] 在本發(fā)明中，不僅能夠使用光來非破壞、非接觸地測量任意的被檢查物體的表面 形狀，還能夠高精度和寬傾斜角動(dòng)態(tài)范圍地進(jìn)行測量。
【附圖說明】
[0027] 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的表面形狀測量方裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
[0028]圖2(a)是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的干涉條紋的例子的圖（單色光源的情 況）。
[0029]圖2(b)是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的干涉條紋的例子的圖（寬帶波長光源的 情況）。
[0030]圖3是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的表面形狀測量裝置的動(dòng)作流程的圖。
[0031] 圖4是表示利用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的表面形狀測量裝置使參照平面的表面 方向變化時(shí)的效果的圖。
[0032] 圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的表面形狀測量方裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0034] <第一實(shí)施方式>
[0035] 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的表面形狀測量裝置的結(jié)構(gòu)的圖。光源1使用 鹵素?zé)?、Xe燈或者LED等產(chǎn)生連續(xù)的波長的光的寬帶波長光源。從光源1發(fā)出的光束經(jīng)由 由用于聚光以及平行光束化的透鏡或者反射鏡構(gòu)成的照明光學(xué)系統(tǒng)2而成為平行光束30， 并入射到雙光束干涉儀3內(nèi)的分束器4。平行光束30被分束器4分割成兩個(gè)光束，一方經(jīng) 由樣品側(cè)物鏡5入射到樣品40的表面上的照明區(qū)域41后反射，成為樣品側(cè)反射光束31并 再次經(jīng)由樣品側(cè)物鏡5返回到分束器4。樣品40搭載在樣品移動(dòng)工作臺(tái)11上，能夠沿與 上述樣品側(cè)物鏡5的光軸正交的兩軸方向（X軸以及Y軸）和光軸方向（Z軸）移動(dòng)。上述 X軸以及Y軸用于在樣品40上使上述照明區(qū)域41的位置移動(dòng)，X坐標(biāo)值以及Y坐標(biāo)值被 X - Y驅(qū)動(dòng)?控制部12控制。上述Z軸能夠被壓電元件13(未圖示）驅(qū)動(dòng)，通過Z軸控制 部14以大致1納米的分辨率控制Z坐標(biāo)值。被上述分束器4分割成兩個(gè)光束中的另一方 經(jīng)由參照側(cè)物鏡6入射到參照平面7后，成為參照側(cè)反射光束32并再次經(jīng)由參照側(cè)物鏡6 返回到上述分束器4。這里，上述樣品側(cè)物鏡5和上述參照側(cè)物鏡6設(shè)置成距離上述分束器 4的距離相互相等。另外，上述參照平面7設(shè)置在上述參照側(cè)物鏡6的聚焦位置，且能夠通 過2軸傾斜機(jī)構(gòu)15,使傾斜角對(duì)于與光軸正交且與上述樣品移動(dòng)工作臺(tái)11的X - Y軸對(duì)應(yīng) 的兩軸變化。以下，將與上述X軸對(duì)應(yīng)的方向的傾斜角設(shè)為0x，將與上述Y軸對(duì)應(yīng)的方向 的傾斜角設(shè)為0 y。0 x和0 y的驅(qū)動(dòng)分別由壓電元件16、17 (未圖示）進(jìn)行，能夠通過傾 斜角控制部18以大致5微弧度的分辨率進(jìn)行角度控制。這樣返回到上述分束器4的上述 樣品側(cè)反射光束31和上述參照側(cè)反射光束32波動(dòng)光學(xué)地結(jié)合，產(chǎn)生干涉光束33。干涉光 束33入射到成像透鏡8后，其一部分通過設(shè)置在上述成像透鏡的成像面的像面光圈9。上 述成像透鏡8在上述照明區(qū)域41被放置在上述樣品側(cè)物鏡5的聚焦位置的狀態(tài)下，調(diào)整成 將上述照明區(qū)域41的像在上述成像面成像。通過上述像面光圈9后的上述干涉光束33被 引導(dǎo)向光檢測器10,其光強(qiáng)度被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，成為干涉光強(qiáng)度信號(hào)34。干涉光強(qiáng)度信號(hào) 34經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器20,輸入至計(jì)算機(jī)21，并實(shí)施運(yùn)算處理。另外，計(jì)算機(jī)21給予上述X - Y驅(qū)動(dòng)?控制部12、上述Z軸控制部14、上述傾斜角控制部18指令，使上述的X坐標(biāo)值、Y 坐標(biāo)值、Z坐標(biāo)值、0 x以及0 y的各值變化。
