三维形状测量装置及三维形状测量方法制造方法及图纸

一种能够以简单的装置结构实现高速且高精度的测量的三维形状测量装置及三维形状测量方法。该测量方法具有：准备参照用掩码的工序；形成干涉条纹的工序；计算ＰＳＩ测量数据的工序，使干涉条纹的相位变化而取得至少３个干涉条纹图像，并基于相移法，根据该至少３个干涉条纹图像来计算表示测量对象面的各凹凸图案区域中的相对高度差分的ＰＳＩ测量数据；使参照用掩码与ＰＳＩ测量数据拟合，根据测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息和相对高度差分，逆计算出该测量对象面的绝对高度值的工序；使计算出的测量对象面的绝对高度值和该测量对象面的曲面形状拟合，求出该近似值作为解析高度值的工序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用干涉条纹图像对测量对象的表面凹凸形状(台阶形状)和厚度进行测量的。
技术介绍
在对例如薄膜磁头的介质相对面(浮上面)那样的复杂的台阶形状进行测量时，一般使用利用干涉条纹的干涉条纹解析方法，所述干涉条纹是使从测量对象的测量面反射的测量光和从设置在与该测量面在光学上等价位置上的参照面反射的参照光进行干涉而生成的。作为干涉条纹解析方法，垂直扫描白光干涉(VSIVerticalScanning Interferometry)法和相移(PSIPhase Shift Interferometry)法被广泛公知。众所周知，垂直扫描白光干涉法是使用可干涉距离短的白光光源在高度方向上对测量对象进行垂直扫描、并检测出干涉条纹调制量为最大的位置作为测量点的高度h的方法。高度范围(RANGE)可以自由设定，也能够测量包含不连续台阶的粗糙面。相移(SHIFT)法是如下方法通过测量在参照光和测量光之间赋予了多个相位差时的干涉条纹的强度变化，来计算参照光和测量光的相位差φ，根据该相位差φ和测量光的波长λ，使用运算方程式h＝(λ/4π)·φ换算并求出各个测量点的高度h。通过获得多个干涉条纹图像，可以在短时间内高精度地实现测量面内的所有点的高度测量。专利文献1日本特开2001-99620号公报专利文献2日本特开2001-174232号公报专利文献3日本特开2002-13919号公报但是，上述垂直扫描白光干涉法存在下述缺点测量精度比相移法低，并且，为了检测测量点的高度h而需要取得整个高度位置上的测量对象的干涉条纹图像，所以测量时间变长。另一方面，在相移法中，在利用测量光的相位差φ的原理上，可测量的高度范围被限定在测量光的波长λ的一半以内，并且，如果测量对象与测量光的波长λ相比不是充分平滑的面，则很难进行准确测量。因此，在测量高度有很大不同的台阶形状时，仅使用相移法不能测量正确的形状，而需要在用相移法测量之后再使用垂直扫描白光干涉法等测量绝对高度。如此，在实施相移(SHIFT)法和垂直扫描白光干涉法这两者的方法中，测量时间进一步变长，并且装置结构也变得复杂。此外，以前，在上述的任一方法中都是平面地捕捉测量对象面后算出高度，完全不考虑测量对象面的曲面形状。因此，在对具有曲率的测量对象面的凹凸形状进行测量时，存在实际高度值与测量值随该测量对象面的曲率和图案形状而有很大不同的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种能够以简单的装置结构高速且高精度地实现测量的。本专利技术的着眼点在于，在测量具有曲率的测量对象面的凹凸形状的情况下，对测量值进行曲面近似，测量精度就提高；如果不测量测量对象面的绝对高度，而仅测量各凹凸图案区域中的微小高度差分(台阶高差)，就可以通过相移法实现高速且高精度的测量以及，为了确定用该相移法求出的测量值的绝对高度，准备加入了测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息的参照用掩码，使该参照用掩码和测量值拟合(FITTING)，就能够容易进行。即，本专利技术是一种三维形状测量装置，具有干涉物镜光学系统，使从具有曲率的凹凸形状的测量对象面反射的测量光和从参照面反射的参照光干涉，形成干涉条纹；垂直驱动机构，在测量对象面的法线方向驱动该干涉物镜光学系统；相位变化机构，使干涉条纹的相位变化；摄像机构，获得由该相位变化机构改变了相位的干涉条纹图像；以及解析控制机构，根据该摄像机构取得的至少3个干涉条纹图像来解析测量对象面的凹凸形状；该解析控制机构具有掩码设定机构，生成并保持加入了测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息的参照用掩码；相移运算机构，基于相移法，根据摄像机构取得的至少3个干涉条纹图像，计算表示测量对象面的各凹凸图案区域中的相对高度差分的PSI测量数据；修正运算机构，使参照用掩码与上述PSI测量数据拟合，根据测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息及相对高度差分，逆计算出该测量对象面的绝对高度值；近似运算机构，使所算出的上述测量对象面的绝对高度值和该测量对象面的曲面形状拟合，求出该近似值作为解析高度值。