JP4183089B2 - Surface shape and / or film thickness measuring method and apparatus - Google Patents

Surface shape and / or film thickness measuring method and apparatus Download PDF

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Description

本発明は、透明膜で覆われた測定対象物の凹凸形状および厚みを測定する表面形状および膜厚測定方法およびその装置に係り、特に、単色光を用いて非接触で測定対象物の表面形状および／または膜厚を測定する技術に関する。   The present invention relates to a surface shape and a film thickness measuring method for measuring the uneven shape and thickness of a measurement object covered with a transparent film, and a device therefor, and in particular, the surface shape of the measurement object in a non-contact manner using monochromatic light. And / or a technique for measuring a film thickness.

従来、この種の装置として、半導体ウエハや液晶表示器用ガラス基板などの精密加工品の凹凸形状を白色光の干渉を用いて測定する方法を利用した表面形状測定装置が広く知られている。従来の表面形状測定装置は、図３に示すように、白色光源９０からの白色光を第１レンズ９１を通してハーフミラー９２まで導き、ハーフミラー９２で反射された白色光を第２レンズ９３によって集束して、その白色光をビームスプリッタ９５を介して測定対象面９６上に照射するように構成された干渉計を備えている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of apparatus, a surface shape measuring apparatus using a method for measuring the uneven shape of a precision processed product such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display using interference of white light is widely known. As shown in FIG. 3, the conventional surface shape measuring apparatus guides white light from the white light source 90 to the half mirror 92 through the first lens 91, and focuses the white light reflected by the half mirror 92 by the second lens 93. An interferometer configured to irradiate the measurement target surface 96 with the white light via the beam splitter 95 is provided.

干渉計のビームスプリッタ９５では、測定対象面９６に照射する白色光と、参照面９４に照射する白色光とに分ける。参照面９４に照射される白色光は、参照面９４の反射部９４ａで反射して、ビームスプリッタ９５に再び達する。一方、ビームスプリッタ９５を通過した白色光は、測定対象面９６上で反射してビームスプリッタ９５に再び達する。ビームスプリッタ９５は、参照面９４で反射した白色光と、測定対象面９６で反射した白色光とを再び同一の経路にまとめる。このとき、参照面９４からビームスプリッタ９５までの距離Ｌ１と、ビームスプリッタ９５から測定対象面９６までの距離Ｌ２との距離の差に応じた干渉現象が発生する。その干渉現象が発生した白色光は、ハーフミラー９２を通過してＣＣＤカメラ９８に入射する。   In the beam splitter 95 of the interferometer, the white light applied to the measurement target surface 96 and the white light applied to the reference surface 94 are divided. The white light irradiated on the reference surface 94 is reflected by the reflecting portion 94a of the reference surface 94 and reaches the beam splitter 95 again. On the other hand, the white light that has passed through the beam splitter 95 is reflected on the measurement target surface 96 and reaches the beam splitter 95 again. The beam splitter 95 combines the white light reflected by the reference surface 94 and the white light reflected by the measurement target surface 96 again in the same path. At this time, an interference phenomenon corresponding to the difference in distance between the distance L1 from the reference surface 94 to the beam splitter 95 and the distance L2 from the beam splitter 95 to the measurement target surface 96 occurs. The white light in which the interference phenomenon has occurred passes through the half mirror 92 and enters the CCD camera 98.

ＣＣＤカメラ９８は、その干渉現象が発生した白色光とともに、測定対象面９６を撮像する。ここで、図示しない変動手段によって、ビームスプリッタ９５側のユニットを上下に変動させて、距離Ｌ１と距離Ｌ２との差を変化させることで、ＣＣＤカメラ９８に入射する白色光が強め合ったり、弱め合ったりする。例えば、ＣＣＤカメラ９８で撮像される領域内の測定対象面９６上の特定箇所に着目した場合に、距離Ｌ２＜距離Ｌ１から距離Ｌ２＞距離Ｌ１になるまで、ビームスプリッタ９５の位置を変動させる。これにより、特定箇所における干渉した白色光（以下、単に「干渉光」と呼ぶ）の強度を測定すると、理論的には図４に示すような波形が得られる。この干渉光の強度値変化の波形が最大になる位置を求めることで、測定対象面の特定箇所の高さを求めることができる。同様にして、複数の特定箇所の高さを求めることで、測定対象面の凹凸形状を測定している。   The CCD camera 98 images the measurement target surface 96 together with the white light in which the interference phenomenon has occurred. Here, the unit on the beam splitter 95 side is moved up and down by changing means (not shown) to change the difference between the distance L1 and the distance L2, so that the white light incident on the CCD camera 98 is strengthened or weakened. It fits. For example, when attention is paid to a specific part on the measurement target surface 96 in the region imaged by the CCD camera 98, the position of the beam splitter 95 is changed until the distance L2 <distance L1 to distance L2> distance L1. As a result, when the intensity of the interfered white light (hereinafter simply referred to as “interference light”) at a specific location is measured, a waveform as shown in FIG. 4 is theoretically obtained. By obtaining the position where the waveform of the intensity value change of the interference light is maximized, the height of the specific portion of the measurement target surface can be obtained. Similarly, the uneven shape of the measurement target surface is measured by obtaining the heights of a plurality of specific locations.

具体的には、所定間隔で干渉光の強度値を測定して取得した離散的な干渉光の強度値のデータ群から干渉光の強度値変化が最大になる位置を求める必要がある。そこで、その強度値変化が最大になる位置を求める方法として、離散的なデータ群の平均値を算出し、算出された平均値を各強度値から減算し、算出されたそれぞれの値を、さらに２乗することによって、プラス側の強度値を強調したデータ群に変換して、このデータ群を平滑化した波形（包絡線）を求める。この平滑化した波形の最大値になる位置を求めることにより、特定箇所の表面高さを求めている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２３２２９号公報 Specifically, it is necessary to obtain a position where the change in the intensity value of the interference light is maximized from the data group of discrete interference light intensity values obtained by measuring the intensity value of the interference light at predetermined intervals. Therefore, as a method of obtaining the position where the intensity value change is maximum, the average value of the discrete data group is calculated, the calculated average value is subtracted from each intensity value, and each calculated value is further calculated. By squaring, it is converted into a data group that emphasizes the intensity value on the plus side, and a waveform (envelope) obtained by smoothing this data group is obtained. By obtaining the position where the smoothed waveform has the maximum value, the surface height of the specific portion is obtained (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-11-23229

しかしながら、従来の方法では次のような問題がある。   However, the conventional method has the following problems.

すなわち、測定対象物の表面が透明膜で覆われている場合に、透明膜を透過して透明膜の裏面と接触している測定対象面との界面（以下、適宜「透明膜の裏面」という）から反射した反射光に、当該透明膜の表面で反射する反射光が合成される。つまり、合成された両反射光を干渉信号に変換すると、個別に得なければならない各干渉信号が合成されてしまう。その結果、透明膜の表面の反射光が外乱となり、測定対象面の表面高さを正確に測定することができず、ひいては、測定対象物の表面形状をも正確に測定することができないといった問題がある。   That is, when the surface of the measurement object is covered with a transparent film, the interface with the measurement object surface that passes through the transparent film and is in contact with the back surface of the transparent film (hereinafter referred to as “the back surface of the transparent film” as appropriate). The reflected light reflected from the surface of the transparent film is synthesized with the reflected light reflected from (). That is, when the combined two reflected lights are converted into interference signals, the interference signals that must be obtained individually are combined. As a result, the reflected light on the surface of the transparent film becomes a disturbance, the surface height of the measurement target surface cannot be measured accurately, and consequently the surface shape of the measurement target cannot be measured accurately. There is.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、透明膜に覆われた測定対象物の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚を精度よく求めることのできる表面形状および／または膜厚測定方法及びその装置を提供することを主たる目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the surface height of the transparent film, the height of the back surface of the transparent film, and the film thickness of the transparent film of the measurement target covered with the transparent film. The main object is to provide a surface shape and / or film thickness measuring method and apparatus capable of accurately obtaining the thickness.

そこで、この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。   Therefore, the present invention has the following configuration in order to achieve such an object.

すなわち、第１の発明は、単色光源からの単色光を分岐手段を介して透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに照射しながら、前記測定対象面と参照面との距離を変動させることにより、測定対象面と参照面の両方から反射して同一光路を戻る反射光によって干渉縞の変化を生じさせ、このときの干渉縞の強度値に基づいて測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか一つを求める前記測定対象面の表面形状および／または膜厚測定方法において、
装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた前記測定対象の干渉縞の物理モデルに基づいて、透明膜の膜厚および表面高さを求める計算アルゴリズムを予め求める第１の過程と、
測定対象物を利用して、分岐手段を介して分岐された前記特定周波数帯域の単色光が照射された前記測定対象面と参照面との距離を変動させる第２の過程と、
前記測定対象面と参照面との距離を変動させる過程で、測定対象面の画像を所定間隔で連続して取得する第３の過程と、
所定間隔で連続して取得した前記複数枚の画像の各画素における干渉縞の強度値を求める第４の過程と、
前記各画素における複数個の強度値を利用して干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅を求める第５の過程と、
前記第５の過程で求めた干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅と、第１の過程で求めた干渉縞の物理モデルから得られる計算アルゴリズムを利用して測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか一つを求める第６の過程と、
を備えたことを特徴とする。 That is, the first invention varies the distance between the measurement target surface and the reference surface while irradiating the measurement target surface covered with the transparent film and the reference surface with the monochromatic light from the monochromatic light source via the branching means. Therefore, the reflected light reflected from both the measurement target surface and the reference surface and reflected back on the same optical path causes a change in the interference fringe. Based on the intensity value of the interference fringe at this time, the specific portion of the measurement target surface is transparent. In the method for measuring the surface shape and / or film thickness of the measurement target surface for determining at least one of the surface height of the film, the back surface height of the transparent film, and the film thickness of the transparent film,
A first step of obtaining in advance a calculation algorithm for determining the film thickness and surface height of the transparent film based on the physical model of the interference fringes of the measurement object reflecting the parameters of the apparatus and the parameter of the sample that is the measurement object; ,
A second step of changing a distance between the measurement target surface and the reference surface irradiated with the monochromatic light of the specific frequency band branched through the branching unit using the measurement target;
A third process of continuously acquiring images of the measurement target surface at predetermined intervals in the process of changing the distance between the measurement target surface and the reference surface;
A fourth step of obtaining an interference fringe intensity value in each pixel of the plurality of images obtained continuously at a predetermined interval;
A fifth step of obtaining a DC component, an amplitude of a sine component, and an amplitude of a cosine component of an interference fringe waveform using a plurality of intensity values in each pixel;
The measurement target using the DC algorithm, the amplitude of the sine component, the amplitude of the cosine component obtained in the fifth process, and the calculation algorithm obtained from the physical model of the interference pattern obtained in the first process A sixth process for determining at least one of the surface height of the transparent film at a specific portion of the surface, the height of the back surface of the transparent film, and the film thickness of the transparent film;
It is provided with.

