JP4132365B2

JP4132365B2 - Analytical fringe correction method in interference fringe measurement using multiple wavelengths

Info

Publication number: JP4132365B2
Application number: JP06819999A
Authority: JP
Inventors: 伸明植木
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP2000266508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法に関し、詳しくは、各波長の干渉光毎の干渉縞データを解析して補正する解析的縞補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および解決しようとする課題】
従来より、白色光源からの光を照射光とした、マイケルソン型等の干渉計装置が知られている。このようないわゆる白色干渉計装置により干渉縞を得ると、各波長の位相差が０の部分は色の着かない０次の干渉縞(白色干渉縞)が表われ、さらにこの白色干渉縞を中心として着色した縞が数本観測される。したがって、照射光に白色光を用いると、一般に単色光を用いた場合にはわからない干渉縞の次数を知ることができる。
【０００３】
ところが、このような干渉計装置において、例えば光路長補償用の補償板にわずかなウェッジや屈折率分布が生じていると、その光分散効果により各波長毎の位相が変化してしまい、上記０次の白色干渉縞が現れなくなってしまう。
【０００４】
また、各波長毎にその干渉縞を測定している間に、振動等の外乱により被検体が空間的にずれてしまうと、各波長毎に測定した干渉縞データを重ね合わせても、位相が互いにずれてしまっているため上記０次の白色干渉縞は生ぜず、上記０次の位置が認識できなくなってしまう。
【０００５】
０次の位置が認識できなくなると、着色干渉縞の各縞次数が特定できなくなり、白色干渉計における着色した干渉縞に基づく形状測定が困難である。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、複数波長を用いた干渉計装置を用いて被検体の形状測定を行う場合に、不足の分散効果や測定中における振動等の外乱に影響されることなく位相０次の干渉縞位置を特定しうる複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法は、
互いに異なる複数の波長を含む光を被検体に照射して、該被検体に係る前記複数の波長毎の各干渉縞データを取得し、取得された該各干渉縞データを解析し、該被検体の形状を測定する際に、
前記各干渉縞データに基づき、前記複数の波長各々に対応した各干渉縞の強度分布における位相をそれぞれ求め、
求められた各々の前記位相を用いて、前記各干渉縞の強度分布に対応した正弦波関数をそれぞれ作成し、
前記被検体の測定領域内の所定の座標位置において、各々の前記正弦波関数がそれぞれ最大値をとるように、該各正弦波関数の位相補正値をそれぞれ求め、
求められた前記位相補正値に基づき、前記各干渉縞の０次の干渉縞位置を特定することを特徴とするものである。
【０００８】
なお、上記複数の波長λには、所定の波長を中心として前後に幾分かの広がりを有する波長域をも含めるものとする。
【０００９】
また、上記正弦波関数には、正弦のみならず余弦により表される関数も含まれる。
【００１０】
また、前記互いに異なる複数の波長を含む光としては、白色光源から出力された白色光であるとすること、あるいは、赤色光用、緑色光用、青色光用の各干渉計装置から出力された光の合成光であるとすることが可能である。
【００１１】
また、前記被検体の測定表面において、平面状態領域のみの干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正用の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することも可能である。
【００１２】
なお、この場合の縞補正は、各干渉縞データの各縞を所定位相だけ補正するもので、各縞のずれを補正する場合のみならず、ずれが生じるように補正する場合も含むものとする。
【００１３】
また、前記被検体の測定表面に平行な平面を有する検査補助体を該被検体の測定表面と同一の測定開口中に固定して位置せしめ、該検査補助体の平面の干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することも可能である。
【００１４】
ここで平面状態領域とは、λ／４以上の段差を含まない程度の平面が存在する領域を意味するものとする。
【００１５】
また、特定された前記０次の干渉縞位置に基づいて、前記被検体の形状を求めることも可能である。
【００１６】
また、本発明方法では、参照光と物体光の光路長が互いに等しくなるような、マイケルソン型もしくはミロー型さらにはマッハツェンダ型等の等光路長型干渉計装置を用いる場合に限られず、参照光と物体光の光路長が互いに異なる、フィゾー型等の非等光路長型干渉計装置を用いる場合にも適用可能である。
【００１７】
さらに、前記各干渉縞の強度分布における位相を抽出する手法としては、フリンジスキャニング法やフーリエ変換法等の適用が可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
本実施形態方法は、白色干渉計装置により得られた被検体の干渉縞データに基づいて、被検体の形状測定を行う場合に、測定中の振動等の影響、あるいは光路長補償用（パスマッチ用）に干渉計内の一方の光路に配される、光路長補償板のウエッジや屈折率分布に基づく分散効果の影響等により生じる色の着いた干渉縞の移動を解析的に補償して、位相０次の干渉縞位置を特定し、これにより例えば色の定量化測定等に基づく被検体の形状測定を可能とするものである。
【００２０】
この場合には、例えばマイケルソン型干渉計装置、あるいは顕微鏡にミロー干渉対物を取付けたミロー型干渉計装置等の参照光と物体光の各光路の光路長が互いに等しい等光路長型の干渉計装置が用いられる。光源としては、可視光全域に亘る波長特性を有する白色光源を用い、また、被検体の下方にはこの被検体を上下方向に振動させるピエゾ素子が配される。
【００２１】
ところで、このようないわゆる白色干渉計装置により干渉縞を得ると、各波長の位相差が０の部分は色の着かない０次の干渉縞(白色干渉縞)が表われ、さらにこの白色干渉縞を中心として着色した縞が数本観測されることが知られている。したがって、照射光に白色光を用いると、一般に単色光を用いた場合にはわからない干渉縞の次数を知ることができることになる。
【００２２】
そして、上述したような干渉計装置においては、被検体に向かうパスの光路長と参照板に向かうパスの光路長を一致させるため、一方のパス内に光路長補償用の補償板を挿入することが一般に行われている。
【００２３】
しかしながら、このように光路長を補償しても、この補償板においてわずかなウェッジや屈折率分布が生じていると、その光分散効果により各波長毎の位相が変化してしまい、上記０次の白色干渉縞が現れなくなってしまい、実際には上記０次の位置を認識できなくなってしまう。
【００２４】
また、各波長毎にその干渉縞を測定している間に、振動等の外乱により、被検体が空間的にずれてしまうと、各波長毎に測定した干渉縞データを重ね合わせても、位相が互いにずれてしまっているため上記０次の白色干渉縞は生ぜず、上記と同様に０次の位置が認識できなくなってしまう。
【００２５】
０次の位置が認識できなくなると、着色干渉縞の各縞次数が特定できなくなり、白色干渉計における着色干渉縞に基づく被検体の形状測定が困難となる。
【００２６】
そこで、本実施形態においては、白色光から互いに異なる複数の波長の光を干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）等を用いて取りだし、これらの複数波長の光を用いることで、干渉計装置により得られた複数の干渉縞データを解析し０次の位置を認識している。すなわち、該被検体の表面状態を測定する際に、（１）複数の波長λ（例えば可視光全範囲に亘る３０程度の波長λ）の干渉光各々により得られた被検体の干渉縞データに基づき、各波長λの干渉光に応じた該干渉縞データ毎の位相情報Φ_λを抽出し、（２）該位相情報Φ_λを用いて、該干渉縞データ毎に所定の正弦波関数を作成し、（３）被検体の測定領域内の所定の座標位置において、干渉縞データが最大値となるように、各々の干渉縞データについて正弦波関数の位相Φ_λ＋δ_λを決定することにより、０次の白色干渉縞の位置を特定するようにしている。
【００２７】
以下、本実施形態方法を、干渉計交換時において、Ｚステージが上下方向にのみずれた際にもしくは干渉計光学系内に分散が生じている際に適用する場合を例に挙げ、上記（１）、（２）、（３）の各ステップに分けて説明する。
【００２８】
(１) 位相情報Φ_λの抽出ステップ
フリンジスキャン法を用いた場合、例えば４ステップ法だと、４回のフリンジスキャンにおけるある波長λの干渉縞強度Ｉ₁ _λ、Ｉ_２λ、Ｉ_３λ、Ｉ_４λは以下のように表される。
【００２９】

