JP4192038B2 - 表面形状および／または膜厚測定方法及びその装置 - Google Patents
表面形状および／または膜厚測定方法及びその装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明膜で覆われた測定対象面の凹凸形状および厚みを測定する表面形状および／または膜厚測定方法およびその装置に係り、特に、白色光を用いて非接触で測定対象表面形状および／または膜厚を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の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。
【０００３】
すなわち、白色光源からの白色光を測定対象物の測定対象面と参照面とに照射しながら、測定対象面の距離を変動させることにより測定対象面と参照面とを反射する反射光の光路差を生じさせて、このときの干渉光の強度値を所定間隔でサンプリングする。このサンプリングにより得られ強度値群に基づいて干渉縞波形ピークの特性値群を求め、この特性値をローパスフィルタにより平滑化処理して求まる包絡線からそれぞれのピーク位置情報を求める。この求まったピーク位置情報から測定対象物の表面高さを求める。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
米国特許公報ＵＳＰ５，１３３,６０１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来例の場合には、測定対象物の表面高さなどを精度よく求めることができないといった問題がある。
【０００６】
すなわち、物体の表面が透明膜で覆われている場合、白色光は、透明膜の表面と、透明膜を透過して透明膜の裏面と接合している測定対象物の表面とで反射する２つの反射光が発生する。この反射光が重畳した状態で取得した複数枚の画像における所定画素の強度値を強度波形で表すと、表面が透明膜で覆われていない物体を測定したときのように、単純な単峰性ピークとならず、透明膜の表面と測定対象物の表面に対応した２個のピークが発生する。
【０００７】
例えば、透明膜が薄い場合には、透明膜の表面と測定対象物の表面からの反射光の波形が略重畳した状態となり、それぞれのピークが波形上に重なった状態で現れる。このような場合には、従来の１個のピークの位置情報を求める方法では、単純にローパスフィルタにより２個のピークを１個のピークとしてみなして平滑化処理をしてピーク位置情報を求めることになる。
【０００８】
したがって、測定対象物の正確な表面高さのピーク位置情報を得ることもできないし、透明膜の下にある測定対象物の表面高さのピーク位置情報をも正確に得ることができないといった問題がある。
【０００９】
また、これらピーク位置情報を正確に求めて測定対象物の表面高さおよび透明膜の表面高さを求めた後でなければ、透明膜の膜厚を正確に求めることができないといった問題もある。
【００１０】
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、測定対象物の表面高さ、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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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。
すなわち、請求項１に記載の発明は、白色光源からの白色光を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、このときの干渉光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、測定対象面の表面高さ、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、
前記特定周波数帯域の白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１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２の過程と、
前記所定間隔で連続して取得した複数枚の画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求める第３の過程と、
前記求めた強度値群の変化の平均値を求める第４の過程と、
測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の相関関係による式
、ここでＣ ( Ｄ ) は強度値の平均値、 k u は照射される光の波数の上限値、 k 1 は照射される光の波数の下限値、Ｒ、Ｓは装置と測定対象の物性により決まるパラメータ、αは空気の屈折率、および、ｋは角波数、ｎ ｓ は膜屈折率、Ｄは透明膜の膜厚に基づいて前記第４の過程で実測により求めた強度値の平均値から透明膜の膜厚を求める第５の過程と、
前記求めた強度値群から直流成分を除去して交流成分のみを求め、当該交流成分を２乗してプラス側に強調した特性値群を取得する第６の過程と、
前記特性値群から包絡線となる特性関数を求め、この特性関数に基づいて前記測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求める第７の過程と、
前記求めたピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さを求める第８の過程と、
前記第５の過程で求めた透明膜の膜厚と、前記第８の過程で求めた測定対象面の表面高さとから透明膜の表面高さを求める第９の過程と
を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
（作用・効果） 請求項１に記載の発明によれば、白色光源から発生した白色光を測定対象面と参照面とに照射する。透明膜の表面および表面側と接合している物体の表面である測定対象面と参照面とでそれぞれ反射した白色光の光路差に応じて干渉した干渉縞が発生する。ここで、測定対象面と参照面との距離を変動させることにより、それぞれの光路差を変化させて干渉縞を変化させながら所定間隔で連続して複数枚の測定対象面の画像を取得し、画像ごとの各画素における干渉光の強度値群の変化を求める。この強度値群の変化から平均値を求める。次に、測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の相関関係に基づいて、実測によって求まった強度値群の平均値から透明膜の膜厚を求める。また、同時に取得した強度値群から包絡線に相当する特性値群を取得し、この特性値群の示す波形データから特性関数を求める。この特性関数からは、測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報が求められ、このピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さが求められる。求まった測定対象面の表面高さと実測により求めた透明膜の膜厚を利用する。つまり、それぞれの値を加算することによって透明膜の表面高さが求められる。すなわち、干渉光の強度値群の平均値を利用することにより、正確に透明膜の膜厚を求めることができ、この透明膜の膜厚を利用することによって、透明膜の表面高さもより正確にもとめることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、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、前記第９の過程で求める透明膜の表面高さ（ｈ）は、透明膜の膜厚（Ｄ）と透明膜の屈折率（ｎ）の関係から予め求めた透明膜の膜厚の補正量を含む膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）を前記第８の過程で求めた測定対象面の表面高さ（ｈａ）に加算して求めた値であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、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、前記透明膜の補正量を含む透明膜の膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）は、ｆ（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係式で表されることを特徴とするものである。
【００１５】
（作用・効果）請求項２および請求項３に記載の発明によれば、透明膜の表面高さ（ｈ）は、透明膜の膜厚（Ｄ）と透明膜の屈折率（ｎ）とから求まる透明膜の膜厚の補正量を含む透明膜の膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）が測定対象面の表面高さ（ｈ）に加算される（請求項２）。このときの補正量を含む透明膜の膜厚f（ｎ，Ｄ）は、f（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係式で表すことができる（請求項３）。したがって、透明膜の表面高さをより一層に精度よく求めることができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のい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、前記第７の過程で求める特性関数は、包絡線または２乗包絡線であることを特徴とするものである。
【００１７】
（作用・効果）請求項４に記載の発明によれば、特性関数として、包絡線または２乗包絡線が利用される。したがって、干渉縞波形のノイズ成分を除去した状態でピーク位置情報を求めることができる。したがって、測定対象面の表面高さを精度よく求めることができ、ひいては、透明膜の表面高さも精度よく求めることができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のい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、前記特性関数は、帯域通過型標本化定理に基づいて求めることを特徴とするものである。
【００１９】
（作用・効果）請求項５に記載の発明によれば、帯域通過型標本化定理を利用することによって、サブナイキストのサンプリング間隔で取得された特性値群から特性関数を容易に復元することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２ないし請求項５のい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、前記透明膜の膜厚の補正量を規定するためのパラメータとして、反射率が既知の測定対象物の試料を用いて装置パラメータを予め求めておくことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２ないし請求項６のい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、前記透明膜の膜厚の補正量を規定するためのパラメータとして、膜厚が既知の測定対象物の試料を用いて装置パラメータを予め求めておくことを特徴とするものである。
【００２２】
（作用・効果）請求項６および請求項７に記載の発明によれば、測定対象物の表面が透明膜で覆われているので、その透明膜の膜厚の補正量を規定するのに反射率が既知の透明膜および測定対象物のそれぞれの試料を用いて（請求項６）、または膜厚が既知の透明膜の試料を用いて（請求項７）装置パラメータを予め求めておくことにより、透明膜の膜厚、測定対象面の高さ、および透明膜の表面高さをより一層精度よく求めることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、前記第１の過程の前に、さらに前記白色光源からの白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限する過程を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、異なる複数の特定周波数帯域を用いること特徴とするものである。
【００２５】