（作用・効果） この発明によると、装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた測定対象物の干渉縞の物理モデルに基づいて、透明膜の膜厚および表面高さを求める計算アルゴリズムを予め求め、当該計算アルゴリズムと、実測によって取得した測定干渉縞の強度値を利用して求めた干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅とを利用することにより、未知のパラメータである透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか１つを求めることができる。つまり、試料および装置のパラメータを反映させた物理モデルを求めておくことによって、未知のパラメータである測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚を精度よく測定することができる。   (Operation / Effect) According to the present invention, the film thickness and the surface height of the transparent film are obtained based on the physical model of the interference fringes of the measurement object reflecting the parameters of the apparatus and the sample of the measurement object. By obtaining a calculation algorithm in advance and using the calculation algorithm and the DC component, the amplitude of the sine component, and the amplitude of the cosine component of the interference fringe waveform obtained by using the intensity value of the measured interference fringe obtained by actual measurement. Then, it is possible to obtain at least one of the surface height of the transparent film, the back surface height of the transparent film, and the film thickness of the transparent film, which are unknown parameters. In other words, by obtaining a physical model that reflects the parameters of the sample and the device, the surface height of the transparent film, the height of the back surface of the transparent film, The film thickness can be measured with high accuracy.

第２の発明は、第１の発明において、前記測定対象物のパラメータは、透明膜の反射係数、当該透明膜の透過係数、および透明膜の裏面の反射係数であり、
装置のパラメータは、分岐手段における単色光の反射係数と透過係数、および参照面の反射係数である
ことを特徴とする。 In a second aspect based on the first aspect, the parameter of the measurement object is a reflection coefficient of the transparent film, a transmission coefficient of the transparent film, and a reflection coefficient of the back surface of the transparent film,
The apparatus parameters are the reflection coefficient and transmission coefficient of monochromatic light in the branching means, and the reflection coefficient of the reference surface.

（作用・効果） この発明によると、これら試料および装置の複数個のパラメータを利用することにより、測定誤差を除去した状態で各種未知のパラメータを精度よく求めることができる。   (Operation / Effect) According to the present invention, by using a plurality of parameters of the sample and the apparatus, various unknown parameters can be accurately obtained in a state in which the measurement error is removed.

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第２の過程で取得する画像の間隔は、照射する単色光の波長の１／８または半波長の１／Ｎ（Ｎは正の整数）であることを特徴とする。   According to a third invention, in the first or second invention, the interval between images acquired in the second process is 1/8 of the wavelength of monochromatic light to be irradiated or 1 / N of a half wavelength (N is positive) (Integer).

（作用・効果） この発明によると、第２の過程で取得する画像の間隔は、例えば、照射する単色光の波長の１／８または半波長の１／Ｎ（Ｎは正の整数）であることが好ましい。例えば、取得する画像の間隔を単色光の波長の１／８とした場合、位相の９０°ごとにサンプリングすることになるので、計算アルゴリズムが簡単になる。   (Operation / Effect) According to the present invention, the interval between images acquired in the second process is, for example, 1/8 of the wavelength of monochromatic light to be irradiated or 1 / N of a half wavelength (N is a positive integer). It is preferable. For example, when the interval between images to be acquired is 1/8 of the wavelength of monochromatic light, sampling is performed every 90 ° of the phase, so that the calculation algorithm is simplified.

第４の発明は、第１ないし第３の発明において、波長の異なる２種類以上の単色光を用いて、それぞれの単色光について第１の過程から第６の過程の処理を行い、さらに以下の過程を含む、
前記単色光ごとに求めた透明膜の膜厚および表面高さの解候補値群から互いに一致する解を絞り込む第７の過程と
を備えたことを特徴とする。 According to a fourth invention, in the first to third inventions, two or more kinds of monochromatic lights having different wavelengths are used to perform the processes from the first process to the sixth process for each monochromatic light. Including the process,
And a seventh step of narrowing down solutions that match each other from a solution candidate value group of the film thickness and surface height of the transparent film obtained for each monochromatic light.

（作用・効果） この発明によると、波長の異なる２種類以上に単色光を使用して測定を行うことにより、波長ごとに透明膜の膜厚および表面高さの解候補値群を取得することができる。すなわち、上述の処理を行うことにより、１種類の単色光を使用するより、より広い範囲の透明膜の膜厚および表面高さの解候補値群を取得し、これら取得された解候補値群から透明膜の膜厚および表面高さの正しい解を決定することができる。   (Operation / Effect) According to the present invention, the solution candidate value group of the film thickness and the surface height of the transparent film is obtained for each wavelength by performing measurement using monochromatic light for two or more types having different wavelengths. Can do. That is, by performing the above-described processing, a solution candidate value group of a wider range of the thickness and surface height of the transparent film is obtained than using one type of monochromatic light, and these obtained solution candidate value groups From this, the correct solution for the film thickness and surface height of the transparent film can be determined.

例えば、波長の異なる２種類の単色光を使用し、測定開始時の測定開始点が互いに一致する場合、透明膜の膜厚および表面高さは解候補値群から互いに一致する解を容易に絞り込むことができ、ひいては透明膜の膜厚および表面高さの正しい解を決定することができる。また、測定開始時の測定開始点が互いに一致しない場合は、透明膜の膜厚自体は変化しないので、透明膜の膜厚を一致させれば解候補値群から透明膜の表面高さを容易に求めることができる。   For example, when two types of monochromatic light having different wavelengths are used and the measurement start points at the start of measurement coincide with each other, the film thickness and surface height of the transparent film are easily narrowed down from solutions candidate value groups. And thus the correct solution for the film thickness and surface height of the transparent film can be determined. Also, if the measurement start points at the start of measurement do not match each other, the film thickness of the transparent film itself does not change, so if the film thickness of the transparent film is matched, the surface height of the transparent film can be easily set from the solution candidate value group Can be requested.

さらに、波長の異なる３種類以上の単色光を使用し、測定開始時の測定開始点が互いに一致しない場合は、波長の異なる２種類の単色光を使用するより、より広い範囲の透明膜の膜厚および表面高さの解候補値群を取得することができ、これら解候補値群を利用して一致する解候補値を決定することができる。   Furthermore, when three or more types of monochromatic light having different wavelengths are used and the measurement start points at the start of measurement do not coincide with each other, a wider range of transparent film than using two types of monochromatic light having different wavelengths A solution candidate value group of thickness and surface height can be acquired, and matching solution candidate values can be determined using these solution candidate value groups.

