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JP7742017B2 - Method for adjusting a shape measuring device - Google Patents
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JP7742017B2 - Method for adjusting a shape measuring device - Google Patents

Method for adjusting a shape measuring device

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JP7742017B2 JP2022017253A JP2022017253A JP7742017B2 JP 7742017 B2 JP7742017 B2 JP 7742017B2 JP 2022017253 A JP2022017253 A JP 2022017253A JP 2022017253 A JP2022017253 A JP 2022017253A JP 7742017 B2 JP7742017 B2 JP 7742017B2
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Description

本発明は形状測定装置の調整方法に係り、特に測定対象物の被測定面の形状を測定する形状測定装置の調整方法に関する。 The present invention relates to a method for adjusting a shape measuring device, and in particular to a method for adjusting a shape measuring device that measures the shape of a measurement surface of a measurement object.

測定対象物の3次元形状を測定する装置としては、走査型白色干渉計を用いるものが知られている。走査型白色干渉計は、白色光源を光源として用いて、マイケルソン型又はミラウ型等の光路干渉計を利用して、測定対象物の被測定面の3次元形状を非接触で測定する。 A scanning white light interferometer is known as a device for measuring the three-dimensional shape of an object. A scanning white light interferometer uses a white light source as a light source and an optical path interferometer such as a Michelson or Mirau type to measure the three-dimensional shape of the object's surface in a non-contact manner.

特許文献1には、光源から対物レンズを介して測定対象物の被測定面に照射され、被測定面で反射された測定光と、光源から対物レンズを介して参照面に照射され、参照面で反射された参照光とを干渉させることにより、被測定面の光軸方向の高さを計測する形状測定装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a shape measurement device that measures the height of a surface to be measured in the optical axis direction by causing interference between measurement light that is irradiated from a light source through an objective lens onto the surface of an object to be measured and reflected by the surface, and reference light that is irradiated from a light source through an objective lens onto the reference surface and reflected by the reference surface.

特開2011-099787号公報JP 2011-099787 A

図15に示す走査型白色干渉計(白色干渉顕微鏡)では、光源からの光L0が、ビームスプリッタ24bにより測定光L1iと参照光L2iに分割され、測定対象物Wの被測定面Waと参照面24cでそれぞれ反射される。被測定面Wa及び参照面24cでそれぞれ反射された測定光L1r及び参照光L2rは、ビームスプリッタ24bにより同一光路上で重ね合わされて合波光L3となる(以下の説明では、測定光L1i、L1r及び参照光L2i、L2rを、それぞれ測定光L1及び参照光L2と総称する場合がある。)。この合波光L3から得られる干渉パターン(干渉縞)のコントラスト又は位相の変化等を求めることにより、測定対象物Wの被測定面Waの形状(例えば、3次元形状、高さ等)を測定することができる。 In the scanning white light interferometer (white light interference microscope) shown in Figure 15, light L0 from a light source is split by beam splitter 24b into measurement light L1i and reference light L2i, which are reflected by the measurement surface Wa and reference surface 24c of the measurement object W, respectively. The measurement light L1r and reference light L2r reflected by the measurement surface Wa and reference surface 24c, respectively, are superimposed on the same optical path by beam splitter 24b to become combined light L3 (in the following description, measurement light L1i, L1r and reference light L2i, L2r may be collectively referred to as measurement light L1 and reference light L2, respectively). By determining the contrast or phase change of the interference pattern (interference fringes) obtained from this combined light L3, the shape (e.g., three-dimensional shape, height, etc.) of the measurement surface Wa of the measurement object W can be measured.

図15の(a)は、対物レンズ24aにより集光された測定光L1iが測定対象物Wの被測定面Waに合焦している例を示している。以下の説明では、図15の(a)に示すように、測定光L1iが被測定面Waに合焦する位置(測定光L1iが被測定面Waに合焦する場合の対物レンズ24aと測定対象物Wの位置関係)を合焦位置という。なお、図15の(a)に示す例では、測定光L1の光路長(測定光路長)D1(a)と、参照光L2の光路長(参照光路長)D2(a)とは異なっている(D1(a)≠D2(a))。 Figure 15(a) shows an example in which the measurement light L1i collected by the objective lens 24a is focused on the measurement surface Wa of the measurement object W. In the following explanation, the position at which the measurement light L1i is focused on the measurement surface Wa (the positional relationship between the objective lens 24a and the measurement object W when the measurement light L1i is focused on the measurement surface Wa) as shown in Figure 15(a) is referred to as the focusing position. Note that in the example shown in Figure 15(a), the optical path length (measurement optical path length) D1(a) of the measurement light L1 is different from the optical path length (reference optical path length) D2(a) of the reference light L2 (D1(a) ≠ D2(a)).

一方、図15の(b)は、測定光路長D1(b)と参照光路長D2(b)とが一致している例を示している(D1(b)=D2(b))。この場合、測定光L1r及び参照光L2rの位相が一致する。以下の説明では、図15の(b)に示すように、測定光路長D1(b)と参照光路長D2(b)とが一致する位置(測定光路長D1(b)と参照光路長D2(b)とが一致する場合の対物レンズ24a、ビームスプリッタ24b、測定対象物W及び参照面24cの位置関係)を干渉位置(干渉縞発生位置)という。なお、図15の(b)に示す例では、対物レンズ24aにより集光された測定光L1iが測定対象物Wの被測定面Waに合焦していない。 On the other hand, Figure 15(b) shows an example in which the measurement optical path length D1(b) and the reference optical path length D2(b) are the same (D1(b) = D2(b)). In this case, the phases of the measurement light L1r and the reference light L2r are the same. In the following description, the position where the measurement optical path length D1(b) and the reference optical path length D2(b) are the same (the positional relationship between the objective lens 24a, beam splitter 24b, measurement object W, and reference surface 24c when the measurement optical path length D1(b) and the reference optical path length D2(b) are the same) as shown in Figure 15(b) is referred to as the interference position (position where interference fringes occur). Note that in the example shown in Figure 15(b), the measurement light L1i collected by the objective lens 24a is not focused on the measurement surface Wa of the measurement object W.

図15の(b)に示すように、測定光L1iが被測定面Waに合焦していない場合、合波光L3から求められる被測定面Waの形状(図16の測定形状F12)が、実際の形状(図16の実形状F10)よりも崩れてしまう。また、合波光L3の光強度が低下するため、感度の低下に起因する測定精度の低下が発生したり、測定不能となったりしてしまう場合がある。 As shown in (b) of Figure 15, when the measurement light L1i is not focused on the measurement surface Wa, the shape of the measurement surface Wa obtained from the combined light L3 (measured shape F12 in Figure 16) will be distorted compared to the actual shape (actual shape F10 in Figure 16). Furthermore, because the light intensity of the combined light L3 decreases, a decrease in sensitivity can occur, resulting in a decrease in measurement accuracy or even in the inability to perform measurements.

このため、上記のような白色干渉顕微鏡では、合焦位置と参照位置とが合致するように調整される。具体的には、対物レンズ24aにより集光された測定光L1iが測定対象物Wの被測定面Waに合焦し、かつ、測定光路長D1と参照光路長D2とが一致するように調整される。 For this reason, in the white light interference microscope described above, the focal position and the reference position are adjusted to coincide. Specifically, the measurement light L1i collected by the objective lens 24a is focused on the measurement surface Wa of the measurement object W, and the measurement optical path length D1 and the reference optical path length D2 are adjusted to coincide.

上記のような白色干渉顕微鏡の調整では、パターンが印刷された平面基板を観察し、作業者が合焦状態を目視で観察しながら手動で各光学要素の位置の調整を実施する。そして、作業者が、対物レンズ24aがパターンに合焦する合焦位置と干渉位置とが合致するように手動で調整を実施し、調整結果の確認を行っていた。 When adjusting a white light interference microscope like the one described above, an operator observes a planar substrate on which a pattern is printed, and manually adjusts the position of each optical element while visually checking the focus state. The operator then manually adjusts the position so that the focus position where the objective lens 24a focuses on the pattern matches the interference position, and checks the adjustment results.

