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JP7560974B2 - Laser confocal microscope - Google Patents
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Description

ここに開示する技術は、レーザ共焦点顕微鏡に関する。 The technology disclosed herein relates to a laser confocal microscope.

例えば特許文献1には、レーザ共焦点の原理を用いた共焦点顕微鏡が開示されている。具体的に、この特許文献1に開示されている共焦点顕微鏡は、対物レンズを介してレーザ光を照射するレーザ光源と、ピンホール(ピンホール部材)等からなる光学系を介してレーザ光の反射光を受光するとともに、その受光強度に応じた受光信号を生成する受光部(受光素子)と、を備える。 For example, Patent Document 1 discloses a confocal microscope that uses the principle of laser confocal. Specifically, the confocal microscope disclosed in Patent Document 1 includes a laser light source that irradiates laser light through an objective lens, and a light receiving unit (light receiving element) that receives reflected light of the laser light through an optical system consisting of a pinhole (pinhole member) and the like, and generates a light receiving signal according to the intensity of the received light.

一方、特許文献2には、分光干渉法を用いた膜厚測定装置(セル内膜厚測定装置)が開示されている。具体的に、この特許文献2に係る膜厚測定装置は、基板上にパターニングされた着色膜の膜厚等、特定の測定対象に特化した専用機として構成されており、分光干渉の原理を用いて膜厚を測定することができる。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a film thickness measurement device (film thickness measurement device inside a cell) that uses spectral interference. Specifically, the film thickness measurement device in Patent Document 2 is configured as a dedicated machine specialized for a specific measurement target, such as the film thickness of a colored film patterned on a substrate, and can measure film thickness using the principle of spectral interference.

特開2009-258186号公報JP 2009-258186 A 特開2007-205791号公報JP 2007-205791 A

特許文献1に係る共焦点顕微鏡は、レーザ共焦点の原理を用いて膜厚を測定することができる。しかし、この従来の共焦点顕微鏡には、分光干渉法を用いた膜厚測定ほどの高い精度で膜厚を測定することができないという問題がある。 The confocal microscope described in Patent Document 1 can measure film thickness using the principle of laser confocal. However, this conventional confocal microscope has the problem that it cannot measure film thickness with the same high accuracy as film thickness measurement using spectral interferometry.

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザ共焦点顕微鏡において、分光干渉法による膜厚測定を実現することにある。 The technology disclosed here has been developed in light of these issues, and its purpose is to achieve film thickness measurement using spectroscopic interferometry in a laser confocal microscope.

本開示の第1の態様は、測定対象物を載置するためのステージと、前記ステージ上に載置された測定対象物に、対物レンズを介してレーザ光を照射するレーザ光源と、前記測定対象物からのレーザ光の反射光を、前記対物レンズを有する共焦点光学系を介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する受光部と、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する測定部と、前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、前記測定対象物からの白色光の反射光を受光し、該白色光の反射光に基づいて前記測定対象物のカメラ画像を生成するカメラと、波長毎の受光強度に応じた受光信号を生成する分光器と、前記測定対象物からの白色光の反射光を、前記カメラに向かう光と、前記分光器に向かう光とに分岐させる光分岐部と、を備えるレーザ共焦点顕微鏡に係る。 The first aspect of the present disclosure relates to a laser confocal microscope including a stage for placing a measurement object, a laser light source that irradiates a laser light through an objective lens onto the measurement object placed on the stage, a light receiving unit that receives the reflected light of the laser light from the measurement object through a confocal optical system having the objective lens and generates a light receiving signal according to the light receiving intensity of the reflected light, a measurement unit that measures the surface shape of the measurement object based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, a white light source that irradiates the measurement object placed on the stage with white light through an objective lens, a camera that receives the white light reflected from the measurement object and generates a camera image of the measurement object based on the white light reflected, a spectroscope that generates a light receiving signal according to the light receiving intensity for each wavelength, and an optical branching unit that branches the white light reflected from the measurement object into light directed to the camera and light directed to the spectroscope.

そして、本開示の第1の態様によれば、前記測定部は、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するのに加えて、前記分光器によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の膜厚を測定する。 And, according to the first aspect of the present disclosure, the measurement unit measures the surface shape of the measurement object based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, and also measures the film thickness of the measurement object based on the light receiving signal generated by the spectrometer.

前記第1の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、白色光を用いたカメラ画像の生成に加えて、レーザ光による共焦点の原理(レーザ共焦点法)に基づいて測定対象物の測定を行うことできる。 According to the first aspect, the laser confocal microscope can generate a camera image using white light, and can also measure an object based on the confocal principle using laser light (laser confocal method).

そして、前記第1の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、白色光の反射光を分岐させることで、分光干渉の原理(分光干渉法)に基づいて膜厚を測定することができる。カメラ用の白色光およびカメラを流用することで、分光干渉法の実現に要する部品点数、特に分光干渉法による膜厚測定を行うための専用部品の導入を最小限に抑えつつ、ステージに載置可能な測定対象物一般に対して膜厚測定を実行することができる。 According to the first aspect, the laser confocal microscope can measure film thickness based on the principle of spectral interference (spectral interferometry) by splitting the reflected light of white light. By reusing the white light and camera for the camera, it is possible to perform film thickness measurement on general measurement objects that can be placed on a stage while minimizing the number of parts required to realize spectral interferometry, particularly the introduction of dedicated parts for film thickness measurement using spectral interferometry.

また、本開示の第2の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、前記対物レンズに対する前記ステージの高さ位置を相対的に変化させる駆動部と、前記対物レンズを着脱可能に構成された着脱機構と、前記ステージまたは前記対物レンズの各高さ位置で前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記対物レンズの焦点が前記測定対象物の表面に一致する合焦位置を算出する演算部と、前記駆動部を作動させることで前記ステージまたは前記対物レンズの高さ位置を相対的に調整することによって、該高さ位置を前記演算部によって算出された合焦位置に一致させる焦点調整部と、を備え、前記共焦点光学系は、前記着脱機構に装着される前記対物レンズを交換することで、前記測定対象物の拡大倍率を変更可能に構成され、前記測定部は、前記測定対象物の各拡大倍率において、前記測定対象物の膜厚を測定する、としてもよい。 According to a second aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope includes a drive unit that changes the height position of the stage relative to the objective lens, an attachment/detachment mechanism configured to attach/detach the objective lens, a calculation unit that calculates a focal position where the focal position of the objective lens coincides with the surface of the measurement object based on a light receiving signal generated by the light receiving unit at each height position of the stage or the objective lens, and a focus adjustment unit that operates the drive unit to relatively adjust the height position of the stage or the objective lens to coincide with the focal position calculated by the calculation unit, and the confocal optical system is configured to be able to change the magnification of the measurement object by replacing the objective lens attached to the attachment/detachment mechanism, and the measurement unit measures the film thickness of the measurement object at each magnification of the measurement object.

従来知られた膜厚測定装置のような専用機の場合、対物レンズのフォーカスが多少ずれた状態にあっても、膜厚を測定することが可能であった。さらに、そうした専用機の場合、被写界深度の深い低倍率の対物レンズを使うことになるため、視野が広く、ユーザによる観察位置の調整も比較的容易であった。 In the case of dedicated machines such as conventional film thickness measurement devices, it was possible to measure film thickness even if the objective lens was slightly out of focus. Furthermore, such dedicated machines use a low-magnification objective lens with a deep depth of field, so the field of view is wide and it is relatively easy for users to adjust the observation position.

ところが、前記レーザ共焦点顕微鏡のような汎用機の場合、前述の専用機よりも高い拡大倍率に変更された状態で、膜厚を測定することが想定される。そのため、前述の専用機よりも被写界深度が浅くなる。さらに、視野も狭くなるため、ユーザが観察位置を把握するのも困難になる。 However, in the case of a general-purpose machine such as the laser confocal microscope, it is expected that the film thickness will be measured at a higher magnification than the dedicated machine described above. Therefore, the depth of field will be shallower than the dedicated machine described above. Furthermore, the field of view will be narrow, making it difficult for the user to grasp the observation position.

対して、前記第2の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、着脱機構によって高倍率での測定を実行可能に構成されているものの、演算部および焦点調整部がフォーカス合わせを自動的に行うようになっている。そのため、高倍率での膜厚測定時にあっても、良好な測定を実現することができる。 In contrast, according to the second aspect, the laser confocal microscope is configured to be able to perform measurements at high magnification using a detachable mechanism, but the calculation unit and focus adjustment unit are configured to automatically perform focusing. Therefore, good measurements can be achieved even when measuring film thickness at high magnification.

また、本開示の第3の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、前記白色光源から照射される白色光と、前記レーザ光源から照射されるレーザ光と、を同軸化する合流部を備え、前記光分岐部は、前記合流部と前記対物レンズとの間の光路上に配置される、としてもよい。 Furthermore, according to a third aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope may include a junction section that coaxially couples the white light emitted from the white light source and the laser light emitted from the laser light source, and the optical branch section may be disposed on the optical path between the junction section and the objective lens.

前記第3の態様によると、光分岐部は、合流部に比して対物レンズに近接した状態で配置されることになる。このように、光分岐部を対物レンズ付近に配置することで、光分岐部を着脱自在とする構成を容易に実現することができる。その結果、膜厚測定と、レーザ共焦点法による測定と、の使い分けを容易に行うことができるようになる。 According to the third aspect, the optical branching section is disposed closer to the objective lens than the merging section. In this way, by disposing the optical branching section near the objective lens, a configuration in which the optical branching section can be freely attached and detached can be easily realized. As a result, it becomes easy to distinguish between film thickness measurement and measurement by the laser confocal method.

また、本開示の第4の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、前記対物レンズを着脱可能に構成された着脱機構と、前記光分岐部が内蔵されたアダプタと、を備え、前記共焦点光学系は、前記着脱機構に装着される前記対物レンズを交換することで、前記測定対象物の拡大倍率を変更可能に構成され、前記アダプタは、前記着脱機構に着脱可能に構成される、としてもよい。 According to a fourth aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope may include a detachable mechanism configured to detachably attach the objective lens, and an adapter incorporating the optical branching unit, and the confocal optical system may be configured to change the magnification of the object to be measured by replacing the objective lens attached to the detachable mechanism, and the adapter may be configured to be detachable from the detachable mechanism.

前記第4の態様によると、前記着脱機構からレーザ共焦点法に適した対物レンズを取り外した上で、その着脱機構に対し、光分岐部が内蔵されたアダプタを装着することができる。これにより、対物レンズと同様の使用感で、光分岐部とともにアダプタを着脱することができる。このことは、レーザ共焦点法と分光干渉法という、2つの異質な測定原理を容易に切替可能であることを意味し、ユーザビリティの向上に資する。 According to the fourth aspect, after removing the objective lens suitable for the laser confocal method from the attachment/detachment mechanism, an adapter with a built-in optical branching unit can be attached to the attachment/detachment mechanism. This allows the adapter to be attached and detached together with the optical branching unit with the same feel as an objective lens. This means that it is possible to easily switch between two different measurement principles, the laser confocal method and the spectral interferometry, which contributes to improving usability.

また、本開示の第5の態様によれば、前記アダプタは、該アダプタとは別体の前記対物レンズを着脱可能に構成され、前記対物レンズは、前記アダプタを介して前記着脱機構に装着可能に構成される、としてもよい。 Furthermore, according to a fifth aspect of the present disclosure, the adapter may be configured to allow the objective lens, which is separate from the adapter, to be detachably attached, and the objective lens may be configured to be attachable to the attachment/detachment mechanism via the adapter.

前記第5の態様によると、対物レンズのうち、特に分光干渉法による膜厚測定に用いられる対物レンズについては、アダプタを介して着脱機構に装着することができる。このことは、アダプタに係るユーザビリティの向上に有効である。 According to the fifth aspect, among the objective lenses, the objective lens used for film thickness measurement by the spectral interferometry in particular can be attached to the attachment/detachment mechanism via an adapter. This is effective in improving the usability of the adapter.

また、本開示の第6の態様によれば、前記着脱機構は、所定の中心軸まわりに回転するレボルバとして構成され、前記レボルバは、前記中心軸を取り囲むように、前記対物レンズおよび前記アダプタを取付可能に構成される、としてもよい。 Furthermore, according to a sixth aspect of the present disclosure, the attachment/detachment mechanism may be configured as a revolver that rotates around a predetermined central axis, and the revolver may be configured to be capable of attaching the objective lens and the adapter so as to surround the central axis.

前記第6の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、そのレボルバから対物レンズを取り外してアダプタに付け替えるという比較的平易な操作を行うことで、測定原理を切り替えることができる。対物レンズの交換と同様の使用感で測定原理を切り替えることができるため、装置のユーザビリティを向上させることができる。 According to the sixth aspect, the laser confocal microscope can switch measurement principles by performing the relatively simple operation of removing the objective lens from the revolver and replacing it with an adapter. Since the measurement principle can be switched with the same feel as changing the objective lens, the usability of the device can be improved.

また、本開示の第7の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、前記白色光源から照射された白色光を、所定の参照面に向かう参照光と、前記測定対象物に向かう測定光と、に分岐させる分岐光学系と、前記参照面によって反射された参照光と、前記測定対象物によって反射された測定光と、を受光して干渉画像を撮像する撮像部と、を備え、前記測定部は、前記合焦位置を含んだ高さ範囲内に定められる複数の高さ位置において前記撮像部により撮影された複数の干渉画像に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する、としてもよい。 According to a seventh aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope may include a branching optical system that branches the white light emitted from the white light source into a reference light directed toward a predetermined reference surface and a measurement light directed toward the measurement object, and an imaging unit that receives the reference light reflected by the reference surface and the measurement light reflected by the measurement object to capture an interference image, and the measurement unit may measure the surface shape of the measurement object based on a plurality of interference images captured by the imaging unit at a plurality of height positions defined within a height range including the focal position.

前記第7の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、測定光と参照光との干渉現象を反映した干渉画像を撮像することで、白色干渉の原理(白色干渉法)に基づいて表面形状を測定することができる。 According to the seventh aspect, the laser confocal microscope can measure the surface shape based on the principle of white light interference (white light interferometry) by capturing an interference image that reflects the interference phenomenon between the measurement light and the reference light.

ここで、「撮像部」は、前記カメラによって構成してもよい。その場合、前記干渉画像は、特定の状況下で撮影された前記カメラ画像に対応することになる。 Here, the "imaging unit" may be configured by the camera. In that case, the interference image corresponds to the camera image captured under specific conditions.

ところで、表面形状を精度よく測定するためには、干渉対物レンズ等のフォーカスが合った位置である合焦位置を予め探索しておくことが求められるものの、従来知られた手法にはユーザビリティに改善の余地が残る。 Incidentally, in order to measure the surface shape with high accuracy, it is necessary to search in advance for the focal position where the interference objective lens or the like is focused, but there is still room for improvement in terms of usability in conventionally known methods.

そこで、前記第7の態様に係る白色干渉顕微鏡は、合焦位置を探索する際に、白色干渉法ではなく、レーザ光による共焦点の原理(レーザ共焦点法)を利用する。 The white light interference microscope according to the seventh aspect uses the principle of confocal laser light (laser confocal method) rather than white light interference method when searching for the focal position.

レーザ光共焦点法を利用した場合、合焦位置においては比較的高い受光強度が実現される一方、非合焦位置においては、受光強度が著しく減少することになる。これにより、ある程度フォーカスさせた状態から探索を開始せずとも、受光素子のゲインを十分に高めておくことができるようになる。その結果、手間および時間等の観点で有利になり、ひいては、フォーカスを合わせる際のユーザビリティを向上させることが可能となる。 When using the laser light confocal method, a relatively high light receiving intensity is achieved at the focused position, while the light receiving intensity is significantly reduced at the unfocused position. This makes it possible to sufficiently increase the gain of the light receiving element without starting the search from a relatively focused state. This is advantageous in terms of effort and time, and ultimately makes it possible to improve usability when adjusting the focus.

また、本開示の第8の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、少なくとも、前記測定対象物の表面形状を測定する第1モードと、前記測定対象物の膜厚を測定する第2モードと、を含んだモード群の中から1つを実行させるモード切替部を備える、としてもよい。 Furthermore, according to an eighth aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope may be provided with a mode switching unit that executes one of a group of modes including at least a first mode for measuring the surface shape of the measurement object and a second mode for measuring the film thickness of the measurement object.

前記第8の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、主たる機能として、少なくとも、前記第1モードと、前記第2モードと、を使い分けることができる。これにより、レーザ共焦点顕微鏡を種々の用途に用いることができるようになる。 According to the eighth aspect, the laser confocal microscope can selectively use at least the first mode and the second mode as its main function. This allows the laser confocal microscope to be used for various purposes.

また、本開示の第9の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、前記測定部は、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記測定対象物の膜厚を測定し、前記モード切替部は、前記第2モードが選択された場合、前記分光器によって生成された受光信号に基づいて膜厚を測定する第1のサブモードと、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて膜厚を測定する第2のサブモードと、うちの一方を実行させる、としてもよい。 Furthermore, according to a ninth aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope may be configured such that the measurement unit measures the film thickness of the measurement object based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, and when the second mode is selected, the mode switching unit executes one of a first submode in which the film thickness is measured based on the light receiving signal generated by the spectrometer and a second submode in which the film thickness is measured based on the light receiving signal generated by the light receiving unit.

一般に、レーザ共焦点法に基づいた膜厚の測定は、分光干渉法に基づいた測定に比して、より厚みのある対象物に適したものとなる。 In general, film thickness measurements based on laser confocal techniques are more suitable for thicker objects than measurements based on spectroscopic interferometry.

前記第9の態様によると、前記レーザ共焦点顕微鏡は、分光干渉法に基づいた膜厚の測定と、レーザ共焦点法に基づいた膜厚の測定と、を使い分けることができる。これにより、対象物の厚みに応じて、都度、適切な測定を行うことができるようになる。 According to the ninth aspect, the laser confocal microscope can selectively use either the film thickness measurement based on the spectroscopic interferometry method or the film thickness measurement based on the laser confocal method. This makes it possible to perform appropriate measurements each time depending on the thickness of the object.

また、本開示の第10の態様によれば、前記レーザ共焦点顕微鏡は、前記対物レンズを着脱可能に構成された着脱機構と、前記光分岐部が内蔵されたアダプタと、前記測定対象物の表面形状を測定する第1モードと前記測定対象物の膜厚を測定する第2モードとを少なくとも含んだモード群の中から1つを実行させるモード切替部と、を備え、前記アダプタは、前記着脱機構に装着可能に構成され、前記着脱機構は、所定の中心軸まわりに回転するレボルバとして構成され、前記レボルバは、前記中心軸を取り囲むように、前記対物レンズおよび前記アダプタを取付可能に構成され、前記モード切替部は、前記第2モードが選択された場合、前記レボルバの回転を許容しない、としてもよい。 According to a tenth aspect of the present disclosure, the laser confocal microscope may include an attachment/detachment mechanism configured to attach and detach the objective lens, an adapter incorporating the optical branching unit, and a mode switching unit that executes one of a group of modes including at least a first mode for measuring the surface shape of the measurement object and a second mode for measuring the film thickness of the measurement object, the adapter configured to be attachable to the attachment/detachment mechanism, the attachment/detachment mechanism configured as a revolver that rotates around a predetermined central axis, the revolver configured to be able to attach the objective lens and the adapter so as to surround the central axis, and the mode switching unit may not allow the revolver to rotate when the second mode is selected.

アダプタは、光分岐部を内蔵する分だけ、対物レンズよりも大径となる可能性がある。その場合、レボルバを介してアダプタを回転させたときに、アダプタとステージとが衝突する虞がある。 The adapter may have a larger diameter than the objective lens because it contains an optical branching section. In that case, there is a risk of the adapter colliding with the stage when the adapter is rotated through the revolver.

一方、前記第10の態様によると、前記第2モードが選択された場合、すなわち、測定対象物にアダプタ(および光分岐部)を対峙させた場合には、その姿勢のまま、レボルバひいてはアダプタの回転を許容しない。このように構成することで、アダプタとステージとの衝突を未然に防ぐことができる。 On the other hand, according to the tenth aspect, when the second mode is selected, that is, when the adapter (and the optical branching unit) is placed facing the object to be measured, the revolver and the adapter are not allowed to rotate in that position. By configuring it in this way, it is possible to prevent a collision between the adapter and the stage.

以上説明したように、本開示によれば、レーザ共焦点顕微鏡において、分光干渉法による膜厚測定を実現することができる。 As described above, according to the present disclosure, film thickness measurement using spectroscopic interferometry can be achieved in a laser confocal microscope.

図1Aは、レーザ共焦点顕微鏡のシステム構成を例示する模式図である。FIG. 1A is a schematic diagram illustrating the system configuration of a laser confocal microscope. 図1Bは、膜厚測定時のレーザ共焦点顕微鏡のシステム構成を例示する模式図である。FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a system configuration of a laser confocal microscope during film thickness measurement. 図2は、観察ユニットの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the observation unit. 図3Aは、観察ユニットの白色光学系を例示する模式図である。FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a white light optical system of the observation unit. 図3Bは、観察ユニットのレーザ光学系を例示する模式図である。FIG. 3B is a schematic diagram illustrating a laser optical system of the observation unit. 図3Cは、膜厚測定時の白色光学系を例示する模式図である。FIG. 3C is a schematic diagram illustrating a white light optical system during film thickness measurement. 図4は、レーザ共焦点顕微鏡の構成を例示するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of a laser confocal microscope. 図5は、ユニット制御系の構成を例示するブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of a unit control system. 図6Aは、1つの画素において、サンプルのZ方向の相対位置と、白色光の干渉光に起因する受光強度と、の関係を例示する図である。FIG. 6A is a diagram illustrating an example of the relationship between the relative position of the sample in the Z direction and the received light intensity caused by the interference light of white light in one pixel. 図6Bは、1つの画素において、サンプルのZ方向の相対位置と、レーザ光の反射光に起因する受光強度と、の関係を例示する図である。FIG. 6B is a diagram illustrating an example of the relationship between the relative position of the sample in the Z direction and the received light intensity caused by reflected light of the laser light in one pixel. 図6Cは、第2ピッチの大きさを例示する図である。FIG. 6C is a diagram illustrating the magnitude of the second pitch. 図6Dは、第4ピッチおよび第1ピッチの大きさを比較する図である。FIG. 6D is a diagram comparing the magnitude of the fourth pitch and the first pitch. 図6Eは、第3ピッチおよび第4ピッチの大きさを比較する図である。FIG. 6E is a diagram comparing the magnitude of the third pitch and the fourth pitch. 図6Fは、第3ピッチおよび第4ピッチの大きさを比較する図である。FIG. 6F is a diagram comparing the magnitude of the third pitch and the fourth pitch. 図7は、高さ範囲の設定手順について説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a procedure for setting a height range. 図8は、分光ユニットの斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of the spectroscopic unit. 図9は、分光ユニットの分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view of the spectroscopic unit. 図10Aは、白色光の波長毎の反射率と、サンプルの膜厚との関係を例示する図である。FIG. 10A is a diagram illustrating the relationship between the reflectance for each wavelength of white light and the film thickness of a sample. 図10Bは、レーザ光の反射光に起因する受光強度と、サンプルの膜厚の関係を例示する図である。FIG. 10B is a diagram illustrating an example of the relationship between the received light intensity caused by the reflected light of the laser light and the film thickness of the sample. 図11は、電動レボルバの側面図である。FIG. 11 is a side view of the electric revolver. 図12は、レーザ共焦点顕微鏡の基本的な使用手順を例示するフローチャートである。FIG. 12 is a flow chart illustrating a basic procedure for using a laser confocal microscope. 図13は、レーザ共焦点顕微鏡によるパラメータの設定手順を例示するフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating a procedure for setting parameters using a laser confocal microscope. 図14は、レーザ共焦点顕微鏡によるオートフォーカスの実行手順を例示するフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of an execution procedure of autofocus by a laser confocal microscope. 図15は、レーザ共焦点顕微鏡による表面形状の測定手順を例示するフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart illustrating a procedure for measuring the surface shape using a laser confocal microscope. 図16は、レーザ共焦点顕微鏡によるサンプルの膜厚の測定手順を例示するフローチャートである。FIG. 16 is a flow chart illustrating a procedure for measuring the film thickness of a sample using a laser confocal microscope. 図17は、簡単設定時における表示画面を例示する図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of a display screen during simple setting. 図18は、白色干渉法による測定時の表示画面を例示する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a display screen during measurement by white light interferometry. 図19は、基本設定時における表示画面を例示する図である。FIG. 19 is a diagram showing an example of a display screen at the time of basic setting. 図20は、膜厚測定時における表示画面を例示する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a display screen during film thickness measurement.

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the following description is merely an example.

<レーザ共焦点顕微鏡1>
図1Aは、本開示の実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1のシステム構成を例示する模式図である。図1に例示されるレーザ共焦点顕微鏡1は、観察対象物および測定対象物としてのサンプルSPを拡大して観察可能にするとともに、該サンプルSPの表面形状(三次元形状)を測定するための装置である。
<Laser confocal microscope 1>
Fig. 1A is a schematic diagram illustrating a system configuration of a laser confocal microscope 1 according to an embodiment of the present disclosure. The laser confocal microscope 1 illustrated in Fig. 1 is a device for magnifying and observing a sample SP as an observation object and a measurement object, and for measuring the surface shape (three-dimensional shape) of the sample SP.

レーザ共焦点顕微鏡1は、サンプルSPの表面形状を測定する際に、ピンホール等を有する共焦点光学系を用いてレーザ共焦点法を実施することができる。一方、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、白色光を同軸落射照明として用いるとともに、その反射光を撮像部58(カメラ)で受光することで、そのカメラによって生成される画像(干渉画像)に基づいてサンプルSPの観察を行うこともできる。 When measuring the surface shape of the sample SP, the laser confocal microscope 1 can perform the laser confocal method using a confocal optical system having a pinhole or the like. On the other hand, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment uses white light as coaxial epi-illumination, and receives the reflected light with the imaging unit 58 (camera), so that the sample SP can be observed based on the image (interference image) generated by the camera.

レーザ共焦点顕微鏡1はまた、白色光を用いた2光束干渉計として構成される。すなわち、このレーザ共焦点顕微鏡1は、サンプルSPの表面形状を測定する際に、白色光の2光束干渉を利用した白色干渉法を実施することもできる。 The laser confocal microscope 1 is also configured as a two-beam interferometer using white light. In other words, the laser confocal microscope 1 can also perform white light interferometry, which utilizes the interference of two beams of white light, when measuring the surface shape of the sample SP.

ここで、図1Bは、膜厚測定時のレーザ共焦点顕微鏡1のシステム構成を例示する模式図である。図1Bに例示されるように、レーザ共焦点顕微鏡1は、既存の対物レンズ54を分光ユニットOsと置き換えた上で白色光の分光干渉を用いることで、サンプルSPの膜厚を測定することもできる。 Here, FIG. 1B is a schematic diagram illustrating the system configuration of the laser confocal microscope 1 when measuring film thickness. As illustrated in FIG. 1B, the laser confocal microscope 1 can also measure the film thickness of the sample SP by replacing the existing objective lens 54 with a spectroscopic unit Os and using the spectral interference of white light.

また、膜厚の測定に際し、レーザ共焦点顕微鏡1は、分光干渉の原理に基づいた測定と、レーザ共焦点法による測定と、を使い分けることができる。 When measuring film thickness, the laser confocal microscope 1 can selectively use either measurement based on the principle of spectral interference or measurement using the laser confocal method.

レーザ共焦点顕微鏡1は、その観察機能に着目した場合、拡大観察装置と呼称したり、単に顕微鏡と呼称したり、デジタルマイクロスコープと呼称したりすることができる一方、その測定機能に着目した場合、三次元形状測定装置と呼称したり、表面形状測定装置と呼称したり、膜厚測定装置と呼称したりすることもできる。レーザ共焦点顕微鏡1はまた、その測定原理に着目した場合、白色干渉計と呼称したり、白色干渉顕微鏡と呼称したりすることも可能である。 When focusing on its observation function, the laser confocal microscope 1 can be called a magnifying observation device, simply a microscope, or a digital microscope, while when focusing on its measurement function, it can be called a three-dimensional shape measuring device, a surface shape measuring device, or a film thickness measuring device. When focusing on its measurement principle, the laser confocal microscope 1 can also be called a white light interferometer or a white light interference microscope.

図1Aに示すように、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、観察ユニット2と、外部ユニット3と、を備える。観察ユニット2は、白色干渉による観察および測定を実行するための光学部品をユニット化してなる。一方、外部ユニット3は、通信機能、電源機能等を実現するためのユニットである。なお、外部ユニット3を観察ユニット2に組み込んで一体化することもできる。図例のように、観察ユニット2と外部ユニット3とでレーザ共焦点顕微鏡1を構成する場合は、外部ユニット3に、観察ユニット2に対して電力を供給する電力供給装置3aを設けることができる。観察ユニット2と外部ユニット3とは、配線2aによって接続されている。 As shown in FIG. 1A, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment includes an observation unit 2 and an external unit 3. The observation unit 2 is a unit made up of optical components for performing observation and measurement using white light interference. Meanwhile, the external unit 3 is a unit for realizing communication functions, power supply functions, and the like. The external unit 3 can also be incorporated into the observation unit 2 for integration. As shown in the figure, when the laser confocal microscope 1 is configured with the observation unit 2 and the external unit 3, a power supply device 3a that supplies power to the observation unit 2 can be provided in the external unit 3. The observation unit 2 and the external unit 3 are connected by wiring 2a.

また、レーザ共焦点顕微鏡1には、操作用端末4を接続することができる。外部ユニット3に内蔵されている通信部3b(図4を参照)によって、操作用端末4の接続が可能になる。なお、操作用端末4と外部ユニット3とを接続する代わりに、または、操作用端末4と外部ユニット3との接続に加えて、操作用端末4と観察ユニット2とを接続することもできる。その場合、観察ユニット2には、通信部3bに相当する機器が内蔵されることになる。 The laser confocal microscope 1 can also be connected to an operation terminal 4. The operation terminal 4 can be connected by a communication section 3b (see FIG. 4) built into the external unit 3. Instead of connecting the operation terminal 4 to the external unit 3, or in addition to connecting the operation terminal 4 to the external unit 3, the operation terminal 4 can also be connected to the observation unit 2. In that case, the observation unit 2 will have a built-in device equivalent to the communication section 3b.

図1Aに示すように、本実施形態に係る操作用端末4は、表示部41と、キーボード42と、マウス43と、記憶装置44と、を有する。操作用端末4は、観察ユニット2または外部ユニット3に組み込んで一体化することで、レーザ共焦点顕微鏡1の構成部材とすることができる。この場合、操作用端末4は、「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等と呼ぶことができるが、この実施形態では、観察ユニット2および外部ユニット3とは別体の場合を例示している。 As shown in FIG. 1A, the operation terminal 4 according to this embodiment has a display unit 41, a keyboard 42, a mouse 43, and a storage device 44. The operation terminal 4 can be incorporated into the observation unit 2 or the external unit 3 to be integrated as a component of the laser confocal microscope 1. In this case, the operation terminal 4 can be called a control unit or the like rather than an "operation terminal", but this embodiment illustrates a case where it is separate from the observation unit 2 and the external unit 3.

また、表示部41、キーボード42、マウス43および記憶装置44のうちの1つ以上についても、観察ユニット2、外部ユニット3等に組み込んで一体化することで、レーザ共焦点顕微鏡1の構成部材とすることができる。つまり、操作用端末4全体、または、操作用端末4の各構成要素をレーザ共焦点顕微鏡1の一部とすることができる。例えば、表示部41付きのレーザ共焦点顕微鏡1、キーボード42及びマウス43(操作部)付きのレーザ共焦点顕微鏡1とすることもできる。 In addition, one or more of the display unit 41, keyboard 42, mouse 43, and storage device 44 can be incorporated and integrated into the observation unit 2, external unit 3, etc., to form components of the laser confocal microscope 1. In other words, the entire operation terminal 4, or each component of the operation terminal 4, can be made part of the laser confocal microscope 1. For example, the laser confocal microscope 1 can be equipped with a display unit 41, and with a keyboard 42 and mouse 43 (operation unit).