（作用・効果）請求項８および請求項９に記載の発明によれば、白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限することにより、測定対象面からの反射光をより精度よく検出することができる。なお、異なる複数の特定周波数帯域を用いることが好ましい（請求項９）。すなわち、強度値の平均値から透明膜の膜厚を求める第５の過程において、一般には、複数の膜厚の候補値が存在する。対象の膜厚値が十分に狭い範囲内に存在することが既知の場合には、一義的に透明膜の膜厚を特定できるが、それが不可能な場合には、複数の特定周波数帯域を用いて透明膜の膜厚の候補を求め、全ての帯域に共通する膜厚の候補を選択することで、精度よく透明膜の膜厚を特定することができる。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明は、透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに照射する白色光を発生させる白色光源と、前記測定対象面と参照面との距離を変動させる変動手段と、前記白色光が照射された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特定箇所における干渉光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光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光強度値群に基づいて特定箇所の透明膜の表面高さ、測定対象面の表面高さ、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、
前記白色光源から発生した白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限する周波数帯域制限手段を備え、
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、前記特定周波数帯域の帯域幅に応じたサンプリング間隔で順次取込み、
前記記憶手段は、前記サンプリング間隔で取り込まれた複数個の強度値である干渉光強度値群を記憶し、
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、測定対象面の表面高さ、および／または透明膜の膜厚の少なくともいずれか一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光から干渉光強度値群の変化を求め、
（２）前記求めた干渉光の強度値群の変化の平均値を求め、
（３）測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の相関関係による式
、ここでＣ ( Ｄ ) は強度値の平均値、 k u は照射される光の波数の上限値、 k 1 は照射される光の波数の下限値、Ｒ、Ｓは装置と測定対象の物性により決まるパラメータ、αは空気の屈折率、および、ｋは角波数、ｎ ｓ は膜屈折率、Ｄは透明膜の膜厚基づいて実測により求めた強度値の平均値から透明膜の膜厚を求め、
（４）前記強度値群から直流成分を除去して交流成分のみを求め、当該交流成分を２乗してプラス側に強調した特性値群を求め、当該特性値から包絡線となる特性関数を求め
（５）前記特性関数に基づいて測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求め、
（６）前記求めたピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さを求め、
（７）前記求めた透明膜の膜厚と、測定対象面の表面高さから透明膜の表面高さを求めることを特徴とするものである。
【００２７】
（作用・効果）白色光源は、透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに白色光を照射する。変動手段は、測定対象面と参照面との距離とを変動させる。撮像手段は、白色光が照射された測定対象面と参照面との相対的距離の変動に伴って発生する干渉縞の変化とともに前記測定対象面を撮像する。サンプリング手段は、撮像された測定対象面上の複数の特定箇所における干渉光の強度値を取り込む。記憶手段は、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光強度値群を記憶する。演算手段は、記憶手段に記憶された各画素における実測による干渉光強度値群から干渉光の強度値の変化を求め、この強度値群の平均値を求める。次に、測定対象物と同じ対象物から予め求めた干渉光の強度値群の平均値と透明膜の膜厚の相関関係に基づいて実測により求めた強度値群の平均値から透明膜の膜厚を求める。同時に、強度値群から包絡線に相当する特性値群を求めて特性関数を作成し、この特定関数に基づいて測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求める。ピーク位置情報に基づいて測定対象面の表面高さが求められる。これら求めた透明膜の膜厚と測定対象面の表面高さとを利用する。つまり、それぞれの値を加算することによって、透明膜の表面高さを求めることができる。すなわち、請求項１に記載の方法を好適に実現することができる。
【００２８】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記演算手段は、さらに透明膜の膜厚と透明膜の屈折率とに基づいて透明膜の表面高さを補正演算処理することを特徴とするものである。
【００２９】
（作用・効果）請求項１１に記載の発明によれば、演算処理手段で、さらに透明膜の膜厚と透明膜の屈折率に基づいて透明膜の表面高さを補正演算することにより、透明膜の表面高さをより精度よく求めることができる。すなわち、請求項２および請求項３に記載の方法を好適に実現することができる。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記周波数帯域制限手段は、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、特定周波数帯域の白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ものである。
【００３１】
（作用・効果）請求項１２に記載の発明によれば、白色光源から撮像手段までの光路に取り付けられたバンドパスフィルタは、特定周波数帯域の白色光のみを通過させる。これにより、撮像手段では、特定周波数帯域の白色光による干渉縞および測定対象面が撮像される。したがって、装置構成を簡素化することができるとともに、任意の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを利用することによって、特定周波数帯域を任意の周波数帯域にすることもできる。
【００３２】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記周波数帯域制限手段は、前記白色光源から発せられた白色光の周波数帯域を特定周波数帯域にまで狭める、前記白色光源から前記撮像手段までの光学系であることを特徴とするものである。
【００３３】
（作用・効果）請求項１３に記載の発明によれば、白色光源から撮像手段までの光学系は、白色光源から発生した白色光が撮像手段に届くまでの間に、その白色光の周波数帯域を特定周波数帯域にまで狭める。これにより、撮像手段では、特定周波数帯域の白色光による干渉縞および測定対象面が撮像される。したがって、装置構成をより簡素化することができる。
【００３４】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記周波数帯域制限手段は、特定周波数帯域の白色光を感知する前記撮像手段の周波数感度であることを特徴とするものである。
【００３５】
（作用・効果）請求項１４に記載の発明によれば、撮像手段は、その周波数特性によって、特定周波数帯域の白色光による干渉縞および測定対象面を撮像する。したがって、装置構成をより簡素化することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について具体的に説明をする。
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。
【００３７】
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、特定周波数帯域の白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。
【００３８】
光学系ユニット１は、測定対象面３０Ａ、３１Ａおよび参照面１５に照射する白色光を発生させる白色光源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、特定周波数帯域の白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を通過してきた白色光を測定対象物３０の方向に反射する一方、測定対象物３０の方向からの白色光を通過させるハーフミラー１３と、ハーフミラー１３で反射されてきた白色光を集光する対物レンズ１４と、対物レンズ１４を通過してきた白色光を、参照面１５へ反射させる参照光と、測定対象面３０Ａ、３１Ａ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白色光を結像する結像レンズ１８と、干渉縞とともに測定対象面３０Ａを撮像するＣＣＤカメラ１９とを備えて構成されている。
【００３９】
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、コリメートレンズ１１によって平行光とされ、バンドパスフィルタ１２に入射する。
【００４０】
バンドパスフィルタ１２は、特定周波数帯域の白色光だけを通過させるためのフィルタであり、白色光源１０からＣＣＤカメラ１９までの光路に取り付けられる。好ましくは、白色光源１０からの白色光が参照面１５への参照光と測定対象面３０Ａの測定光に分かれる位置までの間の光路に取り付けられる。この実施例では、例えばコリメートレンズ１１と、ハーフミラー１３との間の光路に取り付けられている。バンドパスフィルタ１２としては、例えば中心波長が６００ｎｍの帯域通過型光学干渉フィルタなどを利用する。このバンドパスフィルタ１２を通過した白色光は、その周波数帯域が狭められ、特定周波数帯域の白色光だけがバンドパスフィルタ１２を通過する。
【００４１】
ハーフミラー１３は、バンドパスフィルタ１２を通過してきた特定周波数帯域の白色光を測定対象物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白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白色光は、対物レンズ１４に入射する。
【００４２】
対物レンズ１４は、入射してきた白色光を焦点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白色光は、参照面１５を通過し、ビームスプリッタ１７に到達する。
【００４３】
ビームスプリッタ１７は、対物レンズ１４で集光される白色光を、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と、測定対象面３０Ａ、３１Ａ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とともに、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に達した白色光は、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３１膜の表面、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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，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。
【００４６】
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、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白色光は、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。