上記のような白色干渉顕微鏡の測定精度を確保するためには、例えば、測定対象物W及び測定対象箇所が変更される都度、白色干渉顕微鏡の調整及び確認作業を高頻度で行うことが好ましい。しかしながら、白色干渉顕微鏡の調整及び確認作業の実施頻度は作業者に依存しているため、調整が十分に行われていない調整不良状態のまま測定対象物Wの測定を行われてしまう場合があり、その場合には精度の低い低信頼データが流出してしまうという問題がある。 To ensure the measurement accuracy of the white light interference microscope described above, it is preferable to frequently adjust and check the white light interference microscope, for example, whenever the measurement object W and the measurement location are changed. However, because the frequency with which the white light interference microscope is adjusted and checked depends on the operator, there are cases where the measurement object W is measured while the microscope is in an improperly adjusted state, which can result in the leakage of low-accuracy, unreliable data.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、白色干渉顕微鏡の調整を容易に実施することが可能な形状測定装置の調整方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a method for adjusting a shape measurement device that makes it easy to adjust a white light interferometer microscope.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、光源からの光を測定光と参照光としてそれぞれ調整用マスターと参照面に照射し、調整用マスター及び参照面によりそれぞれ反射された測定光及び参照光の合波光を用いて測定対象物の被測定面の形状を測定する形状測定装置の調整方法であって、調整用マスターに直交する走査方向に沿う複数の走査位置ごとに調整用マスターの画像を取得し、走査位置ごとの画像から、合焦位置と干渉位置との合致度を示す合致度パラメータを計算するステップと、合致度パラメータに基づいて参照面の目標設定位置を計算するステップとを備える。 To achieve the above-mentioned objective, a first aspect of the present invention is a method for adjusting a shape measurement device that irradiates light from a light source onto an adjustment master and a reference surface as measurement light and reference light, respectively, and measures the shape of the measurement surface of a measurement object using the combined light of the measurement light and reference light reflected by the adjustment master and the reference surface, respectively. The method includes the steps of acquiring an image of the adjustment master for each of a plurality of scanning positions along a scanning direction perpendicular to the adjustment master, calculating a matching parameter indicating the degree of matching between the focus position and the interference position from the image for each scanning position, and calculating a target setting position of the reference surface based on the matching parameter.

本発明の第2の態様に係る形状測定装置の調整方法は、第1の態様において、合致度パラメータは、走査位置ごとの調整用マスターの画像に含まれるピクセルの面上の方向に沿う輝度の差分である第1パラメータと、走査方向に沿う輝度の差分である第2パラメータに基づいて計算する。 A method for adjusting a shape measuring device according to a second aspect of the present invention is the first aspect, in which the degree of match parameter is calculated based on a first parameter which is the difference in luminance along a direction on the surface of pixels included in an image of the adjustment master for each scanning position, and a second parameter which is the difference in luminance along the scanning direction.

本発明の第3の態様に係る形状測定装置の調整方法は、第1又は第2の態様において、参照面の位置ごとに合致度パラメータの計算を行うステップと、参照面の位置ごとに計算した合致度パラメータに基づいて参照面の目標設定位置を計算するステップとを備える。 A method for adjusting a shape measuring device according to a third aspect of the present invention is the same as that of the first or second aspect, and includes the steps of calculating a matching parameter for each position of the reference surface, and calculating a target setting position of the reference surface based on the matching parameter calculated for each position of the reference surface.

本発明の第4の態様に係る形状測定装置の調整方法は、第2の態様において、参照面の目標設定位置は、合致度パラメータの計算に用いた画像を取得したときにおける参照面の位置から、第1パラメータと第2パラメータのピーク値の差分だけ参照面を移動させた位置とする。 A fourth aspect of the present invention relates to a method for adjusting a shape measuring device, and in the second aspect, the target setting position of the reference surface is a position obtained by moving the reference surface by the difference between the peak values of the first parameter and the second parameter from the position of the reference surface when the image used to calculate the degree of match parameter was acquired.

本発明によれば、走査位置ごとの調整用マスターの画像から合致度パラメータを算出することにより、形状測定装置の調整を容易に行うことが可能になる。 According to the present invention, matching parameters can be calculated from images of the adjustment master for each scanning position, making it possible to easily adjust the shape measurement device.

図1は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a shape measuring device according to an embodiment of the present invention. 図2は、走査位置ごとのに取得したマスターの画像を示す図である。FIG. 2 shows images of the master acquired at each scanning position. 図3は、横コントラストパラメータの計算例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of calculation of the horizontal contrast parameter. 図4は、縦コントラストパラメータの計算例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of calculation of the vertical contrast parameter. 図5は、横コントラストパラメータの計算例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of calculation of the horizontal contrast parameter. 図6は、横コントラストパラメータ及び縦コントラストパラメータと走査位置(Z位置)との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the horizontal contrast parameter and the vertical contrast parameter and the scanning position (Z position). 図7は、合致度パラメータと参照面の位置との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the degree of match parameter and the position of the reference surface. 図8は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置の調整方法を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a method for adjusting a shape measuring device according to an embodiment of the present invention. 図9は、干渉縞の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of interference fringes. 図10は、横コントラストパラメータの計算に対する干渉縞の影響を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the effect of interference fringes on the calculation of the lateral contrast parameter. 図11は、実施例3に係るマスターの設置形態を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an installation form of the master according to the third embodiment. 図12は、実施例3に係るカーネルの例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a kernel according to the third embodiment. 図13は、変形例1に係る形状測定装置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a shape measuring device according to the first modification. 図14は、変形例2に係る形状測定装置を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a shape measuring device according to the second modification. 図15は、白色干渉顕微鏡の例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of a white light interference microscope. 図16は、実形状と測定波形の関係を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the actual shape and the measured waveform.

以下、添付図面に従って本発明に係る形状測定装置の調整方法の実施の形態について説明する。 Below, an embodiment of the method for adjusting a shape measuring device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[形状測定装置]
図1は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示す図である。なお、図中の互いに直交するXYZ方向のうちでXY方向は水平方向に平行な方向であり、Z方向は上下方向に平行な方向である。
[Shape measuring device]
1 is a diagram showing a shape measuring device according to an embodiment of the present invention, in which, of the mutually orthogonal X, Y and Z directions in the figure, the X and Y directions are parallel to the horizontal direction, and the Z direction is parallel to the vertical direction.

図1に示すように、形状測定装置1は、白色干渉顕微鏡10と、駆動機構12と、スケール14と、データ処理部100とを備える。 As shown in FIG. 1, the shape measurement device 1 includes a white light interferometer microscope 10, a drive mechanism 12, a scale 14, and a data processing unit 100.

白色干渉顕微鏡10は、マイケルソン型の走査型白色干渉顕微鏡である。白色干渉顕微鏡10は、光源部20と、ビームスプリッタ22と、干渉対物レンズ24と、結像レンズ26と、カメラ28とを備える。被測定面WaからZ方向上方側に沿って、干渉対物レンズ24と、ビームスプリッタ22と、結像レンズ26と、カメラ28の順で配置されている。また、ビームスプリッタ22に対してX方向(Y方向でも可)に対向する位置に光源部20が配置されている。 The white light interference microscope 10 is a Michelson-type scanning white light interference microscope. It comprises a light source unit 20, a beam splitter 22, an interference objective lens 24, an imaging lens 26, and a camera 28. The interference objective lens 24, the beam splitter 22, the imaging lens 26, and the camera 28 are arranged in this order from the surface Wa to be measured upward in the Z direction. The light source unit 20 is also arranged opposite the beam splitter 22 in the X direction (or the Y direction).

光源部20は、データ処理部100の制御の下、ビームスプリッタ22に向けて平行光束の白色光L0(可干渉性の少ない低コヒーレンス光)を出射する。この光源部20は、図示は省略するが、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、及び高輝度放電ランプなどの白色光L0を出射可能な光源と、この光源から出射された白色光L0を平行光束に変換するコレクタレンズとを備える。 Under the control of the data processing unit 100, the light source unit 20 emits a parallel beam of white light L0 (low-coherence light) toward the beam splitter 22. Although not shown, the light source unit 20 includes a light source capable of emitting white light L0, such as a light-emitting diode, semiconductor laser, halogen lamp, or high-intensity discharge lamp, and a collector lens that converts the white light L0 emitted from this light source into a parallel beam of light.