第５の発明は、透明膜で覆われた測定対象物の測定対象面と、参照面に分岐手段を介して照射する単色光を発生させる光源と、前記測定対象物と参照面との距離を変動させる変動手段と、前記単色光が照射された測定対象物と参照面との距離の変動に伴って測定対象面と参照面とから反射して同一光路を戻る反射光によって干渉縞の変化を生じさせるとともに、前記測定対象面を撮像する撮像手段と、前記撮像された測定対象面上の複数の箇所における干渉縞の強度値を取り込むサンプリング手段と、前記サンプリング手段によって取り込まれた特定箇所ごとの複数個の強度値である各干渉縞強度値群を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各干渉縞強度値群に基づいて特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚のいずれか１つを求める演算手段とを備えた表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記サンプリング手段は、前記変動手段による前記測定対象面と参照面との距離の変動に伴って測定対象面と参照面とから反射してくる同一光路を戻る反射光によって生じた干渉縞の変化に応じた特定箇所の干渉光の強度値を、順次に取り込み、
前記記憶手段は、取り込まれた前記複数個の強度値である干渉縞強度値群、装置のパラメータ、および測定対象物である試料のパラメータを反映させた測定対象の干渉縞の物理モデルに基づいて、透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚を求める計算アルゴリズム予め記憶し、
前記演算手段は、測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか１つを以下の処理にしたがって求める、
（１）前記記憶手段に記憶された各画素における干渉縞強度値群を利用して複数枚の画像の各画素における干渉縞の強度値を求め、
（２）前記各画素における複数個の強度値を利用して干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅を求め、
（３）前記求めた干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅と、前記記憶手段に記憶された干渉縞の物理モデルから得られる計算アルゴリズムを利用し、測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか一つを求める
ことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a measurement target surface of a measurement target covered with a transparent film, a light source that generates monochromatic light that irradiates the reference surface via a branch unit, and a distance between the measurement target and the reference surface. Interference fringes are changed by the changing means for changing, and the reflected light reflected from the measurement object surface and the reference surface and returning on the same optical path as the distance between the measurement object irradiated with the monochromatic light and the reference surface changes. An imaging unit that images the measurement target surface, a sampling unit that captures intensity values of interference fringes at a plurality of locations on the captured measurement target surface, and a specific portion captured by the sampling unit. Storage means for storing each interference fringe intensity value group that is a plurality of intensity values, and the surface height of the transparent film at a specific location based on each interference fringe intensity value group stored in the storage means, the back surface of the transparent film Height, and transparency In the surface shape and / or thickness measuring device and a computing means for obtaining the one of the film thickness of the film,
The sampling means is adapted to change interference fringes caused by reflected light returning from the same optical path reflected from the measurement target surface and the reference surface as the distance between the measurement target surface and the reference surface is changed by the changing means. The intensity value of the interference light at a specific location according to the order is captured sequentially,
The storage means is based on a physical model of an interference fringe of a measurement object reflecting the interference fringe intensity value group that is the plurality of captured intensity values, a parameter of the apparatus, and a parameter of a sample that is a measurement object. , A calculation algorithm for obtaining the surface height of the transparent film, the height of the back surface of the transparent film, and the film thickness of the transparent film in advance,
The calculation means obtains at least one of the surface height of the transparent film at the specific location on the measurement target surface, the back surface height of the transparent film, and the film thickness of the transparent film according to the following process.
(1) Using the interference fringe intensity value group in each pixel stored in the storage means, obtain the interference fringe intensity value in each pixel of a plurality of images,
(2) Using a plurality of intensity values in each pixel, obtain a DC component, an amplitude of a sine component, and an amplitude of a cosine component of the interference fringe waveform;
(3) Using the calculation algorithm obtained from the DC component, the amplitude of the sine component, the amplitude of the cosine component of the obtained interference fringe waveform, and the physical model of the interference fringe stored in the storage means, It is characterized in that at least one of the surface height of the transparent film at the specific location, the height of the back surface of the transparent film, and the film thickness of the transparent film is obtained.

（作用・効果） この発明によると、予め求めた装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた干渉縞の物理モデルから得られる計算アルゴリズムを記憶手段に記憶させておき、当該計算アルゴリズムと干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅とを利用することで、未知のパラメータである透明膜の裏面高さ、透明膜の表面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか１つを精度よく測定することができる。   (Operation / Effect) According to the present invention, the calculation algorithm obtained from the physical model of the interference fringes reflecting the parameters of the apparatus determined in advance and the parameters of the sample as the measurement object is stored in the storage means, and the calculation is performed. Using the algorithm and the DC component of the interference fringe waveform, the amplitude of the sine component, and the amplitude of the cosine component, the back surface height of the transparent film, the surface height of the transparent film, and the film of the transparent film, which are unknown parameters At least one of the thicknesses can be accurately measured.

第６の発明は、第５の発明において、前記光源は、前記複数種類の波長に切り換える切換手段を含む
ことを特徴とする。 In a sixth aspect based on the fifth aspect, the light source includes switching means for switching to the plurality of types of wavelengths.

（作用・効果） この発明によると、波長の異なる単色光を測定対象物と参照面に照射することができる。   (Operation / Effect) According to the present invention, it is possible to irradiate the measurement object and the reference surface with monochromatic light having different wavelengths.

第７の発明は、第５または第６の発明において、前記波長帯域制限手段は、前記白色光源から前記撮像手段までの光路に取り付けられる、特定波長帯域の単色光だけを通過させるバンドパスフィルタである
ことを特徴とする。 A seventh invention is the bandpass filter according to the fifth or sixth invention, wherein the wavelength band limiting means is attached to an optical path from the white light source to the imaging means, and passes only monochromatic light of a specific wavelength band. It is characterized by being.

（作用・効果） この発明によると、第５の発明を好適に実施することができる。   (Operation and Effect) According to the present invention, the fifth invention can be suitably implemented.

第８の発明は、第５ないし第７の発明において、前記測定対象物のパラメータは、透明膜表面の反射係数、当該透明膜表面の透過係数、および透明膜裏面の反射係数であり、
装置のパラメータは、分岐手段における単色光の反射係数と透過係数、および参照面の反射係数である
ことを特徴とする。 The eighth invention is the fifth to seventh inventions, wherein the parameter of the measurement object is a reflection coefficient of the transparent film surface, a transmission coefficient of the transparent film surface, and a reflection coefficient of the transparent film back surface,
The apparatus parameters are the reflection coefficient and transmission coefficient of monochromatic light in the branching means, and the reflection coefficient of the reference surface.

（作用・効果） この発明によると、これら試料および装置の複数個のパラメータを利用することにより、測定誤差を除去した状態で各種未知のパラメータを精度よく求めることができる。   (Operation / Effect) According to the present invention, by using a plurality of parameters of the sample and the apparatus, various unknown parameters can be accurately obtained in a state in which the measurement error is removed.

この発明に係る表面形状および膜厚測定方法およびその装置は、装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた測定対象物の干渉縞の物理モデルに基づいて、透明膜の膜厚および表面高さを求める計算アルゴリズムを予め求め、当該計算アルゴリズムと、実測によって取得した測定干渉縞の強度値を利用して求めた干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅とを利用することにより、未知のパラメータである透明膜の裏面高さ、透明膜の表面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか１つを求めることができる。つまり、試料および装置のパラメータを反映させた物理モデルを求めておくことによって、未知のパラメータである測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚を精度よく測定することができる。   The surface shape and film thickness measuring method and apparatus according to the present invention are based on the physical model of the interference fringes of the measurement object reflecting the parameters of the apparatus and the parameters of the sample that is the measurement object. In addition, the calculation algorithm for obtaining the surface height is obtained in advance, and the DC component, the amplitude of the sine component, and the amplitude of the cosine component of the interference fringe waveform obtained by using the calculation algorithm and the intensity value of the measured interference fringe obtained by actual measurement Can be used to determine at least one of the unknown parameters, that is, the back surface height of the transparent film, the surface height of the transparent film, and the film thickness of the transparent film. In other words, by obtaining a physical model that reflects the parameters of the sample and the device, the surface height of the transparent film, the height of the back surface of the transparent film, The film thickness can be measured with high accuracy.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例に係る表面形状測定装置の概略構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

この表面形状測定装置は、半導体ウエハ、ガラス基板や金属基板などの測定対象物３０の表面を覆った透明膜３１および透明膜３１の裏面側と接合している測定対象物３０に形成された微細なパターンに、特定波長帯域の単色光を照射する光学系ユニット１と、光学系ユニット１を制御する制御系ユニット２とを備えて構成されている。   This surface shape measuring apparatus includes a transparent film 31 that covers the surface of the measurement object 30 such as a semiconductor wafer, a glass substrate, or a metal substrate, and a fine object formed on the measurement object 30 that is bonded to the back surface side of the transparent film 31. An optical system unit 1 that irradiates monochromatic light in a specific wavelength band and a control system unit 2 that controls the optical system unit 1 are formed in a simple pattern.

光学系ユニット１は、透明膜３１で覆われた測定対象面３０、および参照面１５に照射する単色光を発生させるための光源である白色光源１０と、白色光源１０から白色光を平行光にするコリメートレンズ１１と、特定周波数帯域の単色光だけを通過させるバンドパスフィルタ１２と、バンドパスフィルタ１２を通過した単色光を測定対象物３０の方向に反射する一方、測定対象物３０の方向からの単色光を通過させるハーフミラー１３と、ハーフミラー１３で反射されてきた単色光を集光する対物レンズ１４と、対物レンズ１４を通過してきた単色光を、参照面１５へ反射させる参照光と、透明膜３１で覆われた測定対象面３０へ通過させる測定光とに分けるとともに、参照面１５で反射してきた参照光と測定対象面３０Ａ、３１Ａで反射してきた測定光とを再びまとめて、干渉縞を発生させるビームスプリッタ１７と、参照面１５で参照光を反射させるために設けられたミラー１６と、参照光と測定光とがまとめられた単色光を結像する結像レンズ１８と、干渉縞とともに測定対象面３０を撮像するＣＣＤカメラ１９とを備えて構成されている。   The optical system unit 1 includes a white light source 10 that is a light source for generating monochromatic light irradiated on the measurement target surface 30 and the reference surface 15 covered with the transparent film 31, and white light from the white light source 10 into parallel light. The collimating lens 11, the bandpass filter 12 that allows only monochromatic light in a specific frequency band to pass through, and the monochromatic light that has passed through the bandpass filter 12 is reflected in the direction of the measuring object 30, while from the direction of the measuring object 30. A half mirror 13 that passes the monochromatic light, an objective lens 14 that condenses the monochromatic light reflected by the half mirror 13, and a reference light that reflects the monochromatic light that has passed through the objective lens 14 to the reference surface 15. And the measurement light to be transmitted to the measurement target surface 30 covered with the transparent film 31, and the reference light reflected by the reference surface 15 and the reflection by the measurement target surfaces 30A and 31A The beam splitter 17 for generating interference fringes again, the mirror 16 provided for reflecting the reference beam on the reference surface 15, and the monochromatic light in which the reference beam and the measuring beam are combined. And an CCD lens 19 that images the measurement target surface 30 together with the interference fringes.

白色光源１０は、例えば白色光ランプなどであり、比較的広い周波数帯域の白色光を発生させる。この白色光源１０から発生された白色光は、バンドパスフィルタ１２によって特定周波数帯域の単色光となり、当該単色光はコリメートレンズ１１によって平行光とされ、ハーフミラー１３に到達する。   The white light source 10 is a white light lamp, for example, and generates white light in a relatively wide frequency band. The white light generated from the white light source 10 becomes monochromatic light in a specific frequency band by the band-pass filter 12, and the monochromatic light is converted into parallel light by the collimating lens 11 and reaches the half mirror 13.

