表面形状测量方法以及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量三维物体的表面形状的表面形状测量方法以及表面形状测量装 置。例如尤其涉及适合使用光来非破坏、非接触、高精度、宽倾斜角动态范围地测量反射面 或者折射面由曲面构成的光学元件的表面形状测量方法以及表面形状测量装置。
【背景技术】
[0002] 以往，作为使用光来非破坏、非接触且高精度地测量三维物体的表面形状的技术， 例如，如非专利文献1以及美国专利第5, 398, 113号说明书（公报）（专利文献1)所记载， 有如下的技术，即，通过组合发出白色光的光源和双光束干涉仪，并利用二维图像传感器检 测经由物镜使来自样品表面上的微小区域的反射光和来自内置于上述双光束干涉仪内的 参照平面的反射光的反射光干涉而得到的干涉图形（干涉条纹），来测量样品表面的高度 分布。在该技术中，在上述二维图像传感器的各像素中，入射至该像素的有效受光区域内 的来自上述样品表面的反射光和来自上述参照平面的反射光产生干涉。上述参照平面至少 在上述样品的表面形状测定中，上述参照平面的表面方向不被构成为相对于其入射光轴变 化而是固定使用，关于上述样品表面的倾斜角分布的信息不直接测定。在日本特开2006 - 242853公报（专利文献2)公开了如下的技术，即，在以单色干涉法使用的双光束干涉仪内， 不设置表面精度高的基准平面作为参照面，而设置具有与样品大致相等的表面形状的基准 物体，并包括调整上述参照面的表面方向的机构。
[0003] 另一方面，作为其它的现有技术，例如，如非专利文献2的pp. 306~307所记载， 也有使用自动准直仪来测定样品表面的倾斜角分布的技术。在该技术中，也能够通过对倾 斜角分布进行积分来得到上述样品表面的高度分布。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :美国专利第5, 398, 113号
[0007] 专利文献2 :日本特开2006 - 242853公报
[0008] 非专利文献
[0009] 非专利文献1 :佐藤敦著"利用白光干涉法的最新的表面形状评价技术"，表面技 术，Vol. 57, No. 8, pp. 554 - 558, 2006 年发行
[0010] 非专利文献2 :近藤余范著"关于表面形状的测量技术和标准的调查研究"，产总 研计量标准报告，Vol. 8, No. 3, pp. 299 - 310, 2011年9月发行
【发明内容】
[0011] 发明所要解决的课题
[0012] 在如上述美国专利第5, 398, 113号说明书（公报）（专利文献1)所记载的白光干 涉方式的表面形状测量技术中，在上述两个反射光的波面平行，即，上述样品表面上的与上 述像素对应的被测定区域中的表面方向相对于向该被测定区域的入射光轴所成的角与上 述参照平面的表面方向与向该参照平面的入射光轴所成的角相等的情况下，因为在上述像 素中上述两个反射光间的光程差不管场所均相等，所以得到一样的干涉效果。然而，在上述 两个波面不平行，相互以一定角度倾斜的情况下，因为在上述像素中在上述两个反射光间， 光程差根据场所变化，所以干涉效果变得不一样，若上述像素中的光程差的差为照明波长 以上，则通过平均化而干涉效果被消除，所以表面形状无法测量。并且，为了不使干涉效果 衰减就能够以充分的S/N检测，而需要上述像素中的光程差的差抑制在照明波长的1/2以 内。在上述技术中，因为至少在上述样品的表面形状测定中，上述参照平面的表面方向不被 构成为使其对于其入射光轴变化而是固定使用，所以在上述样品表面上的被测定区域中的 表面方向变化的情况下，产生这样使干涉效果衰减的情况。
[0013] 这里，将上述各像素的宽度设为d，将上述物镜的点图像宽度设为d'，将照明波长 设为A，将与上述样品表面上的与上述像素对应的被测定区域中的表面方向和向该被测定 区域的入射光轴所成的角与上述参照平面的表面方向和向该参照平面的入射光轴所成的 角的差设为0。所谓上述点图像宽度d'是指从上述物镜的点图像分布函数的强度十分小 的一侧的边缘到相反的一侧的边缘的宽度。在该情况下，d'为作为分辨率极限一般普遍使 用的瑞利极限的1. 6倍左右。在d比d'大的情况下，在下述公式1成立时，产生干涉效果 的衰减。
[0014] d ? tan2 9^：A/2.??公式1
[0015] 另外，在d比d'小的情况下，用d'置换公式1的d，而在下述公式2成立时，产生 干涉效果的衰减。
[0016] d' ? tan2 9多入/2..?公式2
[0017] 无论成为哪种情况，为了使干涉效果不这样衰减，而必须成为公式3,即
[0018] d'?tan2 9<入/2..?公式3
[0019] 若0超过满足公式3的范围，则表面形状测量变得困难。在照明光使用可见光的 情况下，其中心波长为A = 600nm前后，在适合表面形状测量的工作距离较大的物镜中，数 值孔径（NA)较大且NA = 0. 55左右，所以成为d'彡1. 06微米左右。此时，若上述样品表 面的倾斜角变大，且9多7.9°，则不满足公式3,利用干涉效果的表面形状测量变得困难。
[0020] 对与，在由日本特开2006 - 242853公报（专利文献2)公开的技术中，具备调整上 述参照面的表面方向的机构，考虑确保上述样品面上的倾斜角较大的位置处的干涉效果。 但是，上述机构使用于在开始样品的高度分布测量之前，使双光束干涉仪内的光轴与各光 学要素之间的对准在整个样品面中最优化，在上述技术中，以样品面和参照面具有大致相 等的表面形状分布为前提，所以不考虑上样品面和参照面的表面形状局部不同的状况，上 述对准仅对于上述整个样品面进行。因此，在上述技术中，无法直接得到样品面的高度分布 本身，只能测量相对于被设置为参照面的上述基准物体面的高度分布的、上述样品面的高 度的偏差的分布。另外，也不包含有测定关于上述样品面的倾斜角分布的信息的技术。这 样，在上述技术中，无法测量具有任意的表面形状的样品的表面形状。
[0021] 另一方面，在如非专利文献2的pp. 306~307所记载的使用自动准直仪来测定样 品表面的倾斜角分布的表面形状测量技术中，高精度的自动准直仪的测定范围是从土数 十秒到土数百秒左右，成为测定对象的表面形状局限于平面或平缓的曲面，若上述样品表 面的倾斜角变大，则表面形状测量变得困难。
[0022] 本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供能够非破坏、非接触、高精度、宽倾 斜角动态范围地测量任意的被检查物体的表面形状的技术。
[0023] 用于解决课题的方法
[0024] 为了实现上述目的，本发明提供一种技术，在使用双光束干涉仪的白光干涉法中， 构成为使参照平面的表面方向相对于其入射光轴变化，一边通过使上述参照平面的表面方 向相对于被检查面上的任意位置的局部表面方向相对地变化，一边获取多个由来自上述被 检查面的反射光和来自上述参照平面的反射光的干涉生成的干涉条纹，并根据上述多个干 涉条纹求出上述被检查面上的局部表面方向，由此来测量上述被检查面的表面形状。
[0025] 发明的效果
[0026