ビームスプリッタ22は、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ22は、光源部20から入射した白色光L0の一部を測定光L1iとしてZ方向下方側の干渉対物レンズ24に向けて反射する。また、ビームスプリッタ22は、干渉対物レンズ24から入射する後述の合波光L3の一部をZ方向上方側に透過して、この合波光L3を結像レンズ26に向けて出射する。 The beam splitter 22 may be, for example, a half mirror. The beam splitter 22 reflects a portion of the white light L0 incident from the light source unit 20 as measurement light L1i toward the interference objective lens 24 located downward in the Z direction. The beam splitter 22 also transmits a portion of the combined light L3 (described below) incident from the interference objective lens 24 toward the upper side in the Z direction, and emits this combined light L3 toward the imaging lens 26.

干渉対物レンズ24は、マイケルソン型であり、対物レンズ24aとビームスプリッタ24bと参照面24cとを備える。被測定面WaからZ方向上方側に沿ってビームスプリッタ24b及び対物レンズ24aが順に配置され、また、ビームスプリッタ24bに対してX方向(Y方向でも可)に対向する位置に参照面24cが配置されている。以下マイケルソン型の干渉光学系を用いて説明するが、干渉光学系はマイケルソン型に限るものでは無く、ミラウ型やリニック型等、公知の干渉光学系を採用する事ができる。 The interference objective lens 24 is a Michelson type and includes an objective lens 24a, a beam splitter 24b, and a reference surface 24c. The beam splitter 24b and objective lens 24a are arranged in this order above the measured surface Wa in the Z direction, and the reference surface 24c is arranged opposite the beam splitter 24b in the X direction (or the Y direction). The following explanation will use a Michelson type interference optical system, but the interference optical system is not limited to the Michelson type; known interference optical systems such as the Mirau type and Linnik type can also be used.

対物レンズ24aは、集光作用を有しており、ビームスプリッタ22から入射した測定光L1を、ビームスプリッタ24bを通して被測定面Waに集光させる。 The objective lens 24a has a focusing function, and focuses the measurement light L1 incident from the beam splitter 22 onto the measurement surface Wa through the beam splitter 24b.

ビームスプリッタ24bは、本発明の干渉部に相当するものであり、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ24bは、対物レンズ24aから入射する白色光L0の一部を参照光L2iとして分割し、残りの測定光L1iを透過して被測定面Waに出射し且つ参照光L2iを参照面24cに向けて反射する。なお、図中の符号D1は、ビームスプリッタ24bと被測定面Waとの間の測定光L1の光路長である測定光路長を示す。ビームスプリッタ24bを透過した測定光L1iは、被測定面Waに照射された後、被測定面Waにより反射されてビームスプリッタ24bに戻る。 Beam splitter 24b corresponds to the interference unit of the present invention and is, for example, a half mirror. Beam splitter 24b splits a portion of the white light L0 incident from objective lens 24a as reference light L2i, transmits the remaining measurement light L1i, and emits it to the measurement surface Wa, while reflecting the reference light L2i toward reference surface 24c. Note that symbol D1 in the figure indicates the measurement optical path length, which is the optical path length of measurement light L1 between beam splitter 24b and measurement surface Wa. After transmitting through beam splitter 24b, measurement light L1i is irradiated onto measurement surface Wa, and is reflected by the measurement surface Wa before returning to beam splitter 24b.

参照面24cは、例えば反射ミラーが用いられ、ビームスプリッタ24bから入射した参照光L2iをビームスプリッタ24bに向けて反射する。この参照面24cは、不図示の位置調整機構(例えば、ボールねじ機構、アクチュエータ等)によってX方向の位置を手動で調整可能である。これにより、ビームスプリッタ24bと参照面24cとの間の参照光L2の光路長である参照光路長D2を調整することができる。この参照光路長D2は、測定光路長D1と一致(略一致を含む)するように調整される。 Reference surface 24c, for example, is a reflective mirror that reflects reference light L2i incident from beam splitter 24b toward beam splitter 24b. The position of this reference surface 24c in the X direction can be manually adjusted using a position adjustment mechanism (e.g., a ball screw mechanism, actuator, etc.) not shown. This makes it possible to adjust the reference optical path length D2, which is the optical path length of reference light L2 between beam splitter 24b and reference surface 24c. This reference optical path length D2 is adjusted to match (or approximately match) the measurement optical path length D1.

ビームスプリッタ24bは、被測定面Waから戻る測定光L1と参照面24cから戻る参照光L2との合波光L3を生成し、この合波光L3をZ方向上方側の対物レンズ24aに向けて出射する。この合波光L3は、対物レンズ24a及びビームスプリッタ22を透過して結像レンズ26に入射する。 The beam splitter 24b generates combined light L3 from the measurement light L1 returning from the measured surface Wa and the reference light L2 returning from the reference surface 24c, and emits this combined light L3 toward the objective lens 24a located above in the Z direction. This combined light L3 passes through the objective lens 24a and the beam splitter 22 and enters the imaging lens 26.

結像レンズ26は、ビームスプリッタ22から入射した合波光L3をカメラ28の撮像面(図示は省略)に結像させる。具体的には結像レンズ26は、対物レンズ24aの焦点面上における点を、カメラ28の撮像面上の像点として結像する。 The imaging lens 26 forms an image of the combined light L3 incident from the beam splitter 22 on the imaging plane (not shown) of the camera 28. Specifically, the imaging lens 26 forms an image of a point on the focal plane of the objective lens 24a as an image point on the imaging plane of the camera 28.

カメラ28は、図示は省略するがCCD(Charge Coupled Device)型又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の撮像素子を備える。カメラ28は、結像レンズ26により撮像面に結像された合波光L3を撮像し、この撮像により得られた合波光L3の撮像信号を信号処理して撮像画像を出力する。 The camera 28 is equipped with a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) imaging element (not shown). The camera 28 captures the combined light L3 imaged on the imaging surface by the imaging lens 26, processes the imaging signal of the combined light L3 obtained by this imaging, and outputs the captured image.

駆動機構12は、本発明の走査部に相当する。駆動機構12は、リニアモータ或いはモータ駆動機構により構成されており、白色干渉顕微鏡10を走査方向であるZ方向に移動自在に保持している。この駆動機構12は、データ処理部100の制御の下、白色干渉顕微鏡10をZ方向に沿って走査する。 The drive mechanism 12 corresponds to the scanning unit of the present invention. The drive mechanism 12 is composed of a linear motor or a motor drive mechanism, and holds the white light interferometer 10 so that it can move freely in the Z direction, which is the scanning direction. Under the control of the data processing unit 100, this drive mechanism 12 scans the white light interferometer 10 along the Z direction.

なお、駆動機構12は、被測定面Waに対して白色干渉顕微鏡10をZ方向に相対的に走査可能であればよく、例えば被測定面Wa(被測定面Waを支持する支持部)をZ方向に走査してもよい。 The drive mechanism 12 only needs to be able to scan the white light interferometer 10 relative to the measurement surface Wa in the Z direction; for example, it may scan the measurement surface Wa (the support portion that supports the measurement surface Wa) in the Z direction.

スケール14は、白色干渉顕微鏡10のZ方向位置を検出する位置検出センサであり、例えばリニアスケールが用いられる。このスケール14は、白色干渉顕微鏡10のZ方向位置を繰り返し検出し、その位置検出結果をデータ処理部100に対して繰り返し出力する。 The scale 14 is a position detection sensor that detects the Z-direction position of the white light interferometer 10, and is, for example, a linear scale. This scale 14 repeatedly detects the Z-direction position of the white light interferometer 10 and repeatedly outputs the position detection results to the data processing unit 100.

データ処理部100は、操作部108からの操作入力に応じて、白色干渉顕微鏡10(形状測定装置1)による被測定面Waの三次元形状の測定動作を制御し、被測定面Waの三次元形状の演算等を行う。データ処理部100は、各種の演算を実行するプロセッサ(例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等)と、プロセッサの作業領域となるメモリ(例えば、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等)と、各種のプログラム及びデータを保存するためのストレージデバイス(例えば、SSD(Solid State Drive)又はHDD(Hard Disk Drive)等)を含んでいる。 The data processing unit 100 controls the measurement operation of the three-dimensional shape of the measurement surface Wa by the white light interferometer microscope 10 (shape measurement device 1) in response to operation input from the operation unit 108, and performs calculations of the three-dimensional shape of the measurement surface Wa. The data processing unit 100 includes a processor (e.g., a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc.) that performs various calculations, memory (e.g., a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory)), etc.) that serves as the processor's working area, and a storage device (e.g., an SSD (Solid State Drive) or an HDD (Hard Disk Drive), etc.) for storing various programs and data.