ハーフミラー１３は、コリメータレンズ１１からの平行光となった単色光を測定対象物３０の方向に向けて反射する一方、測定対象物３０の方向から戻ってきた単色光を通過させるものである。このハーフミラー１３で反射された特定周波数帯域の単色光は、対物レンズ１４に入射する。   The half mirror 13 reflects the monochromatic light that has become parallel light from the collimator lens 11 toward the direction of the measurement object 30, while allowing the monochromatic light that has returned from the direction of the measurement object 30 to pass therethrough. Monochromatic light in a specific frequency band reflected by the half mirror 13 enters the objective lens 14.

対物レンズ１４は、入射してきた単色光を焦点Ｐに向けて集光するレンズである。この対物レンズ１４によって集光される単色光は、参照面１５を通過し、ビームスプリッタ１７に到達する。   The objective lens 14 is a lens that condenses incident monochromatic light toward the focal point P. The monochromatic light collected by the objective lens 14 passes through the reference surface 15 and reaches the beam splitter 17.

ビームスプリッタ１７は、対物レンズ１４で集光される単色光を、参照面１５で反射させるために、ビームスプリッタ１７の例えば上面で反射させる参照光、透明膜３１および測定対象面３０で反射させるために、ビームスプリッタ１７を通過させる測定光とに分ける。また、それら参照光と測定光とを再びまとめることによって、干渉縞を発生させるものである。ビームスプリッタ１７に達した単色光は、ビームスプリッタ１７の上面で反射された参照光と、ビームスプリッタ１７を通過する測定光とに分けられ、その参照光は参照面１５に達し、その測定光は透明膜３１で覆われた測定対象物３０の透明膜３１の表面、および透明膜の裏面と接合した測定対象物３０の表面である測定対象面３０Ａに達する。   The beam splitter 17 reflects the monochromatic light collected by the objective lens 14 on the reference surface 15, for example, the upper surface of the beam splitter 17, the transparent film 31, and the measurement target surface 30 in order to reflect the reflected light on the reference surface 15. The beam is divided into measurement light that passes through the beam splitter 17. In addition, interference fringes are generated by combining the reference light and the measurement light again. The monochromatic light reaching the beam splitter 17 is divided into reference light reflected by the upper surface of the beam splitter 17 and measurement light passing through the beam splitter 17, and the reference light reaches the reference surface 15, and the measurement light is It reaches the measurement target surface 30A which is the surface of the measurement target 30 covered with the transparent film 31 and the surface of the measurement target 30 joined to the back surface of the transparent film.

参照面１５には、参照光をビームスプリッタ１７の方向に反射させるためのミラー１６が取り付けられており、このミラー１６によって反射された参照光は、ビームスプリッタ１７に達し、さらに、この参照光はビームスプリッタ１７によって反射される。   A mirror 16 for reflecting the reference light in the direction of the beam splitter 17 is attached to the reference surface 15. The reference light reflected by the mirror 16 reaches the beam splitter 17, and the reference light is Reflected by the beam splitter 17.

ビームスプリッタ１７を通過した測定光は、焦点ＰおよびＰ’に向けて集光され、測定対象面３０Ａおよび透明膜３１の表面３１Ａ上で反射する。この反射した２つの測定光は、ビームスプリッタ１７に達して、そのビームスプリッタ１７を通過する。   The measurement light that has passed through the beam splitter 17 is condensed toward the focal points P and P ′ and reflected on the measurement target surface 30 </ b> A and the surface 31 </ b> A of the transparent film 31. The reflected two measurement lights reach the beam splitter 17 and pass through the beam splitter 17.

ビームスプリッタ１７は、参照光と測定光とを再びまとめる。このとき、参照面１５とビームスプリッタ１７との間の距離Ｌ１と、ビームスプリッタ１７と測定対象面３０Ａおよび透明膜の表面３１Ａとの間の距離Ｌ２との、距離の違いによって光路差が生じる。この光路差に応じて、参照光と測定光とは干渉し合うことで、干渉縞が生じる。この干渉縞が生じた状態の単色光は、ハーフミラー１３を通過し、結像レンズ１８によって結像されて、ＣＣＤカメラ１９に入射する。なお、ビームスプリッタ１７は、本発明の分岐手段に相当する。   The beam splitter 17 combines the reference light and the measurement light again. At this time, an optical path difference is generated due to a difference in distance between the distance L1 between the reference surface 15 and the beam splitter 17 and a distance L2 between the beam splitter 17, the measurement target surface 30A, and the surface 31A of the transparent film. According to this optical path difference, the reference light and the measurement light interfere with each other, thereby generating interference fringes. The monochromatic light in the state where the interference fringes are generated passes through the half mirror 13, is imaged by the imaging lens 18, and enters the CCD camera 19. The beam splitter 17 corresponds to the branching means of the present invention.

ＣＣＤカメラ１９は、干渉縞が生じた状態の単色光とともに、測定光によって映し出される測定対象面３０Ａおよび透明膜表面３１Ａの焦点Ｐ、Ｐ’付近の画像を撮像する。この撮像した画像データは、制御系ユニット２によって収集される。また、後述で明らかになるが、本願発明の変動手段に相当する制御系ユニット２の駆動部２４によって、例えば光学系ユニット１が上下左右に変動される。特に、光学系ユニット１が上下方向に駆動されることによって、距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離が変動される。これにより、距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離の差に応じて、干渉縞が徐々に変化する。ＣＣＤカメラ１９によって、後述する所定のサンプリング間隔ごとに、干渉縞の変化とともに測定対象面３０Ａと透明膜表面３１Ａを含む画像が撮像され、その画像データが制御系ユニット２によって収集される。ＣＣＤカメラ１９は、本発明における撮像手段に相当する。   The CCD camera 19 captures an image in the vicinity of the focal points P and P ′ of the measurement target surface 30A and the transparent film surface 31A projected by the measurement light, together with the monochromatic light in a state where the interference fringes are generated. The captured image data is collected by the control system unit 2. Further, as will be apparent later, for example, the optical system unit 1 is vertically and horizontally changed by the drive unit 24 of the control system unit 2 corresponding to the changing means of the present invention. In particular, the distance between the distance L1 and the distance L2 is changed by driving the optical system unit 1 in the vertical direction. As a result, the interference fringes gradually change according to the difference in distance between the distance L1 and the distance L2. The CCD camera 19 captures an image including the measurement target surface 30A and the transparent film surface 31A together with a change in the interference fringe at predetermined sampling intervals described later, and the image data is collected by the control system unit 2. The CCD camera 19 corresponds to the image pickup means in the present invention.

制御系ユニット２は、表面形状測定装置の全体を統括的に制御や、所定の演算処理を行うためのＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０によって逐次収集された画像データやＣＰＵ２０での演算結果などの各種のデータやプログラムを記憶するメモリ２１と、サンプリング間隔やその他の設定情報を入力するマウスやキーボードなどの入力部２２と、測定対象面３０Ａの画像などを表示するモニタ２３と、ＣＰＵ２０の指示に応じて光学系ユニット１を上下左右に駆動する例えば３軸駆動型のサーボモータなどの駆動機構で構成される駆動部２４とを備えるコンピュータシステムで構成されている。なお、ＣＰＵ２０は、本発明におけるサンプリング手段および演算手段に、メモリ２１は本発明における記憶手段に、駆動部２５は本発明における変動手段にそれぞれ相当する。   The control system unit 2 controls the entire surface shape measuring apparatus as a whole, performs CPU 20 for performing predetermined arithmetic processing, various data such as image data sequentially collected by the CPU 20 and arithmetic results in the CPU 20, A memory 21 for storing a program, an input unit 22 such as a mouse or a keyboard for inputting a sampling interval and other setting information, a monitor 23 for displaying an image of the measurement target surface 30A, and an optical system in accordance with instructions from the CPU 20 The computer system includes a drive unit 24 configured by a drive mechanism such as a three-axis drive type servo motor that drives the unit 1 vertically and horizontally. The CPU 20 corresponds to sampling means and arithmetic means in the present invention, the memory 21 corresponds to storage means in the present invention, and the drive unit 25 corresponds to fluctuation means in the present invention.

ＣＰＵ２０は、いわゆる中央処理装置であって、ＣＣＤカメラ１９、メモリ２１及び駆動部２４を制御するとともに、ＣＣＤカメラ１９で撮像した干渉縞を含む測定対象面３１Ａの画像データに基づいて、測定対象物３０の特定箇所の表面高さ、および透明膜３１の膜厚Ｄとを求める演算処理を行う。この処理については後で詳細に説明する。さらに、ＣＰＵ２０には、モニタ２３と、キーボードやマウスなどの入力部２２とが接続されており、操作者は、モニタ２３に表示される操作画面を観察しながら、入力部２２から各種の設定情報の入力を行う。また、モニタ２３には、測定対象面３０Ａの測定終了後に、透明膜３１の表面高さ、透明膜３１の膜厚Ｄ、および透明膜裏面の凹凸形状などが数値や画像として表示される。   The CPU 20 is a so-called central processing unit that controls the CCD camera 19, the memory 21, and the drive unit 24, and based on the image data of the measurement target surface 31 </ b> A including the interference fringes imaged by the CCD camera 19. Calculation processing for obtaining the surface height of 30 specific portions and the film thickness D of the transparent film 31 is performed. This process will be described later in detail. Further, a monitor 23 and an input unit 22 such as a keyboard and a mouse are connected to the CPU 20, and the operator can observe various operation information displayed on the monitor 23 from the input unit 22. Input. Further, on the monitor 23, after the measurement of the measurement target surface 30A, the surface height of the transparent film 31, the film thickness D of the transparent film 31, the uneven shape on the back surface of the transparent film, and the like are displayed as numerical values and images.