キーボード42およびマウス43は、周知のコンピュータ操作用の機器であり、操作用端末4を操作するための操作部をなす。これらがユーザによる操作入力を受け付けるとともに、その操作入力に対応した信号を操作用端末4に入力することで、この操作用端末4を介してレーザ共焦点顕微鏡1を操作することができる。具体的に、キーボード42およびマウス43を操作することで、各種情報の入力、選択操作、画像の選択操作、領域指定、位置指定等を行うことができる。 The keyboard 42 and mouse 43 are well-known devices for operating a computer, and form an operation unit for operating the operation terminal 4. These accept operation input by the user, and by inputting a signal corresponding to the operation input to the operation terminal 4, the laser confocal microscope 1 can be operated via the operation terminal 4. Specifically, by operating the keyboard 42 and mouse 43, it is possible to input various types of information, perform selection operations, select images, specify areas, specify positions, etc.

なお、キーボード42およびマウス43は、操作部の一例に過ぎない。キーボード42およびマウス43の代わりに、または、キーボード42およびマウス43に加えて、例えば、各種ポインティングデバイス、音声入力機器、タッチパネル等の機器を利用することもできる。 Note that the keyboard 42 and the mouse 43 are merely examples of an operation unit. Instead of the keyboard 42 and the mouse 43, or in addition to the keyboard 42 and the mouse 43, various devices such as pointing devices, voice input devices, and touch panels can also be used.

表示部41は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ELパネルによって構成される。この表示部41は、記憶装置44における記憶内容等、ユーザに対して情報を表示することができる。なお、表示部41に対し、操作部としてのタッチパネルを組み込んでもよい。 The display unit 41 is configured, for example, by a liquid crystal display or an organic EL panel. This display unit 41 can display information to the user, such as the contents stored in the storage device 44. Note that a touch panel may be incorporated into the display unit 41 as an operation unit.

また、後述する各部材、手段、素子、ユニット等は、観察ユニット2、外部ユニット3および操作用端末4のいずれに設けてもよい。 In addition, the components, means, elements, units, etc. described below may be provided in either the observation unit 2, the external unit 3, or the operation terminal 4.

レーザ共焦点顕微鏡1には、前述した機器および装置以外にも、様々な操作および制御を行うための装置、プリンタ、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を有線または無線によって接続することもできる。 In addition to the above-mentioned devices and equipment, the laser confocal microscope 1 can also be connected, by wire or wirelessly, to devices for performing various operations and controls, printers, computers for performing various other processes, storage devices, peripheral devices, etc.

例えば、サンプルSPの膜厚測定時には、観察ユニット2に分光器12が接続されるようになっている。この分光器12は、図1Bに例示されるように、光ケーブル11を介して分光ユニットOcに接続される。分光器12は、有線または無線によって、観察ユニット2に内蔵されたユニット制御系8、外部ユニット3、操作用端末4等に接続することができる。 For example, when measuring the film thickness of the sample SP, a spectrometer 12 is connected to the observation unit 2. As shown in FIG. 1B, the spectrometer 12 is connected to the spectroscopic unit Oc via an optical cable 11. The spectrometer 12 can be connected to the unit control system 8 built into the observation unit 2, the external unit 3, the operation terminal 4, etc., by wire or wirelessly.

<観察ユニット2の全体構成>
図2は、観察ユニット2の斜視図である。観察ユニット2の外観形状は、図2に示すようになっている。この観察ユニット2は、作業台等に載置されるベース20と、ベース20の奥側部分から上側へ向かって延びる支持部21と、支持部21の上部に設けられたヘッド部22と、測定対象物としてのサンプルSPを載置するためのステージ23と、を備える。
<Overall configuration of observation unit 2>
Fig. 2 is a perspective view of the observation unit 2. The external shape of the observation unit 2 is as shown in Fig. 2. This observation unit 2 includes a base 20 placed on a workbench or the like, a support part 21 extending upward from the back part of the base 20, a head part 22 provided on the upper part of the support part 21, and a stage 23 on which a sample SP as a measurement object is placed.

なお、観察ユニット2の手前側とは、ユーザが観察ユニット2に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに、そのユーザに近接する一側を指す。一方、観察ユニット2の奥側とは、ユーザが観察ユニット2に対して通常の操作姿勢で向かい合ったときに、そのユーザから離間する他側を指す。これらは、説明の便宜を図るために定義するものに過ぎず、実際の使用状態を限定するものではない。 The front side of the observation unit 2 refers to the side closest to the user when the user faces the observation unit 2 in a normal operating position. On the other hand, the back side of the observation unit 2 refers to the other side away from the user when the user faces the observation unit 2 in a normal operating position. These definitions are merely for the convenience of explanation and do not limit the actual usage state.

以下の記載では、観察ユニット2の手前側と奥側とを結んだ奥行き方向(ヘッド部22の長手方向)を「X方向」と呼称し、観察ユニット2の左右方向(ヘッド部22の短手方向)を「Y方向」と呼称する。そして、X方向とY方向の双方に沿った方向を「水平方向」と呼称し、その水平方向に沿った平面を「水平面」と呼称する。 In the following description, the depth direction connecting the front and back sides of the observation unit 2 (the long direction of the head part 22) is referred to as the "X direction", and the left-right direction of the observation unit 2 (the short direction of the head part 22) is referred to as the "Y direction". The direction along both the X direction and the Y direction is referred to as the "horizontal direction", and the plane along the horizontal direction is referred to as the "horizontal plane".

さらに、観察ユニット2の高さ方向を「Z方向」と呼称する。このZ方向は、X方向とY方向の双方に直交することになる。以下の記載における「高さ位置」とは、Z方向に沿った座標軸(Z軸)で見たときの位置を指す。高さ位置は、「Z位置」と呼称される場合もある。 Furthermore, the height direction of the observation unit 2 is referred to as the "Z direction." This Z direction is perpendicular to both the X direction and the Y direction. In the following description, the "height position" refers to the position when viewed along the coordinate axis (Z axis) along the Z direction. The height position is sometimes referred to as the "Z position."

もちろん、本開示は、これらの定義に限られるものではなく、X方向、Y方向およびZ方向等の定義を任意に変更することができる。 Of course, this disclosure is not limited to these definitions, and the definitions of the X direction, Y direction, Z direction, etc. can be changed as desired.

観察ユニット2を構成する部材のうち、ステージ23は、電動式の載置台として構成される。ステージ23は、図1および図2等に示す昇降ダイヤル23aを回転操作することで、Z方向に移動させることができる。 Of the components that make up the observation unit 2, the stage 23 is configured as an electrically operated mounting base. The stage 23 can be moved in the Z direction by rotating the elevation dial 23a shown in Figures 1 and 2, etc.

観察ユニット2は、ベース20等、観察ユニット2の外観形状に係る部材に加え、白色光を用いた観察および測定等に関連した部品の集合である白色光学系5と、レーザ光を用いた測定等に関連した部品の集合であるレーザ光学系6と、ステージ23等を駆動させるユニット駆動系7と、白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7を介して各種処理を実行するユニット制御系8と、を備える。 In addition to components related to the external shape of the observation unit 2, such as the base 20, the observation unit 2 includes a white optical system 5, which is a collection of parts related to observation and measurement using white light, a laser optical system 6, which is a collection of parts related to measurement using laser light, a unit drive system 7 that drives the stage 23, etc., and a unit control system 8 that executes various processes via the white optical system 5, the laser optical system 6, and the unit drive system 7.

白色光学系5は、白色光を観察用の照明または干渉光の生成源として用いる観察光学系(非共焦点観察光学系)であり、白色光によって照らされたサンプルSPを観察したり、サンプルSPの表面形状を特徴付ける干渉画像を生成したりするための光学系である。なお、ここでいう「光学系」の語は、広義で用いる。すなわち、白色光学系5は、レンズ等の光学部品に加え、光源、撮像素子等を包括したシステムとして定義される。レーザ光学系6についても同様である。 The white light optical system 5 is an observation optical system (non-confocal observation optical system) that uses white light as illumination for observation or as a source for generating interference light, and is an optical system for observing a sample SP illuminated by white light and generating an interference image that characterizes the surface shape of the sample SP. Note that the term "optical system" is used in a broad sense here. In other words, the white light optical system 5 is defined as a system that includes a light source, an imaging element, etc. in addition to optical components such as lenses. The same applies to the laser optical system 6.

レーザ光学系6は、いわゆるレーザ共焦点法を用いる観察光学系(共焦点観察光学系)であり、レーザ光を2次元走査したり、フォーカスされた状態でレーザ光を照射することで、レーザ光の反射光に基づく画像(以下、「レーザ画像」という)を生成したりするためのシステムである。 The laser optical system 6 is an observation optical system (confocal observation optical system) that uses the so-called laser confocal method, and is a system for two-dimensionally scanning the laser light and irradiating the laser light in a focused state to generate an image based on the reflected light of the laser light (hereinafter referred to as a "laser image").

ユニット駆動系7は、ステージ23を動作させるZ方向駆動部71、第1及びレーザ光学系5,6において対物レンズを切り替える電動レボルバ(電動の変倍機構)74等によって構成される。ユニット駆動系7は、ユニット制御系8から入力される電気信号に基づいて、レーザ共焦点顕微鏡1を構成する各種部材を動作させるようになっている。 The unit drive system 7 is composed of a Z-direction drive unit 71 that operates the stage 23, an electric revolver (electric variable magnification mechanism) 74 that switches the objective lenses in the first and laser optical systems 5 and 6, etc. The unit drive system 7 operates various components that make up the laser confocal microscope 1 based on electrical signals input from the unit control system 8.

ユニット制御系8は、白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7と電気信号を送受可能に接続されており、干渉画像およびレーザ画像等を表示部41上に表示させたり、レーザ画像に基づいてレーザ共焦点顕微鏡1のオートフォーカスを実行したり、干渉画像およびレーザ画像の少なくとも一方に基づいてサンプルSPの表面形状を測定したりすることができるよう構成される。 The unit control system 8 is connected to the white optical system 5, the laser optical system 6, and the unit drive system 7 so as to be able to send and receive electrical signals, and is configured to be able to display interference images, laser images, etc. on the display unit 41, to perform autofocusing of the laser confocal microscope 1 based on the laser image, and to measure the surface shape of the sample SP based on at least one of the interference image and the laser image.

具体的に、本実施形態に係るユニット制御系8は、主たる構成要素として、レーザ光の2次元走査を制御する走査制御部8aと、白色光学系5によって生成された干渉画像、または、レーザ光学系6によって生成されたレーザ画像に基づいてサンプルSPの表面形状を測定する第1表面形状測定部8jおよび第2表面形状測定部8kと、を有してなる。ここで、第1表面形状測定部8jは、本実施形態における「測定部」の例示である。これらの詳細は、後述する。 Specifically, the unit control system 8 according to this embodiment has as its main components a scan control unit 8a that controls two-dimensional scanning of the laser light, and a first surface shape measuring unit 8j and a second surface shape measuring unit 8k that measure the surface shape of the sample SP based on the interference image generated by the white optical system 5 or the laser image generated by the laser optical system 6. Here, the first surface shape measuring unit 8j is an example of a "measuring unit" in this embodiment. These will be described in detail later.

なお、本実施形態に係るユニット制御系8は、図4に例示されるように、白色光学系5とレーザ光学系6とユニット駆動系7で共有されるように構成されているが、この構成には限定されない。例えば、白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7のそれぞれに、専用の制御系を接続してもよい。 As shown in FIG. 4, the unit control system 8 according to this embodiment is configured to be shared by the white optical system 5, the laser optical system 6, and the unit drive system 7, but is not limited to this configuration. For example, a dedicated control system may be connected to each of the white optical system 5, the laser optical system 6, and the unit drive system 7.

また、白色光学系5、レーザ光学系6、ユニット駆動系7およびユニット制御系8という分類は、系統的な説明を行うための便宜上の分類に過ぎず、本開示の構成を限定するものではない。本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、第1ビームスプリッタ57等、白色光学系5とレーザ光学系6とで共有される部品を有する。 The classification of the white optical system 5, the laser optical system 6, the unit drive system 7, and the unit control system 8 is merely a convenient classification for providing a systematic explanation, and does not limit the configuration of the present disclosure. The laser confocal microscope 1 according to this embodiment has parts shared between the white optical system 5 and the laser optical system 6, such as the first beam splitter 57.

(白色光学系5)
図3Aは、観察ユニット2の光学系のうち、特に白色光学系5を例示する模式図である。観察ユニット2の白色光学系5は、従来から白色干渉計に使用されている光学系と同様に構成することができ、観察および測定用の光源として、後述の白色光源51を利用するものである。この白色光学系5は、白色光源51から照射される白色光をサンプルSPに照射し、その反射光を撮像部58に集光するように構成される。
(White Optical System 5)
3A is a schematic diagram illustrating the optical system of the observation unit 2, particularly the white optical system 5. The white optical system 5 of the observation unit 2 can be configured similarly to an optical system conventionally used in a white interferometer, and uses a white light source 51, which will be described later, as a light source for observation and measurement. This white optical system 5 is configured to irradiate the sample SP with white light emitted from the white light source 51, and to collect the reflected light on the imaging section 58.

具体的に、白色光学系5は、白色光源51と、第1ミラー52と、第1ハーフミラー53と、対物レンズ54と、この対物レンズ54とともに干渉対物レンズOcを構成する分岐光学系55と、第1レンズ56と、第1ビームスプリッタ57と、撮像素子58aを有する撮像部58と、を備える。このうちの撮像部58は、ユニット制御系8の一要素である第1表面形状測定部8jと電気的に接続されている。なお、図3Aに示す例では、干渉対物レンズOcに分岐光学系55が内蔵されるように構成されているが、本開示は、そうした構成には限定されない。後述のように、分岐光学系55と対物レンズ54とを独立した部材としてレイアウトし、必要に応じて分岐光学系55を動作させるように構成することもできる。 Specifically, the white optical system 5 includes a white light source 51, a first mirror 52, a first half mirror 53, an objective lens 54, a branching optical system 55 that constitutes an interference objective lens Oc together with the objective lens 54, a first lens 56, a first beam splitter 57, and an imaging unit 58 having an image sensor 58a. The imaging unit 58 is electrically connected to a first surface shape measuring unit 8j, which is an element of the unit control system 8. In the example shown in FIG. 3A, the branching optical system 55 is configured to be built into the interference objective lens Oc, but the present disclosure is not limited to such a configuration. As described later, the branching optical system 55 and the objective lens 54 can be laid out as independent components, and the branching optical system 55 can be configured to operate as necessary.

-白色光源51-
白色光源51は、ステージ23に載置されたサンプルSPに、対物レンズ54(白色干渉法を用いる場合は、干渉対物レンズOc)を介して白色光を照射する(図3Aの符号L1参照)。この白色光源51は、観察用の照明として用いられる際には、撮像部58の光軸(特に、撮像素子58aの光軸)と同軸化された同軸落射照明として機能する。
--White light source 51--
The white light source 51 irradiates the sample SP placed on the stage 23 with white light via an objective lens 54 (interference objective lens Oc when white light interferometry is used) (see reference symbol L1 in FIG. 3A ). When used as illumination for observation, the white light source 51 functions as a coaxial epi-illumination system that is coaxial with the optical axis of the imaging unit 58 (particularly, the optical axis of the imaging element 58a).

具体的に、本実施形態に係る白色光源51は、例えば、ハロゲンランプまたは白色LED(Light Emitting Diode:LED)によって構成可能な発光体51aと、その発光体51aから発せられた白色光が入射する不図示の光学部品と、を有する。 Specifically, the white light source 51 according to this embodiment has a light emitter 51a that can be configured, for example, by a halogen lamp or a white LED (Light Emitting Diode), and an optical component (not shown) into which the white light emitted from the light emitter 51a is incident.

白色光源51から発せられた白色光は、第1ミラー52と第1ハーフミラー53とによって反射された後、対物レンズ54および分岐光学系55を介してサンプルSPに照射される。 The white light emitted from the white light source 51 is reflected by the first mirror 52 and the first half mirror 53, and then irradiated onto the sample SP via the objective lens 54 and the branching optical system 55.

-第1ミラー52-
第1ミラー52は、白色光源51の発光体(不図示)に対し、該第1ミラー52の鏡面を傾斜させた状態で向かい合うように配置される。第1ミラー52は、白色光源51から発せられた白色光を反射し、これを第1ハーフミラー53に入射させる。
--First mirror 52--
The first mirror 52 is disposed so as to face an illuminant (not shown) of the white light source 51 with the mirror surface of the first mirror 52 tilted. The first mirror 52 reflects the white light emitted from the white light source 51 and causes the white light to enter the first half mirror 53.

-第1ハーフミラー53-
第1ハーフミラー53は、撮像素子58aの光軸上に配置される。第1ハーフミラー53は、第1ミラー52によって反射された白色光を再度反射することで、該白色光の光軸と、撮像素子58aの光軸と、を同軸化する。そうして同軸化された白色光は、対物レンズ54を介してサンプルSPに照射される。第1ハーフミラー53は、本実施形態における「合流部」の例示である。
--First half mirror 53--
The first half mirror 53 is disposed on the optical axis of the image sensor 58a. The first half mirror 53 reflects the white light reflected by the first mirror 52 again, thereby coaxializing the optical axis of the white light with the optical axis of the image sensor 58a. The coaxial white light is irradiated onto the sample SP via the objective lens 54. The first half mirror 53 is an example of a "junction" in this embodiment.

サンプルSPによって反射された白色光は、対物レンズ54を介して第1ハーフミラー53に戻る。第1ハーフミラー53は、そうして反射された白色光を透過させ、第1レンズ56と第1ビームスプリッタ57を介して撮像部58に導く。 The white light reflected by the sample SP returns to the first half mirror 53 via the objective lens 54. The first half mirror 53 transmits the reflected white light and guides it to the imaging unit 58 via the first lens 56 and the first beam splitter 57.

-対物レンズ54および分岐光学系55-
対物レンズ54は、分岐光学系55と一体化された干渉対物レンズOcとして構成される。この干渉対物レンズOcは、二光束干渉用の対物レンズとして構成可能である。
--Objective lens 54 and branching optical system 55--
The objective lens 54 is configured as an interference objective lens Oc integrated with the branching optical system 55. This interference objective lens Oc can be configured as an objective lens for two-beam interference.

すなわち、干渉対物レンズOcは、集光用の対物レンズ54と、対物レンズ54を通過した光(白色光またはレーザ光)を2つの光束(参照光および測定光)に分割し、分割させた2つの光束それぞれの光路長を異ならせた状態で重なり合わせる分岐光学系55と、を備える。 That is, the interference objective lens Oc includes a focusing objective lens 54 and a branching optical system 55 that splits the light (white light or laser light) that passes through the objective lens 54 into two beams (reference light and measurement light) and overlaps the two beams with different optical path lengths.

特に、本実施形態に係る干渉対物レンズOcは、二光束干渉用の対物レンズとして区分される対物レンズのうち、特に、図3Aに例示されるようなミラウ型の干渉対物レンズOcとして構成することができる。 In particular, the interference objective lens Oc according to this embodiment can be configured as a Mirau-type interference objective lens Oc, as illustrated in FIG. 3A, among objective lenses classified as objective lenses for two-beam interference.

詳しくは、分岐光学系55は、干渉用ビームスプリッタ55aと、参照ミラー55bと、を有する。ミラウ型の干渉対物レンズOcとして構成した場合、干渉用ビームスプリッタ55aと参照ミラー55bは、図3Aに例示されるように、対物レンズ54の光軸に対して双方とも同軸に配置される。 More specifically, the branching optical system 55 has an interference beam splitter 55a and a reference mirror 55b. When configured as a Mirau-type interference objective lens Oc, the interference beam splitter 55a and the reference mirror 55b are both arranged coaxially with respect to the optical axis of the objective lens 54, as illustrated in FIG. 3A.

さらに詳しくは、干渉用ビームスプリッタ55aは、白色光源51から照射されて対物レンズ54を通過した白色光を、所定の参照面(本実施形態では、参照ミラー55bの鏡面)に向かう参照光(図3Aの符号Lr参照)と、測定対象物としてのサンプルSPに向かう測定光と、に分岐させる。後者の測定光は、サンプルSPによって反射された後、干渉用ビームスプリッタ55aに再び入射することになる(図3Aの符号L2参照)。一方、参照ミラー55bは、干渉用ビームスプリッタ55aによって生成された参照光を反射して、これを干渉用ビームスプリッタ55aに向けて伝搬させる。 More specifically, the interference beam splitter 55a splits the white light emitted from the white light source 51 and passed through the objective lens 54 into a reference light (see symbol Lr in FIG. 3A) directed toward a predetermined reference surface (in this embodiment, the mirror surface of the reference mirror 55b) and a measurement light directed toward the sample SP as the measurement object. After being reflected by the sample SP, the latter measurement light reenters the interference beam splitter 55a (see symbol L2 in FIG. 3A). Meanwhile, the reference mirror 55b reflects the reference light generated by the interference beam splitter 55a and propagates it toward the interference beam splitter 55a.

したがって、測定光の反射光(サンプルSPによって反射された測定光)は、参照ミラー55bによって反射された参照光と合流し、双方が重なり合った状態で伝搬する。以下、互いに重なり合った状態で伝搬する参照光および測定光それぞれの反射光を、「干渉光」と総称する場合がある。そうして形成された干渉光は、対物レンズ54、第1ハーフミラー53、第1レンズ56および第1ビームスプリッタ57を順次通過して、撮像部58に至る。 Therefore, the reflected light of the measurement light (measurement light reflected by the sample SP) merges with the reference light reflected by the reference mirror 55b, and the two propagate in an overlapping state. Hereinafter, the reflected light of the reference light and measurement light propagating in an overlapping state may be collectively referred to as "interference light." The interference light thus formed passes through the objective lens 54, the first half mirror 53, the first lens 56, and the first beam splitter 57 in sequence, and reaches the imaging unit 58.

なお、干渉対物レンズOcは、前述のようなミラウ型には限定されない。例えば、マイケルソン型の干渉対物レンズを用いることもできる。その場合、参照ミラー55bは、対物レンズ54の光軸から外れた位置(対物レンズ54の光軸に対して非同軸となる位置)に配置される。 The interference objective lens Oc is not limited to the Mirau type as described above. For example, a Michelson type interference objective lens can also be used. In that case, the reference mirror 55b is placed at a position off the optical axis of the objective lens 54 (a position that is non-coaxial with respect to the optical axis of the objective lens 54).

また、干渉対物レンズOcは、白色光源51を単なる照明として用いる場合には必須ではない。その場合、分岐光学系55を有する干渉対物レンズOcの代わりに、図3に例示されるように、対物レンズ54を単体で用いることができる。以下、分岐光学系55を非具備とした対物レンズ54を「通常の対物レンズ」と呼称する場合がある。 The interference objective lens Oc is not essential when the white light source 51 is used simply as illumination. In that case, instead of the interference objective lens Oc having the branching optical system 55, the objective lens 54 can be used alone, as illustrated in FIG. 3. Hereinafter, the objective lens 54 not having the branching optical system 55 may be referred to as a "normal objective lens."

また、干渉対物レンズOcは、レーザ光を各種処理に用いる場合にも必須ではない。その場合、基本的には通常の対物レンズ54が用いられることになるが、後述のオートフォーカスのように、レーザ光を用いる処理であっても、干渉対物レンズOcを使用することができる。 The interference objective lens Oc is also not required when using laser light for various processes. In such cases, a normal objective lens 54 is basically used, but the interference objective lens Oc can be used even for processes that use laser light, such as autofocus, which will be described later.

また、詳細は省略するが、図3Bに模式的に例示したように、対物レンズ54にリング照明54aを装着し、このリング照明54aを観察用の照明(非同軸落射照明)として用いることもできる。 Although details are omitted, as shown in FIG. 3B, a ring light 54a can be attached to the objective lens 54 and used as illumination for observation (non-coaxial epi-illumination).

-第1レンズ56-
第1レンズ56は、撮像素子58aの光軸と同軸になるように配置される。第1レンズ56は、サンプルSPによって反射された白色光を集光し、第1ビームスプリッタ57を介して撮像素子58aに入射させる。
--First lens 56--
The first lens 56 is disposed so as to be coaxial with the optical axis of the image sensor 58 a. The first lens 56 collects the white light reflected by the sample SP and makes the white light enter the image sensor 58 a via the first beam splitter 57.

-第1ビームスプリッタ57-
第1ビームスプリッタ57は、撮像素子58aの光軸上に配置される。第1ビームスプリッタ57は、例えばキューブミラーとして構成されており、特定の波長域に収まる光、特に、レーザ光学系6で用いられるレーザ光を反射させる。
--First beam splitter 57--
The first beam splitter 57 is disposed on the optical axis of the image sensor 58a. The first beam splitter 57 is configured as, for example, a cube mirror, and reflects light falling within a specific wavelength range, in particular, the laser light used in the laser optical system 6.

第1ビームスプリッタ57は、図3Aに例示されるように、第1レンズ56によって集光された白色光等を透過させて撮像部58へと導く。第1ビームスプリッタ57はまた、図3Bに例示されるように、レーザ光源61から出射されたレーザ光(図3Bの符号L3参照)と、サンプルSPからのレーザ光の反射光(図3Bの符号L4参照)と、をそれぞれ反射する。 As illustrated in FIG. 3A, the first beam splitter 57 transmits the white light etc. collected by the first lens 56 and guides it to the imaging unit 58. As illustrated in FIG. 3B, the first beam splitter 57 also reflects the laser light emitted from the laser light source 61 (see reference character L3 in FIG. 3B) and the reflected light of the laser light from the sample SP (see reference character L4 in FIG. 3B).

-撮像部58-
撮像部58は、参照ミラー55bの鏡面(参照面)によって反射された参照光と、測定対象物としてのサンプルSPによって反射された測定光とを受光して、参照光と測定光との干渉を反映した干渉画像を撮像する。撮像部58はまた、白色光源51を単なる照明として用いる場合には、サンプルSPの表面を撮像するためのカメラとして機能するようになっている。すなわち、撮像部58は、本実施形態における「カメラ」の例示である。
--Image capture unit 58--
The imaging unit 58 receives the reference light reflected by the mirror surface (reference surface) of the reference mirror 55b and the measurement light reflected by the sample SP as the measurement object, and captures an interference image reflecting the interference between the reference light and the measurement light. When the white light source 51 is used simply as illumination, the imaging unit 58 also functions as a camera for capturing an image of the surface of the sample SP. That is, the imaging unit 58 is an example of the "camera" in this embodiment.

詳しくは、撮像部58は、白色光等、第1レンズ56によって集光された光を受光するための撮像素子58aを有する。この撮像素子58aは、その受光面に配置された複数の画素によって、第1レンズ56等を通じて入射した光を光電変換し、被写体の光学像に対応した電気信号に変換する。 More specifically, the imaging unit 58 has an imaging element 58a for receiving light, such as white light, focused by the first lens 56. This imaging element 58a photoelectrically converts the light incident through the first lens 56, etc., using a plurality of pixels arranged on its light receiving surface, and converts it into an electrical signal corresponding to the optical image of the subject.

撮像素子58aは、受光面に沿って複数の受光素子を並べたものとすればよい。この場合、各受光素子が画素に対応することになる。具体的に、本実施形態に係る撮像素子58aは、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)からなるイメージセンサによって構成されているが、この構成には限定されない。撮像素子58aとしては、例えばCCD(Charged-Coupled Device)からなるイメージセンサを使用することもできる。 The imaging element 58a may be a plurality of light receiving elements arranged along the light receiving surface. In this case, each light receiving element corresponds to a pixel. Specifically, the imaging element 58a according to this embodiment is configured with an image sensor made of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), but is not limited to this configuration. For example, an image sensor made of a CCD (Charged-Coupled Device) may also be used as the imaging element 58a.

そして、撮像部58は、撮像素子58aによって変換された電気信号に基づいて、被写体の光学像に対応した画像を生成し、これをユニット制御系8等に入力する。撮像部58によって生成される画像(カメラ画像)のうち、白色干渉法に用いる干渉縞を撮像したものが前述の「干渉画像」に相当する。もちろん、撮像部58によって生成される画像には、サンプルSPの表面を観察するための画像も含まれる。 Then, the imaging unit 58 generates an image corresponding to the optical image of the subject based on the electrical signal converted by the imaging element 58a, and inputs this to the unit control system 8, etc. Among the images (camera images) generated by the imaging unit 58, the image of the interference fringes used in white light interferometry corresponds to the aforementioned "interference image." Of course, the images generated by the imaging unit 58 also include images for observing the surface of the sample SP.

-白色干渉法の基本原理について-
前述のように、撮像部58は、参照ミラー55bの鏡面(参照面)によって反射された参照光と、測定対象物としてのサンプルSPによって反射された測定光とを受光する。ここで、参照光および測定光の反射光は、干渉対物レンズOcから出射された後は同一光路を伝搬するものの、分岐光学系55を通過するときに光路長に差異が生じるため、相互に重なり合ったときに干渉が起きる。
- Basic principles of white light interferometry -
As described above, the imaging unit 58 receives the reference light reflected by the mirror surface (reference surface) of the reference mirror 55b and the measurement light reflected by the sample SP as the measurement object. Here, the reference light and the reflected measurement light propagate through the same optical path after being emitted from the interference objective lens Oc, but a difference occurs in the optical path length when passing through the branching optical system 55, so that interference occurs when the two lights overlap each other.

ここで、参照光と測定光の位相が一致している場合、干渉によって双方が強め合うことになる。この場合、撮像素子58aが受光する光量(受光量)は、位相が不一致の場合に比して大きくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値は大きくなる。 Here, if the reference light and the measurement light are in phase, they will reinforce each other through interference. In this case, the amount of light received by the image sensor 58a (amount of received light) will be greater than when the phases are not in phase, and the intensity of the received light, i.e., the brightness value detected at each pixel, will be greater.

一方、参照光と測定光の位相が一致しておらず、特に半波長分だけずれていれる場合、干渉によって双方が弱め合うことになる。この場合、撮像素子58aの受光量は、位相が一致する場合に比して小さくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値は小さくなる。 On the other hand, if the reference light and the measurement light do not match in phase, particularly if they are shifted by half a wavelength, they will weaken each other due to interference. In this case, the amount of light received by the image sensor 58a will be smaller than when the phases match, and the intensity of the received light, i.e., the brightness value detected at each pixel, will be smaller.

ゆえに、干渉対物レンズOcを介した白色光の照射領域のうち、参照光と測定光の位相が合った部位については明るく、そうでない部位については暗くなり、明暗の縞模様(干渉縞)が形成される。撮像部58は、その干渉縞を撮像することで、その明暗が反映された干渉画像を撮像する。 Therefore, in the area illuminated by the white light through the interference objective lens Oc, the areas where the phases of the reference light and the measurement light match are bright, and the areas where they do not are dark, forming a light and dark striped pattern (interference fringes). The imaging unit 58 captures the interference fringes to capture an interference image that reflects the light and dark.

ここで、参照光と測定光の位相差は、両者の光路長の差異に由来するものである。そのため、干渉縞のコントラストおよび明暗の配置は、サンプルSPと干渉対物レンズOcとの距離に応じて変化することになる。 Here, the phase difference between the reference light and the measurement light is due to the difference in the optical path length between the two. Therefore, the contrast of the interference fringes and the arrangement of light and dark will change depending on the distance between the sample SP and the interference objective lens Oc.

したがって、サンプルSPに対する干渉対物レンズOcの相対的な高さ位置を変化させつつ、各高さ位置で干渉画像を撮像し、各干渉画像の間で干渉縞が如何に変化するかを解析することで、凹凸形状等、サンプルSPの表面形状を測定することが可能になる。 Therefore, by changing the relative height position of the interference objective lens Oc with respect to the sample SP, capturing interference images at each height position, and analyzing how the interference fringes change between each interference image, it is possible to measure the surface shape of the sample SP, such as the uneven shape.