【００４７】
ＣＣＤカメラ１９は、干渉縞が生じた状態の白色光とともに、測定光によって映し出される測定対象面３０Ａ，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、３１Ａの画像が撮像され、その画像データが制御系ユニット２によって収集される。ＣＣＤカメラ１９は、本発明における撮像手段に相当する。
【００４８】
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。
【００４９】
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３０Ａの画像データに基づいて、測定対象物３０の特定箇所の透明膜３１の表面高さ、測定対象物３０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、測定対象面３０Ａ、３１Ａの表面高さ、透明膜３１の膜厚Ｄ、および測定対象面の凹凸形状などを数値や画像として表示される。
【００５０】
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。
【００５１】
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のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。
【００５２】
[第１実施例]
本実施例では、中心周波数が６００ｎｍのバンドパスフィルタ１２を挿入し、測定対象物３０であるＳｉ基板の表面に透明膜３１として約０．４５μｍの酸化膜（ＳｉＯ2）を形成したものを用いて測定した場合を例に採って説明する。なお、図７は、バンドパスフィルタ１２を通過した白色光の波長スペクトルの分布を示した図である。
【００５３】
＜ステップＳ１＞ 条件設定
光学系ユニットをｚ軸方向に移動させるための走査速度や走査レンジなどの種々の条件設定や、測定対象と同じ対象物の試料を用いて干渉光の強度値の平均値と透明膜３１の膜厚の相関関係を予め求め、その関係式等を入力設定する。
【００５４】
本実施例の場合、種々の条件として、例えばバンドパスフィルタ１２によって特定周波数帯域が制限された白色光の中心周波数を６００ｎｍとする。
【００５５】
干渉光の強度値の平均値と透明膜３１の膜厚の相関関係による関係式は、次のようにして求まる。
【００５６】
透明膜内を透過する白色光および測定対象面３０Ａで反射する白色光（反射光）は、その透明膜内で多重に反射する。しかし、本実施例では、この多重反射による干渉光の強度が十分に小さいことから無視し、測定対象面３０Ａで１回反射した場合を仮定している。このときの観測輝度ｇ（強度値）は、次式で表される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
ここで、ｚｐは測定対象面３０Ａの表面高さ、Ｄは透明膜３１の膜厚、α＝２ｋ（空気の屈折率＝１と仮定する）、ｋは角波数、ｎｓは膜屈折率、ｋｌは照射される光の波数の下限値、ｋｕは照射される光の波数の上限値、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓは装置と対象膜物性により決まるパラメータである。
【００５９】
上記式（１）から求まる強度値ｇの交流成分（ＡＣ成分）をｆ、直流成分（ＤＣ成分）をＣとすると、各成分は次式で表すことができる。
【００６０】
【数２】
【００６１】
【数３】
【００６２】
すなわち、式（３）において、右辺にはピーク高さｚｐが含まれず、透明膜の膜厚Ｄの未知のパラメータである。したがって、強度値の実測値Ｃ（Ｄ）が与えられると、膜厚Ｄが求まることが分かる。
【００６３】
また、装置条件と透明膜の膜厚の条件が与えられると、強度値の平均値Ｃと膜厚Ｄとの関係は図３および図４（図３のレンジ拡大図）のように求めることができる。求められた強度値の平均値Ｃと透明膜の膜厚Ｄの関係を図３および図４に示すように直線近似し、制御系ユニット２のメモリ２１などに予め設定保存しておく。
【００６４】
なお、図３および図４において、強度平均曲線は、照明光の波長λ、透明膜の屈折率をｎとした場合、（λ／２）／ｎの周期を持つ。本実施例では、略２００ｎｍの周期である。
【００６５】
＜ステップＳ２＞ 測定データ取得
光学系ユニット１は、白色光源１０から発生される白色光をバンドパスフィルタ１２によって特定周波数帯域に制限した白色光を測定対象面３０Ａ、３１Ａおよび参照面１５に照射する。このバンドパスフィルタ１２または後述する測定光および参照光に分けるまでの光学系によって特定周波数に制限するまでが、本発明における請求項８に記載の第１の過程の前の過程に相当する。
【００６６】
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と測定対象面３０Ａとの距離が変動される。この過程が本発明における第１の過程に相当する。
【００６７】
ＣＰＵ２０は、光学系ユニット１がサンプリング間隔だけ移動するたびに、ＣＣＤ１９で撮像される干渉縞を含む測定対象面３０Ａ、の画像データを収集して、メモリ２１に順次記憶する。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２の過程に相当する。
【００６８】
＜ステップＳ３＞ 特定箇所の干渉光強度値群を取得
例えば、操作者がモニタ２３に表示される測定対象面３０Ａを観察しながら、その測定対象面３０Ａ、３１Ａ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、測定対象面３０Ａ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、本発明における第３の過程に相当する。
【００６９】
＜ステップＳ４＞ 強度値群から平均値を求める
ＣＰＵ２０は、図５に示すように、離散的に取得した特定箇所における干渉光強度値群に基づいて、干渉光の強度値を求める。なお、この過程が本発明における第４の過程に相当する。
【００７０】
＜ステップＳ５＞ 透明膜の膜厚を求める
ステップＳ４で求めた強度値の平均値を予め設定入力した式（３）の直線近似式を利用して透明膜３１の膜厚Ｄを求める。
【００７１】
本実施例では、強度値の平均値が７１．５となったので、この強度値の平均値から、図３の関係を使って膜厚Ｄが０．４〜０．５μｍの間と仮定すると、膜厚Ｄが０．４６μｍと求められる。
【００７２】
なお、この過程が、本発明における第５の過程に相当する。
【００７３】
＜ステップＳ６＞ 強度値の平均値から特性値を求める
ＣＰＵ２０は、ステップＳ４で干渉光強度値群に基づいて求めた干渉光の強度値の平均値を利用し、干渉光強度値群の各強度値から平均値を減算した各値（調整値群）を求める。つまり、図６に示すように、干渉縞波形から直流成分を除去し、交流成分のみを残す。
【００７４】
調整値をさらに２乗し、強度値をプラス側に強調した特性値を求める。なお、ステップＳ６は、本発明における第６の過程に相当する。
【００７５】
＜ステップＳ７＞ ピーク位置の取得
ＣＰＵ２０は、ステップＳ６で求まる特性値群と利用し、２乗包絡線または包絡線である特性関数を作成する。この作成としては、例えば帯域通過型標本化定理によって波形を復元してもよいし、バンドパスフィルタによって特性値を平準化して求めるようにしてもよい。この作成した特性関数から特性値がピークとなる箇所を読み取る。つまり、測定対象面３０Ａのピーク位置として取得画像の枚数目（数値）を読み取る。
【００７６】
＜ステップＳ８ａ＞ 表面形状の測定
ＣＰＵ２０は、求めたピーク位置が撮像された画像の枚数目の値（数値）に予め設定した既知の標本点間隔の積をとることによって測定対象面３０Ａの表面高さを求める。ステップＳ８のここまでが、本発明における第８の過程に相当する。
【００７７】
次に、この測定対象面３０Ａの表面高さにステップＳ５で求めた透明膜３１の膜厚Ｄを加算することにより、透明膜３１の表面高さを求める。なお、ステップＳ８は、本発明における第９の過程に相当する。
【００７８】
＜ステップＳ９＞ 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〜Ｓ８の処理を繰り返し行い、全ての特定箇所の高さを求める。
【００７９】
＜ステップＳ１０＞ 表示
ＣＰＵ２０は、モニタ２３に透明膜３１の特定箇所の透明膜３１の表面高さや測定対象面３０Ａの表面高さ、膜厚Ｄの情報を表示したり、それら各特定箇所の高さの情報に基づいた３次元または２次元の画像を表示したりする。操作者は、これらの表示を観察することで、測定対象物３０の測定対象面３０Ａや透明膜３１の表面３１Ａの凹凸形状を把握することができる。
【００８０】
ところで、図３および図４に示すように、Ｃ（Ｄ）は、白色光（照明光）波長λ、透明膜３１の屈折率ｎとして（λ／２）／ｎの周期を持つ。本実施例では、約２００ｎｍの周期である。
【００８１】
したがって、強度値の平均値Ｃが与えられた時、一般に、複数の透明膜３１の膜厚Ｄの候補が存在ずる。対象の膜厚Ｄの値が十分に狭い範囲に存在することが既知の場合には、一義的に膜厚Ｄを決定できる。
【００８２】
なお、上述のように一義的に膜厚を求めづらい場合には、異なる複数の特定周波数帯域の波長で同様の測定を行い、複数の測定結果から共通する膜厚Ｄの候補を選択することで、一義的に透明膜３１の膜厚Ｄを決定できる。
【００８３】
上述した実施例によれば、透明膜３１で覆われた測定対象物３０と同じ対象物の干渉光の強度値の平均値と透明膜３１の膜厚Ｄの相関関係による式（３）を予め求めて設定入力し、実測によって求めた強度値を、この式（３）に代入して演算処理することによって、透明膜３１の膜厚Ｄを精度よく求めることができる。また、干渉光の強度値群から包絡線に相当する特性値群を取得し、この特性値群の示す波形データから特性関数としての２乗包絡線を求める。この２乗包絡線のピーク位置情報を求め、このピーク位置情報に基づいて、測定対象面３０Ａの特定箇所の表面高さが求められる。この求まる測定対象面３０Ａの表面高さと透明膜３１の膜厚Ｄの加算から透明膜３１の表面高さを求めることができる。つまり、透明膜３１の凹凸形状を、透明膜３１の膜厚Ｄと測定対象面３０Ａの表面高さから測定することができる。
【００８４】
[第２実施例]
本実施例では、透明膜表面での反射光の影響により発生するピーク位置のズレ量を厳密に補正し、透明膜３１の表面高さを正しく求める場合について説明する。
【００８５】
以下、原理について説明する。
【００８６】
上記式（２）の強度値ｇの交流成分をｆとして表した式（２）をｃｏｓ関数と振幅成分の積として変形する。
【００８７】
ｆ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）＝ｍ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）cos｛β（ｚ−ｚｐ）＋Ａ（ｚ）｝…（４）
【００８８】
包絡線関数ｒの２乗を次式（５）により定義する。
ｒ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）= [ｍ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）]2 … （５）
【００８９】
この式（５）から求まるピーク位置ｚｐは、透明膜の影響によって正確な値ではなくズレ量を含んだピーク位置ｚｐ’である。
【００９０】
式（２）によると、ピーク位置情報ｚｐは、ｚ−ｚｐの関係でしか現れていない。したがって、ｚｐの値が変化した場合に、関数ｆ自体は変形せずに、ピーク位置がｚ軸方向に平行移動することを意味する。その結果、２乗包絡線関数自体も同じ特性を有することになる。
【００９１】
よって、ｚｐ＝０のときにおける２乗包絡線関数ｒのピーク位置ｚｐ’（０）は、真のピーク位置ｚｐ＝０からのズレ量であり、ｚｐが０以外の場合のズレ量と同一である。つまり、ｚｐ−ｚｐ’＝０−ｚｐ’（０）の関係となる。したがって、ズレ量を含まない真のピーク位置は次式（６）で表される。
【００９２】
ｚｐ＝ｚｐ’―ｚｐ’（０） … （６）
【００９３】
このことから、上記式（６）において右辺第２項は、透明膜３１の膜厚Ｄが既知の場合、補正項として予め求めておくことができる。すなわち、ｚｐ＝０のときのｆをｆ０と、ｒをｒ０と定義すると、上記式（４）および（５）は次式（７）および（８）として表すことができ、式（７）および（８）がズレ量を補正したピーク位置を求める演算式となる。