駆動部２４は、光学系ユニット１内の参照面１５とビームスプリッタ１７との間の固定された距離Ｌ１と、ビームスプリッタ１７と測定対象面３０Ａとの間の可変の距離Ｌ２との距離の差を変化させるために、光学系ユニット１を直交３軸方向に変動させる装置であり、ＣＰＵ２０からの指示によって光学系ユニット１をｘ，ｙ，ｚ軸方向に駆動する例えば３軸駆動型のサーボモータを備える駆動機構で構成されている。なお、駆動部２４は、本発明における変動手段に相当し、本発明における相対的距離とは、参照面１５から測定対象面３０Ａまでの距離すなわち距離Ｌ１および距離Ｌ２を示す。本実施例では、光学系ユニット１を動作させるが、例えば測定対象物３０が載置される図示していないテーブルを直交３軸方向に変動させるようにしてもよい。   The drive unit 24 has a difference in distance between a fixed distance L1 between the reference surface 15 in the optical system unit 1 and the beam splitter 17 and a variable distance L2 between the beam splitter 17 and the measurement target surface 30A. Is a device that varies the optical system unit 1 in the orthogonal three-axis directions, and drives the optical system unit 1 in the x, y, and z-axis directions according to instructions from the CPU 20, for example, a three-axis drive type servo motor It is comprised with the drive mechanism provided with. The drive unit 24 corresponds to the changing means in the present invention, and the relative distance in the present invention indicates the distance from the reference surface 15 to the measurement target surface 30A, that is, the distance L1 and the distance L2. In this embodiment, the optical system unit 1 is operated. For example, a table (not shown) on which the measurement object 30 is placed may be varied in the three orthogonal axes.

以下、本実施例の特徴部分である表面形状測定装置全体で行なわれる処理を図２に示すフローチャートにしたがって説明する。   Hereinafter, processing performed by the entire surface shape measuring apparatus, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

＜ステップＳ１＞ 干渉縞の物理モデルに基づく計算アルゴリズムの設定
先ず、透明膜３１の表面高さ３１Ａ（ｚp）、および透明膜３１の膜厚を求める干渉縞の物理モデルの計算アルゴリズムを予め求めておく。 Setting calculation algorithm based on physical models of <Step S1> interference fringes First, pre-determine the calculation algorithm of the physical model of the interference fringes to determine the thickness of the surface height 31A (z p), and a transparent film 31 of the transparent film 31 Keep it.

すなわち、ビームスプリッタ１７を通って、ミラー１６、および透明膜３１の表面３１Ａや裏面３０Ａで反射して同一光路を戻る干渉縞の光の強度は、装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた干渉縞の物理モデルから次式（１）として求めることができる。   That is, the intensity of the interference fringe light that passes through the beam splitter 17 and is reflected by the mirror 16 and the front surface 31A and the back surface 30A of the transparent film 31 and returns to the same optical path depends on the parameters of the apparatus and the sample that is the object to be measured. Can be obtained from the physical model of interference fringes reflecting the following equation (1).

ｇ（ｚ）＝ｂd＋ｂccos２ｋｚ＋ｂssin２ｋｚ ・・・（１）
なお、本実施例でｋはｋ＝２π／λ、空気の屈折率を１、透明膜３１の屈折率をｎ、および透明膜３１の膜厚をＤとしている。 g (z) = b d + b c cos2 kz + b s sin2 kz (1)
In this embodiment, k is k = 2π / λ, the refractive index of air is 1, the refractive index of the transparent film 31 is n, and the film thickness of the transparent film 31 is D.

ここで、ｂd,ｂc,ｂsは、 Where b d , b c , b s are

Figure 0004183089
Figure 0004183089

Figure 0004183089
とおくとき、次式（３）〜（５）と表すことができる。
Figure 0004183089
 In other words, the following expressions (3) to (5) can be expressed.

Figure 0004183089
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Figure 0004183089
Figure 0004183089

Figure 0004183089
なお、ｇrは参照光の強度であり、ｂdは干渉縞ｇ（ｚ）の直流成分であり、ｂcは干渉縞ｇ（ｚ）の余弦成分の振幅であり、ｂsは干渉渉縞ｇ（ｚ）の正弦成分の振幅である。この過程が本発明の第１の過程に相当する。
Figure 0004183089
 Here, g r is the intensity of the reference light, b d is the direct current component of the interference fringe g (z), b c is the amplitude of the cosine component of the interference fringe g (z), and b s is the interference fringe. This is the amplitude of the sine component of g (z). This process corresponds to the first process of the present invention.

＜ステップＳ２＞ 条件設定
光学系ユニット１をｚ軸方向に移動させるための操作速度や操作レンジなど装置を操作するための種々の条件設定や、装置自体の各種パタメータである装置係数と、透明膜３１の各種パラメータである試料係数とを入力設定する。 <Step S2> Condition setting Various condition settings for operating the apparatus such as operation speed and operation range for moving the optical system unit 1 in the z-axis direction, apparatus coefficients that are various parameters of the apparatus itself, and transparent film The sample coefficient which is 31 various parameters is input and set.

本実施定で利用する具体的な装置係数としては、ビームスプリッタ１３における単色光の反射係数ηrと透過係数η0、およびミラー１６の反射係数ηmである。なお、装置係数は、装置スペックや、シミュレーションなどによって予め求められる。 Specific device coefficients used in this embodiment are the reflection coefficient η r and transmission coefficient η 0 of monochromatic light in the beam splitter 13 and the reflection coefficient η m of the mirror 16. Note that the device coefficient is obtained in advance by device specifications, simulation, or the like.

また、試料係数としは、透明膜の反射係数ηa、透明膜の透過係数ηt、および透明膜裏面の反射係数ηsである。なお、当該試料係数は、例えば、透明膜と測定対象面の物性値に応じて予め決定したり、実験やシミュレーションなどによって予め決定したりすることができる。 The sample coefficients are the reflection coefficient η a of the transparent film, the transmission coefficient η t of the transparent film, and the reflection coefficient η s of the back surface of the transparent film. Note that the sample coefficient can be determined in advance according to the physical property values of the transparent film and the measurement target surface, or can be determined in advance through experiments, simulations, or the like.

＜ステップＳ３＞ 測定データの取得
光学系ユニット１は、白色光源１０から発生させられる白色光をバンドパスフィルタ１２を介して単色光にして、測定対象物３０および参照面１５に照射する。 <Step S3> Acquisition of Measurement Data The optical system unit 1 irradiates the measurement object 30 and the reference surface 15 with white light generated from the white light source 10 as monochromatic light via the bandpass filter 12.

また、ＣＰＵ２０は、予め所定の測定場所に移動された光学系ユニット１をｚ軸方向に移動を開始させるための変動開始の指示を駆動部２４に与える。駆動部２４は図示しないステッピングモータなどの駆動系を駆動して、光学系ユニット１をｚ軸方向に予め決められた距離だけ移動させる、これにより、参照面１５と測定対象物３０との距離が変動される。なお、この過程が本発明における第２の過程に相当する。   Further, the CPU 20 gives the drive unit 24 a change start instruction for starting movement of the optical system unit 1 that has been moved to a predetermined measurement location in the z-axis direction. The drive unit 24 drives a drive system such as a stepping motor (not shown) to move the optical system unit 1 by a predetermined distance in the z-axis direction, whereby the distance between the reference surface 15 and the measurement object 30 is increased. Fluctuated. This process corresponds to the second process in the present invention.

ＣＰＵ２０は、光学系ユニット１が、例えば単色光の波数λの１／８または半波長の１／Ｎ（Ｎは正の整数）のサンプリング間隔だけ移動するたびに、ＣＣＤカメラ１９で撮像される干渉縞を含む測定対象物３０の画像データを収集してメモリ２１に順次に記憶する。光学系ユニット１が予め決められた距離だけ移動することで、メモリ２１には光学系ユニット１の移動距離およびサンプリング間隔によって決まる複数枚の画像データが記憶される。この過程が本発明における第３の過程に相当する。   The CPU 20 captures an interference imaged by the CCD camera 19 every time the optical system unit 1 moves by, for example, a sampling interval of 1/8 of the wave number λ of monochromatic light or 1 / N of a half wavelength (N is a positive integer). Image data of the measurement object 30 including stripes is collected and stored in the memory 21 sequentially. As the optical system unit 1 moves by a predetermined distance, the memory 21 stores a plurality of pieces of image data determined by the moving distance of the optical system unit 1 and the sampling interval. This process corresponds to the third process in the present invention.

＜ステップＳ４＞ 特定箇所の干渉光許度値群の取得
取得した画像データがモニタ２３に表示されるのをオペレータが観察しながら、測定対象物３０Ａの高さを測定したい複数の特定箇所を入力部２２から入力する。ＣＰＵ２０は、入力された複数の特定箇所を把握して、測定対象物３０を撮像した画像上の前記複数の特定箇所に相当する画素の濃度値、すなわち、特定箇所における干渉光の強度値を複数枚の画像データからそれぞれ取り込む。これにより、各特定箇所における複数個の強度値（干渉光強度値群）が得られる。この過程が本発明の第４の過程に相当する。 <Step S4> Acquisition of Interference Light Allowance Value Group at Specific Location Input a plurality of specific locations where the operator wants to measure the height of the measurement object 30A while observing the acquired image data displayed on the monitor 23 Input from the unit 22. The CPU 20 grasps a plurality of input specific locations, and calculates a plurality of pixel density values corresponding to the plurality of specific locations on the image obtained by imaging the measurement object 30, that is, a plurality of interference light intensity values at the specific locations. Each of the image data is captured. Thereby, a plurality of intensity values (interference light intensity value group) at each specific location are obtained. This process corresponds to the fourth process of the present invention.