【００３０】
ここで、ｘ,ｙは座標、Φ_λ(ｘ,ｙ)は位相、Ｉ₀ _λ(ｘ,ｙ)は各点での平均光強度、γ_λ(ｘ,ｙ)は干渉縞のモジュレーションを所定の波長λに対して各々表すものである。
【００３１】
以上の式より、位相Φ_λ(ｘ,ｙ)を求めると、
【００３２】
【数１】

となり位相のみを抽出することが可能となる。
【００３３】
（２）正弦波関数の作成ステップ
波長毎の位相の測定は、複数の干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）を使用し、それぞれの波長ごとにフリンジスキャン測定を行い、それぞれの位相Φ_λ(ｘ,ｙ)を求めることにより可能となる。これら測定された位相Φ_λ(ｘ,ｙ)を用いて、新たに振幅２の干渉縞をつくると、その干渉縞強度Ｉ_λ(ｘ,ｙ)は例えば、
Ｉ_λ(ｘ,ｙ)＝１＋cos(Φ_λ(ｘ,ｙ))
となる。
【００３４】
この位相Φ_λ(ｘ,ｙ)に任意の初期位相δ_λを加えることは可能である。すなわち、
Ｉ_λ(ｘ,ｙ)＝１＋cos(Φ_λ(ｘ,ｙ)＋δ_λ)
となる。これにより正弦波関数を作成することができる。
【００３５】
（３）位相Φ_λ＋δ_λの決定ステップ
このような光学系において、分散が生じている場合、測定するすべての波長の干渉縞ピークが測定領域(ｘ,ｙ)において一致しない。しかし、上記のように、それぞれの波長毎にフリンジスキャン測定を行い、位相Φ_λ(ｘ,ｙ)を求め、測定領域内のある座標(ｘ_ａ,ｙ_ａ)ですべての波長の縞が最大振幅２をとるよう初期位相δ_λを決定すれば、解析的に分散を補正したことになる。
【００３６】
また、このような方法を応用すれば、測定した干渉縞データの被検体に対し任意の上下方向のずれを与えたときの干渉縞データを得ることも可能となる。
【００３７】
次に、本発明方法を、段差のある被検体の傾き量が測定中に変化した際において適用する場合について考える。上記複数の波長の光各々は単色と考えてよい。単色において、λ／４以上の段差情報を含んだ位相データを位相アンラップすることはできないが、段差形状を含まない面に関してのみを位相アンラップすることは可能である。そこで、段差を含まない部分をマスク等で抽出し、これを位相アンラップした形状データについて、傾き量を最小２乗法により求める。このときの傾きの関数をＴ_λ(ｘ,ｙ)とすると、
Ｔ_λ(ｘ,ｙ)＝Ａ_λｘ＋Ｂ_λｙ＋Ｃ_λ
となる。
【００３８】
ここではＡ_λ、Ｂ_λはｘ方向，ｙ方向それぞれの傾き量であり、Ｃ_λは直流成分である。よってこの傾き量を位相Φ_λ (ｘ,ｙ) から引けば、位相アンラップした面に関する傾き補正が可能となる。そこで、この補正を、段差形状を含んだ領域についてもすべて行うと、
Ｉ_λ(ｘ,ｙ)＝１＋cos(Φ_λ(ｘ,ｙ)−Ｔ_λ(ｘ,ｙ)＋δ_λ′)
となる。
【００３９】
ここで、δ_λ′は所定の座標において各々のＩ_λ(ｘ,ｙ)が最大となるように決定した量である。
【００４０】
すなわち、段差の無い領域について全ての波長に対し位相アンラップを行い、上記方法で傾きを補正した干渉縞に直せば、各波長における測定において傾き量がずれたとしても補正できる。したがって、これを補正板にウェッジが付いていた場合等にも適用すると有効である。
【００４１】
なお、上記位相アンラップに関する手法は、例えば、本出願人により開示された特願平10-328633号明細書において説明されている。
【００４２】
また、上記方法を応用すれば、測定した干渉縞データの被検体に対し任意な傾きを与えたときの干渉縞データを得ることも可能となる。
【００４３】
また、段差の無い領域の面積が上記測定を行うには小さ過ぎる場合等は、段差被検体と同一ステージ上で同一測定開口中にこの被検体と平行な平面被検体を置き、段差被検体の干渉縞画像と一緒にこの平面被検体の干渉縞画像を取り込んでおけば、この平面被検体を基準として傾き補正が可能である。なお、この平面被検体は上記段差被検体と同一平面状にある必要はないが、両者が互いに平行で、それら両者はともに干渉縞が得られる程度の面であり、さらに、これら両者は測定中にその位置が変化しないことが条件となる。
【００４４】
また、各画素毎の干渉縞データに対し、干渉縞が最も明るくなる位置までステージを移動させ、その移動量に基づいてその画素に対応する被検体形状を測定する手法が知られている。このような手法においてステージを移動させる代りに、上記本実施形態方法により各々の干渉縞データについて求められた位相Φ_λ+δ_λの値に基づいて、これら干渉縞データの各画素に対応する上記被検体の形状を求めることも可能である。これにより、ステージ移動中に生じた振動等の外乱の影響を排除することができる。
【００４５】
また、例えば特開平9-236404号公報に記載された如く、白色干渉計を用いた色の定量化による形状測定を行う場合にも本実施形態方法の利用が有効である。すなわち、この公報記載の方法は、白色干渉計における色のついた干渉縞の色情報により被検体の形状を判断するというもので、段差測定等に適応可能と考えられている。しかしながら、マイケルソン型干渉計装置を用いた形状測定において、以下のような問題が生じることが考えられる。
【００４６】
（１）光路長補償板を使用しなかったり、この補償板に屈折率分布が生じていると、分散の影響で０次の縞（マイケルソン型では白色）が現れず、被検体の形状解析ができないおそれがある。
【００４７】
（２）各波長光を分離するために、多数枚（例えば３０枚程度）の干渉フィルタを順次入れ替えてはデータを取得する必要があるが、フィルタを入れ替える作業により、少しずつ干渉縞が動いてしまい被検体の形状解析ができないおそれがある。
【００４８】
（３）顕微鏡にミロー干渉対物を装着して測定を試みた場合には、被検体を上下方向に移動せしめるＺステージが徐々に下がってしまい、測定中に縞が移動して被検体の形状解析を良好に行うことができないおそれがある。
【００４９】
そこで、このような方法で被検体の形状測定を行う場合においても、上述した本実施形態方法による縞補正を組合せることにより上述した問題を解決でき、被検体の形状解析を良好に行うことができる。
【００５０】
なお、本発明の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法においては、上記実施形態方法に限られるものではなく、その他の種々の態様をとることが可能であり、例えば、上記実施形態方法においては位相情報Φ_λを得るために４ステップのフリンジスキャニング法を用いているが、これに代えて、それ以外の数のステップを用いることやフーリエ変換法を用いることも可能である。
【００５１】
また、正弦波関数としても上記実施形態のものに限られず、種々の適切な関数を適宜選択可能である。
【００５２】
さらに、上記実施形態方法においては、可視光全範囲に亘る３０個程度の波長λを、白色光の光路内にバンドパスフィルタ等を順次挿入して選択するようにしているが、この選択する波長λの数は適宜選択可能であり、例えば、赤、緑、青の３原色光の各波長に対応する３つの波長λであってもよい。さらに、２つの波長であってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態方法においては、マイケルソン型あるいはミロー型等の等光路長型干渉計装置を用いて行っているが、これに代えてフィゾー型等の非等光路長型干渉計装置を用いても同様に縞補正を行うことができる。
【００５４】
また、赤色光用（Ｒ）、緑色光用（Ｇ）、青色光用（Ｂ）の３つの干渉計装置１１、１２、１３を図１の如く設定し、光路内に青色光／緑色光反射ミラー１４、緑色光反射ミラー１５および全反射ミラー１６を配置し、これにより、複数（この場合は３つ）の波長λに対する被検体１８の干渉縞データを求めるようにしてもよい。
【００５５】
【実施例】
以下、具体的な数値に基づいて若干の説明を加える。なお、図２に本実施例方法を実施するための装置の一例を模式的に示す。
【００５６】
直径Φ３０、厚みt２の硝子基盤にアルミコートを施し、その半面をテープでマスクし、再びアルミコートを施すことで、約２７０ｎｍの段差被検体２１を作成し、これをミロー干渉対物（×２０）２２を装着した顕微鏡２３により観察し、被検体２１の下方にピエゾ素子２４を配置することで４ステップのフリンジスキャンを行った。なお、解析装置においては、１０ビットのフレームメモリを使用した。
【００５７】
また、ピエゾ素子２４の下方には傾き調整用のティルトステージ２６および上下方向調整用のＺステージ２７を設けた。
【００５８】
このようにして得られた段差被検体２１の干渉縞データ（図３参照）に対し、上述した縞補正を行う実施形態方法を用いて解析した結果、図４（Ａ）に示す如く０次の干渉縞位置を特定し得る干渉縞データが得られた。
【００５９】
なお、図４（Ａ）においては450nm、570nm、700nmの波長に対するデータのみが示されている（横軸は画素数）。
【００６０】
さらに、図４（Ｂ）に、図４（Ａ）に示すものと同一波長の場合について理論的に計算した干渉縞を示す（横軸は光路長）。
【００６１】
さらに、図５（Ａ）、（Ｂ）に、互いにδ_λの値が異なるように設定された（０次干渉縞をスキャンさせた）、補正後の干渉縞データを示す（横軸は画素数）。
【００６２】