【００９４】
【数４】
【００９５】
ｒ０（ｚ；Ｄ）= [ｍ（ｚ；０，Ｄ）]2 … （８）
【００９６】
上記式において、膜厚Ｄが既知の場合、ｒ０はｚのみの関数となるので、ピーク位置ｚｐ’（０）を求めることができるのである。
【００９７】
透明膜３１の表面高さのズレ量は、透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜の屈折率ｎとの関係に依存することが分かる。したがって、求めるべき真の透明膜３１の表面高さｈは、ｈ＝ｈａ＋ｆ（ｎ，Ｄ）の関係で表すことができる。ここで、ｈａは、実測によって求まる測定対象面３０Ａの表面高さ、ｆ（ｎ，Ｄ）は膜厚の補正量を含む透明膜の膜厚（以下、適宜に「補正量」という）である。
【００９８】
また、補正量ｆ（ｎ，Ｄ）は、近似的にはｎ×Ｄの積算により求めることもできる。このことは、発明者達の実験シミュレーションによって以下のように確認されている。
なお、透明膜と測定対象面の複数の組み合わせにおいて、以下の表１に示す３通りについて実験シミュレーションを行った。
【００９９】
【表１】
【０１００】
上記の表１の条件によって行った実験シミュレーションの結果を示す図８〜 １０における透明膜３１の膜厚Ｄと補正量の関係は、測定対象面３０Ａの表面３０Ａからの反射光が実験例１から実験例３のように強くなるにつれて補正量ｆ（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係に近似することが分かった。
【０１０１】
次に、本実施例の表面形状測定装置全体で行なわれる処理を図２のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。なお、本実施例では、第１実施例と共通する処理（ステップＳ１〜ステップＳ６）につていの説明は省略する。
【０１０２】
＜ステップＳ７＞ ピーク位置の取得
ＣＰＵ２０は、ステップＳ６で求まる特性値群と利用し、包絡線または２乗包絡線である特性関数を作成する。この作成としては、例えば帯域通過型標本化定理によって波形を復元してもよいし、バンドパスフィルタによって特性値を平準化して求めるようにしてもよい。この作成した特性関数から特性値がピークとなる箇所を読み取る。つまり、測定対象面３０Ａのピーク位置として取得画像の枚数目（数値）を読み取る。
【０１０３】
＜ステップＳ８ｂ＞ 表面形状の測定
ＣＰＵ２０は、実測によって求まったピーク位置を利用して測定対象面３０Ａの表面高さを求める。測定対象面３０Ａの表面高さは、例えば、ピーク位置の撮像された画像の枚数目の数値と標本点間隔の積算処理により求める。
【０１０４】
次に、実測により求まった測定対象面３０Ａの表面高さに対してピーク位置のズレ量によって影響する透明膜３１の表面高さのズレ量を補正する。つまり、予め求めた補正量ｆ（ｎ，Ｄ）を測定対象面３０Ａの表面高さに加算することにより、真の透明膜３１の表面高さを求める。なお、ステップＳ８ｂは、本発明における第９の過程および請求項２に記載の方法に相当する。
【０１０５】
以下、ステップＳ９およびステップＳ１０は、第１実施例のステップＳ９およびステップＳ１０と同じ処理であるので、ここでの具体的な説明は省略する。
【０１０６】
以上のように、測定対象面３０Ａを覆う透明膜３１の影響によるピーク位置のズレ量を補正することによって、正確な透明膜３１の表面高さを求めることができる。
【０１０７】
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。
（１）上記各実施例では、測定対象面３０Ａの画像データを撮像した後で、特定箇所の干渉光の強度値を取得するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、撮像した画像上の特定箇所に相当する画素における強度値をリアルタイムに取得して、それら干渉光の強度値を順次メモリ２１に記憶するように構成することもできる。
【０１０８】
（２）上記各実施例では、白色光源から発せられた白色光の周波数帯域を、バンドパスフィルタ１１によって特定周波数帯域に帯域制限したが、本発明はこれに限定されるものではなく、白色光源からの白色光が撮像手段であるＣＣＤカメラ１９までの光学系（光源、レンズ、各ミラーを含む）によって白色光源からの白色光の周波数帯域が帯域制限されることを利用して、その周波数帯域を予め把握しておき、その帯域制限された周波数帯域を本発明における特定周波数帯域とすることもできる。
【０１０９】
（３）上記各実施例では、撮像手段であるＣＣＤカメラ１９の周波数特性によって制限される周波数帯域を特定周波数帯域として、その特定周波数帯域を予め把握しておき、その帯域制限された周波数帯域を本発明における特定周波数帯域とすることもできる。
【０１１０】
（４）上記各実施例では、撮像手段としてＣＣＤカメラ１９を用いたが、例えば、特定箇所の干渉光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で撮像手段を構成することもできる。
【０１１１】
（５）上記各実施例では、白色光源１０から白色光をコリメートレンズ１１で平行光にした後に、バンドパスフィルタ１２を設けて特定周波数帯域の白色光を通過させるように構成していたが、バンドパスフィルタ１２を備えない構成のものであってもよい。
【０１１２】
（６）上記各実施例において、特性関数および補正量を規定するためのパラメータを予め求めて設定しおくことが好ましい。このパラメータとしては、例えば、反射率が既知の測定対象物３０の試料を用いて求めた装置パラメータや、膜厚が既知の測定対象物３０の試料を用いて求めた装置パラメータなどが挙げられる。これら各種パラメータを予め設定することによって、透明膜の膜厚、測定対象面Ａの高さ、および透明膜の表面高さをより一層精度よく求めることができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、白色光を透明膜で覆われた測定対象面と参照面との距離を変動させながら照射し、取得した特定箇所における干渉光の強度値群を取得する。この強度値群から干渉光の強度値の変化の実測値による平均値を求める。つまり、測定対象物と同じ対象物の干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の関係について予め求めた相関関係に基づいて、この実測値による強度値の平均値から透明膜の膜厚を求めることができる。また、干渉光の強度値群から包絡線または２乗包絡線に相当する特性値を求めて特性関数を作成し、この特性関数から測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報が得られ、このピーク維持情報に基づいて測定対象面の表面高さを求めることができる。さらに、求まった透明膜の膜厚と測定対象面の表面高さから透明膜の表面高さを求めることができる。
【０１１４】
したがって、予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚との関係による相関関係を利用することによって、実測によって求めた干渉光の強度値の平均値から透明膜の膜厚を容易、かつ精度よく求めることができ、ひいては、測定対象面の表面高さおよび透明膜の表面高さも精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】第１および第２実施例の表面形状測定装置における処理を示すフローチャートである。
【図３】強度値の平均値と膜厚との関係を示した図である。
【図４】図３の拡大図である。
【図５】特定関数のピーク位置を求める処理を説明するための説明図である。
【図６】特定関数のピーク位置を求める処理を説明するための説明図である。
【図７】バンドパスフィルタを通過した白色光のスペクトル分布を示した図である。
【図８】透明膜の表面高さの補正量を求めるシミュレーションを示した図である。
【図９】透明膜の表面高さの補正量を求めるシミュレーションを示した図である。
【図１０】透明膜の表面高さの補正量を求めるシミュレーションを示した図である。
【符号の説明】
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（測定対象物）
３１ … 透明膜
３１Ａ… 測定対象面（透明膜）
Ｄ … 膜厚（透明膜）
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明膜で覆われた測定対象面の凹凸形状および厚みを測定する表面形状および／または膜厚測定方法およびその装置に係り、特に、白色光を用いて非接触で測定対象表面形状および／または膜厚を測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の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。
【０００３】
すなわち、白色光源からの白色光を測定対象物の測定対象面と参照面とに照射しながら、測定対象面の距離を変動させることにより測定対象面と参照面とを反射する反射光の光路差を生じさせて、このときの干渉光の強度値を所定間隔でサンプリングする。このサンプリングにより得られ強度値群に基づいて干渉縞波形ピークの特性値群を求め、この特性値をローパスフィルタにより平滑化処理して求まる包絡線からそれぞれのピーク位置情報を求める。この求まったピーク位置情報から測定対象物の表面高さを求める。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
米国特許公報ＵＳＰ５，１３３,６０１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来例の場合には、測定対象物の表面高さなどを精度よく求めることができないといった問題がある。
【０００６】
すなわち、物体の表面が透明膜で覆われている場合、白色光は、透明膜の表面と、透明膜を透過して透明膜の裏面と接合している測定対象物の表面とで反射する２つの反射光が発生する。この反射光が重畳した状態で取得した複数枚の画像における所定画素の強度値を強度波形で表すと、表面が透明膜で覆われていない物体を測定したときのように、単純な単峰性ピークとならず、透明膜の表面と測定対象物の表面に対応した２個のピークが発生する。
【０００７】
例えば、透明膜が薄い場合には、透明膜の表面と測定対象物の表面からの反射光の波形が略重畳した状態となり、それぞれのピークが波形上に重なった状態で現れる。このような場合には、従来の１個のピークの位置情報を求める方法では、単純にローパスフィルタにより２個のピークを１個のピークとしてみなして平滑化処理をしてピーク位置情報を求めることになる。
【０００８】
したがって、測定対象物の正確な表面高さのピーク位置情報を得ることもできないし、透明膜の下にある測定対象物の表面高さのピーク位置情報をも正確に得ることができないといった問題がある。
【０００９】
また、これらピーク位置情報を正確に求めて測定対象物の表面高さおよび透明膜の表面高さを求めた後でなければ、透明膜の膜厚を正確に求めることができないといった問題もある。
【００１０】
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、測定対象物の表面高さ、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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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。
すなわち、請求項１に記載の発明は、白色光源からの白色光を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、このときの干渉光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、測定対象面の表面高さ、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、
前記特定周波数帯域の白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１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２の過程と、