＜ステップＳ５＞ 干渉縞の位相の導出
ＣＰＵ２０は、位相シフト法により特定箇所における複数個の強度値を利用して実測により求める干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅を導出する。つまり、位相シフト法により、干渉縞を構成する上記式（３）〜（５）に示す各波形成分の係数ｂd,ｂc,ｂsを導出する。 <Step S5> Derivation of Phase of Interference fringe The CPU 20 calculates the DC component, the amplitude of the sine component, and the amplitude of the cosine component of the interference fringe waveform obtained by actual measurement using a plurality of intensity values at a specific location by the phase shift method. To derive. That is, the coefficients b d , b c , b s of the waveform components shown in the above formulas (3) to (5) constituting the interference fringes are derived by the phase shift method.

具体的には、取得した強度値の個数Ｎを３以上の整数とし、干渉信号輝度ｇ（ｚ）の観測点｛ｚj：ｊ＝０,１,２,・・・,Ｎ−１｝を次式（６）のように仮定する。 Specifically, the number N of acquired intensity values is set to an integer of 3 or more, and the observation points {z j : j = 0,1,2,..., N−1} of the interference signal luminance g (z) are set. Assuming the following equation (6).

ｚj＝（λ／２Ｎ）ｊ （ｊ＝０,１,２,・・・,Ｎ−１） ・・・（６）
この場合、半波長の１／Ｎのサンプリング間隔でＣＣＤカメラ１９が撮像していることを意味する。干渉信号輝度ｇ（ｚ）の観測点｛ｚj：ｊ＝０,１,２,・・・,Ｎ−１｝を上記式（１）のようにおくと、各波形成分の係数ｂd,ｂc,ｂsは、次式（７）〜（９）によって求めることができる。 z j = (λ / 2N) j (j = 0, 1, 2,..., N−1) (6)
In this case, it means that the CCD camera 19 is imaging at a sampling interval of 1 / N of a half wavelength. When the observation points {z j : j = 0,1,2,..., N−1} of the interference signal luminance g (z) are set as in the above equation (1), the coefficients b d , b c and b s can be obtained by the following equations (7) to (9).

ｂd＝（１／Ｎ）Σｇ（ｚj） ・・・ （７）
ｂc＝（１／Ｎ）Σｇ（ｚj）cos(2πj／Ｎ) ・・・ （８）
ｂs＝（１／Ｎ）Σｇ（ｚj）sin(2πj／Ｎ) ・・・ （９）
ここで、Ｎ＝４とした場合、式（８）,（９）は、さらに次式のように簡素化することができる。 b d = (1 / N) Σg (z j ) (7)
b c = (1 / N) Σg (z j ) cos (2πj / N) (8)
b s = (1 / N) Σg (z j ) sin (2πj / N) (9)
Here, when N = 4, the equations (8) and (9) can be further simplified as the following equations.

ｂc＝（ｇ（ｚ0）−ｇ（ｚ2））／２ ・・・ （１０）
ｂs＝（ｇ（ｚ1）−ｇ（ｚ3））／２ ・・・ （１１）
なお、この過程が本発明の第５の過程および第６の過程に相当する。 b c = (g (z 0 ) −g (z 2 )) / 2 (10)
b s = (g (z 1 ) −g (z 3 )) / 2 (11)
This process corresponds to the fifth process and the sixth process of the present invention.

＜ステップＳ６＞ 透明膜の膜厚および表面高さの算出
ＣＰＵ２０は、測定対象物３０の透明膜３１の膜厚情報を予めどの程度知っているによって、透明膜３１の膜厚Ｄおよびその表面高さｚpを次の３通りに分けて算出する。 <Step S6> calculation of the film thickness and the surface height of the transparent film CPU20, depending know how advance the thickness information of the transparent film 31 of the measurement object 30, the thickness D and the surface height of the transparent film 31 The length z p is calculated by dividing it into the following three types.

第１の算出方法として、透明膜３１の膜厚Ｄの情報が未知のものであると仮定した場合である。この場合、ステップＳ１で条件設定の際に求めた干渉縞の物理モデルの波形成分を示す係数ｂd,ｂc,ｂsを求める式（３）〜（５）に、測定対象物３０の実測により求めた強度値から得られる係数ｂd,ｂc,ｂsを求める式（７）〜（９）を代入し、連立方程式を解き、参照光の強度ｇr、透明膜３１の膜厚Ｄおよび表面高さｚpを算出することができる演算式（１２），（１３）を決定する。 As a first calculation method, it is assumed that information on the film thickness D of the transparent film 31 is unknown. In this case, the actual measurement of the measurement object 30 is expressed by the equations (3) to (5) for obtaining the coefficients b d , b c , b s indicating the waveform components of the interference fringe physical model obtained at the time of setting conditions in step S1. Substituting the equations (7) to (9) for obtaining the coefficients b d , b c , b s obtained from the intensity values obtained by the above, solving the simultaneous equations, the intensity g r of the reference light, and the film thickness D of the transparent film 31 and arithmetic expression (12) which can calculate the surface height z p, determines the (13).

Figure 0004183089
Figure 0004183089

Figure 0004183089
ここでは、σは、sin２(nkＤ)の符号で１または−１であり、ｍd、ｍzは非負の整数である。また、θおよびρは、次式（１４），（１５）で表される。
Figure 0004183089
 Here, σ is 1 or −1 in the sign of sin 2 (nkD), and m d and m z are non-negative integers. Θ and ρ are expressed by the following equations (14) and (15).

θ＝（C1g0−C2gr）/（C3g0−C4gr） ・・・ （１４）
ρ=｛C5 (1-θ2)1/2｝/(C6+C7θ) ・・・ （１５）
さらに、ｇ0は測定光の強度であり、参照光ｇr の強度と同様に実測により得られた干渉縞の強度値から決定できる。なお、Ｃ1〜Ｃ7は式を単純化するための変数であって、すべてを次式（１６）〜（２２）のように装置係数と試料係数で表現することができる。 θ = (C 1 g 0 −C 2 g r ) / (C 3 g 0 −C 4 g r ) (14)
ρ = {C 5 (1-θ 2 ) 1/2 } / (C 6 + C 7 θ) (15)
Further, g 0 is the intensity of the measuring light can be determined from the intensity values of the interference fringes obtained by actual measurement similarly to the intensity of the reference light g r. Incidentally, C 1 -C 7 can be expressed by the unit factor and the sample coefficient as a variable to simplify the equation, all of the following equation (16) to (22).

Figure 0004183089
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Figure 0004183089
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上述の式（１２），（１３）を決定して利用することにより、透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜３１の表面高さｚpが未知のものであっても、容易かつ精度よく求めることができる。
Figure 0004183089
 By determining and using the above equations (12) and (13), even if the film thickness D of the transparent film 31 and the surface height z p of the transparent film 31 are unknown, they are obtained easily and accurately. be able to.

次に、第２の算出方法として、透明膜３１の膜厚Ｄが、(λ/4ｎ)(I-1)≦Ｄ≦(λ/4ｎ)I の範囲（ただし、Ｉは正の整数であって、Ｉ番目の区間を示す）に限定することができ、また、測定対象物３０の表面高さｚpの変化する範囲が［-λ/4, λ/4］となることが予め分かっている場合である。 Next, as a second calculation method, the film thickness D of the transparent film 31 is in the range of (λ / 4n) (I-1) ≦ D ≦ (λ / 4n) I (where I is a positive integer). And the range in which the surface height z p of the measuring object 30 changes is [−λ / 4, λ / 4]. This is the case.

この場合、上記式（１２），（１３）は次式（２３）、（２４）に示すように単純化して求められる。   In this case, the above equations (12) and (13) are obtained by simplifying as shown in the following equations (23) and (24).

Ｄ＝(1/2nk)[(-1)(I-1)arccosθ+2〈I/2〉π] ・・・ （２３）
ｚp＝(1/2k)[arctan[(bs+(-1)(I-1)bcρ)/(bc-(-1)(I-1)bsρ)]]・・・（２４）
ここで〈I/2〉は、I/2 を超えない最大の整数である。 D = (1 / 2nk) [(-1) (I-1) arccos θ + 2 <I / 2> π] (23)
z p = (1 / 2k) [arctan [(b s + (-1) (I-1) b c ρ) / (b c -(-1) (I-1) b s ρ)]]・ (24)
Here, <I / 2> is a maximum integer not exceeding I / 2.

すなわち、当該第２算出方法では、透明膜３１の膜厚Ｄの範囲が(λ/4ｎ)(I-1)≦Ｄ≦(λ/4ｎ)I であると予め決まっている場合に、上記式（２５），（２６）を利用することによって、透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜３１の表面高さｚpを、容易かつ精度よく求めることができる。 That is, in the second calculation method, when the range of the film thickness D of the transparent film 31 is determined in advance as (λ / 4n) (I−1) ≦ D ≦ (λ / 4n) I, the above formula is used. (25), by utilizing (26), the surface height z p of the thickness D and the transparent film 31 of the transparent film 31 can be obtained easily and highly accurately.

さらに、第３の算出方法として、膜厚Ｄが０．１μｍ以下であることが分かっている場合である。この場合は、Ｉ＝１となり、上記式（１２），（１３）が次式（２５），（２６）に示すように簡素化される。   Furthermore, as a third calculation method, it is known that the film thickness D is 0.1 μm or less. In this case, I = 1, and the above equations (12) and (13) are simplified as shown in the following equations (25) and (26).