データ処理部100は、ストレージに保存されたプログラムをプロセッサにより実行することにより、後述の各種の機能(形状測定部102、合致度パラメータ計算部104及び合致度判定部106)を実現可能となっている。 The data processing unit 100 is able to implement various functions (shape measurement unit 102, match parameter calculation unit 104, and match determination unit 106) described below by executing programs stored in storage using a processor.

なお、データ処理部100の機能は、1つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。また、データ処理部100の機能は、汎用のコンピュータにより実現されるようにしてもよい。 The functions of the data processing unit 100 may be realized by a single processor, or by multiple processors of the same or different types. The functions of the data processing unit 100 may also be realized by a general-purpose computer.

操作部108は、データ処理部100に対する作業者の操作入力を受け付けるための操作部材(例えば、キーボード及びマウス等)を含んでいる。 The operation unit 108 includes operation members (e.g., a keyboard and mouse) for accepting operation inputs from the operator to the data processing unit 100.

出力部110は、データ処理部100によるプログラムの実行結果、演算結果のデータ等を出力するための装置である。出力部110は、例えば、操作UI(User Interface)及び検出結果を表示するためのモニタ(例えば、液晶ディスプレイ等)を含んでいる。また、出力部110は、モニタに加えて又はモニタに代えて、プリンタ又はスピーカ等を含んでいてもよい。 The output unit 110 is a device for outputting the results of program execution by the data processing unit 100, data on the results of calculations, etc. The output unit 110 includes, for example, an operation UI (User Interface) and a monitor (e.g., an LCD display) for displaying the detection results. The output unit 110 may also include a printer, speaker, etc. in addition to or instead of the monitor.

[形状測定装置の調整手順]
データ処理部100は、調整用マスターM(以下、マスターMという。)の測定結果を用いて、合焦位置と干渉位置が合致している度合を示す合致度パラメータ(測定光L1iがマスターMに合焦し、かつ、測定光L1r及び参照光L2rが干渉するための合致度を示す合致度パラメータ)を算出する。そして、この合致度パラメータを用いて、合焦位置と干渉位置が合致の度合を評価し、形状測定装置1の調整を行うことが可能となっている。
[Procedure for adjusting the shape measuring device]
The data processing unit 100 uses the measurement results of the adjustment master M (hereinafter referred to as master M) to calculate a match parameter indicating the degree of match between the focus position and the interference position (a match parameter indicating the degree of match for the measurement light L1i to be focused on the master M and for the measurement light L1r and reference light L2r to interfere with each other).Then, using this match parameter, it is possible to evaluate the degree of match between the focus position and the interference position and adjust the shape measuring device 1.

(合致度パラメータ)
次に、合致度パラメータの計算手順について説明する。
(matching parameter)
Next, the procedure for calculating the degree-of-match parameter will be described.

本実施形態では、パターンが印刷されたマスターMを測定対象物として、駆動機構12により白色干渉顕微鏡10をZ方向に走査しながら、マスターMの表面のパターンの画像を繰り返し取得する。 In this embodiment, a master M with a printed pattern is used as the measurement object, and images of the pattern on the surface of the master M are repeatedly acquired while the white light interferometer 10 is scanned in the Z direction by the drive mechanism 12.

ここで、マスターMとしては、例えば、表面に任意の形状パターンが表面に形成された平板状のものを用いることができる。マスターMの表面に形成されるパターンは、例えば、各種解像度チャートに用いられるパターン、例えば、放射状(スターチャート)、市松模様(checkered pattern)、グリッドチャート、USAF 1951ターゲット(United States Air Force MIL-STD-150A standard of 1951)、ISO12233準拠(ISO:International Organization for Standardization)の解像度チャート(CIPA(Camera & Imaging Products Association)解像度チャート)等の全部又は一部を使用することができる。また、マスターMとしては、粗さ標準片(例えば、疑似粗さ標準片、ランダム形状粗さ標準片等)を用いることも可能である。なお、形状パターンの種類については、上記に例示したものに限定されない。 The master M can be, for example, a flat plate with an arbitrary shape pattern formed on its surface. The pattern formed on the surface of the master M can be, for example, all or part of the patterns used in various resolution charts, such as a radial (star chart), a checkered pattern, a grid chart, a USAF 1951 target (United States Air Force MIL-STD-150A standard of 1951), or a resolution chart conforming to ISO 12233 (ISO: International Organization for Standardization) (CIPA (Camera & Imaging Products Association) resolution chart). It is also possible to use a roughness standard (e.g., a pseudo-roughness standard, a random-shape roughness standard, etc.) as the master M. The types of shape patterns are not limited to those exemplified above.

データ処理部100は、走査位置ZごとのマスターMの画像Iを白色干渉顕微鏡10から取得する。ここで、iは、Z方向の走査位置を示すフレーム番号であり、i=1,2,…,N(N≧2)である(図2参照)。 The data processing unit 100 acquires an image Ii of the master M for each scanning position Zi from the white light interferometer microscope 10. Here, i is a frame number indicating the scanning position in the Z direction, and i = 1, 2, ..., N (N ≥ 2) (see Figure 2).

合致度パラメータ計算部104は、カメラ28の画面(XY面)上のXY方向に関する第1パラメータ(横コントラストの評価パラメータ。以下、横コントラストパラメータという。)と、時間軸方向(すなわち、フレーム番号又はZ方向)に関する第2パラメータ(縦コントラストの評価パラメータ。以下、縦コントラストパラメータという。)をそれぞれ計算する。そして、合致度パラメータ計算部104は、横コントラストパラメータ及び縦コントラストパラメータとZ方向の走査位置との相関から走査位置Zごとの合致度パラメータを算出する。 The match parameter calculation unit 104 calculates a first parameter (a parameter for evaluating horizontal contrast, hereinafter referred to as the horizontal contrast parameter) related to the X and Y directions on the screen (XY plane) of the camera 28, and a second parameter (a parameter for evaluating vertical contrast, hereinafter referred to as the vertical contrast parameter) related to the time axis direction (i.e., frame number or Z direction).The match parameter calculation unit 104 then calculates a match parameter for each scanning position Zi from the correlation between the horizontal contrast parameter and the vertical contrast parameter and the scanning position in the Z direction.

合致度判定部106は、走査位置Zごとの合致度パラメータから合致度が最大となる参照面24cの位置を算出する。 The degree-of-match determining unit 106 calculates the position of the reference surface 24c at which the degree of match is maximized from the degree-of-match parameters for each scanning position Zi .

これにより、合致度が最大となる位置に参照面24cを移動させることができ、形状測定装置1の調整を容易に行うことができる。 This allows the reference surface 24c to be moved to the position where the degree of match is maximized, making it easy to adjust the shape measuring device 1.

図3及び図4は、それぞれ横コントラストパラメータ及び縦コントラストパラメータの計算例を説明するための図である。以下の説明では、画像Iにおけるピクセル(x,y)の輝度をPi(x,y)とする。 3 and 4 are diagrams for explaining examples of calculation of the horizontal contrast parameter and the vertical contrast parameter, respectively. In the following explanation, the luminance of pixel (x, y) in image Ii is defined as Pi (x, y) .

横コントラストパラメータを計算する場合、画像Iのピクセル(x,y)に対して、図3の(a)に示す隣接ピクセル((x-1,y-1)、(x-1,y)、(x-1,y+1)、(x,y-1)、(x,y+1)、(x+1,y-1)、(x+1,y)及び(x+1,y+1))との輝度の差分Cpi(x,y)を計算する。 When calculating the horizontal contrast parameter, for a pixel (x, y) in image Ii , the difference in brightness Cp i(x, y) between the pixel and the adjacent pixels ((x-1, y-1), (x-1, y), (x-1, y+1), (x, y-1), (x, y+1), (x+1, y-1), (x+1, y) and (x+1, y+1)) shown in FIG. 3(a) is calculated.