そうした測定を実行するために、撮像部58は、各高さ位置で撮像された干渉画像を示す電気信号を、前述した第1表面形状測定部8jに入力する。第1表面形状測定部8jは、入力された電気信号に対応した複数の干渉画像に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定するように構成されている。 To perform such measurements, the imaging unit 58 inputs electrical signals representing the interference images captured at each height position to the first surface shape measuring unit 8j described above. The first surface shape measuring unit 8j is configured to measure the surface shape of the sample SP based on the multiple interference images corresponding to the input electrical signals.

このように、白色光学系5は、白色干渉法による形状測定を実行可能な光学系である。干渉縞の明暗の間隔、および、各明暗に対応した受光強度のピーク幅は、マイクロメートルはおろか、ナノメートルのオーダーまで狭くなる。また、これらの間隔、ピーク幅の大きさは、あくまでも光路長の差に由来するため、対物レンズ54等の倍率に依存せずに一定となる。そのため、この手法は、対物レンズ54等の性能によらずに、高さ数ナノメートルのオーダーで測定を行うことができ、フォーカス合成、レーザ共焦点等の手法と比較し、高さ方向(Z方向)の精度、および、同方向における分解能に関し、極めて優れた測定を実行することができる。 In this way, the white light optical system 5 is an optical system capable of performing shape measurement using white light interferometry. The intervals between the bright and dark parts of the interference fringes and the peak widths of the received light intensity corresponding to each bright and dark part are narrowed to the order of nanometers, let alone micrometers. Furthermore, the size of these intervals and peak widths is derived solely from the difference in optical path length, and is constant and does not depend on the magnification of the objective lens 54, etc. Therefore, this method can perform measurements on the order of several nanometers in height, regardless of the performance of the objective lens 54, etc., and can perform extremely excellent measurements in terms of accuracy in the height direction (Z direction) and resolution in the same direction, compared to methods such as focus synthesis and laser confocal.

(レーザ光学系6)
図3Bは、観察ユニット2のレーザ光学系を例示する模式図である。レーザ光学系6は、従来から共焦点顕微鏡に使用されている光学系と同様に構成することができ、測定用の光源として、後述のレーザ光源61を利用するものである。このレーザ光学系6は、レーザ光源61から照射されるレーザ光をサンプルSPに照射し、その反射光を受光部66に集光するように構成される。
(Laser optical system 6)
3B is a schematic diagram illustrating a laser optical system of the observation unit 2. The laser optical system 6 can be configured similarly to an optical system conventionally used in a confocal microscope, and uses a laser light source 61, which will be described later, as a light source for measurement. The laser optical system 6 is configured to irradiate the sample SP with laser light emitted from the laser light source 61, and to collect the reflected light on a light receiving unit 66.

具体的に、レーザ光学系6は、レーザ光源61と、第2ビームスプリッタ62と、レーザ光走査部63と、第1ビームスプリッタ57と、第1レンズ56と、第1ハーフミラー53と、対物レンズ54または干渉対物レンズOcと、第2レンズ64と、ピンホール65aが形成されたピンホール板65と、受光素子66aを有する受光部66と、を備える。このうちの受光部66は、ユニット制御系8の一要素である第2表面形状測定部8kと電気的に接続されている。レーザ光学系6は、本実施形態における「共焦点光学系」の例示である。 Specifically, the laser optical system 6 includes a laser light source 61, a second beam splitter 62, a laser light scanning unit 63, a first beam splitter 57, a first lens 56, a first half mirror 53, an objective lens 54 or an interference objective lens Oc, a second lens 64, a pinhole plate 65 with a pinhole 65a formed therein, and a light receiving unit 66 having a light receiving element 66a. Of these, the light receiving unit 66 is electrically connected to a second surface shape measuring unit 8k, which is an element of the unit control system 8. The laser optical system 6 is an example of a "confocal optical system" in this embodiment.

すなわち、共焦点光学系としてのレーザ光学系6は、サンプルSPの表面にレーザ光がフォーカスされたとき、そのレーザ光の反射光が、ピンホール65aないし受光素子66a付近で焦点を結ぶようにレイアウトされている(より詳細には、対物レンズ54の焦点面と“共役”になる位置に、ピンホール65aがレイアウトされている)。 In other words, the laser optical system 6, which serves as a confocal optical system, is laid out so that when the laser light is focused on the surface of the sample SP, the reflected light of the laser light is focused near the pinhole 65a or the light receiving element 66a (more specifically, the pinhole 65a is laid out at a position that is "conjugate" with the focal plane of the objective lens 54).

-レーザ光源61-
レーザ光源61は、ステージ23に載置されたサンプルSPに向けて、干渉対物レンズOcと同一の又は異なる対物レンズ54を介してレーザ光を照射する。すなわち、図3AAに例示したように、対物レンズ54と分岐光学系55を介してレーザ光を照射してもよいし、図3Bに例示したように、分岐光学系55を非介在とした状態で、対物レンズ54のみを介してレーザ光を照射してもよい。以下の説明では、簡単のため、分岐光学系55を非介在とした状態でレーザ光が照射される場合について説明する。このレーザ光源61は、いわゆる点光源として機能する。
--Laser light source 61--
The laser light source 61 irradiates the sample SP placed on the stage 23 with laser light through an objective lens 54 that is the same as or different from the interference objective lens Oc. That is, as illustrated in FIG. 3AA, the laser light may be irradiated through the objective lens 54 and the branching optical system 55, or as illustrated in FIG. 3B, the laser light may be irradiated only through the objective lens 54 without the branching optical system 55. In the following description, for simplicity, a case where the laser light is irradiated without the branching optical system 55 will be described. This laser light source 61 functions as a so-called point light source.

また、レーザ光源61としては、例えば、He-Neガスレーザや半導体レーザ等を使用することができる。また、レーザ光源61の代わりに、点光源を生成することができる各種光源を利用することができ、その場合、例えば高輝度ランプとスリットとの組み合わせ等であってもよい。 As the laser light source 61, for example, a He-Ne gas laser or a semiconductor laser can be used. In place of the laser light source 61, various light sources capable of generating a point light source can be used, in which case, for example, a combination of a high-intensity lamp and a slit can be used.

レーザ光源61から出力されたレーザ光は、第2ビームスプリッタ62を通過してレーザ光走査部63に到達し、そのレーザ光走査部63から第1ビームスプリッタ57、第1レンズ56、第1ハーフミラー53および対物レンズ54を介してサンプルSPに照射される。 The laser light output from the laser light source 61 passes through the second beam splitter 62 and reaches the laser light scanning unit 63, from which it is irradiated onto the sample SP via the first beam splitter 57, the first lens 56, the first half mirror 53 and the objective lens 54.

-第2ビームスプリッタ62-
第2ビームスプリッタ62は、レーザ光源61の光軸上に配置され、このレーザ光源61とレーザ光走査部63との間に位置する。第2ビームスプリッタ62は、レーザ光源61から出力されたレーザ光を透過させ、これをレーザ光走査部63へ導く。第2ビームスプリッタ62はまた、サンプルSPによって反射されたレーザ光を反射して、これを受光部66へ導く。第2ビームスプリッタ62としては、周知のビームスプリッタを用いることができる。
--Second beam splitter 62--
The second beam splitter 62 is disposed on the optical axis of the laser light source 61, and is located between the laser light source 61 and the laser light scanning unit 63. The second beam splitter 62 transmits the laser light output from the laser light source 61 and guides it to the laser light scanning unit 63. The second beam splitter 62 also reflects the laser light reflected by the sample SP and guides it to the light receiving unit 66. As the second beam splitter 62, a well-known beam splitter can be used.

-レーザ光走査部63-
レーザ光走査部63は、レーザ光源61から照射されるレーザ光を、サンプルSPの表面上で2次元走査することができる。なお、ここでいう「2次元走査」とは、レーザ光の照射位置をサンプルSPの表面上で走査する2次元的な動作を指す。
--Laser light scanning unit 63--
The laser light scanning unit 63 can perform two-dimensional scanning on the surface of the sample SP with the laser light irradiated from the laser light source 61. Note that the "two-dimensional scanning" here refers to a two-dimensional operation of scanning the irradiation position of the laser light on the surface of the sample SP.

図3B等に示すように、レーザ光走査部63は、いわゆる2軸式のガルバノスキャナとして構成されており、第2ビームスプリッタ62と第1ビームスプリッタ57との間に配置されている。 As shown in FIG. 3B, the laser light scanning unit 63 is configured as a so-called two-axis galvanometer scanner and is disposed between the second beam splitter 62 and the first beam splitter 57.

レーザ光走査部63は、所定の第1方向と、該1方向に直交する第2方向と、の少なくとも一方(図例では両方)に沿ってレーザ光を走査することができる。具体的に、本実施形態に係るレーザ光走査部63は、第2ビームスプリッタ62から入射したレーザ光を第1方向に走査するための第1スキャナ63aと、この第1スキャナ63aによって走査されたレーザ光を、第2方向に走査しつつ第1ビームスプリッタ57に向けて反射する第2スキャナ63bと、を有する。 The laser light scanning unit 63 can scan the laser light along at least one of a predetermined first direction and a second direction perpendicular to the first direction (both in the illustrated example). Specifically, the laser light scanning unit 63 according to this embodiment has a first scanner 63a for scanning the laser light incident from the second beam splitter 62 in the first direction, and a second scanner 63b for reflecting the laser light scanned by the first scanner 63a toward the first beam splitter 57 while scanning it in the second direction.

本実施形態では「第1方向」とは、前述のように定義されたX方向に一致する。また、「第2方向」とは、X方向と同様に定義されたY方向に一致する。もちろん、これらの定義に限られるものではなく、第1方向および第2方向の定義を任意に変更することができる。 In this embodiment, the "first direction" corresponds to the X direction defined as described above. The "second direction" corresponds to the Y direction defined in the same manner as the X direction. Of course, the definitions are not limited to these, and the definitions of the first direction and the second direction can be changed as desired.

また、レーザ光走査部63は、サンプルSPの表面上でレーザ光を2次元走査できるように構成されたユニットであればよく、前述したような2軸式のガルバノスキャナには限定されない。例えば、ガラスからなる音響光学媒体に圧電素子を接着し、この圧電素子に電気信号を入力して超音波を発生させることで、音響光学媒体中を通るレーザ光を回折させて光を偏向させる光音響素子方式(レゾナント方式)を用いたり、一列ないし多数列のピンホールを螺旋状に持つ円盤を回転させることで、そのピンホールを通過した光がサンプルSPの表面上を2次元的に走査するように構成されたニポウディスク方式を用いたりしてもよい。 The laser light scanning unit 63 may be any unit configured to perform two-dimensional scanning of the laser light on the surface of the sample SP, and is not limited to the two-axis galvano scanner described above. For example, a photoacoustic element method (resonant method) may be used in which a piezoelectric element is attached to an acousto-optical medium made of glass, and an electric signal is input to the piezoelectric element to generate ultrasonic waves, thereby diffracting the laser light passing through the acousto-optical medium and deflecting the light, or a Nipkow disk method may be used in which a disk having one or multiple rows of pinholes in a spiral shape is rotated, and the light passing through the pinholes scans the surface of the sample SP two-dimensionally.

レーザ光走査部63を通過したレーザ光は、第1ビームスプリッタ57によって反射され、第1レンズ56と、第1ハーフミラー53と、対物レンズ54と、を介してサンプルSPに照射される。 The laser light that passes through the laser light scanning unit 63 is reflected by the first beam splitter 57 and is irradiated onto the sample SP via the first lens 56, the first half mirror 53, and the objective lens 54.

サンプルSPに照射されたレーザ光は、該サンプルSPによって反射され、観察ユニット2に戻る。具体的に、サンプルSPからのレーザ光の反射光は、対物レンズ54、第1ハーフミラー53、第1レンズ56、レーザ光走査部63を通った後、第2ビームスプリッタ62により反射されて第2レンズ64に至る。 The laser light irradiated to the sample SP is reflected by the sample SP and returns to the observation unit 2. Specifically, the reflected laser light from the sample SP passes through the objective lens 54, the first half mirror 53, the first lens 56, and the laser light scanning unit 63, and is then reflected by the second beam splitter 62 and reaches the second lens 64.

また、レーザ光走査部63は、前述した走査制御部8aが作動させるようになっている。詳しくは、レーザ光走査部63は、走査制御部8aと電気的に接続されており、この走査制御部8aから入力される電気信号を受けて作動するように構成されている。 The laser light scanning unit 63 is operated by the scanning control unit 8a described above. More specifically, the laser light scanning unit 63 is electrically connected to the scanning control unit 8a and is configured to operate upon receiving an electrical signal input from the scanning control unit 8a.

-第2レンズ64-
第2レンズ64は、受光部66における受光素子66aの光軸と同軸になるように配置され、第2ビームスプリッタ62とピンホール板65との間に位置する。第2レンズ64は、第2ビームスプリッタ62からのレーザ光の反射光を集光し、ピンホール板65を介して受光素子66aに入射させる。
--Second lens 64--
The second lens 64 is disposed so as to be coaxial with the optical axis of the light receiving element 66a in the light receiving section 66, and is located between the second beam splitter 62 and the pinhole plate 65. The second lens 64 collects the reflected light of the laser light from the second beam splitter 62, and makes the light enter the light receiving element 66a via the pinhole plate 65.

-ピンホール板65-
ピンホール板65は、受光素子66aの光軸に直交するように配置された板状部材であり、該板状部材を板厚方向に貫くピンホール65aを有する。ピンホール板65は、第2レンズ64と受光部66との間に配置される。第2レンズ64によって集光されたレーザ光の反射光は、ピンホール65aを通過して受光素子66aに入射する。
-Pinhole plate 65-
The pinhole plate 65 is a plate-like member arranged perpendicular to the optical axis of the light receiving element 66a, and has a pinhole 65a penetrating the plate-like member in the plate thickness direction. The pinhole plate 65 is arranged between the second lens 64 and the light receiving unit 66. The reflected light of the laser light focused by the second lens 64 passes through the pinhole 65a and enters the light receiving element 66a.

前述のように、ピンホール65aは、対物レンズ54の焦点面と共役な位置に配置されており、レーザ光学系6を共焦点光学系として機能させることができる。 As mentioned above, the pinhole 65a is positioned conjugate with the focal plane of the objective lens 54, allowing the laser optical system 6 to function as a confocal optical system.

-受光部66-
受光部66は、サンプルSPからのレーザ光の反射光を、共焦点光学系(レーザ光学系6)におけるピンホール65aを介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する。
--Light receiving unit 66--
The light receiving section 66 receives the reflected light of the laser light from the sample SP via a pinhole 65a in the confocal optical system (laser optical system 6), and generates a light receiving signal according to the received intensity of the reflected light.

詳しくは、受光部66は、第2レンズ64によって集光された反射光を受光するための受光素子66aを有する。この受光素子66aは、その入射窓に形成された光電面によって、ピンホール65aを通じて入射した光を光電変換し、その受光強度に対応した電気信号に変換する。 More specifically, the light receiving unit 66 has a light receiving element 66a for receiving the reflected light collected by the second lens 64. This light receiving element 66a photoelectrically converts the light incident through the pinhole 65a by using a photoelectric surface formed in its entrance window, and converts it into an electrical signal corresponding to the intensity of the received light.

受光素子66aは、撮像素子58aに比してフレームレートが高いものとすれば好ましい。さらに好ましくは、受光素子66aは、撮像素子58aに比して感度が高いものとすればよい。具体的に、本実施形態に係る受光素子66aは、PMT(PhotoMultiplier Tube)からなる光センサによって構成されているが、この構成には限定されない。受光素子66aとしては、前述したような撮像素子58aを使うこともできるし、例えば、アバランシェダイオードを用いたHPD(Hybrid Photo Dector)、MPPC(Multi-Pixel Photon Counter)等の光検出器を使用することもできる。 It is preferable that the light receiving element 66a has a higher frame rate than the imaging element 58a. More preferably, the light receiving element 66a has a higher sensitivity than the imaging element 58a. Specifically, the light receiving element 66a according to this embodiment is configured with an optical sensor made of a PMT (PhotoMultiplier Tube), but is not limited to this configuration. As the light receiving element 66a, the imaging element 58a described above can be used, or, for example, a photodetector such as an HPD (Hybrid Photo Detector) using an avalanche diode or an MPPC (Multi-Pixel Photon Counter) can be used.

そして、受光部66は、受光素子66aによって変換された電気信号と、レーザ光の照射位置と、を関連付けることで、被写体の光学像に対応した画像を生成し、これをユニット制御系8等に入力する。受光部66によって生成される画像(レーザ画像)は、レーザ共焦点法による形状測定に使用したり、サンプルSPの表面を観察するために使用したりすることができる。 The light receiving unit 66 then generates an image corresponding to the optical image of the subject by associating the electrical signal converted by the light receiving element 66a with the irradiation position of the laser light, and inputs this to the unit control system 8, etc. The image (laser image) generated by the light receiving unit 66 can be used for shape measurement by the laser confocal method, or for observing the surface of the sample SP.

-レーザ共焦点法の基本原理について-
前述のように、ピンホール65aは、対物レンズ54の焦点面と共役になる位置に配置される。したがって、レーザ光源61から出射されたレーザ光がサンプルSPの表面上で焦点を結ぶと、その表面からの反射光は、ピンホール65a付近で収束し、受光素子66a上で焦点を結ぶ。この場合(合焦時)、受光素子66aが受光する光量(受光量)は、非合焦時に比して著しく大きくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値が大きくなる。
- Basic principles of laser confocal imaging -
As described above, the pinhole 65a is disposed at a position conjugate with the focal plane of the objective lens 54. Therefore, when the laser light emitted from the laser light source 61 is focused on the surface of the sample SP, the reflected light from the surface converges near the pinhole 65a and is focused on the light receiving element 66a. In this case (when in focus), the amount of light received by the light receiving element 66a (amount of received light) is significantly larger than when not in focus, and therefore the intensity of the received light, i.e., the luminance value detected at each pixel, is increased.

一方、レーザ光がサンプルSP上で焦点を結ばない場合(非合焦時)、サンプルSPの表面からの反射光は、ピンホール65a付近で収束せずに拡散し、ピンホール板65によって大部分が遮光される。この場合、受光素子66aが受光する光量(受光量)は、合焦時に比して著しく小さくなるため、その受光強度、すなわち各画素で検出される輝度値が小さくなる。 On the other hand, when the laser light is not focused on the sample SP (out of focus), the light reflected from the surface of the sample SP diffuses rather than converges near the pinhole 65a, and most of the light is blocked by the pinhole plate 65. In this case, the amount of light received by the light receiving element 66a (amount of received light) is significantly smaller than when in focus, and the intensity of the received light, i.e., the brightness value detected at each pixel, becomes smaller.

ゆえに、走査制御部8aがレーザ光走査部63を作動させることで実現されるレーザ光の走査領域のうち、サンプルSPの表面上で焦点が合った部位については明るく、一方、それ以外の高さについては暗くなる。そのため、レーザ光の反射光の明暗に基づいて、サンプルSPの表面形状(特に、サンプルSPの高さを特徴付ける情報)を測定することが可能になる。 Therefore, in the scanning area of the laser light realized by the scanning control unit 8a operating the laser light scanning unit 63, the part where the focus is on the surface of the sample SP is bright, while other heights are dark. Therefore, it is possible to measure the surface shape of the sample SP (in particular, information that characterizes the height of the sample SP) based on the brightness of the reflected light of the laser light.

そうした測定を実行するために、受光部66は、走査制御部8aおよびレーザ光走査部63によって2次元走査されたレーザ光の反射光の受光強度を示す電気信号を、前述した第2表面形状測定部8kに入力する。第2表面形状測定部8kは、入力された電気信号が示す受光強度(具体的には、反射光の明暗)に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定するようになっている。 To perform such measurements, the light receiving unit 66 inputs an electrical signal indicating the received light intensity of the reflected light of the laser light scanned two-dimensionally by the scanning control unit 8a and the laser light scanning unit 63 to the second surface shape measuring unit 8k described above. The second surface shape measuring unit 8k measures the surface shape of the sample SP based on the received light intensity (specifically, the brightness or darkness of the reflected light) indicated by the input electrical signal.

このように、レーザ光学系6は、レーザ共焦点法による形状測定を実行可能な光学系であり、実質的に焦点の合った光のみを検出することから、白色干渉法には及ばないものの、フォーカス合成等の他の手法と比較して、高さ方向(Z方向)の精度、および、同方向における分解能に優れた輝度情報を提供することができる。 In this way, the laser optical system 6 is an optical system capable of performing shape measurement using the laser confocal method, and since it detects only substantially focused light, it is not as good as white light interferometry, but it can provide brightness information with superior accuracy in the height direction (Z direction) and resolution in the same direction compared to other methods such as focus synthesis.

また、レーザ共焦点法による形状測定は、スポット状に照射されるレーザ光を2次元走査して行うものであるから、白色干渉法に比して、水平方向における解像度に優れた輝度情報を提供することができる。 In addition, shape measurement using the laser confocal method involves two-dimensional scanning of a spot of laser light, so it can provide brightness information with superior horizontal resolution compared to white light interferometry.

(分光干渉用の光学系としての白色光学系5)
図3Cは、観察ユニット2のレーザ光学系を例示する模式図である。白色光源51から照射される白色光は、分光干渉法による膜厚測定に用いることができる。その場合、対物干渉レンズOcを分光ユニットOsに付け替えるだけで、白色光学系5を流用することができる。
(White light optical system 5 as an optical system for spectral interference)
3C is a schematic diagram illustrating a laser optical system of the observation unit 2. The white light emitted from the white light source 51 can be used for film thickness measurement by spectral interference. In that case, the white optical system 5 can be reused simply by replacing the objective interference lens Oc with the spectroscopic unit Os.

具体的に、分光干渉用の光学系としての白色光学系5は、白色光源51と、第1ミラー52と、第1ハーフミラー53と、分光ユニットOsと、光ケーブル11と、分光器12と、を備える。 Specifically, the white light optical system 5 as an optical system for spectral interference includes a white light source 51, a first mirror 52, a first half mirror 53, a spectroscopic unit Os, an optical cable 11, and a spectrometer 12.

このうち、白色光源51、第1ミラー52および第1ハーフミラー53の構成は、既に説明した通りである。白色光源51から出射された白色光(図3CのL5参照)は、第1ミラー52および第1ハーフミラー53によって反射されて、分光ユニットOsに至る。 The configurations of the white light source 51, the first mirror 52, and the first half mirror 53 have already been described. The white light emitted from the white light source 51 (see L5 in FIG. 3C) is reflected by the first mirror 52 and the first half mirror 53 and reaches the spectroscopic unit Os.

-分光ユニットOs-
図8は、分光ユニットOsの構成を例示する斜視図である。また、図9は、分光ユニットOsの構成を例示する分解斜視図である。図8および図9に例示されるように、本実施形態に係る分光ユニットOsは、アダプタ91およびブラケット92からなるユニット本体9と、ユニット本体9に装着される対物レンズ54と、を有する。
-Spectroscopic unit Os-
Fig. 8 is a perspective view illustrating the configuration of the spectroscopic unit Os. Fig. 9 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the spectroscopic unit Os. As illustrated in Figs. 8 and 9, the spectroscopic unit Os according to this embodiment has a unit body 9 including an adaptor 91 and a bracket 92, and an objective lens 54 attached to the unit body 9.

アダプタ91は、該アダプタ91とは別体の対物レンズ54を着脱可能に構成される。具体的に、本実施形態に係るアダプタ91は、略筒状に構成されており、その上端部にはブラケット92を装着することができる一方、その下端部には対物レンズ54を装着することができる。膜厚を測定する場合、対物レンズ54は、アダプタ91およびブラケット92を介して電動レボルバ74に装着される。なお、アダプタ91に対物レンズ54を装着するように構成するのに代えて、アダプタ91と対物レンズ54とを一体的に構成してもよい。 The adapter 91 is configured so that the objective lens 54, which is separate from the adapter 91, can be attached and detached. Specifically, the adapter 91 according to this embodiment is configured to be approximately cylindrical, and a bracket 92 can be attached to its upper end, while the objective lens 54 can be attached to its lower end. When measuring film thickness, the objective lens 54 is attached to the electric revolver 74 via the adapter 91 and bracket 92. Note that instead of configuring the adapter 91 so that the objective lens 54 is attached, the adapter 91 and the objective lens 54 may be configured as one unit.

アダプタ91は、対物レンズ54を着脱可能に構成された電動レボルバ74に着脱可能に構成される。換言すれば、本実施形態に係るアダプタ91は、対物レンズ54に代わって(対物レンズ54と付け替えることで)、電動レボルバ74に装着可能に構成されている。電動レボルバ74に対するアダプタ91の装着は、ブラケット92を介して実現される。 The adapter 91 is configured to be detachably attached to the electric revolver 74, which is configured to detachably attach the objective lens 54. In other words, the adapter 91 according to this embodiment is configured to be attachable to the electric revolver 74 in place of the objective lens 54 (by replacing the objective lens 54). The adapter 91 is attached to the electric revolver 74 via a bracket 92.

ブラケット92は、略リング状に形成されており、電動レボルバ74の下面に設けた貫通孔74aに対応した形状を有する。ブラケット92を付け替えることで、アダプタ91自体の設計を変更せずとも、多種多様なレーザ共焦点顕微鏡1にアダプタ91を装着することができるようになる。 The bracket 92 is formed in a roughly ring shape and has a shape that corresponds to the through hole 74a provided on the underside of the electric revolver 74. By replacing the bracket 92, it becomes possible to attach the adapter 91 to a wide variety of laser confocal microscopes 1 without changing the design of the adapter 91 itself.

図3Cに例示されるように、アダプタ91には、サンプルSPからの白色光の反射光(図3CのL6参照)を、カメラとしての撮像部58に向かう光と、分光器12に向かう光とに分岐させる光分岐部91aが内蔵される。本実施形態に係る光分岐部91aは、一面側は略100%の光を透過させ、他面側は少なくとも一部の光を反射させるハーフミラーによって構成される。光分岐部91aは、合流部としての第1ハーフミラー53と、対物レンズ54と、の間の光路上に配置される。なお、本実施形態に係るアダプタ91は、光分岐部91aを内蔵したことに起因し、対物レンズ54よりも大径に構成される。 As illustrated in FIG. 3C, the adapter 91 has a built-in optical branching unit 91a that branches the reflected white light from the sample SP (see L6 in FIG. 3C) into light directed toward the imaging unit 58 as a camera and light directed toward the spectrometer 12. The optical branching unit 91a according to this embodiment is configured with a half mirror that transmits approximately 100% of the light on one side and reflects at least a portion of the light on the other side. The optical branching unit 91a is disposed on the optical path between the first half mirror 53 as a junction and the objective lens 54. Note that the adapter 91 according to this embodiment is configured to have a larger diameter than the objective lens 54 due to the built-in optical branching unit 91a.

ハーフミラーによって構成される光分岐部91aは、白色光源51から出射されてブラケット92から入射した白色光を(前記一面側によって)透過させる一方、対物レンズ54を介して反射されたサンプルSPからの反射光の一部を(前記他面側によって)反射させ、他部を透過させる。光分岐部91aによって反射された反射光は分光器12に導かれる一方、光分岐部91aを透過した反射光はカメラとしての撮像部58に至る。アダプタ91の外面には、分光器12に通じる光ケーブル11が接続されていて、光分岐部91aによって反射された白色光は、この光ケーブル11を介して分光器12に入力される。 The optical branching unit 91a, which is made of a half mirror, transmits (by the one side) the white light emitted from the white light source 51 and incident on the bracket 92, while reflecting (by the other side) a portion of the reflected light from the sample SP reflected through the objective lens 54 and transmitting the other portion. The reflected light reflected by the optical branching unit 91a is guided to the spectroscope 12, while the reflected light transmitted through the optical branching unit 91a reaches the imaging unit 58 as a camera. An optical cable 11 leading to the spectroscope 12 is connected to the outer surface of the adapter 91, and the white light reflected by the optical branching unit 91a is input to the spectroscope 12 via this optical cable 11.

なお、光分岐部91aは、対物レンズ54に対して相対移動可能な光学素子によって構成してもよい。その場合、光分岐部91aは、外部から入力される電気信号を受けて動作することにより、レーザ共焦点顕微鏡1の動作モードに応じて対物レンズ54と第1ハーフミラー53を結ぶ光路に対して挿抜することもできる。 The optical branching unit 91a may be configured with an optical element that is movable relative to the objective lens 54. In this case, the optical branching unit 91a can be inserted into or removed from the optical path connecting the objective lens 54 and the first half mirror 53 according to the operating mode of the laser confocal microscope 1 by receiving an electrical signal input from the outside and operating.

分光器12は、光分岐部91aによって分岐させた反射光に基づいて、該反射光に含まれる波長毎の受光強度に応じた受光信号を生成する。この分光器12は、反射光の分光スペクトルを生成するものであり、反射光の波長毎に受光強度を検出し、その検出結果を示す受光信号を生成することができる。分光器12によって生成された受光信号は、後述の第1膜厚測定部8lに入力される。 The spectroscope 12 generates a light receiving signal according to the light receiving intensity for each wavelength contained in the reflected light based on the reflected light branched by the optical branching unit 91a. This spectroscope 12 generates an optical spectrum of the reflected light, and can detect the light receiving intensity for each wavelength of the reflected light and generate a light receiving signal indicating the detection result. The light receiving signal generated by the spectroscope 12 is input to the first film thickness measurement unit 8l described below.

-分光干渉法による膜厚測定の基本原理について-
図10Aは、白色光の波長毎の反射率と、サンプルSPの膜厚との関係を例示する図である。一般に、基板の表面に膜が存在する場合、膜の表面と、基板の表面(基板および膜の境界面)と、の双方で光が反射する。分光器12によって受光される反射光は、膜の表面と、基板の表面と、のそれぞれから反射された光の合算となるが、それらの光は干渉し、互いに強め合ったり弱め合ったりする。
- Basic principles of film thickness measurement using spectroscopic interferometry -
10A is a diagram illustrating the relationship between the reflectance of each wavelength of white light and the film thickness of the sample SP. In general, when a film exists on the surface of a substrate, light is reflected from both the surface of the film and the surface of the substrate (the interface between the substrate and the film). The reflected light received by the spectroscope 12 is the sum of the light reflected from the surface of the film and the surface of the substrate, but these lights interfere with each other and strengthen or weaken each other.

この干渉現象は、光の波長、膜厚および屈折率の関係に応じて変化する。そこで、反射光を分光器12で検出し、その分光スペクトルを生成することで、膜厚を測定することができる。具体的に、図10Aに例示されるように、波長に対する反射率の振る舞いをグラフ化する。この反射率は、基板および膜の屈折率に依存するため、それぞれの材料を予め特定しておくことで、膜厚を未定パラメータとしたフィッティングを行うことができる。 This interference phenomenon changes depending on the relationship between the wavelength of light, the film thickness, and the refractive index. The reflected light is detected by the spectrometer 12, and the film thickness can be measured by generating its spectrum. Specifically, as shown in FIG. 10A, the behavior of the reflectance versus wavelength is graphed. This reflectance depends on the refractive index of the substrate and the film, so by specifying the respective materials in advance, fitting can be performed with the film thickness as an undetermined parameter.

そうしたフィッティングを実行するために、分光器12は、白色光の反射光に基づき生成された受光信号を、後述の第1膜厚測定部8lに入力する。第1膜厚測定部8lは、分光器12によって生成された受光信号に基づいて前述のフィッティングを実行し、サンプルSPの膜厚を測定するように構成されている。 To perform such fitting, the spectrometer 12 inputs a light receiving signal generated based on the reflected light of the white light to a first film thickness measurement unit 8l described below. The first film thickness measurement unit 8l is configured to perform the above-mentioned fitting based on the light receiving signal generated by the spectrometer 12 and measure the film thickness of the sample SP.

また、図10AのグラフG1,G2,G3に示されるように、サンプルSPの膜厚が薄いときには、厚いときに比して反射率は緩慢に変化する。すなわち、サンプルSPの膜厚に応じて反射率のグラフ形状が変化することになるから、この関係を逆に辿ることで、反射率に基づいてサンプルSPの膜厚を決定することができる。 In addition, as shown in graphs G1, G2, and G3 in FIG. 10A, when the film thickness of sample SP is thin, the reflectance changes more slowly than when it is thick. In other words, the shape of the reflectance graph changes depending on the film thickness of sample SP, so by tracing this relationship in reverse, the film thickness of sample SP can be determined based on the reflectance.