Ｄ＝(1/2nk)arccosθ ・・・ （２５）
ｚp＝(1/2nk)arctan[(bs+bcρ)/ (bc- bsρ)] ・・・ （２６）
すなわち、透明膜３１の膜厚が０．１μｍ以下の場合、上述の式（２５），（２６）を利用することによって、透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜３１の表面高さｚpを、容易かつ精度よく求めることができる。 D = (1 / 2nk) arccosθ (25)
z p = (1 / 2nk) arctan [(b s + b c ρ) / (b c -b s ρ)] (26)
That is, when the film thickness of the transparent film 31 is 0.1 μm or less, the film thickness D of the transparent film 31 and the surface height z p of the transparent film 31 are obtained by using the above formulas (25) and (26). Can be obtained easily and accurately.

なお、上述の第１から第３の算出方法の判断は、透明膜の膜厚条件が予め分かっている場合は、オペレータが入力部２２を操作して条件設定してもいし、装置自体が自ら判断するようにしてもよい。   In addition, when the film thickness condition of the transparent film is known in advance, the operator can set the condition by operating the input unit 22 or the apparatus itself can determine the judgment of the first to third calculation methods. You may make it judge.

また、第１から第３の算出方法では、透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜３１の表面高さｚpを求めているが、当該両値を利用することにより、透明膜の裏面３０Ａの高さも容易かつ精度よく求めることができる。すなわち、透明膜３１の表面高さｚpから膜厚Ｄを減算することで透明膜の裏面３０Ａの高さが求められる。この過程が本発明に第６の過程に相当する。 In the first to third calculation methods, the film thickness D of the transparent film 31 and the surface height z p of the transparent film 31 are obtained. By using both values, the back surface 30A of the transparent film 31 is obtained. The height can be obtained easily and accurately. That is, the height of the back surface 30A of the transparent film is obtained by subtracting the film thickness D from the surface height z p of the transparent film 31. This process corresponds to the sixth process of the present invention.

＜ステップＳ７＞ 全特定箇所が終了？
ＣＰＵ２０は、全ての特定箇所が終了するまで、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返し行い、全ての特定箇所の膜厚Ｄおよび表面高さｚpを求める。 <Step S7> Are all specific locations finished?
CPU20 until all of the specific portion is completed, repeats the processes of steps S3 to S6, obtains the thickness D and the surface height z p of all of the specific location.

＜ステップＳ８＞ 表示
ＣＰＵ２０は、モニタ２３に特定箇所の透明膜３１の表面高さ、膜厚、測定対象物３０の表面高さの情報を表示したり、それら各特定箇所の高さの情報に基づいた３次元または２次元の画像を表示したりする。オペレータは、これらの表示を観察することで、透明膜３１の表面３１Ａ、および透明膜の裏面３０Ａの凹凸形状を把握することができる。 <Step S <b>8> Display The CPU 20 displays information on the surface height and thickness of the transparent film 31 at the specific location on the monitor 23, and information on the height of the surface of the measurement object 30. Based on a 3D or 2D image. The operator can grasp the uneven shape of the front surface 31A of the transparent film 31 and the back surface 30A of the transparent film by observing these displays.

本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be modified as follows.

（１）記実施例では、１波長の単色光を利用して透明膜３１で覆われた測定対象物３０の透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜３１の表面高さｚpとを同時に測定していたが、この場合、演算式（１２），（１３）を用いると、σの符号と、整数ｍd、ｍzに応じて、複数の解候補値群が得られる。この解候補値群から正しい解を絞り込むために、波長の異なる複数種類の単色光を用いて膜厚Ｄと表面高さｚpを同時に求めるようにしてもよい。 (1) In the embodiment, the film thickness D of the transparent film 31 and the surface height z p of the transparent film 31 of the measurement object 30 covered with the transparent film 31 are simultaneously measured using monochromatic light of one wavelength. However, in this case, when the arithmetic expressions (12) and (13) are used, a plurality of solution candidate value groups are obtained according to the sign of σ and the integers m d and m z . This in order to narrow down the correct solution from the solution candidate value group, may be simultaneously determine the thickness D and the surface height z p by using a plurality of types of monochromatic light of different wavelengths.

例えば、波長の異なる２種類の単色光を使用し、測定開始時の測定開始点が互いに一致する場合、透明膜の膜厚および表面高さは解候補値群から互いに一致する解を容易に絞り込むことができ、ひいては透明膜の膜厚および表面高さの正しい解を決定することができる。また、測定開始時の測定開始点が互いに一致しない場合は、透明膜の膜厚自体は変化しないので、透明膜の膜厚を一致させれば解候補値群から透明膜の表面高さを容易に求めることができる。   For example, when two types of monochromatic light having different wavelengths are used and the measurement start points at the start of measurement coincide with each other, the film thickness and surface height of the transparent film are easily narrowed down from solutions candidate value groups. And thus the correct solution for the film thickness and surface height of the transparent film can be determined. Also, if the measurement start points at the start of measurement do not match each other, the film thickness of the transparent film itself does not change, so if the film thickness of the transparent film is matched, the surface height of the transparent film can be easily set from the solution candidate value group Can be requested.

さらに、波長の異なる３種類以上の単色光を使用すると、測定開始時の測定開始点が互いに一致しない場合においても、波長の異なる２種類の単色光を使用する場合より、より広い範囲の透明膜の膜厚および表面高さの解候補値群から解を決定することができる。   Furthermore, when three or more types of monochromatic light having different wavelengths are used, even when the measurement start points at the start of measurement do not coincide with each other, a wider range of transparent film than in the case of using two types of monochromatic light having different wavelengths is used. The solution can be determined from the solution candidate value group of the film thickness and the surface height.

（２）上記実施例では、撮像手段であるＣＣＤカメラ１９の波長特性によって制限される波長帯域を特定波長帯域として、その特定波長帯域を予め把握しておき、その帯域制限された波長帯域を本発明における特定波長帯域とすることもできる。   (2) In the above embodiment, the wavelength band limited by the wavelength characteristic of the CCD camera 19 as the imaging means is set as the specific wavelength band, the specific wavelength band is grasped in advance, and the band limited wavelength band is It can also be a specific wavelength band in the invention.

（３）上記実施例では、撮像手段としてＣＣＤカメラ１９を用いたが、例えば、特定箇所の干渉縞の強度値のみを撮像（検出）することに鑑みれば、一列または平面状に構成された受光素子などによって撮像手段を構成することもできる。   (3) In the above embodiment, the CCD camera 19 is used as the imaging means. However, in view of imaging (detecting) only the intensity value of the interference fringe at a specific location, for example, the light reception configured in a line or in a planar shape. The imaging means can also be configured by an element or the like.

（４）上記実施例では、１種類の単色光を利用していたが、波長の異なる複数種類に単色光を使用する場合は、特定波長帯域の単色光だけを透過させる複数種類のバンドパスフィルタを適時に切り換えて使うようにしてもよい。また、異なる波長のレーザーを出力するレーザーユニットを使用してもよい。   (4) In the above embodiment, one type of monochromatic light is used. However, when monochromatic light is used for a plurality of types having different wavelengths, a plurality of types of bandpass filters that transmit only monochromatic light in a specific wavelength band. May be used by switching at an appropriate time. Moreover, you may use the laser unit which outputs the laser of a different wavelength.

本実施例に係る表面形状測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the surface shape measuring apparatus which concerns on a present Example. 表面形状測定装置における処理を示すフローチャートある。It is a flowchart which shows the process in a surface shape measuring apparatus. 従来例に係る表面形状測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the surface shape measuring apparatus which concerns on a prior art example. 従来例の干渉縞の強度値のピーク位置を求めるまでの模式図である。It is a schematic diagram until it calculates | requires the peak position of the intensity value of the interference fringe of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１ … 光学系ユニット
２ … 制御系ユニット
１０ … 白色光源
１１ … コリメートレンズ
１３ … ハーフミラー
１４ … 対物レンズ
１５ … 参照面
１６ … ミラー
１７ … ビームスプリッタ
１８ … 結像レンズ
１９ … ＣＣＤカメラ
２０ … ＣＰＵ
２１ … メモリ
２２ … 入力部
２３ … モニタ
２４ … 駆動部
３０ … 測定対象物
３０Ａ… 測定対象面（透明膜裏面）
３１ … 透明膜
３１Ａ… 透明膜表面
Ｄ … 膜厚（透明膜）

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical system unit 2 ... Control system unit 10 ... White light source 11 ... Collimating lens 13 ... Half mirror 14 ... Objective lens 15 ... Reference surface 16 ... Mirror 17 ... Beam splitter 18 ... Imaging lens 19 ... CCD camera 20 ... CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Memory 22 ... Input part 23 ... Monitor 24 ... Drive part 30 ... Measurement object 30A ... Measurement object surface (transparent film back surface)
31 ... Transparent film 31A ... Transparent film surface D ... Film thickness (transparent film)

Claims (8)

