JP2018146391A - Surface shape measurement device and surface shape measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面形状測定装置及び表面形状測定方法に係り、特に光源、複数の倍率の異なる対物レンズ、及び測定画像を取得する撮影部を少なくとも有する光学部によって測定対象物の被測定面の表面形状を測定する表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関する。 The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method, and in particular, a surface of a measurement target surface of a measurement object by a light source, a plurality of objective lenses having different magnifications, and an optical unit having at least a photographing unit for acquiring a measurement image. The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method for measuring a shape.
表面形状測定装置は、測定対象物の被測定面の３次元形状を測定する装置であり、被測定面の表面形状を測定する光を出力する光源、光源から出力された光を被測定面に照射する対物レンズ、及び被測定面の測定画像を取得する撮影部で少なくとも構成された表面形状測定装置としては、例えば白色干渉顕微鏡（特許文献１）あるいはレーザー共焦点顕微鏡が知られている。 The surface shape measuring device is a device that measures the three-dimensional shape of the surface to be measured of the measurement object, a light source that outputs light for measuring the surface shape of the surface to be measured, and light output from the light source to the surface to be measured. For example, a white interference microscope (Patent Document 1) or a laser confocal microscope is known as a surface shape measuring device including at least an irradiation objective lens and an imaging unit that acquires a measurement image of a measurement target surface.
そして、上記構成の光学部の表面形状測定装置は、測定準備アライメントとして、異なる倍率の複数の対物レンズの中から適正な倍率の対物レンズの選択及び光源の適正な光量調整を少なくとも行う必要がある。この測定準備アライメントを適正に行うか否かによって、被測定面の表面形状の測定精度が異なる。 Then, the surface shape measuring device for the optical part having the above-described configuration needs to perform at least selection of an objective lens having an appropriate magnification and adjustment of an appropriate amount of light from a plurality of objective lenses having different magnifications as measurement preparation alignment. . The measurement accuracy of the surface shape of the surface to be measured varies depending on whether or not the measurement preparation alignment is appropriately performed.
ところで、上記光学部のように対物レンズを備えた表面形状測定装置においては、対物レンズの測定視野等の制限により、１回の測定で測定可能な被測定面の測定範囲に制限がある場合が多い。このため、測定対象物を水平移動可能なステージ上に載置し、被測定面を複数回測定し、その後でソフトウェア処理等を用いて計算することで複数枚の測定データを接続するスティッチング測定を行うことが知られている。 By the way, in the surface shape measuring apparatus provided with the objective lens as in the optical unit, the measurement range of the surface to be measured that can be measured by one measurement may be limited due to the limitation of the measurement field of view of the objective lens. Many. For this reason, the measurement object is placed on a stage that can move horizontally, the surface to be measured is measured multiple times, and then the measurement data is calculated using software processing to connect multiple measurement data. Is known to do.
したがって、スティッチング測定を高精度に行うには、複数回の測定ごとに対物レンズの倍率選択及び光量調整の測定準備アライメントを適正に行う必要がある。 Therefore, in order to perform stitching measurement with high accuracy, it is necessary to appropriately perform measurement preparation alignment of magnification selection and light amount adjustment of the objective lens for each of a plurality of measurements.
しかしながら、従来、対物レンズの選択や光源の光量調整は、操作者の経験に基づいて行っていたので、操作者の習熟度によって表面形状の測定精度にバラツキが生じるという問題があった。特にスティッチング測定においては、複数回の測定ごとの測定精度にバラツキがあると、複数枚の測定データを接続して得られる表面形状の精度が悪くなり深刻な問題であった。 However, since the selection of the objective lens and the light amount adjustment of the light source have been conventionally performed based on the experience of the operator, there has been a problem that the measurement accuracy of the surface shape varies depending on the skill level of the operator. In particular, in stitching measurement, if there are variations in the measurement accuracy for each of a plurality of measurements, the accuracy of the surface shape obtained by connecting a plurality of measurement data deteriorates, which is a serious problem.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、表面形状測定を高精度化できる表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the surface shape measuring apparatus and surface shape measuring method which can make surface shape measurement highly accurate.
本発明の一態様に係る表面形状測定装置は目的を達成するために、測定対象物を支持する支持部と、測定対象物の被測定面の表面形状を測定する光を出力する光源、光源から出力された光を被測定面に照射する複数の倍率の異なる対物レンズ、及び被測定面の測定画像を取得する撮影部を少なくとも有する光学部と、支持部を被測定面の面内方向に移動させる面内方向移動手段と、被測定面の概略形状情報を取得する概略形状取得手段と、概略形状情報に基づいて被測定面を傾斜状領域と平坦状領域とで構成される複数の測定面に分割する被測定面分割手段と、分割した傾斜状領域と平坦状領域とに光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて複数の対物レンズのうち使用する倍率の対物レンズを選択する対物レンズ選択手段と、分割した傾斜状領域と平坦状領域とに光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて光源の光量を調整する光量調整手段と、支持部を被測定面の面内方向に移動させることにより、分割した各測定面を選択した対物レンズ及び調整した光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得する測定面形状測定手段と、取得した複数の測定データを接続するデータ接続手段と、を備えた。光学部としては白色干渉計又はレーザー共焦点顕微鏡を適用することができる。 In order to achieve the object, a surface shape measuring apparatus according to an aspect of the present invention includes a support unit that supports a measurement object, a light source that outputs light for measuring the surface shape of a measurement target surface of the measurement object, and a light source. A plurality of objective lenses for irradiating the surface to be measured with different magnifications, an optical unit having at least a photographing unit for acquiring a measurement image of the surface to be measured, and the support unit are moved in the in-plane direction of the surface to be measured. A plurality of measurement surfaces configured by an inclined region and a flat region based on the approximate shape information; An object lens having a magnification to be used among a plurality of objective lenses according to a measurement contribution irradiation amount that contributes to measurement when light is irradiated to the divided inclined region and flat region. Objective lens selection means for selecting A light amount adjusting means for adjusting the light amount of the light source according to the measurement contribution irradiation amount contributing to the measurement when the divided inclined region and the flat region are irradiated with light, and the support portion in the in-plane direction of the surface to be measured. The measurement surface shape measuring means for individually measuring the surface shape based on the selected objective lens and the adjusted light quantity to obtain a plurality of measurement data, and the obtained plurality of measurements Data connection means for connecting data. A white interferometer or a laser confocal microscope can be applied as the optical unit.
本発明の表面形状測定装置によれば、被測定面の表面形状測定を行う際の対物レンズの選択及び光源の光量調整の測定準備アライメントを適正に行うことができるので表面形状測定を高精度化でき、特にスティッチング測定において有効である。 According to the surface shape measuring apparatus of the present invention, it is possible to appropriately perform measurement preparation alignment for selecting the objective lens and adjusting the light amount of the light source when measuring the surface shape of the surface to be measured. This is particularly effective in stitching measurement.
本発明の表面形状測定装置において、対物レンズの測定視野は測定対象物の被測定面よりも狭く、スティッチング測定により被測定面の表面形状を測定することが好ましい。スティッチング測定において本発明は特に有効だからである。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the measurement field of the objective lens is narrower than the surface to be measured of the measurement object, and the surface shape of the surface to be measured is measured by stitching measurement. This is because the present invention is particularly effective in stitching measurement.
本発明の表面形状測定装置としては、光学部は白色干渉計を好適に使用することができる。 As the surface shape measuring apparatus of the present invention, a white interferometer can be suitably used as the optical unit.
本発明の表面形状測定装置において、対物レンズを通して被測定面に照射した光のうち対物レンズに戻り測定に寄与する照射光の測定寄与照射量Ｇを検出する測定寄与照射光量検出手段を設けることが好ましい。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, a measurement contribution irradiation light quantity detecting means for detecting a measurement contribution irradiation amount G of irradiation light that returns to the objective lens and contributes to measurement out of light irradiated to the measurement surface through the objective lens may be provided. preferable.
そして、対物レンズ選択手段は分割した傾斜状領域と平坦状領域とについて、照射した光の全照射光量Ｆに対する測定寄与照射量Ｇの割合Ｇ／Ｆに基づいて使用する倍率の対物レンズを選択する。これにより、傾斜状領域と平坦状領域とによって測定を高精度に行うための適正な倍率の対物レンズを選択することができる。 Then, the objective lens selection unit selects an objective lens having a magnification to be used based on the ratio G / F of the measurement contribution irradiation amount G to the total irradiation light amount F of the irradiated light for the divided inclined region and flat region. . Thereby, it is possible to select an objective lens having an appropriate magnification for performing measurement with high accuracy by using the inclined region and the flat region.
また、光量調整手段は分割した傾斜状領域及び平坦状領域について、平坦状領域を測定するときの測定寄与照射量Ｇを基準光量とし、傾斜状領域を測定するときの測定寄与照射量Ｇが基準光量になるように光源の光量を調整する。これにより、傾斜状領域と平坦状領域とによって測定を高精度に行うための適正な光源光量を調整することができる。 Further, the light amount adjusting means uses the measurement contribution irradiation amount G when measuring the flat region as the reference light amount for the divided inclined region and flat region, and the measurement contribution irradiation amount G when measuring the inclined region is the reference. Adjust the light quantity of the light source so that the light quantity is the same. Thereby, it is possible to adjust an appropriate light source amount for performing measurement with high accuracy by using the inclined region and the flat region.
本発明の表面形状測定装置において、測定対象物の被測定面の表面形状はうねり形状であることが好ましい。測定対象物の被測定面の表面形状である場合において本発明は特に有効だからである。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, the surface shape of the measurement target surface of the measurement object is preferably a wavy shape. This is because the present invention is particularly effective in the case of the surface shape of the surface to be measured of the measurement object.
本発明の表面形状測定装置において、概略形状取得手段は、三角測量方式のレーザー変位計、ステレオカメラ、パターン投影装置の何れかであることが好ましい。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, the approximate shape obtaining means is preferably any one of a triangulation laser displacement meter, a stereo camera, and a pattern projection device.
本発明の表面形状測定装置において、概略形状取得手段は、測定対象物のＣＡＤデータを保持する保持手段であることが好ましい。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, the approximate shape obtaining means is preferably a holding means for holding CAD data of the measurement object.
本発明の表面形状測定装置において、概略形状取得手段は、光学部の対物レンズよりも倍率の小さな低倍率レンズを用いた白色干渉計であることが好ましい。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the approximate shape obtaining means is a white interferometer using a low-power lens having a smaller magnification than the objective lens of the optical unit.