このように、白色光学系5は、対物レンズ54を分光ユニットOsに付け替えることで、分光干渉法による膜厚測定を実行可能な光学系である。分光干渉法による膜厚測定は、レーザ共焦点法を用いた膜厚測定に比して、より小さな膜厚を測定することができる。 In this way, the white light optical system 5 is an optical system that can perform film thickness measurement using spectroscopic interferometry by replacing the objective lens 54 with the spectroscopic unit Os. Film thickness measurement using spectroscopic interferometry can measure smaller film thicknesses than film thickness measurement using the laser confocal method.

(レーザ共焦点法による膜厚測定の基本原理について)
図10Bは、レーザ光の反射光に起因する受光強度と、サンプルSPの膜厚の関係を例示する図である。サンプルSPの膜厚は、レーザ共焦点法を用いて測定することもできる。例えば、基板上に膜を形成してなるサンプルSPにレーザ光を照射して、その反射光を共焦点光学系を介して受光した場合、受光素子66aにおいて検出される受光強度は、膜の表面からの反射光に起因したピークと、基板の表面からの反射光に起因したピークと、を含むことになる。この場合、ピーク間の距離を測定することで、膜厚を測定することができる。レーザ共焦点法による膜厚測定は、後述の第2膜厚測定部8mが実行するように構成されている。
(Basic principles of film thickness measurement using the laser confocal method)
FIG. 10B is a diagram illustrating the relationship between the light receiving intensity caused by the reflected light of the laser light and the film thickness of the sample SP. The film thickness of the sample SP can also be measured using a laser confocal method. For example, when a sample SP formed of a film on a substrate is irradiated with laser light and the reflected light is received through a confocal optical system, the light receiving intensity detected by the light receiving element 66a includes a peak caused by the reflected light from the surface of the film and a peak caused by the reflected light from the surface of the substrate. In this case, the film thickness can be measured by measuring the distance between the peaks. The film thickness measurement using the laser confocal method is configured to be performed by the second film thickness measurement unit 8m described later.

また、図10BのグラフG4,G5に示されるように、サンプルSPの膜厚が厚いときには、薄いときに比してピーク間の距離が長くなる。このとき、ピーク間の距離、ひいては膜厚を高精度で測定することができるようになる。そのため、レーザ共焦点法による膜厚測定は、分光干渉法による膜厚測定に比して、膜厚が厚い場合に適したものとなる。 Also, as shown in graphs G4 and G5 in Figure 10B, when the film thickness of sample SP is thick, the distance between the peaks is longer than when the film thickness is thin. At this time, the distance between the peaks, and therefore the film thickness, can be measured with high accuracy. Therefore, film thickness measurement using the laser confocal method is more suitable for thick film thicknesses than film thickness measurement using the spectral interferometry method.

一方、膜厚が相対的に薄い場合は、厚い場合に比してピーク間の距離が短くなり、2つのピークを判別することが困難になる。そのため、レーザ共焦点法による膜厚測定は、分光干渉法による膜厚測定に比して、膜厚が薄い場合には不向きなものとなる。 On the other hand, when the film thickness is relatively thin, the distance between the peaks becomes shorter than when the film thickness is thick, making it difficult to distinguish between the two peaks. Therefore, film thickness measurement using the laser confocal method is less suitable for thin film thicknesses than film thickness measurement using the spectral interferometry method.

(ユニット駆動系7)
図4は、レーザ共焦点顕微鏡1の構成を例示するブロック図である。ユニット駆動系7は、レーザ共焦点顕微鏡1の各部を駆動するものであり、対物レンズ54を変更したり、対物レンズ54に対するステージ23の高さ位置を調整したり、そのステージ23を水平方向に沿って移動させたりするシステムとして構成される。ユニット駆動系7の各構成要素は、それぞれ、ユニット制御系8と電気的に接続されており、ユニット制御系8から入力される電気信号を受けて作動する。
(Unit drive system 7)
4 is a block diagram illustrating the configuration of the laser confocal microscope 1. The unit drive system 7 drives each part of the laser confocal microscope 1, and is configured as a system that changes the objective lens 54, adjusts the height position of the stage 23 relative to the objective lens 54, and moves the stage 23 in the horizontal direction. Each component of the unit drive system 7 is electrically connected to a unit control system 8, and operates upon receiving an electrical signal input from the unit control system 8.

具体的に、ユニット駆動系7は、図1、図2、図4等に例示されるように、Z方向駆動部71と、高さ位置検知部72と、XY方向駆動部73と、電動レボルバ74と、を備える。Z方向駆動部71は、本実施形態における「駆動部」の例示である。 Specifically, as illustrated in Figures 1, 2, 4, etc., the unit drive system 7 includes a Z-direction drive unit 71, a height position detection unit 72, an XY-direction drive unit 73, and an electric revolver 74. The Z-direction drive unit 71 is an example of the "drive unit" in this embodiment.

-Z方向駆動部71-
Z方向駆動部71は、対物レンズ54に対するステージ23の高さ位置を相対的に変化させるものである。具体的に、Z方向駆動部71は、例えばステッピングモータと、該ステッピングモータにおける出力軸の回転運動を、上下方向(Z方向)の直線運動に変換する運動変換機構と、を有する。Z方向駆動部71は、ヘッド部22に内蔵される。
-Z direction drive unit 71-
The Z-direction driving unit 71 changes the height position of the stage 23 relative to the objective lens 54. Specifically, the Z-direction driving unit 71 has, for example, a stepping motor and a motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the output shaft of the stepping motor into linear motion in the up and down direction (Z direction). The Z-direction driving unit 71 is built into the head unit 22.

Z方向駆動部71のステッピングモータを回転させることにより、電動レボルバ74と、その電動レボルバ74に装着された対物レンズ54と、がZ方向に沿って一体的に移動する。 By rotating the stepping motor of the Z-direction drive unit 71, the electric revolver 74 and the objective lens 54 attached to the electric revolver 74 move together in the Z direction.

例えば、ステージ23が固定された状態で対物レンズ54をZ方向に移動させることで、結果的に、対物レンズ54に対するステージ23の高さ位置を相対的に変更することができる。なお、対物レンズ54が固定された状態でステージ23をZ方向に移動させるように構成してもよい。 For example, by moving the objective lens 54 in the Z direction while the stage 23 is fixed, the height position of the stage 23 relative to the objective lens 54 can be changed. Note that the stage 23 may be configured to move in the Z direction while the objective lens 54 is fixed.

なお、Z方向駆動部71は、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(以下、「相対距離」と呼称したり、或いは、単に「高さ位置」と呼称したりする)を、最小で1nm程度のピッチサイズで調整することができる。 The Z-direction drive unit 71 can adjust the relative height position of the stage 23 with respect to the objective lens 54 (hereinafter referred to as the "relative distance" or simply as the "height position") with a minimum pitch size of about 1 nm.

-高さ位置検知部72-
高さ位置検知部72は、対物レンズ54とステージ23との間の相対距離を検出し、その相対距離に対応した電気信号を出力することができる。この電気信号は、ユニット制御系8に入力される。
Height position detector 72
The height position detector 72 detects the relative distance between the objective lens 54 and the stage 23, and outputs an electrical signal corresponding to the relative distance. This electrical signal is input to the unit control system 8.

具体的に、高さ位置検知部72は、例えばリニアスケール(リニアエンコーダ)等で構成することができる。高さ位置検知部72は、対物レンズ54とステージ23との間の相対距離の変化が1nm程度であっても検知可能である。 Specifically, the height position detection unit 72 can be configured with, for example, a linear scale (linear encoder) or the like. The height position detection unit 72 can detect even a change in the relative distance between the objective lens 54 and the stage 23 of about 1 nm.

本実施形態では、ステージ23が固定された状態で対物レンズ54をZ方向に移動させることで、前述の相対距離を変化させる。そのときの移動量をリニアスケールで検出することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置を検知することができる。同様に、対物レンズ54が固定された状態でステージ23をZ方向に移動させる場合にあっても、同様に高さ位置を検知することができる。 In this embodiment, the above-mentioned relative distance is changed by moving the objective lens 54 in the Z direction while the stage 23 is fixed. The amount of movement at that time is detected using a linear scale, so that the relative height position of the stage 23 with respect to the objective lens 54 can be detected. Similarly, even when the stage 23 is moved in the Z direction while the objective lens 54 is fixed, the height position can be detected in the same way.

-XY方向駆動部73-
XY方向駆動部73は、ステージ23を水平方向に移動させるための機構である。すなわち、ステージ23は、図1に例示されるステージ支持部材24とは別体とされており、このステージ支持部材24に対して水平方向に移動可能に支持されている。
-XY direction driving unit 73-
The XY direction driving unit 73 is a mechanism for horizontally moving the stage 23. That is, the stage 23 is separate from the stage support member 24 illustrated in Fig. 1, and is supported by the stage support member 24 so as to be horizontally movable.

具体的に、XY方向駆動部73は、例えばリニアモータ等のアクチュエータで構成することができる。このアクチュエータは、ステージ支持部材24に対するステージ23の相対的な位置を、X方向およびY方向に沿って所定の範囲内で移動させることができる。 Specifically, the XY direction drive unit 73 can be configured with an actuator such as a linear motor. This actuator can move the position of the stage 23 relative to the stage support member 24 within a predetermined range along the X and Y directions.

-電動レボルバ74-
図11は、電動レボルバ74の側面図である。電動レボルバ74は、電動式の変倍機構として構成されており、所定の中心軸Cまわりに回転する。電動レボルバ74は、本実施形態における「レボルバ」の例示である。
- Electric revolver 74 -
11 is a side view of the electric revolver 74. The electric revolver 74 is configured as an electric variable magnification mechanism, and rotates around a predetermined central axis C. The electric revolver 74 is an example of the "revolver" in this embodiment.

電動レボルバ74は、中心軸Cを取り囲むように、複数の対物レンズ54と、分光ユニットOs(アダプタ91)とを取付可能に構成される。複数の対物レンズ54を着脱可能とするために、電動レボルバ74の下面には、中心軸Cを取り囲むように配置された複数の貫通孔74aが設けられている。白色光学系5およびレーザ光学系6は、電動レボルバ74を中心軸Cまわりに回転させたり、その貫通孔74aに装着される対物レンズ54を交換したりすることで、サンプルSPの各第倍率を変更可能に構成される。 The motorized revolver 74 is configured to allow multiple objective lenses 54 and a spectroscopic unit Os (adapter 91) to be attached to it so as to surround the central axis C. To allow the multiple objective lenses 54 to be attached and detached, the underside of the motorized revolver 74 is provided with multiple through holes 74a arranged to surround the central axis C. The white optical system 5 and the laser optical system 6 are configured to allow the magnification of each of the sample SP to be changed by rotating the motorized revolver 74 around the central axis C or by replacing the objective lenses 54 attached to the through holes 74a.

ここで、電動レボルバ74に装着可能な対物レンズ54には、リング照明54aが装着された対物レンズ54と、リング照明54aを非装着とした対物レンズ54と、分岐光学系55と一体化されて干渉対物レンズOcを構成する対物レンズ54と、が含まれる。 The objective lenses 54 that can be attached to the electric revolver 74 include an objective lens 54 with a ring illumination 54a attached, an objective lens 54 without a ring illumination 54a attached, and an objective lens 54 that is integrated with the branching optical system 55 to form an interference objective lens Oc.

電動レボルバ74にはまた、前述の分光ユニットOs(アダプタ91)を装着することもできる。したがって、電動レボルバ74に取り付けられた対物レンズ54または干渉対物レンズOcを取り外し、これを分光ユニットOsに付け替えるという比較的平易な作業を行うことで、レーザ共焦点法または白色干渉法による測定を行うための光学系(図3Aおよび図3Bに例示される光学系)を、図3Cに例示されるような、分光干渉法による膜厚測定を行うための光学系に切り替えることができる。 The above-mentioned spectroscopic unit Os (adapter 91) can also be attached to the motorized revolver 74. Therefore, by performing the relatively simple task of removing the objective lens 54 or interference objective lens Oc attached to the motorized revolver 74 and replacing it with the spectroscopic unit Os, it is possible to switch the optical system for performing measurements using the laser confocal method or white light interferometry (the optical system exemplified in Figures 3A and 3B) to an optical system for performing film thickness measurements using spectroscopic interferometry, as exemplified in Figure 3C.

同様に、電動レボルバ74に取り付けられた分光ユニットOsを取り外し、これを対物レンズ54または干渉対物レンズOcに付け替えるだけで、分光干渉法による膜厚測定を行うための光学系を、レーザ共焦点法または白色干渉法による測定を行うための光学系に切り替えることができる。 Similarly, by simply removing the spectroscopic unit Os attached to the motorized revolver 74 and replacing it with the objective lens 54 or the interference objective lens Oc, the optical system for performing film thickness measurement using the spectroscopic interferometry can be switched to an optical system for performing measurement using the laser confocal method or the white light interferometry.

さらに、電動レボルバ74に分光ユニットOsを取り付けた状態において、そのアダプタ91に装着された対物レンズ54を取り外し、拡大倍率の異なる別の対物レンズ54に付け替えるという平易な操作を行うことで、拡大倍率を変更しながらサンプルSPの膜厚を測定することもできる。 Furthermore, with the spectroscopic unit Os attached to the electric revolver 74, the film thickness of the sample SP can be measured while changing the magnification by simply removing the objective lens 54 attached to the adapter 91 and replacing it with another objective lens 54 with a different magnification.

電動レボルバ74を回転させることで、複数の対物レンズ54のうちの1つを選択し、これをステージ23上に載置されたサンプルSPと対峙させることができる。なお、複数の対物レンズ54のうち、どの対物レンズ54が選択されているかを示す情報は、ユニット制御系8の記憶装置82に記憶される。 By rotating the electric revolver 74, one of the objective lenses 54 can be selected and placed opposite the sample SP placed on the stage 23. Information indicating which of the objective lenses 54 is selected is stored in the storage device 82 of the unit control system 8.

電動レボルバ74を制御することで、白色光学系5およびレーザ光学系6の倍率を変更したり、白色干渉法に必要な干渉対物レンズOcをサンプルSPに対峙させたりすることができる。電動レボルバ74に加えて、または電動レボルバ74に代えて、電動ズームレンズからなる単レンズ式の対物レンズ(図示せず)を用いてもよい。 By controlling the motorized revolver 74, it is possible to change the magnification of the white light optical system 5 and the laser optical system 6, and to position the interference objective lens Oc required for white light interferometry facing the sample SP. In addition to or instead of the motorized revolver 74, a single-lens objective lens (not shown) consisting of a motorized zoom lens may be used.

電動レボルバ74は、表示部41上に表示される画面(後述の図16~図18を参照)を介して操作することもできるし、観察ユニット2等に設けられたスイッチを介して操作することもできる。 The electric revolver 74 can be operated via a screen displayed on the display unit 41 (see Figures 16 to 18 described below), or via a switch provided on the observation unit 2, etc.

(ユニット制御系8)
図5は、ユニット制御系8の構成を例示するブロック図である。ユニット制御系8は、観察ユニット2における白色光学系5、レーザ光学系6およびユニット駆動系7の各部に制御信号を出力し、それらの動作を制御したり、各部からの検出信号を受けて、サンプルSPの表面形状および膜厚を測定したりするものである。
(Unit control system 8)
5 is a block diagram illustrating the configuration of the unit control system 8. The unit control system 8 outputs control signals to each part of the white optical system 5, the laser optical system 6, and the unit drive system 7 in the observation unit 2 to control their operations, and receives detection signals from each part to measure the surface shape and film thickness of the sample SP.

ユニット制御系8はまた、観察ユニット2に加えてさらに、操作用端末4とも電気的に接続されており、表面形状の測定結果を表示部41上に表示する一方、キーボード42、マウス43等に対する操作入力に基づいて、観察ユニット2の各部に入力する制御信号を生成することもできる。 The unit control system 8 is also electrically connected to the observation unit 2 as well as the operation terminal 4, and displays the surface shape measurement results on the display unit 41, while also generating control signals to be input to each part of the observation unit 2 based on operational input to the keyboard 42, mouse 43, etc.

なお、図4に示す例では、ユニット制御系8は、観察ユニット2に設けられているが、その構成には限定されない。ユニット制御系8は、外部ユニット3に設けられてもよいし、操作用端末4に設けられてもよい。 In the example shown in FIG. 4, the unit control system 8 is provided in the observation unit 2, but is not limited to this configuration. The unit control system 8 may be provided in the external unit 3 or in the operation terminal 4.

具体的に、本実施形態に係るユニット制御系8は、CPU、システムLSI、DSP等からなる処理装置81と、揮発性メモリ、不揮発性メモリ等からなる記憶装置82と、入出力バス83と、を有する。また、ユニット制御系8は、論理回路によって実現されてもよいし、ソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。 Specifically, the unit control system 8 according to this embodiment has a processing device 81 consisting of a CPU, a system LSI, a DSP, etc., a storage device 82 consisting of a volatile memory, a non-volatile memory, etc., and an input/output bus 83. In addition, the unit control system 8 may be realized by a logic circuit, or may be realized by executing software.

詳しくは、図4に例示されるように、ユニット制御系8には、少なくとも、白色光源51、リング照明54a、撮像素子58a、レーザ光源61、レーザ光走査部63、受光素子66a、Z方向駆動部71、高さ位置検知部72、XY方向駆動部73および電動レボルバ74が電気的に接続されている。ユニット制御系8によって、白色光源51、リング照明54a、レーザ光源61、レーザ光走査部63、Z方向駆動部71、XY方向駆動部73および電動レボルバ74が制御される。また、撮像素子58a、受光素子66a、高さ位置検知部72および分光器12の出力信号は、ユニット制御系8に入力される。 More specifically, as illustrated in FIG. 4, the unit control system 8 is electrically connected to at least the white light source 51, the ring illumination 54a, the image sensor 58a, the laser light source 61, the laser light scanning unit 63, the light receiving element 66a, the Z direction drive unit 71, the height position detection unit 72, the XY direction drive unit 73, and the electric revolver 74. The unit control system 8 controls the white light source 51, the ring illumination 54a, the laser light source 61, the laser light scanning unit 63, the Z direction drive unit 71, the XY direction drive unit 73, and the electric revolver 74. In addition, the output signals of the image sensor 58a, the light receiving element 66a, the height position detection unit 72, and the spectrometer 12 are input to the unit control system 8.

具体的に、本実施形態に係るユニット制御系8は、図5に例示されるように、主たる構成要素として、走査制御部8aと、駆動制御部8bと、表示制御部8cと、モード切替部8dと、合焦演算部8eと、焦点調整部8fと、明るさ調整部8gと、傾き調整部8hと、測定範囲設定部8iと、第1表面形状測定部8jと、第2表面形状測定部8kと、第1膜厚測定部8lと、第2膜厚測定部8mと、を有する。第1表面形状測定部8i、第2表面形状測定部8k、第1膜厚測定部8lおよび第2膜厚測定部8mは、本実施形態における測定部80を構成する。この測定部80は、レーザ共焦点法に基づいたサンプルSPの表面形状の測定等、種々の測定を実行することができる。 Specifically, as illustrated in FIG. 5, the unit control system 8 according to this embodiment has as its main components a scan control unit 8a, a drive control unit 8b, a display control unit 8c, a mode switching unit 8d, a focus calculation unit 8e, a focus adjustment unit 8f, a brightness adjustment unit 8g, a tilt adjustment unit 8h, a measurement range setting unit 8i, a first surface shape measurement unit 8j, a second surface shape measurement unit 8k, a first film thickness measurement unit 8l, and a second film thickness measurement unit 8m. The first surface shape measurement unit 8i, the second surface shape measurement unit 8k, the first film thickness measurement unit 8l, and the second film thickness measurement unit 8m constitute the measurement unit 80 according to this embodiment. This measurement unit 80 can perform various measurements, such as measurement of the surface shape of the sample SP based on the laser confocal method.

-走査制御部8a-
走査制御部8aは、前述のようにレーザ光走査部63と電気的に接続されており、その作動を制御する。レーザ光走査部63は、走査制御部8aから入力された制御信号に従って、サンプルSPの表面上に定められた走査範囲内を2次元的または1次元的に走査することができる。走査範囲の設定は、レーザ共焦点顕微鏡1が果たす機能に応じて、適宜変更可能である。
-Scanning control unit 8a-
As described above, the scanning control unit 8a is electrically connected to the laser light scanning unit 63 and controls its operation. The laser light scanning unit 63 can two-dimensionally or one-dimensionally scan within a scanning range defined on the surface of the sample SP according to a control signal input from the scanning control unit 8a. The setting of the scanning range can be appropriately changed depending on the function performed by the laser confocal microscope 1.

-駆動制御部8b-
駆動制御部8bは、ユニット駆動系7の各部を制御する。具体的に、駆動制御部8bは、Z方向駆動部71を制御することでステージ23の高さ位置を変更したり、XY方向駆動部73を制御することでステージ23の水平位置を変更したり、電動レボルバ74を制御することで対物レンズ54を切り替えたりすることができる。
- Drive control unit 8b -
The drive control unit 8b controls each part of the unit drive system 7. Specifically, the drive control unit 8b can change the height position of the stage 23 by controlling the Z-direction drive unit 71, can change the horizontal position of the stage 23 by controlling the XY-direction drive unit 73, and can switch the objective lens 54 by controlling the electric revolver 74.

-表示制御部8c-
表示制御部8cは、操作用端末4の表示部41と電気的に接続されており、表示部41上での表示態様を制御する。具体的に、本実施形態に係る表示制御部8cは、第1表面形状測定部8j、第2表面形状測定部8k等による測定結果を表示させたり、撮像部58によって生成されたカメラ画像を表示させたり、その他、各種インターフェースを表示させたりすることができる。
-Display control unit 8c-
The display control unit 8c is electrically connected to the display unit 41 of the operation terminal 4, and controls the display mode on the display unit 41. Specifically, the display control unit 8c according to this embodiment can display the measurement results by the first surface shape measuring unit 8j, the second surface shape measuring unit 8k, etc., can display the camera image generated by the imaging unit 58, and can display various other interfaces.

-モード切替部8d-
ここまでに説明したように、レーザ共焦点顕微鏡1は、主たる機能として、レーザ光または白色光を光源としたサンプルSPの観察、レーザ共焦点法または白色干渉法を用いたサンプルSPの測定等を実行することができる。
--Mode switching section 8d--
As described above, the main functions of the laser confocal microscope 1 include observing a sample SP using laser light or white light as a light source, and measuring the sample SP using the laser confocal method or the white light interferometry.

モード切替部8dは、キーボード42およびマウス43を介したユーザの操作入力に基づいて、これらの機能を使い分けることができる。具体的に、本実施形態に係るモード切替部8dは、ユーザの操作入力に基づいて、例えば、サンプルSPの表面形状を測定する第1モードと、サンプルSPの膜厚を測定する第2モードと、サンプルSPを観察するための第3モードと、を含んだモード群の中から1つのモードを選択し、これを実行させることができる。後述のように、ユーザの操作入力は、表示部41上に表示させたインターフェースを介して行われるようになっている。なお、前記3つの動作モードのうち、第3モードは必須ではない。レーザ共焦点顕微鏡1は、少なくとも第1モードと第2モードのみを実行可能に構成すればよい。 The mode switching unit 8d can use these functions selectively based on the user's operational input via the keyboard 42 and the mouse 43. Specifically, the mode switching unit 8d according to this embodiment can select and execute one mode from a group of modes including, for example, a first mode for measuring the surface shape of the sample SP, a second mode for measuring the film thickness of the sample SP, and a third mode for observing the sample SP, based on the user's operational input. As described later, the user's operational input is performed via an interface displayed on the display unit 41. Of the three operating modes, the third mode is not essential. The laser confocal microscope 1 only needs to be configured to be able to execute at least the first and second modes.

なお、前述のように、サンプルSPの膜厚測定は、分光干渉法およびレーザ共焦点法の一方を用いて行うことができる。そこで、本実施形態に係るモード切替部8dは、第3モードが選択された場合、第1膜厚測定部8lによって分光干渉法に基づいて膜厚を測定する第1のサブモードと、第2膜厚測定部8mによってレーザ共焦点法に基づいて膜厚を測定する第2のサブモードと、のうちの一方をユーザの操作入力に基づいて実行させることができる。 As described above, the thickness measurement of the sample SP can be performed using either the spectroscopic interferometry or the laser confocal method. Therefore, when the third mode is selected, the mode switching unit 8d according to this embodiment can execute either the first submode in which the first thickness measurement unit 8l measures the thickness based on the spectroscopic interferometry, or the second submode in which the second thickness measurement unit 8m measures the thickness based on the laser confocal method, based on the user's operational input.

-合焦演算部8e-
合焦演算部8eは、レーザ光学系6によるレーザ共焦点法を用いることで、対物レンズ54のフォーカスをサンプルSPの表面上に一致させる(換言すれば、レーザ共焦点法による「オートフォーカス」を実行する)。レーザ共焦点法によって調整されたフォーカスは、レーザ共焦点法による表面形状の測定と、白色干渉法による表面形状の測定と、の双方に用いられる。
--Focus calculation unit 8e--
The focusing calculation unit 8e uses the laser confocal method with the laser optical system 6 to make the focus of the objective lens 54 coincide with the surface of the sample SP (in other words, executes "autofocus" using the laser confocal method). The focus adjusted by the laser confocal method is used for both the measurement of the surface shape using the laser confocal method and the measurement of the surface shape using the white light interference method.

すなわち、図8に示すように、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、白色干渉法を用いてサンプルSPの表面形状を測定する場合であっても、レーザ共焦点法を用いてフォーカスを合わせるように構成されている。 That is, as shown in FIG. 8, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment is configured to adjust the focus using the laser confocal method, even when the surface shape of the sample SP is measured using the white light interferometry.

なお、フォーカスを合わせる際には、対物レンズ54として、白色干渉用の干渉対物レンズOc(第1対物レンズ)を使用してもよいし、その干渉対物レンズOcとは異なる非白色干渉用の対物レンズ54を使用してもよい。 When adjusting the focus, the objective lens 54 may be an interference objective lens Oc (first objective lens) for white light interference, or a non-white light interference objective lens 54 different from the interference objective lens Oc may be used.

具体的に、本実施形態に係る合焦演算部8eは、ステージ23または対物レンズ54の各高さ位置で、レーザ光学系6の受光部66によって生成された受光信号に基づいて、対物レンズ54の焦点がサンプルSPの表面に一致する合焦位置を算出する。合焦演算部8eは、本実施形態における「演算部」の例示である。 Specifically, the focusing calculation unit 8e according to this embodiment calculates the focusing position where the focus of the objective lens 54 coincides with the surface of the sample SP based on the light receiving signal generated by the light receiving unit 66 of the laser optical system 6 at each height position of the stage 23 or the objective lens 54. The focusing calculation unit 8e is an example of the "calculation unit" in this embodiment.

ここで、「ステージ23または対物レンズ54の各高さ位置」とは、高さ位置検知部72によって検知可能な、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置を指す。この高さ位置は、対物レンズ54の先端面(Z方向における先端面)と、ステージ23の上面との間の距離とすることができるが、これに限られるものではなく、対物レンズ54の所定部位と、ステージ23の所定部位とのZ方向の離間距離とすることができる。前述のように、高さ位置は「Z位置」とも呼称される。 Here, "each height position of the stage 23 or the objective lens 54" refers to the relative height position of the stage 23 with respect to the objective lens 54, which can be detected by the height position detection unit 72. This height position can be the distance between the tip surface (tip surface in the Z direction) of the objective lens 54 and the upper surface of the stage 23, but is not limited to this, and can be the distance in the Z direction between a specified part of the objective lens 54 and a specified part of the stage 23. As mentioned above, the height position is also called the "Z position".

また、以下の記載において、「高さ位置同士の間隔(Zピッチ)」とは、オートフォーカス、明るさ調整、測定時の高さ範囲(測定範囲)の設定、表面形状の測定等、白色光学系5において干渉画像を生成する場合、および、レーザ光学系6においてレーザ光を受光する場合における高さ位置の間隔(Z方向における対物レンズ54またはステージ23の移動間隔)を指す。 In the following description, the "distance between height positions (Z pitch)" refers to the distance between height positions (the movement distance of the objective lens 54 or stage 23 in the Z direction) when generating an interference image in the white optical system 5, when performing autofocus, brightness adjustment, setting the height range (measurement range) during measurement, measuring the surface shape, etc., and when receiving laser light in the laser optical system 6.

さらに、以下の記載において、「Z位置を上方に移動させる」とは、ステージ23およびサンプルSPに対して対物レンズ54を上方に移動させるか、あるいは、対物レンズ54に対してステージ23およびサンプルSPを下方に移動させること、すなわち、ステージ23およびサンプルSPと、対物レンズ54とをZ方向において離間させることをいう。 Furthermore, in the following description, "moving the Z position upward" means moving the objective lens 54 upward relative to the stage 23 and sample SP, or moving the stage 23 and sample SP downward relative to the objective lens 54, i.e., moving the stage 23 and sample SP away from the objective lens 54 in the Z direction.

同様に、「Z位置を下方に移動させる」とは、ステージ23およびサンプルSPに対して対物レンズ54を下方に移動させるか、あるいは、対物レンズ54に対してステージ23およびサンプルSPを上方に移動させること、すなわち、ステージ23およびサンプルSPと、対物レンズ54とをZ方向において接近させることをいう。 Similarly, "moving the Z position downward" means moving the objective lens 54 downward relative to the stage 23 and sample SP, or moving the stage 23 and sample SP upward relative to the objective lens 54, i.e., moving the stage 23 and sample SP closer to the objective lens 54 in the Z direction.

詳しくは、合焦演算部8eは、駆動制御部8bを介して前記高さ位置を変化させながら、各高さ位置でレーザ光を照射させて受光信号を取得する。前述したように、レーザ光がサンプルSPの表面上で焦点を結ぶと、受光素子66aが受光する光量(受光量)は、非合焦時に比して著しく大きくなり、その受光強度が相対的に大きくなる。 In detail, the focusing calculation unit 8e changes the height position via the drive control unit 8b, irradiates the laser light at each height position, and acquires a light receiving signal. As described above, when the laser light is focused on the surface of the sample SP, the amount of light received by the light receiving element 66a (amount of light received) becomes significantly larger than when it is not focused, and the intensity of the received light becomes relatively large.

そのため、合焦演算部8eは、図6Bに例示されるように、高さ位置(Z位置)に対する受光強度の変化を示す曲線(以下、「Z-Iカーブ」と呼称する)をモニターし、受光強度がピークを迎える高さ位置を探索する。そうした探索された高さ位置が、合焦位置Zpとして決定される。この合焦位置Zpは、記憶装置82に一時的にまたは継続的に記憶され、焦点調整部8fに入力される。 Therefore, as shown in FIG. 6B, the focus calculation unit 8e monitors a curve (hereinafter referred to as the "Z-I curve") showing the change in the received light intensity with respect to the height position (Z position), and searches for the height position where the received light intensity peaks. The height position thus searched for is determined as the focus position Zp. This focus position Zp is temporarily or continuously stored in the storage device 82 and input to the focus adjustment unit 8f.

また、合焦位置Zpの探索に用いられる高さ位置は、離散的なものとなる。この高さ位置同士の間隔(Zピッチ)は、Z-Iカーブの半値幅に応じて設定される。具体的に、Z-Iカーブの半値幅が狭いと想定される場合には、それが広いと想定される場合に比して、Zピッチはより狭く設定される。ここで、Z-Iカーブの半値幅は、対物レンズ54の開口数が大きいときには、それが小さいときに比して狭くなる。対物レンズ54の開口数は、一般的に、そのレンズ倍率が高倍率になるにしたがって、大きくなる。 The height positions used to search for the focal position Zp are discrete. The interval between these height positions (Z pitch) is set according to the half-width of the Z-I curve. Specifically, when the half-width of the Z-I curve is assumed to be narrow, the Z pitch is set narrower than when it is assumed to be wide. Here, when the numerical aperture of the objective lens 54 is large, the half-width of the Z-I curve is narrower than when it is small. The numerical aperture of the objective lens 54 generally increases as the lens magnification increases.