単色光源からの単色光を分岐手段を介して透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに照射しながら、前記測定対象面と参照面との距離を変動させることにより、測定対象面と参照面の両方から反射して同一光路を戻る反射光による干渉縞の変化を生じさせ、このときの干渉縞の強度値に基づいて測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか一つを求める前記測定対象面の表面形状および／または膜厚測定方法において、
装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた前記測定対象の干渉縞の物理モデルに基づいて、透明膜の膜厚および表面高さを求める計算アルゴリズムを予め求める第１の過程と、
測定対象物を利用して、分岐手段を介して分岐された前記特定波長帯域の単色光が照射された前記測定対象面と参照面との距離を変動させる第２の過程と、
前記測定対象面と参照面との距離を変動させる過程で、測定対象面の画像を所定間隔で連続して取得する第３の過程と、
所定間隔で連続して取得した前記複数枚の画像の各画素における干渉縞の強度値を求める第４の過程と、
前記各画素における複数個の強度値を利用して干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅を求める第５の過程と、
前記第５の過程で求めた干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅と、第１の過程で求めた干渉縞の物理モデルから得られる計算アルゴリズムを利用して測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか一つを求める第６の過程と、
を備えたことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 By varying the distance between the measurement target surface and the reference surface while irradiating the measurement target surface covered with the transparent film and the reference surface with a monochromatic light from the monochromatic light source through the branching means, The interference fringe changes due to the reflected light reflected from both of the reference surfaces and returning on the same optical path. Based on the intensity value of the interference fringes at this time, the surface height of the transparent film at a specific location on the measurement target surface, the transparent film In the surface shape and / or film thickness measurement method of the measurement target surface for obtaining at least one of the back surface height and the film thickness of the transparent film,
A first step of obtaining in advance a calculation algorithm for determining the film thickness and surface height of the transparent film based on the physical model of the interference fringes of the measurement object reflecting the parameters of the apparatus and the parameter of the sample that is the measurement object; ,
A second step of changing the distance between the measurement target surface and the reference surface irradiated with the monochromatic light of the specific wavelength band branched through the branching means using the measurement target;
A third process of continuously acquiring images of the measurement target surface at predetermined intervals in the process of changing the distance between the measurement target surface and the reference surface;
A fourth step of obtaining an interference fringe intensity value in each pixel of the plurality of images obtained continuously at a predetermined interval;
A fifth step of obtaining a DC component, an amplitude of a sine component, and an amplitude of a cosine component of the interference fringe waveform using a plurality of intensity values in each pixel;
The measurement target using the DC algorithm, the amplitude of the sine component, the amplitude of the cosine component obtained in the fifth process, and the calculation algorithm obtained from the physical model of the interference pattern obtained in the first process A sixth process for determining at least one of the surface height of the transparent film at a specific portion of the surface, the height of the back surface of the transparent film, and the film thickness of the transparent film;
A surface shape and / or film thickness measuring method comprising: 請求項１に記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、
前記測定対象物のパラメータは、透明膜の反射係数、当該透明膜の透過係数、および測定対象面の反射係数であり、
装置のパラメータは、分岐手段における単色光の反射係数と透過係数、および参照面の反射係数である
ことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 In the surface shape and / or film thickness measuring method according to claim 1,
The parameter of the measurement object is a reflection coefficient of the transparent film, a transmission coefficient of the transparent film, and a reflection coefficient of the measurement object surface,
The apparatus parameters include a reflection coefficient and a transmission coefficient of monochromatic light in the branching unit, and a reflection coefficient of the reference surface. 請求項１または請求項２に記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、
前記第２の過程で取得する画像の間隔は、照射する単色光の波長の１／８または半波長の１／Ｎ（Ｎは正の整数）である
ことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 In the surface shape and / or film thickness measuring method according to claim 1 or 2,
The interval between images acquired in the second step is 1/8 of the wavelength of monochromatic light to be irradiated or 1 / N of a half wavelength (N is a positive integer). Surface shape and / or film Thickness measurement method. 請求項１ないし請求項３のずれかに記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、
波長の異なる２種類以上の単色光を用いて、それぞれの単色光について第１の過程から第６の過程の処理を行い、さらに以下の過程を含む、
前記単色光ごとに求めた透明膜の膜厚および表面高さの解候補値群から互いに一致する解を絞り込む第７の過程と
を備えたことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 In the surface shape and / or film thickness measurement method according to any one of claims 1 to 3,
Using two or more types of monochromatic light having different wavelengths, the first to sixth processes are performed for each monochromatic light, and the following processes are further included.
A surface shape and / or film thickness measurement method comprising: a seventh step of narrowing down solutions that match each other from a solution candidate value group of the film thickness and surface height of the transparent film determined for each monochromatic light . 透明膜で覆われた測定対象物の測定対象面と、参照面に分岐手段を介して照射する単色光を発生させる光源と、前記測定対象物と参照面との距離を変動させる変動手段と、前記単色光が照射された測定対象物と参照面との距離の変動に伴って測定対象面と参照面とから反射して同一光路を戻る反射光によって干渉縞の変化を生じさせるとともに、前記測定対象面を撮像する撮像手段と、前記撮像された測定対象面上の複数の箇所における干渉縞の強度値を取り込むサンプリング手段と、前記サンプリング手段によって取り込まれた特定箇所ごとの複数個の強度値である各干渉縞強度値群を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各干渉縞強度値群に基づいて特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚のいずれか１つを求める演算手段とを備えた表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記サンプリング手段は、前記変動手段による前記測定対象面と参照面との距離の変動に伴って測定対象面と参照面とから反射してくる同一光路を戻る反射光によって生じた干渉縞の変化に応じた特定箇所の干渉光の強度値を、順次に取り込み、
前記記憶手段は、取り込まれた前記複数個の強度値である干渉縞強度値群、および装置のパラメータおよび測定対象物である試料のパラメータを反映させた測定対象の干渉縞の物理モデルに基づいて、透明膜の膜厚および表面高さを求める計算アルゴリズムを予め記憶し、
前記演算手段は、測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか１つを以下の処理にしたがって求める、
（１）前記記憶手段に記憶された各画素における干渉縞強度値群を利用して複数枚の画像の各画素における干渉縞の強度値を求め、
（２）前記各画素における複数個の強度値を利用して干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅を求め、
（３）前記求めた干渉縞波形の直流成分、正弦成分の振幅、および余弦成分の振幅と、前記記憶手段に記憶された干渉縞の物理モデルから得られる計算アルゴリズムを利用し、測定対象面の特定箇所の透明膜の表面高さ、透明膜の裏面高さ、および透明膜の膜厚の少なくともいずれか一つを求める
ことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定装置。 A measurement target surface of a measurement target covered with a transparent film, a light source that generates monochromatic light that irradiates the reference surface via a branching unit, and a variation unit that varies the distance between the measurement target and the reference surface; As the distance between the measurement object irradiated with the monochromatic light and the reference surface varies, interference fringes are changed by reflected light that is reflected from the measurement object surface and the reference surface and returns on the same optical path, and the measurement is performed. An imaging unit that images the target surface, a sampling unit that captures intensity values of interference fringes at a plurality of locations on the captured measurement target surface, and a plurality of intensity values for each specific location captured by the sampling unit Storage means for storing each interference fringe intensity value group, and the surface height of the transparent film, the back surface height of the transparent film, and the transparent film based on each interference fringe intensity value group stored in the storage means The film thickness In the surface shape and / or thickness measuring device and a computing means for Re or one of seek,
The sampling means is adapted to change interference fringes caused by reflected light returning from the same optical path reflected from the measurement target surface and the reference surface as the distance between the measurement target surface and the reference surface is changed by the changing means. The intensity value of the interference light at a specific location according to the order is captured sequentially,
The storage means is based on a captured interference fringe intensity value group that is a plurality of intensity values, and a physical model of the interference fringe of the measurement target that reflects the parameters of the apparatus and the parameters of the sample that is the measurement target. , Pre-store the calculation algorithm to determine the film thickness and surface height of the transparent film,
The calculation means obtains at least one of the surface height of the transparent film at the specific location on the measurement target surface, the back surface height of the transparent film, and the film thickness of the transparent film according to the following process.
(1) Using the interference fringe intensity value group in each pixel stored in the storage means, obtain the interference fringe intensity value in each pixel of a plurality of images,
(2) Using a plurality of intensity values in each pixel, obtain a DC component, an amplitude of a sine component, and an amplitude of a cosine component of the interference fringe waveform;
(3) Using the calculation algorithm obtained from the DC component, the amplitude of the sine component, the amplitude of the cosine component of the obtained interference fringe waveform, and the physical model of the interference fringe stored in the storage means, A surface shape and / or film thickness measuring device characterized by determining at least one of a surface height of a transparent film at a specific location, a back surface height of the transparent film, and a film thickness of the transparent film. 請求項５に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記光源は、前記複数種類の波長に切り換える切換手段を含む
ことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定装置。 In the surface shape and / or film thickness measuring device according to claim 5,
The surface shape and / or film thickness measuring apparatus, wherein the light source includes switching means for switching to the plurality of types of wavelengths. 請求項５または請求項６に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記波長帯域制限手段は、前記白色光源から前記撮像手段までの光路に取り付けられる、特定波長帯域の単色光だけを通過させるバンドパスフィルタである
ことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定装置。 In the surface shape and / or film thickness measuring device according to claim 5 or 6,
The surface band and / or film thickness measuring device, wherein the wavelength band limiting unit is a band-pass filter that is attached to an optical path from the white light source to the imaging unit and allows only monochromatic light in a specific wavelength band to pass through. . 請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記測定対象物のパラメータは、透明膜の反射係数、当該透明膜の透過係数、および測定対象面の反射係数であり、
装置のパラメータは、分岐手段における単色光の反射係数と透過係数、および参照面の反射係数である
ことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定装置。
In the surface shape and / or film thickness measuring device according to any one of claims 5 to 7,
The parameter of the measurement object is a reflection coefficient of the transparent film, a transmission coefficient of the transparent film, and a reflection coefficient of the measurement object surface,
The apparatus parameters are the reflection coefficient and transmission coefficient of monochromatic light in the branching means, and the reflection coefficient of the reference surface.
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