本発明の表面形状測定装置において、被測定面分割手段で分割された複数の測定面について対物レンズ選択手段で選択した対物レンズマップを表示する表示部を有することが好ましい。 In the surface shape measuring apparatus of the present invention, it is preferable to have a display unit for displaying the objective lens map selected by the objective lens selecting unit for a plurality of measurement surfaces divided by the measured surface dividing unit.
本発明の一態様に係る表面形状測定方法は目的を達成するために、測定対象物を支持する支持部と、測定対象物の被測定面の表面形状を測定する光を出力する光源、光源からの出力された光を被測定面に照射する倍率の異なる複数の対物レンズ、及び被測定面の測定画像を取得する撮影部を少なくとも有する光学部と、を少なくとも有する表面形状測定装置を用いて被測定面の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、被測定面の概略形状情報を取得する概略形状取得工程と、概略形状情報に基づいて被測定面を傾斜状領域と平坦状領域とで構成される複数の測定面に分割する被測定面分割工程と、分割した傾斜状領域と平坦状領域とに光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて複数の対物レンズのうち使用する倍率の対物レンズを選択する対物レンズ選択工程と、分割した傾斜状領域と平坦状領域とに光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて光源の光量を調整する光量調整工程と、支持部を被測定面の面内方向に移動させることにより、分割した各測定面を選択した対物レンズ及び設定した光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得する測定面形状測定工程と、取得した複数の測定データを接続するデータ接続工程と、を備えた。 In order to achieve the object, a surface shape measurement method according to an aspect of the present invention includes a support portion that supports a measurement object, a light source that outputs light for measuring the surface shape of a measurement target surface of the measurement object, and a light source. A surface shape measuring device having at least a plurality of objective lenses having different magnifications for irradiating the surface to be measured with the output light and an optical unit having at least an imaging unit for acquiring a measurement image of the surface to be measured. A surface shape measuring method for measuring a surface shape of a measurement surface, wherein a rough shape acquisition step for acquiring rough shape information of a surface to be measured, and a surface to be measured are inclined and flat regions based on the rough shape information. A plurality of objective lenses according to the measurement contribution irradiation amount that contributes to the measurement when irradiating the divided inclined region and the flat region with light; Magnification to use An objective lens selection step of selecting an objective lens, a light amount adjustment step of adjusting the light amount of the light source according to the measurement contribution irradiation amount that contributes to the measurement when the divided inclined region and the flat region are irradiated with light, Measurement surface that acquires multiple measurement data by individually measuring the surface shape based on the selected objective lens and the set light quantity by moving the support part in the in-plane direction of the measurement surface A shape measurement step and a data connection step for connecting a plurality of acquired measurement data are provided.
本発明の表面形状測定方法によれば、被測定面の表面形状測定を行う際の対物レンズの選択及び光源の光量調整の測定準備アライメントを適正に行うことができるので表面形状測定を高精度化でき、特にスティッチング測定において有効である。 According to the surface shape measuring method of the present invention, it is possible to appropriately perform measurement preparation alignment for selecting the objective lens and adjusting the light amount of the light source when measuring the surface shape of the surface to be measured. This is particularly effective in stitching measurement.
本発明の表面形状測定装置及び表面形状測定方法によれば、被測定面の表面形状測定を行う際の対物レンズの選択及び光源の光量調整の測定準備アライメントを適正に行うことができるので表面形状測定を高精度化できる。 According to the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method of the present invention, it is possible to appropriately perform measurement preparation alignment for selecting the objective lens and adjusting the light amount of the light source when measuring the surface shape of the surface to be measured. The measurement can be made highly accurate.
以下、添付図面にしたがって本発明の表面形状測定装置及び表面形状測定方法の好ましい実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明は以下の好ましい実施の形態により説明される。本発明の範囲を逸脱することなく、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。 The present invention is illustrated by the following preferred embodiments. Changes can be made by many techniques without departing from the scope of the present invention, and other embodiments than the present embodiment can be utilized. Accordingly, all modifications within the scope of the present invention are included in the claims.
ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“ 〜 ”を用いて表す場合は、“ 〜 ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。 Here, in the drawing, portions indicated by the same symbols are similar elements having similar functions. In addition, in the present specification, when a numerical range is expressed using “˜”, upper and lower numerical values indicated by “˜” are also included in the numerical range.
［表面形状測定装置］
本実施の形態の表面形状測定装置では、測定対象物の被測定面の表面形状を測定する光を出力する光源、光源から出力された光を被測定面に照射する対物レンズ、及び被測定面の測定画像を取得する撮影部を少なくとも有する光学部として、垂直走査型の白色干渉計の例で以下に説明する。
[Surface shape measuring device]
In the surface shape measuring apparatus of the present embodiment, a light source that outputs light for measuring the surface shape of the measurement target surface of the measurement object, an objective lens that irradiates the measurement target surface with light output from the light source, and the measurement surface An example of a vertical scanning type white interferometer will be described below as an optical unit having at least an imaging unit for acquiring the measurement image.
また、対物レンズの測定視野が測定対象物の被測定面よりも小さくスティッチング測定を行う場合で説明する。 Further, a case where the measurement visual field of the objective lens is smaller than the measurement target surface of the measurement object and the stitching measurement is performed will be described.
図１は、本発明の実施の形態の表面形状測定装置の全体構成を示した構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
図１における表面形状測定装置１は、マイケルソン型の干渉計を用いて測定対象物Ｐの被測定面Ｓの表面形状等を非接触により３次元測定する所謂、マイケルソン型の走査型白色干渉計（顕微鏡）であり、測定対象物Ｐの干渉縞（干渉画像）を取得する光学部２と、測定対象物Ｐが載置される支持部としてのステージ１０と、表面形状測定装置１の各種制御や光学部２により取得された干渉縞像に基づいて各種演算処理を行うパーソナルコンピュータ等の演算処理装置からなる処理部１８等を備える。
The surface
なお、本実施の形態では、マイケルソン型の走査型白色干渉計の例で説明するが、周知のミロー型の走査型白色干渉計であってもよい。また、測定対象物Ｐが配置される測定空間において、互いに直交する水平方向の２つの座標軸をｘ軸（紙面に平行する軸）とｙ軸（紙面に直交する軸）とし、ｘ軸及びｙ軸に直交する鉛直方向の座標軸をｚ軸とする。ｚ軸は後記する測定光軸Ｚ−０に平行である。そして、処理部１８は、被測定面Ｓ上の点をｘ軸のｘ座標、ｙ軸のｙ座標、ｚ軸のｚ座標で示すｘｙｚ座標をもっており、被測定面Ｓの３次元位置を得ることができる。
In this embodiment, an example of a Michelson-type scanning white interferometer will be described. However, a known Millo-type scanning white interferometer may be used. Further, in the measurement space in which the measurement object P is arranged, two coordinate axes in the horizontal direction orthogonal to each other are an x axis (an axis parallel to the paper surface) and a y axis (an axis orthogonal to the paper surface), and the x axis and the y axis. A vertical coordinate axis orthogonal to the z axis is defined as z-axis. The z axis is parallel to the measurement optical axis Z-0 described later. Then, the
ステージ１０は、ｘ軸及びｙ軸に略平行する平坦面であって測定対象物Ｐを載置するステージ面１０Ｓを有する。また、ステージ１０は、ステージ１０を光学部２に対して相対的に被測定面Ｓの面内方向に水平移動させる面内方向移動手段３５と、を備えている。
The
面内方向移動手段３５は、ｘアクチュエータ３４とｙアクチュエータ３６とで構成される。そして、ステージ１０は、ｘアクチュエータ３４の駆動によりｘ軸方向に水平移動し、ｙアクチュエータ３６の駆動によりｙ軸方向に水平移動する。このステージ１０のｘ軸方向及びｙ軸方向への移動により、ステージ１０に載置された測定対象物Ｐの被測定面Ｓを光学部２に対して移動させる。
The in-plane direction moving means 35 includes an x actuator 34 and
なお、ｘアクチュエータ３４及びｙアクチュエータ３６のように本明細書においてアクチュエータという場合には、ピエゾアクチュエータやモータなどの任意の駆動装置を示す。
In the present specification, the term “actuator” such as the x actuator 34 and the
また、ステージ面１０Ｓに対向する位置、即ち、ステージ１０の上側には、筐体２Ａ（図２参照）により一体的に保持された光学部２が配置される。
The
光学部２は、ｘ軸に平行な光軸Ｚ−１を有する光源部１２と、ｚ軸に平行な光軸（測定光軸Ｚ−０）を有する干渉部１４と、撮影部１６とを有する。光源部１２の光軸Ｚ−１は、干渉部１４及び撮影部１６の測定光軸Ｚ−０に対して直交し、干渉部１４と撮影部１６との間において測定光軸Ｚ−０と交差する。なお、光軸Ｚ−１は、必ずしもｘ軸と平行でなくてもよい。
The
光源部１２は、測定対象物Ｐを照明する照明光として波長幅が広い白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を出射する光源４０と、光源４０から拡散して出射された照明光を略平行な光束に変換するコレクタレンズ４２とを有する。光源４０及びコレクタレンズ４２の各々の中心とする軸は光源部１２の光軸Ｚ−１として同軸上に配置される。