[0036] 在邁克爾遜干涉儀所代表的雙光束干涉儀中，一般情況下，人為地對(duì)分割出的兩 光束之間給予相位差的變化后，使它們再合成并干涉，記錄伴隨相位差的變化的干涉光強(qiáng) 度的變化。伴隨相位差的變化的干涉光強(qiáng)度的變化的數(shù)值數(shù)據(jù)、或者將上述數(shù)值數(shù)據(jù)圖表 化的圖形、或者將上述干涉光強(qiáng)度的變化作為空間上明暗的光量分布生成的光學(xué)圖像被稱 為干涉條紋（干涉圖形）。上述相位差由上述雙光束分別由直至被分割并再合成為止前進(jìn) 的光路的光程差，即光學(xué)距離的差和所使用的光的波長決定。在本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，上 述兩光束之間的光程差為分束器4 -樣品側(cè)物鏡5 -樣品40上的照明區(qū)域41 -樣品側(cè)物 鏡5 -分束器4的光路的光學(xué)距離與分束器4 -參照側(cè)物鏡6 -參照平面7 -參照側(cè)物鏡 6 -分束器4的光路的光學(xué)距離的差。這里，若將相位差設(shè)為￥弧度，將上述分割成兩個(gè)的 光束之間的光程差設(shè)為A L微米，將使用的波長設(shè)為A微米，則為
[0037]
[0038] 因此，在雙光束干涉儀中，構(gòu)成為通過在上述雙光束中一方的光路中放置反射鏡 并使上述反射鏡的位置平行移動(dòng)，來使光學(xué)距離變化并記錄干涉條紋的干涉儀較多。在使 用的光源是僅發(fā)出單一的波長的光的單色光源的情況下，每當(dāng)光程差成為光源的波長的2 倍均反復(fù)產(chǎn)生相等的干涉光強(qiáng)度變化，所以得到了圖2a所示的由單一的C0S波形構(gòu)成的干 涉條紋。另一方面，已知有在使用發(fā)出連續(xù)的波長的光的寬帶波長光源的情況下，兩光束之 間的干涉為所謂的白光干涉，如圖2b所示，在如在光源所包含的各波長中相位差共通并大 致成為零那樣的光程差（零光程差）中取極大值，僅在其周邊觀測出振動(dòng)波形。
[0039] 以下，使用圖3的動(dòng)作流程對(duì)樣品40搭載于樣品移動(dòng)工作臺(tái)11后的上述計(jì)算機(jī) 21的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖3的動(dòng)作流程的處理作為傾斜角測定功能50內(nèi)置于上述計(jì)算機(jī)21 內(nèi)。
[0040] 在本實(shí)施例中，如Step 9至Step 12所示，通過上述計(jì)算機(jī)21對(duì)上述Z軸控制 部14發(fā)出指令來使Z坐標(biāo)值從規(guī)定的初始位置移動(dòng)到結(jié)束位置，并且獲取上述干涉光強(qiáng)度 信號(hào)34,由此來記錄一個(gè)干涉條紋。上述初始位置以及結(jié)束位置被決定為包含有上述的零 光程差。此時(shí)得到的干涉條紋的形狀為概要圖2b。這里，定義成為干涉對(duì)比度C的量。在 使用的光源是單色光源的情況下，干涉對(duì)比度C 一般由下式定義。其中，使Z坐標(biāo)以恒定 的刻度變化為Z0、Z1、? ? ?、Zn，并將各Zi中的干涉光強(qiáng)度作為Ji，將max{Ji}作為J0、 Jl、? ? ?、Jn的中的最大值，將min{Ji}作為最小值。
[0041] C =[max{Ji} -min{Ji}]
[0042] /[max{Ji}+min{Ji}]? ? ?公式5
[0043] 但是，在使用白色光源的情況下，如圖2b那樣，干涉強(qiáng)度的振動(dòng)波形僅在零光程 差周邊被觀察出，隨著遠(yuǎn)離零光程差而振動(dòng)的方絡(luò)線衰減下去，所以上式中的定義不合適。 因此，在本發(fā)明中，在將零光程差位置的z坐標(biāo)設(shè)為Zc，且在從Za到Zb的范圍中觀測出干 涉強(qiáng)度的振動(dòng)波形，并將a < i < b的范圍中的干涉強(qiáng)度{Ji}的平均值設(shè)為J0時(shí)，用下式 定義干涉對(duì)比度C。
[0044] b
[0045] C = [{2 (Ji - J0) ^ 2}/(b - a+1)}] ^ (1/2)/JO
[0046] i=a
[0047] ? ? ?公式6
[0048] 公式6與a彡i彡b的范圍中的{Ji}的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差相等。該干涉對(duì)比度的計(jì) 算在Step 13進(jìn)行。在本實(shí)施例中，如Step 5至Step 15所示，每當(dāng)上述計(jì)算機(jī)21對(duì)上述 傾斜角控制部18發(fā)出指令，來使0 x以及0 y以規(guī)定的刻度從規(guī)定的初始位置移動(dòng)到結(jié)束 位置，均進(jìn)行上述的一個(gè)干涉條