このように、本実施例では干渉縞の解析的縞補正を行うことで０次の縞位置を良好に認識することができた。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法によれば、複数の波長λの干渉光各々により得られた被検体の干渉縞データに基づき、各波長の干渉光に応じた該干渉縞データ毎の位相情報Φ_λを抽出し、この位相情報Φ_λを用いて、該干渉縞データ毎に所定の正弦波関数を作成し、被検体の測定領域内の所定の座標位置において、該干渉縞データが最大値となるように、各々の位相Φ_λ＋δ_λを決定するようにしている。したがって、各波長毎に測定した干渉縞データを重ね合わせた際に、各データの位相ピークを合わせて、上記０次の位置を認識することができ、複数波長を用いた干渉計装置を用いて被検体の形状測定を行う場合に、不測の分散効果や測定中における振動等の外乱があってもこれらに影響されることのない干渉縞データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態方法を実施するための干渉計装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の実施例方法を実施するための干渉計装置の一例を示す模式図
【図３】本発明の実施形態方法による補正を施す前の干渉縞データを示すグラフ
【図４】本発明の実施形態方法による補正を施した後の干渉縞データを示すグラフ（Ａ）および干渉縞データの理論値を示すグラフ（Ｂ）
【図５】本発明の実施形態方法による補正を施す際のδ_λの値を互いに変更した例を示すグラフ（Ａ）、（Ｂ）
【符号の説明】
１１、１２、１３、２３干渉計装置
１４、１５、１６ミラー
１８、２１被検体
２４ピエゾ素子
２５解析装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured with a plurality of wavelengths, and more particularly to a analytical Shimaho positive method of correcting by analyzing the interference pattern data for each interference light of each wavelength .
[0002]
[Prior art and problems to be solved]
Conventionally, a Michelson-type interferometer apparatus using light from a white light source as irradiation light is known. When an interference fringe is obtained by such a so-called white interferometer device, a zero-order interference fringe (white interference fringe) where the phase difference of each wavelength is zero appears, and this white interference fringe is centered. Several colored stripes are observed. Therefore, when white light is used as the irradiation light, it is possible to know the order of interference fringes that are generally unknown when monochromatic light is used.
[0003]
However, in such an interferometer device, for example, if a slight wedge or refractive index distribution is generated on a compensation plate for optical path length compensation, the phase for each wavelength changes due to the light dispersion effect, and the above 0 The next white interference fringe will not appear.
[0004]
In addition, if the subject is spatially displaced due to disturbances such as vibration while measuring the interference fringes for each wavelength, the phase will not change even if the interference fringe data measured for each wavelength is superimposed. Since they are shifted from each other, the 0th-order white interference fringes do not occur, and the 0th-order position cannot be recognized.
[0005]
If the 0th-order position cannot be recognized, each fringe order of the colored interference fringes cannot be specified, and shape measurement based on the colored interference fringes in the white interferometer is difficult.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and when measuring the shape of an object using an interferometer apparatus using a plurality of wavelengths, the present invention is affected by insufficient dispersion effects and disturbances such as vibration during measurement. it is an object to provide an analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using a plurality of wavelengths that can identify Rukoto without phase 0 order interference fringe position.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using a plurality wavelengths of the present invention,
Irradiating the subject with light having a plurality of different wavelengths, obtaining each interference fringe data for each of the plurality of wavelengths related to the subject , analyzing the obtained interference fringe data, and analyzing the subject When measuring the shape of
Based on each interference fringe data, respectively determine the phase in the intensity distribution of each interference fringe corresponding to each of the plurality of wavelengths ,
Using the phase of the obtained each said sine wave function corresponding to the intensity distribution of each of the interference fringes created respectively,
Obtaining a phase correction value for each sine wave function at a predetermined coordinate position in the measurement region of the subject so that each sine wave function takes a maximum value ,