具体的には、Cpi(x,y)は、ピクセル(x,y)とその隣接ピクセルの輝度値Pi(x,y)に対して、図3の(b)に示すカーネル(係数)を乗算することにより求められる。図3の(b)に示すカーネル(係数)を適用した場合、Cpi(x,y)は、下記の式(1)により表される。 Specifically, Cpi (x,y) is obtained by multiplying the luminance values Pi(x,y) of the pixel (x,y ) and its adjacent pixels by the kernel (coefficients) shown in Fig. 3(b). When the kernel (coefficients) shown in Fig. 3(b) is applied, Cpi (x,y) is expressed by the following formula (1).

Cpi(x,y)=|4×Pi(x,y)-Pi(x-1,y)-Pi(x+1,y)
-Pi(x,y-1)-Pi(x,y+1)| …(1)
縦コントラストパラメータを計算する場合、画像Iのピクセル(x,y)に対して、図4の(a)に示すZ方向の前後の画像Ii-1,Ii+1の同一位置のピクセルとの輝度の差分Cti(x,y)を計算する。
Cp i(x,y) = |4×P i(x,y) -P i(x-1,y) -P i(x+1,y)
-P i (x, y-1) -P i (x, y+1) | ...(1)
When calculating the vertical contrast parameter, the difference Ct i (x, y) in brightness between a pixel (x, y) in image I i and the pixels at the same position in the previous and next images I i-1 and I i+1 in the Z direction shown in Figure 4(a ) is calculated.

具体的には、Cti(x,y)は、ピクセル(x,y)とその隣接ピクセルの輝度値Pi(x,y)に対して、図4の(b)に示すカーネル(係数)を乗算することにより求められる。図4の(b)に示すカーネル(係数)を適用した場合、Cti(x,y)は、下記の式(2)により表される。 Specifically, Ct i(x, y) is obtained by multiplying the luminance values Pi(x, y ) of the pixel (x, y ) and its adjacent pixels by the kernel (coefficients) shown in Fig. 4(b). When the kernel (coefficients) shown in Fig. 4(b) is applied, Ct i(x, y) is expressed by the following formula (2).

Cti(x,y)=|2×Pi(x,y)-P(i-1)(x,y)-P(i+1)(x,y)| …(2)
なお、図3の(a)及び図4の(b)に示した隣接ピクセルの選び方と、図3の(b)及び図4の(b)に示したカーネルは一例であり、パラメータの計算方法は上記に限定されるものではない。例えば、XY方向の端部又はZ方向の端部のピクセルについては、隣接ピクセルの選び方又はカーネルを変えてもよい。
Ct i(x,y) = |2×P i(x,y) −P (i−1)(x,y) −P (i+1)(x,y) | …(2)
Note that the methods of selecting adjacent pixels shown in Figures 3(a) and 4(b) and the kernels shown in Figures 3(b) and 4(b) are merely examples, and the method of calculating parameters is not limited to the above. For example, for pixels at the ends in the X and Y directions or the end in the Z direction, the method of selecting adjacent pixels or the kernel may be changed.

図5は、横コントラストパラメータCpi(x,y)の計算例を示す図である。例えば、図5に示すように、Cpi(x,y)を計算する際には、着目ピクセル(x,y)に対して、その隣接ピクセル((x-1,y-1)、(x-1,y)、(x-1,y+1)、(x,y-1)、(x,y+1)、(x+1,y-1)、(x+1,y)及び(x+1,y+1))の輝度値に対して掛けて足した値の絶対値をコントラスト値(合焦度)とする。 5 is a diagram showing an example of calculation of the horizontal contrast parameter Cp i(x, y) . For example, as shown in FIG. 5, when calculating Cp i(x, y) , the contrast value (degree of focus) is determined by multiplying the luminance values of the pixel of interest (x, y) by the luminance values of its neighboring pixels ((x-1, y-1), (x-1, y), (x-1, y+1), (x, y-1), (x, y+1), (x+1, y-1), (x+1, y), and (x+1, y+1)).

上記の横コントラストパラメータ及び縦コントラストパラメータ(Cp,Ct)は、画像Ii内の全てのピクセル、又は一部抽出したピクセルに対して上記計算を行い、その合計値又は中央値等を、合致度パラメータの計算に用いることができる。 The above horizontal contrast parameters and vertical contrast parameters (Cp, Ct) can be calculated for all pixels in image Ii or for a subset of pixels, and the sum or median of these values can be used to calculate the matching parameter.

次に、上記のようにして、各画像I~Iに対して横コントラストパラメータCp~Cpと縦コントラストパラメータCt~Ctを計算し、走査位置Zとの相関をとる。 Next, as described above, the horizontal contrast parameters Cp 1 to Cp N and the vertical contrast parameters Ct 1 to Ct N are calculated for each of the images I 1 to I N , and correlations with the scanning position Z i are calculated.

図6は、横コントラストパラメータ及び縦コントラストパラメータと走査位置(Z位置)との関係を示すグラフである。図6において、曲線Cp及びCtは、それぞれ横コントラストパラメータCp~Cp及び縦コントラストパラメータCt~Ctの近似曲線(例えば、最小二乗近似又は多項式近似により求めた曲線)である。 6 is a graph showing the relationship between the horizontal contrast parameter and the vertical contrast parameter and the scanning position (Z position). In FIG. 6, the curves Cp and Ct are approximate curves (e.g., curves obtained by least squares approximation or polynomial approximation) of the horizontal contrast parameters Cp 1 to Cp N and the vertical contrast parameters Ct 1 to Ct N , respectively.

合致度パラメータ計算部104は、横コントラストパラメータCp及び縦コントラストパラメータCtがピーク(最大)となる走査位置(Zp,Zt)をそれぞれ計算する。そして、合致度パラメータ計算部104は、ZpとZtが合致している度合を示すパラメータ|Zp-Zt|を、合焦位置と干渉位置の合致度を示すパラメータとして計算する。 The matching parameter calculation unit 104 calculates the scanning positions (Zp, Zt) at which the horizontal contrast parameter Cp and the vertical contrast parameter Ct reach their peaks (maximums). The matching parameter calculation unit 104 then calculates the parameter |Zp-Zt|, which indicates the degree to which Zp and Zt match, as a parameter indicating the degree of match between the in-focus position and the interference position.

次に、参照面24cの位置を変化させながら同様の測定を行う。そして、合致度判定部106は、参照面24cの位置と合致度パラメータとの関係から、参照面24cの目標設定位置を計算する。 Next, similar measurements are performed while changing the position of the reference surface 24c. The match determination unit 106 then calculates the target setting position of the reference surface 24c from the relationship between the position of the reference surface 24c and the match parameter.

図7は、合致度パラメータと参照面の位置との関係を示すグラフである。図7には、参照面24cの位置ごとに計算した合致度パラメータ|Zp-Zt|の値と、その近似曲線(例えば、最小二乗近似又は多項式近似により求めた曲線)とを図示している。 Figure 7 is a graph showing the relationship between the degree of match parameter and the position of the reference surface. Figure 7 illustrates the value of the degree of match parameter |Zp - Zt| calculated for each position on the reference surface 24c, along with its approximation curve (e.g., a curve calculated using least-squares approximation or polynomial approximation).

合致度判定部106は、合致度パラメータ|Zp-Zt|の値が最小となる参照面24cの位置を探索し、その位置を規定の参照面の目標設定位置Aoとして採用する。 The match determination unit 106 searches for the position on the reference surface 24c where the value of the match parameter |Zp - Zt| is minimum, and adopts that position as the target setting position Ao of the specified reference surface.

本実施形態では、合致度パラメータとして差分絶対値|Zp-Zt|を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、差分(Zp-Zt)の2乗、{min(Zp,Zt)/max(Zp,Zt)}又は[1-{min(Zp,Zt)/max(Zp,Zt)}]等の、ZpとZtが合致している度合を示す任意のパラメータを合致度パラメータとして採用することも可能である。なお、合致度パラメータとして差分(Zp-Zt)の2乗を採用した場合には、合致度パラメータが最小となる参照面24cの位置を目標設定位置とすればよい。合致度パラメータとして{min(Zp,Zt)/max(Zp,Zt)}を採用した場合には、合致度パラメータが1に最も近くなる参照面24cの位置を目標設定位置とすればよい。また、合致度パラメータとして[1-{min(Zp,Zt)/max(Zp,Zt)}]を採用した場合には、合致度パラメータが0に最も近くなる参照面24cの位置を目標設定位置とすればよい。 In this embodiment, the absolute difference |Zp - Zt| is used as the matching parameter, but the present invention is not limited to this. For example, any parameter indicating the degree to which Zp and Zt match, such as the square of the difference (Zp - Zt), {min(Zp, Zt)/max(Zp, Zt)}, or [1 - {min(Zp, Zt)/max(Zp, Zt)}], can also be used as the matching parameter. Note that when the square of the difference (Zp - Zt) is used as the matching parameter, the position of the reference surface 24c where the matching parameter is minimum can be set as the target setting position. When {min(Zp, Zt)/max(Zp, Zt)} is used as the matching parameter, the position of the reference surface 24c where the matching parameter is closest to 1 can be set as the target setting position. Furthermore, if the matching parameter is [1-{min(Zp,Zt)/max(Zp,Zt)}], the position of the reference surface 24c where the matching parameter is closest to 0 can be set as the target setting position.

