使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法技术

本发明专利技术提供三维形状计测方法，其使用了扫描型白色干涉显微镜。在进行使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测时，对倾斜角度较大的计测对象物(试样)的表面也能够进行适当的计测。该三维形状计测方法如下：获取来自对计测对象物进行照射的光源的光的干涉信号的包络线，根据包络线的半值宽度获取作为所观测的表观上的相干长度的观测相干长度lc’，根据观测相干长度lc’对计测对象物的表面的倾斜角度进行计测。

A three-dimensional shape measuring method using a scanning white interference microscope

The invention provides a three-dimensional shape measuring method, which uses a scanning white interference microscope. When we use the three dimensional shape measurement of the scanning white interference microscope, we can also calculate the surface of the object (specimen) with larger inclination angle. The three-dimensional shape measuring method is as follows: the envelope of interference signal acquisition from irradiation light source for measuring the object light, according to the envelope of the half width of the acquisition is observed apparent on the coherence length of the observed coherence length of LC ', according to the observation of coherent length of LC' to measure the tilt angle the surface of the object measured.

【技术实现步骤摘要】
使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法
本专利技术涉及通过使用了白色光源的干涉计测来进行三维形状计测的方法。
技术介绍
扫描型白色干涉显微镜是通过对试样照射白色光并将所获得的干涉信号转换为高度信息来进行三维计测的装置，根据所获得的干涉信号进行各种计算从而进行表面形状、高度、高地平面的差异、膜厚、表面粗糙度、同种材料/异种材料等的判定。例如，在专利文献1中记载了如下的方法：通过使扫描型白色干涉显微镜的参照面镜倾斜求出计测对象物的倾斜角。在专利文献2中记载了如下的方法：在存在薄膜的情况下，通过使用模板对扫描型白色干涉显微镜所获得的干涉图案彼此重叠而歪曲的现象进行峰分离(peakseparation)。专利文献1：国际公开第2014/185133号专利文献2：日本特开2011-221027号公报在使用了扫描型白色干涉显微镜的三维计测中，在比根据光线光学所赋予的物镜的数值孔径NA(numericalaperture)确定的角度靠内侧的计测中，表观上的相干长度未显著地变化。因此，至此，对这样的条件下的相干长度不必特别注意。但是，在超过数值孔径NA的高倾斜面计测中，所测定的表观上的相干长度变大。在这样的情况下，在专利文献1中，在求出倾斜角度时，若增大参照面镜的倾斜例如使参照面镜倾斜到数值孔径NA以上，则返回光变少，因此会变暗，从而数值孔径NA以上的倾斜角度的计测很难。另外，在试样上形成有膜的情况下，在高倾斜面的计测中，无法区分和察觉所观测的相干长度的延长是受膜的影响还是受高倾斜面的影响。
技术实现思路
本专利技术提供一种可以实现计测对象物的表面的倾斜角度较大的高倾斜面的适当计测的、使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法。本专利技术是一种使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法，该三维形状计测方法如下：获取来自对计测对象物进行照射的光源的光的干涉信号的包络线，根据所述包络线的半值宽度获取作为所观测的表观上的相干长度的观测相干长度lc’，根据所述观测相干长度lc’对所述计测对象物的表面的倾斜角度进行计测。根据本专利技术，在根据干涉信号的包络线的半值宽度获取观测相干长度的基础上，能够计测出计测对象物(试样)的表面的倾斜角度。因此，即使在计测对象物的表面的倾斜角度较大的高倾斜面也能够适当地计测倾斜角度，从而能够把握表面的形状、特性。附图说明图1是本专利技术的实施方式的扫描型白色干涉显微镜的整体结构图。图2是示出试样的表面的倾斜角度θ的定义的图。图3是示出通过扫描型白色干涉显微镜来进行观测的一般的干涉信号的曲线图。图4是将计测对象物的表面中的各个低倾斜面和高倾斜面中的相当于照相机的一个像素(1像素)的区域放大示出的图。图5是示出照相机的一个像素中的高度差分的图。图6示出了对与倾斜角度对应的高度差分进行绘图后的曲线图。图7是对求出计测对象物的表面的局部曲率半径的方法进行说明的概念图。图8是将在计测对象物的表面中的各个低倾斜面和高倾斜面中的相当于照相机的一个像素的区域中产生的干涉条纹放大示出的图。