The
また、光源４０としては、発光ダイオード、半導体レーザー、ハロゲンランプ、高輝度放電ランプなど、任意の種類の発光体を用いることができる。
Further, as the
この光源部１２から出射された照明光は、干渉部１４と撮影部１６との間に配置され、光軸Ｚ−１と測定光軸Ｚ−０とが交差する位置に配置されたハーフミラー等のビームスプリッタ４４に入射する。そして、ビームスプリッタ４４（ビームスプリッタ４４の平坦な光分割面（反射面））で反射した照明光が光軸Ｚ−０に沿って進行して干渉部１４に入射する。
The illumination light emitted from the
干渉部１４は、マイケルソン型干渉計により構成され、光源部１２から入射した照明光を測定光と参照光とに分割する。そして、測定光を測定対象物Ｐに照射するとともに参照光を参照ミラー５２に照射し、測定対象物Ｐから戻る測定光と参照ミラー５２から戻る参照光とを干渉させた干渉光を生成する。
The
干渉部１４は、集光作用を有し、倍率の異なる複数の対物レンズ５０と、光を反射する参照面であって平坦な反射面を有する参照ミラー５２と、光を分割する平坦な光分割面を有するビームスプリッタ５４を有する。対物レンズ５０、参照ミラー５２、及びビームスプリッタ５４の各々の中心とする軸は干渉部１４の測定光軸Ｚ−０として同軸上に配置される。参照ミラー５２の反射面はビームスプリッタ５４の側方位置に、測定光軸Ｚ−０と平行に配置される。
The
図２は、光学部２の干渉部１４に設けられた対物レンズ５０を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the
図２に示すように、光学部２を保持する筐体２Ａの被測定面Ｓ側の面にはレボルバー２Ｂが設けられ、レボルバー２Ｂには低倍率レンズ５０Ａ，中倍率レンズ５０Ｂ、高倍率レンズ５０Ｃが固定されている。そして、処理部１８の指示でレボルバー２Ｂを回転させることにより干渉部１４の測定走査に用いる対物レンズ５０を選択することができる。
As shown in FIG. 2, a
なお、対物レンズ５０は上記の３種類に限定するものではなく、低倍率レンズ５０Ａ，中倍率レンズ５０Ｂ、高倍率レンズ５０Ｃのうちの２つを組み合わせてもよく、あるいは４つ以上の対物レンズ５０を設けて倍率を細かく分けてもよい。
The
図１に戻って、光源部１２から干渉部１４に入射した照明光は、対物レンズ５０により集光作用を受けた後、ビームスプリッタ５４に入射する。
Returning to FIG. 1, the illumination light incident on the
ビームスプリッタ５４は、例えばハーフミラーであり、ビームスプリッタ５４に入射した照明光は、ビームスプリッタ５４を透過する測定光と、ビームスプリッタ５４の光分割面で反射する参照光とに分割される。
The
ビームスプリッタ５４を透過した測定光は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓに照射された後、被測定面Ｓから干渉部１４へと戻り、再度、ビームスプリッタ５４に入射する。そして、ビームスプリッタ５４を透過した測定光が対物レンズ５０に入射する。
The measurement light transmitted through the
一方、ビームスプリッタ５４で反射した参照光は、参照ミラー５２の光反射面で反射した後、再度、ビームスプリッタ５４に入射する。そして、ビームスプリッタ５４で反射した参照光が対物レンズ５０に入射する。
On the other hand, the reference light reflected by the
これにより、干渉部１４から測定対象物Ｐの被測定面Ｓに照射されて干渉部１４に戻る測定光と、参照ミラー５２で反射した参照光とが重ね合わされた干渉光が生成され、その干渉光が対物レンズ５０により集光作用を受けた後、干渉部１４から撮影部１６に向けて出射される。
As a result, interference light is generated in which the measurement light that is irradiated from the
また、照明光が測定光と参照光とに分割された後、測定光と参照光とが重ね合わされるまでの測定光と参照光の各々が通過した光路の光学的距離を、測定光の光路長及び参照光の光路長といい、それらの差を測定光と参照光の光路長差というものとする。 Further, after the illumination light is divided into the measurement light and the reference light, the optical distance of the optical path through which each of the measurement light and the reference light passes until the measurement light and the reference light are superimposed is expressed as an optical path of the measurement light. The length and the optical path length of the reference light are referred to as the difference between the optical path lengths of the measurement light and the reference light.
干渉部１４を測定光の測定光軸Ｚ−０（ｚ軸）に沿って垂直方向に測定走査することで測定光の光路長を変化させる走査手段としての干渉部アクチュエータ５６を有する。そして、干渉部アクチュエータ５６の駆動により干渉部１４がｚ軸方向（測定走査方向）に移動する。これにより、対物レンズ５０の焦点面の位置（高さ）がｚ軸方向に移動すると共に、被測定面Ｓとビームスプリッタ５４との距離が変化することで測定光の光路長が変化し、測定光と参照光との光路長差が変化する。
The
撮影部１６は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの各点に照射された測定光と、参照光とによる干渉光の輝度情報から干渉縞を取得する干渉縞取得部であり、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラに相当し、ＣＣＤ型の撮像素子６０と、結像レンズ６２とを有する。撮像素子６０と結像レンズ６２の各々の中心とする軸は撮影部１６の測定光軸Ｚ−０として同軸上に配置される。なお、撮像素子６０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像素子等、任意の撮像手段を用いることができる。
The
干渉部１４から出射された干渉光は、上述のビームスプリッタ４４に入射し、ビームスプリッタ４４を透過した干渉光が撮影部１６に入射する。
The interference light emitted from the
撮影部１６に入射した干渉光は、結像レンズ６２により撮像素子６０の撮像面６０Ｓに干渉縞像を結像する。ここで、結像レンズ６２は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの測定光軸Ｚ−０周辺の領域に対する干渉縞像を高倍率に拡大して撮像素子６０の撮像面６０Ｓに結像する。
The interference light incident on the
また、結像レンズ６２は、干渉部１４の対物レンズ５０の焦点面上における点を、撮像素子６０の撮像面上の像点として結像する。即ち、撮影部１６は、対物レンズ５０の焦点面の位置にピントが合うように（合焦するように）設計されている。
In addition, the
撮像素子６０の撮像面６０Ｓに結像された干渉縞像は、撮像素子６０により電気信号に変換されて干渉縞として取得される。そして、その干渉縞は、処理部１８に与えられる。
The interference fringe image formed on the
以上のように光源部１２、干渉部１４、及び撮影部１６等により構成される光学部２は、全体が一体的としてｚ軸方向に直進移動可能に設けられる。例えば、光学部２は、ｚ軸方向に沿って立設された不図示のｚ軸ガイド部に直進移動可能に支持される。そして、ｚアクチュエータ７０の駆動により光学部２全体がＺ軸方向に直進移動する。これにより、干渉部１４をｚ軸方向に移動させる場合よりも、撮影部１６のピント位置をｚ軸方向に大きく移動させることができ、例えば、測定対象物Ｐの厚さ等に応じて撮影部１６のピント位置を適切な位置に調整することができる。
As described above, the
処理部１８は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの表面形状を測定する際に、干渉部アクチュエータ５６を制御して光学部２の干渉部１４をｚ軸方向に移動させながら撮影部１６の撮像素子６０から干渉縞を順次取得する。そして、取得した干渉縞に基づいて被測定面Ｓの３次元形状データを被測定面Ｓの表面形状を示すデータとして取得する。
When the
ここで、処理部１８が干渉縞に基づいて被測定面Ｓの３次元形状データを取得する処理について説明する。
Here, a process in which the
撮影部１６の撮像素子６０は、ｘ軸及びｙ軸からなるｘｙ平面（水平面）に沿って２次元的に配列された多数の受光素子（画素）から構成されている。そして、各画素において受光される干渉縞の輝度値、即ち、撮像素子６０により取得される干渉縞の各画素の輝度値は、各画素に対応する被測定面Ｓの各点で反射した測定光と参照光との光路長差に応じた干渉光の強度（輝度情報）を示す。
The
ここで、図３に示すように、撮像素子６０の撮像面６０Ｓのｘｙ座標上の干渉縞におけるｍ列目、ｎ行目の画素を（ｍ，ｎ）を表すものとする。そして、画素（ｍ，ｎ）のｘ軸方向に関する位置（以下、ｘ軸方向に関する位置を「ｘ位置」という）を示すｘ座標値をｘ（ｍ，ｎ）と表するものとする。そして、ｙ軸方向に関する位置（以下、ｙ軸方向に関する位置「ｙ位置」という）を示すｙ座標値をｙ（ｍ，ｎ）と表すものとする。
Here, as shown in FIG. 3, the m-th and n-th pixels in the interference fringes on the xy coordinates of the
また、画素（ｍ，ｎ）に対応する測定対象物Ｐの被測定面Ｓ上の点のｘ位置を示すｘ座標値をＸ（ｍ，ｎ）と表し、ｙ位置を示すｙ座標値をＹ（ｍ，ｎ）と表すものとし、その点をｘｙ座標値により（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））と表すものとする。
なお、画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点とは、ピントが合っている状態において画素（ｍ，ｎ）の位置に像点が結像される被測定面Ｓ上の点を意味する。
Further, the x coordinate value indicating the x position of the point on the measured surface S of the measurement object P corresponding to the pixel (m, n) is represented as X (m, n), and the y coordinate value indicating the y position is represented as Y. It is assumed that (m, n) is represented, and the point is represented by (X (m, n), Y (m, n)) by xy coordinate values.
The point on the measured surface S corresponding to the pixel (m, n) is on the measured surface S where the image point is formed at the position of the pixel (m, n) in the focused state. Means a point.
このとき、撮像素子６０により取得される干渉縞の画素（ｍ，ｎ）の輝度値は、画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））に照射された測定光と参照光との光路長差に応じた大きさを示す。
At this time, the luminance value of the interference fringe pixel (m, n) acquired by the
即ち、図１の干渉部アクチュエータ５６により干渉部１４をｚ軸方向に測定走査させて光学部２（撮影部１６）に対する干渉部１４の相対的なｚ軸方向の位置（以下、「ｚ位置」という）を変位させると、撮影部１６のピント位置（対物レンズ５０の焦点面）もｚ軸方向に移動し、ピント位置も干渉部１４と同じ変位量で変位する。また、ピント位置が変位すると、被測定面Ｓの各点に照射される測定光の光路長も変化する。
That is, the
そして、干渉部１４をｚ軸方向に移動させてピント位置を変位させながら、即ち、測定光の光路長を変化させながら、撮像素子６０から干渉縞を順次取得して干渉縞の任意の画素（ｍ，ｎ）の輝度値を検出する。
Then, while moving the
ここで、処理部１８は、干渉部１４の所定の基準位置からの変位量（干渉部１４のｚ位置）を、ポテンショメータやエンコーダなどの不図示の位置検出手段からの検出信号により検出することができる。または、位置検出手段を使用することなく干渉部１４のｚ位置を制御する場合、例えば、干渉部アクチュエータ５６に与える駆動信号により一定変位量ずつ干渉部１４を移動させる場合には、その総変位量により検出することができる。
Here, the
そして、干渉部１４が基準位置のときのピント位置のｚ位置を測定空間におけるｚ座標の基準位置（原点位置）として、かつ、干渉部１４の基準位置からの変位量をピント位置のｚ座標値として取得することができる。なお、ｚ座標値は、原点位置よりも高い位置（撮影部１６に近づく位置）を正側、低い位置（ステージ面１０Ｓに近づく位置）を負側とする。また、干渉部１４の基準位置、即ち、ｚ座標の原点位置は任意のｚ位置に設定、変更することができる。
Then, the z position of the focus position when the
図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、干渉部１４を測定対象物Ｐの被測定面Ｓに近接した位置からｚ軸方向に上昇させながら撮影部１６の撮像素子６０から画像を取得したときの干渉部１４のｚ位置と輝度値との関係を示した図である。
4A to 4C, when an image is acquired from the
図４の（Ａ）のように、測定光の光路長Ｌ１が参照光の光路長Ｌ２よりも小さいと干渉は小さく、輝度値は略一定となる。そして、図４の（Ｂ）のように、測定光の光路長Ｌ１と参照光の光路長Ｌ２とが同じ、即ち光路長差が０となる場合に干渉が大きくなり、最も大きな輝度値を示す。さらに、図４の（Ｃ）のように、測定光の光路長Ｌ１が参照光の光路長Ｌ２よりも大きいと再び干渉は小さくなり、輝度値は略一定となる。これにより、図４の（Ｄ）に示す干渉縞曲線Ｑに沿った輝度値が得られる。 As shown in FIG. 4A, when the optical path length L1 of the measurement light is smaller than the optical path length L2 of the reference light, the interference is small and the luminance value is substantially constant. Then, as shown in FIG. 4B, when the optical path length L1 of the measurement light and the optical path length L2 of the reference light are the same, that is, when the optical path length difference is 0, the interference becomes large and shows the largest luminance value. . Further, as shown in FIG. 4C, when the optical path length L1 of the measurement light is larger than the optical path length L2 of the reference light, the interference is reduced again, and the luminance value becomes substantially constant. Thereby, the luminance value along the interference fringe curve Q shown in FIG.
