軸の回転運動を、上下方向(Z方向)の直線運動に変換する運動変換機構と、を有する。Z方向駆動部71は、ヘッド部22に内蔵される。
-Z direction drive unit 71-
The Z-
Z方向駆動部71のステッピングモータを回転させることにより、電動レボルバ74と、その電動レボルバ74に装着された対物レンズ54と、がZ方向に沿って一体的に移動する。
By rotating the stepping motor of the Z-
例えば、ステージ23が固定された状態で対物レンズ54をZ方向に移動させることで、結果的に、対物レンズ54に対するステージ23の高さ位置を相対的に変更することができる。なお、対物レンズ54が固定された状態でステージ23をZ方向に移動させるように構成してもよい。
For example, by moving the
なお、Z方向駆動部71は、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(以下、「相対距離」と呼称したり、或いは、単に「高さ位置」と呼称したりする)を、最小で1nm程度のピッチサイズで調整することができる。
The Z-
-高さ位置検知部72-
高さ位置検知部72は、対物レンズ54とステージ23との間の相対距離を検出し、その相対距離に対応した電気信号を出力することができる。この電気信号は、ユニット制御系8に入力される。
-Height position detector 72-
The height position detection unit 72 can detect the relative distance between the
具体的に、高さ位置検知部72は、例えばリニアスケール(リニアエンコーダ)等で構成することができる。高さ位置検知部72は、対物レンズ54とステージ23との間の相対距離の変化が1nm程度であっても検知可能である。
Specifically, the height position detection unit 72 can be configured by, for example, a linear scale (linear encoder) or the like. The height position detecting unit 72 can detect even if the change in the relative distance between the
本実施形態では、ステージ23が固定された状態で対物レンズ54をZ方向に移動させることで、前述の相対距離を変化させる。そのときの移動量をリニアスケールで検出することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置を検知することができる。同様に、対物レンズ54が固定された状態でステージ23をZ方向に移動させる場合にあっても、同様に高さ位置を検知することができる。
In the present embodiment, the above-mentioned relative distance is changed by moving the
-XY方向駆動部73-
XY方向駆動部73は、ステージ23を水平方向に移動させるための機構である。すなわち、ステージ23は、図1に例示されるステージ支持部材24とは別体とされており、このステージ支持部材24に対して水平方向に移動可能に支持されている。
-XY direction drive unit 73-
The XY
具体的に、XY方向駆動部73は、例えばリニアモータ等のアクチュエータで構成することができる。このアクチュエータは、ステージ支持部材24に対するステージ23の相対的な位置を、X方向およびY方向に沿って所定の範囲内で移動させることができる。
Specifically, the XY
-電動レボルバ74-
電動レボルバ74は、電動式の変倍機構として構成されており、所定の中心軸Arまわりに回転する。この電動レボルバ74は、中心軸Arを取り囲むように、複数の対物レンズ54を着脱可能に構成される。ここで、電動レボルバ74に装着可能な対物レンズ54には、リング照明54aが装着された対物レンズ54と、リング照明54aを非装着とした対物レンズ54と、分岐光学系55と一体化されて干渉対物レンズOcを構成する対物レンズ54と、が含まれる。
-Electric Revolver 74-
The
電動レボルバ74を回転させることで、複数の対物レンズ54のうちの1つを選択し、これをステージ23上に載置されたサンプルSPと対峙させることができる。なお、複数の対物レンズ54のうち、どの対物レンズ54が選択されているかを示す情報は、ユニット制御系8の記憶装置82に記憶される。
By rotating the
電動レボルバ74を制御することで、白色光学系5およびレーザ光学系6の倍率を変更したり、白色干渉法に必要な干渉対物レンズOcをサンプルSPに対峙させたりすることができる。電動レボルバ74に加えて、または電動レボルバ74に代えて、電動ズームレンズからなる単レンズ式の対物レンズ(図示せず)を用いてもよい。
By controlling the
電動レボルバ74は、表示部41上に表示される画面(後述の図16~図18を参照)を介して操作することもできるし、観察ユニット2等に設けられたスイッチを介して操作することもできる。
The
(その他のハード構成)
図8は、調整部材25の構成を例示する斜視図である。この調整部材25は、ステージ23の上面として機能するばかりでなく、その上面の傾きを調整することができる。これにより、調整部材25を介してサンプルSPの傾きを補正することが可能になる。
(Other hardware configurations)
FIG. 8 is a perspective view illustrating the configuration of the adjusting
具体的に、本実施形態に係る調整部材25は、ステージ23の上面に直交する方向A4と、対物レンズ54の光軸A3に沿う方向と、がなす角度θを調整するように操作可能とされている。角度θについては、図21に示す通りである。
Specifically, the adjusting
調整部材25は、ステージ23とは別体に構成される。この調整部材25は、ステージ23の上面として機能する載置面25aと、第1の調整ツマミ25bと、第2の調整ツマミ25cと、を有する。
The adjusting
さらに詳しくは、調整部材25は、Z方向に沿って延びる円柱形状をなし、その頂面が前記載置面25aをなす。調整部材25の側面のうち、ステージ23の手前側(Y方向側)に配置される側面には、該側面から突出するように、第1の調整ツマミ25bと、第2の調整ツマミ25cと、が配置される。第1および第2の調整ツマミ25b,25cは、双方とも前記手前側に向かって突出しており、互いにX方向に沿って並んだ状態で配置される。
More specifically, the adjusting
ここで、第1の調整ツマミ25bは、ステージ23の上面として機能する載置面25aを、該載置面25aに沿って延びる第1の回転軸(本実施形態ではX軸)まわりに回転させる。すなわち、第1の調整ツマミ25bを操作することで、載置面25aがX軸回りに回転するようになっている。
Here, the
また、第1の調整ツマミ25bは、これを回すことで操作されるように構成される。第1の調整ツマミ25bの操作量には、その回転方向と、回転量と、が含まれる。例えば、第1の調整ツマミ25bの回転方向を変更することで、載置面25aがX軸を中心とした時計回り方向に回転したり、反時計回り方向に回転したりする。第1の調整ツマミ25bの回転量は、載置面25aの回転角度の大きさと対応する。
Further, the
対して、第2の調整ツマミ25cは、前記載置面25aを、該載置面25aに沿って延びかつ第1の回転軸に直交する第2の回転軸(本実施形態ではY軸)まわりに回転させる。すなわち、第2の調整ツマミ25cを操作することで、載置面25aがY軸回りに回転するようになっている。
On the other hand, the
また、第2の調整ツマミ25cは、これを回すことで操作されるように構成される。第2の調整ツマミ25cの操作量には、その回転方向と、回転量と、が含まれる。例えば、第2の調整ツマミ25cの回転方向を変更することで、載置面25aがY軸を中心とした時計回り方向に回転したり、反時計回り方向に回転したりする。第2の調整ツマミ25cの回転量は、載置面25aの回転角度の大きさと対応する。
Further, the
なお、第1ならびに第2の調整ツマミ25b,25cそれぞれの回転方向および回転量と、載置面25aの回転方向および回転角度の大きさとの関係は、後述の記憶装置82によって、予め記憶されるようになっている。
The relationship between the rotation direction and the amount of rotation of the first and second adjustment knobs 25b and 25c and the size of the rotation direction and the rotation angle of the mounting
(ユニット制御系8)
図5は、ユニット制御系8の構成を例示するブロック図である。ユニット制御系8は、観察ユニット2における白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7の各部に制御信号を出力し、それらの動作を制御したり、各部からの検出信号を受けて、サンプルSPの表面形状を測定したりするものである。
(Unit control system 8)
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the
ユニット制御系8はまた、観察ユニット2に加えてさらに、操作用端末4とも電気的に接続されており、表面形状の測定結果を表示部41上に表示する一方、キーボード42、マウス43等に対する操作入力に基づいて、観察ユニット2の各部に入力する制御信号を生成することもできる。
The
なお、図4に示す例では、ユニット制御系8は、観察ユニット2に設けられているが、その構成には限定されない。ユニット制御系8は、外部ユニット3に設けられてもよいし、操作用端末4に設けられてもよい。
In the example shown in FIG. 4, the
具体的に、本実施形態に係るユニット制御系8は、CPU、システムLSI、DSP等からなる処理装置81と、揮発性メモリ、不揮発性メモリ等からなる記憶装置82と、入出力バス83と、を有する。また、ユニット制御系8は、論理回路によって実現されてもよいし、ソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。記憶装置82は、本実施形態における「記憶部」の例示である。
Specifically, the
詳しくは、図4に例示されるように、ユニット制御系8には、少なくとも、白色光源51、リング照明54a、撮像素子58a、レーザ光源61、レーザ光走査部63、受光素子66a、Z方向駆動部71、高さ位置検知部72、XY方向駆動部73および電動レボルバ74が電気的に接続されている。ユニット制御系8によって、白色光源51、リング照明54a、レーザ光源61、レーザ光走査部63、Z方向駆動部71、XY方向駆動部73および電動レボルバ74が制御される。また、撮像素子58a、受光素子66aおよび高さ位置検知部72の出力信号は、ユニット制御系8に入力される。
Specifically, as illustrated in FIG. 4, the
具体的に、本実施形態に係るユニット制御系8は、図5に例示されるように、主たる構成要素として、走査制御部8aと、駆動制御部8bと、表示制御部8cと、モード切替部8dと、合焦演算部8eと、焦点調整部8fと、明るさ調整部8gと、傾き算出部8hと、操作量変換部8iと、測定範囲設定部8jと、第1測定部8kと、第2測定部8lと、を有する。
Specifically, as illustrated in FIG. 5, the
-走査制御部8a-
走査制御部8aは、前述のようにレーザ光走査部63と電気的に接続されており、その作動を制御する。レーザ光走査部63は、走査制御部8aから入力された制御信号に従って、サンプルSPの表面上に定められた走査範囲内を2次元的または1次元的に走査することができる。走査範囲の設定は、白色干渉顕微鏡1が果たす機能に応じて、適宜変更可能である。
-
The
-駆動制御部8b-
駆動制御部8bは、ユニット駆動系7の各部を制御する。具体的に、駆動制御部8bは、Z方向駆動部71を制御することでステージ23の高さ位置を変更したり、XY方向駆動部73を制御することでステージ23の水平位置を変更したり、電動レボルバ74を制御することで対物レンズ54を切り替えたりすることができる。
-
The
-表示制御部8c-
表示制御部8cは、操作用端末4の表示部41と電気的に接続されており、表示部41上での表示態様を制御する。具体的に、本実施形態に係る表示制御部8cは、第1測定部8k、第2測定部8l等による測定結果を表示させたり、撮像部58によって生成されたカメラ画像を表示させたり、その他、各種インターフェースを表示させたりすることができる。
-
The
また、本実施形態に係る表示制御部8cは、操作量変換部8iによって算出された操作量(調整部材25の操作量)を表示することもできる。この点については後述する。
Further, the
-モード切替部8d-
ここまでに説明したように、白色干渉顕微鏡1は、主たる機能として、レーザ光または白色光を光源としたサンプルSPの観察、レーザ共焦点法または白色干渉法を用いたサンプルSPの測定等を実行することができる。
-
As described above, the
モード切替部8dは、キーボード42およびマウス43を介したユーザの操作入力に基づいて、これらの機能を使い分けることができる。具体的に、本実施形態に係るモード切替部8dは、ユーザの操作入力に基づいて、例えば、サンプルSPの表面形状を測定する第1モードと、サンプルSPの膜厚を測定する第2モード(詳細は省略)と、サンプルSPを観察するための第3モードと、を含んだモード群の中から1つのモードを選択し、これを実行させることができる。後述のように、ユーザの操作入力は、表示部41上に表示させたインターフェースを介して行われるようになっている。なお、前記3つの動作モードのうち、第2モードと第3モードは必須ではない。白色干渉顕微鏡1は、少なくとも第1モードのみを実行可能に構成すればよい。
The
-合焦演算部8e-
合焦演算部8eは、レーザ光学系6によるレーザ共焦点法を用いることで、対物レンズ54のフォーカスをサンプルSPの表面上に一致させる(換言すれば、レーザ共焦点法による「オートフォーカス」を実行する)。レーザ共焦点法によって調整されたフォーカスは、レーザ共焦点法による表面形状の測定と、白色干渉法による表面形状の測定と、の双方に用いられる。
-
The focusing
すなわち、本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、白色干渉法を用いてサンプルSPの表面形状を測定する場合であっても、レーザ共焦点法を用いてフォーカスを合わせるように構成されている。
That is, the
なお、フォーカスを合わせる際には、対物レンズ54として、白色干渉用の干渉対物レンズOc(第1対物レンズ)を使用してもよいし、その干渉対物レンズOcとは異なる非白色干渉用の対物レンズ54を使用してもよい。
When focusing, an interference objective lens Oct (first objective lens) for white interference may be used as the
具体的に、本実施形態に係る合焦演算部8eは、ステージ23または対物レンズ54の各高さ位置で、レーザ光学系6の受光部66によって生成された受光信号に基づいて、対物レンズ54の焦点がサンプルSPの表面に一致する合焦位置を算出する。合焦演算部8eは、本実施形態における「演算部」の例示である。
Specifically, the focusing
ここで、「ステージ23または対物レンズ54の各高さ位置」とは、高さ位置検知部72によって検知可能な、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置を指す。この高さ位置は、対物レンズ54の先端面(Z方向における先端面)と、ステージ23の上面(具体的には、調整部材25の載置面25a)との間の距離とすることができるが、これに限られるものではなく、対物レンズ54の所定部位と、ステージ23の所定部位とのZ方向の離間距離とすることができる。前述のように、高さ位置は「Z位置」とも呼称される。
Here, "each height position of the
また、以下の記載において、「高さ位置同士の間隔(Zピッチ)」とは、オートフォーカス、明るさ調整、測定時の高さ範囲(測定範囲)の設定、表面形状の測定等、白色光学系5において干渉画像を生成する場合、および、レーザ光学系6においてレーザ光を受光する場合における高さ位置の間隔(Z方向における対物レンズ54またはステージ23の移動間隔)を指す。
Further, in the following description, "distance between height positions (Z pitch)" refers to white optics such as autofocus, brightness adjustment, setting of height range (measurement range) at the time of measurement, measurement of surface shape, etc. It refers to the interval between height positions (moving interval of the