以上の知見を踏まえ、本実施形態に係る合焦演算部8eは、対物レンズ54の拡大倍率が高くなるにしたがって、前述のように定義したZピッチをより狭く設定するように構成される。具体的に、合焦演算部8eは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させることでステージまたは対物レンズ54の高さ位置を調整する際に、その高さ位置をより狭いZピッチで変更し、各高さ位置で受光信号を取得する。このように、対物レンズ54の拡大倍率に応じて、受光信号が取得されるZピッチを変更することができる。 Based on the above findings, the focusing calculation unit 8e according to this embodiment is configured to set the Z pitch defined as above to a narrower value as the magnification of the objective lens 54 increases. Specifically, when adjusting the height position of the stage or the objective lens 54 by operating the Z direction drive unit 71 via the drive control unit 8b, the focusing calculation unit 8e changes the height position at a narrower Z pitch and acquires a light receiving signal at each height position. In this way, the Z pitch at which the light receiving signal is acquired can be changed according to the magnification of the objective lens 54.

本願発明者らは、Zピッチに係る検討をさらに進めた結果、レーザ共焦点顕微鏡1が実行する機能に応じて、Zピッチの大きさを調整することを新たに見出した。 As a result of further investigation into the Z pitch, the inventors of the present application have newly discovered that the size of the Z pitch can be adjusted depending on the function being performed by the laser confocal microscope 1.

具体的に、本実施形態では、ステージ23の各高さ位置同士の間隔(Zピッチ)は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2表面形状測定部8kがレーザ共焦点法を用いてサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定される。 Specifically, in this embodiment, the distance (Z pitch) between each height position of the stage 23 is set to be wider when the focusing calculation unit 8e calculates the focusing position Zp than when the second surface shape measurement unit 8k measures the surface shape of the sample SP using the laser confocal method.

つまり、合焦演算部8eが合焦位置Zpを探索するときは、第2表面形状測定部8kが表面形状を測定するときほど、受光強度の測定精度が要求されない。そこで、図6Dに例示されるように、合焦位置Zpが探索されるとき(合焦演算部8eが合焦位置Zpを探索するとき)には、表面形状が測定されるとき(測定部80がサンプルSPの表面形状を測定するとき)に比して、Zピッチをより粗く設定することが許容される。以下、合焦位置Zpが探索される際に用いるZピッチを「第1ピッチ」と呼称する場合がある。 In other words, when the focusing calculation unit 8e searches for the focusing position Zp, the measurement accuracy of the received light intensity is not required as much as when the second surface shape measurement unit 8k measures the surface shape. Therefore, as illustrated in FIG. 6D, when the focusing position Zp is searched for (when the focusing calculation unit 8e searches for the focusing position Zp), the Z pitch can be set coarser than when the surface shape is measured (when the measurement unit 80 measures the surface shape of the sample SP). Hereinafter, the Z pitch used when searching for the focusing position Zp may be referred to as the "first pitch".

例えば図6Dにおいて、黒色で塗り潰されたプロットは合焦位置Zpが探索されるとき(オートフォーカス時)に用いられる高さ位置を指し、クロス状のプロットは表面形状の測定時に用いられる高さ位置を指す。図6Dに示されるように、本実施形態に係る第1ピッチは、表面形状が測定されるときに用いられるZピッチである後述の第4ピッチに比して粗く(広く)設定することができる。 For example, in FIG. 6D, the solid black plots indicate the height positions used when searching for the focal position Zp (during autofocus), and the cross plots indicate the height positions used when measuring the surface shape. As shown in FIG. 6D, the first pitch according to this embodiment can be set coarser (wider) than the Z pitch used when measuring the surface shape, which will be described later.

また、合焦位置Zpの探索は、放物線、ガウス関数等によって、各高さ位置で測定された受光強度をフィッティングすることで実行することができる。フィッティングの詳細は省略する。 The search for the focal position Zp can be performed by fitting the received light intensity measured at each height position to a parabola, Gaussian function, etc. Details of the fitting are omitted.

また、前述のように、合焦位置Zpを探索するときには、各高さ位置でレーザ光が出射される。そのときのレーザ光の走査範囲は、合焦位置Zpの探索に適した範囲に設定することができる。 As described above, when searching for the focal position Zp, the laser light is emitted at each height position. The scanning range of the laser light at that time can be set to a range suitable for searching for the focal position Zp.

具体的に、走査制御部8aは、ステージ23の各高さ位置においてレーザ光走査部63を作動させることで、合焦演算部8eによる合焦位置Zpの算出に際してレーザ光を走査する。そのとき、レーザ光の走査範囲は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2表面形状測定部8kがレーザ共焦点法に基づいて表面形状を測定する場合に比して狭く設定することができる(図6Dを参照)。 Specifically, the scanning control unit 8a operates the laser light scanning unit 63 at each height position of the stage 23, thereby scanning the laser light when the focusing calculation unit 8e calculates the focusing position Zp. At that time, when the focusing calculation unit 8e calculates the focusing position Zp, the scanning range of the laser light can be set narrower than when the second surface shape measurement unit 8k measures the surface shape based on the laser confocal method (see FIG. 6D).

詳しくは、レーザ光の走査範囲は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2表面形状測定部8kが表面形状を測定する場合に比して、第1および第2方向のうちの一方における寸法が短く設定され得る。 In more detail, when the focusing calculation unit 8e calculates the focusing position Zp, the scanning range of the laser light can be set to a smaller dimension in one of the first and second directions compared to when the second surface shape measurement unit 8k measures the surface shape.

さらに詳しくは、本実施形態では、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合、走査制御部8aは、第1方向としてのX方向に沿ってレーザ光をライン状に走査する。この場合、第2方向としてのY方向における寸法が短くなるように走査範囲が設定されることになる。ここで、互いに平行に並んだ数列にわたってレーザ光を走査してもよい。 More specifically, in this embodiment, when the focusing calculation unit 8e calculates the focusing position Zp, the scanning control unit 8a scans the laser light in a line shape along the X direction as the first direction. In this case, the scanning range is set so that the dimension in the Y direction as the second direction is short. Here, the laser light may be scanned over several rows arranged parallel to each other.

あるいは、前述の構成を実施する代わりに、レーザ光のスキャン間隔(レーザ光の照射位置Ps同士の間隔)は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを算出する場合には、第2測定部8lが表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定することもできる(間引きスキャン)。これにより、オートフォーカスを高速で行うことができる。 Alternatively, instead of implementing the above-mentioned configuration, the scanning interval of the laser light (the interval between the irradiation positions Ps of the laser light) can be set to be wider when the focusing calculation unit 8e calculates the focusing position Zp compared to when the second measurement unit 8l measures the surface shape (thinning-out scan). This allows autofocus to be performed at high speed.

-焦点調整部8f-
焦点調整部8fは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させてステージ23または対物レンズ54の高さ位置を調整することによって、該高さ位置を合焦演算部8eによって算出された合焦位置Zpに一致させる。
-Focus adjustment unit 8f-
The focus adjustment unit 8f operates the Z-direction drive unit 71 via the drive control unit 8b to adjust the height position of the stage 23 or the objective lens 54, thereby matching the height position with the focus position Zp calculated by the focus calculation unit 8e.

焦点調整部8fが高さ位置を調整することで、対物レンズ54のフォーカスをサンプルSP上に合わせることができ、そのサンプルSPの測定に適した状態が実現される。 By adjusting the height position using the focus adjustment unit 8f, the focus of the objective lens 54 can be adjusted onto the sample SP, achieving a state suitable for measuring the sample SP.

なお、焦点調整部8fによる高さ位置の調整は、第1表面形状測定部8jまたは第2表面形状測定部8kによる表面形状の測定時に加えて、レーザ画像またはカメラ画像による観察、後述の明るさ調整部8gによる明るさ調整、傾き調整部8hによる傾き調整、並びに、測定範囲設定部8iによる高さ範囲の設定等に際して実行される。これにより、フォーカスを合わせた状態から各種処理を開始させることができ、その高速化を図ることができる。 The adjustment of the height position by the focus adjustment unit 8f is performed not only when the surface shape is measured by the first surface shape measurement unit 8j or the second surface shape measurement unit 8k, but also when observing using a laser image or a camera image, when adjusting brightness by the brightness adjustment unit 8g described below, when adjusting tilt by the tilt adjustment unit 8h, and when setting the height range by the measurement range setting unit 8i. This allows various processes to be started from a focused state, which can be performed at high speed.

-明るさ調整部8g-
合焦演算部8eおよび焦点調整部8fによる処理は、レーザ光を用いた処理となるため、焦点調整部8fがフォーカスを合わせた時点では、適切な露光時間等、白色光の設定は不明である。レーザ共焦点法によるオートフォーカスと、白色干渉法による形状測定と、をスムースに組み合わせるためには、オートフォーカス後に、白色光の設定を行う必要がある。
- Brightness adjustment section 8g -
Since the processing by the focusing calculation unit 8e and the focus adjustment unit 8f is processing using laser light, the settings of the white light, such as an appropriate exposure time, are unknown at the time when the focus adjustment unit 8f adjusts the focus. In order to smoothly combine autofocusing using the laser confocal method and shape measurement using the white light interferometry, it is necessary to set the white light after autofocusing.

そこで、明るさ調整部8gは、焦点調整部8fによって高さ位置が調整された状態で、白色光源51から照射される白色光の明るさの調整を開始する。ここでの調整対象は、白色光源51そのもの制御パラメータに加えて、白色光を受光するための撮像素子58aを特徴付けるパラメータも含む。例えば、明るさ調整部8gは、白色光の明るさを調整するべく、撮像素子58aの露光時間とゲインの少なくとも一方を調整することができる。 The brightness adjustment unit 8g then starts adjusting the brightness of the white light emitted from the white light source 51, with the height position adjusted by the focus adjustment unit 8f. The adjustment targets here include the control parameters of the white light source 51 itself, as well as parameters that characterize the image sensor 58a for receiving the white light. For example, the brightness adjustment unit 8g can adjust at least one of the exposure time and gain of the image sensor 58a to adjust the brightness of the white light.

具体的に、本実施形態に係る明るさ調整部8gは、合焦演算部8eによって算出された合焦位置Zpを基準とした開始位置を設定し、その開始位置からステージ23または対物レンズ54の高さ位置を上方または下方に向かって所定のZピッチ(第2ピッチ)で変化させる。明るさ調整部8gは、第2ピッチで変化させた各高さ位置で白色光源51から白色光を照射させる。その際の第2ピッチの大きさは、対物レンズ54の開口数等には依存せず、白色光の波長に基づいて決定される。 Specifically, the brightness adjustment unit 8g according to this embodiment sets a starting position based on the focal position Zp calculated by the focusing calculation unit 8e, and changes the height position of the stage 23 or the objective lens 54 upward or downward from the starting position at a predetermined Z pitch (second pitch). The brightness adjustment unit 8g irradiates white light from the white light source 51 at each height position changed at the second pitch. The magnitude of the second pitch at this time is determined based on the wavelength of the white light, independent of the numerical aperture of the objective lens 54, etc.

例えば図6Cにおいて、黒色で塗り潰されたプロットは明るさ調整部8gが白色光の明るさを調整するとき(明るさ調整時)に用いられる高さ位置を指す。図6Cに示されるように、明るさ調整時に用いられる高さ位置は、合焦位置Zpを含んだ所定範囲内に設定することができる。 For example, in FIG. 6C, the plots filled in black indicate the height positions used when the brightness adjustment unit 8g adjusts the brightness of the white light (during brightness adjustment). As shown in FIG. 6C, the height positions used during brightness adjustment can be set within a predetermined range that includes the focal position Zp.

なお、本実施形態に係る明るさ調整部8gは、合焦位置Zpを開始位置に設定するように構成されているが、この構成には限定されない。例えば、合焦位置ZpからZ方向に沿って上方または下方に変位させた高さ位置を開始位置とし、その開始位置からステージ23または対物レンズ54を下方または上方に向かって第2ピッチで移動させることで高さ位置を変化させてもよい。 Note that, although the brightness adjustment unit 8g according to this embodiment is configured to set the focal position Zp as the starting position, this configuration is not limited to this. For example, the height position displaced upward or downward from the focal position Zp along the Z direction may be set as the starting position, and the height position may be changed by moving the stage 23 or the objective lens 54 downward or upward from the starting position at a second pitch.

明るさ調整部8gは、高さ位置を異ならせた状態で生成した複数の干渉画像に基づいて、白色光の明るさを調整する。具体的に、明るさ調整部8gは、撮像部58を介して生成された干渉画像のうち、相対的に明るい画素(特に、本実施形態では最も明るい画素)を含んだ干渉画像を選択する。干渉画像の選択は、例えば、各干渉画像の生成に用いた受光強度を画素毎に比較することで行うことができる。 The brightness adjustment unit 8g adjusts the brightness of the white light based on multiple interference images generated at different height positions. Specifically, the brightness adjustment unit 8g selects an interference image that includes relatively bright pixels (particularly, the brightest pixels in this embodiment) from among the interference images generated via the imaging unit 58. The selection of the interference image can be performed, for example, by comparing the received light intensity used to generate each interference image for each pixel.

明るさ調整部8gは、選択された干渉画像(最も明るい干渉画像)中の各画素が非飽和となる範囲内で白色光源51の明るさを調整する。詳しくは、明るさ調整部8gは、選択された干渉画像中の各画素が所定の上限値を下回る範囲内で、干渉画像が可能な限り明るくなるよう撮像素子58aの露光時間とゲインを調整し、最適なパラメータを決定する。決定されたパラメータは、記憶装置82等に入力され、一時的にまたは継続的に記憶される。 The brightness adjustment unit 8g adjusts the brightness of the white light source 51 within a range in which each pixel in the selected interference image (the brightest interference image) is not saturated. In detail, the brightness adjustment unit 8g adjusts the exposure time and gain of the image sensor 58a so that the interference image is as bright as possible within a range in which each pixel in the selected interference image is below a predetermined upper limit value, and determines optimal parameters. The determined parameters are input to a storage device 82 or the like and stored temporarily or continuously.

-傾き調整部8h-
傾き調整部8hは、ステージ23の傾きを算出し、これを補正するものである。詳細は省略するが、傾きの補正方法としては、電動式ステージを用いた自動調整等、任意の方法を用いることができる。
-Tilt adjustment section 8h-
The tilt adjustment unit 8h calculates and corrects the tilt of the stage 23. Although details are omitted, any method can be used to correct the tilt, such as automatic adjustment using an electric stage.

傾きの補正は、好ましくは、白色光を用いた観察または測定時に行うことができる。 Tilt correction can preferably be performed during observation or measurement using white light.

-測定範囲設定部8i-
図7は、合焦位置Zpと、その合焦位置Zpを基準として設定される開始位置を用いた高さ範囲の設定手順と、そうして設定された高さ範囲を分割することで取得される第4ピッチと、の関係を模式化した図である。
--Measurement range setting unit 8i--
FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the focal position Zp, the procedure for setting a height range using a starting position set based on the focal position Zp, and the fourth pitch obtained by dividing the height range thus set.

表面形状の測定は、合焦位置Zpの周辺で、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させることで行うことができる。このときに用いられる高さ位置の範囲(以下、「高さ範囲」という)は、白色干渉法およびレーザ共焦点のうちの一方を用いて設定することができる。 The surface shape can be measured by changing the height position of the stage 23 or the objective lens 54 around the focal position Zp. The range of height positions used in this case (hereinafter referred to as the "height range") can be set using either white light interferometry or laser confocal.

本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、白色干渉法を用いて高さ範囲を設定する測定範囲設定部8iを備える。測定範囲設定部8iに加えて、または、この測定範囲設定部8iに代えて、レーザ共焦点法を用いて高さ範囲を設定可能な第2の測定範囲設定部を備えてもよい。 The laser confocal microscope 1 according to this embodiment includes a measurement range setting unit 8i that sets a height range using white light interference. In addition to the measurement range setting unit 8i, or instead of the measurement range setting unit 8i, a second measurement range setting unit that can set a height range using the laser confocal method may be provided.

ここで、図7に示されるように、測定範囲設定部8iによって設定される高さ範囲は、少なくとも合焦位置Zpを含むように設定される。すなわち、高さ範囲は、合焦位置Zp以上となるように設定される上限位置と、合焦位置Zp以下となるように設定される下限位置と、によって区画される範囲として設定される。 Here, as shown in FIG. 7, the height range set by the measurement range setting unit 8i is set to include at least the focal position Zp. In other words, the height range is set as a range defined by an upper limit position set to be equal to or higher than the focal position Zp, and a lower limit position set to be equal to or lower than the focal position Zp.

本実施形態では、測定範囲設定部8iは、下限位置を設定した後に上限位置を設定するが、その設定には限定されない。上限位置を設定した後に下限位置を設定してもよい。 In this embodiment, the measurement range setting unit 8i sets the upper limit position after setting the lower limit position, but is not limited to this setting. The lower limit position may be set after the upper limit position is set.

さらに、本実施形態に係る測定範囲設定部8iは、上限位置と下限位置とが設定された状態で、上限位置と下限位置との間隔を等間隔で分割することで、第1表面形状測定部8jまたは第2表面形状測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する場合における、ステージ23の各高さ位置を設定する。 Furthermore, the measurement range setting unit 8i according to this embodiment divides the distance between the upper limit position and the lower limit position at equal intervals when the upper limit position and the lower limit position are set, thereby setting each height position of the stage 23 when the first surface shape measuring unit 8j or the second surface shape measuring unit 8k measures the surface shape of the sample SP.

具体的に、測定範囲設定部8iは、合焦演算部8eによって合焦位置Zpが演算された後、焦点調整部8fによってステージ23の相対的な高さ位置が調整された状態(高さ位置が合焦位置Zpに調整された状態)で、撮像部58により撮像された干渉画像に基づいた高さ範囲の設定を開始する。 Specifically, after the focal position Zp is calculated by the focusing calculation unit 8e, the measurement range setting unit 8i starts setting the height range based on the interference image captured by the imaging unit 58 in a state in which the relative height position of the stage 23 is adjusted by the focus adjustment unit 8f (in a state in which the height position is adjusted to the focal position Zp).

ここで、測定範囲設定部8iは、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させた状態で撮像部58を介して干渉画像を生成するとともに、各高さ位置で生成された干渉画像から干渉縞のピーク位置を算出し、そのピーク位置の算出に成功した画素数が、画面内で所定の第1閾値を上回るか否かを判定する。そして、第1測定範囲設定部8iは、第1閾値を上回る範囲(特に、Z方向に沿った範囲)として、高さ範囲を設定する。 The measurement range setting unit 8i generates an interference image via the imaging unit 58 while changing the height position of the stage 23 or the objective lens 54, calculates the peak position of the interference fringes from the interference image generated at each height position, and determines whether the number of pixels that successfully calculate the peak position exceeds a predetermined first threshold value within the screen. Then, the first measurement range setting unit 8i sets a height range as a range that exceeds the first threshold value (particularly, a range along the Z direction).

すなわち、干渉画像から干渉縞が見出される場合にあっても、その干渉縞のピーク位置が画面内の極一部を占める場合には、白色干渉法による測定を行うには不都合であると考えられる。そこで、干渉縞のピーク位置の算出に成功した画素数に基づいた設定を行うことで、より適切に高さ範囲を設定することができるようになる。 In other words, even if interference fringes are found in the interference image, if the peak position of the interference fringes occupies only a small part of the screen, it is considered inconvenient to perform measurements using white light interferometry. Therefore, by setting the height range based on the number of pixels that successfully calculate the peak position of the interference fringes, it becomes possible to set the height range more appropriately.

なお、干渉画像を構成する画素の数は、高さ範囲を設定するときには、表面形状を測定するときに比して削減してもよい。これにより、高さ範囲を高速で設定することができる。また、判定の指標となる第1閾値は、基本的には記憶装置82に記憶されているものの、外部からの操作入力等に基づいて、適宜変更することができる。 When setting the height range, the number of pixels constituting the interference image may be reduced compared to when measuring the surface shape. This allows the height range to be set quickly. In addition, the first threshold value, which serves as an index for judgment, is basically stored in the storage device 82, but can be changed as appropriate based on external operational input, etc.

また、図7に示されるように、測定範囲設定部8iは、高さ範囲の設定に際してステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させるときには、合焦演算部8eによって算出された合焦位置Zpを基準とした開始位置を設定し、その開始位置からステージ23または対物レンズ54を上方または下方に向かって所定のZピッチ(第3ピッチ)で移動させる。 Also, as shown in FIG. 7, when the measurement range setting unit 8i changes the height position of the stage 23 or the objective lens 54 to set the height range, it sets a starting position based on the focusing position Zp calculated by the focusing calculation unit 8e, and moves the stage 23 or the objective lens 54 upward or downward from the starting position at a predetermined Z pitch (third pitch).

なお、図7の中央図に示されるように、本実施形態に係る測定範囲設定部8iは、合焦位置Zpを開始位置に設定するように構成されている。しかしながら、本開示は、そうした構成には限定されない。例えば、合焦位置ZpからZ方向に沿って上方または下方に変位させた高さ位置を開始位置(この場合、開始位置≠合焦位置Zpとなる)とし、その開始位置からステージ23または対物レンズ54を下方または上方に向かって第3ピッチで移動させることで高さ位置を変化させてもよい。 As shown in the center diagram of FIG. 7, the measurement range setting unit 8i according to this embodiment is configured to set the focal position Zp as the start position. However, the present disclosure is not limited to such a configuration. For example, the height position displaced upward or downward from the focal position Zp along the Z direction may be set as the start position (in this case, the start position ≠ the focal position Zp), and the height position may be changed by moving the stage 23 or the objective lens 54 downward or upward from the start position at a third pitch.

また、ステージ23の各高さ位置同士の間隔は、測定範囲設定部8iが高さ範囲を設定する場合には、第1表面形状測定部8jがサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定することができる。すなわち、図7に示されるように、高さ範囲が設定されるとき(測定範囲設定部8iが高さ範囲を設定するとき)には、表面形状が測定されるとき(測定部80がサンプルSPの表面形状を測定するとき)に比して、Zピッチ(第3ピッチ)をより粗く設定することが許容される。高さ範囲の設定に際して用いられるZピッチである第3ピッチは、第1ピッチと同様に粗めに設定することができる。 In addition, when the measurement range setting unit 8i sets the height range, the interval between each height position of the stage 23 can be set to be wider than when the first surface shape measuring unit 8j measures the surface shape of the sample SP. That is, as shown in FIG. 7, when the height range is set (when the measurement range setting unit 8i sets the height range), the Z pitch (third pitch) is allowed to be set coarser than when the surface shape is measured (when the measuring unit 80 measures the surface shape of the sample SP). The third pitch, which is the Z pitch used when setting the height range, can be set coarsely, like the first pitch.

例えば図6Eにおいて、白抜きのサークル状のプロットは高さ範囲の設定時に用いられる高さ位置を指し、クロス状のプロットは、前述のように表面形状の測定時に用いられる高さ位置を指す。図6Eに示されるように、本実施形態に係る第3ピッチは、前述した第1ピッチと同様に、表面形状が測定されるときに用いられるZピッチ(第4ピッチ)に比して粗く(広く)設定することができる。 For example, in FIG. 6E, the open circle plots indicate the height positions used when setting the height range, and the cross plots indicate the height positions used when measuring the surface shape as described above. As shown in FIG. 6E, the third pitch according to this embodiment can be set coarser (wider) than the Z pitch (fourth pitch) used when measuring the surface shape, similar to the first pitch described above.

測定範囲設定部8iによって設定された高さ範囲と、その高さ範囲を分割することで得られた各高さ位置は、第1表面形状測定部8jまたは第2表面形状測定部8kに入力される。 The height range set by the measurement range setting unit 8i and each height position obtained by dividing the height range are input to the first surface shape measuring unit 8j or the second surface shape measuring unit 8k.

-測定部80-
図5に示されるように、測定部80は、第1表面形状測定部8jと、第2表面形状測定部8kと、第1膜厚測定部8lと、第2膜厚測定部8mと、を有する。
-Measuring unit 80-
As shown in FIG. 5, the measurement unit 80 has a first surface shape measurement unit 8j, a second surface shape measurement unit 8k, a first film thickness measurement unit 8l, and a second film thickness measurement unit 8m.

測定部80は、第1表面形状測定部8jまたは第2表面形状測定部8kを用いることで、受光部66によって生成された受光信号に基づいてサンプルSPの表面形状を測定するのに加えて、第1膜厚測定部8lまたは第2膜厚測定部8mを用いることで、分光器12によって生成された受光信号に基づいてサンプルSPの膜厚を測定することができるように構成される。 The measurement unit 80 is configured to measure the surface shape of the sample SP based on the light receiving signal generated by the light receiving unit 66 by using the first surface shape measurement unit 8j or the second surface shape measurement unit 8k, and to measure the film thickness of the sample SP based on the light receiving signal generated by the spectrometer 12 by using the first film thickness measurement unit 8l or the second film thickness measurement unit 8m.

後述のように、第1表面形状測定部8jは白色干渉法を用いて表面形状を測定し、第2表面形状測定部8kはレーザ共焦点法を用いて表面形状を測定する。また、第1膜厚測定部8lは分光干渉法を用いて膜厚を測定し、第2膜厚測定部8mはレーザ共焦点法を用いて膜厚を測定する。このように、本実施形態に係る測定部80は、2種類の測定対象を、それぞれ2通りの測定原理を用いて測定することができる。 As described below, the first surface shape measuring unit 8j measures the surface shape using white light interferometry, and the second surface shape measuring unit 8k measures the surface shape using laser confocal imaging. The first film thickness measuring unit 8l measures the film thickness using spectroscopic interferometry, and the second film thickness measuring unit 8m measures the film thickness using laser confocal imaging. In this way, the measuring unit 80 according to this embodiment can measure two types of measurement objects using two different measurement principles.

また、前述のように、分光ユニットOsのアダプタ91に装着されるべき対物レンズ54を交換することで、サンプルSPの拡大倍率を変更することができる。そのため、測定部80は、サンプルSPの各拡大倍率においてサンプルSPの膜厚を測定することができる。換言すれば、この測定部80は、拡大倍率を変更しながら膜厚を測定することができるように構成される。 As described above, the magnification of the sample SP can be changed by replacing the objective lens 54 to be attached to the adapter 91 of the spectroscopic unit Os. Therefore, the measurement unit 80 can measure the film thickness of the sample SP at each magnification of the sample SP. In other words, the measurement unit 80 is configured to be able to measure the film thickness while changing the magnification.

-第1表面形状測定部8j-
図6Aは、1つの画素において、サンプルSPのZ方向の相対位置と、白色光の干渉光に起因する受光強度と、の関係を例示する図である。第1表面形状測定部8jは、前述のように白色干渉法を使用してサンプルSPの表面形状を測定する。具体的に、第1表面形状測定部8jは、合焦位置Zpを含んだ高さ範囲内に定められる複数の高さ位置において撮像部58により撮像された複数の干渉画像に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定する。
-First surface shape measuring section 8j-
6A is a diagram illustrating the relationship between the relative position of the sample SP in the Z direction and the intensity of received light caused by the interference light of white light in one pixel. Specifically, the first surface shape measuring unit 8j measures the surface shape of the sample SP by using the white light interferometry. The surface shape of the sample SP is measured based on a plurality of interference images captured by the imaging unit 58 at the position.

なお、サンプルSPの表面形状は、サンプルSPの三次元形状、テクスチャと呼ぶこともできる。このことは、第2表面形状測定部8kによって測定される表面形状についても同様である。 The surface shape of the sample SP can also be called the three-dimensional shape or texture of the sample SP. This also applies to the surface shape measured by the second surface shape measuring unit 8k.

詳しくは、第1表面形状測定部8jは、白色干渉の原理を使用することで、サンプルSPの表面形状を把握できる干渉画像(第1画像データ)を取得する。この第1画像データは、撮像部58による撮像範囲毎に取得される。この撮像範囲は、対物レンズ54の拡大倍率等に応じて定まる。 More specifically, the first surface shape measuring unit 8j uses the principle of white light interference to obtain an interference image (first image data) that can grasp the surface shape of the sample SP. This first image data is obtained for each imaging range by the imaging unit 58. This imaging range is determined according to the magnification ratio of the objective lens 54, etc.

まず、ステージ23ひいてはサンプルSPの高さ位置が固定された状態で、撮像範囲内に白色光が照射される。この白色光は、干渉対物レンズOc内に設けた分岐光学系55において、参照ミラー55bによって反射される参照光と、サンプルSPによって反射される測定光とに分岐する。このうち、測定光の反射光は、参照光とともに撮像部58に照射され、その撮像素子58aによって受光される。撮像素子58aによって受光された測定光および参照光は、互いに重なり合って干渉画像を生成する。このとき、干渉画像に対応した受光強度が取得されるが、その受光強度は、干渉画像の画素毎に取得される。 First, white light is irradiated within the imaging range while the height positions of the stage 23 and thus the sample SP are fixed. This white light is branched by the branching optical system 55 provided in the interference objective lens Oc into reference light reflected by the reference mirror 55b and measurement light reflected by the sample SP. Of these, the reflected measurement light is irradiated to the imaging unit 58 together with the reference light and is received by the imaging element 58a. The measurement light and reference light received by the imaging element 58a overlap each other to generate an interference image. At this time, the received light intensity corresponding to the interference image is acquired, and the received light intensity is acquired for each pixel of the interference image.

次に、Z方向駆動部71によって、干渉対物レンズOcの高さ位置を所定の第4ピッチで変化させる。これにより、干渉対物レンズOcの高さ位置が前回とは異なる状態になり、その高さ位置を異ならせた状態でサンプルSPに白色光が照射される。これにより、高さ位置を異ならせた干渉画像が生成される。この干渉画像の画素毎に、受光強度がモニターされる。これが、高さ位置毎に繰り返される。 Next, the height position of the interference objective lens Oc is changed by the Z-direction drive unit 71 at a predetermined fourth pitch. This changes the height position of the interference objective lens Oc from the previous time, and white light is irradiated onto the sample SP at this different height position. This generates an interference image with different height positions. The received light intensity is monitored for each pixel of this interference image. This is repeated for each height position.

このとき、Z方向における干渉対物レンズOcの移動範囲は、測定範囲設定部8iが設定した高さ範囲に等しく、高さ位置の変化幅である第4ピッチは、その高さ範囲を等間隔で分割したものに等しい(図7を参照)。図6D、図6Eを用いて説明したように、第4ピッチは、オートフォーカス時に用いられるZピッチである第1ピッチと、高さ範囲の設定時に用いられるZピッチである第3ピッチと、の双方に比して細かく(狭く)設定することができる。 At this time, the movement range of the interference objective lens Oc in the Z direction is equal to the height range set by the measurement range setting unit 8i, and the fourth pitch, which is the range of change in the height position, is equal to the height range divided at equal intervals (see FIG. 7). As explained using FIG. 6D and FIG. 6E, the fourth pitch can be set finer (narrower) than both the first pitch, which is the Z pitch used during autofocusing, and the third pitch, which is the Z pitch used when setting the height range.

干渉画像の画素数は、撮像素子58aの受光面に配置された画素の数によって定まるが、両者の数を一致させる必要はない。デジタルズームの有無、データ容量の削減等の観点から、撮像素子58aを構成する画素のうちの一部を干渉画像の生成に使用してもよい。 The number of pixels in the interference image is determined by the number of pixels arranged on the light receiving surface of the image sensor 58a, but the two numbers do not need to be the same. From the perspective of whether digital zoom is available or not, reduction in data capacity, etc., some of the pixels constituting the image sensor 58a may be used to generate the interference image.