即ち、任意の画素（ｍ，ｎ）における干渉縞曲線Ｑは、その画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））に照射された測定光と参照光との光路長差が所定値より大きい場合には略一定の輝度値を示し、光路長差がその所定値より小さいときには、光路長差が減少するにつれて輝度値が振動すると共にその振幅が大きくなる。 That is, the interference fringe curve Q at an arbitrary pixel (m, n) is at a point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S corresponding to that pixel (m, n). When the optical path length difference between the irradiated measurement light and the reference light is larger than a predetermined value, it shows a substantially constant luminance value. When the optical path length difference is smaller than the predetermined value, the luminance value decreases as the optical path length difference decreases. As it vibrates, its amplitude increases.
したがって、図４（Ｄ）に示すように、干渉縞曲線Ｑは、測定光と参照光との光路長が一致したときに（光路長差が０のときに）、最大値を示すと共に、その干渉縞曲線Ｑの包絡線における最大値を示す。 Therefore, as shown in FIG. 4D, the interference fringe curve Q shows the maximum value when the optical path lengths of the measurement light and the reference light match (when the optical path length difference is 0), and The maximum value in the envelope of the interference fringe curve Q is shown.
また、被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））に照射された測定光と参照光との光路長は、撮影部１６のピント位置が被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ位置に一致したときに一致する。
Further, the optical path length between the measurement light and the reference light irradiated to the point (X (m, n), Y (m, n)) on the surface S to be measured is such that the focus position of the photographing
したがって、干渉縞曲線Ｑが最大値を示すとき（又は干渉縞曲線Ｑの包絡線が最大値を示すとき）のピント位置は、被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ位置に一致しており、そのときのピント位置のｚ座標値は、被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値を示す。 Therefore, when the interference fringe curve Q shows the maximum value (or when the envelope of the interference fringe curve Q shows the maximum value), the focus position is a point (X (m, n), Y ( The z coordinate value of the focus position at that time is the z coordinate of the point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S. Indicates the value.
以上のことから、処理部１８は、干渉部アクチュエータ５６により干渉部１４をｚ軸方向に移動させてピント位置をｚ軸方向に移動させながら（測定光の光路長を変化させながら）、撮像素子６０から干渉縞を順次取得し、各画素（ｍ，ｎ）の輝度値をピント位置のｚ座標値に対応付けて取得する。即ち、ピント位置をｚ軸方向に走査しながら干渉縞の各画素（ｍ，ｎ）の輝度値を取得する。そして、各画素（ｍ，ｎ）について、図３（Ｄ）のような干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値（干渉縞位置）を、各画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値Ｚ（ｍ，ｎ）として検出する。
From the above, the
なお、Ｚ（ｍ，ｎ）は、画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値を示す。 Z (m, n) represents the z coordinate value of the point (X (m, n), Y (m, n)) on the measured surface S corresponding to the pixel (m, n).
また、干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出する方法は周知であり、どのような方法を採用してもよい。例えば、ピント位置の微小間隔ごとのｚ座標値において干渉縞を取得することで、各画素（ｍ，ｎ）について、図３（Ｄ）のような干渉縞曲線Ｑを実際に描画することができる程度に輝度値を取得することができる。そして、取得した輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することで、干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することができる。 Also, a method of detecting the z coordinate value of the focus position when the luminance value of the interference fringe curve Q shows the maximum value is well known, and any method may be adopted. For example, the interference fringe curve Q as shown in FIG. 3D can be actually drawn for each pixel (m, n) by acquiring the interference fringe at the z coordinate value for each minute interval at the focus position. The brightness value can be acquired to the extent. Then, by detecting the z coordinate value of the focus position when the acquired luminance value shows the maximum value, the z coordinate value of the focus position when the luminance value of the interference fringe curve Q shows the maximum value can be detected. it can.
または、ピント位置の各ｚ座標値において取得した輝度値に基づいて最小二乗法等により干渉縞曲線Ｑを推測し、又は、干渉縞曲線Ｑの包絡線を推測する。そして、その推測した干渉縞曲線Ｑ又は包絡線に基づいて輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することで、干渉縞曲線Ｑの輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することができる。 Alternatively, the interference fringe curve Q is estimated by the least square method or the like based on the luminance value acquired at each z coordinate value of the focus position, or the envelope of the interference fringe curve Q is estimated. Then, by detecting the z-coordinate value of the focus position when the luminance value shows the maximum value based on the estimated interference fringe curve Q or envelope, the luminance value of the interference fringe curve Q shows the maximum value. The z coordinate value of the focus position can be detected.
以上のようにして、処理部１８は、干渉縞（撮像素子６０の撮像面６０Ｓ）の各画素（ｍ，ｎ）に対応する被測定面Ｓ上の各点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））のｚ座標値Ｚ（ｍ，ｎ）を検出することで、被測定面Ｓ上の各点（Ｘ（ｍ，ｎ），Ｙ（ｍ，ｎ））の相対的な高さを検出することができる。
As described above, the
そして、被測定面Ｓ上の各点のｘ座標値Ｘ（ｍ，ｎ）、ｙ座標値Ｙ（ｍ，ｎ）、及びｚ座標値Ｚ（ｍ，ｎ）を被測定面Ｓの３次元形状データ（表面形状を示すデータ）として取得することができる。 Then, the x coordinate value X (m, n), the y coordinate value Y (m, n), and the z coordinate value Z (m, n) of each point on the measured surface S are converted into a three-dimensional shape of the measured surface S. It can be acquired as data (data indicating the surface shape).
例えば、図５に示すようにｘ軸方向に並ぶ３つの画素に対応する被測定面Ｓ上の３点におけるｚ座標値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が相違する場合に、ピント位置をｚ軸方向に走査しながら干渉縞のそれらの画素の輝度値を取得する。その結果、それらの画素の各々に関してピント位置がｚ座標値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３のときに輝度値が最大値を示す干渉縞曲線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３が取得される。したがって、それらの干渉縞曲線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の輝度値が最大値を示すときのピント位置のｚ座標値を検出することで、それらの画素に対応する被測定面Ｓ上の３点におけるｚ座標値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を検出することができる。このようにして、被測定面Ｓの３次元形状データを取得することにより、測定対象物Ｐの表面形状測定を行う。 For example, as shown in FIG. 5, when z coordinate values Z1, Z2, and Z3 at three points on the measured surface S corresponding to three pixels arranged in the x-axis direction are different, the focus position is scanned in the z-axis direction. While obtaining the luminance values of those pixels of the interference fringes. As a result, the interference fringe curves Q1, Q2, and Q3 having the maximum luminance value when the focus position is the z-coordinate value Z1, Z2, and Z3 for each of these pixels are acquired. Therefore, by detecting the z coordinate value of the focus position when the luminance values of the interference fringe curves Q1, Q2, and Q3 show the maximum values, z at three points on the measured surface S corresponding to those pixels is detected. Coordinate values Z1, Z2, and Z3 can be detected. In this way, the surface shape of the measurement object P is measured by acquiring the three-dimensional shape data of the measurement surface S.