さらに、以下の記載において、「Z位置を上方に移動させる」とは、ステージ23およびサンプルSPに対して対物レンズ54を上方に移動させるか、あるいは、対物レンズ54に対してステージ23およびサンプルSPを下方に移動させること、すなわち、ステージ23およびサンプルSPと、対物レンズ54とをZ方向において離間させることをいう。
Further, in the following description, "moving the Z position upward" means moving the
同様に、「Z位置を下方に移動させる」とは、ステージ23およびサンプルSPに対して対物レンズ54を下方に移動させるか、あるいは、対物レンズ54に対してステージ23およびサンプルSPを上方に移動させること、すなわち、ステージ23およびサンプルSPと、対物レンズ54とをZ方向において接近させることをいう。
Similarly, "moving the Z position downward" means moving the
詳しくは、合焦演算部8eは、駆動制御部8bを介して前記高さ位置を変化させながら、各高さ位置でレーザ光を照射させて受光信号を取得する。前述したように、レーザ光がサンプルSPの表面上で焦点を結ぶと、受光素子66aが受光する光量(受光量)は、非合焦時に比して著しく大きくなり、その受光強度が相対的に大きくなる。
Specifically, the focusing
そのため、合焦演算部8eは、図6Bに例示されるように、高さ位置(Z位置)に対する受光強度の変化を示す曲線(以下、「Z-Iカーブ」と呼称する)をモニターし、受光強度がピークを迎える高さ位置を探索する。そうした探索された高さ位置が、合焦位置Zpとして決定される。この合焦位置Zpは、記憶装置82に一時的にまたは継続的に記憶され、焦点調整部8fに入力される。
Therefore, as illustrated in FIG. 6B, the focusing
また、合焦位置Zpの探索に用いられる高さ位置は、離散的なものとなる。この高さ位置同士の間隔(Zピッチ)は、Z-Iカーブの半値幅に応じて設定される。具体的に、Z-Iカーブの半値幅が狭いと想定される場合には、それが広いと想定される場合に比して、Zピッチはより狭く設定される。ここで、Z-Iカーブの半値幅は、対物レンズ54の開口数が大きいときには、それが小さいときに比して狭くなる。対物レンズ54の開口数は、一般的に、そのレンズ倍率が高倍率になるにしたがって、大きくなる。
Further, the height position used for searching the in-focus position Zp is discrete. The distance (Z pitch) between the height positions is set according to the full width at half maximum of the Z—I curve. Specifically, when the half width of the Z-I curve is assumed to be narrow, the Z pitch is set narrower than when it is assumed to be wide. Here, the full width at half maximum of the ZI curve becomes narrower when the numerical aperture of the
以上の知見を踏まえ、本実施形態に係る合焦演算部8eは、対物レンズ54の拡大倍率が高くなるにしたがって、前述のように定義したZピッチをより狭く設定するように構成される。具体的に、合焦演算部8eは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させることでステージまたは対物レンズ54の高さ位置を調整する際に、その高さ位置をより狭いZピッチで変更し、各高さ位置で受光信号を取得する。このように、対物レンズ54の拡大倍率に応じて、受光信号が取得されるZピッチを変更することができる。
Based on the above findings, the focusing
本願発明者らは、Zピッチに係る検討をさらに進めた結果、白色干渉顕微鏡1が実行する機能に応じて、Zピッチの大きさを調整することを新たに見出した。
As a result of further studies on the Z pitch, the inventors of the present application have newly found that the magnitude of the Z pitch is adjusted according to the function performed by the
具体的に、本実施形態では、ステージ23の各高さ位置同士の間隔(Zピッチ)は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2測定部8lがレーザ共焦点法を用いてサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定される。
Specifically, in the present embodiment, the distance (Z pitch) between the height positions of the
つまり、合焦演算部8eが合焦位置Zpを探索するときは、第2測定部8lが表面形状を測定するときほど、受光強度の測定精度が要求されない。そこで、図6Dに例示されるように、合焦位置Zpが探索されるとき(合焦演算部8eが合焦位置Zpを探索するとき)には、表面形状が測定されるとき(第1測定部8kまたは第2測定部8lがサンプルSPの表面形状を測定するとき)に比して、Zピッチをより粗く設定することが許容される。以下、合焦位置Zpが探索される際に用いるZピッチを「第1ピッチ」と呼称する場合がある。
That is, when the focusing
例えば図6Dにおいて、黒色で塗り潰されたプロットは合焦位置Zpが探索されるとき(オートフォーカス時)に用いられる高さ位置を指し、クロス状のプロットは表面形状の測定時に用いられる高さ位置を指す。図6Dに示されるように、本実施形態に係る第1ピッチは、表面形状が測定されるときに用いられるZピッチである後述の第4ピッチに比して粗く(広く)設定することができる。 For example, in FIG. 6D, the black-filled plot refers to the height position used when the in-focus position Zp is searched (during autofocus), and the cross-shaped plot refers to the height position used when measuring the surface shape. Point to. As shown in FIG. 6D, the first pitch according to the present embodiment can be set coarser (wider) than the fourth pitch described later, which is the Z pitch used when the surface shape is measured. ..
また、合焦位置Zpの探索は、放物線、ガウス関数等によって、各高さ位置で測定された受光強度をフィッティングすることで実行することができる。フィッティングの詳細は省略する。 Further, the search for the in-focus position Zp can be executed by fitting the light receiving intensity measured at each height position by a parabola, a Gaussian function, or the like. The details of fitting are omitted.
また、前述のように、合焦位置Zpを探索するときには、各高さ位置でレーザ光が出射される。そのときのレーザ光の走査範囲は、合焦位置Zpの探索に適した範囲に設定することができる。 Further, as described above, when searching for the in-focus position Zp, the laser beam is emitted at each height position. The scanning range of the laser beam at that time can be set to a range suitable for searching for the in-focus position Zp.
具体的に、走査制御部8aは、ステージ23の各高さ位置においてレーザ光走査部63を作動させることで、合焦演算部8eによる合焦位置Zpの算出に際してレーザ光を走査する。そのとき、レーザ光の走査範囲は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2測定部8lがレーザ共焦点法に基づいて表面形状を測定する場合に比して狭く設定することができる。
Specifically, the
詳しくは、レーザ光の走査範囲は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2測定部8lが表面形状を測定する場合に比して、第1および第2方向のうちの一方における寸法が短く設定され得る。
Specifically, the scanning range of the laser beam is the first and second directions when the focusing
さらに詳しくは、本実施形態では、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合、走査制御部8aは、第1方向としてのX方向に沿ってレーザ光をライン状に走査する。この場合、第2方向としてのY方向における寸法が短くなるように走査範囲が設定されることになる。ここで、互いに平行に並んだ数列にわたってレーザ光を走査してもよい。
More specifically, in the present embodiment, when the focusing
あるいは、前述の構成を実施する代わりに、レーザ光のスキャン間隔(レーザ光の照射位置Ps同士の間隔)は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2測定部8lが表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定することもできる(間引きスキャン)。これにより、オートフォーカスを高速で行うことができる。
Alternatively, instead of implementing the above configuration, the laser light scan interval (distance between the laser beam irradiation positions Ps) is the second measurement unit when the focusing
-焦点調整部8f-
焦点調整部8fは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させてステージ23または対物レンズ54の高さ位置を調整することによって、該高さ位置を合焦演算部8eによって算出された合焦位置Zpに一致させる。
-
The
焦点調整部8fが高さ位置を調整することで、対物レンズ54のフォーカスをサンプルSP上に合わせることができ、そのサンプルSPの測定に適した状態が実現される。
By adjusting the height position of the
なお、焦点調整部8fによる高さ位置の調整は、第1測定部8kまたは第2測定部8lによる表面形状の測定時に加えて、レーザ画像またはカメラ画像による観察、後述の明るさ調整部8gによる明るさ調整、傾き算出部8hによる傾きの算出、並びに、測定範囲設定部8jによる高さ範囲の設定等に際して実行される。これにより、フォーカスを合わせた状態から各種処理を開始させることができ、その高速化を図ることができる。
The height position is adjusted by the
-明るさ調整部8g-
合焦演算部8eおよび焦点調整部8fによる処理は、レーザ光を用いた処理となるため、焦点調整部8fがフォーカスを合わせた時点では、適切な露光時間等、白色光の設定は不明である。レーザ共焦点法によるオートフォーカスと、白色干渉法による形状測定と、をスムースに組み合わせるためには、オートフォーカス後に、白色光の設定を行う必要がある。
-
Since the processing by the focusing
そこで、明るさ調整部8gは、焦点調整部8fによって高さ位置が調整された状態で、白色光源51から照射される白色光の明るさを調整する。ここでの調整対象は、白色光源51そのものの制御パラメータに加えて、白色光を受光するための撮像素子58aを特徴付けるパラメータも含む。例えば、明るさ調整部8gは、白色光の明るさを調整するべく、撮像素子58aの露光時間とゲインの少なくとも一方を調整することができる。
Therefore, the
具体的に、本実施形態に係る明るさ調整部8gは、合焦演算部8eによって算出された合焦位置Zpを開始位置に設定する。明るさ調整部8gは、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を所定ピッチ(以下、「第2ピッチ」とも呼称する)で変化させ、各高さ位置で白色光源51から白色光を照射させる。その際の第2ピッチの大きさは、対物レンズ54の開口数等には依存せず、白色光の波長に基づいて決定される。
Specifically, the
例えば図6Cにおいて、黒色で塗り潰されたプロットは明るさ調整部8gが白色光の明るさを調整するとき(明るさ調整時)に用いられる高さ位置を指す。図6Cに示されるように、明るさ調整時に用いられる高さ位置は、合焦位置Zpを含んだ所定範囲内に設定することができる。
For example, in FIG. 6C, the plot filled with black indicates the height position used when the
明るさ調整部8gは、高さ位置を異ならせた状態で生成した複数の干渉画像に基づいて、白色光の明るさを調整する。具体的に、明るさ調整部8gは、撮像部58を介して生成された干渉画像のうち、相対的に明るい画素(特に、本実施形態では最も明るい画素)を含んだ干渉画像を選択する。干渉画像の選択は、例えば、各干渉画像の生成に用いた受光強度を画素毎に比較することで行うことができる。
The
明るさ調整部8gは、選択された干渉画像(最も明るい干渉画像)中の各画素が非飽和となる範囲内で白色光源51の明るさを調整する。詳しくは、明るさ調整部8gは、選択された干渉画像中の各画素が所定の上限値を下回る範囲内で、干渉画像が可能な限り明るくなるよう撮像素子58aの露光時間とゲインを調整し、最適なパラメータを決定する。決定されたパラメータは、記憶装置82等に入力され、一時的にまたは継続的に記憶される。
The
-傾き算出部8h-
傾き算出部8hは、ステージ23の傾きを算出するものである。具体的に、本実施形態に係る傾き算出部8hは、Z方向駆動部71および撮像部58を制御することで、ステージ23の相対的な高さ位置を互いに異ならせた複数の干渉画像を撮像するとともに、該複数の干渉画像に基づいて、対物レンズ54の光軸A3に対するサンプルSPの傾きを算出する。
-
The
説明の便宜を図るべく、以下の記載では、サンプルSPの表面と、ステージ23の上面(載置面25a)と、が平行なものと仮定する(図3Aおよび図3Bを参照)。この場合、サンプルSPの傾斜角度は、ステージ23の上面に直交する方向A4と、対物レンズ54の光軸A3に沿う方向と、がなす角度θに一致することになる。
For convenience of explanation, in the following description, it is assumed that the surface of the sample SP and the upper surface (mounting
具体的に、傾き算出部8hは、合焦演算部8eによって合焦位置Zpが演算された後、焦点調整部8fによってステージ23の相対的な高さ位置が調整された状態(高さ位置が合焦位置Zpに調整された状態)で、干渉画像に基づいた傾きの算出を開始する。
Specifically, in the
なお、傾き算出部8hによる傾きの算出は、明るさ調整部8gによる処理に先だって行ってもよいし、同処理の後に行ってもよい。また、明るさ調整部8gによる処理に先だって行われるオートフォーカスとは別に、傾きの算出を行う直前に、オートフォーカスを独立して行ってもよい。同様に、傾きの算出を行うタイミングは、測定範囲設定部8jによる高さ範囲の測定よりも前としてもよいし、その測定の後としてもよい。
The inclination calculated by the
まず、傾き算出部8hは、合焦位置Zpを基準として設定される開始位置からステージ23または対物レンズ54を上方または下方に向かって所定のZピッチ(第5ピッチ)で移動させる。傾き算出部8hは、そうして移動させた各高さ位置で白色光源51から白色光を照射させる。これにより、高さ位置を異ならせた複数の干渉画像が生成される。
First, the
なお、本実施形態に係る傾き算出部8hは、合焦位置Zpを開始位置に設定するように構成されているが、この構成には限定されない。例えば、合焦位置Zpから上方または下方に変位させた高さ位置を開始位置とし、その開始位置からステージ23または対物レンズ54を下方または上方に向かって第5ピッチで移動させることで高さ位置を変化させてもよい。
The