The zeroth-order interference fringe position of each interference fringe is specified based on the obtained phase correction value .
[0008]
Note that the plurality of wavelengths λ includes a wavelength range having a certain spread around the predetermined wavelength.
[0009]
The sine wave function includes not only a sine but also a function represented by a cosine.
[0010]
The light including a plurality of different wavelengths may be white light output from a white light source , or output from each of interferometer devices for red light, green light, and blue light. It can be assumed that the light is a combined light .
[0011]
Further, interference fringe data only for the planar state region is obtained on the measurement surface of the subject, the unwrapping process is performed on the interference fringe data, and a correction function for tilt correction is performed for each interference fringe data using a least square method. look, it is possible to correct the position phase of the sine wave function based on the correction function.
[0012]
Note that this is Shimaho positive case, Due to the fact that correct each stripe of each of the interference fringe data by a predetermined phase, not only to correct the deviation of the fringes, the case of correcting such deviation occurs .
[0013]
Further, the inspection auxiliary body having a plane parallel to the measurement surface of the subject is fixed and positioned in the same measurement opening as the measurement surface of the subject, and interference fringe data of the plane of the inspection auxiliary body is obtained. performing unwrapping process the interference fringe data, minimum obtain a correction function of correcting the inclination for each said fringe data using the square method, it is also possible to correct the phase of the sine wave function based on the correction function is there.
[0014]
Here, the planar state region means a region where there is a plane that does not include a step of λ / 4 or more.
[0015]
Further, based on the identified the 0 order interference fringe position, it is also possible to determine the shape of the pre-Symbol subject.
[0016]
The method of the present invention is not limited to the case of using an equal optical path length type interferometer device such as a Michelson type, a Miro type, or a Mach-Zehnder type in which the optical path lengths of the reference beam and the object beam are equal to each other . The present invention is also applicable to the case of using an unequal optical path length type interferometer device such as a Fizeau type , in which the optical path lengths of the object light and the object light are different from each other .
[0017]
Furthermore, as a technique for extracting the phase in the intensity distribution of each interference fringe , a fringe scanning method, a Fourier transform method, or the like can be applied.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using a plurality of wavelengths according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
The method of this embodiment is used to compensate for the influence of vibration during measurement or optical path length compensation (for path matching) when measuring the shape of the subject based on the interference fringe data of the subject obtained by the white interferometer device. ) Analytically compensates for the movement of colored interference fringes caused by the influence of the dispersion effect based on the wedge of the optical path length compensator and the refractive index distribution, which is arranged in one optical path in the interferometer, and the phase The zeroth-order interference fringe position is specified, and thereby the shape of the subject can be measured based on, for example, color quantification measurement.
[0020]