また、撮像部58の画角よりも広範囲内にわたって撮像された干渉画像が望まれる場合、駆動制御部8bがXY方向駆動部73を制御することで、ステージ23をX方向またはY方向に移動させる。そして、前回とは異なる撮像範囲に白色光を照射して、その撮像範囲に対応した干渉画像を撮像する。この処理を各高さ位置で実行し、得られた干渉画像を継ぎ合わせることで一体的な第1画像データが生成される。 If an interference image captured over a wider range than the angle of view of the imaging unit 58 is desired, the drive control unit 8b controls the XY direction drive unit 73 to move the stage 23 in the X direction or Y direction. Then, white light is irradiated onto an imaging range different from the previous imaging range, and an interference image corresponding to that imaging range is captured. This process is performed at each height position, and the obtained interference images are stitched together to generate integrated first image data.

ここで、図6Aに例示されるように、サンプルSPの表面が干渉対物レンズOcの焦点と一致するとき(合焦位置Zpにあるとき)、その表面によって反射された測定光と参照ミラー55bによって反射された参照光は、互いに強め合った状態で撮像素子58aに入射する。その結果、撮像素子58aにおける受光強度が最大になる。 As shown in FIG. 6A, when the surface of the sample SP coincides with the focal point of the interference objective lens Oc (when it is at the focal position Zp), the measurement light reflected by the surface and the reference light reflected by the reference mirror 55b are incident on the image sensor 58a in a mutually reinforcing state. As a result, the received light intensity at the image sensor 58a is maximized.

一方、サンプルSPの表面が干渉対物レンズOcの焦点と一致しないとき(非合焦位置にあるとき)、撮像素子58aにおける受光強度は、増減を繰り返しつつも、合焦位置Zpから離れるにしたがって徐々に減衰する。その結果、干渉縞を示す明暗模様は、干渉画像から消失することになる。換言すれば、合焦位置Zp付近においてのみ、干渉画像中に干渉縞が現れるようになっている。 On the other hand, when the surface of the sample SP does not coincide with the focus of the interference objective lens Oc (when it is in a non-focused position), the received light intensity at the image sensor 58a increases and decreases repeatedly, but gradually attenuates as it moves away from the focused position Zp. As a result, the light and dark pattern indicating the interference fringes disappears from the interference image. In other words, interference fringes appear in the interference image only near the focused position Zp.

このように、サンプルSPの表面が干渉対物レンズOcの焦点と一致するときに、撮像素子58aの受光強度分布がピークを迎える(図6Aの強度Ipを参照)。受光強度分布はまた、合焦位置から離れるに従って、フレア成分としての参照光に起因した値に収束する(図6Aの強度Ibを参照)。第2画像データとしての干渉画像に基づいて、Z方向に対する受光強度の変化を示す曲線(Z-Iカーブ)を画素毎に得ることができる。 In this way, when the surface of the sample SP coincides with the focus of the interference objective lens Oc, the light receiving intensity distribution of the image sensor 58a reaches a peak (see intensity Ip in FIG. 6A). The light receiving intensity distribution also converges to a value caused by the reference light as a flare component as it moves away from the focal position (see intensity Ib in FIG. 6A). Based on the interference image as the second image data, a curve (Z-I curve) showing the change in light receiving intensity in the Z direction can be obtained for each pixel.

受光強度のピーク位置(Z方向の位置、Z座標)を示すデータを画素毎に取得することで、サンプルSPの表面と、干渉対物レンズOcと、の間の距離を示す情報(高さ情報)を画素毎に取得することができるようになる。この高さ情報に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定することができる。 By acquiring data indicating the peak position (position in the Z direction, Z coordinate) of the received light intensity for each pixel, it becomes possible to acquire information (height information) indicating the distance between the surface of the sample SP and the interference objective lens Oc for each pixel. Based on this height information, the surface shape of the sample SP can be measured.

ここで、「焦点が一致しないとき」というのは、隣接画素間の輝度差がなくなること(輝度比が1に近づくこと)であり、逆に、「焦点が一致しているとき」というのは、隣接画素間の輝度差(輝度比)が、焦点が合っていないときに比べ大きい状態と換言することもできる。 Here, "when the focus is not aligned" means that there is no luminance difference between adjacent pixels (the luminance ratio approaches 1), and conversely, "when the focus is aligned" can be said to be a state in which the luminance difference (luminance ratio) between adjacent pixels is greater than when the focus is not aligned.

また、実際の測定の際は、Z方向に干渉対物レンズOcを動かして、その際に現れる干渉縞のコントラスト変化、位相変化等を解析することで、サンプルSP表面の凹凸等を示すデータを取得することができる。 During actual measurements, the interference objective lens Oc is moved in the Z direction, and the contrast and phase changes of the interference fringes that appear are analyzed to obtain data showing the unevenness of the surface of the sample SP.

第1表面形状測定部8jによって生成された第1画像データは、表示制御部8cによって、表示部41に表示される。ユーザは、表示された第1画像データを目視することで、サンプルSPの表面形状を把握することができる。 The first image data generated by the first surface shape measuring unit 8j is displayed on the display unit 41 by the display control unit 8c. The user can grasp the surface shape of the sample SP by visually checking the displayed first image data.

-第2表面形状測定部8k-
図6Bは、1つの画素において、サンプルSPのZ方向の相対位置と、レーザ光の反射光に起因する受光強度と、の関係を例示する図である。第2表面形状測定部8kは、前述のようにレーザ共焦点法を使用してサンプルSPの表面形状を測定する。具体的に、第2表面形状測定部8kは、走査制御部8aがレーザ光走査部63を制御することによって走査されたレーザ光の反射光の受光強度に基づいて、サンプルSPの表面形状を測定する。
-Second surface shape measuring section 8k-
6B is a diagram illustrating an example of the relationship between the relative position of the sample SP in the Z direction and the intensity of the received light resulting from the reflected light of the laser light in one pixel. Specifically, the second surface shape measuring unit 8k is scanned by the scanning control unit 8a controlling the laser beam scanning unit 63. The surface shape of the sample SP is measured based on the received intensity of the reflected light of the laser beam.

詳しくは、第2表面形状測定部8kは、レーザ共焦点の原理を使用することで、サンプルSPの表面形状を把握できるレーザ画像(第2画像データ)を取得する。この第2画像データは、サンプルSP上の単位領域毎に取得される。この単位領域は、対物レンズ54の倍率等に応じて定まる。単位領域毎の第2画像データは、後述の画素データに基づいて生成される。 More specifically, the second surface shape measuring unit 8k uses the principle of laser confocality to obtain a laser image (second image data) that can grasp the surface shape of the sample SP. This second image data is obtained for each unit area on the sample SP. This unit area is determined according to the magnification of the objective lens 54, etc. The second image data for each unit area is generated based on pixel data, which will be described later.

まず、ステージ23ひいてはサンプルSPの高さ位置が固定された状態で、レーザ光走査部63により単位領域内でレーザ光がX方向に走査される。X方向の走査が終了すると、レーザ光の照射位置が、レーザ光走査部63によりY方向に一定の間隔だけ移動する。その移動後に、レーザ光がX方向に走査される。単位領域でのレーザ光のX方向の走査及びY方向の移動が繰り返されることにより、単位領域のX方向及びY方向の走査が終了する。 First, with the height position of the stage 23 and therefore the sample SP fixed, the laser light scanning unit 63 scans the laser light in the X direction within the unit area. When scanning in the X direction is completed, the laser light irradiation position is moved a fixed distance in the Y direction by the laser light scanning unit 63. After this movement, the laser light is scanned in the X direction. By repeating the scanning of the laser light in the X direction and the movement in the Y direction within the unit area, scanning of the unit area in the X and Y directions is completed.

その際、2次元的に走査されたレーザ光の反射光は、ピンホール65a等からなる共焦点光学系(レーザ光学系6)を介して受光部66に照射され、その受光素子66aによって受光される。 At this time, the reflected light of the two-dimensionally scanned laser light is irradiated onto the light receiving unit 66 via a confocal optical system (laser optical system 6) consisting of a pinhole 65a etc., and is received by the light receiving element 66a.

次に、Z方向駆動部71によって、対物レンズ54の高さ位置を変化させる。これにより、対物レンズ54の高さ位置が前回とは異なる状態になり、その高さ位置を異ならせた状態で、単位領域のX方向及びY方向の走査が行われる。その後、対物レンズ54の高さ位置を所定ピッチ(第4ピッチ)で移動させて、単位領域のX方向及びY方向の走査が行われる。これが、単位領域毎に繰り返される。既に説明したように、第4ピッチは、オートフォーカス時に用いられるZピッチ(第1ピッチ)と、高さ範囲の設定時に用いられるZピッチ(第3ピッチ)と、よりも細かく(狭く)設定することができる(図6D~図6Eを参照)。 Next, the height position of the objective lens 54 is changed by the Z-direction drive unit 71. This changes the height position of the objective lens 54 from the previous time, and the unit area is scanned in the X and Y directions with the objective lens 54 at the different height position. After that, the height position of the objective lens 54 is moved by a predetermined pitch (fourth pitch) to scan the unit area in the X and Y directions. This is repeated for each unit area. As already explained, the fourth pitch can be set finer (narrower) than the Z pitch (first pitch) used during autofocus and the Z pitch (third pitch) used when setting the height range (see Figures 6D to 6E).

第2画像データのX方向の画素数はレーザ光走査部63によるレーザ光のX方向の走査速度と、サンプリング周期と、によって定まる。1回のX方向の走査(1本の走査線)におけるサンプリング数がX方向の画素数となる。また、Y方向の画素数は、X方向の走査の終了毎の、レーザ光走査部63によるレーザ光のY方向の変移量により定まる。Y方向における走査線の数が、Y方向の画素数となる。 The number of pixels in the X direction of the second image data is determined by the scanning speed of the laser light by the laser light scanning unit 63 in the X direction and the sampling period. The number of samples in one X direction scan (one scan line) is the number of pixels in the X direction. The number of pixels in the Y direction is determined by the amount of displacement of the laser light by the laser light scanning unit 63 in the Y direction at the end of each X direction scan. The number of scan lines in the Y direction is the number of pixels in the Y direction.

単位領域のX方向及びY方向の走査が終了すると、駆動制御部8bがXY方向駆動部73を制御することで、ステージ23をX方向またはY方向に移動させる。そして、前回とは異なる別の単位領域において、同様にX方向及びY方向の走査を行う。これを繰り返して複数の単位領域についてX方向及びY方向の走査を行う。得られた各単位領域の第2画像データを連結することで、一体的な第2画像データにすることができる。 When scanning of the unit area in the X and Y directions is completed, the drive control unit 8b controls the XY direction drive unit 73 to move the stage 23 in the X or Y direction. Then, scanning in the X and Y directions is performed in a similar manner in another unit area different from the previous time. This is repeated to scan multiple unit areas in the X and Y directions. The obtained second image data for each unit area can be linked to create integrated second image data.

ここで、図6Bを参照して説明したように、サンプルSPの表面が対物レンズ54の焦点と一致するとき(合焦位置Zpにあるとき)、その表面によって反射された反射光は、ピンホール65a付近で収束した状態で受光素子66aに入射する。その結果、受光素子66aにおける受光強度が最大になる。 As described with reference to FIG. 6B, when the surface of the sample SP coincides with the focal point of the objective lens 54 (when it is at the focal position Zp), the reflected light reflected by the surface is incident on the light receiving element 66a in a state where it is converged near the pinhole 65a. As a result, the intensity of the received light at the light receiving element 66a becomes maximum.

一方、サンプルSPの表面が対物レンズ54の焦点と一致しないとき(非合焦位置にあるとき)、その表面によって反射された反射光は、その大部分がピンホール65aによって遮蔽された状態で受光素子66aに入射する。その結果、受光素子66aにおける受光強度は、合焦位置Zpに比して大幅に小さくなる。 On the other hand, when the surface of the sample SP does not coincide with the focus of the objective lens 54 (when it is in a non-focused position), the light reflected by the surface is incident on the light receiving element 66a with most of it blocked by the pinhole 65a. As a result, the intensity of the light received by the light receiving element 66a is significantly smaller than that at the focused position Zp.

このように、サンプルSPの表面が対物レンズ54の焦点と一致するときに、受光素子66aの受光強度分布に急峻なピークが表れる(図6Bの強度Ipを参照)。各単位領域での第1画像データに基づいて、Z方向に対する受光強度の変化を示す曲線(Z-Iカーブ)を画素毎に得ることができる。 In this way, when the surface of the sample SP coincides with the focus of the objective lens 54, a sharp peak appears in the light receiving intensity distribution of the light receiving element 66a (see intensity Ip in Figure 6B). Based on the first image data in each unit area, a curve (Z-I curve) showing the change in light receiving intensity in the Z direction can be obtained for each pixel.

受光強度のピーク位置(Z方向の位置、Z座標)を示すデータを画素毎に取得することで、サンプルSPの表面と、対物レンズ54と、の間の距離を示す情報(高さ情報)を画素毎に取得することができるようになる。各画素の配置に従って高さ情報を並べることで、サンプルSPの表面形状を把握可能な第2画像データが生成される。 By acquiring data indicating the peak position (position in the Z direction, Z coordinate) of the received light intensity for each pixel, it becomes possible to acquire information (height information) indicating the distance between the surface of the sample SP and the objective lens 54 for each pixel. By arranging the height information according to the arrangement of each pixel, second image data is generated that can grasp the surface shape of the sample SP.

第2表面形状測定部8kによって生成された第2画像データは、表示制御部8cによって、表示部41に表示される。ユーザは、表示された第2画像データを目視することで、サンプルSPの表面形状を把握することができる。 The second image data generated by the second surface shape measuring unit 8k is displayed on the display unit 41 by the display control unit 8c. The user can grasp the surface shape of the sample SP by visually checking the displayed second image data.

-第1膜厚測定部8l-
第1膜厚測定部8lは、前述の分光器12によって生成された受光信号に基づいて、分光干渉法を用いてサンプルSPの膜厚を測定する。
-First film thickness measuring unit 8l-
The first film thickness measuring unit 8l measures the film thickness of the sample SP using spectroscopic interferometry based on the light receiving signal generated by the above-mentioned spectroscope 12.

本実施形態に係る分光器12は、白色光の反射光に含まれる波長毎の受光強度に対応した受光信号を生成する。しかしながら、その受光強度だけでは、サンプルSPの反射率を把握することはできない。サンプルSPの反射率を把握できなくては、分光干渉法による膜厚測定に支障を来す。 The spectrometer 12 according to this embodiment generates a light receiving signal corresponding to the light receiving intensity for each wavelength contained in the reflected light of white light. However, the reflectance of the sample SP cannot be determined from the light receiving intensity alone. If the reflectance of the sample SP cannot be determined, it will be difficult to measure the film thickness using spectral interferometry.

そこで、第1膜厚測定部8lは、サンプルSPによる反射光に対応した受光信号を分光器12から受ける前に、または、当該受光信号を分光器12から受け取った後に、既知の反射率を有する指標に対して白色光を照射させ、その反射光に対応した受光信号を分光器12から受ける。 Therefore, before or after receiving a light reception signal corresponding to the reflected light from the sample SP from the spectrometer 12, the first film thickness measurement unit 8l irradiates white light onto an index having a known reflectance, and receives a light reception signal corresponding to the reflected light from the spectrometer 12.

第1膜厚測定部8lは、指標の反射率に対応した受光強度と、サンプルSPからの反射光の受光強度と、に基づいて、サンプルSPの反射率を演算し、その演算結果に基づいて、サンプルSPの膜厚を測定する。 The first film thickness measurement unit 8l calculates the reflectance of the sample SP based on the received light intensity corresponding to the reflectance of the index and the received light intensity of the reflected light from the sample SP, and measures the film thickness of the sample SP based on the calculation result.

詳しくは、第1膜厚測定部8lは、既知の反射率を有する指標として、その反射率が実質的に100%であるリファレンスミラーと、その反射率が実質的に0%であるダークリファレンスを使用する。 In more detail, the first film thickness measurement unit 8l uses a reference mirror whose reflectance is substantially 100% and a dark reference whose reflectance is substantially 0% as indicators with known reflectance.

さらに詳しくは、第1膜厚測定部8lは、サンプルSPおよび指標に対して白色光を照射するまえに、前述のように構成されたオートフォーカスを実行する。指標としてリファレンスミラーとダークリファレンスを用いる場合、オートフォーカスは、少なくとも3回実行されることになる
第1膜厚測定部8lによって測定された膜厚は、表示制御部8cが表示部41を制御することで、該表示部41上に表示することができる。
More specifically, the first film thickness measuring unit 8l performs the autofocus configured as described above before irradiating the sample SP and the indicator with white light. When a reference mirror and a dark reference are used as indicators, the autofocus is performed at least three times. The film thickness measured by the first film thickness measuring unit 8l can be displayed on the display unit 41 by the display control unit 8c controlling the display unit 41.

-第2膜厚測定部8m-
第2膜厚測定部8mは、受光部66によって生成された受光信号に基づいて、レーザ共焦点法を用いてサンプルSPの膜厚を測定する。
-Second thickness measuring section 8m-
The second film thickness measuring section 8m measures the film thickness of the sample SP based on the light receiving signal generated by the light receiving section 66 using a laser confocal method.

具体的に、第2膜厚測定部8mは、サンプルSPに対してレーザ光を照射するとともに、ピンホール65a等からなる共焦点光学系を介して反射光を受光する。レーザ光の照射は、所定のZピッチでZ位置を変化させつつ実行され、各Z位置でレーザ画像が生成される。 Specifically, the second film thickness measurement unit 8m irradiates the sample SP with laser light and receives reflected light via a confocal optical system consisting of a pinhole 65a etc. The laser light is irradiated while changing the Z position at a predetermined Z pitch, and a laser image is generated at each Z position.

例えば、基板上に膜を形成してなるサンプルSPを用いた場合、各レーザ画像の各画素には、図10Bを用いて説明したように、膜の表面からの反射光に起因したピークと、基板の表面からの反射光に起因したピークと、が現れる。第2膜厚測定部8mは、各ピークのZ位置に基づいて、ピーク間距離(Z方向の相対距離)を算出する。 For example, when a sample SP consisting of a film formed on a substrate is used, as described with reference to FIG. 10B, a peak due to light reflected from the surface of the film and a peak due to light reflected from the surface of the substrate appear in each pixel of each laser image. The second film thickness measuring unit 8m calculates the distance between the peaks (relative distance in the Z direction) based on the Z position of each peak.

一方、記憶装置82には、ピーク間の距離と、膜厚の大きさと、の対応関係が予め記憶されている。第2膜厚測定部8mは、記憶装置82に記憶された対応関係を照合し、算出されたピーク間距離に対応する膜厚を算出する。 Meanwhile, the memory device 82 stores in advance the correspondence between the distance between the peaks and the film thickness. The second film thickness measurement unit 8m checks the correspondence stored in the memory device 82 and calculates the film thickness corresponding to the calculated distance between the peaks.

第2膜厚測定部8mによって測定された膜厚は、表示制御部8cが表示部41を制御することで、該表示部41上に表示することができる。 The film thickness measured by the second film thickness measuring unit 8m can be displayed on the display unit 41 by the display control unit 8c controlling the display unit 41.

<測定手順の具体例>
-基本フロー-
図12は、レーザ共焦点顕微鏡1によるサンプルSPの測定手順を例示するフローチャートである。まず、レーザ共焦点顕微鏡1が起動されると、ステップS1では、レーザ共焦点顕微鏡1の動作内容(動作モード)と、その動作時に用いる使用原理と、が選択される。
<Specific example of measurement procedure>
- Basic flow -
12 is a flow chart illustrating a procedure for measuring a sample SP by the laser confocal microscope 1. First, when the laser confocal microscope 1 is started, in step S1, the operation content (operation mode) of the laser confocal microscope 1 and the operating principle to be used during the operation are selected.

ここで、動作モードとは、前述したように、サンプルSPの表面形状を測定する第1モードと、サンプルSPの膜厚を測定する第2モードと、サンプルSPを観察するための第3モードと、に相当する。ユーザは、表示部41上に表示された画面に対してクリック操作等を行うことで、レーザ共焦点顕微鏡1に実行させるべき動作内容を選択する。モード切替部8dは、ユーザによって選択された動作内容に対応する画面を表示部41上に表示させる。 As described above, the operation modes correspond to the first mode for measuring the surface shape of the sample SP, the second mode for measuring the film thickness of the sample SP, and the third mode for observing the sample SP. The user selects the operation to be performed by the laser confocal microscope 1 by performing a click operation or the like on the screen displayed on the display unit 41. The mode switching unit 8d displays a screen corresponding to the operation selected by the user on the display unit 41.

後述のように、表示部41上に表示される画面は、レーザ画像、干渉画像、表面形状の測定結果等、ユーザに各種情報を伝える一方、キーボード42、マウス43等の操作入力を受け付けるユーザインターフェース(User Interface:UI)として機能する。このUIについては後述する。 As described below, the screen displayed on the display unit 41 conveys various information to the user, such as laser images, interference images, and surface shape measurement results, while also functioning as a user interface (UI) that accepts operational input from the keyboard 42, mouse 43, etc. This UI will be described later.

また、ステップS1で選択可能な使用原理には、少なくとも、白色干渉法と、レーザ共焦点法と、が含まれる。この他、フォーカス合成等、他の原理をユーザに選択させてもよい。 The principles of use that can be selected in step S1 include at least white light interferometry and laser confocal imaging. In addition, the user may be allowed to select other principles, such as focus synthesis.

続くステップS2では、前述した画面をユーザが操作することで、各動作モードに用いられるパラメータの設定モードが選択される。本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、パラメータの設定モードとして、ユニット制御系8が自動的にパラメータを設定する自動設定モード(「簡単設定」ともいう)と、ユーザ自らがキーボード42等を操作してパラメータを設定する手動設定モード(「基本設定」ともいう)と、を実行することができる。モード切替部8dは、ユーザによって選択された設定モードに対応する情報を表示部41上に表示させる。 In the next step S2, the user operates the above-mentioned screen to select a parameter setting mode to be used in each operation mode. The laser confocal microscope 1 according to this embodiment can execute two parameter setting modes: an automatic setting mode (also called "easy setting") in which the unit control system 8 automatically sets parameters, and a manual setting mode (also called "basic setting") in which the user sets parameters by operating the keyboard 42 or the like. The mode switching unit 8d causes information corresponding to the setting mode selected by the user to be displayed on the display unit 41.

続くステップS3では、電動レボルバ74に装着された複数の対物レンズ54のうち、拡大倍率が最も低い対物レンズ54に切り替えられる。この切替は、設定モードが選択され次第、駆動制御部8bが自動的に行ってもよいし、ユーザが手動で行ってもよい。 In the next step S3, the objective lens 54 with the lowest magnification is selected from among the multiple objective lenses 54 attached to the electric revolver 74. This switching may be performed automatically by the drive control unit 8b as soon as the setting mode is selected, or may be performed manually by the user.

続くステップS4では、ステージ23にサンプルSPが載置される。 In the following step S4, the sample SP is placed on the stage 23.

なお、前記ステップS1~S4の順番は、前述したフローには限定されない。例えば、ステップS1とステップS2の順番を入れ替えてもよいし、ステップS1よりも早いタイミングでステップS4を実行してもよい。図11に示すフローは、例示に過ぎない。 The order of steps S1 to S4 is not limited to the flow described above. For example, the order of steps S1 and S2 may be reversed, or step S4 may be executed earlier than step S1. The flow shown in FIG. 11 is merely an example.

続くステップS5では、サンプルSP上の測定箇所が探索され、その測定箇所にフォーカスを大まかに合わせる(大まかなピント合わせ)。このピント合わせは、ユーザが手動で行ってもよいし、焦点調整部8f等が自動で行ってもよい。 In the next step S5, a measurement location on the sample SP is searched for, and the focus is roughly adjusted to the measurement location (rough focusing). This focusing may be performed manually by the user, or automatically by the focus adjustment unit 8f or the like.

続くステップS6では、測定に用いる対物レンズ54が選択される。この選択は、表示部41上に表示されるUIを介してユーザが手動で行うようになっている。 In the next step S6, the objective lens 54 to be used for the measurement is selected. This selection is performed manually by the user via the UI displayed on the display unit 41.

ここで、ステップS1において白色干渉法が選択されている場合は、対物レンズ54として、対物レンズ54と分岐光学系55とを組み合わせてなる干渉対物レンズOcが選択される。しかしながら、本開示は、そうした構成には限定されない。前述のように、白色干渉法を用いて測定を行う場合にあっても、その測定に先だって、レーザ共焦点法を用いたオートフォーカスが実行されるようになっている。そのため、白色干渉法が選択された場合にあっても、一時的に、分岐光学系55を非具備とした通常の対物レンズ54が選択されるように構成してもよい。 Here, if white light interferometry is selected in step S1, an interference objective lens Oc formed by combining an objective lens 54 and a branching optical system 55 is selected as the objective lens 54. However, the present disclosure is not limited to such a configuration. As described above, even when a measurement is performed using white light interferometry, autofocus using a laser confocal method is performed prior to the measurement. Therefore, even when white light interferometry is selected, a normal objective lens 54 not equipped with a branching optical system 55 may be temporarily selected.

一方、ステップS1においてレーザ共焦点法が選択されている場合、ステップS6において、対物レンズ54として、分岐光学系55を非具備とした通常の対物レンズ54が選択される。 On the other hand, if the laser confocal method is selected in step S1, a normal objective lens 54 not equipped with a branching optical system 55 is selected as the objective lens 54 in step S6.

ステップS6において対物レンズ54が選択されると、駆動制御部8bが電動レボルバ74を作動させ、サンプルSP上の前記測定箇所に対し、選択された対物レンズ54の先端面を対峙させる。 When the objective lens 54 is selected in step S6, the drive control unit 8b operates the electric revolver 74 to bring the tip surface of the selected objective lens 54 into opposition to the measurement location on the sample SP.

続くステップS7では、ユニット制御系8が、使用原理として白色干渉法が選択されているか否かを判定する。白色干渉法が選択されていると判定された場合(ステップS7:YES)、制御プロセスはステップS8に進み、傾き調整部8hがサンプルSPの傾きを調整する。一方、レーザ共焦点法が選択されていると判定された場合(ステップS7:NO)、制御プロセスは、ステップS8をスキップしてステップS9に進む。なお、レーザ共焦点法が選択されている場合にも、傾き調整部8hによる傾きの調整を実行してもよい。 In the next step S7, the unit control system 8 determines whether or not white light interferometry has been selected as the principle of use. If it is determined that white light interferometry has been selected (step S7: YES), the control process proceeds to step S8, where the tilt adjustment unit 8h adjusts the tilt of the sample SP. On the other hand, if it is determined that the laser confocal method has been selected (step S7: NO), the control process skips step S8 and proceeds to step S9. Note that even if the laser confocal method is selected, the tilt adjustment unit 8h may perform tilt adjustment.

続くステップS8では、モード切替部8dが、動作モードとして第3モード(観察モード)が選択されているか否かを判定し、第3モードが選択されていると判定した場合(ステップS8:YES)は、ステップS9に進む。この場合、白色光源51を照明に用いたカメラ画像が表示部41上に表示され、制御プロセスは終了する。 In the next step S8, the mode switching unit 8d determines whether the third mode (observation mode) is selected as the operation mode, and if it determines that the third mode is selected (step S8: YES), the process proceeds to step S9. In this case, a camera image illuminated by the white light source 51 is displayed on the display unit 41, and the control process ends.

一方、ステップS8で第3モードが選択されていないと判定された場合(ステップS8:NO)、制御プロセスはステップS10に進む。このステップS10では、モード切替部8dが、動作モードとして第1モード(表面形状測定モード)が選択されているか否かを判定し、第1モードが選択されていると判定した場合(ステップS10:YES)は、ステップS11に進む。この場合、ステップS1およびステップS2での選択に基づいて、各種パラメータの設定、サンプルSPの表面形状の測定等が実行される。 On the other hand, if it is determined in step S8 that the third mode has not been selected (step S8: NO), the control process proceeds to step S10. In this step S10, the mode switching unit 8d determines whether or not the first mode (surface shape measurement mode) has been selected as the operation mode, and if it is determined that the first mode has been selected (step S10: YES), the process proceeds to step S11. In this case, various parameters are set, the surface shape of the sample SP is measured, etc., based on the selections made in steps S1 and S2.

一方、ステップS10で第1モードが選択されていないと判定された場合(ステップS10:NO)、制御プロセスはステップS12に進む。このステップS12では、動作モードとして第2モード(膜厚を測定するためのモード)が選択されているものとして、サンプルの膜厚測定に係る処理が実行される。 On the other hand, if it is determined in step S10 that the first mode has not been selected (step S10: NO), the control process proceeds to step S12. In this step S12, it is assumed that the second mode (the mode for measuring film thickness) has been selected as the operating mode, and processing related to measuring the film thickness of the sample is executed.

-ユーザインターフェースの具体例-
図17~図20は、表示部41上に表示されるUIの具体例を示す図である。
-Examples of user interfaces-
17 to 20 are diagrams showing specific examples of UIs displayed on the display unit 41. FIG.

具体的に、図17は、各種パラメータの簡単設定時における表示画面を例示する図である。また、図18は、白色干渉法による測定時の表示画面を例示する図であり、図19は、各種パラメータの基本設定時における表示画面を例示する図であり、図20は、膜厚測定時における表示画面を例示する図である。 Specifically, FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the display screen when various parameters are set simply. Also, FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the display screen when measuring using white light interferometry, FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the display screen when various parameters are set to basic settings, and FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the display screen when measuring film thickness.

ここで、第1表示領域R1は、サンプルSPの表面(観察面)を一部拡大して表示するための領域であり、第2表示領域R2は、サンプルSPの表面全体を俯瞰的に捉えて表示するための領域である。 Here, the first display area R1 is an area for displaying an enlarged portion of the surface (observation surface) of the sample SP, and the second display area R2 is an area for displaying an overview of the entire surface of the sample SP.

また、第2表示領域R2中に表示される矩形状の枠Rgは、第1表示領域R1として拡大表示された領域を示すための枠である。図17等に示す例では、マーキングパターンPtのうちの一部(特に、矩形部分の角部)が、第1表示領域R1内に表示されている。 The rectangular frame Rg displayed in the second display region R2 is a frame for indicating the area enlarged and displayed as the first display region R1. In the example shown in FIG. 17, etc., a portion of the marking pattern Pt (particularly the corners of the rectangular portion) is displayed within the first display region R1.

ここで、ボタンB2は、画面上に表示される画像を取得する手段を選択するためのUIである。このボタンB2をクリック操作することで、撮像部58によって撮像されるカメラ画像を第1および第2表示領域R1,R2に表示させたり(カメラ)、サンプルSPの表面上でレーザ光を走査することで生成されるレーザ画像を第1および第2表示領域R1,R2に表示させたり(レーザ)することができる。図例では、前者の「カメラ」が表示された状態にある。 Here, button B2 is a UI for selecting the means of acquiring the image displayed on the screen. By clicking this button B2, a camera image captured by the imaging unit 58 can be displayed in the first and second display areas R1 and R2 (camera), or a laser image generated by scanning a laser beam over the surface of the sample SP can be displayed in the first and second display areas R1 and R2 (laser). In the illustrated example, the former "camera" is displayed.

また、ボタンB2の周辺には、カメラ画像の生成に際し、白色光源51から照射される白色光を用いるか、前述したリング照明54aから照射される光を用いるかをユーザに選択させるためのUIが表示されていたり、各光源の明るさを調整するためのUIが表示されていたりする。図例では、前者の白色光源51が選択された状態にある(図中では「同軸」と表示)。 Also, around button B2, a UI is displayed that allows the user to select whether to use the white light emitted from the white light source 51 or the light emitted from the ring illumination 54a described above when generating a camera image, and a UI is displayed for adjusting the brightness of each light source. In the illustrated example, the former, the white light source 51, is selected (shown as "coaxial" in the figure).

レーザ共焦点顕微鏡1が起動されて、動作モードとして第2モードが選択されると、図17に例示される画面が表示される。ここで、タブT1~T3は、レーザ共焦点顕微鏡1の動作モードを切り替えるためのUIである。 When the laser confocal microscope 1 is started and the second mode is selected as the operating mode, the screen shown in FIG. 17 is displayed. Here, tabs T1 to T3 are a UI for switching the operating mode of the laser confocal microscope 1.