前記所定間隔で連続して取得した複数枚の画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求める第３の過程と、
前記求めた強度値群の変化の平均値を求める第４の過程と、
測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の相関関係による式
前記求めた強度値群から直流成分を除去して交流成分のみを求め、当該交流成分を２乗してプラス側に強調した特性値群を取得する第６の過程と、
前記特性値群から包絡線となる特性関数を求め、この特性関数に基づいて前記測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求める第７の過程と、
前記求めたピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さを求める第８の過程と、
前記第５の過程で求めた透明膜の膜厚と、前記第８の過程で求めた測定対象面の表面高さとから透明膜の表面高さを求める第９の過程と
を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
（作用・効果） 請求項１に記載の発明によれば、白色光源から発生した白色光を測定対象面と参照面とに照射する。透明膜の表面および表面側と接合している物体の表面である測定対象面と参照面とでそれぞれ反射した白色光の光路差に応じて干渉した干渉縞が発生する。ここで、測定対象面と参照面との距離を変動させることにより、それぞれの光路差を変化させて干渉縞を変化させながら所定間隔で連続して複数枚の測定対象面の画像を取得し、画像ごとの各画素における干渉光の強度値群の変化を求める。この強度値群の変化から平均値を求める。次に、測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の相関関係に基づいて、実測によって求まった強度値群の平均値から透明膜の膜厚を求める。また、同時に取得した強度値群から包絡線に相当する特性値群を取得し、この特性値群の示す波形データから特性関数を求める。この特性関数からは、測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報が求められ、このピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さが求められる。求まった測定対象面の表面高さと実測により求めた透明膜の膜厚を利用する。つまり、それぞれの値を加算することによって透明膜の表面高さが求められる。すなわち、干渉光の強度値群の平均値を利用することにより、正確に透明膜の膜厚を求めることができ、この透明膜の膜厚を利用することによって、透明膜の表面高さもより正確にもとめることができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、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、前記第９の過程で求める透明膜の表面高さ（ｈ）は、透明膜の膜厚（Ｄ）と透明膜の屈折率（ｎ）の関係から予め求めた透明膜の膜厚の補正量を含む膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）を前記第８の過程で求めた測定対象面の表面高さ（ｈａ）に加算して求めた値であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、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、前記透明膜の補正量を含む透明膜の膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）は、ｆ（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係式で表されることを特徴とするものである。
【００１５】
（作用・効果）請求項２および請求項３に記載の発明によれば、透明膜の表面高さ（ｈ）は、透明膜の膜厚（Ｄ）と透明膜の屈折率（ｎ）とから求まる透明膜の膜厚の補正量を含む透明膜の膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）が測定対象面の表面高さ（ｈ）に加算される（請求項２）。このときの補正量を含む透明膜の膜厚f（ｎ，Ｄ）は、f（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係式で表すことができる（請求項３）。したがって、透明膜の表面高さをより一層に精度よく求めることができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のい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、前記第７の過程で求める特性関数は、包絡線または２乗包絡線であることを特徴とするものである。
【００１７】
（作用・効果）請求項４に記載の発明によれば、特性関数として、包絡線または２乗包絡線が利用される。したがって、干渉縞波形のノイズ成分を除去した状態でピーク位置情報を求めることができる。したがって、測定対象面の表面高さを精度よく求めることができ、ひいては、透明膜の表面高さも精度よく求めることができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のい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、前記特性関数は、帯域通過型標本化定理に基づいて求めることを特徴とするものである。
【００１９】
（作用・効果）請求項５に記載の発明によれば、帯域通過型標本化定理を利用することによって、サブナイキストのサンプリング間隔で取得された特性値群から特性関数を容易に復元することができる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２ないし請求項５のい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、前記透明膜の膜厚の補正量を規定するためのパラメータとして、反射率が既知の測定対象物の試料を用いて装置パラメータを予め求めておくことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項２ないし請求項６のい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、前記透明膜の膜厚の補正量を規定するためのパラメータとして、膜厚が既知の測定対象物の試料を用いて装置パラメータを予め求めておくことを特徴とするものである。
【００２２】
（作用・効果）請求項６および請求項７に記載の発明によれば、測定対象物の表面が透明膜で覆われているので、その透明膜の膜厚の補正量を規定するのに反射率が既知の透明膜および測定対象物のそれぞれの試料を用いて（請求項６）、または膜厚が既知の透明膜の試料を用いて（請求項７）装置パラメータを予め求めておくことにより、透明膜の膜厚、測定対象面の高さ、および透明膜の表面高さをより一層精度よく求めることができる。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、前記第１の過程の前に、さらに前記白色光源からの白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限する過程を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、異なる複数の特定周波数帯域を用いること特徴とするものである。
【００２５】
（作用・効果）請求項８および請求項９に記載の発明によれば、白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限することにより、測定対象面からの反射光をより精度よく検出することができる。なお、異なる複数の特定周波数帯域を用いることが好ましい（請求項９）。すなわち、強度値の平均値から透明膜の膜厚を求める第５の過程において、一般には、複数の膜厚の候補値が存在する。対象の膜厚値が十分に狭い範囲内に存在することが既知の場合には、一義的に透明膜の膜厚を特定できるが、それが不可能な場合には、複数の特定周波数帯域を用いて透明膜の膜厚の候補を求め、全ての帯域に共通する膜厚の候補を選択することで、精度よく透明膜の膜厚を特定することができる。
【００２６】
また、請求項１０に記載の発明は、透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに照射する白色光を発生させる白色光源と、前記測定対象面と参照面との距離を変動させる変動手段と、前記白色光が照射された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特定箇所における干渉光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光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光強度値群に基づいて特定箇所の透明膜の表面高さ、測定対象面の表面高さ、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、
前記白色光源から発生した白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限する周波数帯域制限手段を備え、
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、前記特定周波数帯域の帯域幅に応じたサンプリング間隔で順次取込み、
前記記憶手段は、前記サンプリング間隔で取り込まれた複数個の強度値である干渉光強度値群を記憶し、
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、測定対象面の表面高さ、および／または透明膜の膜厚の少なくともいずれか一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光から干渉光強度値群の変化を求め、
（２）前記求めた干渉光の強度値群の変化の平均値を求め、
（３）測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の相関関係による式
（４）前記強度値群から直流成分を除去して交流成分のみを求め、当該交流成分を２乗してプラス側に強調した特性値群を求め、当該特性値から包絡線となる特性関数を求め
（５）前記特性関数に基づいて測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求め、
（６）前記求めたピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さを求め、
（７）前記求めた透明膜の膜厚と、測定対象面の表面高さから透明膜の表面高さを求めることを特徴とするものである。
【００２７】
（作用・効果）白色光源は、透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに白色光を照射する。変動手段は、測定対象面と参照面との距離とを変動させる。撮像手段は、白色光が照射された測定対象面と参照面との相対的距離の変動に伴って発生する干渉縞の変化とともに前記測定対象面を撮像する。サンプリング手段は、撮像された測定対象面上の複数の特定箇所における干渉光の強度値を取り込む。記憶手段は、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光強度値群を記憶する。演算手段は、記憶手段に記憶された各画素における実測による干渉光強度値群から干渉光の強度値の変化を求め、この強度値群の平均値を求める。次に、測定対象物と同じ対象物から予め求めた干渉光の強度値群の平均値と透明膜の膜厚の相関関係に基づいて実測により求めた強度値群の平均値から透明膜の膜厚を求める。同時に、強度値群から包絡線に相当する特性値群を求めて特性関数を作成し、この特定関数に基づいて測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求める。ピーク位置情報に基づいて測定対象面の表面高さが求められる。これら求めた透明膜の膜厚と測定対象面の表面高さとを利用する。つまり、それぞれの値を加算することによって、透明膜の表面高さを求めることができる。すなわち、請求項１に記載の方法を好適に実現することができる。