上述のように光学部２として垂直走査型の白色干渉計を使用した場合、干渉部１４に使用する対物レンズ５０の最大撮影面積である測定視野Ｗ等の制限により、１回の測定で測定可能な被測定面Ｓの測定視野に制限がある場合が多い。
When a vertical scanning type white interferometer is used as the
このため、図６に示すように、測定対象物Ｐをｘ軸方向及びｙ軸方向に水平移動可能なステージ１０上に載置し、測定対象物Ｐの被測定面Ｓを一定の割合で測定範囲が重なるように移動させながら複数回測定する。そして、その後でソフトウェア処理等を用いて計算することで複数枚の測定データを接続することにより被測定面Ｓの表面形状を測定するスティッチング測定を行う。
For this reason, as shown in FIG. 6, the measuring object P is placed on a
なお、本実施の形態では、被測定面Ｓを一定の割合で測定範囲が重なるように測定する例で説明するが、重ねない場合もありえる。図６のＷは対物レンズ５０の測定視野を示しているが、実際には幅がＷの正方形の面積である。
In the present embodiment, an example in which the measurement surface S is measured so that the measurement ranges overlap at a constant rate will be described. 6 indicates the measurement field of view of the
ところで、従来技術でも述べたように、光源４０、倍率の異なる複数の対物レンズ５０、及び撮影部１６を備えた光学部２を有する表面形状測定装置１においては、測定準備アライメントとして、干渉部１４に設けられた複数の倍率の異なる対物レンズ５０の選択及び光源４０の光量調整を少なくとも行う必要がある。
Incidentally, as described in the prior art, in the surface
この測定準備アライメントを適正に行うか否かによって、表面形状の測定精度が異なる。特に、図７に示すように、表面形状が傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋを有するうねり形状の被測定面Ｓを複数回測定し、その後に複数枚の測定データを接続するスティッチング測定を行う場合、傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとの測定精度にバラツキが生じ易い。したがって、複数回の測定ごとに対物レンズ５０の選択及び光源４０の光量調整に関する測定準備アライメントを適正に行わないと、表面形状測定の精度が悪くなる。
The measurement accuracy of the surface shape differs depending on whether or not this measurement preparation alignment is properly performed. In particular, as shown in FIG. 7, stitching measurement is performed by measuring a measurement surface S having a wavy shape having a sloped region D and a flat region K a plurality of times, and then connecting a plurality of pieces of measurement data. When performing, the measurement accuracy of the inclined region D and the flat region K is likely to vary. Therefore, the accuracy of the surface shape measurement is deteriorated unless the measurement preparation alignment relating to the selection of the
そこで、本発明の実施の形態の表面形状測定装置１は、上記の基本構成に加えて、表面形状測定を高精度に行うための以下の構成を備えるようにした。
Therefore, the surface
即ち、図１に示すように、主として、概略形状取得手段７２と、被測定面分割手段７４と、対物レンズ選択手段７５と、光量調整手段７６と、測定面形状測定手段７７と、データ接続手段７８と、を備えた。
That is, as shown in FIG. 1, mainly the approximate
（概略形状取得手段）
概略形状取得手段７２は、被測定面Ｓの概略形状情報を取得するものであり、被測定面Ｓにおける傾斜状領域Ｄ（図７参照）と平坦状領域Ｋ（図７参照）とを識別できる程度の比較的低精度のものでよく、高速かつ広範囲で測定が可能であることが優先される。概略形状取得手段７２としては、次の３通りのものを採用することが好ましい。
(Rough shape acquisition means)
The approximate shape acquisition means 72 acquires the approximate shape information of the measured surface S, and can identify the inclined region D (see FIG. 7) and the flat region K (see FIG. 7) on the measured surface S. Priority should be given to being able to measure at a high speed and in a wide range. As the schematic shape acquisition means 72, it is preferable to employ the following three types.
１つ目の概略形状取得手段７２は、三角測量方式のレーザー変位計、ステレオカメラ、パターン投影装置、等を別途設ける場合である。図８は三角測量方式のレーザー変位計７２Ａを被測定面Ｓの面内方向に沿って移動させることにより被測定面Ｓの傾斜状領域Ｄや平坦状領域Ｋの概略形状を取得している概念図である。
The first schematic shape acquisition means 72 is a case where a triangulation laser displacement meter, a stereo camera, a pattern projection device, and the like are separately provided. FIG. 8 shows the concept of acquiring the approximate shape of the inclined region D and the flat region K of the measurement surface S by moving the triangulation
三角測量方式のレーザー変位計７２Ａは、測定対象物Ｐの被測定面Ｓに照射されたレーザーの拡散反射の一部が受光レンズを通過して受光素子上にスポットを形成し、測定対象物Ｐまでの距離が変位すると、スポットも移動する。そのスポット位置を検出することにより被測定面Ｓの概略形状を測定する方法である。反射光のなかの拡散反射光を受光することにより、測定範囲を広くとることができる。
In the triangulation type
ステレオカメラ７２Ｂは、測定対象物Ｐの被測定面Ｓを複数の異なる方向から同時に撮影することにより、その奥行き方向の情報も記録でき、１台で両眼視差を再現し、立体的な空間把握のできる立体写真の撮影が可能である。
The
図９は２つのカメラ７３で測定対象物Ｐの被測定面Ｓを撮像している図であり、これにより被測定面Ｓの概略形状を取得することができる。
FIG. 9 is a diagram in which the measurement surface S of the measurement object P is imaged by the two
図示しないが、パターン投影法は、パターン光を測定対象物Ｐの被測定面Ｓに投影し、画像に写ったパターン上の点の三次元座標を求める方法である。そして、パターン上の各点から三角測量の原理で、それらの点に対応する三次元座標で三次元形状データを取得することにより被測定面Ｓの概略形状を取得することができる。 Although not shown, the pattern projection method is a method in which pattern light is projected onto the measurement target surface S of the measurement object P, and three-dimensional coordinates of points on the pattern appearing in the image are obtained. Then, based on the principle of triangulation from each point on the pattern, the approximate shape of the measurement surface S can be acquired by acquiring three-dimensional shape data with the three-dimensional coordinates corresponding to those points.
これらの三角測量方式のレーザー変位計７２Ａ、ステレオカメラ７２Ｂ、パターン投影装置等の概略形状取得手段７２は公知のものを使用することができる。
As the triangulation-type
レーザー変位計７２Ａ、ステレオカメラ７２Ｂ、パターン投影装置等の新たに設置が必要な概略形状取得手段７２は、図１に示すように例えば光学部２の側方位置に配置される。また、ステージ１０を光学部２の下方位置と概略形状取得手段７２の下方位置とに往復移動させるステージ移動手段８０が設けられる。これにより、概略形状取得手段７２によりステージ１０上に載置された測定対象物Ｐの被測定面Ｓの概略形状が取得されると、ステージ移動手段８０によってステージ１０が光学部２の下方まで移動する。なお、本実施の形態では、１つのステージ１０を光学部２の下方位置と概略形状取得手段７２の下方位置とで移動させるようにしたが、概略形状取得手段７２のためのステージを別途設け、概略形状取得手段７２による概略形状取得が終了したら、ユーザが測定対象物Ｐをステージ１０に載せ変えるようにしてもよい。
As shown in FIG. 1, the schematic shape acquisition means 72 that needs to be newly installed, such as a
２つ目の概略形状取得手段７２は、測定対象物ＰのＣＡＤ（computer-aided-design）データを保持する保持手段（図示せず）であり、処理部１８の記憶手段を使用することができる。このように、測定対象物ＰのＣＡＤデータを保持する保持手段を概略形状取得手段７２として利用すれば、１つ目の概略形状取得手段７２のように、概略形状取得手段７２を別途設ける必要がない。また、保持手段に保持されたＣＡＤデータは既に測定対象物Ｐの３次元形状データを有している。これにより、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの概略形状を測定する必要もないので、測定の時間短縮に寄与する。
The second schematic
３つ目の概略形状取得手段７２は、干渉部１４の対物レンズ５０として広い範囲を高速で測定できる低倍率レンズを用いた白色干渉計で概略形状を事前測定する場合である。この場合は、本実施の形態の表面形状測定装置１の干渉部１４に既設の対物レンズ５０における低倍率レンズ５０Ａを使用することで構成できる。したがって、３つ目の概略形状取得手段７２の場合にも、概略形状取得手段７２を別途設ける必要がない。
The third approximate shape acquisition means 72 is a case where the approximate shape is pre-measured with a white interferometer using a low magnification lens capable of measuring a wide range at high speed as the
そして、図１０に示すように、低倍率レンズ５０Ａに切り替えた干渉部１４により、被測定面Ｓの複数の特徴点近傍をサンプリング測定することで、被測定面Ｓの概略形状を取得することができる。特徴点は例えば被測定面Ｓの段差エッジ部分等である。
Then, as shown in FIG. 10, the rough shape of the measured surface S can be acquired by sampling and measuring the vicinity of a plurality of feature points on the measured surface S by the
これらの概略形状取得手段７２で取得された被測定面Ｓの概略形状情報は被測定面分割手段７４に送られる。
The approximate shape information of the measured surface S acquired by the approximate
（被測定面分割手段）
被測定面分割手段７４は、概略形状取得手段７２によって取得した概略形状情報に基づいて被測定面Ｓを傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとで構成され１つの面積が対物レンズ５０の測定視野Ｗ以下の複数の測定面Ｎに分割するものである。
(Measuring surface division means)
The surface to be measured dividing
ここで、傾斜状領域Ｄ及び平坦状領域Ｋとは、概略形状情報を表示部２０（図１参照）に表示したときに、被測定面Ｓ全体の概観として傾斜状に見える領域と平坦状に見える領域を言い、被測定面Ｓの細かな凹凸を拡大したときの傾斜や平坦は含まない。 Here, the inclined region D and the flat region K are a flat region and a region that appears to be inclined as an overview of the entire measured surface S when the schematic shape information is displayed on the display unit 20 (see FIG. 1). This refers to the visible region, and does not include inclination or flatness when the fine irregularities of the measurement surface S are enlarged.
また、傾斜状領域Ｄとは傾斜面及びその近傍領域を言い、傾斜面が１つであることに限らず、傾斜角度の異なる傾斜面が繋がっている場合も含む。平坦状領域Ｋとは平坦面及びその近傍領域を言い、平坦とは略平坦であればよい。 Further, the inclined region D means an inclined surface and its vicinity region, and is not limited to a single inclined surface, but includes a case where inclined surfaces having different inclination angles are connected. The flat region K refers to a flat surface and its vicinity, and the flat region may be substantially flat.
図１１は、被測定面分割手段７４、及び詳細を後記する対物レンズ選択手段７５、光量調整手段７６、測定面形状測定手段７７、データ接続手段７８をパーソナルコンピュータ等の演算処理装置からなる処理部１８に搭載した場合である。
FIG. 11 shows a measurement
なお、被測定面分割手段７４、対物レンズ選択手段７５、光量調整手段７６、測定面形状測定手段７７、及びデータ接続手段７８は、処理部１８に搭載せずに専用のハードウェアとして構成することもできるが、本実施の形態では、処理部１８において実行されるプログラムを用いて構築される。即ち、処理部１８のＣＰＵ（Central-Processing-Unit）が演算処理装置を構成し、被測定面分割手段７４、対物レンズ選択手段７５、光量調整手段７６、測定面形状測定手段７７、データ接続手段７８として機能する。
The measured surface dividing means 74, the objective
図１１に示すように、処理部１８は被測定面分割手段７４、対物レンズ選択手段７５、光量調整手段７６、測定面形状測定手段７７と、データ接続手段７８を搭載し、概略形状取得手段７２からの概略形状情報が被測定面分割手段７４に入力される。また、概略形状取得手段７２における概略形状情報の３次元座標（ｘｙｚ座標）も処理部１８に入力される。
As shown in FIG. 11, the
そして、被測定面分割手段７４は、概略形状取得手段７２により取得した概略形状情報の３次元座標と、ステージ１０に載置された測定対象物Ｐの３次元座標とを整合する。これにより、測定対象物Ｐと概略形状情報との位置合わせが行われる。そして、概略形状情報に基づいて被測定面Ｓを傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとで構成され１つの面積が測定視野Ｗ以下の複数の測定面Ｎに分割する。この場合、被測定面Ｓを一定の割合で測定面Ｎが重なるように分割する。
Then, the measured
被測定面分割手段７４は、傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとの高低差で形成される段差の閾値（以下、段差閾値という）によって識別することが好ましい。 The measured surface dividing means 74 is preferably identified by a step threshold value (hereinafter referred to as a step threshold value) formed by the height difference between the inclined region D and the flat region K.