(合致度の確認を行うタイミング)
なお、マスターMを用いて合致度を確認するタイミング(時期的条件)としては、下記の例が考えられる。
(Timing for checking the degree of match)
The timing (time conditions) for checking the degree of match using the master M may be as follows:

(a)測定対象物Wの測定実行回数が一定値を超えた場合に確認を実施する。この場合、測定実行回数を制限することにより、調整不良状態で測定実行してしまう測定対象物Wの最大数を制限することが可能になる。 (a) A check is performed when the number of measurements performed on the measurement object W exceeds a certain value. In this case, by limiting the number of measurements performed, it is possible to limit the maximum number of measurements performed on the measurement object W in a poorly adjusted state.

(b)一定時間又は一定日数経過時に確認を実施する。この場合、調整不良状態で測定対象物Wの測定が実行されてしまった場合であっても、調整不良状態で測定された測定対象物W及び測定データを測定日等により特定することができる。これにより、調整不良状態で測定された測定データを容易にトレースすることができ、再測定を行うことが可能になる。 (b) A check is performed after a certain period of time or a certain number of days has elapsed. In this case, even if measurement of the measurement object W is performed in a poorly adjusted state, the measurement object W and measurement data measured in a poorly adjusted state can be identified by the measurement date, etc. This makes it easy to trace the measurement data measured in a poorly adjusted state, making it possible to perform re-measurements.

(c)測定のバッチ(例えば、ロット等)の開始時に確認を実施する。この場合、調整不良状態で測定実行してしまう測定対象物Wがバッチに制限される。これにより、調整不良状態で測定された測定データを容易にトレースすることができ、再測定を行うことが可能になる。 (c) A check is performed at the start of a measurement batch (e.g., a lot). In this case, the measurement objects W that are measured in a misaligned state are limited to the batch. This makes it easy to trace measurement data measured in a misaligned state, allowing for remeasurement.

なお、確認の実施タイミングは、上記に例示列挙したものに限定されない。上記の(a)~(c)及びこれらの組み合せを作業者が選択又は設定可能としてもよい。 Note that the timing of confirmation is not limited to the examples listed above. The worker may be able to select or set (a) to (c) above or a combination thereof.

[形状測定装置の調整方法]
図8は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置の調整方法を示すフローチャートである。
[Method for adjusting a shape measuring device]
FIG. 8 is a flowchart showing a method for adjusting a shape measuring device according to an embodiment of the present invention.

まず、白色干渉顕微鏡10のステージSTにマスターMをセットし(ステップS10)、駆動機構12により白色干渉顕微鏡10をZ方向の初期位置に設定する(ステップS12)。 First, the master M is set on the stage ST of the white light interferometer 10 (step S10), and the driving mechanism 12 sets the white light interferometer 10 to its initial position in the Z direction (step S12).

次に、マスターMの画像の取得(ステップS14)と白色干渉顕微鏡10のZ方向走査(ステップS18)とを繰り返し、Z方向の走査が終了すると(ステップS16のYes、各走査位置Zの画像Iから合致度パラメータを計算する(ステップS20)。 Next, acquisition of an image of the master M (step S14) and scanning in the Z direction of the white light interference microscope 10 (step S18) are repeated, and when scanning in the Z direction is completed (Yes in step S16), a matching parameter is calculated from the image Ii at each scanning position Zi (step S20).

次に、参照面24cをX方向に走査して(ステップS24)、ステップS12からS20を繰り返し、参照面24cの走査を終了すると(ステップS22のYes)、合致度パラメータ(図7参照)に基づいて、参照面24cの目標設定位置Aoを計算する(ステップS26)。そして、参照面24cを目標設定位置Aoに移動することにより、形状測定装置1の調整を終了する。 Next, the reference surface 24c is scanned in the X direction (step S24), and steps S12 to S20 are repeated. When scanning of the reference surface 24c is completed (Yes in step S22), the target setting position Ao of the reference surface 24c is calculated based on the matching parameter (see Figure 7) (step S26). Then, the reference surface 24c is moved to the target setting position Ao, thereby completing adjustment of the shape measuring device 1.

本実施形態によれば、参照面24cの目標設定位置を数値的に算出することができるので、参照面24cの位置の調整を高精度で行うことができる。さらに、作業者の個人差又は基準に依存することなく、参照面24cの位置の調整の再現性を高めることができる。 According to this embodiment, the target setting position of the reference surface 24c can be calculated numerically, allowing the position of the reference surface 24c to be adjusted with high precision. Furthermore, the reproducibility of the adjustment of the position of the reference surface 24c can be improved without relying on individual differences or standards between operators.

[実施例1]
図7に示した横コントラストパラメータCpがピーク値をとるピーク位置Zp(合焦位置を示す)と、縦コントラストパラメータCtがピーク値をとるピーク位置Zt(干渉位置を示す)の距離差は、測定光路長D1と、参照光路長D2との光路差を示している。
[Example 1]
The distance difference between the peak position Zp (indicating the in-focus position) where the horizontal contrast parameter Cp shown in Figure 7 reaches its peak value and the peak position Zt (indicating the interference position) where the vertical contrast parameter Ct reaches its peak value indicates the optical path difference between the measurement optical path length D1 and the reference optical path length D2.

参照面24cの位置は、(Zp-Zt)だけ移動することで、参照面24cの目標設定位置Aoを得ることができる。 The target setting position Ao of the reference surface 24c can be obtained by moving the position of the reference surface 24c by (Zp - Zt).

実施例1によれば、参照面24cの位置を変えながらコントラスト測定(ステップS22~S24のループ)を行う必要が無くなるため、より短時間で形状測定装置1の調整が可能となり、装置の効率化に寄与する。 According to Example 1, there is no need to perform contrast measurement (the loop of steps S22 to S24) while changing the position of the reference surface 24c, which enables adjustment of the shape measuring device 1 in a shorter time, contributing to improved efficiency of the device.

[実施例2]
干渉位置が合焦位置に近い場合(例えば、焦点深度の範囲内のずれの場合)、横コントラストパラメータCpを計算する際に、図9に示すように、カメラ28の画面内に干渉縞が発生する。この干渉縞が横コントラストパラメータCpの計算に悪影響を与え、図10に示すように、合焦位置を示すZpの計算精度が低下する課題があった。図10では、横コントラストパラメータCpの形状がCpfのように歪んでしまい、ピーク位置がZpからZpfにずれている。特に、マスターMの設置角度が一定程度存在する場合、カメラ28の画面内に干渉縞による明暗がより発生しやすくなる。
[Example 2]
When the interference position is close to the in-focus position (for example, when the deviation is within the range of the focal depth), interference fringes appear within the screen of the camera 28 when calculating the horizontal contrast parameter Cp, as shown in Fig. 9. These interference fringes have an adverse effect on the calculation of the horizontal contrast parameter Cp, resulting in a problem of reduced calculation accuracy for Zp, which indicates the in-focus position, as shown in Fig. 10. In Fig. 10, the shape of the horizontal contrast parameter Cp is distorted like Cpf, and the peak position is shifted from Zp to Zpf. In particular, when the installation angle of the master M is to a certain extent, light and dark areas due to interference fringes are more likely to appear within the screen of the camera 28.