【００２８】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記演算手段は、さらに透明膜の膜厚と透明膜の屈折率とに基づいて透明膜の表面高さを補正演算処理することを特徴とするものである。
【００２９】
（作用・効果）請求項１１に記載の発明によれば、演算処理手段で、さらに透明膜の膜厚と透明膜の屈折率に基づいて透明膜の表面高さを補正演算することにより、透明膜の表面高さをより精度よく求めることができる。すなわち、請求項２および請求項３に記載の方法を好適に実現することができる。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記周波数帯域制限手段は、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、特定周波数帯域の白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ものである。
【００３１】
（作用・効果）請求項１２に記載の発明によれば、白色光源から撮像手段までの光路に取り付けられたバンドパスフィルタは、特定周波数帯域の白色光のみを通過させる。これにより、撮像手段では、特定周波数帯域の白色光による干渉縞および測定対象面が撮像される。したがって、装置構成を簡素化することができるとともに、任意の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを利用することによって、特定周波数帯域を任意の周波数帯域にすることもできる。
【００３２】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記周波数帯域制限手段は、前記白色光源から発せられた白色光の周波数帯域を特定周波数帯域にまで狭める、前記白色光源から前記撮像手段までの光学系であることを特徴とするものである。
【００３３】
（作用・効果）請求項１３に記載の発明によれば、白色光源から撮像手段までの光学系は、白色光源から発生した白色光が撮像手段に届くまでの間に、その白色光の周波数帯域を特定周波数帯域にまで狭める。これにより、撮像手段では、特定周波数帯域の白色光による干渉縞および測定対象面が撮像される。したがって、装置構成をより簡素化することができる。
【００３４】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、前記周波数帯域制限手段は、特定周波数帯域の白色光を感知する前記撮像手段の周波数感度であることを特徴とするものである。
【００３５】
（作用・効果）請求項１４に記載の発明によれば、撮像手段は、その周波数特性によって、特定周波数帯域の白色光による干渉縞および測定対象面を撮像する。したがって、装置構成をより簡素化することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について具体的に説明をする。
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。
【００３７】
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、特定周波数帯域の白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。
【００３８】
光学系ユニット１は、測定対象面３０Ａ、３１Ａおよび参照面１５に照射する白色光を発生させる白色光源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、特定周波数帯域の白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を通過してきた白色光を測定対象物３０の方向に反射する一方、測定対象物３０の方向からの白色光を通過させるハーフミラー１３と、ハーフミラー１３で反射されてきた白色光を集光する対物レンズ１４と、対物レンズ１４を通過してきた白色光を、参照面１５へ反射させる参照光と、測定対象面３０Ａ、３１Ａ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白色光を結像する結像レンズ１８と、干渉縞とともに測定対象面３０Ａを撮像するＣＣＤカメラ１９とを備えて構成されている。
【００３９】
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、コリメートレンズ１１によって平行光とされ、バンドパスフィルタ１２に入射する。
【００４０】
バンドパスフィルタ１２は、特定周波数帯域の白色光だけを通過させるためのフィルタであり、白色光源１０からＣＣＤカメラ１９までの光路に取り付けられる。好ましくは、白色光源１０からの白色光が参照面１５への参照光と測定対象面３０Ａの測定光に分かれる位置までの間の光路に取り付けられる。この実施例では、例えばコリメートレンズ１１と、ハーフミラー１３との間の光路に取り付けられている。バンドパスフィルタ１２としては、例えば中心波長が６００ｎｍの帯域通過型光学干渉フィルタなどを利用する。このバンドパスフィルタ１２を通過した白色光は、その周波数帯域が狭められ、特定周波数帯域の白色光だけがバンドパスフィルタ１２を通過する。
【００４１】
ハーフミラー１３は、バンドパスフィルタ１２を通過してきた特定周波数帯域の白色光を測定対象物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白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白色光は、対物レンズ１４に入射する。
【００４２】
対物レンズ１４は、入射してきた白色光を焦点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白色光は、参照面１５を通過し、ビームスプリッタ１７に到達する。
【００４３】
ビームスプリッタ１７は、対物レンズ１４で集光される白色光を、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と、測定対象面３０Ａ、３１Ａ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とともに、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に達した白色光は、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３１膜の表面、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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，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。
【００４６】
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、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白色光は、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。
【００４７】
ＣＣＤカメラ１９は、干渉縞が生じた状態の白色光とともに、測定光によって映し出される測定対象面３０Ａ，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、３１Ａの画像が撮像され、その画像データが制御系ユニット２によって収集される。ＣＣＤカメラ１９は、本発明における撮像手段に相当する。
【００４８】
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。
【００４９】
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３０Ａの画像データに基づいて、測定対象物３０の特定箇所の透明膜３１の表面高さ、測定対象物３０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、測定対象面３０Ａ、３１Ａの表面高さ、透明膜３１の膜厚Ｄ、および測定対象面の凹凸形状などを数値や画像として表示される。
【００５０】
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。
【００５１】
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のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。
【００５２】
[第１実施例]
本実施例では、中心周波数が６００ｎｍのバンドパスフィルタ１２を挿入し、測定対象物３０であるＳｉ基板の表面に透明膜３１として約０．４５μｍの酸化膜（ＳｉＯ2）を形成したものを用いて測定した場合を例に採って説明する。なお、図７は、バンドパスフィルタ１２を通過した白色光の波長スペクトルの分布を示した図である。
【００５３】
＜ステップＳ１＞ 条件設定
光学系ユニットをｚ軸方向に移動させるための走査速度や走査レンジなどの種々の条件設定や、測定対象と同じ対象物の試料を用いて干渉光の強度値の平均値と透明膜３１の膜厚の相関関係を予め求め、その関係式等を入力設定する。
【００５４】
本実施例の場合、種々の条件として、例えばバンドパスフィルタ１２によって特定周波数帯域が制限された白色光の中心周波数を６００ｎｍとする。
【００５５】
干渉光の強度値の平均値と透明膜３１の膜厚の相関関係による関係式は、次のようにして求まる。
【００５６】
透明膜内を透過する白色光および測定対象面３０Ａで反射する白色光（反射光）は、その透明膜内で多重に反射する。しかし、本実施例では、この多重反射による干渉光の強度が十分に小さいことから無視し、測定対象面３０Ａで１回反射した場合を仮定している。このときの観測輝度ｇ（強度値）は、次式で表される。
【００５７】
【数１】
ここで、ｚｐは測定対象面３０Ａの表面高さ、Ｄは透明膜３１の膜厚、α＝２ｋ（空気の屈折率＝１と仮定する）、ｋは角波数、ｎｓは膜屈折率、ｋｌは照射される光の波数の下限値、ｋｕは照射される光の波数の上限値、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓは装置と対象膜物性により決まるパラメータである。
【００５９】
上記式（１）から求まる強度値ｇの交流成分（ＡＣ成分）をｆ、直流成分（ＤＣ成分）をＣとすると、各成分は次式で表すことができる。
【００６０】
【数２】
【数３】
すなわち、式（３）において、右辺にはピーク高さｚｐが含まれず、透明膜の膜厚Ｄの未知のパラメータである。したがって、強度値の実測値Ｃ（Ｄ）が与えられると、膜厚Ｄが求まることが分かる。
【００６３】
また、装置条件と透明膜の膜厚の条件が与えられると、強度値の平均値Ｃと膜厚Ｄとの関係は図３および図４（図３のレンジ拡大図）のように求めることができる。求められた強度値の平均値Ｃと透明膜の膜厚Ｄの関係を図３および図４に示すように直線近似し、制御系ユニット２のメモリ２１などに予め設定保存しておく。
【００６４】
なお、図３および図４において、強度平均曲線は、照明光の波長λ、透明膜の屈折率をｎとした場合、（λ／２）／ｎの周期を持つ。本実施例では、略２００ｎｍの周期である。
【００６５】
＜ステップＳ２＞ 測定データ取得
光学系ユニット１は、白色光源１０から発生される白色光をバンドパスフィルタ１２によって特定周波数帯域に制限した白色光を測定対象面３０Ａ、３１Ａおよび参照面１５に照射する。このバンドパスフィルタ１２または後述する測定光および参照光に分けるまでの光学系によって特定周波数に制限するまでが、本発明における請求項８に記載の第１の過程の前の過程に相当する。
【００６６】
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と測定対象面３０Ａとの距離が変動される。この過程が本発明における第１の過程に相当する。
【００６７】
ＣＰＵ２０は、光学系ユニット１がサンプリング間隔だけ移動するたびに、ＣＣＤ１９で撮像される干渉縞を含む測定対象面３０Ａ、の画像データを収集して、メモリ２１に順次記憶する。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２の過程に相当する。