In this case, for example, an optical path length type interferometer in which the optical path lengths of the reference beam and the object beam are equal to each other, such as a Michelson interferometer apparatus, or a Millo interferometer apparatus in which a Mirow interference objective is attached to a microscope. A device is used. As the light source, a white light source having wavelength characteristics over the entire visible light is used, and a piezoelectric element that vibrates the subject in the vertical direction is disposed below the subject.
[0021]
By the way, when an interference fringe is obtained by such a so-called white interferometer apparatus, a zero-order interference fringe (white interference fringe) in which a phase difference of each wavelength is zero appears, and this white interference fringe further appears. It is known that several colored stripes are observed centering on. Therefore, when white light is used as the irradiation light, it is possible to know the order of interference fringes that are generally unknown when monochromatic light is used.
[0022]
In the interferometer apparatus as described above, in order to make the optical path length of the path toward the subject coincide with the optical path length of the path toward the reference plate, a compensation plate for optical path length compensation is inserted in one path. Is generally done.
[0023]
However, even if the optical path length is compensated in this way, if a slight wedge or refractive index distribution is generated in the compensating plate, the phase for each wavelength changes due to the light dispersion effect, and the above 0th order. The white interference fringes do not appear and the 0th order position cannot actually be recognized.
[0024]
In addition, if the subject is spatially displaced due to disturbances such as vibration while measuring the interference fringe for each wavelength, the phase is not changed even if the interference fringe data measured for each wavelength is superimposed. Are shifted from each other, the 0th-order white interference fringes are not generated, and the 0th-order position cannot be recognized as described above.
[0025]
If the 0th-order position cannot be recognized, each fringe order of the colored interference fringes cannot be specified, and it becomes difficult to measure the shape of the subject based on the colored interference fringes in the white interferometer.
[0026]
Therefore, in the present embodiment, light having a plurality of wavelengths different from each other is extracted from white light using an interference filter (bandpass filter) or the like, and the light obtained using the plurality of wavelengths is obtained by the interferometer device. A plurality of interference fringe data is analyzed to recognize the 0th order position. That is, when measuring the surface state of the subject, (1) the interference fringe data of the subject obtained by each interference light of a plurality of wavelengths λ (for example, a wavelength λ of about 30 over the entire visible light range) Based on the interference light of each wavelength λ, phase information Φ _λ for each interference fringe data is extracted, and (2) a predetermined sine wave function is created for each interference fringe data using the phase information Φ _λ (3) By determining the phase Φ _λ + δ _λ of the sine wave function for each interference fringe data so that the interference fringe data becomes the maximum value at a predetermined coordinate position in the measurement region of the subject, The position of the 0th-order white interference fringe is specified.
[0027]
Hereinafter, the method of the present embodiment will be described by taking as an example the case of applying the method when the Z stage is displaced only in the vertical direction or when dispersion occurs in the interferometer optical system at the time of interferometer replacement. ), (2), and (3) will be described separately.
[0028]
(1) Extraction of phase information Φ _{λ When} the step fringe scan method is used, for example, when the four step method is used, the interference fringe intensities I ₁ _λ , I _2λ , I _3λ , and I _4λ in a certain wavelength λ in four fringe scans Is expressed as follows.
[0029]