また、ステージ23または対物レンズ54の移動範囲としては、干渉画像から干渉縞が消失する位置を境界とすればよい。例えば、傾き算出部8hは、干渉画像中の輝度に基づいて干渉縞の有無を判定し、干渉縞が存在する場合はステージ23または対物レンズ54を上方または下方へ移動させ続ける一方、干渉縞が存在しない場合はステージ23または対物レンズ54の移動を停止させる、としてもよい。
Further, the moving range of the
また、本実施形態では、ステージ23の相対的な高さ位置を変化させるときの各高さ位置同士の間隔(第5ピッチ)は、傾き算出部8hがサンプルSPの傾きを算出する場合には、測定部としての第1測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広く設定される。
Further, in the present embodiment, the distance (fifth pitch) between the height positions when the relative height position of the
つまり、傾き算出部8hが傾きを算出するときには、第1測定部8kが表面形状を測定するときほど、画質に優れた干渉画像は要求されない。そこで、サンプルSPの傾きが算出されるときには、表面形状が測定されるときに比して、Zピッチをより粗く設定することが許容される。したがって、第5ピッチは、第1ピッチと同様に粗めに設定することができる。
That is, when the
そして、傾き算出部8hは、高さ位置を異ならせた複数の干渉画像に基づいてサンプルSPの表面形状を測定するとともに、その表面形状に基づいて、対物レンズ54の光軸A3に対するサンプルSPの傾きを算出する。なお、表面形状の測定方法としては、第1測定部8kと同様に、白色干渉法を用いて行うことができる。これについては、第1測定部8kについて説明する際に詳述する。
Then, the
詳しくは、傾き算出部8hは、サンプルSPの表面形状に基づいて、該サンプルSPの高さ情報(後述のように、干渉画像の画素毎に、サンプルSPの高さを示したデータ)を取得し、その高さ情報のX方向およびY方向における変化量に基づいて、サンプルSPの傾きを算出する。
Specifically, the
また、サンプルSPの表面領域のうち、撮像部58によって撮像されて干渉画像をなす領域の大きさ(干渉画像のサイズ)は、傾き算出部8hがサンプルSPの傾きを算出する場合には、測定部としての第1測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して小さく設定される。
Further, the size of the region (the size of the interference image) imaged by the
つまり、傾き算出部8hが傾きを算出するときには、第1測定部8kが表面形状を測定するときほど、より広範囲にわたって撮像された干渉画像は要求されない。そこで、サンプルSPの傾きが算出されるときには、表面形状が測定されるときに比して、干渉画像を相対的に小サイズにすることが許容される。
That is, when the
また、後述の変形例に示すように、傾き算出部8hは、サンプルSPの表面形状以外の指標に基づいて、サンプルSPの傾きを算出することもできる。
Further, as shown in the modification described later, the
傾き算出部8hによって算出される傾きは、X軸まわりの傾斜角度θxと、Y軸まわりの傾斜角度θyと、を組合わせた状態で取得される。この傾きを示す情報を第1傾きデータ(θx,θy)と呼称すると、この第1傾きデータは、操作量変換部8iに出力されると同時に、必要に応じて、記憶装置82に一時的にまたは経時的に記憶されるようになっている。
The inclination calculated by the
-操作量変換部8i-
操作量変換部8iは、傾き算出部8hによって算出された傾きに基づいて、該傾きを補正するための調整部材25の操作量を算出する。なお、ここでいう「操作量」は、第1の調整ツマミ25bおよび第2の調整ツマミ25cそれぞれの操作量を指す。
-Operation
The operation
例えば、サンプルSPの傾きを相殺するように補正するには、調整部材25を操作することで、載置面25aをX軸回りに角度-θxだけ回転させると同時に、これをY軸回りに角度-θyだけ回転させることが求められる。
For example, in order to correct the inclination of the sample SP so as to cancel it, the adjusting
そこで、操作量変換部8iは、傾き算出部8hから入力された第1傾きデータを変換し、サンプルSPに施されるべき補正量(回転角度)を示す第2傾きデータ(-θx,-θy)を生成する。操作量変換部8iによる変換は、第1傾きデータの符号を反転することで実行される。
Therefore, the operation
ここで、単に第2傾きデータを生成するだけでは、ユーザは、調整部材25の操作量を正確に把握することができない。ユーザビリティを高めるためには、回転角度等の情報を、ユーザが直感的に理解できる情報に置き換える必要がある。
Here, the user cannot accurately grasp the operation amount of the adjusting
そこで、ユニット制御系8の記憶装置82は、傾き算出部8hによって算出される傾きと、調整部材25の操作量と、の対応関係を記憶する。具体的に、この記憶装置82は、第1傾きデータを変換することで生成される第2傾きデータと、調整部材25の操作量と、の対応関係を予め記憶する。この対応関係は、調整部材25の使用、設計等に応じて定まるものであり、予め決定可能な関係である。
Therefore, the
操作量変換部8iは、記憶装置82における記憶内容に基づいて、調整部材25の操作量を算出する。ここで、操作量変換部8iは、前記対応関係を参照することで、第2傾きデータに対応した操作量を決定する。操作量変換部8iによって決定される操作量は、第1の調整ツマミ25bの回転方向および回転量と、第2の調整ツマミ25c回転方向および回転量と、によって構成される。
The operation
操作量変換部8iによって算出された操作量は、前述の表示制御部8cに入力される。表示制御部8cは、操作量変換部8iによって算出された操作量を表示するように、表示部41を制御する。
The operation amount calculated by the operation
-測定範囲設定部8j-
図7は、合焦位置Zpと、その合焦位置Zpを基準として設定される開始位置を用いた高さ範囲の設定手順と、そうして設定された高さ範囲を分割することで取得される第4ピッチと、の関係を模式化した図である。
-Measurement
FIG. 7 is obtained by dividing the height range setting procedure using the in-focus position Zp and the start position set with the in-focus position Zp as a reference, and the height range thus set. It is a figure which simplifies the relationship with the 4th pitch.
表面形状の測定は、合焦位置Zpの周辺で、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させることで行うことができる。このときに用いられる高さ位置の範囲(以下、「高さ範囲」という)は、白色干渉法およびレーザ共焦点のうちの一方を用いて設定することができる。
The surface shape can be measured by changing the height position of the
本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、白色干渉法を用いて高さ範囲を設定する測定範囲設定部8jを備える。測定範囲設定部8jに加えて、または、この測定範囲設定部8jに代えて、レーザ共焦点法を用いて高さ範囲を設定可能な第2の測定範囲設定部を備えてもよい。
The
ここで、図7に示されるように、測定範囲設定部8jによって設定される高さ範囲は、少なくとも合焦位置Zpを含むように設定される。すなわち、高さ範囲は、合焦位置Zp以上となるように設定される上限位置と、合焦位置Zp以下となるように設定される下限位置と、によって区画される範囲として設定される。
Here, as shown in FIG. 7, the height range set by the measurement
本実施形態では、測定範囲設定部8jは、下限位置を設定した後に上限位置を設定するが、その設定には限定されない。上限位置を設定した後に下限位置を設定してもよい。
In the present embodiment, the measurement
さらに、本実施形態に係る測定範囲設定部8jは、上限位置と下限位置とが設定された状態で、上限位置と下限位置との間隔を等間隔で分割することで、第1測定部8kまたは第2測定部8lがサンプルSPの表面形状を測定する場合における、ステージ23の各高さ位置を設定する。
Further, the measurement
具体的に、測定範囲設定部8jは、合焦演算部8eによって合焦位置Zpが演算された後、焦点調整部8fによってステージ23の相対的な高さ位置が調整された状態(高さ位置が合焦位置Zpに調整された状態)で、撮像部58により撮像された干渉画像に基づいた高さ範囲の設定を開始する。
Specifically, in the measurement
ここで、測定範囲設定部8jは、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させた状態で撮像部58を介して干渉画像を生成するとともに、各高さ位置で生成された干渉画像から干渉縞のピーク位置を算出し、そのピーク位置の算出に成功した画素数が、画面内で所定の第1閾値を上回るか否かを判定する。そして、第1測定範囲設定部8iは、第1閾値を上回る範囲(特に、Z方向に沿った範囲)として、高さ範囲を設定する。
Here, the measurement
すなわち、干渉画像から干渉縞が見出される場合にあっても、その干渉縞のピーク位置が画面内の極一部を占める場合には、白色干渉法による測定を行うには不都合であると考えられる。そこで、干渉縞のピーク位置の算出に成功した画素数に基づいた設定を行うことで、より適切に高さ範囲を設定することができるようになる。 That is, even if interference fringes are found in the interference image, if the peak position of the interference fringes occupies a very small part of the screen, it is considered inconvenient to perform the measurement by the white interferometry. .. Therefore, by making a setting based on the number of pixels that have succeeded in calculating the peak position of the interference fringe, the height range can be set more appropriately.
なお、干渉画像を構成する画素の数は、高さ範囲を設定するときには、表面形状を測定するときに比して削減してもよい。これにより、高さ範囲を高速で設定することができる。また、判定の指標となる第1閾値は、基本的には記憶装置82に記憶されているものの、外部からの操作入力等に基づいて、適宜変更することができる。
The number of pixels constituting the interference image may be reduced when setting the height range as compared with when measuring the surface shape. This makes it possible to set the height range at high speed. Further, although the first threshold value as an index of determination is basically stored in the
また、図7に示されるように、測定範囲設定部8jは、高さ範囲の設定に際してステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させるときには、合焦演算部8eによって算出された合焦位置Zpを基準とした開始位置を設定し、その開始位置からステージ23または対物レンズ54を上方または下方に向かって所定のZピッチ(第3ピッチ)で移動させる。
Further, as shown in FIG. 7, when the measurement
なお、図7の中央図に示されるように、本実施形態に係る測定範囲設定部8jは、合焦位置Zpを開始位置に設定するように構成されている。しかしながら、本開示は、そうした構成には限定されない。例えば、合焦位置ZpからZ方向に沿って上方または下方に変位させた高さ位置を開始位置(この場合、開始位置≠合焦位置Zpとなる)とし、その開始位置からステージ23または対物レンズ54を下方または上方に向かって第3ピッチで移動させることで高さ位置を変化させてもよい。
As shown in the central view of FIG. 7, the measurement
また、ステージ23の各高さ位置同士の間隔は、測定範囲設定部8jが高さ範囲を設定する場合には、第1測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定することができる。すなわち、図7に示されるように、高さ範囲が設定されるとき(測定範囲設定部8jが高さ範囲を設定するとき)には、表面形状が測定されるとき(第1測定部8kまたは第2測定部8lがサンプルSPの表面形状を測定するとき)に比して、Zピッチ(第3ピッチ)をより粗く設定することが許容される。高さ範囲の設定に際して用いられるZピッチである第3ピッチは、第1ピッチと同様に粗めに設定することができる。
Further, the distance between the height positions of the
例えば図6Eにおいて、白抜きのサークル状のプロットは高さ範囲の設定時に用いられる高さ位置を指し、クロス状のプロットは、前述のように表面形状の測定時に用いられる高さ位置を指す。図6Eに示されるように、本実施形態に係る第3ピッチは、前述した第1ピッチと同様に、表面形状が測定されるときに用いられるZピッチ(第4ピッチ)に比して粗く(広く)設定することができる。 For example, in FIG. 6E, the white circle-shaped plot refers to the height position used when setting the height range, and the cross-shaped plot refers to the height position used when measuring the surface shape as described above. As shown in FIG. 6E, the third pitch according to the present embodiment is coarser than the Z pitch (fourth pitch) used when the surface shape is measured, similar to the first pitch described above. Can be set widely).
測定範囲設定部8jによって設定された高さ範囲と、その高さ範囲を分割することで得られた各高さ位置は、第1測定部8kまたは第2測定部8lに入力される。
The height range set by the measurement
-第1測定部8k-
図6Aは、1つの画素において、サンプルSPのZ方向の相対位置と、白色光の干渉光に起因する受光強度と、の関係を例示する図である。第1測定部8kは、前述のように白色干渉法を使用してサンプルSPの表面形状を測定する。具体的に、第1測定部8kは、合焦位置Zpを含んだ高さ範囲内に定められる複数の高さ位置において撮像部58により撮像された複数の干渉画像に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定する。
-
FIG. 6A is a diagram illustrating the relationship between the relative position of the sample SP in the Z direction and the light receiving intensity due to the interference light of white light in one pixel. The
なお、サンプルSPの表面形状は、サンプルSPの三次元形状、テクスチャと呼ぶこともできる。このことは、第2測定部8lによって測定される表面形状についても同様である。 The surface shape of the sample SP can also be referred to as a three-dimensional shape or texture of the sample SP. This also applies to the surface shape measured by the second measuring unit 8l.