実施例2では、横コントラストパラメータCpを計算するときに、輝度がカメラ28の最大値付近又は最小値付近のピクセルを、横コントラストパラメータCpの計算から外す処理を行う。例えば、各ピクセルの分解能が8bit(0~255)である場合、輝度が0付近(例えば、0~9)、255付近(例えば、246~255)であるピクセルに対しては計算を行わず、上記の範囲外のピクセルで計算した値を利用する。 In Example 2, when calculating the horizontal contrast parameter Cp, pixels whose brightness is near the maximum or minimum value of the camera 28 are excluded from the calculation of the horizontal contrast parameter Cp. For example, if the resolution of each pixel is 8 bits (0 to 255), calculations are not performed for pixels whose brightness is near 0 (e.g., 0 to 9) or 255 (e.g., 246 to 255), and the value calculated for pixels outside the above range is used.

実施例2によれば、横コントラストパラメータの計算の精度低下の要因となる白飛び、黒飛びの影響を無くすことができるため、より高精度に横コントラストのピークを算出することが可能となる。これにより、形状測定装置1の3次元形状測定結果の高精度化と高信頼度化を図ることができる。 According to Example 2, the effects of blown-out highlights and blown-out shadows, which can reduce the accuracy of horizontal contrast parameter calculations, can be eliminated, making it possible to calculate the horizontal contrast peak with higher accuracy. This enables the shape measurement device 1 to provide more accurate and reliable three-dimensional shape measurement results.

[実施例3]
実施例3では、図11の(b)に示すように、マスターMを測定光軸AXに対して特定方向に傾斜して設置する。ここで、マスターMの傾斜量は、例えば、1視野内に干渉縞が複数発生するように設定することが好ましい。仮に視野範囲を1mm角とすると、1mmに対して高さ0.55μm(波長程度)となる。この場合、図11の(a)に示す傾斜角度φは、φ=arctan(0.55μm/1mm)となる。なお、視野範囲は対物レンズの倍率によって異なる。
[Example 3]
In Example 3, as shown in FIG. 11(b), the master M is installed tilted in a specific direction with respect to the measurement optical axis AX. Here, the tilt amount of the master M is preferably set so that, for example, multiple interference fringes occur within one field of view. If the field of view range is 1 mm square, the height per mm is 0.55 μm (approximately the wavelength). In this case, the tilt angle φ shown in FIG. 11(a) is φ = arctan (0.55 μm/1 mm). Note that the field of view range differs depending on the magnification of the objective lens.

そして、図11の(a)に示すように、干渉縞の明暗パターンの発生方向D1に対して直交する方向に横コントラストを計算する。 Then, as shown in Figure 11(a), the horizontal contrast is calculated in a direction perpendicular to the direction D1 in which the light and dark pattern of interference fringes occurs.

ここで、図11では、干渉縞の明暗パターンの発生方向D1をX方向とする。この場合、例えば、図12に示すようなカーネルを用いて横コントラストパラメータCpを計算する。図12に示すカーネルでは、中央の着目ピクセルに対してX方向に隣接するピクセルに対する係数が0となっている。このようなカーネルを用いることにより、干渉縞の明暗パターンの発生方向D1に対して直交する方向に横コントラストを計算することができる。 In Figure 11, the direction D1 in which the light and dark patterns of the interference fringes occur is the X direction. In this case, the horizontal contrast parameter Cp is calculated using, for example, a kernel such as that shown in Figure 12. In the kernel shown in Figure 12, the coefficients for pixels adjacent to the central pixel of interest in the X direction are set to 0. By using such a kernel, it is possible to calculate the horizontal contrast in a direction perpendicular to the direction D1 in which the light and dark patterns of the interference fringes occur.

実施例3によれば、干渉縞によって発生するコントラストの影響を抑えることができるため、より高精度に横コントラストのピークを算出することが可能になる。 According to Example 3, the influence of contrast caused by interference fringes can be suppressed, making it possible to calculate the peak of horizontal contrast with higher accuracy.

[変形例1]
図13は、変形例1に係る形状測定装置を示す図である。
[Modification 1]
FIG. 13 is a diagram showing a shape measuring device according to the first modification.

図13に示すように、変形例1に係る形状測定装置1Aは、温調機(温度センサ34及び温度制御ユニット112)を用いて参照面24cの位置の調整を行う。 As shown in FIG. 13, the shape measuring device 1A according to variant example 1 adjusts the position of the reference surface 24c using a temperature regulator (temperature sensor 34 and temperature control unit 112).

図13に示すように、形状測定装置1Aでは、干渉対物レンズ24はホルダ24dを含んでいる。 As shown in Figure 13, in the shape measurement device 1A, the interference objective lens 24 includes a holder 24d.

ホルダ24dは、例えば真鍮のような金属材料、すなわち可逆的に熱変形する材料で形成されている。このホルダ24dは、レンズ鏡胴24d1と参照面収納部24d2とを備える。レンズ鏡胴24d1は、Z方向に延びた筒形状に形成されており、対物レンズ24a及びビームスプリッタ24bを収納(保持)する。参照面収納部24d2は、レンズ鏡胴24d1におけるビームスプリッタ24bの保持位置からX方向に延びた筒形状に形成されており、参照面24cを収納する。 Holder 24d is made of a metallic material such as brass, i.e., a material that undergoes reversible thermal deformation. Holder 24d includes lens barrel 24d1 and reference surface storage section 24d2. Lens barrel 24d1 is cylindrical and extends in the Z direction, and stores (holds) objective lens 24a and beam splitter 24b. Reference surface storage section 24d2 is cylindrical and extends in the X direction from the position where beam splitter 24b is held on lens barrel 24d1, and stores reference surface 24c.

温度調整部32は、参照面収納部24d2の近傍に設けられており、温度制御ユニット112の制御の下、少なくともビームスプリッタ24bと参照面24cとの間の温度、すなわち参照面収納部24d2の温度を調整する。この温度調整部32としては、例えば、ヒータ及びペルチェ素子などが用いられる。 The temperature adjustment unit 32 is located near the reference surface storage unit 24d2 and, under the control of the temperature control unit 112, adjusts at least the temperature between the beam splitter 24b and the reference surface 24c, i.e., the temperature of the reference surface storage unit 24d2. For example, a heater or Peltier element may be used as this temperature adjustment unit 32.

参照面収納部24d2は、可逆的に熱変形する材料で形成されているので、温度変化に応じて可逆的に熱変形(膨張又は収縮)する。これにより、温度調整部32により参照面収納部24d2の温度を変化させることで、参照面収納部24d2を熱変形させてこの熱変形に応じて参照面24cのX方向位置を調整可能である。 The reference surface housing portion 24d2 is made of a material that undergoes reversible thermal deformation, so it undergoes reversible thermal deformation (expands or contracts) in response to temperature changes. This allows the temperature of the reference surface housing portion 24d2 to be changed by the temperature adjustment portion 32, thereby thermally deforming the reference surface housing portion 24d2 and adjusting the X-direction position of the reference surface 24c in response to this thermal deformation.

温度センサ34は、本発明の温度測定部に相当する。温度センサ34は、参照面収納部24d2の近傍に設けられており、ホルダ24dの中で少なくとも参照面収納部24d2(ビームスプリッタ24bと参照面24cとの間)の温度を測定し、その温度測定結果を温度制御ユニット112の温度取得部116へ出力する。この温度センサ34の測定結果は、温度制御ユニット112による温度調整部32の制御に利用される。 The temperature sensor 34 corresponds to the temperature measurement unit of the present invention. The temperature sensor 34 is provided near the reference surface storage unit 24d2, and measures the temperature of at least the reference surface storage unit 24d2 (between the beam splitter 24b and the reference surface 24c) within the holder 24d, outputting the temperature measurement result to the temperature acquisition unit 116 of the temperature control unit 112. The measurement result of this temperature sensor 34 is used by the temperature control unit 112 to control the temperature adjustment unit 32.

断熱材30は、干渉対物レンズ24の全体、温度調整部32、及び温度センサ34を覆うように設けられている。これにより、断熱材30の内部の温度、特に参照面収納部24d2及びその近傍の温度が外部の影響を受けて変化することが防止される。 The thermal insulation material 30 is arranged to cover the entire interference objective lens 24, the temperature adjustment unit 32, and the temperature sensor 34. This prevents the temperature inside the thermal insulation material 30, particularly the temperature of the reference surface storage unit 24d2 and its vicinity, from changing due to external influences.