【００６８】
＜ステップＳ３＞ 特定箇所の干渉光強度値群を取得
例えば、操作者がモニタ２３に表示される測定対象面３０Ａを観察しながら、その測定対象面３０Ａ、３１Ａ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、測定対象面３０Ａ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、本発明における第３の過程に相当する。
【００６９】
＜ステップＳ４＞ 強度値群から平均値を求める
ＣＰＵ２０は、図５に示すように、離散的に取得した特定箇所における干渉光強度値群に基づいて、干渉光の強度値を求める。なお、この過程が本発明における第４の過程に相当する。
【００７０】
＜ステップＳ５＞ 透明膜の膜厚を求める
ステップＳ４で求めた強度値の平均値を予め設定入力した式（３）の直線近似式を利用して透明膜３１の膜厚Ｄを求める。
【００７１】
本実施例では、強度値の平均値が７１．５となったので、この強度値の平均値から、図３の関係を使って膜厚Ｄが０．４〜０．５μｍの間と仮定すると、膜厚Ｄが０．４６μｍと求められる。
【００７２】
なお、この過程が、本発明における第５の過程に相当する。
【００７３】
＜ステップＳ６＞ 強度値の平均値から特性値を求める
ＣＰＵ２０は、ステップＳ４で干渉光強度値群に基づいて求めた干渉光の強度値の平均値を利用し、干渉光強度値群の各強度値から平均値を減算した各値（調整値群）を求める。つまり、図６に示すように、干渉縞波形から直流成分を除去し、交流成分のみを残す。
【００７４】
調整値をさらに２乗し、強度値をプラス側に強調した特性値を求める。なお、ステップＳ６は、本発明における第６の過程に相当する。
【００７５】
＜ステップＳ７＞ ピーク位置の取得
ＣＰＵ２０は、ステップＳ６で求まる特性値群と利用し、２乗包絡線または包絡線である特性関数を作成する。この作成としては、例えば帯域通過型標本化定理によって波形を復元してもよいし、バンドパスフィルタによって特性値を平準化して求めるようにしてもよい。この作成した特性関数から特性値がピークとなる箇所を読み取る。つまり、測定対象面３０Ａのピーク位置として取得画像の枚数目（数値）を読み取る。
【００７６】
＜ステップＳ８ａ＞ 表面形状の測定
ＣＰＵ２０は、求めたピーク位置が撮像された画像の枚数目の値（数値）に予め設定した既知の標本点間隔の積をとることによって測定対象面３０Ａの表面高さを求める。ステップＳ８のここまでが、本発明における第８の過程に相当する。
【００７７】
次に、この測定対象面３０Ａの表面高さにステップＳ５で求めた透明膜３１の膜厚Ｄを加算することにより、透明膜３１の表面高さを求める。なお、ステップＳ８は、本発明における第９の過程に相当する。
【００７８】
＜ステップＳ９＞ 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〜Ｓ８の処理を繰り返し行い、全ての特定箇所の高さを求める。
【００７９】
＜ステップＳ１０＞ 表示
ＣＰＵ２０は、モニタ２３に透明膜３１の特定箇所の透明膜３１の表面高さや測定対象面３０Ａの表面高さ、膜厚Ｄの情報を表示したり、それら各特定箇所の高さの情報に基づいた３次元または２次元の画像を表示したりする。操作者は、これらの表示を観察することで、測定対象物３０の測定対象面３０Ａや透明膜３１の表面３１Ａの凹凸形状を把握することができる。
【００８０】
ところで、図３および図４に示すように、Ｃ（Ｄ）は、白色光（照明光）波長λ、透明膜３１の屈折率ｎとして（λ／２）／ｎの周期を持つ。本実施例では、約２００ｎｍの周期である。
【００８１】
したがって、強度値の平均値Ｃが与えられた時、一般に、複数の透明膜３１の膜厚Ｄの候補が存在ずる。対象の膜厚Ｄの値が十分に狭い範囲に存在することが既知の場合には、一義的に膜厚Ｄを決定できる。
【００８２】
なお、上述のように一義的に膜厚を求めづらい場合には、異なる複数の特定周波数帯域の波長で同様の測定を行い、複数の測定結果から共通する膜厚Ｄの候補を選択することで、一義的に透明膜３１の膜厚Ｄを決定できる。
【００８３】
上述した実施例によれば、透明膜３１で覆われた測定対象物３０と同じ対象物の干渉光の強度値の平均値と透明膜３１の膜厚Ｄの相関関係による式（３）を予め求めて設定入力し、実測によって求めた強度値を、この式（３）に代入して演算処理することによって、透明膜３１の膜厚Ｄを精度よく求めることができる。また、干渉光の強度値群から包絡線に相当する特性値群を取得し、この特性値群の示す波形データから特性関数としての２乗包絡線を求める。この２乗包絡線のピーク位置情報を求め、このピーク位置情報に基づいて、測定対象面３０Ａの特定箇所の表面高さが求められる。この求まる測定対象面３０Ａの表面高さと透明膜３１の膜厚Ｄの加算から透明膜３１の表面高さを求めることができる。つまり、透明膜３１の凹凸形状を、透明膜３１の膜厚Ｄと測定対象面３０Ａの表面高さから測定することができる。
【００８４】
[第２実施例]
本実施例では、透明膜表面での反射光の影響により発生するピーク位置のズレ量を厳密に補正し、透明膜３１の表面高さを正しく求める場合について説明する。
【００８５】
以下、原理について説明する。
【００８６】
上記式（２）の強度値ｇの交流成分をｆとして表した式（２）をｃｏｓ関数と振幅成分の積として変形する。
【００８７】
ｆ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）＝ｍ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）cos｛β（ｚ−ｚｐ）＋Ａ（ｚ）｝…（４）
【００８８】
包絡線関数ｒの２乗を次式（５）により定義する。
ｒ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）= [ｍ（ｚ；ｚｐ，Ｄ）]2 … （５）
【００８９】
この式（５）から求まるピーク位置ｚｐは、透明膜の影響によって正確な値ではなくズレ量を含んだピーク位置ｚｐ’である。
【００９０】
式（２）によると、ピーク位置情報ｚｐは、ｚ−ｚｐの関係でしか現れていない。したがって、ｚｐの値が変化した場合に、関数ｆ自体は変形せずに、ピーク位置がｚ軸方向に平行移動することを意味する。その結果、２乗包絡線関数自体も同じ特性を有することになる。
【００９１】
よって、ｚｐ＝０のときにおける２乗包絡線関数ｒのピーク位置ｚｐ’（０）は、真のピーク位置ｚｐ＝０からのズレ量であり、ｚｐが０以外の場合のズレ量と同一である。つまり、ｚｐ−ｚｐ’＝０−ｚｐ’（０）の関係となる。したがって、ズレ量を含まない真のピーク位置は次式（６）で表される。
【００９２】
ｚｐ＝ｚｐ’―ｚｐ’（０） … （６）
【００９３】
このことから、上記式（６）において右辺第２項は、透明膜３１の膜厚Ｄが既知の場合、補正項として予め求めておくことができる。すなわち、ｚｐ＝０のときのｆをｆ０と、ｒをｒ０と定義すると、上記式（４）および（５）は次式（７）および（８）として表すことができ、式（７）および（８）がズレ量を補正したピーク位置を求める演算式となる。
【００９４】
【数４】
ｒ０（ｚ；Ｄ）= [ｍ（ｚ；０，Ｄ）]2 … （８）
【００９６】
上記式において、膜厚Ｄが既知の場合、ｒ０はｚのみの関数となるので、ピーク位置ｚｐ’（０）を求めることができるのである。
【００９７】
透明膜３１の表面高さのズレ量は、透明膜３１の膜厚Ｄと透明膜の屈折率ｎとの関係に依存することが分かる。したがって、求めるべき真の透明膜３１の表面高さｈは、ｈ＝ｈａ＋ｆ（ｎ，Ｄ）の関係で表すことができる。ここで、ｈａは、実測によって求まる測定対象面３０Ａの表面高さ、ｆ（ｎ，Ｄ）は膜厚の補正量を含む透明膜の膜厚（以下、適宜に「補正量」という）である。
【００９８】
また、補正量ｆ（ｎ，Ｄ）は、近似的にはｎ×Ｄの積算により求めることもできる。このことは、発明者達の実験シミュレーションによって以下のように確認されている。
なお、透明膜と測定対象面の複数の組み合わせにおいて、以下の表１に示す３通りについて実験シミュレーションを行った。
【００９９】
【表１】
上記の表１の条件によって行った実験シミュレーションの結果を示す図８〜 １０における透明膜３１の膜厚Ｄと補正量の関係は、測定対象面３０Ａの表面３０Ａからの反射光が実験例１から実験例３のように強くなるにつれて補正量ｆ（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係に近似することが分かった。
【０１０１】
次に、本実施例の表面形状測定装置全体で行なわれる処理を図２のフローチャートを参照しながら具体的に説明する。なお、本実施例では、第１実施例と共通する処理（ステップＳ１〜ステップＳ６）につていの説明は省略する。
【０１０２】
＜ステップＳ７＞ ピーク位置の取得
ＣＰＵ２０は、ステップＳ６で求まる特性値群と利用し、包絡線または２乗包絡線である特性関数を作成する。この作成としては、例えば帯域通過型標本化定理によって波形を復元してもよいし、バンドパスフィルタによって特性値を平準化して求めるようにしてもよい。この作成した特性関数から特性値がピークとなる箇所を読み取る。つまり、測定対象面３０Ａのピーク位置として取得画像の枚数目（数値）を読み取る。
【０１０３】
＜ステップＳ８ｂ＞ 表面形状の測定
ＣＰＵ２０は、実測によって求まったピーク位置を利用して測定対象面３０Ａの表面高さを求める。測定対象面３０Ａの表面高さは、例えば、ピーク位置の撮像された画像の枚数目の数値と標本点間隔の積算処理により求める。
【０１０４】
次に、実測により求まった測定対象面３０Ａの表面高さに対してピーク位置のズレ量によって影響する透明膜３１の表面高さのズレ量を補正する。つまり、予め求めた補正量ｆ（ｎ，Ｄ）を測定対象面３０Ａの表面高さに加算することにより、真の透明膜３１の表面高さを求める。なお、ステップＳ８ｂは、本発明における第９の過程および請求項２に記載の方法に相当する。
【０１０５】
以下、ステップＳ９およびステップＳ１０は、第１実施例のステップＳ９およびステップＳ１０と同じ処理であるので、ここでの具体的な説明は省略する。
【０１０６】
以上のように、測定対象面３０Ａを覆う透明膜３１の影響によるピーク位置のズレ量を補正することによって、正確な透明膜３１の表面高さを求めることができる。
【０１０７】
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。
（１）上記各実施例では、測定対象面３０Ａの画像データを撮像した後で、特定箇所の干渉光の強度値を取得するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、撮像した画像上の特定箇所に相当する画素における強度値をリアルタイムに取得して、それら干渉光の強度値を順次メモリ２１に記憶するように構成することもできる。
【０１０８】
（２）上記各実施例では、白色光源から発せられた白色光の周波数帯域を、バンドパスフィルタ１１によって特定周波数帯域に帯域制限したが、本発明はこれに限定されるものではなく、白色光源からの白色光が撮像手段であるＣＣＤカメラ１９までの光学系（光源、レンズ、各ミラーを含む）によって白色光源からの白色光の周波数帯域が帯域制限されることを利用して、その周波数帯域を予め把握しておき、その帯域制限された周波数帯域を本発明における特定周波数帯域とすることもできる。
【０１０９】
（３）上記各実施例では、撮像手段であるＣＣＤカメラ１９の周波数特性によって制限される周波数帯域を特定周波数帯域として、その特定周波数帯域を予め把握しておき、その帯域制限された周波数帯域を本発明における特定周波数帯域とすることもできる。
【０１１０】
（４）上記各実施例では、撮像手段としてＣＣＤカメラ１９を用いたが、例えば、特定箇所の干渉光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で撮像手段を構成することもできる。
【０１１１】
（５）上記各実施例では、白色光源１０から白色光をコリメートレンズ１１で平行光にした後に、バンドパスフィルタ１２を設けて特定周波数帯域の白色光を通過させるように構成していたが、バンドパスフィルタ１２を備えない構成のものであってもよい。
【０１１２】