図１２に示すように、例えば、うねり形状のうねり最大高さｈ（測定対象物Ｐの最大厚みｈ１-最小厚みｈ２）が１００μｍある場合に、段差閾値Ｒを例えば１０μｍに設定する。これにより、被測定面分割手段７４は、被測定面Ｓにおいて１０μｍ以上の高低差を有する領域を傾斜状領域Ｄとして判定し、１０μｍ未満の高低差を有する領域を平坦状領域Ｋとして判断する。段差閾値Ｒをどの程度に設定するかは被測定面Ｓのうねり形状のうねり最大高さｈ、うねり幅の大きさ、うねり周期等に基づいて決定することができる。 As shown in FIG. 12, for example, when the undulation maximum height h (the maximum thickness h1-minimum thickness h2 of the measurement object P) is 100 μm, the step threshold R is set to 10 μm, for example. Thereby, the measured surface dividing means 74 determines an area having a height difference of 10 μm or more on the measured surface S as the inclined area D, and determines an area having an elevation difference of less than 10 μm as the flat area K. The degree to which the step threshold R is set can be determined based on the maximum undulation height h of the undulation shape of the measurement surface S, the size of the undulation width, the undulation period, and the like.
段差閾値Ｒを幾つに設定するかは、被測定面分割手段７４に予め設定しておいてもよいが、ユーザが入力部２２等を利用して被測定面分割手段７４に任意に設定することが好ましい。これにより、被測定面Ｓの表面形状に応じて被測定面Ｓの分割数を適正に選択することができる。
The number of step threshold values R may be set in the measured surface dividing means 74 in advance, but the user arbitrarily sets it in the measured surface dividing means 74 using the
図１３は、図７に示したうねり形状の被測定面Ｓを被測定面分割手段７４により、ｘ軸方向とｙ軸方向とに四角形状の１６個の測定面Ｎ１〜Ｎ１６に分割し、分割した各測定面Ｎについて測定面に存在する最大高さを測定走査するのに最小限必要な干渉部１４の最小走査範囲Ｚ１〜Ｚ８を設定した説明図である。
In FIG. 13, the measurement surface S having the wavy shape shown in FIG. 7 is divided by the measurement surface dividing means 74 into 16 measurement surfaces N 1 to N 16 that are square in the x-axis direction and the y-axis direction. FIG. 5 is an explanatory diagram in which minimum scanning ranges Z 1 to Z 8 of the
図１３の（Ａ）は分割した１６個の測定面Ｎの最小走査範囲Ｚ１〜Ｚ８を示し、（Ｂ）は分割した１６個の測定面Ｎ１〜Ｎ１６を示す。図１３の（Ｂ）において、網状部分は測定面Ｎ同士の重なり部分を示す。また、図１３の（Ｃ）は干渉部１４の対物レンズ５０の測定視野Ｗを示す。
FIG. 13A shows the minimum scanning ranges Z 1 to Z 8 of the 16 measurement surfaces N divided, and FIG. 13B shows the 16 measurement surfaces N 1 to N 16 divided. In FIG. 13B, the mesh portion indicates an overlapping portion of the measurement surfaces N. FIG. 13C shows a measurement visual field W of the
図１３の（Ｂ）に示すように、１６個の測定面ＮをＮ１からＮ１６と名前を付けたとすると、例えば測定面Ｎ１及び測定面Ｎ９の最小走査範囲はＺ１となる。また、測定面Ｎ８及び測定面Ｎ１６の最小走査範囲はＺ８となる。測定面Ｎ２〜Ｎ７及び測定面Ｎ１０〜Ｎ１５についても同様に最小測定走査設定Ｚ２〜Ｚ７を設定することができる。 As shown in FIG. 13B, if the 16 measurement surfaces N are named N 1 to N 16 , for example, the minimum scanning range of the measurement surface N 1 and the measurement surface N 9 is Z 1 . The minimum scanning range of the measurement surface N 8 and the measurement surface N 16 becomes Z 8. Similarly, the minimum measurement scan settings Z 2 to Z 7 can be set for the measurement surfaces N 2 to N 7 and the measurement surfaces N 10 to N 15 .
なお、被測定面分割手段７４が被測定面Ｓを傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに分割する別の方法としては、表示部２０と入力部２２とを用いてユーザが被測定面分割手段７４に対して分割領域を指定することもできる。即ち、表示部２０に表示した概略形状情報をユーザが目視して傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに識別し、識別した分割領域の位置座標（ｘｙ座標）を入力する。そして、被測定面分割手段７４は、ユーザからの指定に基づいて被測定面Ｓを傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに分割する。また、被測定面Ｓを傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに分割できれば、上記の分割方法に限定するものではない。
As another method of dividing the measurement surface S into the inclined region D and the flat region K by the measurement surface dividing means 74, the user can divide the measurement surface using the
（対物レンズ選択手段）
以下説明するように、対物レンズ選択手段７５は、分割した各測定面Ｎについて傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに光源４０から光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて複数の対物レンズ５０の中から使用する倍率の対物レンズ５０を選択する。
(Objective lens selection means)
As will be described below, the objective lens selection means 75 responds to the measurement contribution irradiation amount that contributes to the measurement when the light is emitted from the
図１４は、被測定面分割手段７４によって分割された傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに、対物レンズ選択手段７５によって倍率の異なる対物レンズ５０を選択する一例を示した説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example in which the
測定対象物Ｐの被測定面Ｓの表面形状が図１４のようにうねり形状の場合、対物レンズ５０を通して被測定面Ｓに照射された光は散乱し易い。これにより、対物レンズ５０に戻る光が弱くなり、撮影部１６においてノイズの多い画像になるため測定精度が悪くなる。
When the surface shape of the measurement target surface S of the measurement object P is a wavy shape as shown in FIG. 14, the light irradiated on the measurement target surface S through the
一方、対物レンズ５０の特質として、開口数（ＮＡ）の高い高倍率レンズ５０Ｃは開口数の低い低倍率レンズ５０Ａに比べて微弱な光でも明るく高解像にとらえることができ、低倍率レンズ５０Ａは高倍率レンズ５０Ｃに比べて測定視野が広い。
On the other hand, as a characteristic of the
したがって、図１４に示すように、対物レンズ選択手段７５は、測定視野Ｗが広いが傾斜面に対する測定精度が悪い低倍率レンズ５０Ａを平坦状領域Ｋの測定に選択し、傾斜面に対する測定精度は良いが測定視野Ｗが狭い高倍率レンズ５０Ｃを傾斜状領域Ｄの測定に選択する。これにより、傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋの両方を高精度に測定でき、しかも平坦状領域Ｋに測定視野が広い低倍率レンズ５０Ａを使用することによって短時間で広範囲を測定でき、測定準備アライメントの時間短縮を図ることができる。
Therefore, as shown in FIG. 14, the objective lens selection means 75 selects the low-
なお、図１４における符号Ｗｘは被測定面Ｓの面内方向（ｘ軸）の測定面Ｎの幅を示し、Ｗｚは干渉部１４のｚ軸方向の走査範囲を示す。
14 indicates the width of the measurement surface N in the in-plane direction (x-axis) of the measurement surface S, and Wz indicates the scanning range of the
次に、傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとによって複数の対物レンズ５０の中から適正な倍率の対物レンズ５０をどのように選択するかの対物レンズ選択方法を説明する。
Next, an objective lens selection method for selecting an
図１５は、見込角θ１の対物レンズ５０で傾斜角度θ２の被測定面Ｓに光を照射したときの光の挙動を説明する説明図である。図１５において、傾斜角度θ２は水平面１７に対する被測定面Ｓの傾斜角度である。
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the behavior of light when the measurement surface S with the inclination angle θ2 is irradiated with the
即ち、空気中において、見込角θ１の対物レンズ５０から傾斜角度θ２の測定対象物Ｐの被測定面Ｓへ光を照射した場合、対物レンズ５０に戻る、いわゆる測定に寄与する照射光Ａと対物レンズ５０に戻らない、いわゆる測定に寄与しない照射光Ｂとがある。符号Ｃは、対物レンズ５０に戻らない照射光Ｂの反射領域を示し、符号１５は被測定面Ｓに対して垂直な法線である。
That is, in the air, when light is irradiated from the
図１５において、空気中では、開口数（ＮＡ）＝ｓｉｎθ１の関係がなりたつので、被測定面Ｓの傾斜角度θ２の理論的な測定限界傾斜角度θ２ｍａｘは、ａｓｉｎ（ＮＡ）で表すことができる。例えばＮＡが０．３の対物レンズ５０の場合、測定限界傾斜角度θ２ｍａｘは約１７°となる。即ち、被測定面Ｓの傾斜角度θ２＜ａｓｉｎ（ＮＡ）の式を満足すれば測定可能と言える。換言すると、ＮＡが０．３の対物レンズ５０の場合には被測定面Ｓの傾斜角度が１７°を超えると測定不可であり、１７°以下であれば測定可能と判断できる。
In FIG. 15, since the numerical aperture (NA) = sin θ1 has been established in the air, the theoretical measurement limit inclination angle θ2 max of the inclination angle θ2 of the surface S to be measured can be expressed by asin (NA). . For example, in the case of the
しかしながら実際にはθ２＜ａｓｉｎ（ＮＡ）の式は理論的な測定限界傾斜角度θ２ｍａｘであり、対物レンズ５０を選択する判断基準としてそのまま適用することは現実的でない。現実的な判断基準は対物レンズ５０を通して被測定面Ｓに照射する光の全照射光量（Ｆ）に対して、対物レンズ５０に戻る測定に寄与する測定寄与照射光量（Ｇ）の割合（Ｇ／Ｆ）によって決定することが好ましい。
However, in practice, the equation θ2 <asin (NA) is a theoretical measurement limit inclination angle θ2 max , and it is not realistic to apply it as it is as a criterion for selecting the
図１６は、例えばＮＡが０．３の対物レンズ５０において一様な照射光を想定した場合、被測定面Ｓの傾斜角度θ２と、全照射光量（Ｆ）に対する測定寄与照射光量（Ｇ）の割合（Ｇ／Ｆ）との関係を表したグラフである。
In FIG. 16, for example, when uniform irradiation light is assumed in the
図１６の横軸は被測定面Ｓの傾斜角度θ２（°）を示し、縦軸はＧ／Ｆを示す。そして、Ｇ／Ｆが０．２未満（２０％未満）になるとＮＡが０．３の対物レンズ５０では測定不可となり、０．３よりも大きなＮＡ（大きな倍率）の対物レンズ５０を選択する必要がある。図１５のグラフから、Ｇ／Ｆが０．２は傾斜角度θ２が約１２°であり、現実的には、傾斜角度１２°が測定限界傾斜角度θ２ｍａｘになる。
The horizontal axis in FIG. 16 indicates the inclination angle θ2 (°) of the surface S to be measured, and the vertical axis indicates G / F. When G / F is less than 0.2 (less than 20%), measurement is impossible with the