詳しくは、第1測定部8kは、白色干渉の原理を使用することで、サンプルSPの表面形状を把握できる干渉画像(第1画像データ)を取得する。この第1画像データは、撮像部58による撮像範囲毎に取得される。この撮像範囲は、対物レンズ54の拡大倍率等に応じて定まる。
Specifically, the
まず、ステージ23ひいてはサンプルSPの高さ位置が固定された状態で、撮像範囲内に白色光が照射される。この白色光は、干渉対物レンズOc内に設けた分岐光学系55において、参照ミラー55bによって反射される参照光と、サンプルSPによって反射される測定光とに分岐する。このうち、測定光の反射光は、参照光とともに撮像部58に照射され、その撮像素子58aによって受光される。撮像素子58aによって受光された測定光および参照光は、互いに重なり合って干渉画像を生成する。このとき、干渉画像に対応した受光強度が取得されるが、その受光強度は、干渉画像の画素毎に取得される。
First, white light is irradiated within the imaging range with the height position of the
次に、Z方向駆動部71によって、干渉対物レンズOcの高さ位置を所定の第4ピッチで変化させる。これにより、干渉対物レンズOcの高さ位置が前回とは異なる状態になり、その高さ位置を異ならせた状態でサンプルSPに白色光が照射される。これにより、高さ位置を異ならせた干渉画像が生成される。この干渉画像の画素毎に、受光強度がモニターされる。これが、高さ位置毎に繰り返される。
Next, the Z-
このとき、Z方向における干渉対物レンズOcの移動範囲は、測定範囲設定部8jが設定した高さ範囲に等しく、高さ位置の変化幅である第4ピッチは、その高さ範囲を等間隔で分割したものに等しい(図7を参照)。図6D、図6Eを用いて説明したように、第4ピッチは、オートフォーカス時に用いられるZピッチである第1ピッチと、高さ範囲の設定時に用いられるZピッチである第3ピッチと、の双方に比して細かく(狭く)設定することができる。
At this time, the moving range of the interference objective lens Oct in the Z direction is equal to the height range set by the measurement
干渉画像の画素数は、撮像素子58aの受光面に配置された画素の数によって定まるが、両者の数を一致させる必要はない。デジタルズームの有無、データ容量の削減等の観点から、撮像素子58aを構成する画素のうちの一部を干渉画像の生成に使用してもよい。
The number of pixels of the interference image is determined by the number of pixels arranged on the light receiving surface of the
また、撮像部58の画角よりも広範囲内にわたって撮像された干渉画像が望まれる場合、駆動制御部8bがXY方向駆動部73を制御することで、ステージ23をX方向またはY方向に移動させる。そして、前回とは異なる撮像範囲に白色光を照射して、その撮像範囲に対応した干渉画像を撮像する。この処理を各高さ位置で実行し、得られた干渉画像を継ぎ合わせることで一体的な第1画像データが生成される。
Further, when an interference image captured over a wider range than the angle of view of the
ここで、図6Aに例示されるように、サンプルSPの表面が干渉対物レンズOcの焦点と一致するとき(合焦位置Zpにあるとき)、その表面によって反射された測定光と参照ミラー55bによって反射された参照光は、互いに強め合った状態で撮像素子58aに入射する。その結果、撮像素子58aにおける受光強度が最大になる。
Here, as illustrated in FIG. 6A, when the surface of the sample SP coincides with the focal point of the interference objective lens Oct (when it is in the in-focus position Zp), the measurement light reflected by the surface and the
一方、サンプルSPの表面が干渉対物レンズOcの焦点と一致しないとき(非合焦位置にあるとき)、撮像素子58aにおける受光強度は、増減を繰り返しつつも、合焦位置Zpから離れるにしたがって徐々に減衰する。その結果、干渉縞を示す明暗模様は、干渉画像から消失することになる。換言すれば、合焦位置Zp付近においてのみ、干渉画像中に干渉縞が現れるようになっている。
On the other hand, when the surface of the sample SP does not match the focal point of the interference objective lens Occ (when it is in the out-of-focus position), the light-receiving intensity in the
このように、サンプルSPの表面が干渉対物レンズOcの焦点と一致するときに、撮像素子58aの受光強度分布がピークを迎える(図6Aの強度Ipを参照)。受光強度分布はまた、合焦位置から離れるに従って、フレア成分としての参照光に起因した値に収束する(図6Aの強度Ibを参照)。第2画像データとしての干渉画像に基づいて、Z方向に対する受光強度の変化を示す曲線(Z-Iカーブ)を画素毎に得ることができる。
As described above, when the surface of the sample SP coincides with the focal point of the interference objective lens Oct, the light receiving intensity distribution of the
受光強度のピーク位置(Z方向の位置、Z座標)を示すデータを画素毎に取得することで、サンプルSPの表面と、干渉対物レンズOcと、の間の距離を示す情報(高さ情報)を画素毎に取得することができるようになる。この高さ情報に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定することができる。 Information (height information) indicating the distance between the surface of the sample SP and the interference objective lens Oct by acquiring data indicating the peak position (position in the Z direction, Z coordinate) of the light receiving intensity for each pixel. Can be acquired for each pixel. Based on this height information, the surface shape of the sample SP can be measured.
ここで、「焦点が一致しないとき」というのは、隣接画素間の輝度差がなくなること(輝度比が1に近づくこと)であり、逆に、「焦点が一致しているとき」というのは、隣接画素間の輝度差(輝度比)が、焦点が合っていないときに比べ大きい状態と換言することもできる。 Here, "when the focal points do not match" means that the luminance difference between adjacent pixels disappears (the luminance ratio approaches 1), and conversely, "when the focal points match" means that the luminance ratio approaches 1. In other words, the luminance difference (luminance ratio) between adjacent pixels is larger than when it is out of focus.
また、実際の測定の際は、Z方向に干渉対物レンズOcを動かして、その際に現れる干渉縞のコントラスト変化、位相変化等を解析することで、サンプルSP表面の凹凸等を示すデータを取得することができる。 In the actual measurement, the interference objective lens Oct is moved in the Z direction, and the contrast change, phase change, etc. of the interference fringes appearing at that time are analyzed to acquire data indicating the unevenness of the sample SP surface. can do.
第1測定部8kによって生成された第1画像データは、表示制御部8cによって、表示部41に表示される。ユーザは、表示された第1画像データを目視することで、サンプルSPの表面形状を把握することができる。
The first image data generated by the
-第2測定部8l-
図6Bは、1つの画素において、サンプルSPのZ方向の相対位置と、レーザ光の反射光に起因する受光強度と、の関係を例示する図である。第2測定部8lは、前述のようにレーザ共焦点法を使用してサンプルSPの表面形状を測定する。具体的に、第2測定部8lは、走査制御部8aがレーザ光走査部63を制御することによって走査されたレーザ光の反射光の受光強度に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定する。
-Second measuring unit 8l-
FIG. 6B is a diagram illustrating the relationship between the relative position of the sample SP in the Z direction and the light receiving intensity due to the reflected light of the laser light in one pixel. The second measuring unit 8l measures the surface shape of the sample SP by using the laser confocal method as described above. Specifically, the second measuring unit 8l measures the surface shape of the sample SP based on the received intensity of the reflected light of the laser light scanned by the
詳しくは、第2測定部8lは、レーザ共焦点の原理を使用することで、サンプルSPの表面形状を把握できるレーザ画像(第2画像データ)を取得する。この第2画像データは、サンプルSP上の単位領域毎に取得される。この単位領域は、対物レンズ54の倍率等に応じて定まる。単位領域毎の第2画像データは、後述の画素データに基づいて生成される。
Specifically, the second measuring unit 8l acquires a laser image (second image data) capable of grasping the surface shape of the sample SP by using the principle of laser confocal. This second image data is acquired for each unit area on the sample SP. This unit area is determined according to the magnification of the
まず、ステージ23ひいてはサンプルSPの高さ位置が固定された状態で、レーザ光走査部63により単位領域内でレーザ光がX方向に走査される。X方向の走査が終了すると、レーザ光の照射位置が、レーザ光走査部63によりY方向に一定の間隔だけ移動する。その移動後に、レーザ光がX方向に走査される。単位領域でのレーザ光のX方向の走査及びY方向の移動が繰り返されることにより、単位領域のX方向及びY方向の走査が終了する。
First, with the height position of the
その際、2次元的に走査されたレーザ光の反射光は、ピンホール65a等からなる共焦点光学系(レーザ光学系6)を介して受光部66に照射され、その受光素子66aによって受光される。
At that time, the reflected light of the laser beam scanned two-dimensionally is applied to the
次に、Z方向駆動部71によって、対物レンズ54の高さ位置を変化させる。これにより、対物レンズ54の高さ位置が前回とは異なる状態になり、その高さ位置を異ならせた状態で、単位領域のX方向及びY方向の走査が行われる。その後、対物レンズ54の高さ位置を所定ピッチ(第4ピッチ)で移動させて、単位領域のX方向及びY方向の走査が行われる。これが、単位領域毎に繰り返される。既に説明したように、第4ピッチは、オートフォーカス時に用いられるZピッチ(第1ピッチ)と、高さ範囲の設定時に用いられるZピッチ(第3ピッチ)と、よりも細かく(狭く)設定することができる(図6D~図6Eを参照)。
Next, the height position of the
第2画像データのX方向の画素数はレーザ光走査部63によるレーザ光のX方向の走査速度と、サンプリング周期と、によって定まる。1回のX方向の走査(1本の走査線)におけるサンプリング数がX方向の画素数となる。また、Y方向の画素数は、X方向の走査の終了毎の、レーザ光走査部63によるレーザ光のY方向の変移量により定まる。Y方向における走査線の数が、Y方向の画素数となる。
The number of pixels in the X direction of the second image data is determined by the scanning speed of the laser light in the X direction by the laser
単位領域のX方向及びY方向の走査が終了すると、駆動制御部8bがXY方向駆動部73を制御することで、ステージ23をX方向またはY方向に移動させる。そして、前回とは異なる別の単位領域において、同様にX方向及びY方向の走査を行う。これを繰り返して複数の単位領域についてX方向及びY方向の走査を行う。得られた各単位領域の第2画像データを連結することで、一体的な第2画像データにすることができる。
When the scanning in the X direction and the Y direction of the unit region is completed, the
ここで、図6Bを参照して説明したように、サンプルSPの表面が対物レンズ54の焦点と一致するとき(合焦位置Zpにあるとき)、その表面によって反射された反射光は、ピンホール65a付近で収束した状態で受光素子66aに入射する。その結果、受光素子66aにおける受光強度が最大になる。
Here, as described with reference to FIG. 6B, when the surface of the sample SP coincides with the focal point of the objective lens 54 (when it is in the in-focus position Zp), the reflected light reflected by the surface is a pinhole. It is incident on the
一方、サンプルSPの表面が対物レンズ54の焦点と一致しないとき(非合焦位置にあるとき)、その表面によって反射された反射光は、その大部分がピンホール65aによって遮蔽された状態で受光素子66aに入射する。その結果、受光素子66aにおける受光強度は、合焦位置Zpに比して大幅に小さくなる。
On the other hand, when the surface of the sample SP does not match the focal point of the objective lens 54 (when it is in the out-of-focus position), the reflected light reflected by the surface is received in a state where most of the reflected light is shielded by the
このように、サンプルSPの表面が対物レンズ54の焦点と一致するときに、受光素子66aの受光強度分布に急峻なピークが表れる(図6Bの強度Ipを参照)。各単位領域での第1画像データに基づいて、Z方向に対する受光強度の変化を示す曲線(Z-Iカーブ)を画素毎に得ることができる。
As described above, when the surface of the sample SP coincides with the focal point of the
受光強度のピーク位置(Z方向の位置、Z座標)を示すデータを画素毎に取得することで、サンプルSPの表面と、対物レンズ54と、の間の距離を示す情報(高さ情報)を画素毎に取得することができるようになる。各画素の配置に従って高さ情報を並べることで、サンプルSPの表面形状を把握可能な第2画像データが生成される。
By acquiring data indicating the peak position of the light receiving intensity (position in the Z direction, Z coordinate) for each pixel, information (height information) indicating the distance between the surface of the sample SP and the
第2測定部8lによって生成された第2画像データは、表示制御部8cによって、表示部41に表示される。ユーザは、表示された第2画像データを目視することで、サンプルSPの表面形状を把握することができる。
The second image data generated by the second measurement unit 8l is displayed on the
<測定手順の具体例>
-基本フロー-
図9は、白色干渉顕微鏡1によるサンプルSPの測定手順を例示するフローチャートである。まず、白色干渉顕微鏡1が起動されると、ステップS1では、白色干渉顕微鏡1の動作内容(動作モード)と、その動作時に用いる使用原理と、が選択される。
<Specific example of measurement procedure>
-Basic flow-
FIG. 9 is a flowchart illustrating the measurement procedure of the sample SP by the
ここで、動作モードとは、前述したように、サンプルSPの表面形状を測定する第1モードと、サンプルSPの膜厚を測定する第2モード(詳細は省略)と、サンプルSPを観察するための第3モードと、に相当する。ユーザは、表示部41上に表示された画面に対してクリック操作等を行うことで、白色干渉顕微鏡1に実行させるべき動作内容を選択する。モード切替部8dは、ユーザによって選択された動作内容に対応する画面を表示部41上に表示させる。
Here, the operation modes are, as described above, a first mode for measuring the surface shape of the sample SP, a second mode for measuring the film thickness of the sample SP (details omitted), and for observing the sample SP. Corresponds to the third mode of. The user selects the operation content to be executed by the
後述のように、表示部41上に表示される画面は、レーザ画像、干渉画像、表面形状の測定結果等、ユーザに各種情報を伝える一方、キーボード42、マウス43等の操作入力を受け付けるユーザインターフェース(User Interface:UI)として機能する。このUIについては後述する。
As will be described later, the screen displayed on the
また、ステップS1で選択可能な使用原理には、少なくとも、白色干渉法と、レーザ共焦点法と、が含まれる。この他、フォーカス合成等、他の原理をユーザに選択させてもよい。 Further, the usage principle that can be selected in step S1 includes at least a white interferometry method and a laser confocal method. In addition, the user may be allowed to select another principle such as focus stacking.
続くステップS2では、前述した画面をユーザが操作することで、各動作モードに用いられるパラメータの設定モードが選択される。本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、パラメータの設定モードとして、ユニット制御系8が自動的にパラメータを設定する自動設定モード(「簡単設定」ともいう)と、ユーザ自らがキーボード42等を操作してパラメータを設定する手動設定モード(「基本設定」ともいう)と、を実行することができる。モード切替部8dは、ユーザによって選択された設定モードに対応する情報を表示部41上に表示させる。
In the following step S2, the user operates the screen described above to select the parameter setting mode used for each operation mode. The
続くステップS3では、電動レボルバ74に装着された複数の対物レンズ54のうち、拡大倍率が最も低い対物レンズ54に切り替えられる。この切替は、設定モードが選択され次第、駆動制御部8bが自動的に行ってもよいし、ユーザが手動で行ってもよい。
In the following step S3, the
続くステップS4では、ステージ23にサンプルSPが載置される。
In the following step S4, the sample SP is placed on the
なお、前記ステップS1~S4の順番は、前述したフローには限定されない。例えば、ステップS1とステップS2の順番を入れ替えてもよいし、ステップS1よりも早いタイミングでステップS4を実行してもよい。図9に示すフローは、例示に過ぎない。 The order of steps S1 to S4 is not limited to the above-mentioned flow. For example, the order of step S1 and step S2 may be exchanged, or step S4 may be executed at a timing earlier than step S1. The flow shown in FIG. 9 is merely an example.