[0030]
Here, x, y are coordinates, Φ _λ (x, y) is a phase, I ₀ _λ (x, y) is an average light intensity at each point, and γ _λ (x, y) is a predetermined modulation of interference fringes. Are respectively represented with respect to the wavelength λ.
[0031]
From the above equation, when the phase Φ _λ (x, y) is obtained,
[0032]
[Expression 1]

Thus, only the phase can be extracted.
[0033]
(2) Creating a sinusoidal function Steps for each wavelength are measured by using a plurality of interference filters (bandpass filters), performing fringe scan measurement for each wavelength, and each phase Φ _λ (x, y ) Is possible. Using these measured phases Φ _λ (x, y) and newly creating an interference fringe with amplitude 2, the interference fringe intensity I _λ (x, y) is, for example,
I _λ (x, y) = 1 + cos (Φ _λ (x, y))
It becomes.
[0034]
It is possible to add an arbitrary initial phase δ _λ to this phase Φ _λ (x, y). That is,
I _λ (x, y) = 1 + cos (Φ _λ (x, y) + δ _λ )
It becomes. Thereby, a sine wave function can be created.
[0035]
(3) Step of determining phase Φ _λ + δ _{λ In} such an optical system, when dispersion occurs, interference fringe peaks of all wavelengths to be measured do not coincide in the measurement region (x, y). However, as described above, fringe scan measurement is performed for each wavelength to obtain the phase Φ _λ (x, y), and the fringes of all wavelengths are maximum at _a certain coordinate (x _a , y _a ) in the measurement region. If the initial phase δ _λ is determined so as to take the amplitude 2, the dispersion is corrected analytically.
[0036]
Further, by applying such a method, it is possible to obtain interference fringe data when an arbitrary vertical shift is given to the subject of the measured interference fringe data.
[0037]
Next, consider the case where the method of the present invention is applied when the tilt amount of a subject having a step changes during measurement. Each of the plurality of wavelengths of light may be considered as a single color. In a single color, phase data including step information of λ / 4 or more cannot be phase unwrapped, but it is possible to phase unwrap only a surface that does not include a step shape. Therefore, a portion not including a step is extracted with a mask or the like, and the amount of inclination is obtained by the least square method for the shape data obtained by phase unwrapping the extracted portion. If the slope function at this time is T _λ (x, y),
T _λ (x, y) = A _λ x + B _λ y + C _λ
It becomes.
[0038]
Here, A _λ and B _λ are inclination amounts in the x and y directions, respectively, and C _λ is a direct current component. Therefore, if this amount of tilt is subtracted from the phase Φ _λ (x, y), tilt correction regarding the phase unwrapped surface can be performed. Therefore, if this correction is performed for all areas including the step shape,
_{I λ (x, y) =} 1 + cos (Φ λ (x, y) -T λ (x, y) + δ λ ')
It becomes.
[0039]
Here, δ _λ ′ is an amount determined so that each I _λ (x, y) becomes maximum at a predetermined coordinate.
[0040]
That is, if phase unwrapping is performed for all wavelengths in a region having no level difference, and correction is made to the interference fringes in which the tilt is corrected by the above method, even if the tilt amount is shifted in the measurement at each wavelength, it can be corrected. Therefore, it is effective to apply this to a case where a wedge is attached to the correction plate.
[0041]
The technique relating to the phase unwrapping is described, for example, in the specification of Japanese Patent Application No. 10-328633 disclosed by the present applicant.
[0042]
Also, by applying the above method, it is possible to obtain interference fringe data when an arbitrary inclination is given to the subject of the measured interference fringe data.
[0043]
If the area of the step-free region is too small to perform the above measurement, a plane subject parallel to the subject is placed in the same measurement aperture on the same stage as the step subject, and the step subject If the interference fringe image of this plane object is taken together with the interference fringe image, tilt correction can be performed with this plane object as a reference. The planar object does not need to be coplanar with the step object, but both are parallel to each other, and both of them are surfaces where interference fringes can be obtained. The condition is that the position does not change.
[0044]
Also, a technique is known in which the stage is moved to the position where the interference fringe is brightest with respect to the interference fringe data for each pixel, and the object shape corresponding to the pixel is measured based on the amount of movement. Instead of moving the stage in such a method, based on the value of the phase Φ _λ + δ _λ obtained for each interference fringe data by the method of the present embodiment, the above-mentioned corresponding to each pixel of these interference fringe data It is also possible to determine the shape of the subject. Thereby, it is possible to eliminate the influence of disturbances such as vibrations that occur during the stage movement.
[0045]
Further, as described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-236404, the method of this embodiment is also effective when performing shape measurement by color quantification using a white interferometer. In other words, the method described in this publication determines the shape of the subject based on the color information of the colored interference fringes in the white interferometer, and is considered to be applicable to step measurement and the like. However, in the shape measurement using the Michelson interferometer apparatus, the following problems may occur.
[0046]
(1) If an optical path length compensator is not used or a refractive index distribution is generated on this compensator, zero-order fringes (white in the Michelson type) do not appear due to dispersion, and the shape of the subject is analyzed. You may not be able to.
[0047]
(2) In order to separate each wavelength light, it is necessary to acquire data by sequentially replacing a large number of interference filters (for example, about 30), but the interference fringes move little by little by the work of replacing the filters. Therefore, the shape of the subject may not be analyzed.
[0048]
(3) When the measurement is attempted with a microscope interference objective mounted on the microscope, the Z stage that moves the subject in the vertical direction gradually falls, and the stripe moves during the measurement to analyze the shape of the subject. May not be performed well.
[0049]
Therefore, even when measuring the shape of the object in this way, can solve the problems described above by combining Shimaho positive according to this embodiment the method described above, favorably performed by the shape analysis of the subject Can do.
[0050]
In the analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using a plurality wavelengths of the present invention is not limited to the above embodiment process, may take various other embodiments, for example, the While using the fringe scanning method of the four steps in order to obtain phase information [Phi _lambda, instead of this, it is also possible to use the or Fourier transform method using a number of steps than it is in the embodiment method .
[0051]
Further, the sine wave function is not limited to that of the above embodiment, and various appropriate functions can be selected as appropriate.
[0052]
Furthermore, in the method of the above embodiment, about 30 wavelengths λ over the entire visible light range are selected by sequentially inserting a band pass filter or the like in the optical path of white light. The number of λ can be selected as appropriate, and may be, for example, three wavelengths λ corresponding to the wavelengths of the three primary color lights of red, green, and blue. Further, two wavelengths may be used.
[0053]
In the above-described embodiment method, an equal optical path length type interferometer apparatus such as a Michelson type or a Milo type is used. Instead, a non-equal optical path length type interferometer apparatus such as a Fizeau type is used. it can be performed Shimaho positive similarly be.
[0054]
Also, three

