[发明专利]三维形状测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维形状测量装置(白色干涉测量装置)，其扫描从白色光源到被测量物的光路长，检测该光路长与从白色光源到测量镜的光路长相等的位置，来测量被测量物的三维形状。

背景技术

近年来，由于微细加工技术的进步，所谓的微型机械、LSI等的高集成化不断发展，因此需要具有复杂的阶梯形状的微细构造物的三维形状测量的高精度化。而且，作为对具有复杂的阶梯形状的微细构造物进行三维形状测量的装置，提出了使用具有宽带光谱的光源(白色光源)的白色干涉测量装置。

在该白色干涉测量装置中，使从白色光源到达被测量物，由该被测量物反射的返回光与从白色光源到达参照镜，由该参照镜反射的返回光干涉，来得到白色干涉条纹。然后，使用压电元件等对白色光源到被测量物的光路长进行扫描，由此来检测白色干涉条纹的振幅为最大的位置，即检测白色光源到被测量物的光路长与白色光源到参照镜的光路长相等的位置；来测量被测量物的三维形状。

此外，这样的白色干涉测量装置不仅用于微细构造物的三维形状的测量，还可以用于电介质多层膜的膜厚测定、例如用于眼底或皮肤等连续体(扩散体)的结构分析等。

在这样的白色干涉测量装置中，重要的是精密地确定白色干涉条纹的振幅为最大的位置。作为确定白色干涉条纹的振幅为最大的位置的方法，作为目前所提出的方法，大致具有以下两个方法。

一种方法是，使用傅立叶变换，求出信号区域中干涉条纹的振幅在包络线之间的宽度为最大的位置。而另一种方法是，使用光谱中的傅立叶分光光谱的相位梯度，来计算白色干涉条纹的振幅为最大的位置。一般，在通信理论中，已知的是，与信号的振幅信息相比，相位信息抗检测器的非线性特性和量子化噪声。这意味着在白色干涉条纹的情况下，通过不使用振幅信息而是使用相位信息，可以提高确定白色干涉条纹的振幅为最大的位置的精度。

此外，在专利文献1中记载了以下的方法：根据通过多个波长的干涉光得到的被测量物的干涉条纹数据，提取与各波长的干涉光对应的每个干涉条纹数据的相位信息，使用该相位信息为每个干涉条纹数据生成正弦波函数，在被测量物的测定区域内的规定的坐标位置，为了使干涉条纹数据成为最大值，对于各个干涉条纹数据决定正弦波函数的相位，由此来确定0次的条纹位置。

专利文献1：特开2000-266508号公报

发明内容

但是，在上述使用干涉条纹的振幅的包络线的方法中存在以下的问题：包络线描绘的曲线在振幅的顶点位置变化平稳，因此，由于测量噪声等引起的顶点附近的包络线的微小变化，产生了较大的测量误差。

此外，如上所述，在使用傅立叶分光光谱的相位梯度的方法中，为了推定相位梯度要进行最小二乘法等运算，因此计算量庞大，运算需要较长的时间。此外，在该方法中，存在以下的问题：在光源的光谱宽度较窄时，可以使用的相位信息的量减少，所以，对白色干涉条纹的振幅为最大的位置进行确定的精度降低。

此外，在专利文献1记载的技术中，存在以下的问题：在使用相位信息对每个干涉条纹数据生成正弦波函数时，要进行所采用的数据(标本点)之间的插补，因此，由于在这样的插补中产生的误差，对白色干涉条纹的振幅为最大的位置进行确定的精度降低。

因此，本发明是鉴于所述事实而提出的，本发明的目的在于，提供一种三维形状测量方法以及三维形状测量装置，其在使用白色干涉条纹测量被测量物的三维形状的三维形状测量装置中(白色干涉测量装置)，可以缩短运算所需要的处理时间，并且可以高精度地确定白色干涉条纹的振幅为最大的位置。

为了解决所述课题，达成所述目的，本发明第一方式的三维形状测量方法，其使从发出具有宽带光谱的照明光的光源(1)到被测量物(7)的光路长，或者从光源(1)到参照镜(6)的光路长变化，检测这些光路长相等的位置，这样来测量该被测量物(7)的三维形状的三维形状，其特征为，包含以下的阶段：求出概略位置的阶段，该概略位置包含由于来自参照镜(6)的照明光的返回光和来自被测量物(7)的照明光的返回光的干涉而产生的白色干涉条纹的振幅的包络线表示最大值的位置；提取白色干涉条纹中包含的至少两个以上的相互不同的分光光谱频带成分的干涉条纹的阶段；以及在概略位置附近求出得到相互不同的分光光谱频带成分的干涉条纹的相位为相互相等的值的位置，由此来决定从光源到被测量物的光路长与从光源到参照镜的光路长相等的位置的阶段。