表面形狀測量方法以及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及測量三維物體的表面形狀的表面形狀測量方法以及表面形狀測量裝 置。例如尤其涉及適合使用光來非破壞、非接觸、高精度、寬傾斜角動態范圍地測量反射面 或者折射面由曲面構成的光學元件的表面形狀測量方法以及表面形狀測量裝置。
【背景技術】
[0002] 以往，作為使用光來非破壞、非接觸且高精度地測量三維物體的表面形狀的技術， 例如，如非專利文獻1以及美國專利第5, 398, 113號說明書（公報）（專利文獻1)所記載， 有如下的技術，即，通過組合發出白色光的光源和雙光束干涉儀，并利用二維圖像傳感器檢 測經由物鏡使來自樣品表面上的微小區域的反射光和來自內置于上述雙光束干涉儀內的 參照平面的反射光的反射光干涉而得到的干涉圖形（干涉條紋），來測量樣品表面的高度 分布。在該技術中，在上述二維圖像傳感器的各像素中，入射至該像素的有效受光區域內 的來自上述樣品表面的反射光和來自上述參照平面的反射光產生干涉。上述參照平面至少 在上述樣品的表面形狀測定中，上述參照平面的表面方向不被構成為相對于其入射光軸變 化而是固定使用，關于上述樣品表面的傾斜角分布的信息不直接測定。在日本特開2006 - 242853公報（專利文獻2)公開了如下的技術，即，在以單色干涉法使用的雙光束干涉儀內， 不設置表面精度高的基準平面作為參照面，而設置具有與樣品大致相等的表面形狀的基準 物體，并包括調整上述參照面的表面方向的機構。
[0003] 另一方面，作為其它的現有技術，例如，如非專利文獻2的pp. 306~307所記載， 也有使用自動準直儀來測定樣品表面的傾斜角分布的技術。在該技術中，也能夠通過對傾 斜角分布進行積分來得到上述樣品表面的高度分布。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :美國專利第5, 398, 113號
[0007] 專利文獻2 :日本特開2006 - 242853公報
[0008] 非專利文獻
[0009] 非專利文獻1 :佐藤敦著"利用白光干涉法的最新的表面形狀評價技術"，表面技 術，Vol. 57, No. 8, pp. 554 - 558, 2006 年發行
[0010] 非專利文獻2 :近藤余范著"關于表面形狀的測量技術和標準的調查研究"，產總 研計量標準報告，Vol. 8, No. 3, pp. 299 - 310, 2011年9月發行
【發明內容】
[0011] 發明所要解決的課題
[0012] 在如上述美國專利第5, 398, 113號說明書（公報）（專利文獻1)所記載的白光干 涉方式的表面形狀測量技術中，在上述兩個反射光的波面平行，即，上述樣品表面上的與上 述像素對應的被測定區域中的表面方向相對于向該被測定區域的入射光軸所成的角與上 述參照平面的表面方向與向該參照平面的入射光軸所成的角相等的情況下，因為在上述像 素中上述兩個反射光間的光程差不管場所均相等，所以得到一樣的干涉效果。然而，在上述 兩個波面不平行，相互以一定角度傾斜的情況下，因為在上述像素中在上述兩個反射光間， 光程差根據場所變化，所以干涉效果變得不一樣，若上述像素中的光程差的差為照明波長 以上，則通過平均化而干涉效果被消除，所以表面形狀無法測量。并且，為了不使干涉效果 衰減就能夠以充分的S/N檢測，而需要上述像素中的光程差的差抑制在照明波長的1/2以 內。在上述技術中，因為至少在上述樣品的表面形狀測定中，上述參照平面的表面方向不被 構成為使其對于其入射光軸變化而是固定使用，所以在上述樣品表面上的被測定區域中的 表面方向變化的情況下，產生這樣使干涉效果衰減的情況。
[0013] 這里，將上述各像素的寬度設為d，將上述物鏡的點圖像寬度設為d'，將照明波長 設為A，將與上述樣品表面上的與上述像素對應的被測定區域中的表面方向和向該被測定 區域的入射光軸所成的角與上述參照平面的表面方向和向該參照平面的入射光軸所成的 角的差設為0。所謂上述點圖像寬度d'是指從上述物鏡的點圖像分布函數的強度十分小 的一側的邊緣到相反的一側的邊緣的寬度。在該情況下，d'為作為分辨率極限一般普遍使 用的瑞利極限的1. 6倍左右。在d比d'大的情況下，在下述公式1成立時，產生干涉效果 的衰減。
[0014] d ? tan2 9^：A/2.??公式1
[0015] 另外，在d比d'小的情況下，用d'置換公式1的d，而在下述公式2成立時，產生 干涉效果的衰減。
[0016] d' ? tan2 9多入/2..?公式2
[0017] 無論成為哪種情況，為了使干涉效果不這樣衰減，而必須成為公式3,即
[0018] d'?tan2 9<入/2..?公式3
[0019] 若0超過滿足公式3的范圍，則表面形狀測量變得困難。在照明光使用可見光的 情況下，其中心波長為A = 600nm前后，在適合表面形狀測量的工作距離較大的物鏡中，數 值孔徑（NA)較大且NA = 0. 55左右，所以成為d'彡1. 06微米左右。此時，若上述樣品表 面的傾斜角變大，且9多7.9°，則不滿足公式3,利用干涉效果的表面形狀測量變得困難。
[0020] 對與，在由日本特開2006 - 242853公報（專利文獻2)公開的技術中，具備調整上 述參照面的表面方向的機構，考慮確保上述樣品面上的傾斜角較大的位置處的干涉效果。 但是，上述機構使用于在開始樣品的高度分布測量之前，使雙光束干涉儀內的光軸與各光 學要素之間的對準在整個樣品面中最優化，在上述技術中，以樣品面和參照面具有大致相 等的表面形狀分布為前提，所以不考慮上樣品面和參照面的表面形狀局部不同的狀況，上 述對準僅對于上述整個樣品面進行。因此，在上述技術中，無法直接得到樣品面的高度分布 本身，只能測量相對于被設置為參照面的上述基準物體面的高度分布的、上述樣品面的高 度的偏差的分布。另外，也不包含有測定關于上述樣品面的傾斜角分布的信息的技術。這 樣，在上述技術中，無法測量具有任意的表面形狀的樣品的表面形狀。
[0021] 另一方面，在如非專利文獻2的pp. 306~307所記載的使用自動準直儀來測定樣 品表面的傾斜角分布的表面形狀測量技術中，高精度的自動準直儀的測定范圍是從土數 十秒到土數百秒左右，成為測定對象的表面形狀局限于平面或平緩的曲面，若上述樣品表 面的傾斜角變大，則表面形狀測量變得困難。
[0022] 本發明鑒于上述情況而完成，其目的在于，提供能夠非破壞、非接觸、高精度、寬傾 斜角動態范圍地測量任意的被檢查物體的表面形狀的技術。
[0023] 用于解決課題的方法
[0024] 為了實現上述目的，本發明提供一種技術，在使用雙光束干涉儀的白光干涉法中， 構成為使參照平面的表面方向相對于其入射光軸變化，一邊通過使上述參照平面的表面方 向相對于被檢查面上的任意位置的局部表面方向相對地變化，一邊獲取多個由來自上述被 檢查面的反射光和來自上述參照平面的反射光的干涉生成的干涉條紋，并根據上述多個干 涉條紋求出上述被檢查面上的局部表面方向，由此來測量上述被檢查面的表面形狀。
[0025] 發明的效果
[0026