このことから、干渉部１４に備える複数の対物レンズ５０のそれぞれについて測定限界傾斜角度θ２ｍａｘにおけるＧ／Ｆを予め予備試験等により求めておく。そして、傾斜状領域Ｄ及び平坦状領域Ｋの測定寄与照射光量（Ｇ）を知ることによって、傾斜状領域Ｄ及び平坦状領域Ｋを高精度に測定するための適正な倍率の対物レンズ５０を選択することができる。なお、全照射光量（Ｆ）は測定しなくても光源４０の出力から知ることができる。
Therefore, G / F at the measurement limit inclination angle θ2 max is obtained in advance by a preliminary test or the like for each of the plurality of
したがって、本発明の実施の形態の表面形状測定装置１は、測定寄与照射光量（Ｇ）を検出する測定寄与照射光量検出手段８２（図２及び図１１参照）を更に設けることが好ましい。そして、対物レンズ選択手段７５は、分割した傾斜状領域Ｄと平坦状領域ＫとによってＧ／Ｆに基づいて使用する倍率の対物レンズ５０を選択する。これにより、傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとによって複数の対物レンズ５０の中から適正な倍率の対物レンズ５０を選択することができる。
Therefore, it is preferable that the surface
なお、適正な倍率の対物レンズ５０の選択方法として、測定寄与照射光量検出手段８２に限定するものではない。傾斜状領域Ｄや平坦状領域Ｋの傾斜角度を測定して測定限界傾斜角度θ２ｍａｘを求めることができれば、直接的な指数である測定限界傾斜角度θ２ｍａｘに基づいて適正な倍率の対物レンズ５０を選択してもよい。あるいは概略形状取得手段７２で取得した測定対象物Ｐの概略形状情報を表示部２０に表示し、操作者が目視で傾斜状領域Ｄや平坦状領域Ｋの傾斜角度の程度を判定して対物レンズ５０を選択してもよい。
Note that the method for selecting the
（光量調整手段）
以下説明するように、光量調整手段７６は、分割した各測定面Ｎについて傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに光源４０から光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて光源４０の光量調整を行う。
(Light intensity adjustment means)
As will be described below, the light amount adjusting means 76 corresponds to the measurement contribution irradiation amount that contributes to the measurement when the light is emitted from the
光源４０の光量調整についても、図１５で説明した考えを用いることができる。例えばＮＡが０．３の対物レンズ５０において一様な照射光を想定した場合、被測定面Ｓの傾斜角度θ２と、全照射光量（Ｆ）に対する測定に寄与する測定寄与照射光量（Ｇ）の割合（Ｇ／Ｆ）との関係は図１６のグラフになる。
The idea described with reference to FIG. 15 can also be used for the light amount adjustment of the
ここで、被測定面Ｓの傾斜角度θ２が例えば６°のときのＧ／Ｆ（約０．５６）は傾斜角度θ２が０°のときのＧ／Ｆ（１．０）の約半分になり、光量不足により測定精度が低下する。 Here, G / F (about 0.56) when the inclination angle θ2 of the measurement surface S is 6 °, for example, is about half of G / F (1.0) when the inclination angle θ2 is 0 °. Measurement accuracy decreases due to insufficient light quantity.
したがって、光量調整手段７６は、被測定面Ｓの傾斜角度θ２が例えば６°のときには、傾斜角度θ２が０°のときの光量の約２倍に調整する。このように、傾斜角度θ２が０°のときの光量を基準光量として、被測定面Ｓの傾斜角度が大きくなることで生じる光量不足による測定精度低下を避けることができる。これにより、被測定面Ｓがうねり形状のように小さな傾斜角度から大きな傾斜角度まで複数の測定面Ｎが存在する場合であっても、各測定面Ｎの表面形状を高精度に測定することができる。
Therefore, when the inclination angle θ2 of the measured surface S is 6 °, for example, the light
したがって、光量調整手段７６は、測定寄与照射光量検出手段８２で検出した測定寄与照射光量（Ｇ）を光源４０の光量調整方法に利用することができる。即ち、光量調整手段は平坦状領域Ｋを測定するときの測定寄与照射量Ｇを基準光量とし、傾斜状領域Ｄを測定するときの測定寄与照射量Ｇが基準光量になるように光源４０の光量を調整する。
Therefore, the light
これによって、傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとの光量が同じになるので、両方の領域Ｄ，Ｋを高精度に測定することができ且つ測定精度を均一化することができる。 Thereby, since the light quantity of the inclined area | region D and the flat area | region K becomes the same, both area | regions D and K can be measured with high precision, and a measurement precision can be equalized.
（測定面形状測定手段）
測定面形状測定手段７７は、ステージ１０を面内方向移動手段３５により被測定面Ｓの面内方向に移動させることにより、分割した各測定面Ｎを選択した対物レンズ５０及び調整した光源４０の光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得するものである。
(Measuring surface shape measuring means)
The measuring surface
即ち、測定面形状測定手段７７は、面内方向移動手段３５により被測定面Ｓの面内方向に移動させることにより、分割した各測定面Ｎを選択した対物レンズ５０及び調整した光源４０の光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得する。
That is, the measuring surface
即ち、図１３で示した１６個の測定面Ｎ１〜Ｎ１６ごとに設定した最小走査範囲Ｚ１〜Ｚ８の範囲で干渉部１４を垂直方向に測定走査し、各測定面Ｎ１〜Ｎ１６の表面形状を測定する。処理部１８は、例えば最初に測定面Ｎ１について最小走査範囲Ｚ１だけ測定走査して測定面Ｎ１の表面形状を取得する。次に、測定面Ｎ２について最小走査範囲Ｚ２だけ測定走査して測定面Ｎ２の表面形状を取得する。これを測定面Ｎ１６まで繰り返す。
That is, the
（データ接続手段）
データ接続手段７８は、測定面形状測定手段７７で取得した各測定面Ｎの測定データを接続するものである。これにより、被測定面Ｓ全体の表面形状を測定することができる。データ接続手段７８による各測定面Ｎの接続方法はソフトウェア処理等の公知の方法を採用することができる。
(Data connection method)
The
［表面形状測定方法］
次に、上記の如く構成した本発明の表面形状測定装置１を用いて、うねり形状の被測定面Ｓを有する測定対象物Ｐの表面形状を測定する表面形状測定方法について説明する。
[Surface shape measurement method]
Next, a surface shape measuring method for measuring the surface shape of the measuring object P having the undulating measured surface S using the surface
図１７は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの表面形状をスティッチング測定方法で測定するステップフローである。説明し易いように本実施の表面形状測定方法では、図７に示すように、ｘ軸方向のみにうねり形状を有し、ｘ軸方向の長さが干渉部１４の対物レンズ５０の測定視野Ｗよりも長く、ｙ軸方向の長さが測定視野Ｗよりも僅かに短い測定対象物Ｐの例で説明する。
FIG. 17 is a step flow for measuring the surface shape of the measurement surface S of the measurement object P by the stitching measurement method. For ease of explanation, in the surface shape measurement method of this embodiment, as shown in FIG. 7, the measurement field W of the
先ず概略形状取得手段７２は、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの概略形状情報を取得する概略形状取得工程を行う（ステップ１０）。概略形状取得手段７２は、上記した三角測量方式のレーザー変位計、ステレオカメラ、パターン投影装置、ＣＡＤ（computer-aided-design）データを保持する保持手段、干渉部１４の対物レンズとして広視野な低倍率レンズを用いた白色干渉計の何れでもよい。
First, the approximate shape acquisition means 72 performs an approximate shape acquisition step of acquiring approximate shape information of the measurement target surface S of the measurement object P (step 10). The approximate
次に被測定面分割手段７４は、概略形状取得手段７２による概略形状情報の３次元座標とステージ１０に載置された測定対象物Ｐの３次元座標とを整合し、概略形状情報に基づいて被測定面Ｓを傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとで構成され１つの面積が測定視野Ｗ以下の複数の測定面に分割する被測定面分割工程を行う（ステップ２０）。
Next, the measured surface dividing means 74 aligns the three-dimensional coordinates of the approximate shape information obtained by the approximate shape acquisition means 72 with the three-dimensional coordinates of the measurement object P placed on the
次に対物レンズ選択手段７５は、分割した各測定面Ｎについて傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに光源４０から光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて複数の対物レンズ５０のうち使用する倍率の対物レンズ５０を選択する対物レンズ選択工程を行う（ステップ３０）。
Next, the objective
この対物レンズ選択工程において、図１８に示すように、分割した複数の傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとの各測定面Ｎについて上記した対物レンズ選択方法で選択した対物レンズ５０の対物レンズマップＦを表示部２０に表示することが好ましい。
In this objective lens selection step, as shown in FIG. 18, the objective lens map of the
図１８の（Ａ）は、被測定面Ｓのうねり形状をｘ軸方向とｚ軸方向とで示したものである。実際にはｙ軸方向にもうねりがあるが、図では省略している。図１８の（Ｂ）は、図１８の（Ａ）のうねり形状を分割した複数の傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとについて選択した対物レンズ５０の対物レンズマップＦの一例を表示部２０に表示したものである。１０の（Ｃ）は、低倍率レンズ５０Ａ、中倍率レンズ５０Ｂ、及び高倍率レンズ５０Ｃの測定視野Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の大きさを示したものである。
FIG. 18A shows the waviness shape of the measurement surface S in the x-axis direction and the z-axis direction. Actually, there is a wave in the y-axis direction, but this is omitted in the figure. 18B shows an example of the objective lens map F of the
図１８の（Ｂ）のように、対物レンズマップＦには、各測定面Ｎの測定範囲を四角形で表示するとともに、異なる倍率の対物レンズ５０を異なる色で表示することが好ましい。例えば対物レンズマップＦには、低倍率レンズ５０Ａで測定する測定面ＮＲを赤色で示し、中倍率レンズ５０Ｂで測定する測定面ＮＧを緑色で示し、高倍率レンズ５０Ｃで測定する測定面ＮＢを青色で示すことができる。なお、斜線部分は測定面の重なり合う部分である。
As shown in FIG. 18B, it is preferable that the objective lens map F displays the measurement range of each measurement surface N in a square and displays the
これにより、操作者に対して、測定面Ｎごとに使用する対物レンズ５０の倍率を目視で確認させることができ、倍率に応じて対物レンズ５０が面積の異なる測定範囲をもつことを明示することができる。
Accordingly, the operator can visually confirm the magnification of the
また、対物レンズマップＦを表示部２０に表示することで、表示しない場合に比べて、より最適な対物レンズ５０の選択プランの様子をユーザは実感することができる。
Further, by displaying the objective lens map F on the
次に、光量調整手段７６は、分割した各測定面Ｎについて傾斜状領域Ｄと平坦状領域Ｋとに光源４０から光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて光源４０の光量調整を行う光量調整工程を行う（ステップ４０）。
Next, the light amount adjusting means 76 of the