続くステップS5では、サンプルSP上の測定箇所が探索され、その測定箇所にフォーカスを合わせる。このフォーカスは、ユーザが手動で行ってもよいし、焦点調整部8f等が自動で行ってもよい。
In the following step S5, the measurement point on the sample SP is searched, and the measurement point is focused on the measurement point. This focus may be manually performed by the user, or may be automatically performed by the
続くステップS6では、測定に用いる対物レンズ54が選択される。この選択は、表示部41上に表示されるUIを介してユーザが手動で行うようになっている。
In the following step S6, the
ここで、ステップS1において白色干渉法が選択されている場合は、対物レンズ54として、対物レンズ54と分岐光学系55とを組み合わせてなる干渉対物レンズOcが選択される。しかしながら、本開示は、そうした構成には限定されない。前述のように、白色干渉法を用いて測定を行う場合にあっても、その測定に先だって、レーザ共焦点法を用いたオートフォーカスが実行されるようになっている。そのため、白色干渉法が選択された場合にあっても、一時的に、分岐光学系55を非具備とした通常の対物レンズ54が選択されるように構成してもよい。
Here, when the white interferometry method is selected in step S1, the interferometric objective lens Oct, which is a combination of the
一方、ステップS1においてレーザ共焦点法が選択されている場合、ステップS6において、対物レンズ54として、分岐光学系55を非具備とした通常の対物レンズ54が選択される。
On the other hand, when the laser confocal method is selected in step S1, a normal
ステップS6において対物レンズ54が選択されると、駆動制御部8bが電動レボルバ74を作動させ、サンプルSP上の前記測定箇所に対し、選択された対物レンズ54の先端面を対峙させる。
When the
続くステップS7では、ユニット制御系8が、使用原理として白色干渉法が選択されているか否かを判定する。白色干渉法が選択されていると判定された場合(ステップS7:YES)、制御プロセスはステップS8に進み、傾き算出部8hおよび操作量変換部8iが、サンプルSPの傾き補正に係る処理を実行する。ステップS8は、複数の工程からなる処理であり、その詳細については後述する。
In the following step S7, the
一方、レーザ共焦点法が選択されていると判定された場合(ステップS7:NO)、制御プロセスは、ステップS8をスキップしてステップS9に進む。なお、レーザ共焦点法が選択されている場合にも、傾き算出部8h等を用いた傾きの調整を実行してもよい。
On the other hand, when it is determined that the laser confocal method is selected (step S7: NO), the control process skips step S8 and proceeds to step S9. Even when the laser confocal method is selected, the inclination may be adjusted by using the
続くステップS9では、ステップS1およびステップS2での選択に基づいて、各種パラメータの設定、サンプルSPの表面形状の測定等が実行される。以下、第1モード(サンプルSPの表面形状を測定するための動作モード)が選択された場合についてのみ説明する。 In the following step S9, various parameters are set, the surface shape of the sample SP is measured, and the like are executed based on the selections made in steps S1 and S2. Hereinafter, only the case where the first mode (operation mode for measuring the surface shape of the sample SP) is selected will be described.
-ユーザインターフェースの具体例-
図16および図17は、表示部41上に表示されるUIの具体例を示す図である。
-Specific example of user interface-
16 and 17 are diagrams showing specific examples of the UI displayed on the
具体的に、図16は、各種パラメータの簡単設定時における表示画面を例示する図である。また、図17は、白色干渉法による測定時の表示画面を例示する図である。 Specifically, FIG. 16 is a diagram illustrating a display screen at the time of simple setting of various parameters. Further, FIG. 17 is a diagram illustrating a display screen at the time of measurement by the white interferometry.
ここで、第1表示領域R1は、サンプルSPの表面(観察面)を一部拡大して表示するための領域であり、第2表示領域R2は、サンプルSPの表面全体を俯瞰的に捉えて表示するための領域である。 Here, the first display area R1 is an area for partially enlarging and displaying the surface (observation surface) of the sample SP, and the second display area R2 is a bird's-eye view of the entire surface of the sample SP. This is an area for display.
また、第2表示領域R2中に表示される矩形状の枠Rgは、第1表示領域R1として拡大表示された領域を示すための枠である。図16等に示す例では、マーキングパターンPtのうちの一部(特に、矩形部分の角部)が、第1表示領域R1内に表示されている。 Further, the rectangular frame Rg displayed in the second display area R2 is a frame for showing the area enlarged and displayed as the first display area R1. In the example shown in FIG. 16 and the like, a part of the marking pattern Pt (particularly, the corner portion of the rectangular portion) is displayed in the first display area R1.
ここで、ボタンB2は、画面上に表示される画像を取得する手段を選択するためのUIである。このボタンB2をクリック操作することで、撮像部58によって撮像されるカメラ画像を第1および第2表示領域R1,R2に表示させたり(カメラ)、サンプルSPの表面上でレーザ光を走査することで生成されるレーザ画像を第1および第2表示領域R1,R2に表示させたり(レーザ)することができる。図例では、前者の「カメラ」が表示された状態にある。
Here, the button B2 is a UI for selecting a means for acquiring an image displayed on the screen. By clicking this button B2, the camera image captured by the
また、ボタンB2の周辺には、カメラ画像の生成に際し、白色光源51から照射される白色光を用いるか、前述したリング照明54aから照射される光を用いるかをユーザに選択させるためのUIが表示されていたり、各光源の明るさを調整するためのUIが表示されていたりする。図例では、前者の白色光源51が選択された状態にある(図中では「同軸」と表示)。
Further, around the button B2, there is a UI for allowing the user to select whether to use the white light emitted from the
白色干渉顕微鏡1が起動されて、動作モードとして第1モードが選択されると、図16に例示される画面が表示される。ここで、タブT1~T3は、白色干渉顕微鏡1の動作モードを切り替えるためのUIである。
When the
例えば、タブT1をクリック操作すると第3モード(サンプルSPを観察するための動作モード)が選択され、タブT2をクリック操作すると第1モードが選択され、タブT3をクリック操作すると第2モード(サンプルSPの膜厚を測定するための動作モード)が選択される。図16および図17のいずれにおいても、第1モードが選択された状態にある。 For example, clicking the tab T1 selects the third mode (operation mode for observing the sample SP), clicking the tab T2 selects the first mode, and clicking the tab T3 selects the second mode (sample). The operation mode for measuring the film thickness of the SP) is selected. In both FIGS. 16 and 17, the first mode is selected.
また、ボタンB3は、各種パラメータの設定モードを選択するためのUIである。図例では、ボタンB3をクリック操作することで、前述の自動設定モード(簡単設定)と、手動設定モード(基本設定)と、のうちの一方を選択することができる。なお、図16では自動設定モードが選択された状態を例示している。 Further, the button B3 is a UI for selecting a setting mode of various parameters. In the illustrated example, one of the above-mentioned automatic setting mode (simple setting) and manual setting mode (basic setting) can be selected by clicking the button B3. Note that FIG. 16 illustrates a state in which the automatic setting mode is selected.
また、ボタンB1は、測定に用いる使用原理を選択するためのUIである。ボタンB1は、自動設定モードが選択されたときと、手動設定モードが選択されたとき(図示省略)と、の双方で表示される。このボタンB1をクリック操作することで、レーザ共焦点法と、白色干渉法と、のうちの一方を選択することができる。フォーカス合成等、他の原理を実行可能に構成した場合、ボタンB1の周辺には、他の原理を選択するためのボタンが追加で表示される。図例では、白色干渉法が選択された状態にある。 Further, the button B1 is a UI for selecting the usage principle used for the measurement. Button B1 is displayed both when the automatic setting mode is selected and when the manual setting mode is selected (not shown). By clicking the button B1, one of the laser confocal method and the white interferometry can be selected. When other principles such as focus stacking are configured to be executable, a button for selecting another principle is additionally displayed around the button B1. In the illustrated example, the white interferometry is selected.
また、ボタンB4は、複数の対物レンズ54の中から、サンプルSPに対峙させる対物レンズ54を選択するためのUIである。図例では、レーザ共焦点法に適した5つの対物レンズ54と、白色干渉法に適した1つの干渉対物レンズOcと、が並んだ状態で表示されている。このうちのいずれか1つをクリック操作することで、対物レンズ54が選択される。図例では、干渉対物レンズOcが選択された状態にある。
Further, the button B4 is a UI for selecting the
この他、自動設定モードが選択された場合は、視野の合わせ方をガイドするためのボタンB5と、傾き調整をガイドするためのボタンB6と、が画面上に表示され、手動設定モードが選択された場合は、各種パラメータを手動で調整するためのボタン群B8が画面上に表示される。 In addition, when the automatic setting mode is selected, the button B5 for guiding how to adjust the field of view and the button B6 for guiding the tilt adjustment are displayed on the screen, and the manual setting mode is selected. If so, the button group B8 for manually adjusting various parameters is displayed on the screen.
なお、図9のステップS8に係る処理(サンプルSPの傾き補正に係る処理)は、ボタンB6が押下されたときのみ実行されるように構成してもよいし、ボタンB6が押下されたか否かに関係なく、自動的に開始するように構成してもよい。 The process according to step S8 in FIG. 9 (process related to the tilt correction of the sample SP) may be configured to be executed only when the button B6 is pressed, and whether or not the button B6 is pressed. It may be configured to start automatically regardless of.
また、図16および図17の画面右下に配置された測定開始ボタンBsが押下されると、サンプルSPの表面形状の測定が開始されるようになっている。測定開始ボタンBsが押下されるタイミングについては後述する。 Further, when the measurement start button Bs arranged at the lower right of the screens of FIGS. 16 and 17 is pressed, the measurement of the surface shape of the sample SP is started. The timing at which the measurement start button Bs is pressed will be described later.
-各種処理の具体例-
以下、各種パラメータの設定に係る処理と、設定されたパラメータに基づいた測定に係る処理と、について順番に説明する。図10は、白色干渉顕微鏡によるパラメータの設定手順を例示するフローチャートである。図10に示すステップS11~S18は、図9のステップS9に示す処理の詳細を例示するものである。
-Specific examples of various processes-
Hereinafter, the processing related to the setting of various parameters and the processing related to the measurement based on the set parameters will be described in order. FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure for setting parameters using a white interference microscope. Steps S11 to S18 shown in FIG. 10 exemplify the details of the process shown in step S9 of FIG.
まず、図10のステップS11において、パラメータの設定モードとして、自動設定モードが選択されているか否かを判定する。この判定は、例えばモード切替部8dが行うようになっている。
First, in step S11 of FIG. 10, it is determined whether or not the automatic setting mode is selected as the parameter setting mode. This determination is performed, for example, by the
自動設定モードが選択されていると判定された場合(ステップS11:YES)、制御プロセスは、ステップS11からステップS12に進む。この場合、図16等に例示した測定開始ボタンBsが押下され次第、ユニット制御系8は、各種パラメータの自動設定と、自動で設定されたパラメータに基づいた測定と、を続けて実行する。
If it is determined that the automatic setting mode is selected (step S11: YES), the control process proceeds from step S11 to step S12. In this case, as soon as the measurement start button Bs illustrated in FIG. 16 or the like is pressed, the
一方、自動設定モードが選択されていないと判定された場合(ステップS11:NO)、制御プロセスは、ステップS11からステップS17へ進む。この場合、ステップS17において、基本設定用のボタン群がユーザによって操作され、各種パラメータが手動で設定される。それに続いて、ステップS18において測定開始ボタンBsが押下されると、ステップS16において白色干渉法またはレーザ共焦点法を用いた表面形状の測定が実行されてリターンするようになっている。 On the other hand, when it is determined that the automatic setting mode is not selected (step S11: NO), the control process proceeds from step S11 to step S17. In this case, in step S17, the button group for basic setting is operated by the user, and various parameters are manually set. Subsequently, when the measurement start button Bs is pressed in step S18, the surface shape measurement using the white interferometry or the laser confocal method is executed and returns in step S16.
ステップS12に戻ると、同ステップにおいて測定開始ボタンBsが押下されると、制御プロセスはステップS12からステップS13へ進む。ステップS13においては、表面形状の測定に用いられる原理にかかわらず、レーザ共焦点法を用いたオートフォーカス(自動的なフォーカス合わせ)が実行される。 Returning to step S12, when the measurement start button Bs is pressed in the same step, the control process proceeds from step S12 to step S13. In step S13, autofocus (automatic focusing) using the laser confocal method is executed regardless of the principle used for measuring the surface shape.