（６）上記各実施例において、特性関数および補正量を規定するためのパラメータを予め求めて設定しおくことが好ましい。このパラメータとしては、例えば、反射率が既知の測定対象物３０の試料を用いて求めた装置パラメータや、膜厚が既知の測定対象物３０の試料を用いて求めた装置パラメータなどが挙げられる。これら各種パラメータを予め設定することによって、透明膜の膜厚、測定対象面Ａの高さ、および透明膜の表面高さをより一層精度よく求めることができる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、白色光を透明膜で覆われた測定対象面と参照面との距離を変動させながら照射し、取得した特定箇所における干渉光の強度値群を取得する。この強度値群から干渉光の強度値の変化の実測値による平均値を求める。つまり、測定対象物と同じ対象物の干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の関係について予め求めた相関関係に基づいて、この実測値による強度値の平均値から透明膜の膜厚を求めることができる。また、干渉光の強度値群から包絡線または２乗包絡線に相当する特性値を求めて特性関数を作成し、この特性関数から測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報が得られ、このピーク維持情報に基づいて測定対象面の表面高さを求めることができる。さらに、求まった透明膜の膜厚と測定対象面の表面高さから透明膜の表面高さを求めることができる。
【０１１４】
したがって、予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚との関係による相関関係を利用することによって、実測によって求めた干渉光の強度値の平均値から透明膜の膜厚を容易、かつ精度よく求めることができ、ひいては、測定対象面の表面高さおよび透明膜の表面高さも精度よく求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】第１および第２実施例の表面形状測定装置における処理を示すフローチャートである。
【図３】強度値の平均値と膜厚との関係を示した図である。
【図４】図３の拡大図である。
【図５】特定関数のピーク位置を求める処理を説明するための説明図である。
【図６】特定関数のピーク位置を求める処理を説明するための説明図である。
【図７】バンドパスフィルタを通過した白色光のスペクトル分布を示した図である。
【図８】透明膜の表面高さの補正量を求めるシミュレーションを示した図である。
【図９】透明膜の表面高さの補正量を求めるシミュレーションを示した図である。
【図１０】透明膜の表面高さの補正量を求めるシミュレーションを示した図である。
【符号の説明】
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（測定対象物）
３１ … 透明膜
３１Ａ… 測定対象面（透明膜）
Ｄ … 膜厚（透明膜）
Claims (14)
- 白色光源からの白色光を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、このときの干渉光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、測定対象面の表面高さ、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、
前記特定周波数帯域の白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１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２の過程と、
前記所定間隔で連続して取得した複数枚の画像の各画素における干渉光の強度値群の変化を求める第３の過程と、
前記求めた強度値群の変化の平均値を求める第４の過程と、
測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の相関関係による式
、ここでＣ ( Ｄ ) は強度値の平均値、 k u は照射される光の波数の上限値、 k 1 は照射される光の波数の下限値、Ｒ、Ｓは装置と測定対象の物性により決まるパラメータ、αは空気の屈折率、および、ｋは角波数、ｎ ｓ は膜屈折率、Ｄは透明膜の膜厚に基づいて前記第４の過程で実測により求めた強度値の平均値から透明膜の膜厚を求める第５の過程と、
前記求めた強度値群から直流成分を除去して交流成分のみを求め、当該交流成分を２乗してプラス側に強調した特性値群を取得する第６の過程と、
前記特性値群から包絡線となる特性関数を求め、この特性関数に基づいて前記測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求める第７の過程と、
前記求めたピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さを求める第８の過程と、
前記第５の過程で求めた透明膜の膜厚と、前記第８の過程で求めた測定対象面の表面高さとから透明膜の表面高さを求める第９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。 - 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、
前記第９の過程で求める透明膜の表面高さ（ｈ）は、透明膜の膜厚（Ｄ）と透明膜の屈折率（ｎ）の関係から予め求めた透明膜の膜厚の補正量を含む透明膜の膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）を前記第８の過程で求めた測定対象面の表面高さ（ｈａ）に加算して求めた値であることを特徴する表面形状および／または膜厚測定方法。 - 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、
前記透明膜の補正量を含む透明膜の膜厚ｆ（ｎ，Ｄ）は、ｆ（ｎ，Ｄ）＝ｎ×Ｄの関係式で表され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。 - 請求項１ないし請求項３のい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、
前記第７の過程で求める特性関数は、包絡線または２乗包絡線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。 - 請求項１ないし請求項４のい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、
前記特性関数は、帯域通過型標本化定理に基づいて求めることを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 - 請求項２ないし請求項５のい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、
前記透明膜の膜厚の補正量を規定するためのパラメータとして、反射率が既知の測定対象物の試料を用いて装置パラメータを予め求めておくことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 - 請求項２ないし請求項６のい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、
前記透明膜の膜厚の補正量を規定するためのパラメータとして、膜厚が既知の測定対象物の試料を用いて装置パラメータを予め求めておくことを特徴とする表面形状および／または膜厚測定方法。 - 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、
前記第１の過程の前に、さらに前記白色光源からの白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限する過程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。 - 請求項８に記載の表面形状および／または膜厚測定方法において、
異なる複数の特定周波数帯域を用い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。 - 透明膜で覆われた測定対象面と参照面とに照射する白色光を発生させる白色光源と、前記測定対象面と参照面との距離を変動させる変動手段と、前記白色光が照射された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特定箇所における干渉光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光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光強度値群に基づいて特定箇所の透明膜の表面高さ、測定対象面の表面高さ、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、
前記白色光源から発生した白色光の周波数帯域を特定周波数帯域に制限する周波数帯域制限手段を備え、
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、前記特定周波数帯域の帯域幅に応じたサンプリング間隔で順次取込み、
前記記憶手段は、前記サンプリング間隔で取り込まれた複数個の強度値である干渉光強度値群を記憶し、
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、測定対象面の表面高さ、および／または透明膜の膜厚の少なくともいずれか一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光から干渉光強度値群の変化を求め、
（２）前記求めた干渉光の強度値群の変化の平均値を求め、
（３）測定対象物と同じ対象物について予め求めた干渉光の強度値の平均値と透明膜の膜厚の相関関係による式
、ここでＣ ( Ｄ ) は強度値の平均値、 k u は照射される光の波数の上限値、 k 1 は照射される光の波数の下限値、Ｒ、Ｓは装置と測定対象の物性により決まるパラメータ、αは空気の屈折率、および、ｋは角波数、ｎ ｓ は膜屈折率、Ｄは透明膜の膜厚基づいて実測により求めた強度値の平均値から透明膜の膜厚を求め、
（４）前記強度値群から直流成分を除去して交流成分のみを求め、当該交流成分を２乗し てプラス側に強調した特性値群を求め、当該特性値から包絡線となる特性関数を求め
（５）前記特性関数に基づいて測定対象面と参照面との距離に関連するピーク位置情報を求め、
（６）前記求めたピーク位置情報に基づいて、測定対象面の表面高さを求め、
（７）前記求めた透明膜の膜厚と、測定対象面の表面高さから透明膜の表面高さ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。 - 請求項１０に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記演算手段は、さらに透明膜の膜厚と透明膜の屈折率とに基づいて透明膜の表面高さを補正演算処理す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。 - 請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記周波数帯域制限手段は、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、特定周波数帯域の白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。 - 請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記周波数帯域制限手段は、前記白色光源から発せられた白色光の周波数帯域を特定周波数帯域にまで狭める、前記白色光源から前記撮像手段までの光学系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。 - 請求項１０または請求項１１に記載の表面形状および／または膜厚測定装置において、
前記周波数帯域制限手段は、特定周波数帯域の白色光を感知する前記撮像手段の周波数感度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。
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