图9是示出宽范围内的干涉条纹与一个像素之间的关系的示意图，(a)示出了低倾斜面中的关系，(b)示出了高倾斜面中的关系。图10是对在规定的倾斜角度下表达一个像素所输入的亮度的振幅值的式(12)进行绘图后的曲线图。图11是对在具有膜的计测对象物中进行高倾斜面的计测的情况进行说明的概念图。图12是对可否进行两个亮点的干涉条纹的分离进行说明的概念图，(a)是将所观测的干涉条纹的包络线的中心为相干长度lc的一半时假设能够进行分离的上限的情况的说明图，(b)是表观上的延长Δz的校正后的说明图。图13是在规定的条件下对式(5)和式(13)进行绘图得到的曲线图。标号说明10：装置主体；11：白色光源(光源)；12：滤光器(包含波长滤光器)；13：分束器；14：双光束干涉物镜(物镜)；15：照相机；16：压电致动器；20：工作台；30：计算机；100：扫描型白色干涉显微镜；S：试样(计测对象物)；f：膜。具体实施方式下面，根据图1～图13对本专利技术的使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法的优选实施方式进行详细说明。图1是本专利技术的实施方式的扫描型白色干涉显微镜的整体结构图。扫描型白色干涉显微镜100包含装置主体10、载置有计测对象的试样S(计测对象物)的工作台20、对所获得的数据进行处理的计算机(处理器)30。装置主体10包含白色光源11、滤光器12、分束器13、双光束干涉物镜(物镜)14、照相机15、压电致动器16。如箭头A所示，从白色光源11射出的光(白色光)在通过滤光器(例如波长滤光器、偏振滤光器等)12之后，被分束器13引导到双光束干涉物镜14(箭头B)。光被双光束干涉物镜14内的分束器分割为朝向计测对象物(包含试样S自身及其内部的物质)侧的第一光和朝向未图示的参照镜侧的第二光这两个光。在对于计测对象物对置配置的双光束干涉物镜14内的分束器到计测对象物的光学距离与从该分束器到参照镜的光学距离相等时，计测信号能够以两个光的干涉信号的形态进行观测，照相机15将该干涉信号作为干涉条纹(干涉图案)而进行拍摄，并将干涉信号保持、保存在计算机30中。另外，在图1的实施方式中，由于从分束器13到未图示的参照镜的距离被固定，因此通过使用压电致动器16进行扫掠(sweep)(箭头C的移动)，使与计测对象物的距离变化。扫描型白色干涉显微镜100由于使用相干长度较短的白色光源(相干长度～1μm)，因此获得干涉信号的位置为存在计测对象物的Z位置(深度位置)。图2是示出作为测定对象物的试样S的表面的倾斜角度θ的定义的图，使用图1的扫描型白色干涉显微镜的整体结构图的一部分。将从对于测定对象物在铅垂方向上延伸的线至与测定对象物的表面的切线对应的法线看到的角度定义为倾斜角度θ。在图2的例子中，点P1处的倾斜角度为θ1，点P2处的倾斜角度为θ2。另一方面，在光线光学下，在由图2的倾斜角度θ确定的物镜14的临界角度(从通过物镜的中心的轴上的1点出来射入物镜的光的中的最外侧的光的角度)为θ的情况下，通过下述式(1)求出物镜14的数值孔径NA(numericalaperture)。另外，n为折射率(测定对象物侧的空间的物质的折射率)，通常，在是空气的情况下为1。物镜14的数值孔径NA越高，则水平分辨率越高，另外，由于焦点深度较小，因此垂直分辨率也较高。【数学式1】NA＝n·SinΘ…(1)图3是示出通过扫描型白色干涉显微镜100进行观测的一般的干涉信号即从白色光源11对计测对象物(试样S)进行照射的光(白色光)的干涉信号的曲线图。如式(2)所示，扫描型白色干涉显微镜100的照相机15所观测的信号强度I由参照光强度的I1和来自测定试样的反射光强度I2的补偿(offset)项(第一项和第二项)以及作为干涉信号的第三项构成。第三项中的Δp为光路长度差(OPD：OpticalPathDifference，是从在图1中进行了说明的双光束干涉物镜14内的未图示的分束器到计测对象物(包含试样S自身及其内部的物质)侧的光学距离与从未图示的分束器到未图示的参照镜侧的光学距离的差。【数学式2】作为式(2)的干涉项的第三项相当于图3的实线所示的干涉信号，虚线所表示的干涉信号的包络线由式(3)的三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形状计测方法，其是使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法，其中：获取来自对计测对象物进行照射的光源的光的干涉信号的包络线，根据所述包络线的半值宽度获取作为所观测的表观上的相干长度的观测相干长度lc’，根据所述观测相干长度lc’对所述计测对象物的表面的倾斜角度进行计测。

【技术特征摘要】
2016.09.06 JP 2016-1739951.一种三维形状计测方法，其是使用了扫描型白色干涉显微镜的三维形状计测方法，其中：获取来自对计测对象物进行照射的光源的光的干涉信号的包络线，根据所述包络线的半值宽度获取作为所观测的表观上的相干长度的观测相干长度lc’，根据所述观测相干长度lc’对所述计测对象物的表面的倾斜角度进行计测。2.根据权利要求1所述的三维形状计测方法，其中，所述观测相干长度lc’是由所述扫描型白色干涉显微镜的所述光源和波长滤光器确定的基本相干长度lc与作为所述基本相干长度lc根据所述倾斜角度延长的值的延长Δz之和。3.根据权利要求2所述的三维形状计测方法，其中，根据所述延长Δz和所述倾斜角度来计算所述计测对象...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野田有吾，佐藤荣广，长谷川晶一，柳川香织，石桥清隆，加藤辉雄，中谷林太郎，
申请(专利权)人：日本株式会社日立高新技术科学，
类型：发明
国别省市：日本,JP