次に処理部１８の測定面形状測定手段７７は、ステージ１０を被測定面Ｓの面内方向に移動させることにより、分割した各測定面Ｎを選択した対物レンズ５０及び調整した光源光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得する測定面形状測定工程を行う（ステップ５０）。
Next, the measurement surface shape measuring means 77 of the
次に、処理部１８のデータ接続手段７８は、取得した複数の測定データを接続するデータ接続工程を行う（ステップ６０）。
Next, the data connection means 78 of the
これにより、スティッチング測定において、被測定面Ｓの表面形状測定を行う際の適正な倍率の対物レンズ５０の選択及び光源４０の適正な光量の調整の測定準備アライメントを行うことができるので被測定面Ｓの表面形状測定を高精度化できる。
Thereby, in the stitching measurement, it is possible to perform the measurement preparation alignment for selecting the
上記の説明した本実施の形態では、対物レンズ５０の測定視野Ｗが被測定面Ｓよりも小さく、スティッチング測定を行う例で説明したが、スティッチング測定に限定するものではない。対物レンズ５０の測定視野Ｗが被測定面Ｓと同等以上の場合であっても、本発明のように、概略形状取得工程（ステップ１０）〜データ接続工程（ステップ６０）を行うことによって、特にうねり形状の被測定面Ｓの表面形状を高精度に測定することができる。
In the above-described embodiment, the measurement visual field W of the
なお、ステージ１０を光学部２に対して水平移動させることで説明したが、ステージ１０に対して光学部２を水平移動させてもよい。また、本実施の形態では、被測定面Ｓがうねり形状である場合で説明したが、この形状に限定するものではなく、表面が凹凸の高低差を有する形状であればよい。
In addition, although the
なお、上記した本実施の形態の表面形状測定装置１では、測定対象物Ｐの被測定面Ｓの表面形状を測定する光を出力する光源４０、光源４０から出力された光を被測定面Ｓに照射する対物レンズ５０、及び被測定面Ｓの測定画像を取得する撮影部１６を少なくとも有する光学部２として、垂直走査型の白色干渉計の例で説明したが、本発明はレーザー共焦点顕微鏡にも適用することができる。
In the above-described surface
Ｐ…測定対象物、Ｑ，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３…干渉縞曲線、Ｓ…被測定面、Ｚ−０，Ｚ−１…光軸、Ｎ…測定面、Ｄ…傾斜状領域、Ｋ…平坦状領域、Ａ…測定に使用可能な照射光、Ｂ…測定に使用不可な照射光、Ｃ…対物レンズ５０に戻らない反射光、Ｆ…対物レンズ分割マップ、Ｚ…走査範囲、１…表面形状測定装置、２…光学部、２Ａ…筐体、２Ｂ…レボルバー、１０…ステージ、１０Ｓ…ステージ面、１２…光源部、１４…干渉部、１６…撮影部、１８…処理部、２０…表示部、２２…入力部、３４…ｘアクチュエータ、３５…面内方向移動手段、３６…ｙアクチュエータ、４０…光源、４２…コレクタレンズ、４４，５４…ビームスプリッタ、５０…対物レンズ、５０Ａ…低倍率レンズ、５０Ｂ…中倍率レンズ、５０Ｃ…高倍率レンズ、５２…参照ミラー、５６…干渉部アクチュエータ、６０…撮像素子、６０Ｓ…撮像面、６２…結像レンズ、７０…ｚアクチュエータ、７２…概略形状取得手段、７４…被測定面分割手段、７５…対物レンズ選択手段、７６…光量調整手段、７７…測定面形状測定手段、７８…データ接続手段、８０…ステージ移動手段、８２…測定寄与照射光量測定手段
P: measurement object, Q, Q1, Q2, Q3: interference fringe curve, S: measurement surface, Z-0, Z-1: optical axis, N: measurement surface, D: inclined region, K: flat shape Area: A: Irradiated light usable for measurement, B: Irradiated light not usable for measurement, C: Reflected light not returning to the
Claims (12)
前記測定対象物の被測定面の表面形状を測定する光を出力する光源、前記光源から出力された光を前記被測定面に照射する複数の倍率の異なる対物レンズ、及び前記被測定面の測定画像を取得する撮影部を少なくとも有する光学部と、
前記支持部を前記被測定面の面内方向に移動させる面内方向移動手段と、
前記被測定面の概略形状情報を取得する概略形状取得手段と、
前記概略形状情報に基づいて前記被測定面を傾斜状領域と平坦状領域とで構成される複数の測定面に分割する被測定面分割手段と、
前記分割した前記傾斜状領域と前記平坦状領域とに前記光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて前記複数の対物レンズのうち使用する倍率の対物レンズを選択する対物レンズ選択手段と、
前記分割した前記傾斜状領域と前記平坦状領域とに前記光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて前記光源の光量を調整する光量調整手段と、
前記支持部を前記被測定面の面内方向に移動させることにより、前記分割した各測定面を前記選択した対物レンズ及び前記調整した光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得する測定面形状測定手段と、
前記取得した複数の測定データを接続するデータ接続手段と、を備えた表面形状測定装置。 A support for supporting the measurement object;
A light source that outputs light for measuring the surface shape of the measurement target surface of the measurement object, a plurality of objective lenses having different magnifications that irradiate the measurement target surface with light output from the light source, and measurement of the measurement target surface An optical unit having at least a photographing unit for acquiring an image;
In-plane direction moving means for moving the support portion in the in-plane direction of the surface to be measured;
An approximate shape acquisition means for acquiring approximate shape information of the surface to be measured;
A measurement surface dividing means for dividing the measurement surface into a plurality of measurement surfaces composed of an inclined region and a flat region based on the schematic shape information;
An objective lens that selects an objective lens having a magnification to be used from among the plurality of objective lenses in accordance with a measurement contribution dose that contributes to measurement when the light is irradiated onto the divided inclined region and the flat region. A selection means;
A light amount adjusting means for adjusting a light amount of the light source according to a measurement contribution irradiation amount that contributes to measurement when the light is irradiated to the divided inclined region and the flat region;
By moving the support portion in the in-plane direction of the surface to be measured, a plurality of measurement data are obtained by individually measuring the surface shape of each of the divided measurement surfaces based on the selected objective lens and the adjusted light quantity. Measuring surface shape measuring means for acquiring,
A surface shape measuring device comprising: a data connecting means for connecting the plurality of acquired measurement data.
前記測定対象物の被測定面の表面形状を測定する光を出力する光源、前記光源からの出力された光を前記被測定面に照射する倍率の異なる複数の対物レンズ、及び前記被測定面の測定画像を取得する撮影部を少なくとも有する光学部と、を少なくとも有する表面形状測定装置を用いて前記被測定面の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
前記被測定面の概略形状情報を取得する概略形状取得工程と、
前記概略形状情報に基づいて前記被測定面を傾斜状領域と平坦状領域とで構成される複数の測定面に分割する被測定面分割工程と、
前記分割した前記傾斜状領域と前記平坦状領域とに前記光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて前記複数の対物レンズのうち使用する倍率の対物レンズを選択する対物レンズ選択工程と、
前記分割した前記傾斜状領域と前記平坦状領域とに前記光を照射したときの測定に寄与する測定寄与照射量に応じて前記光源の光量を調整する光量調整工程と、
前記支持部を前記被測定面の面内方向に移動させることにより、前記分割した各測定面を前記選択した対物レンズ及び前記調整した光量に基づいて表面形状を個々に測定して複数の測定データを取得する測定面形状測定工程と、
前記取得した複数の測定データを接続するデータ接続工程と、を備えた表面形状測定方法。 A support for supporting the measurement object;
A light source that outputs light for measuring the surface shape of the measurement target surface of the measurement object, a plurality of objective lenses having different magnifications for irradiating the measurement target surface with light output from the light source, and the measurement target surface A surface shape measuring method for measuring the surface shape of the surface to be measured using a surface shape measuring device having at least an optical unit having a photographing unit for acquiring a measurement image,
An approximate shape acquisition step of acquiring approximate shape information of the measured surface;
A measurement surface dividing step of dividing the measurement surface into a plurality of measurement surfaces composed of an inclined region and a flat region based on the schematic shape information;
An objective lens that selects an objective lens having a magnification to be used from among the plurality of objective lenses in accordance with a measurement contribution dose that contributes to measurement when the light is irradiated onto the divided inclined region and the flat region. A selection process;
A light amount adjustment step of adjusting a light amount of the light source according to a measurement contribution irradiation amount that contributes to measurement when the light is irradiated to the divided inclined region and the flat region;
By moving the support portion in the in-plane direction of the surface to be measured, a plurality of measurement data are obtained by individually measuring the surface shape of each of the divided measurement surfaces based on the selected objective lens and the adjusted light quantity. Measuring surface shape measuring step to obtain,
A data connection step of connecting the plurality of acquired measurement data; and a surface shape measurement method.
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