interferometer devices

11, 12, 13 for red light (R), green light (G), and blue light (B) are set as shown in FIG. 1, and blue light / green light reflection in the optical path. The mirror 14, the green light reflection mirror 15, and the total reflection mirror 16 may be arranged, and thereby, interference fringe data of the subject 18 for a plurality of (in this case, three) wavelengths λ may be obtained.
[0055]
【Example】
Hereinafter, some explanations will be added based on specific numerical values. FIG. 2 schematically shows an example of an apparatus for carrying out the method of this embodiment.
[0056]
A glass substrate having a diameter of Φ30 and a thickness of t2 is coated with aluminum, half of the surface is masked with tape, and again coated with aluminum to create a step object 21 of about 270 nm, which is a Miro interference objective (× 20) A four-step fringe scan was carried out by observing with a microscope 23 equipped with 22 and arranging a piezo element 24 below the subject 21. In the analysis apparatus, a 10-bit frame memory was used.
[0057]
Further, a tilt stage 26 for tilt adjustment and a Z stage 27 for vertical adjustment are provided below the piezoelectric element 24.
[0058]
To thus obtained interference fringe data of the step the subject 21 (see FIG. 3), the result of analysis using the embodiment method for performing Shimaho positive as described above, zero order as shown in FIG. 4 (A) Interference fringe data that can specify the position of the interference fringes was obtained.
[0059]
In FIG. 4A, only data for wavelengths of 450 nm, 570 nm, and 700 nm are shown (the horizontal axis is the number of pixels).
[0060]
FIG. 4B shows interference fringes theoretically calculated for the same wavelength as that shown in FIG. 4A (the horizontal axis is the optical path length).
[0061]
Further, in FIG. 5 (A), (B), the value of [delta] _lambda is set to be different from each other (zero-order interference fringe was allowed to scan) shows the interference fringe data after correction (the number of horizontal axis pixel ).
[0062]
Thus, it was possible to satisfactorily recognize zero order fringe position by performing analytical Shimaho positive interference fringes in this embodiment.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using a plurality wavelengths of the present invention, based on the subject of interference fringe data obtained by the interference light each of a plurality of wavelengths lambda, the The phase information Φ _λ for each interference fringe data corresponding to the interference light of the wavelength is extracted, a predetermined sine wave function is created for each interference fringe data using the phase information Φ _λ , and the measurement area of the subject Each phase Φ _λ + δ _λ is determined so that the interference fringe data becomes the maximum value at a predetermined coordinate position. Therefore, when the superimposed interference fringe data measured for each wavelength, the combined phase peak of each data, it is possible to recognize the zero-order position, using an interferometer apparatus using a plurality of wavelengths When measuring the shape of an object, interference fringe data that is not affected by an unexpected dispersion effect or disturbance such as vibration during measurement can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an interferometer apparatus for carrying out a method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an interferometer apparatus for carrying out an embodiment method according to the present invention. 3 is a graph showing interference fringe data before correction by the method of the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph (A) showing interference fringe data after correction by the method of the embodiment of the present invention and interference fringe data. Graph showing the theoretical value of (B)
FIGS. 5A and 5B are graphs showing an example in which the values of δ _{λ at} the time of performing correction by the method of the embodiment of the present invention are mutually changed.
[Explanation of symbols]
11, 12, 13, 23