図10は、図9のステップS13で行われる具体的な処理を例示した図である。すなわち、図10は、白色干渉顕微鏡1によるオートフォーカスの実行手順を例示するフローチャートである。
FIG. 10 is a diagram illustrating a specific process performed in step S13 of FIG. That is, FIG. 10 is a flowchart illustrating the procedure for executing autofocus by the
まず、図10のステップS101において、受光素子66aのゲインが一時的に増大される。これにより、サンプルSPに対してレーザ光を照射したときに、合焦位置Zpに対応する反射光をより確実に捉えることが可能となる。レーザ共焦点法を用いたオートフォーカスの場合、合焦位置Zpから外れた状態であっても、受光素子66aのゲインを大幅に高めることが許容される。
First, in step S101 of FIG. 10, the gain of the
続くステップS102において、駆動制御部8bがZ方向駆動部71を制御することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(Z位置)が、所定の第1ピッチで変化する。そして、ユニット制御系8がレーザ光源61を制御することで、各Z位置でサンプルSPにレーザ光を照射する。前述したように、この第1ピッチは、レーザ共焦点法による測定時に用いられるZピッチ(第4ピッチ)に比して、粗めに設定される(図6Dを参照)。
In the subsequent step S102, the
続くステップS103において、走査制御部8aがレーザ光走査部63を制御することで、レーザ光をX方向に沿った数列分だけ直線状に走査する。すなわち、X方向については略全域にわたって走査される一方、Y方向については数画素分だけ走査されることになる。そうして走査されたレーザ光の反射光は、ピンホール65a等からなるレーザ光学系6(共焦点光学系)を介して受光素子66aに向かう。前述のように、対物レンズ54の焦点がサンプルSPの表面と一致する場合は受光素子66aに到達する一方、一致しない場合はピンホール65aによって遮断されるようになっている。
In the subsequent step S103, the
続くステップS104においては、記憶装置82が、Z位置毎に受光強度を記憶する。
In the following step S104, the
続くステップS105においては、合焦演算部8eが、複数のZ位置の中から、受光強度が最大となるZ位置(合焦位置Zp)を探索する。既に説明したように、合焦位置Zpの探索は、各Z位置と関連付けて記憶された受光強度を、放物線、ガウス関数等を用いてフィッティングすることで実行可能となる。
In the following step S105, the focusing
続くステップS106において、焦点調整部8fがZ方向駆動部71を制御することで、前記ステップS105で探索された合焦位置Zpを実現するように、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を調整する。これにより、対物レンズ54のフォーカス合わせが完了する(オートフォーカスが完了する)。
In the following step S106, the
ところで、公知の構成の場合、レーザ共焦点法を用いたオートフォーカスは、通常の対物レンズ54を用いて行うことが想定されている。しかしながら、前述のように、本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、通常の対物レンズ54の代わりに、干渉対物レンズOcを選択した状態でオートフォーカスを行うこともできる。通常の対物レンズ54を用いて得られる合焦位置Zpと、干渉対物レンズOcを用いて得られる合焦位置Zpとの間には、レンズ等の光学部品の光学特性(具体的には色収差)と、各光学部品を通過する光の波長とが相まって生じるズレが存在する。
By the way, in the case of a known configuration, it is assumed that the autofocus using the laser confocal method is performed by using a normal
言い換えると、合焦位置Zpのズレは、レーザ特性、走査領域のレイアウト、サンプルSPの凹凸等、測定の度に変化するものではなく、レンズの光学特性に依存するものに過ぎない。したがって、合焦位置Zpのズレを予め測定し、記憶装置82等に記憶させておくことができる。本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、干渉対物レンズOcを用いて合焦位置Zpが測定された場合に、記憶装置82の記憶内容に基づいて、合焦位置Zpのズレを補正するように構成されている。
In other words, the deviation of the in-focus position Zp does not change with each measurement, such as the laser characteristics, the layout of the scanning region, and the unevenness of the sample SP, but only depends on the optical characteristics of the lens. Therefore, the deviation of the in-focus position Zp can be measured in advance and stored in the
具体的に、ステップS106から続くステップS107において、ユニット制御系8は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを演算したときに、干渉対物レンズOcが使用されたか否かを判定する。そして、干渉対物レンズOcが使用されたと判定された場合(ステップS107:YES)、制御プロセスはステップS108へ進む。この場合、記憶装置82に記憶されたズレの分だけ、合焦位置Zpが補正される。一方、干渉対物レンズOcが使用されていないと判定された場合(ステップS107:NO)、制御プロセスは、ステップS108をスキップしてリターンする。なお、白色干渉法による形状測定時に干渉対物レンズOcを用いずに、レーザ共焦点法によるオートフォーカス時と同一の対物レンズ54を用いる場合も、波長の差に起因する焦点位置のずれを補正する必要がある。この場合、ステップSP107において干渉対物レンズOcの仕様の有無を判定せず、にステップS108に進んでもよい。
Specifically, in step S107 following step S106, the
図11に示すフローが終了すると、制御プロセスは、図10のステップS13からステップS14へ進む。ステップS14では、白色干渉法による形状測定の前準備として、白色光源51の明るさを自動的に調整する。ステップS14は、前述の明るさ調整部8gが白色干渉法を用いて実行する。レーザ共焦点法を用いて表面形状を測定する場合は、ステップS14をスキップすることができる。なお、明るさ調整部8gによる調整は、白色光源51自体の制御パラメータを調整することによって実行してもよいし、カメラとしての撮像部58の露光時間を調整することによって実行してもよい。
When the flow shown in FIG. 11 is completed, the control process proceeds from step S13 to step S14 in FIG. In step S14, the brightness of the
続くステップS15では、白色干渉法を用いることで、表面形状の測定時に用いる高さ範囲を設定する。ステップS15は、前述の測定範囲設定部jが白色干渉法またはレーザ共焦点法を用いて実行する。 In the following step S15, the height range used when measuring the surface shape is set by using the white interferometry. Step S15 is executed by the measurement range setting unit j described above by using the white interferometry method or the laser confocal method.
高さ範囲が設定されると、制御プロセスは、ステップS15からステップS16へ進む。図12は、図10のステップS16で行われる具体的な処理を例示した図である。すなわち、図12は、白色干渉顕微鏡1による表面形状の測定手順を例示するフローチャートである。
When the height range is set, the control process proceeds from step S15 to step S16. FIG. 12 is a diagram illustrating a specific process performed in step S16 of FIG. That is, FIG. 12 is a flowchart illustrating the procedure for measuring the surface shape by the
まず、図12のステップS501において、駆動制御部8bがZ方向駆動部71を制御することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(Z位置)を、測定範囲設定部8jが設定した高さ範囲内に移動させる。
First, in step S501 of FIG. 12, the
続くステップS502において、ユニット制御系8が、使用原理として白色干渉法が選択されているか否かを判定する。ここで、白色干渉法が選択されていると判定された場合(ステップS502:YES)、制御プロセスは、ステップS502からステップS503へ進む。この場合、白色干渉法を用いた測定が実行される。
In the following step S502, the
一方、ステップS502において白色干渉法が選択されておらず、例えばレーザ共焦点法が選択されていると判定された場合(ステップS502:NO)、制御プロセスは、ステップS502からステップS508へ進む。この場合、図例ではレーザ共焦点法を用いた測定が実行される。 On the other hand, when it is determined in step S502 that the white interferometry is not selected and, for example, the laser confocal method is selected (step S502: NO), the control process proceeds from step S502 to step S508. In this case, in the illustrated example, the measurement using the laser confocal method is performed.
ステップS502からステップS503に進んだ場合、第1測定部8kは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させることで、前述の第4ピッチでZ位置を変化させる。そして、第1測定部8kは、第4ピッチ毎に移動させた各Z位置で、白色光源51から白色光を照射させる。
When the process proceeds from step S502 to step S503, the
続くステップS504においては、測定光の反射光と参照光とを干渉させてなる干渉光が撮像素子58a上に照射され、画素毎の受光強度を示す信号が、第1測定部8kに入力される。
In the following step S504, interference light formed by interfering the reflected light of the measurement light with the reference light is irradiated onto the
続くステップS505では、ステップS504で入力された信号に基づいて、Z位置毎に干渉画像が生成される。この場合、図17に示すように、干渉画像中には、干渉縞S1,S2,S3が現れることになる。それに続くステップS506では、Z位置を異ならせた複数の干渉画像に基づいて、第1測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する。
In the following step S505, an interference image is generated for each Z position based on the signal input in step S504. In this case, as shown in FIG. 17, interference fringes S1, S2, and S3 appear in the interference image. In the subsequent step S506, the
対して、ステップS502からステップS508に進んだ場合、第2測定部8lは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させることで、第4ピッチでZ位置を変化させる。そして、第2測定部8lは、第4ピッチ毎に移動させた各Z位置で、レーザ光源61からレーザ光を照射させる。
On the other hand, when the process proceeds from step S502 to step S508, the second measuring unit 8l changes the Z position at the fourth pitch by operating the Z-
続くステップS509においては、前述のように単位領域毎にレ-ザ光を2次元走査し、そのレーザ光の反射光を、共焦点光学系をなすピンホール65aを介して受光する。これにより、レーザ光の反射光が受光素子66a上に照射され、画素毎の受光強度を示す信号が、第2測定部8lに入力される。
In the subsequent step S509, the laser light is two-dimensionally scanned for each unit region as described above, and the reflected light of the laser light is received through the
続くステップS510では、ステップS509で入力された信号に基づいて、Z位置毎にレーザ画像が生成される。それに続くステップS511では、Z位置を異ならせた複数のレーザ画像に基づいて、第2測定部8lがサンプルSPの表面形状を測定する。 In the following step S510, a laser image is generated for each Z position based on the signal input in step S509. In the subsequent step S511, the second measuring unit 8l measures the surface shape of the sample SP based on the plurality of laser images having different Z positions.
最終的に、ステップS506またはステップS511から続くステップS507において、表示制御部8cが表示部41を制御することで、この表示部41上に、第1測定部8kまたは第2測定部8lによる表面形状の測定結果が表示される。
Finally, in step S506 or step S507 following step S511, the
-傾き補正の具体例-
以下、図9のステップS8の説明に戻り、同ステップで行われる処理について詳細に説明する。図13は、図9のステップS8で行われる具体的な処理を例示した図であり、サンプルSPの傾きを補正する手順を例示するフローチャートである。また、図18、図19および図20は、傾き補正を案内するためのユーザインターフェースである。
-Specific example of tilt correction-
Hereinafter, the description of step S8 in FIG. 9 will be returned, and the processing performed in the same step will be described in detail. FIG. 13 is a diagram illustrating a specific process performed in step S8 of FIG. 9, and is a flowchart illustrating a procedure for correcting the inclination of the sample SP. Further, FIGS. 18, 19 and 20 are user interfaces for guiding the tilt correction.
まず、図13のステップS21において、サンプルSP上の測定箇所が設定され、その測定箇所にフォーカスを大まかに合わせる(大まかなピント合わせ)。このピント合わせは、ユーザが手動で行ってもよいし、焦点調整部8f等が自動で行ってもよい。
First, in step S21 of FIG. 13, a measurement point on the sample SP is set, and the focus is roughly focused on the measurement point (rough focusing). This focusing may be performed manually by the user, or may be automatically performed by the
続くステップS22では、ユーザが、図16および図17に例示されるボタンB6(「傾斜調整のやりかた」と表示されたUI)を押下する。 In the following step S22, the user presses the button B6 (UI displayed as "How to adjust the tilt") illustrated in FIGS. 16 and 17.
ボタンB6が押下されると、図18に例示されるような第1のダイアログD1が表示部41上に表示される。このダイアログD1には、「開始」と表示された開始ボタンBaと、「中止」と表示された中止ボタンBbと、が表示される。開始ボタンBaが押下されると傾斜の補正(傾斜調整)に係る処理が進行し、中止ボタンBbが押下されると同処理が中断する。
When the button B6 is pressed, the first dialog D1 as illustrated in FIG. 18 is displayed on the
続くステップS23では、ユーザによってダイアログD1が確認され、同ユーザが、開始ボタンBaを押下する。 In the following step S23, the dialog D1 is confirmed by the user, and the user presses the start button Ba.
続くステップS24では、レーザ共焦点を用いたオートフォーカスが実行される。具体的に、ステップS24においては、ユニット制御系8が、図11のステップS101からステップS108を順番に実行する。オートフォーカスが完了すると、制御プロセスは、ステップS24からステップS25へ進む。
In the following step S24, autofocus using the laser confocal is executed. Specifically, in step S24, the
続くステップS25では、傾き算出部8hが、サンプルSPの傾きを測定(傾斜状態を判定)する。この測定は、干渉対物レンズOcを介してサンプルSPに白色光を照射することで生成される干渉画像に基づいて行われる。
In the following step S25, the
図14は、図13のステップS25で行われる具体的な処理を例示した図である。すなわち、図14は、サンプルの傾きを測定する手順を例示するフローチャートである。 FIG. 14 is a diagram illustrating a specific process performed in step S25 of FIG. That is, FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for measuring the inclination of the sample.
まず、図14のステップS601において、傾き算出部8hが駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を制御することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(Z位置)を所定の開始位置まで移動させる。この開始位置は、合焦位置Zpとしてもよいし、合焦位置Zpに基づいて設定された他の高さ位置としてもよい。ここでは、開始位置を合焦位置Zpとした場合について例示する。
First, in step S601 of FIG. 14, the
続くステップS602において、傾き算出部8hが駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を制御することで、ステップS601で移動させた開始位置から、所定の第5ピッチで対物レンズ54のZ位置を上方に移動させる(ステージ23と対物レンズ54との間隔が広がるように移動させる)。
In the following step S602, the
ステップS602から続くステップS603では、第5ピッチ毎に移動させた各Z位置で、傾き算出部8hが、白色光学系5による干渉画像の生成を実行する。前述したように、この第5ピッチは、第1測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する場合に用いられるZピッチ(第4ピッチ)比して、粗めに設定される。また、ステップS603で生成される干渉画像は、表面形状が測定される場合に生成される干渉画像に比して小サイズとなる。
In step S603 following step S602, the
前述のように、干渉画像中に干渉縞が存在しない場合、フォーカスが合っておらず、白色干渉法によって表面形状を測定するには不適切なZ位置であると考えられる。換言すれば、干渉画像中に干渉縞が存在するような範囲内で干渉画像を生成することで、サンプルSPの表面形状、ひいては表面の傾きを効率的に算出することができる。 As described above, when the interference fringes are not present in the interference image, it is considered that the Z position is out of focus and is inappropriate for measuring the surface shape by the white interferometry. In other words, by generating the interference image within the range where the interference fringes are present in the interference image, the surface shape of the sample SP and the inclination of the surface can be efficiently calculated.