例えば、タブT1をクリック操作すると第3モード(サンプルSPを観察するための動作モード)が選択され、タブT2をクリック操作すると第1モードが選択され、タブT3をクリック操作すると第2モード(サンプルSPの膜厚を測定するための動作モード)が選択される。図16~図18のいずれにおいても、第1モードが選択された状態にある。 For example, clicking tab T1 selects the third mode (operation mode for observing the sample SP), clicking tab T2 selects the first mode, and clicking tab T3 selects the second mode (operation mode for measuring the film thickness of the sample SP). In all of Figures 16 to 18, the first mode is selected.

また、ボタンB3は、各種パラメータの設定モードを選択するためのUIである。図例では、ボタンB3をクリック操作することで、前述の自動設定モード(簡単設定)と、手動設定モード(基本設定)と、のうちの一方を選択することができる。なお、図16では自動設定モードが選択された状態にあり、図19では手動設定モードが選択された状態にある。 Button B3 is a UI for selecting the setting mode for various parameters. In the illustrated example, clicking button B3 allows the user to select either the automatic setting mode (simple setting) or the manual setting mode (basic setting). Note that in FIG. 16, the automatic setting mode is selected, and in FIG. 19, the manual setting mode is selected.

また、ボタンB1は、測定に用いる使用原理を選択するためのUIである。図17と図19との比較から示されるように、ボタンB1は、自動設定モードが選択されたときと、手動設定モードが選択されたときと、の双方で表示される。このボタンB1をクリック操作することで、レーザ共焦点法と、白色干渉法と、のうちの一方を選択することができる。フォーカス合成等、他の原理を実行可能に構成した場合、ボタンB1の周辺には、他の原理を選択するためのボタンが追加で表示される。図例では、白色干渉法が選択された状態にある。 Button B1 is a UI for selecting the principle to be used in the measurement. As can be seen from a comparison between FIG. 17 and FIG. 19, button B1 is displayed both when the automatic setting mode is selected and when the manual setting mode is selected. By clicking this button B1, one of the laser confocal method and the white light interferometry can be selected. If other principles, such as focus synthesis, are configured to be executable, additional buttons for selecting the other principles are displayed around button B1. In the illustrated example, white light interferometry is selected.

また、ボタンB4は、複数の対物レンズ54の中から、サンプルSPに対峙させる対物レンズ54を選択するためのUIである。図例では、レーザ共焦点法に適した5つの対物レンズ54と、白色干渉法に適した1つの干渉対物レンズOcと、が並んだ状態で表示されている。このうちのいずれか1つをクリック操作することで、対物レンズ54が選択される。図17~図19では、干渉対物レンズOcが選択された状態にある。 Button B4 is a UI for selecting an objective lens 54 to be opposed to the sample SP from among multiple objective lenses 54. In the illustrated example, five objective lenses 54 suitable for laser confocal imaging and one interference objective lens Oc suitable for white light interferometry are displayed side by side. Clicking on any one of these objective lenses 54 selects the objective lens 54. In Figures 17 to 19, the interference objective lens Oc is in the selected state.

この他、自動設定モードが選択された場合は、視野の合わせ方をガイドするためのボタンB5と、傾き調整をガイドするためのボタンB6と、が画面上に表示され、手動設定モードが選択された場合は、各種パラメータを手動で調整するためのボタン群B8が画面上に表示される。 In addition, when the automatic setting mode is selected, a button B5 for guiding the user in aligning the field of view and a button B6 for guiding the user in adjusting the tilt are displayed on the screen, and when the manual setting mode is selected, a group of buttons B8 for manually adjusting various parameters are displayed on the screen.

また、図17~図19の画面右下に配置された測定開始ボタンBsが押下されると、サンプルSPの表面形状の測定が開始されるようになっている。測定開始ボタンBsが押下されるタイミングについては後述する。 When the measurement start button Bs located at the bottom right of the screens in Figures 17 to 19 is pressed, measurement of the surface shape of the sample SP begins. The timing for pressing the measurement start button Bs will be described later.

一方、前述のようにタブT3がクリック操作されると第2モード(サンプルSPの膜厚を測定するための動作モード)が選択される。この場合、図17または図19に示す画面から、図20に示す画面に遷移する。 On the other hand, when tab T3 is clicked as described above, the second mode (operation mode for measuring the film thickness of sample SP) is selected. In this case, the screen shown in FIG. 17 or FIG. 19 transitions to the screen shown in FIG. 20.

図20に示す画面の構成は、レーザ共焦点法を用いた膜厚測定と、分光干渉法を用いた膜厚測定と、のうちの一方を選択させる2つ1組のボタンB9を除いて、図19に示す画面と同様である。例えば、2つ1組のボタンB9のうち「分光膜厚」と表示されたボタンが押下されると、分光干渉法を用いて膜厚を測定するように構成された第1のサブモードに設定され、「レーザ膜厚」と表示されたボタンが押下されると、レーザ共焦点法を用いて膜厚を測定するように構成された第2のサブモードに設定される。 The configuration of the screen shown in FIG. 20 is the same as that shown in FIG. 19, except for a pair of buttons B9 that allows the user to select either film thickness measurement using the laser confocal method or film thickness measurement using the spectroscopic interferometry. For example, when one of the pair of buttons B9 labeled "Spectroscopic Film Thickness" is pressed, the device is set to a first submode configured to measure film thickness using the spectroscopic interferometry, and when the button labeled "Laser Film Thickness" is pressed, the device is set to a second submode configured to measure film thickness using the laser confocal method.

なお、図20に示す画面には、図17等と同様に、複数の対物レンズ54の中から、サンプルSPに対峙させる対物レンズ54を選択するためのボタンB4が表示される。しかしながら、本実施形態に係るユニット制御系8(特に、モード切替部8d)は、レーザ共焦点顕微鏡1の動作モードとして第2モードが選択されている場合、電動レボルバ74の回転を許容しない。 The screen shown in FIG. 20, like FIG. 17, displays a button B4 for selecting an objective lens 54 to be opposed to the sample SP from among the multiple objective lenses 54. However, the unit control system 8 (particularly the mode switching unit 8d) according to this embodiment does not allow the rotation of the motorized revolver 74 when the second mode is selected as the operating mode of the laser confocal microscope 1.

より詳細には、本実施形態に係るモード切替部8dは、レーザ共焦点顕微鏡1の動作モードとして、第2モードを構成する2つのサブモードのうち、分光干渉法を利用する一方である第1のサブモードが選択されている場合、電動レボルバ74の回転を許容しない。この場合、対物レンズ54の切替が禁止されることになる。 More specifically, the mode switching unit 8d according to this embodiment does not allow the rotation of the motorized revolver 74 when the first submode, which is one of the two submodes constituting the second mode and which uses spectroscopic interferometry, is selected as the operating mode of the laser confocal microscope 1. In this case, switching of the objective lens 54 is prohibited.

-各種処理の具体例-
以下、各種パラメータの設定に係る処理と、設定されたパラメータに基づいた測定に係る処理と、について順番に説明する。図13は、白色干渉顕微鏡によるパラメータの設定手順を例示するフローチャートである。図13に示すステップS21~S28は、図12のステップS11に示す処理の詳細を例示するものである。
-Specific examples of various processes-
The process for setting various parameters and the process for measurement based on the set parameters will be described below in order. Fig. 13 is a flow chart illustrating the procedure for setting parameters using a white light interference microscope. Steps S21 to S28 shown in Fig. 13 illustrate the details of the process shown in step S11 in Fig. 12.

まず、図13のステップS21において、パラメータの設定モードとして、自動設定モードが選択されているか否かを判定する。この判定は、例えばモード切替部8dが行うようになっている。 First, in step S21 of FIG. 13, it is determined whether the automatic setting mode is selected as the parameter setting mode. This determination is made, for example, by the mode switching unit 8d.

自動設定モードが選択されていると判定された場合(ステップS21:YES)、制御プロセスは、ステップS21からステップS22に進む。この場合、図17等に例示した測定開始ボタンBsが押下され次第、ユニット制御系8は、各種パラメータの自動設定と、自動で設定されたパラメータに基づいた測定と、を続けて実行する。 If it is determined that the automatic setting mode has been selected (step S21: YES), the control process proceeds from step S21 to step S22. In this case, as soon as the measurement start button Bs illustrated in FIG. 17 etc. is pressed, the unit control system 8 automatically sets various parameters and then performs measurements based on the automatically set parameters.

一方、自動設定モードが選択されていないと判定された場合(ステップS21:NO)、制御プロセスは、ステップS21からステップS27へ進む。この場合、ステップS27において、図19に例示したボタン群B8がユーザによって操作され、各種パラメータが手動で設定される。それに続いて、ステップS28において測定開始ボタンBsが押下されると、ステップS26において白色干渉法またはレーザ共焦点法を用いた表面形状の測定が実行されてリターンするようになっている。 On the other hand, if it is determined that the automatic setting mode has not been selected (step S21: NO), the control process proceeds from step S21 to step S27. In this case, in step S27, the user operates the button group B8 illustrated in FIG. 19 to manually set various parameters. Subsequently, when the measurement start button Bs is pressed in step S28, surface shape measurement is performed using white light interferometry or laser confocal method in step S26, and the process returns.

ステップS22に戻ると、同ステップにおいて測定開始ボタンBsが押下されると、制御プロセスはステップS22からステップS23へ進む。ステップS23においては、表面形状の測定に用いられる原理にかかわらず、レーザ共焦点法を用いたオートフォーカス(自動的なフォーカス合わせ)が実行される。 Returning to step S22, when the measurement start button Bs is pressed in this step, the control process proceeds from step S22 to step S23. In step S23, autofocus (automatic focusing) is performed using the laser confocal method, regardless of the principle used to measure the surface shape.

図14は、図13のステップS23で行われる具体的な処理を例示した図である。すなわち、図14は、レーザ共焦点顕微鏡1によるオートフォーカスの実行手順を例示するフローチャートである。 Figure 14 is a diagram illustrating the specific processing performed in step S23 of Figure 13. That is, Figure 14 is a flowchart illustrating the procedure for performing autofocus by the laser confocal microscope 1.

まず、図14のステップS31において、受光素子66aのゲインが一時的に増大される。これにより、サンプルSPに対してレーザ光を照射したときに、合焦位置Zpに対応する反射光をより確実に捉えることが可能となる。レーザ共焦点法を用いたオートフォーカスの場合、合焦位置Zpから外れた状態であっても、受光素子66aのゲインを大幅に高めることが許容される。 First, in step S31 of FIG. 14, the gain of the light receiving element 66a is temporarily increased. This makes it possible to more reliably capture the reflected light corresponding to the focal position Zp when the laser light is irradiated onto the sample SP. In the case of autofocus using the laser confocal method, it is permissible to significantly increase the gain of the light receiving element 66a even when the focal position Zp is not reached.

続くステップS32において、駆動制御部8bがZ方向駆動部71を制御することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(Z位置)が、所定の第1ピッチで変化する。そして、ユニット制御系8がレーザ光源61を制御することで、各Z位置でサンプルSPにレーザ光を照射する。前述したように、この第1ピッチは、レーザ共焦点法による測定時に用いられるZピッチ(第4ピッチ)に比して、粗めに設定される(図6Dを参照)。 In the following step S32, the drive control unit 8b controls the Z direction drive unit 71 to change the relative height position (Z position) of the stage 23 with respect to the objective lens 54 at a predetermined first pitch. Then, the unit control system 8 controls the laser light source 61 to irradiate the sample SP with laser light at each Z position. As described above, this first pitch is set coarser than the Z pitch (fourth pitch) used during measurement by the laser confocal method (see FIG. 6D).

続くステップS33において、走査制御部8aがレーザ光走査部63を制御することで、レーザ光をX方向に沿った数列分だけ直線状に走査する。すなわち、X方向については略全域にわたって走査される一方、Y方向については数画素分だけ走査されることになる。そうして走査されたレーザ光の反射光は、ピンホール65a等からなるレーザ光学系6(共焦点光学系)を介して受光素子66aに向かう。前述のように、対物レンズ54の焦点がサンプルSPの表面と一致する場合は受光素子66aに到達する一方、一致しない場合はピンホール65aによって遮断されるようになっている。 In the next step S33, the scanning control unit 8a controls the laser light scanning unit 63 to linearly scan the laser light for several rows along the X direction. In other words, the entire area is scanned in the X direction, while only a few pixels are scanned in the Y direction. The reflected light of the scanned laser light travels toward the light receiving element 66a via the laser optical system 6 (confocal optical system) consisting of the pinhole 65a and the like. As described above, when the focus of the objective lens 54 coincides with the surface of the sample SP, the light reaches the light receiving element 66a, but when it does not coincide, it is blocked by the pinhole 65a.

続くステップS34においては、記憶装置82が、Z位置毎に受光強度を記憶する。 In the next step S34, the storage device 82 stores the received light intensity for each Z position.

続くステップS35においては、合焦演算部8eが、複数のZ位置の中から、受光強度が最大となるZ位置(合焦位置Zp)を探索する。既に説明したように、合焦位置Zpの探索は、各Z位置と関連付けて記憶された受光強度を、放物線、ガウス関数等を用いてフィッティングすることで実行可能となる。 In the next step S35, the focusing calculation unit 8e searches for the Z position (focusing position Zp) where the light receiving intensity is maximum from among the multiple Z positions. As already explained, the search for the focusing position Zp can be performed by fitting the light receiving intensity stored in association with each Z position using a parabola, Gaussian function, etc.

続くステップS36において、焦点調整部8fがZ方向駆動部71を制御することで、前記ステップS35で探索された合焦位置Zpを実現するように、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を調整する。これにより、対物レンズ54のフォーカス合わせが完了する(オートフォーカスが完了する)。 In the next step S36, the focus adjustment unit 8f controls the Z-direction drive unit 71 to adjust the height position of the stage 23 or the objective lens 54 so as to achieve the focal position Zp found in step S35. This completes the focusing of the objective lens 54 (autofocus is completed).

ところで、公知の構成の場合、レーザ共焦点法を用いたオートフォーカスは、通常の対物レンズ54を用いて行うことが想定されている。しかしながら、前述のように、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、通常の対物レンズ54の代わりに、干渉対物レンズOcを選択した状態でオートフォーカスを行うこともできる。通常の対物レンズ54を用いて得られる合焦位置Zpと、干渉対物レンズOcを用いて得られる合焦位置Zpとの間には、レンズ等の光学部品の光学特性(具体的には色収差)と、各光学部品を通過する光の波長とが相まって生じるズレが存在する。 In the case of known configurations, autofocus using the laser confocal method is assumed to be performed using a normal objective lens 54. However, as described above, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment can also perform autofocus with the interference objective lens Oc selected instead of the normal objective lens 54. There is a deviation between the focal position Zp obtained using the normal objective lens 54 and the focal position Zp obtained using the interference objective lens Oc, which is caused by a combination of the optical characteristics (specifically, chromatic aberration) of optical components such as lenses and the wavelength of light passing through each optical component.

言い換えると、合焦位置Zpのズレは、レーザ特性、走査領域のレイアウト、サンプルSPの凹凸等、測定の度に変化するものではなく、レンズの光学特性に依存するものに過ぎない。したがって、合焦位置Zpのズレを予め測定し、記憶装置82等に記憶させておくことができる。本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、干渉対物レンズOcを用いて合焦位置Zpが測定された場合に、記憶装置82の記憶内容に基づいて、合焦位置Zpのズレを補正するように構成されている。 In other words, the deviation of the focal position Zp does not change with each measurement due to the laser characteristics, the layout of the scanning area, the unevenness of the sample SP, etc., but only depends on the optical characteristics of the lens. Therefore, the deviation of the focal position Zp can be measured in advance and stored in the storage device 82, etc. The laser confocal microscope 1 according to this embodiment is configured to correct the deviation of the focal position Zp based on the contents stored in the storage device 82 when the focal position Zp is measured using the interference objective lens Oc.

具体的に、ステップS36から続くステップS37において、ユニット制御系8は、合焦演算部8eが合焦位置Zpを演算したときに、干渉対物レンズOcが使用されたか否かを判定する。そして、干渉対物レンズOcが使用されたと判定された場合(ステップS37:YES)、制御プロセスはステップS38へ進む。この場合、記憶装置82に記憶されたズレの分だけ、合焦位置Zpが補正される。一方、干渉対物レンズOcが使用されていないと判定された場合(ステップS37:NO)、制御プロセスは、ステップS38をスキップしてリターンする。 Specifically, in step S37 following step S36, the unit control system 8 determines whether or not the interference objective lens Oc was used when the focusing calculation unit 8e calculated the focusing position Zp. If it is determined that the interference objective lens Oc was used (step S37: YES), the control process proceeds to step S38. In this case, the focusing position Zp is corrected by the amount of the deviation stored in the storage device 82. On the other hand, if it is determined that the interference objective lens Oc was not used (step S37: NO), the control process skips step S38 and returns.

図14に示すフローが終了すると、制御プロセスは、図13のステップS23からステップS24へ進む。ステップS24では、白色干渉法による形状測定の前準備として、白色光源51の明るさを自動的に調整する。ステップS24は、前述の明るさ調整部8gが白色干渉法を用いて実行する。レーザ共焦点法を用いて表面形状を測定する場合は、ステップS24をスキップすることができる。なお、明るさ調整部8gによる調整は、白色光源51自体の制御パラメータを調整することによって実行してもよいし、カメラとしての撮像部58の露光時間を調整することによって実行してもよい。 When the flow shown in FIG. 14 ends, the control process proceeds from step S23 to step S24 in FIG. 13. In step S24, the brightness of the white light source 51 is automatically adjusted as a preparation for shape measurement using white light interferometry. Step S24 is performed by the brightness adjustment unit 8g described above using white light interferometry. When measuring the surface shape using the laser confocal method, step S24 can be skipped. The adjustment by the brightness adjustment unit 8g may be performed by adjusting the control parameters of the white light source 51 itself, or by adjusting the exposure time of the imaging unit 58 as a camera.

続くステップS25では、白色干渉法を用いることで、表面形状の測定時に用いる高さ範囲を設定する。ステップS25は、前述の測定範囲設定部iが白色干渉法またはレーザ共焦点法を用いて実行する。 In the next step S25, the height range to be used when measuring the surface shape is set using white light interferometry. Step S25 is executed by the measurement range setting unit i described above using white light interferometry or laser confocal method.

高さ範囲が設定されると、制御プロセスは、ステップS25からステップS26へ進む。図15は、図13のステップS26で行われる具体的な処理を例示した図である。すなわち、図15は、レーザ共焦点顕微鏡1による表面形状の測定手順を例示するフローチャートである。 Once the height range is set, the control process proceeds from step S25 to step S26. FIG. 15 is a diagram illustrating the specific processing performed in step S26 of FIG. 13. That is, FIG. 15 is a flow chart illustrating the procedure for measuring the surface shape using the laser confocal microscope 1.

まず、図15のステップS41において、駆動制御部8bがZ方向駆動部71を制御することで、対物レンズ54に対するステージ23の相対的な高さ位置(Z位置)を、測定範囲設定部8iが設定した高さ範囲内に移動させる。 First, in step S41 of FIG. 15, the drive control unit 8b controls the Z-direction drive unit 71 to move the relative height position (Z position) of the stage 23 with respect to the objective lens 54 within the height range set by the measurement range setting unit 8i.

続くステップS42において、ユニット制御系8が、表面形状を測定するための使用原理として白色干渉法が選択されているか否かを判定する。ここで、白色干渉法が選択されていると判定された場合(ステップS42:YES)、制御プロセスは、ステップS42からステップS43へ進む。この場合、白色干渉法を用いた測定が実行される。 In the next step S42, the unit control system 8 determines whether or not white light interferometry has been selected as the principle of use for measuring the surface shape. If it is determined that white light interferometry has been selected (step S42: YES), the control process proceeds from step S42 to step S43. In this case, measurement is performed using white light interferometry.

一方、ステップS42において白色干渉法が選択されておらず、例えばレーザ共焦点法が選択されていると判定された場合(ステップS42:NO)、制御プロセスは、ステップS42からステップS48へ進む。この場合、図例ではレーザ共焦点法を用いた測定が実行される。 On the other hand, if it is determined in step S42 that the white light interferometry has not been selected and, for example, the laser confocal method has been selected (step S42: NO), the control process proceeds from step S42 to step S48. In this case, in the illustrated example, measurement is performed using the laser confocal method.

ステップS42からステップS43に進んだ場合、第1表面形状測定部8jは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させることで、前述の第4ピッチでZ位置を変化させる。そして、第1表面形状測定部8jは、第4ピッチ毎に移動させた各Z位置で、白色光源51から白色光を照射させる。 When proceeding from step S42 to step S43, the first surface shape measuring unit 8j operates the Z direction driving unit 71 via the driving control unit 8b to change the Z position by the aforementioned fourth pitch. Then, the first surface shape measuring unit 8j irradiates white light from the white light source 51 at each Z position moved by the fourth pitch.

続くステップS44においては、測定光の反射光と参照光とを干渉させてなる干渉光が撮像素子58a上に照射され、画素毎の受光強度を示す信号が、第1表面形状測定部8jに入力される。 In the next step S44, interference light formed by interference between the reflected measurement light and the reference light is irradiated onto the image sensor 58a, and a signal indicating the received light intensity for each pixel is input to the first surface shape measurement unit 8j.

続くステップS45では、ステップS44で入力された信号に基づいて、Z位置毎に干渉画像が生成される。この場合、図18に示すように、干渉画像中には、干渉縞S1,S2,S3が現れることになる。それに続くステップS46では、Z位置を異ならせた複数の干渉画像に基づいて、第1表面形状測定部8jがサンプルSPの表面形状を測定する。 In the following step S45, an interference image is generated for each Z position based on the signal input in step S44. In this case, as shown in FIG. 18, interference fringes S1, S2, and S3 appear in the interference image. In the following step S46, the first surface shape measuring unit 8j measures the surface shape of the sample SP based on multiple interference images with different Z positions.

対して、ステップS42からステップS48に進んだ場合、第2表面形状測定部8kは、駆動制御部8bを介してZ方向駆動部71を作動させることで、第4ピッチでZ位置を変化させる。そして、第2表面形状測定部8kは、第4ピッチ毎に移動させた各Z位置で、レーザ光源61からレーザ光を照射させる。 On the other hand, when the process proceeds from step S42 to step S48, the second surface shape measuring unit 8k operates the Z direction driving unit 71 via the driving control unit 8b to change the Z position by the fourth pitch. Then, the second surface shape measuring unit 8k irradiates the laser light from the laser light source 61 at each Z position to which the second surface shape measuring unit 8k has been moved by the fourth pitch.

続くステップS49においては、前述のように単位領域毎にレ-ザ光を2次元走査し、そのレーザ光の反射光を、共焦点光学系をなすピンホール65aを介して受光する。これにより、レーザ光の反射光が受光素子66a上に照射され、画素毎の受光強度を示す信号が、第2表面形状測定部8kに入力される。 In the next step S49, the laser light is two-dimensionally scanned for each unit area as described above, and the reflected light of the laser light is received through the pinhole 65a that constitutes the confocal optical system. As a result, the reflected light of the laser light is irradiated onto the light receiving element 66a, and a signal indicating the received light intensity for each pixel is input to the second surface shape measuring unit 8k.

続くステップS50では、ステップS49で入力された信号に基づいて、Z位置毎にレーザ画像が生成される。それに続くステップS51では、Z位置を異ならせた複数のレーザ画像に基づいて、第2表面形状測定部8kがサンプルSPの表面形状を測定する。 In the next step S50, a laser image is generated for each Z position based on the signal input in step S49. In the following step S51, the second surface shape measuring unit 8k measures the surface shape of the sample SP based on multiple laser images with different Z positions.

最終的に、ステップS46またはステップS51から続くステップS47において、表示制御部8cが表示部41を制御することで、この表示部41上に、第1表面形状測定部8jまたは第2表面形状測定部8kによる表面形状の測定結果が表示される。 Finally, in step S47, which follows step S46 or step S51, the display control unit 8c controls the display unit 41 to display the surface shape measurement results obtained by the first surface shape measuring unit 8j or the second surface shape measuring unit 8k on the display unit 41.

-膜厚測定の具体例-
以下、図12のステップS12の説明に戻り、同ステップで行われる処理について詳細に説明する。図16は、図12のステップS12で行われる具体的な処理を例示した図であり、レーザ共焦点顕微鏡1によるサンプルSPの膜厚の測定手順を例示するフローチャートである。
-Specific examples of film thickness measurement-
Returning to the explanation of step S12 in Fig. 12, the process performed in this step will be described in detail below. Fig. 16 is a diagram illustrating a specific process performed in step S12 in Fig. 12, and is a flow chart illustrating a procedure for measuring the film thickness of the sample SP by the laser confocal microscope 1.

まず、図16のステップS61において、ユニット制御系8が、サンプルSPの膜厚を測定するための使用原理として分光干渉法が選択されているか否かを判定する。ここで、分光干渉法が選択されていると判定された場合(ステップS61:YES)、制御プロセスは、ステップS61からステップS62へ進む。この場合、分光干渉法を用いた膜厚測定が実行される。 First, in step S61 of FIG. 16, the unit control system 8 determines whether or not spectroscopic interferometry has been selected as the principle of use for measuring the film thickness of the sample SP. If it is determined that spectroscopic interferometry has been selected (step S61: YES), the control process proceeds from step S61 to step S62. In this case, film thickness measurement using spectroscopic interferometry is performed.

一方、ステップS61において分光干渉法が選択されておらず、例えばレーザ共焦点法が選択されていると判定された場合(ステップS61:NO)、制御プロセスは、ステップS61からステップS72へ進む。この場合、図例ではレーザ共焦点法を用いた膜厚測定が実行される。 On the other hand, if it is determined in step S61 that the spectroscopic interferometry has not been selected and, for example, the laser confocal method has been selected (step S61: NO), the control process proceeds from step S61 to step S72. In this case, in the illustrated example, film thickness measurement is performed using the laser confocal method.

ステップS61からステップS62に進んだ場合、図1Bに例示されるように、電動レボルバ74に分光ユニットOsを装着する。この装着は、例えばユーザによって実行される。 When the process proceeds from step S61 to step S62, as illustrated in FIG. 1B, the spectroscopic unit Os is attached to the electric revolver 74. This attachment is performed, for example, by the user.

続くステップS63では、ステージ23上に載置されているサンプルSPを前述のリファレンスミラー(反射率が実質的に100%である指標)に置換して、そのリファレンスミラーの表面にフォーカスを合わせるようにオートフォーカスを実行する。オートフォーカスの詳細は、既に説明した通りである。 In the next step S63, the sample SP placed on the stage 23 is replaced with the aforementioned reference mirror (an index with a reflectance of substantially 100%), and autofocus is performed to focus on the surface of the reference mirror. The details of autofocus have already been described.

続くステップS64では、リファレンスミラーに白色光を照射し、その反射光量(反射光の受光強度)を分光器12で測定する。分光器12は、波長毎に受光強度を測定する。 In the next step S64, white light is irradiated onto the reference mirror, and the amount of reflected light (received light intensity of the reflected light) is measured by the spectroscope 12. The spectroscope 12 measures the received light intensity for each wavelength.

続くステップS65では、ステージ23上に載置されているリファレンスミラーを前述のダークリファレンス(反射率が実質的に0%である指標)に置換して、そのダークリファレンスの表面にフォーカスを合わせるようにオートフォーカスを実行する。 In the next step S65, the reference mirror placed on the stage 23 is replaced with the aforementioned dark reference (an index with a reflectance of substantially 0%), and autofocus is performed to focus on the surface of the dark reference.

続くステップS66では、ダークリファレンスに白色光を照射し、その反射光量(反射光の受光強度)を分光器12で測定する。分光器12は、波長毎に受光強度を測定する。 In the next step S66, white light is irradiated onto the dark reference, and the amount of reflected light (received light intensity of the reflected light) is measured by the spectroscope 12. The spectroscope 12 measures the received light intensity for each wavelength.

続くステップS67では、ステージ23上に載置されているダークリファレンスをサンプルSPに置換して、そのサンプルSPの表面にフォーカスを合わせるようにオートフォーカスを実行する。 In the next step S67, the dark reference placed on the stage 23 is replaced with the sample SP, and autofocus is performed to focus on the surface of the sample SP.

続くステップS68では、サンプルSPに白色光を照射し、その反射光量(反射光の受光強度)を分光器12で測定する。分光器12は、波長毎に受光強度を測定する。 In the next step S68, white light is irradiated onto the sample SP, and the amount of reflected light (received light intensity of the reflected light) is measured by the spectroscope 12. The spectroscope 12 measures the received light intensity for each wavelength.

続くステップS69では、第1膜厚測定部8lは、ステップS64で測定された反射光量と、ステップS66で測定された反射光量と、ステップS68で測定された反射光量と、に基づいて、サンプルSPの反射率を算出する。 In the following step S69, the first film thickness measurement unit 8l calculates the reflectance of the sample SP based on the amount of reflected light measured in step S64, the amount of reflected light measured in step S66, and the amount of reflected light measured in step S68.

続くステップS70では、第1膜厚測定部8lは、ステップS68で算出されたサンプルSPの反射率と、該反射率の波長に対する変化と、に基づいて、サンプルSPの膜厚を算出する。この算出に先だって、膜の材質、屈折率等が事前に入力されるようになっており、第1膜厚測定部8lは、事前に入力された情報に基づいて膜厚の算出を実行するようになっている。 In the next step S70, the first film thickness measurement unit 8l calculates the film thickness of the sample SP based on the reflectance of the sample SP calculated in step S68 and the change in reflectance with respect to wavelength. Prior to this calculation, the film material, refractive index, etc. are input in advance, and the first film thickness measurement unit 8l calculates the film thickness based on the information input in advance.

一方、ステップS61からステップS72に進んだ場合、第2膜厚測定部8mは、焦点調整部8f等を介してオートフォーカスを実行し、サンプルSPにフォーカスを合わせる。 On the other hand, if the process proceeds from step S61 to step S72, the second film thickness measurement unit 8m performs autofocus via the focus adjustment unit 8f, etc., to focus on the sample SP.

続くステップS73では、第2膜厚測定部8mは、駆動制御部8bがZ方向駆動部71を制御することで、前述のZ位置を所定ピッチで変化させ、各Z位置でレーザ光をサンプルSPに照射する。 In the next step S73, the second film thickness measurement unit 8m changes the aforementioned Z position at a predetermined pitch by the drive control unit 8b controlling the Z direction drive unit 71, and irradiates the laser light onto the sample SP at each Z position.

続くステップS74では、ステップS72で照射されたレーザ光の反射光を、ピンホール65a等からなるピンホール65aを介して受光する。これにより、レーザ光の反射光が受光素子66a上に照射され、その反射光に対応した受光強度を示す信号が、第2膜厚測定部8mに入力される。 In the next step S74, the reflected light of the laser light irradiated in step S72 is received through a pinhole 65a such as a pinhole 65b. As a result, the reflected light of the laser light is irradiated onto the light receiving element 66a, and a signal indicating the intensity of the received light corresponding to the reflected light is input to the second film thickness measurement unit 8m.

続くステップS75は、ステップS74で入力された信号に基づいて、Z位置毎に受光強度が記憶される。それに続くステップS76では、第2膜厚測定部8mは、受光強度が極大値となる2つのピーク位置を探索する。 In the next step S75, the received light intensity is stored for each Z position based on the signal input in step S74. In the following step S76, the second film thickness measurement unit 8m searches for two peak positions where the received light intensity is at its maximum value.

続くステップS77では、第2膜厚測定部8mは、ステップS76で探索された2つのピーク位置の差分(ピーク間距離)を算出し、そのピーク間距離と、記憶装置82に記憶された対応関係と、に基づいてサンプルSPの膜厚を算出する。 In the following step S77, the second film thickness measurement unit 8m calculates the difference (peak-to-peak distance) between the two peak positions found in step S76, and calculates the film thickness of the sample SP based on the peak-to-peak distance and the correspondence stored in the memory device 82.