Interferometer device

14, 15, 16

Mirror

18, 21 Subject 24 Piezo element 25 Analysis device

Claims

互いに異なる複数の波長を含む光を被検体に照射して、該被検体に係る前記複数の波長毎の各干渉縞データを取得し、取得された該各干渉縞データを解析し、該被検体の形状を測定する際に、
前記各干渉縞データに基づき、前記複数の波長各々に対応した各干渉縞の強度分布における位相をそれぞれ求め、
求められた各々の前記位相を用いて、前記各干渉縞の強度分布に対応した正弦波関数をそれぞれ作成し、
前記被検体の測定領域内の所定の座標位置において、各々の前記正弦波関数がそれぞれ最大値をとるように、該各正弦波関数の位相補正値をそれぞれ求め、
求められた前記位相補正値に基づき、前記各干渉縞の０次の干渉縞位置を特定することを特徴とする複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。 Irradiating the subject with light having a plurality of different wavelengths, obtaining each interference fringe data for each of the plurality of wavelengths related to the subject , analyzing the obtained interference fringe data, and analyzing the subject When measuring the shape of
Based on each interference fringe data, respectively determine the phase in the intensity distribution of each interference fringe corresponding to each of the plurality of wavelengths ,
Using the phase of the obtained each said sine wave function corresponding to the intensity distribution of each of the interference fringes created respectively,
Obtaining a phase correction value for each sine wave function at a predetermined coordinate position in the measurement region of the subject so that each sine wave function takes a maximum value ,
Based on the phase correction value obtained, the analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using a plurality of wavelengths and identifies the 0 order interference fringe position of each fringe.

前記互いに異なる複数の波長を含む光が、白色光源から出力された白色光であることを特徴とする請求項１記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。 Said light comprising a plurality of different wavelengths, analytically Shimaho positive way in the interference fringes measured using multiple wavelengths according to claim 1, characterized in that the white light output from the white light source.

前記互いに異なる複数の波長を含む光が、赤色光用、緑色光用、青色光用の各干渉計装置から出力された光の合成光であることを特徴とする請求項１記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。 2. The multiple wavelengths according to claim 1, wherein the light having a plurality of different wavelengths is a combined light of light output from the interferometer devices for red light, green light, and blue light. analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using.

前記被検体の測定表面において、平面状態領域のみの干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正用の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。On the measurement surface of the subject, interference fringe data only for the planar state region is obtained, the interference fringe data is subjected to unwrapping processing, and a correction function for tilt correction is obtained for each interference fringe data using the least square method , analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using multiple wavelengths of any one of claims 1 to 3, characterized in that for correcting the position phase of the sine wave function based on the correction function .

前記被検体の測定表面に平行な平面を有する検査補助体を該被検体の測定表面と同一の測定開口中に固定して位置せしめ、該検査補助体の該平面の干渉縞データを求め、該干渉縞データにアンラッピング処理を施し、最小２乗法を用いて該干渉縞データ毎に傾き補正の補正関数を求め、該補正関数に基づいて前記正弦波関数の位相を補正することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。A test auxiliary body having a plane parallel to the measurement surface of the subject is fixedly positioned in the same measurement opening as the measurement surface of the subject, and interference fringe data of the plane of the test auxiliary body is obtained, An unwrapping process is performed on the interference fringe data, a correction function for inclination correction is obtained for each interference fringe data using a least square method, and the phase of the sine wave function is corrected based on the correction function. analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using multiple wavelengths of any one of claims 1 to 3.

特定された前記０次の干渉縞位置に基づいて、前記被検体の形状を求めることを特徴とする請求項１記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。Based on the identified the 0 order interference fringe position, before Symbol analytical Shimaho positive way in the interference fringes measured using multiple wavelengths according to claim 1, wherein the determining the object shape.

参照光と物体光の光路長が互いに等しくなるような等光路長型の干渉計装置を用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。Interference fringe measurement using a plurality of wavelengths of any one of claims 1 to 6, the optical path length of ginseng illumination and the object beam is characterized by using the equal optical path length type interferometer device such that equal analytical Shimaho positive way in.

参照光と物体光の光路長が互いに異なる非等光路長型の干渉計装置を用いることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。Analysis of the interference fringes measured using multiple wavelengths of any one of claims 1 to 6, ginseng illumination and the object beam optical path length is characterized by using a different non-like optical path length type interferometer with each other specific Shimaho positive way.

前記各干渉縞の強度分布における位相を抽出する手法が、フリンジスキャニング法であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。The analytical fringe in interference fringe measurement using a plurality of wavelengths according to any one of claims 1 to 8, wherein the method of extracting a phase in the intensity distribution of each interference fringe is a fringe scanning method. compensation method.

前記各干渉縞の強度分布における位相を抽出する手法が、フーリエ変換法であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項記載の複数波長を用いた干渉縞測定における解析的縞補正方法。9. The analytical fringe in interference fringe measurement using a plurality of wavelengths according to claim 1, wherein the method of extracting a phase in the intensity distribution of each interference fringe is a Fourier transform method. compensation method.