具体的に、ステップS604において、傾き算出部8hは、ステップS603で生成された干渉画像中に干渉縞が存在するか否かを判定し、この判定がYESの場合(干渉縞が存在しない場合)にはステップS605へ進む一方、NOの場合(干渉縞が存在する場合)にステップS602へ戻る。このように、傾き算出部8hは、干渉画像から干渉縞が消えるまで、Z位置の変更と、変更後のZ位置における干渉画像の生成と、を繰り返すようになっている。
Specifically, in step S604, the
続くステップS605において、傾き算出部8hが駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を制御することで、Z位置を開始位置(合焦位置Zp)まで戻す。
In the following step S605, the
続くステップS606において、傾き算出部8hは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を制御することで、ステップS605で移動させた開始位置から、ステップS602とは反対方向へ移動するように、所定の第5ピッチで対物レンズ54のZ位置を下方に移動させる(ステージ23と対物レンズ54との間隔が狭くなるように移動させる)。
In the following step S606, the
続くステップS607において、傾き算出部8hは、ステップS603と同様に、第5ピッチ毎に移動させた各Z位置で、白色光学系5による干渉画像の生成を実行する。ステップS607で生成される干渉画像は、表面形状が測定される場合に生成される干渉画像に比して小サイズとなる。
In the subsequent step S607, the
続くステップS608において、傾き算出部8hは、ステップS607で生成された干渉画像中に干渉縞が存在するか否かを判定し、この判定がYESの場合(干渉縞が存在しない場合)にはステップS609へ進む一方、NOの場合(干渉縞が存在する場合)にはステップS606へ戻る。
In the following step S608, the
続くステップS609において、傾き算出部8hが、ステップS603およびステップS607で生成された干渉画像に基づいて、サンプルSPの表面上の各所の高さ情報を演算する。この演算は、干渉画像の画素毎に取得される受光強度を分析することで実行され、例えば、Z位置を変化させたときの受光強度の変化をモニターすることで行うことができる。
In the following step S609, the
続くステップS610において、傾き算出部8hは、ステップS609で演算された高情報に基づいて、サンプルSP表面の傾斜状態(傾き)を演算する。この演算は、X方向の位置を変化させたり、Y方向の位置を変化させたりしたときの高さ情報の変化量に基づいて行うことができる。
In the following step S610, the
ステップS610に示す処理が完了すると、制御プロセスは、図13のステップS25からステップS26へ進む。このステップS26では、操作量変換部8iが、ステップS25で算出された傾きに基づいて、調整部材25の調整量を演算する。
When the process shown in step S610 is completed, the control process proceeds from step S25 to step S26 in FIG. In this step S26, the operation
具体的に、ステップS26では、操作量変換部8iは、サンプルSPの表面の傾きを示す第1傾きデータ(θx,θy)から、そのサンプルSPに施されるべき補正量(回転角度)を示す第2傾きデータ(-θx,-θy)を算出する。操作量変換部8iは、そうして算出された第2傾きデータを、記憶装置82に記憶された対応関係と照らし合わせることで、調整部材25の操作量(具体的には、第1の調整ツマミ25bの回転量および回転方向と、第2の調整ツマミ25cの回転量および回転方向)を算出する。操作量変換部8iによって算出された操作量は、表示制御部8cに入力される。
Specifically, in step S26, the manipulated
続くステップS27では、表示制御部8cは、ステップS25で算出された傾き(傾き状態)と、ステップS26で算出された操作量と、を表示部41上に表示させる。
In the following step S27, the
具体的に、このステップS27では、図19に例示されるような第2のダイアログD2が表示される。このダイアログD2には、括弧書きで「手前に3度傾いています」と表示されている。この表示は、傾き算出部8hによって算出された傾きのうち、X軸回りの傾斜角度に相当する。
Specifically, in this step S27, a second dialog D2 as illustrated in FIG. 19 is displayed. In this dialog D2, "It is tilted 3 degrees toward you" is displayed in parentheses. This display corresponds to the inclination angle around the X axis in the inclination calculated by the
ダイアログD2にはまた、調整部材25としての「傾斜ステージ」と、第1の調整ツマミ25bとしての「Xツマミ」とについて、「傾斜ステージのXツマミを右方向に15目盛り回して下さい」と表示されている。この表示は、操作量変換部8iによって算出された操作量のうち、第1の調整ツマミ25bに係る操作量に相当する。
Dialog D2 also displays "Turn the X knob of the
ダイアログD2にはまた、調整部材25に対応したイメージI1が表示される。このイメージI1には、調整部材25を示す画像に加えて、第1の調整ツマミ25bに施すべき操作量を視認可能に示す画像が表示される。操作量を示す画像として、イメージI1には、第1の調整ツマミ25bの回転方向を示す矢印(時計回り方向に延びる矢印)と、その回転量を示す数値(「15」と記載された数値)と、が表示される。回転方向を示す矢印は第1の調整ツマミ25b付近に配置されるため、ユーザは、第1の調整ツマミ25bと第2の調整ツマミ25cのうち、どちらが第1の調整ツマミ25bなのかを直感的に知ることができる。
The image I1 corresponding to the adjusting
ダイアログD2にはまた、「次へ」と表示された進行ボタンBcと、「戻る」と表示された戻りボタンBdと、が表示される。進行ボタンBcが押下されると、ダイアログD2の表示内容が切り替わり、図20に例示される第3のダイアログD3へと遷移する。一方、戻りボタンBcが押下されると、ダイアログD2の表示内容が切り替わり、図18に例示された第1のダイアログD1へ戻る。 The dialog D2 also displays a progress button Bc displayed as "Next" and a return button Bd displayed as "Back". When the progress button Bc is pressed, the display content of the dialog D2 is switched, and the transition to the third dialog D3 exemplified in FIG. 20 is performed. On the other hand, when the return button Bc is pressed, the display content of the dialog D2 is switched, and the process returns to the first dialog D1 exemplified in FIG.
ステップS27から続くステップS28において、ユーザは、第2のダイアログD2に従って第1の調整ツマミ25bを操作して、進行ボタンBcを押下する。第1の調整ツマミ25bを操作することで、サンプルSPの傾きのうち、X軸まわりの回転に起因した傾きが補正される。ユーザは、続いて表示される第3のダイアログD3に従って、傾きの補正を続行する。
In step S28 following step S27, the user operates the
具体的に、第3のダイアログD3には、括弧書きで「左に5度傾いています」と表示されている。この表示は、傾き算出部8hによって算出された傾きのうち、Y軸回りの傾斜角度に相当する。
Specifically, in the third dialog D3, "tilted to the left by 5 degrees" is displayed in parentheses. This display corresponds to the inclination angle around the Y axis among the inclinations calculated by the
ダイアログD3にはまた、調整部材25としての「傾斜ステージ」と、第2の調整ツマミ25cとしての「Yツマミ」とについて、「傾斜ステージのXツマミを左方向に25目盛り回して下さい」と表示されている。この表示は、操作量変換部8iによって算出された操作量のうち、第2の調整ツマミ25cに係る操作量に相当する。
Dialog D3 also displays "Turn the X knob of the
ダイアログD3にはまた、調整部材25に対応したイメージI2が表示される。このイメージI2には、調整部材25を示す画像に加えて、第2の調整ツマミ25cに施すべき操作量を視認可能に示す画像が表示される。操作量を示す画像として、イメージI2には、第2の調整ツマミ25cの回転方向を示す矢印(反時計回り方向に延びる矢印)と、その回転量を示す数値(「25」と記載された数値)と、が表示される。回転方向を示す矢印は第2の調整ツマミ25c付近に配置されるため、ユーザは、第1の調整ツマミ25bと第2の調整ツマミ25cのうち、どちらが第2の調整ツマミ25cなのかを直感的に知ることができる。
The image I2 corresponding to the adjusting
ダイアログD3にはまた、「完了」と表示された完了ボタンBeが表示される。完了ボタンBeが押下されると、第3のダイアログD3が画面上から消失し、傾き補正に係る処理が完了する。 The dialog D3 also displays a completion button Be displaying "Complete". When the completion button Be is pressed, the third dialog D3 disappears from the screen, and the process related to the tilt correction is completed.
前記ステップS28において、ユーザは、第3のダイアログD3に従って第2の調整ツマミ25cを操作する。第2の調整ツマミ25cを操作することで、サンプルSPの傾きのうち、Y軸まわりの回転に起因した傾きが補正される。その後、完了ボタンBeが押下されることで図13に示すフローが終了し、図9のステップS8からステップS9に進む。以降の処理については、既に説明した通りである。
In step S28, the user operates the
<傾き補正の半自動化について>
以上説明したように、本実施形態に係る白色干渉顕微鏡1は、図2に例示されたように、サンプルSPの傾きを補正するために、外部から操作可能な調整部材25を備えている。この白色干渉顕微鏡1はまた、図13に例示されたように、干渉画像を利用することでサンプルSPの傾きを算出するとともに、その傾きが補正されるように、調整部材25に施されるべき操作量を算出する。そうして算出された操作量は、表示制御部8cによって表示部41上に表示される。ユーザは、表示部41に表示された操作量を視認することで、調整部材25を操作して傾きを補正することができる。
<About semi-automation of tilt correction>
As described above, the
本実施形態によると、サンプルSPの傾きの算出と、その傾きに見合う操作量の算出とについては、白色干渉顕微鏡1が自動的に行う。これにより、自動での補正と同様に、作業効率、精度等に優れた補正を実現することができる。
According to the present embodiment, the
一方、算出された操作量をユーザに視認させることで、調整部材25に対する操作については、ユーザ自らが行うことになる。これにより、周知の電動傾斜ステージと比較して、安価かつコンパクトな構成を実現することができる。
On the other hand, by making the user visually recognize the calculated operation amount, the user himself / herself will perform the operation on the adjusting
このように、本願発明者らは、自動補正および手動補正それぞれの要素を組み合わせた「半自動」的な補正を実現する構成を新たに創作した。これにより、ステージ23の傾きを手動で補正する構成の長所と、自動で補正する構成の長所と、を両立することが可能になる。本実施形態によれば、電動傾斜ステージを用いずとも、サンプルSPの傾きを容易に補正することができる。
In this way, the inventors of the present application have newly created a configuration that realizes "semi-automatic" correction by combining the elements of automatic correction and manual correction. This makes it possible to achieve both the advantages of the configuration in which the inclination of the
また、白色干渉法を用いて傾きを算出する場合には、表面形状を測定する場合に比して、高さ方向のピッチを相対的に広めの第5ピッチに設定する(図14のステップS602等を参照)。このように設定することで、サンプルSPの傾きをより高速で算出することができるようになる。 Further, when calculating the inclination by using the white interferometry, the pitch in the height direction is set to a relatively wide fifth pitch as compared with the case of measuring the surface shape (step S602 in FIG. 14). Etc.). By setting in this way, the inclination of the sample SP can be calculated at a higher speed.
また、図14のステップS603等に例示されたように、白色干渉法を用いて傾きを算出する場合には、表面形状を測定する場合に比して、干渉画像のサイズを相対的に小さく設定する。このように設定することで、サンプルSPの傾きをより高速で算出することができるようになる。 Further, as illustrated in step S603 of FIG. 14, when the inclination is calculated by using the white interferometry, the size of the interference image is set to be relatively small as compared with the case where the surface shape is measured. do. By setting in this way, the inclination of the sample SP can be calculated at a higher speed.
また、図14のステップS609に例示されたように、傾き算出部8hは、第1測定部8k等を介して表面形状を測定し、その測定結果に基づいて傾きを算出する。このように、白色干渉顕微鏡1としての基本機能を流用することで、部品点数をいたずらに増やすことなく、傾きを適切に算出することができるようになる。
Further, as illustrated in step S609 of FIG. 14, the
また、傾き算出部8hの算出結果に対応した操作量を記憶装置82等に予め記憶させておくことで、操作量の算出をより速やかに行うことができるようになる。
Further, by storing the operation amount corresponding to the calculation result of the
また、図8を用いて説明したように、ステージ23の上面として機能する載置面25aの姿勢を変更することで、その載置面25aに載置されたサンプルSPの傾きを補正することができるようになる。ここで、サンプルSPの傾きは2自由度系となるから、第1の調整ツマミ25bと、第2の調整ツマミ25cと、を設けることで、サンプルSPの傾きを確実に補正することができる。
Further, as described with reference to FIG. 8, by changing the posture of the mounting
《他の実施形態》
-傾き調整に係る変形例について-
前記実施形態では、白色干渉法を用いてサンプルSPの表面形状を測定することで、そのサンプルSPの傾きを算出するように構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。
<< Other Embodiments >>
-About the deformation example related to tilt adjustment-
In the above embodiment, the surface shape of the sample SP is measured by using the white interferometry method to calculate the inclination of the sample SP, but the present disclosure is not limited to such a configuration.
具体的に、傾き算出部8hは、Z位置を異ならせて生成した複数の干渉画像に基づいて、各干渉画像中の干渉縞の形態変化を判定し、該判定結果に基づいて、対物レンズ54の光軸A3に対するサンプルSPの傾きを算出することもできる。
Specifically, the
この方法を用いた場合、前記実施形態と同様に、測定光と参照光とを干渉させることで生成される干渉画像を利用することになるものの、前記実施形態とは、干渉画像の具体的な利用方法が相違することになる。 When this method is used, an interference image generated by interfering the measurement light with the reference light is used as in the embodiment, but the embodiment is a specific example of the interference image. The usage will be different.
この場合、傾き算出部8hは、干渉縞の形態の一例として、干渉縞の配置、干渉縞の配向(干渉縞が延びる方向)、および干渉縞の本数を活用する。傾き算出部8hはまた、異なるZ位置で生成された干渉画像を比較することで、各干渉縞の位置がどのように変化するか、特に各干渉光がどの方向に移動するかを判定し、その判定結果に基づいてサンプルSPの傾きを算出する。
In this case, the
図15は、図13のステップS25で行われる処理の別例を示した図である。すなわち、図15は、サンプルSPの傾きを測定する手順の別例を示すフローチャートである。 FIG. 15 is a diagram showing another example of the process performed in step S25 of FIG. That is, FIG. 15 is a flowchart showing another example of the procedure for measuring the inclination of the sample SP.