实际上，近似运算机构利用最小二乘法对测量对象面的绝对高度值进行球面近似或圆柱近似。最好是，掩码设定机构将测量对象面的每个凹凸图案区域的设计高度数据作为绝对基准高度信息，与通过垂直驱动机构垂直驱动干涉物镜光学系统并利用垂直扫描白色干涉法取得的VIS基准数据建立关联，从而生成参照用掩码。最好是，上述三维形状测量装置还具有定位标记设定机构，该定位标记设定机构使用摄像机构取得的多个干涉条纹图像来合成除去了干涉条纹的干涉强度图像，将该干涉强度图像中的特定点设定为规定摄像机构的图像取得范围时、和修正运算机构使参照用掩码和PSI测量数据拟合时的定位标记。此外，最好是，上述三维形状测量装置还具有对焦机构，该对焦机构一边通过垂直驱动机构按测量光波长的一半的距离单位垂直驱动干涉物镜光学系统，一边检测干涉条纹图像的对比度成为最大的位置，在该对比度成为最大的位置，通过垂直驱动机构移动干涉物镜光学系统；相移运算机构使用对比度大的干涉条纹图像中的至少三个干涉条纹图像来执行运算。最好是，测量对象面是薄膜磁头的介质相对面，该介质相对面上至少形成有在介质侧最突出的ABS图案区域，在介质侧其次突出的第二图案区域，比该ABS图案区域和第二图案区域低且作为该介质相对面的基准高度面的凹部图案区域；参照用掩码包括ABS图案区域及第二图案区域的绝对基准高度信息、和凹部图案区域的高度零信息而形成；解析控制机构还包括台阶高差运算机构，台阶高差运算机构分别计算ABS图案区域和第二图案区域的台阶高差、以及ABS图案区域和凹部图案区域的台阶高差。此外，最好是，在测量对象面是具有再现头和记录头中的至少一个的薄膜磁头的介质相对面的情况下，定位标记对应干涉强度图像中的再现头和记录头中的至少一个的存在区域而设定着。此外，根据制造方法的方式，本专利技术是测量具有曲率的测量对象面的凹凸形状的方法，其具有准备参照用掩码的工序，该参照用掩码中加入了测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息；形成干涉条纹的工序，将特定波长光提供给上述测量对象面和参照面，使从测量对象面反射的测量光和从参照面反射的参照光进行干涉，形成干涉条纹；计算PSI测量数据的工序，使干涉条纹的相位变化而取得至少3个干涉条纹图像，并基于相移法，根据该至少3个干涉条纹图像来计算表示测量对象面的各凹凸图案区域中的相对高度差分的PSI测量数据；使参照用掩码与上述PSI测量数据拟合，根据测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息和相对高度差分，逆计算出该测量对象面的绝对高度值的工序；使计算出的测量对象面的绝对高度值和该测量对象面的曲面形状拟合，求出该近似值作为解析高度值的工序。实际上，通过最小二乘法使测量对象面的绝对高度值和该测量对象面的曲面形状拟合。参照用掩码可以通过下述工序形成将白色光提供给测量对象面和参照面，使从该测量对象面反射的测量光和从参照面反射的参照光进行干涉，形成干涉条纹的工序；基于垂直扫描白色干涉法对测量对象面的干涉条纹图像进行垂直扫描，取得VIS基准数据的工序；将测量对象面的每个凹凸图案区域的设计高度数据作为绝对基准高度信息，与所取得的VIS基准数据建立关联进行注册的工序。实际上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形状测量装置，具有：干涉物镜光学系统，使从具有曲率的凹凸形状的测量对象面反射的测量光和从参照面反射的参照光干涉，形成干涉条纹；垂直驱动机构，在上述测量对象面的法线方向驱动该干涉物镜光学系统；相位变化机构，使上述干涉条纹的相位变化；摄像机构，获得由该相位变化机构改变了相位的干涉条纹图像；以及解析控制机构，根据该摄像机构取得的至少３个干涉条纹图像来解析上述测量对象面的凹凸形状；其特征在于，　　　　上述解析控制机构具有：　　　　掩码设定机构，生成并保持加入了上述测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息的参照用掩码；　　　　相移运算机构，基于相移法，根据上述摄像机构取得的至少３个干涉条纹图像，计算表示上述测量对象面的各凹凸图案区域中的相对高度差分的ＰＳＩ测量数据；　　　　修正运算机构，使上述参照用掩码与上述ＰＳＩ测量数据拟合，根据上述测量对象面的每个凹凸图案区域的绝对基准高度信息及相对高度差分，逆计算出该测量对象面的绝对高度值；　　　　近似运算机构，使所算出的上述测量对象面的绝对高度值和该测量对象面的曲面形状拟合，求出该近似值作为解析高度值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿部浩，安田光次，矢泽诚，
申请(专利权)人：阿尔卑斯电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]