[发明专利]光干涉测定装置和光干涉测定方法

说明书

本发明提供一种光干涉测定装置和光干涉测定方法。提供一种能够将来自测定对象物的不与光轴垂直的表面部分的反射光取入到光学系统的光干涉测定装置。具备：光源，其射出光；干涉物镜，其具备参考镜和分束器，其中，该参考镜配置在参考光路上，该分束器将入射的光沿所述参考光路和测定光路分支，并且输出将被参考镜反射的反射光和被在测定光路上配置的测定对象物反射的反射光合成得到的合成光；摄像单元，其拍摄由合成光成像得到的图像；以及光圈，其能够在干涉物镜与光源及摄像单元之间的光路上沿干涉物镜的光轴方向移动。

技术领域

本发明涉及一种使用由于光的干涉而产生的干涉条纹的亮度信息来对测定对象物的形状进行测定的光干涉测定装置和光干涉测定方法。

背景技术

以往已知一种使用由于光的干涉而产生的干涉条纹的亮度信息来对例如测定对象物的三维形状进行精密的测定的三维形状测定装置等光干涉测定装置。在该光干涉测定装置中，众所周知光源使用宽频带光(白色光等)的方法(例如参照日本特开2011-191118号公报)。使用白色光光源的光干涉测定装置能够进行纳米级分辨率的微小形状测定，在以半导体领域为首的广泛的领域中，被利用于宽度、高度等的形状测定、表面的性状检查等。

图6是表示具备Michelson型的干涉物镜30的光干涉测定装置1的基本结构的示意图。从光源11射出的光通过准直透镜12被形成为平行光束后从与干涉物镜30的光轴成直角的方向向分束器20入射。分束器20将该平行光束改变朝向而向沿着干涉物镜30的光轴的方向射出，使射出的光向物镜31入射。经过了物镜31的光成为收敛光而向分束器32入射。入射至分束器32的光被分支为在配置有参考镜33的参考光路上行进的光和在配置有测定对象物W的测定光路上行进的光。在分支之后，在参考光路上行进的光收敛并被参考镜33反射而再次向分束器32入射。另外，在测定光路上行进的光收敛并照射测定对象物W，被测定对象物W反射而再次向分束器32入射。入射至分束器32的各反射光被合成后射出，通过物镜31形成为平行光束后通过分束器20而向成像透镜40入射。成像透镜40使平行光束收敛并在摄像单元50上形成干涉图像。

在使用白色光光源的光干涉测定装置中，在参考光路与测定光路的光路长度一致的焦点位置处，各波长的干涉条纹的峰值叠加而合成的干涉条纹的亮度变大。因而，一边改变参考光路或测定光路的光路长度一边由CCD摄像机等摄像单元拍摄表示干涉光强度的二维分布的干涉图像，在摄影视场内的各测定位置处检测干涉光的强度成为峰值的焦点位置，由此能够测定各测定位置处的测定面的高度，从而能够测定测定对象物的三维形状等。

在光干涉测定装置中，为了实现具有高度差的测定对象物的广视场同时测定，而广泛地利用了远心光学系统(参照日本特开2003-232999号公报)。远心光学系统是通过在透镜的一侧的焦点处设置用于控制光线的光圈使得通过光圈的中心的光线(以下称为“主光线”。)在透镜的另一侧与光轴平行的光学系统。在远心光学系统中，在透镜的另一侧配置在光轴方向(Z轴方向)上有高度差的测定对象物，在对其照射光时，无论从测定对象物的哪里反射都与光轴平行的反射光被取入到光学系统。因此，即使测定对象物的位置在Z轴方向上改变，与Z轴正交的X、Y轴方向的像的大小也不变，因此即使测定对象物存在高度差，也能够高精度地测定与Z轴正交的X、Y轴方向的形状。

图6所示的示意图所示的光干涉测定装置1也利用了远心光学系统，通过在物镜31的成像透镜40侧的焦点位置处设置光圈60，由此无论从配置在物镜41的另一侧的测定对象物W的哪里反射都与光轴平行的反射光被取入到光学系统，因此能够高精度地测定测定对象物W的X、Y轴方向的形状。

此外，在图6所示的示意图的光干涉测定装置1中，示出了还使成像透镜40的物镜31侧的焦点位置与物镜31的成像透镜40侧的焦点位置一致并在该焦点位置处设置光圈60的情况。由此，主光线在物镜31的测定对象物W侧与光轴平行，并且在成像透镜40的摄像单元50侧也与光轴平行(两侧远心)。因此，能够使从光学系统到达摄像单元50的像面的光束在像面的任何地方都垂直地入射，能够防止由于光束的斜入射而引起的光接收效率的下降。

发明内容