[发明专利]用多波长来测量表面形状测量方法和使用此方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用多波长来测量表面形状测量方法和使用该方法的装置，该用多波长来测量表面形状测量方法利用波长不同的多个单色光，测量半导体晶片、液晶板、等离子体显示板、磁膜、玻璃衬底、金属模等的具有平坦度的测量对象物的凹凸。

背景技术

以往，测量对象面的表面形状的测量方法如下地进行。按个别定时输出不同波长的第1单色光和第2单色光，用分束镜将各单色光照射到作为测量对象物的晶片的表面和基准镜上，使从两者反射后返回的反射光又汇聚到分束镜，通过同一光路，产生干涉条纹。这时，用2维图像检测器检测出每一单色光的反射光。此检测出的反射光呈现为干涉条纹，并且在表面的高低差部分，干涉条纹产生偏移。即，根据由单色光产生的连续的干涉条纹的偏移部分中两个偏移量接近的部分的该偏移量，求出晶片的图案的高低差(参考日本国特开2002-340524号公报)。

然而，已有的方法存在如下问题。

拍摄测量对象物的表面高低差图像时，由于陡峭的高低差部分在显示画面上显示的干涉条纹部分产生偏移，因此能判断是否有高低差。

然而，高低差状态未知的情况下，不能判断干涉条纹偏移的部分的高低差是凸状还是凹状。因而，不能准确求出测量对象面的陡峭处的边缘部分。

此外，如果按不同的定时照射不同波长的单色光，则由于不能检测出各自的干涉条纹，因此为了对测量对象物的表面高低差和形状进行测量而花费时间。也就是说，如果不能使单色光连续扫描测量对象物的整个表面，就不能使单色光也遍及多个测量对象物进行连续扫描。

发明内容

本发明是着眼于这种实况而完成的，其目的在于提供一种能高速且高精度地测量处在测量对象物的表面的凹凸高低差的多波长的表面形状测量方法和使用该方法的装置。

为了达到此目的，本发明采用如下组成。

一种多波长的表面形状测量方法，通过分支单元对测量对象面和基准面照射单色光，根据因从测量对象面和基准面两者反射并返回同一光路的反射光而产生的干涉条纹的强度值，求出测量对象的表面高度和表面形状，所述方法包含下列过程：

第1过程，该第1过程中对光的行进方向以任意角度的倾斜姿势配置所述基准面，将波长不同的多个单色光同时照射到测量对象物和基准面，并取得其产生的干涉条纹的图像；

第2过程，该第2过程中每一单色光求出取得的所述图像中各像素的干涉条纹的强度值；

第3过程，该第3过程中利用求干扰条纹波形的表达式，对每一所述像素利用各像素的强度值及其附近的多个像素的强度值，并假设这些像素的干涉条纹波形的直流分量、交流振幅和相位相等，对每一单色光求出各像素的相位；

第4过程，该第4过程中根据对每一单色光求出的各像素的相位求出表面高度的候补群，并从各波长的候补群求出共同的高度，作为实际高度；

第5过程，该第5过程中根据求出的所述实际高度，求出测量对象物的表面形状。

根据本发明的多波长的表面形状测量方法，将波长不同的多个单色光同时照射到测量对象物和基准面，并以对光的行进方向倾斜任意角度的姿势配置基准面，从而利用从测量对象面和基准面返回同一光路的反射光，对每一单色光产生干涉条纹。每一单色光以像素为单位求出此干涉条纹的强度值。然后，利用求干涉条纹波形的表达式，对各像素利用各像素的强度值和每一像素处在其邻近的像素的强度值，假设各像素包含的干涉条纹波形的直流分量、交流振幅和相位相等，对每一单色光求出各像素的相位。这时，能抵消各像素的直流分量和交流振幅，不需要施行去除空间频率分量用的低通滤波器处理。因而，能准确求出测量对象面的陡峭处的边缘部分，而不使空间分辨率降低。

根据此求出的相位，对每一单色光求测量对象物的表面高度的候补群，进而从各候补群求出共同的高度，作为实际高度。所以，与根据单一相位求表面高度相比，能从较大的候补范围高精度地求出实际高度，并能利用组合使用的波长提高能测量的高度的上限。

而且，由于能以同时输出多个单色光并同时检测出这些单色光组成的反射光的方式，对测量对象物的表面高度和表面形状进行测量，因此能得到同一条件下的测量结果。换句话说，不容易受振动等干扰的影响。还能谋求提高作业效率。

再者，上述方法中，最好一面使朝向测量对象物的光和1个或多个测量对象物相对平行移动、一面以规定的时间间隔对测量对象物的每一测量位置重复进行第1过程至第5过程，从而求出测量对象物的表面形状。

根据此方法，能一面对测量对象物的整个表面连续照射单色光、一面实时地求出测量对象物的表面高度和表面形状。