最終的に、ステップS70またはステップS77から続くステップS71において、表示制御部8cが表示部41を制御することで、この表示部41上に、第1膜厚測定部8lまたは第2膜厚測定部8mによる膜厚の測定結果が表示される。 Finally, in step S71, which follows step S70 or step S77, the display control unit 8c controls the display unit 41 to display the film thickness measurement results obtained by the first film thickness measurement unit 8l or the second film thickness measurement unit 8m on the display unit 41.

<レーザ共焦点顕微鏡1における膜厚測定について>
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、図3Cに例示したように、白色光の反射光を分岐させることで、分光干渉の原理(分光干渉法)に基づいて膜厚を測定することができる。カメラとして機能する撮像部58用の白色光および撮像部58を流用することで、分光干渉法の実現に要する部品点数、特に分光干渉法による膜厚測定を行うための専用部品の導入を最小限に抑えつつ、ステージ23に載置可能なサンプルSP一般に対して膜厚測定を実行することができる。
<Thickness measurement using laser confocal microscope 1>
As described above, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment can measure film thickness based on the principle of spectral interference (spectral interferometry) by splitting the reflected light of white light as illustrated in Fig. 3C. By reusing the white light for the image capturing unit 58 functioning as a camera and the image capturing unit 58, it is possible to perform film thickness measurement on a general sample SP that can be placed on the stage 23 while minimizing the number of parts required to realize the spectral interferometry, particularly the introduction of dedicated parts for film thickness measurement by the spectral interferometry.

また、従来知られた膜厚測定装置のような専用機の場合、対物レンズのフォーカスが多少ずれた状態にあっても、膜厚を測定することが可能であった。さらに、そうした専用機の場合、被写界深度の深い低倍率の対物レンズを使うことになるため、視野が広く、ユーザによる観察位置の調整も比較的容易であった。 In addition, in the case of dedicated machines such as conventional film thickness measurement devices, it was possible to measure film thickness even if the objective lens was slightly out of focus. Furthermore, in the case of such dedicated machines, a low-magnification objective lens with a deep depth of field was used, so the field of view was wide and it was relatively easy for the user to adjust the observation position.

ところが、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1のような汎用機の場合、前述の専用機よりも高い拡大倍率に変更された状態で、膜厚を測定することが想定される。そのため、前述の専用機よりも被写界深度が浅くなる。さらに、視野も狭くなるため、ユーザが観察位置を把握するのも困難になる。 However, in the case of a general-purpose machine such as the laser confocal microscope 1 according to this embodiment, it is expected that the film thickness will be measured at a magnification ratio set to a higher value than that of the dedicated machine described above. Therefore, the depth of field will be shallower than that of the dedicated machine described above. Furthermore, the field of view will also be narrow, making it difficult for the user to grasp the observation position.

対して、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、高倍率での測定を実行可能に構成されているものの、図14を用いて説明したように、合焦演算部8eおよび焦点調整部8fがフォーカス合わせを自動的に行うようになっている。そのため、高倍率での膜厚測定時にあっても、良好な測定を実現することができる。 In contrast, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment is configured to be able to perform measurements at high magnification, but as explained with reference to FIG. 14, the focusing calculation unit 8e and the focus adjustment unit 8f are configured to automatically perform focusing. Therefore, good measurements can be achieved even when measuring film thickness at high magnification.

また、図3Cに示されるように、本実施形態に係る光分岐部91aは、合流部としての第1ハーフミラー53に比して対物レンズ54に近接した状態で配置されることになる。このように、光分岐部91aを対物レンズ54付近に配置することで、その光分岐部91aを着脱自在とする構成を容易に実現することができる。その結果、膜厚測定と、レーザ共焦点法による測定と、の使い分けを容易に行うことができるようになる。 Also, as shown in FIG. 3C, the optical branching section 91a according to this embodiment is disposed closer to the objective lens 54 than the first half mirror 53, which serves as a merging section. In this way, by disposing the optical branching section 91a near the objective lens 54, a configuration in which the optical branching section 91a can be easily detached can be easily realized. As a result, it becomes possible to easily distinguish between film thickness measurement and measurement by the laser confocal method.

また、図1B、図3C、図11等を用いて説明したように、着脱機構としての電動レボルバ74からレーザ共焦点法に適した対物レンズ54を取り外した上で、その着脱機構に対し、光分岐部91aが内蔵されたアダプタ91を装着することができる。これにより、対物レンズ54と同様の使用感で、光分岐部91aとともにアダプタ91を着脱することができる。このことは、レーザ共焦点法と分光干渉法という、2つの異質な測定原理を容易に切替可能であることを意味し、ユーザビリティの向上に資する。 As described with reference to Figures 1B, 3C, 11, etc., the objective lens 54 suitable for the laser confocal method can be removed from the motorized revolver 74 as a detachable mechanism, and then an adapter 91 with a built-in optical branching unit 91a can be attached to the detachable mechanism. This allows the adapter 91 to be attached and detached together with the optical branching unit 91a with the same feel as the objective lens 54. This means that it is possible to easily switch between two different measurement principles, the laser confocal method and the spectral interferometry, which contributes to improving usability.

また、図3C等に示されるように、複数の対物レンズ54のうち、特に分光干渉法による膜厚測定に用いられる対物レンズ54については、アダプタ91を介して電動レボルバ74に装着することができる。このことは、アダプタ91に係るユーザビリティの向上に有効である。 As shown in FIG. 3C and other figures, among the multiple objective lenses 54, the objective lens 54 used in particular for film thickness measurement using spectral interferometry can be attached to the motorized revolver 74 via an adapter 91. This is effective in improving the usability of the adapter 91.

また一般に、アダプタ91は、光分岐部91aを内蔵する分だけ、対物レンズ54よりも大径となる可能性がある。その場合、電動レボルバ74を介してアダプタ91を回転させたときに、アダプタ91とステージ23とが衝突する虞がある。 In addition, in general, the adapter 91 may have a larger diameter than the objective lens 54 because it contains the optical branching section 91a. In that case, there is a risk that the adapter 91 may collide with the stage 23 when the adapter 91 is rotated via the electric revolver 74.

一方、前述の第2モードが選択された場合、すなわち、サンプルSPに分光ユニットOsを対峙させた場合には、その姿勢のまま、電動レボルバ74ひいてはアダプタ91の回転を許容しない。このように構成することで、アダプタ91とステージ23との衝突を未然に防ぐことができる。 On the other hand, when the second mode described above is selected, that is, when the spectroscopic unit Os is placed facing the sample SP, the motorized revolver 74 and, by extension, the adapter 91 are not allowed to rotate in that position. By configuring it in this way, it is possible to prevent a collision between the adapter 91 and the stage 23.

また、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、図13に例示したように、合焦位置Zpを探索する際に、白色干渉法ではなく、レーザ光による共焦点の原理(レーザ共焦点法)を利用する。これにより、ある程度フォーカスさせた状態から合焦位置Zpを探索せずとも、撮像素子58aのゲインを十分に高めておくことができるようになる。その結果、手間および時間等の観点で有利になり、ひいては、フォーカスを合わせる際のユーザビリティを向上させることが可能となる。 In addition, as illustrated in FIG. 13, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment uses the principle of confocal laser light (laser confocal method) rather than white light interference method when searching for the focal position Zp. This makes it possible to sufficiently increase the gain of the image sensor 58a without having to search for the focal position Zp from a state where the image is focused to a certain extent. This is advantageous in terms of effort and time, and ultimately makes it possible to improve usability when adjusting the focus.

また、図10Aおよび図10Bを用いて説明したように、レーザ共焦点法に基づいた膜厚の測定は、分光干渉法に基づいた測定に比して、より厚みのある対象物に適したものとなる。 In addition, as explained using Figures 10A and 10B, film thickness measurements based on the laser confocal method are more suitable for thicker objects than measurements based on spectroscopic interferometry.

そこで、本実施形態に係るレーザ共焦点顕微鏡1は、図16に例示されたように、分光干渉法に基づいた第1膜厚測定部8lによる測定と、レーザ共焦点法に基づいた第2膜厚測定部8mによる測定と、を使い分けることができる。これにより、サンプルSPの厚みに応じて、都度、適切な測定を行うことができるようになる。 As a result, the laser confocal microscope 1 according to this embodiment can selectively use measurements by the first film thickness measuring unit 8l based on the spectroscopic interferometry and measurements by the second film thickness measuring unit 8m based on the laser confocal method, as shown in FIG. 16. This makes it possible to perform appropriate measurements each time depending on the thickness of the sample SP.

《他の実施形態》
前記実施形態では、アダプタ91と、対物レンズ54とが別体で構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。アダプタ91と対物レンズ54を一体的に構成してもよい。同様に、アダプタ91およびブラケット92を一体的に構成したり、アダプタ91、ブラケット92および対物レンズ54を一体的に構成したりしてもよい。
Other Embodiments
In the above embodiment, the adapter 91 and the objective lens 54 are configured separately, but the present disclosure is not limited to such a configuration. The adapter 91 and the objective lens 54 may be configured integrally. Similarly, the adapter 91 and the bracket 92 may be configured integrally, or the adapter 91, the bracket 92, and the objective lens 54 may be configured integrally.

また、図12等、各種フローチャートの構成は、適宜、変更することができる。例えば、図12のステップS1とステップS2の順番を入れ替えたり、ステップS2とステップS3の順番を入れ替えたりしてもよいし、図13のステップS24とステップS25の順番を入れ替えてもよい。 The configuration of various flowcharts such as FIG. 12 can be changed as appropriate. For example, the order of steps S1 and S2 in FIG. 12 can be swapped, or the order of steps S2 and S3 can be swapped, or the order of steps S24 and S25 in FIG. 13 can be swapped.

-高さ範囲の設定に係る変形例について-
また、前記実施形態では、測定範囲設定部8iは、白色干渉を用いて図7に示される高さ範囲を設定するように構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。測定範囲設定部8iは、白色干渉を用いる代わりに、または、白色干渉を用いるのに加えて、レーザ共焦点法を用いて高さ範囲を設定することもできる。
-- Modifications to height range settings --
In the embodiment, the measurement range setting unit 8i is configured to set the height range shown in Fig. 7 using white light interference, but the present disclosure is not limited to such a configuration. The measurement range setting unit 8i can also set the height range using a laser confocal method instead of or in addition to using white light interference.

その場合、測定範囲設定部8iは、ステージ23または対物レンズ54の高さ位置を変化させた状態で受光部66を介してレーザ画像を生成する。次いで、測定範囲設定部8iは、各高さ位置で生成されたレーザ画像中の複数の画素について、受光部66において生成される受光信号に対応した画素データを画素単位で生成する。そして、測定範囲設定部8iは、複数の画素データの全ての値が所定の第2閾値を下回る範囲として高さ範囲を設定する。 In this case, the measurement range setting unit 8i generates a laser image via the light receiving unit 66 while changing the height position of the stage 23 or the objective lens 54. Next, the measurement range setting unit 8i generates pixel data corresponding to the light receiving signal generated by the light receiving unit 66 for multiple pixels in the laser image generated at each height position on a pixel-by-pixel basis. Then, the measurement range setting unit 8i sets a height range as a range in which all values of the multiple pixel data are below a predetermined second threshold value.

ここで、画素データは、受光部66の出力信号(受光信号)をA/D変換することで得られるデジタル信号である。そのため、画素データの値は、受光素子66aのゲインが大きくなるほど大きく、受光素子66aのゲインが小さくなるほど小さい。また、画素データは、不図示のA/D変換器から出力される。 Here, the pixel data is a digital signal obtained by A/D converting the output signal (received light signal) of the light receiving unit 66. Therefore, the value of the pixel data is larger as the gain of the light receiving element 66a is larger, and is smaller as the gain of the light receiving element 66a is smaller. In addition, the pixel data is output from an A/D converter (not shown).

また、第2閾値は、例えば、A/D変換器の出力レンジの上限値(以下、「出力上限値」ともいう)とすることができる。画素データのピーク値が出力上限値よりも小さい場合、画素データが出力上限値で飽和しない。したがって、第2閾値としての出力上限値に基づいた判定を行うことで、画素データのピーク値を容易に検出することができる。 The second threshold value can be, for example, the upper limit of the output range of the A/D converter (hereinafter also referred to as the "output upper limit value"). If the peak value of the pixel data is smaller than the output upper limit value, the pixel data does not saturate at the output upper limit value. Therefore, by making a judgment based on the output upper limit value as the second threshold value, the peak value of the pixel data can be easily detected.

この場合、ステージ23の各高さ位置同士の間隔は、測定範囲設定部8iが高さ範囲を設定する場合には、第1表面形状測定部8jがサンプルSPの表面形状を測定する場合に比して広くなるように設定される。すなわち、図7に例示されるように、高さ範囲が設定されるときには、表面形状が測定されるときに比して、Zピッチ(第3ピッチ)をより粗く設定することが許容される。 In this case, when the measurement range setting unit 8i sets the height range, the interval between each height position of the stage 23 is set to be wider than when the first surface shape measuring unit 8j measures the surface shape of the sample SP. That is, as illustrated in FIG. 7, when the height range is set, the Z pitch (third pitch) is allowed to be set coarser than when the surface shape is measured.

例えば図6Fにおいて、白抜きのサークル状のプロットは高さ範囲の設定時に用いられる高さ位置を指し、クロス状のプロットは、前述のように表面形状の測定時に用いられる高さ位置を指す。図6Fに示されるように、本実施形態に係る第3ピッチは、前述した第1ピッチと同様に、表面形状が測定されるときに用いられるZピッチ(第4ピッチ)に比して粗く(広く)設定することができる。 For example, in FIG. 6F, the open circle plots indicate the height positions used when setting the height range, and the cross plots indicate the height positions used when measuring the surface shape, as described above. As shown in FIG. 6F, the third pitch according to this embodiment can be set coarser (wider) than the Z pitch (fourth pitch) used when measuring the surface shape, similar to the first pitch described above.

なお、この変形例に係る「第3ピッチ」については、その技術的な意義を明確にすべく、前記実施形態に係る「第3ピッチ」と同一の名称を付して説明したが、この名称は便宜上に設定されたものに過ぎない。すなわち、白色干渉法に係る「第3ピッチ」とレーザ共焦点法に係る「第3ピッチ」とは、同じ長さに設定する必要はなく、互いに相違させることができる。第4ピッチについても同様である。 The "third pitch" in this modified example has been given the same name as the "third pitch" in the above embodiment in order to clarify its technical significance, but this name is merely set for convenience. In other words, the "third pitch" in the white light interferometry and the "third pitch" in the laser confocal method do not need to be set to the same length and can be different from each other. The same applies to the fourth pitch.

-分岐光学系55に係る変形例について-
また、前記実施形態では、干渉対物レンズOcに分岐光学系55が内蔵されている構成を例示したが、本開示は、そうした構成には限定されない。干渉対物レンズOc内に配置する代わりに、観察ユニット2内に分岐光学系55を配置してもよい。そのように配置した場合、分岐光学系55は、観察ユニット2の各光学部品を結ぶ光路に対して挿抜可能な光学素子として構成することができる。
--Modifications of the branching optical system 55--
In addition, in the above embodiment, a configuration in which the branching optical system 55 is built into the interference objective lens Oc has been exemplified, but the present disclosure is not limited to such a configuration. Instead of being disposed in the interference objective lens Oc, the branching optical system 55 may be disposed in the observation unit 2. In such a case, the branching optical system 55 can be configured as an optical element that can be inserted into and removed from the optical path connecting the optical components of the observation unit 2.

前述のように挿抜可能な光学素子が用いられる場合、その光学素子は、白色干渉法による測定が実行される場合には光路上に挿入される一方、レーザ共焦点法による測定が実行される場合には光路から退避されることになる。また、この光学素子は、測定が実行されるタイミングに限らず、白色光源51を単なる照明として用いる場合、レーザ光を用いた種々の処理を行う場合等に必要に応じて挿抜することもできる。 When a removable optical element is used as described above, the optical element is inserted into the optical path when a measurement using white light interferometry is performed, and is removed from the optical path when a measurement using laser confocal measurement is performed. Furthermore, this optical element can be inserted and removed as necessary, not limited to when a measurement is performed, when the white light source 51 is used simply as illumination, when various processes using laser light are performed, etc.

1 レーザ共焦点顕微鏡
23 ステージ
5 白色光学系
51 白色光源
53 第1ハーフミラー(合流部)
54 対物レンズ
55 分岐光学系
55b 参照ミラー
58 撮像部(カメラ)
6 レーザ光学系(共焦点光学系)
61 レーザ光源
63 レーザ光走査部
65a ピンホール
66 受光部
7 ユニット駆動系
71 Z方向駆動部(駆動部)
74 電動レボルバ(着脱機構、レボルバ)
8 ユニット制御系
8d モード切替部
8e 合焦演算部(演算部)
8f 焦点調整部
80 測定部
8j 第1表面形状測定部
8k 第2表面形状測定部
8l 第1膜厚測定部
8m 第2膜厚測定部
9 ユニット本体
91 アダプタ
91a 光分岐部
11 光ケーブル
12 分光器
C 中心軸
Oc 干渉対物レンズ
Os 分光ユニット
SP サンプル(測定対象物)
Zp 合焦位置
1 Laser confocal microscope 23 Stage 5 White light optical system 51 White light source 53 First half mirror (confluence part)
54 Objective lens 55 Branching optical system 55b Reference mirror 58 Imaging unit (camera)
6 Laser optical system (confocal optical system)
61 Laser light source 63 Laser light scanning unit 65a Pinhole 66 Light receiving unit 7 Unit drive system 71 Z direction drive unit (drive unit)
74 Electric revolver (detachable mechanism, revolver)
8 Unit control system 8d Mode switching unit 8e Focusing calculation unit (calculation unit)
8f Focus adjustment unit 80 Measurement unit 8j First surface shape measurement unit 8k Second surface shape measurement unit 8l First film thickness measurement unit 8m Second film thickness measurement unit 9 Unit body 91 Adapter 91a Optical branching unit 11 Optical cable 12 Spectrometer C Central axis Oc Interference objective lens Os Spectroscopic unit SP Sample (measurement object)
Zp Focus position

Claims (11)

測定対象物を載置するためのステージと、
前記ステージ上に載置された測定対象物に、対物レンズを介してレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記測定対象物からのレーザ光の反射光を、前記対物レンズを有する共焦点光学系を介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する受光部と、
前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する測定部と、
前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、
前記測定対象物からの白色光の反射光を受光し、該白色光の反射光に基づいて前記測定対象物のカメラ画像を生成するカメラと、
波長毎の受光強度に応じた受光信号を生成する分光器と、
前記白色光源から照射される白色光と、前記レーザ光源から照射されるレーザ光と、を同軸化する合流部と、
前記合流部と前記対物レンズとの間の光路上に配置され、前記測定対象物からの白色光の反射光を、前記カメラに向かう光と、前記分光器に向かう光とに分岐させる光分岐部と、を備え、
前記測定部は、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するのに加えて、前記分光器によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の膜厚を測定する
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
A stage for placing an object to be measured;
a laser light source that irradiates a laser light via an objective lens onto a measurement object placed on the stage;
a light receiving unit that receives reflected light of the laser light from the measurement object via a confocal optical system having the objective lens and generates a light receiving signal according to a light receiving intensity of the reflected light;
a measurement unit that measures a surface shape of the measurement object based on a light receiving signal generated by the light receiving unit;
a white light source that irradiates the measurement object placed on the stage with white light via an objective lens;
a camera that receives white light reflected from the measurement object and generates a camera image of the measurement object based on the white light reflected;
a spectroscope that generates a light receiving signal according to the light receiving intensity for each wavelength;
a confluence section for coaxially guiding the white light emitted from the white light source and the laser light emitted from the laser light source;
a light branching unit that is disposed on an optical path between the junction unit and the objective lens and that branches the reflected white light from the measurement object into light directed toward the camera and light directed toward the spectroscope;
A laser confocal microscope characterized in that the measurement unit measures the surface shape of the object to be measured based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, and also measures the film thickness of the object to be measured based on the light receiving signal generated by the spectrometer.
請求項1に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
前記対物レンズに対する前記ステージの高さ位置を相対的に変化させる駆動部と、
前記対物レンズを着脱可能に構成された着脱機構と、
前記ステージまたは前記対物レンズの各高さ位置で前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記対物レンズの焦点が前記測定対象物の表面に一致する合焦位置を算出する演算部と、
前記駆動部を作動させることで前記ステージまたは前記対物レンズの高さ位置を相対的に調整することによって、該高さ位置を前記演算部によって算出された合焦位置に一致させる焦点調整部と、を備え、
前記共焦点光学系は、前記着脱機構に装着される前記対物レンズを交換することで、前記測定対象物の拡大倍率を変更可能に構成され、
前記測定部は、前記測定対象物の各拡大倍率において、前記測定対象物の膜厚を測定する
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
2. The laser confocal microscope according to claim 1,
a drive unit that changes a height position of the stage relative to the objective lens;
an attachment/detachment mechanism configured to be able to attach and detach the objective lens;
a calculation unit that calculates a focal position where a focal point of the objective lens coincides with a surface of the measurement target object based on a light receiving signal generated by the light receiving unit at each height position of the stage or the objective lens;
a focus adjustment unit that operates the drive unit to relatively adjust a height position of the stage or the objective lens, thereby making the height position coincide with a focus position calculated by the calculation unit;
the confocal optical system is configured to be able to change a magnification of the measurement object by replacing the objective lens attached to the attachment/detachment mechanism,
A laser confocal microscope, characterized in that the measurement unit measures a film thickness of the measurement object at each magnification factor of the measurement object.
測定対象物を載置するためのステージと、A stage for placing an object to be measured;
前記ステージ上に載置された測定対象物に、対物レンズを介してレーザ光を照射するレーザ光源と、a laser light source that irradiates a laser light via an objective lens onto a measurement object placed on the stage;
前記測定対象物からのレーザ光の反射光を、前記対物レンズを有する共焦点光学系を介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する受光部と、a light receiving unit that receives reflected light of the laser light from the measurement object via a confocal optical system having the objective lens and generates a light receiving signal according to a light receiving intensity of the reflected light;
前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する測定部と、a measurement unit that measures a surface shape of the measurement object based on a light receiving signal generated by the light receiving unit;
前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、a white light source that irradiates the measurement object placed on the stage with white light via an objective lens;
前記測定対象物からの白色光の反射光を受光し、該白色光の反射光に基づいて前記測定対象物のカメラ画像を生成するカメラと、a camera that receives white light reflected from the measurement object and generates a camera image of the measurement object based on the white light reflected;
波長毎の受光強度に応じた受光信号を生成する分光器と、a spectroscope that generates a light receiving signal according to the light receiving intensity for each wavelength;
前記測定対象物からの白色光の反射光を、前記カメラに向かう光と、前記分光器に向かう光とに分岐させる光分岐部と、a light branching unit that branches the white light reflected from the object to be measured into light directed toward the camera and light directed toward the spectroscope;
前記光分岐部を含み、前記対物レンズを着脱可能に構成されたアダプタと、an adapter including the optical branching unit and configured to allow the objective lens to be attached/detached;
前記対物レンズ又は前記アダプタを着脱可能に構成された着脱機構と、を備え、an attachment/detachment mechanism configured to be able to attach or detach the objective lens or the adapter;
前記測定部は、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するのに加えて、前記分光器によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の膜厚を測定するThe measurement unit measures the surface shape of the measurement object based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, and also measures the film thickness of the measurement object based on the light receiving signal generated by the spectroscope.
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。A laser confocal microscope.
請求項に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
記共焦点光学系は、前記着脱機構に装着される前記対物レンズを交換することで、前記測定対象物の拡大倍率を変更可能に構成され
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
4. The laser confocal microscope according to claim 3 ,
The confocal optical system is configured to be able to change the magnification of the measurement object by replacing the objective lens attached to the attachment/detachment mechanism.
A laser confocal microscope.
請求項3又は4に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
前記アダプタは、該アダプタとは別体の前記対物レンズを着脱可能に構成され、
前記対物レンズは、前記アダプタを介して前記着脱機構に装着可能に構成される
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
5. The laser confocal microscope according to claim 3 ,
the adapter is configured to allow the objective lens, which is separate from the adapter, to be detachably attached thereto;
The objective lens is configured to be attachable to the attachment/detachment mechanism via the adapter.
請求項3から5のいずれか1項に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
前記着脱機構は、所定の中心軸まわりに回転するレボルバとして構成され、
前記レボルバは、前記中心軸を取り囲むように、前記対物レンズおよび前記アダプタを取付可能に構成される
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
6. The laser confocal microscope according to claim 3 ,
the attachment/detachment mechanism is configured as a revolver that rotates around a predetermined central axis,
The laser confocal microscope is characterized in that the revolver is configured so that the objective lens and the adapter can be attached to the revolver so as to surround the central axis.
請求項2に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
前記白色光源から照射された白色光を、所定の参照面に向かう参照光と、前記測定対象物に向かう測定光と、に分岐させる分岐光学系と、
前記参照面によって反射された参照光と、前記測定対象物によって反射された測定光と、を受光して干渉画像を撮像する撮像部と、を備え、
前記測定部は、前記合焦位置を含んだ高さ範囲内に定められる複数の高さ位置において前記撮像部により撮影された複数の干渉画像に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
3. The laser confocal microscope according to claim 2,
a branching optical system that branches the white light emitted from the white light source into a reference light directed toward a predetermined reference surface and a measurement light directed toward the measurement object;
an imaging unit that receives the reference light reflected by the reference surface and the measurement light reflected by the measurement object and captures an interference image;
A laser confocal microscope characterized in that the measurement unit measures the surface shape of the object to be measured based on a plurality of interference images captured by the imaging unit at a plurality of height positions defined within a height range including the focal position.
測定対象物を載置するためのステージと、
前記ステージ上に載置された測定対象物に、対物レンズを介してレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記測定対象物からのレーザ光の反射光を、前記対物レンズを有する共焦点光学系を介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する受光部と、
前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、
前記測定対象物からの白色光の反射光を受光し、該白色光の反射光に基づいて前記測定対象物のカメラ画像を生成するカメラと、
波長毎の受光強度に応じた受光信号を生成する分光器と、
前記測定対象物からの白色光の反射光を、前記カメラに向かう光と、前記分光器に向かう光とに分岐させる光分岐部と、
前記受光部によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するのに加えて、前記分光器によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の膜厚を測定する測定部と、
少なくとも、
前記測定対象物の表面形状を測定する第1モードと、
前記測定対象物の膜厚を測定する第2モードと、
を含んだモード群の中から1つを実行させるモード切替部と、を備える
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
A stage for placing an object to be measured;
a laser light source that irradiates a laser light via an objective lens onto a measurement object placed on the stage;
a light receiving unit that receives reflected light of the laser light from the measurement object via a confocal optical system having the objective lens and generates a light receiving signal according to a light receiving intensity of the reflected light;
a white light source that irradiates the measurement object placed on the stage with white light via an objective lens;
a camera that receives white light reflected from the measurement object and generates a camera image of the measurement object based on the white light reflected;
a spectroscope that generates a light receiving signal according to the light receiving intensity for each wavelength;
a light branching unit that branches the white light reflected from the object to be measured into light directed toward the camera and light directed toward the spectroscope;
a measurement unit that measures a surface shape of the measurement object based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, and also measures a film thickness of the measurement object based on the light receiving signal generated by the spectroscope;
at least,
a first mode for measuring a surface shape of the measurement object;
a second mode for measuring a film thickness of the measurement object;
and a mode switching unit that executes one of a group of modes including the above.
請求項8に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
前記測定部は、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の膜厚を測定し、
前記モード切替部は、前記第2モードが選択された場合、
前記分光器によって生成された受光信号に基づいて膜厚を測定する第1のサブモードと、
前記受光部によって生成された受光信号に基づいて膜厚を測定する第2のサブモードと、
のうちの一方を実行させる
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
9. The laser confocal microscope according to claim 8,
The measurement unit measures a film thickness of the measurement object based on a light receiving signal generated by the light receiving unit,
When the second mode is selected, the mode switching unit
a first sub-mode for measuring a film thickness based on a light receiving signal generated by the spectrometer;
a second sub-mode for measuring a film thickness based on a light receiving signal generated by the light receiving unit;
A laser confocal microscope characterized by performing one of the above.
請求項1に記載されたレーザ共焦点顕微鏡において、
前記対物レンズを着脱可能に構成された着脱機構と、
前記光分岐部が内蔵されたアダプタと、
前記測定対象物の表面形状を測定する第1モードと前記測定対象物の膜厚を測定する第2モードとを少なくとも含んだモード群の中から1つを実行させるモード切替部と、を備え、
前記アダプタは、前記着脱機構に装着可能に構成され、
前記着脱機構は、所定の中心軸まわりに回転するレボルバとして構成され、
前記レボルバは、前記中心軸を取り囲むように、前記対物レンズおよび前記アダプタを取付可能に構成され、
前記モード切替部は、前記第2モードが選択された場合、前記レボルバの回転を許容しない
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
2. The laser confocal microscope according to claim 1,
an attachment/detachment mechanism configured to be able to attach and detach the objective lens;
an adapter having the optical branching unit built therein;
a mode switching unit that executes one of a group of modes including at least a first mode for measuring a surface shape of the measurement object and a second mode for measuring a film thickness of the measurement object,
The adapter is configured to be attachable to the attachment/detachment mechanism,
the attachment/detachment mechanism is configured as a revolver that rotates around a predetermined central axis,
the revolver is configured so that the objective lens and the adapter can be attached to the revolver so as to surround the central axis,
The laser confocal microscope, wherein the mode switching unit does not allow rotation of the revolver when the second mode is selected.
測定対象物を載置するためのステージと、
前記ステージ上に載置された測定対象物に、対物レンズを介してレーザ光を照射するレーザ光源と
前記測定対象物からのレーザ光の反射光を、前記対物レンズを有する共焦点光学系を介して受光するとともに、該反射光の受光強度に応じた受光信号を生成する受光部と、
前記受光部によって生成された受光信号に基づいて、前記測定対象物の表面形状を測定する測定部と、
前記ステージ上に載置された前記測定対象物に、対物レンズを介して白色光を照射する白色光源と、
前記測定対象物からの白色光の反射光を受光し、該白色光の反射光に基づいて前記測定対象物のカメラ画像を生成するカメラと、
前記測定対象物からの白色光の反射光を前記カメラに導き、前記測定対象物からのレーザ光の反射光を前記受光部に導くビームスプリッタと、
波長毎の受光強度に応じた受光信号を生成する分光器と、
前記ビームスプリッタと前記対物レンズとの間の光路上に配置され、前記測定対象物からの白色光の反射光を、前記カメラに向かう光と、前記分光器に向かう光とに分岐させる光分岐部と、を備え、
前記測定部は、前記受光部によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の表面形状を測定するのに加えて、前記分光器によって生成された受光信号に基づいて前記測定対象物の膜厚を測定する
ことを特徴とするレーザ共焦点顕微鏡。
A stage for placing an object to be measured;
a laser light source that irradiates a laser light via an objective lens onto a measurement object placed on the stage ;
a light receiving unit that receives reflected light of the laser light from the measurement object via a confocal optical system having the objective lens and generates a light receiving signal according to a light receiving intensity of the reflected light;
a measurement unit that measures a surface shape of the measurement object based on a light receiving signal generated by the light receiving unit;
a white light source that irradiates the measurement object placed on the stage with white light via an objective lens;
a camera that receives white light reflected from the measurement object and generates a camera image of the measurement object based on the white light reflected;
a beam splitter that guides the reflected light of the white light from the object to be measured to the camera and guides the reflected light of the laser light from the object to the light receiving unit;
a spectroscope that generates a light receiving signal according to the light receiving intensity for each wavelength;
a light branching unit that is disposed on an optical path between the beam splitter and the objective lens and that branches the reflected white light from the measurement object into light directed toward the camera and light directed toward the spectroscope;
The measurement unit measures the surface shape of the measurement object based on the light receiving signal generated by the light receiving unit, and also measures the film thickness of the measurement object based on the light receiving signal generated by the spectroscope.
A laser confocal microscope.
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