まず、図15のステップS701において、傾き算出部8hが駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を制御することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(Z位置)を所定の開始位置まで移動させる。この開始位置は、合焦位置Zpとしてもよいし、合焦位置Zpに基づいて設定された他の高さ位置としてもよい。ここでは、開始位置を合焦位置Zpとした場合について例示する。
First, in step S701 of FIG. 15, the
続くステップS702において、傾き算出部8hが、白色光学系5による干渉画像の生成を実行する。ステップS702で生成される干渉画像は、図14のステップS603で生成される干渉画像と同様に、表面形状の測定に際して生成される干渉画像に比して小サイズとなる。
In the following step S702, the
続くステップS703において、傾き算出部8hは、干渉画像中の干渉縞の配置、配向および本数を確認する。この確認結果は、記憶装置82に一時的に記憶される。
In the following step S703, the
続くステップS704において、傾き算出部8hが駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を制御することで、ステップS701で移動させた開始位置から、所定の第5ピッチで対物レンズ54のZ位置を上方または下方に移動させる(ステージ23と対物レンズ54との間隔が広がるように、または、狭まるように移動させる)。
In the following step S704, the
続くステップS705において、傾き算出部8hが、白色光学系5による干渉画像の生成を実行する。ステップS705で生成される干渉画像は、前述のステップS702で生成される干渉画像と同様に、表面形状の測定に際して生成される干渉画像に比して小サイズとなる。
In the following step S705, the
続くステップS706において、傾き算出部8hは、ステップS705で生成された干渉画像を、Z位置の変更前にステップS702で生成された干渉画像と比較する。続くステップS707において、傾き算出部8hは、Z位置の変更に伴う干渉縞の移動方向を確認する。
In the following step S706, the
続くステップS708において、傾き算出部8hは、ステップS703で確認された干渉縞の配向および本数と、ステップS707で確認された干渉縞の移動方向と、に基づいて、サンプルSP表面の傾斜状態(サンプルSPの傾き)を演算する。
In the following step S708, the
ステップS708に係る処理が終了すると、制御プロセスは、図13のステップS25からステップS26へ進む。以降の処理については、既に説明した通りである。 When the process according to step S708 is completed, the control process proceeds from step S25 to step S26 in FIG. Subsequent processing is as described above.
このように、傾き算出部8hは、縞模様の移動方向等に基づいて、サンプルSPの傾きを算出することもできる。この構成によれば、サンプルSPの表面形状を算出せずとも、より速やかに傾きを算出することができる。
In this way, the
また、図9等、各種フローチャートの構成は、適宜、変更することができる。例えば、図9のステップS1とステップS2の順番を入れ替えたり、ステップS2とステップS3の順番を入れ替えたりしてもよいし、図10のステップS14とステップS15の順番を入れ替えてもよい。 Further, the configurations of various flowcharts such as FIG. 9 can be changed as appropriate. For example, the order of step S1 and step S2 in FIG. 9 may be exchanged, the order of step S2 and step S3 may be exchanged, or the order of step S14 and step S15 in FIG. 10 may be exchanged.
-高さ範囲の設定に係る変形例について-
また、前記実施形態では、測定範囲設定部8jは、白色干渉を用いて図7に示される高さ範囲を設定するように構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。測定範囲設定部8jは、白色干渉を用いる代わりに、または、白色干渉を用いるのに加えて、レーザ共焦点法を用いて高さ範囲を設定することもできる。
-About the modification related to the setting of the height range-
Further, in the above embodiment, the measurement
その場合、測定範囲設定部8jは、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させた状態で受光部66を介してレーザ画像を生成する。次いで、測定範囲設定部8i、各高さ位置で生成されたレーザ画像中の複数の画素について、受光部66において生成される受光信号に対応した画素データを画素単位で生成する。そして、測定範囲設定部8jは、複数の画素データの全ての値が所定の第2閾値を下回る範囲として高さ範囲を設定する。
In that case, the measurement
ここで、画素データは、受光部66の出力信号(受光信号)をA/D変換することで得られるデジタル信号である。そのため、画素データの値は、受光素子66aのゲインが大きくなるほど大きく、受光素子66aのゲインが小さくなるほど小さい。また、画素データは、不図示のA/D変換器から出力される。
Here, the pixel data is a digital signal obtained by A / D converting the output signal (light receiving signal) of the
また、第2閾値は、例えば、A/D変換器の出力レンジの上限値(以下、「出力上限値」ともいう)とすることができる。画素データのピーク値が出力上限値よりも小さい場合、画素データが出力上限値で飽和しない。したがって、第2閾値としての出力上限値に基づいた判定を行うことで、画素データのピーク値を容易に検出することができる。 Further, the second threshold value can be, for example, an upper limit value of the output range of the A / D converter (hereinafter, also referred to as an “output upper limit value”). When the peak value of the pixel data is smaller than the output upper limit value, the pixel data is not saturated with the output upper limit value. Therefore, the peak value of the pixel data can be easily detected by performing the determination based on the output upper limit value as the second threshold value.
この場合、ステージ23の各高さ位置同士の間隔は、測定範囲設定部8jが高さ範囲を設定する場合には、第1測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定される。すなわち、図7に例示されるように、高さ範囲が設定されるときには、表面形状が測定されるときに比して、Zピッチ(第3ピッチ)をより粗く設定することが許容される。
In this case, the distance between the height positions of the
例えば図6Fにおいて、白抜きのサークル状のプロットは高さ範囲の設定時に用いられる高さ位置を指し、クロス状のプロットは、前述のように表面形状の測定時に用いられる高さ位置を指す。図6Fに示されるように、本実施形態に係る第3ピッチは、前述した第1ピッチと同様に、表面形状が測定されるときに用いられるZピッチ(第4ピッチ)に比して粗く(広く)設定することができる。 For example, in FIG. 6F, the white circle-shaped plot refers to the height position used when setting the height range, and the cross-shaped plot refers to the height position used when measuring the surface shape as described above. As shown in FIG. 6F, the third pitch according to the present embodiment is coarser than the Z pitch (fourth pitch) used when the surface shape is measured, similar to the first pitch described above. Can be set widely).
なお、この変形例に係る「第3ピッチ」については、その技術的な意義を明確にすべく、前記実施形態に係る「第3ピッチ」と同一の名称を付して説明したが、この名称は便宜上に設定されたものに過ぎない。すなわち、白色干渉法に係る「第3ピッチ」とレーザ共焦点法に係る「第3ピッチ」とは、同じ長さに設定する必要はなく、互いに相違させることができる。第4ピッチについても同様である。 The "third pitch" according to this modification has been described with the same name as the "third pitch" according to the embodiment in order to clarify its technical significance. Is only set for convenience. That is, the "third pitch" according to the white interferometry and the "third pitch" according to the laser confocal method do not need to be set to the same length and can be different from each other. The same applies to the fourth pitch.
-分岐光学系55に係る変形例について-
また、前記実施形態では、干渉対物レンズOcに分岐光学系55が内蔵されている構成を例示したが、本開示は、そうした構成には限定されない。干渉対物レンズOc内に配置する代わりに、観察ユニット2内に分岐光学系55を配置してもよい。そのように配置した場合、分岐光学系55は、観察ユニット2の各光学部品を結ぶ光路に対して挿抜可能な光学素子として構成することができる。
-About a modified example of the branched optical system 55-
Further, in the above embodiment, the configuration in which the branch
前述のように挿抜可能な光学素子が用いられる場合、その光学素子は、白色干渉法による測定が実行される場合には光路上に挿入される一方、レーザ共焦点法による測定が実行される場合には光路から退避されることになる。また、この光学素子は、測定が実行されるタイミングに限らず、白色光源51を単なる照明として用いる場合、レーザ光を用いた種々の処理を行う場合等に必要に応じて挿抜することもできる。
When a removable optical element is used as described above, the optical element is inserted in the optical path when the measurement by the white interferometry is performed, while the measurement by the laser cofocal method is performed. Will be evacuated from the optical path. Further, this optical element is not limited to the timing at which the measurement is executed, and can be inserted and removed as necessary when the
1 白色干渉顕微鏡
23 ステージ
25 調整部材
25b 第1の調整ツマミ
25c 第2の調整ツマミ
5 白色光学系
51 白色光源
54 対物レンズ
55 分岐光学系
55b 参照ミラー
58 撮像部
6 レーザ光学系(共焦点光学系)
7 ユニット駆動系
71 Z方向駆動部(駆動部)
8 ユニット制御系
8c 表示制御部
8e 合焦演算部(演算部)
8f 焦点調整部
8h 傾き算出部
8i 操作量変換部
8k 第1測定部(測定部)
Oc 干渉対物レンズ
A3 対物レンズの光軸に沿う方向
A4 ステージの上面に直交する方向
SP サンプル(測定対象物)
Zp 合焦位置
1
7 Unit drive system 71 Z-direction drive unit (drive unit)
8
8f
Occ Interference objective lens A3 Direction along the optical axis of the objective lens A4 Direction orthogonal to the upper surface of the stage SP sample (measurement object)
Zp focusing position
Claims (7)
前記測定対象物を載置するためのステージと、
前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、
前記ステージの上面に直交する方向と、前記対物レンズの光軸に沿う方向と、がなす角度を調整するように操作可能な調整部材と、
前記白色光源から照射された白色光を、所定の参照面に向かう参照光と、前記対物レンズを介して前記測定対象物に向かう測定光と、に分岐させる分岐光学系と、
前記参照面によって反射された参照光と、前記測定対象物によって反射された測定光と、を受光して干渉画像を撮像する撮像部と、
前記対物レンズに対する前記ステージの相対的な高さ位置を変化させる駆動部と、
前記駆動部および前記撮像部を制御することで、前記ステージの相対的な高さ位置を互いに異ならせた複数の干渉画像を撮像するとともに、該複数の干渉画像に基づいて、前記対物レンズの光軸に対する前記測定対象物の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部によって算出された傾きに基づいて、該傾きを補正するための前記調整部材の操作量を算出する操作量変換部と、
前記操作量変換部によって算出された操作量を表示するように制御する表示制御部と、を備える
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In a white interference microscope that measures the surface shape of an object to be measured using the white interferometry method,
A stage for placing the object to be measured and
A white light source that irradiates the measurement object placed on the stage with white light through an objective lens, and
An adjusting member that can be operated to adjust the angle formed by the direction orthogonal to the upper surface of the stage and the direction along the optical axis of the objective lens.
A branched optical system that branches white light emitted from the white light source into reference light directed to a predetermined reference surface and measurement light directed to the measurement object via the objective lens.
An imaging unit that receives the reference light reflected by the reference surface and the measurement light reflected by the measurement object to capture an interference image.
A drive unit that changes the relative height position of the stage with respect to the objective lens,
By controlling the driving unit and the imaging unit, a plurality of interference images in which the relative height positions of the stages are different from each other are captured, and the light of the objective lens is obtained based on the plurality of interference images. A tilt calculation unit that calculates the tilt of the object to be measured with respect to the axis,
An operation amount conversion unit that calculates the operation amount of the adjusting member for correcting the inclination based on the inclination calculated by the inclination calculation unit.
A white interference microscope comprising a display control unit that controls to display the operation amount calculated by the operation amount conversion unit.
前記駆動部を制御することで、前記ステージの相対的な高さ位置を複数の異なる高さ位置に変更するとともに、変更された各高さ位置において前記撮像部により撮像された複数の干渉画像に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する測定部を備え、
前記ステージの相対的な高さ位置を変化させるときの各高さ位置同士の間隔は、前記傾き算出部が前記測定対象物の傾きを算出する場合には、前記測定部が前記測定対象物の表面形状を測定する場合に比して広く設定される
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In the white interference microscope according to claim 1,
By controlling the drive unit, the relative height position of the stage is changed to a plurality of different height positions, and at each changed height position, a plurality of interference images captured by the image pickup unit are displayed. Based on this, a measuring unit for measuring the surface shape of the object to be measured is provided.
When the inclination calculation unit calculates the inclination of the measurement object, the measurement unit determines the distance between the height positions when the relative height position of the stage is changed. A white interference microscope characterized by being set wider than when measuring the surface shape.
前記測定対象物の表面領域のうち、前記撮像部によって撮像されて前記干渉画像をなす領域の大きさは、前記傾き算出部が前記測定対象物の傾きを算出する場合には、前記測定部が前記測定対象物の表面形状を測定する場合に比して小さく設定される
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In the white interference microscope according to claim 2.
Of the surface region of the measurement object, the size of the region imaged by the imaging unit to form the interference image is determined by the measurement unit when the inclination calculation unit calculates the inclination of the measurement object. A white interference microscope characterized in that it is set smaller than when measuring the surface shape of the object to be measured.
前記傾き算出部は、前記複数の干渉画像に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するとともに、該表面形状に基づいて、前記対物レンズの光軸に対する前記測定対象物の傾きを算出する
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In the white interference microscope according to any one of claims 1 to 3.
The inclination calculation unit measures the surface shape of the measurement object based on the plurality of interference images, and calculates the inclination of the measurement object with respect to the optical axis of the objective lens based on the surface shape. A white interference microscope characterized by.
前記傾き算出部は、前記複数の干渉画像に基づいて、各干渉画像中の干渉縞の形態変化を判定し、該判定結果に基づいて、前記対物レンズの光軸に対する前記測定対象物の傾きを算出する
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In the white interference microscope according to any one of claims 1 to 3.
The tilt calculation unit determines the morphological change of the interference fringes in each interference image based on the plurality of interference images, and based on the determination result, determines the inclination of the measurement object with respect to the optical axis of the objective lens. A white interference microscope characterized by calculation.
前記傾き算出部によって算出される傾きと、前記調整部材の操作量と、の対応関係を記憶する記憶部を備え、
前記操作量変換部は、前記記憶部における記憶内容に基づいて、前記調整部材の操作量を算出する
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In the white interference microscope according to any one of claims 1 to 5.
A storage unit for storing the correspondence between the inclination calculated by the inclination calculation unit and the operation amount of the adjustment member is provided.
The operation amount conversion unit is a white interference microscope characterized in that the operation amount of the adjustment member is calculated based on the storage content in the storage unit.
前記調整部材は、
前記ステージの上面を、該上面に沿って延びる第1の回転軸まわりに回転させる第1の調整ツマミと、
前記ステージの上面を、該上面に沿って延びかつ前記第1の回転軸に直交する第2の回転軸まわりに回転させる第2の調整ツマミと、有し、
前記操作量変換部は、前記調整部材の操作量として、前記第1および第2の調整ツマミそれぞれの操作量を算出する
ことを特徴とする白色干渉顕微鏡。 In the white interference microscope according to any one of claims 1 to 6.
The adjusting member is
A first adjustment knob that rotates the upper surface of the stage around a first rotation axis extending along the upper surface.
The upper surface of the stage is provided with a second adjusting knob that extends along the upper surface and rotates around a second rotation axis orthogonal to the first rotation axis.
The operation amount conversion unit is a white interference microscope characterized in that the operation amount of each of the first and second adjustment knobs is calculated as the operation amount of the adjustment member.
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