図13に示すように、温度制御ユニット112は、制御目標温度保存部114、温度取得部116、計算処理部118及び出力制御部120を含んでいる。 As shown in FIG. 13, the temperature control unit 112 includes a control target temperature storage unit 114, a temperature acquisition unit 116, a calculation processing unit 118, and an output control unit 120.

制御目標温度保存部114は、ホルダ24d内の温度(例えば、参照面収納部24d2の温度、ビームスプリッタ24bと参照面24cとの間の温度)と、参照面24cの位置(X方向の位置)との対応関係を示すルックアップテーブルLUTを保存する。 The control target temperature storage unit 114 stores a lookup table LUT that indicates the correspondence between the temperature inside the holder 24d (e.g., the temperature of the reference surface storage unit 24d2, the temperature between the beam splitter 24b and the reference surface 24c) and the position of the reference surface 24c (position in the X direction).

計算処理部118は、制御目標温度保存部114に保存されたLUTを参照して、参照面24cの設定目標位置に移動させるために必要な温度調整部32の出力を計算する。具体的には、計算処理部118は、参照面24cの設定目標位置に対応するホルダ24d内の温度(制御目標温度)をLUTから読み出し、ホルダ24d内の温度を制御目標温度にするための温度調整部32の出力を計算する。 The calculation processing unit 118 refers to the LUT stored in the control target temperature storage unit 114 and calculates the output of the temperature adjustment unit 32 required to move the reference surface 24c to the set target position. Specifically, the calculation processing unit 118 reads the temperature (control target temperature) inside the holder 24d corresponding to the set target position of the reference surface 24c from the LUT, and calculates the output of the temperature adjustment unit 32 to bring the temperature inside the holder 24d to the control target temperature.

出力制御部120は、計算処理部118による計算結果に基づいて温度調整部32の出力を制御して、ホルダ24d内の温度を制御目標温度にする。ここで、ホルダ24d内の温度制御は、例えば、フィードバック制御、PID制御(Proportional-Integral-Differential Controller)等により行うことが可能である。 The output control unit 120 controls the output of the temperature adjustment unit 32 based on the calculation results by the calculation processing unit 118, and sets the temperature inside the holder 24d to the control target temperature. Here, temperature control inside the holder 24d can be performed using, for example, feedback control, PID control (Proportional-Integral-Differential Controller), etc.

変形例1によれば、参照面24cの位置を温度という数値を用いて管理することができるので、より高精度、高分解能かつ高再現性での調整が可能となる。 In variant 1, the position of the reference surface 24c can be managed using a numerical value, namely temperature, allowing for adjustment with higher precision, higher resolution, and higher reproducibility.

[変形例2]
図14は、変形例2に係る形状測定装置を示す図である。
[Modification 2]
FIG. 14 is a diagram showing a shape measuring device according to the second modification.

図14に示すように、変形例2に係る形状測定装置1Bは、モータMを用いた直動機構を用いて参照面24cの位置の調整を行う。 As shown in Figure 14, the shape measuring device 1B according to variant example 2 adjusts the position of the reference surface 24c using a linear motion mechanism that uses a motor M.

モータ制御部130は、参照面24cのX方向の位置を取得してモータMの回転量を制御(フィードバック制御、PID制御)し、参照面24cを設定目標位置に移動させる。 The motor control unit 130 acquires the position of the reference surface 24c in the X direction and controls the amount of rotation of the motor M (feedback control, PID control) to move the reference surface 24c to the set target position.

変形例2によれば、モータMを用いて参照面24cの位置を制御することができるので、より高精度、高分解能かつ高再現性での調整が可能となる。
なお、変形例2では、モータMを用いた直動機構を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ピエゾ素子等のアクチュエータを用いた直動機構を採用することも可能である。
According to the second modification, the position of the reference surface 24c can be controlled using the motor M, so that adjustment can be performed with higher accuracy, higher resolution, and higher reproducibility.
Although the second modification employs a linear motion mechanism using the motor M, the present invention is not limited to this. For example, it is also possible to employ a linear motion mechanism using an actuator such as a piezoelectric element.

1、1A、1B…形状測定装置、10…白色干渉顕微鏡、12…駆動機構、14…スケール、16…切替機構、20…光源部、22…ビームスプリッタ、24…干渉対物レンズ、24a…対物レンズ、24b…ビームスプリッタ、24c…参照面、24d…ホルダ、26…結像レンズ、28…カメラ、30…断熱材、32…温度調整部、34…温度センサ、100…データ処理部、102…形状測定部、104…合致度パラメータ計算部、106…合致度判定部、108…操作部、110…出力部、112…温度制御ユニット、114…制御目標温度保存部、116…温度取得部、118…計算処理部、120…出力制御部、130…モータ制御部 1, 1A, 1B... Shape measurement device, 10... White light interference microscope, 12... Drive mechanism, 14... Scale, 16... Switching mechanism, 20... Light source unit, 22... Beam splitter, 24... Interference objective lens, 24a... Objective lens, 24b... Beam splitter, 24c... Reference surface, 24d... Holder, 26... Imaging lens, 28... Camera, 30... Heat insulating material, 32... Temperature adjustment unit, 34... Temperature sensor, 100... Data processing unit, 102... Shape measurement unit, 104... Matching parameter calculation unit, 106... Matching determination unit, 108... Operation unit, 110... Output unit, 112... Temperature control unit, 114... Control target temperature storage unit, 116... Temperature acquisition unit, 118... Calculation processing unit, 120... Output control unit, 130... Motor control unit

Claims (4)

光源からの光を測定光と参照光としてそれぞれ調整用マスターと参照面に照射し、前記調整用マスター及び前記参照面によりそれぞれ反射された前記測定光及び前記参照光の合波光を用いて測定対象物の被測定面の形状を測定する形状測定装置の調整方法であって、
前記調整用マスターに直交する走査方向に沿う複数の走査位置ごとに前記調整用マスターの画像を取得し、前記走査位置ごとの画像から、合焦位置と干渉位置との合致度を示す合致度パラメータを計算するステップと、
前記合致度パラメータに基づいて前記参照面の目標設定位置を計算するステップと、
を備える形状測定装置の調整方法。
A method for adjusting a shape measuring device, comprising: irradiating an adjustment master and a reference surface with light from a light source as measurement light and reference light, respectively; and measuring a shape of a surface to be measured of a measurement object using multiplexed light of the measurement light and the reference light reflected by the adjustment master and the reference surface, respectively;
acquiring an image of the adjustment master for each of a plurality of scanning positions along a scanning direction perpendicular to the adjustment master, and calculating a matching degree parameter indicating a matching degree between a focus position and an interference position from the image for each of the scanning positions;
calculating a target set position of the reference surface based on the match parameter;
A method for adjusting a shape measuring device comprising:
前記合致度パラメータは、前記走査位置ごとの前記調整用マスターの画像に含まれるピクセルの面上の方向に沿う輝度の差分である第1パラメータと、前記走査方向に沿う輝度の差分である第2パラメータに基づいて計算する、請求項1に記載の形状測定装置の調整方法。 The method for adjusting a shape measuring device described in claim 1, wherein the degree of match parameter is calculated based on a first parameter that is the difference in luminance along a direction on the surface of pixels included in the image of the adjustment master for each scanning position, and a second parameter that is the difference in luminance along the scanning direction. 前記参照面の位置ごとに前記合致度パラメータの計算を行うステップと、
前記参照面の位置ごとに計算した前記合致度パラメータに基づいて前記参照面の前記目標設定位置を計算するステップと、
を備える、請求項1又は2に記載の形状測定装置の調整方法。
calculating the degree of match parameter for each position of the reference surface;
calculating the target set position of the reference surface based on the degree of match parameter calculated for each position of the reference surface;
The method for adjusting a shape measuring device according to claim 1 or 2, comprising:
前記参照面の前記目標設定位置は、前記合致度パラメータの計算に用いた前記画像を取得したときにおける前記参照面の位置から、前記第1パラメータと前記第2パラメータのピーク値の差分だけ前記参照面を移動させた位置とする、請求項2に記載の形状測定装置の調整方法。 The method for adjusting a shape measuring device described in claim 2, wherein the target setting position of the reference surface is a position obtained by moving the reference surface by the difference between the peak values of the first parameter and the second parameter from the position of the reference surface when the image used to calculate the degree of match parameter was acquired.
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