JP2945448B2 - Surface shape measuring instrument - Google Patents
Surface shape measuring instrumentInfo
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- JP2945448B2 JP2945448B2 JP19096090A JP19096090A JP2945448B2 JP 2945448 B2 JP2945448 B2 JP 2945448B2 JP 19096090 A JP19096090 A JP 19096090A JP 19096090 A JP19096090 A JP 19096090A JP 2945448 B2 JP2945448 B2 JP 2945448B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば半導体チップや光ディスクなどの表
面の三次元像、あるいは平坦面上に存在する半導体洗浄
のための超純水中に含まれる不純物残渣の堆積量などの
体容積量を、微小寸度にて高精度に計測するための表面
形状測定装置に関し、特に測定のための基準面を得る手
段に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is contained in, for example, a three-dimensional image of a surface of a semiconductor chip or an optical disk, or in ultrapure water for cleaning a semiconductor existing on a flat surface. The present invention relates to a surface shape measuring device for measuring a volume of a body such as an amount of deposited impurity residue with high accuracy in a minute dimension, and particularly to a means for obtaining a reference surface for measurement.
[従来の技術] 高さ計測系(非点収差法や臨界角法などによる光学的
高さ計測系、触針を用いた機械的高さ計測系あるいは走
査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡などの高さ計測系
などが含まれる)と、測定対象物である半導体チップな
どの試料を載置した試料台とを対向配置して、この両者
を高さ方向(Z)とは垂直な平面内で直交する二方向
(X,Y)に相対的に走査し、上記試料台上の試料の三次
元像を得る装置は公知である。[Prior art] Height measurement system (optical height measurement system using astigmatism method or critical angle method, mechanical height measurement system using stylus, scanning tunnel microscope, atomic force microscope, etc.) Height measurement system, etc.) and a sample table on which a sample such as a semiconductor chip to be measured is placed facing each other, and these are placed in a plane perpendicular to the height direction (Z). 2. Description of the Related Art A device that relatively scans in two orthogonal directions (X, Y) to obtain a three-dimensional image of a sample on the sample stage is known.
例えば特開昭64−56408号公報には、試料台上に載置
された測定対象物をXテーブルとYテーブルとを重ね合
せて構成したXYステージにより直交する水平二方向にXY
走査し、このXY走査される測定対象物を、例えば焦点ず
れ検出法を用いた高さ計測光学系により計測し、各位置
ごとの高さ情報を得、この高さ情報を演算・図形化処理
することによって測定対象物の三次元像データを得、こ
れをCRTなどのディスプレイ装置にて鳥瞰図や等高線図
として表示すると共に、粗さを示す数値を算出してその
値を表示するようにした表面形状測定装置が開示されて
いる。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-56408 discloses that an object to be measured placed on a sample table is moved in two horizontal directions orthogonal to each other by an XY stage configured by stacking an X table and a Y table.
The object to be scanned and scanned by XY is measured by a height measuring optical system using, for example, a defocus detection method, and height information for each position is obtained. By obtaining three-dimensional image data of the object to be measured by doing, and displaying this as a bird's-eye view or contour map on a display device such as a CRT, a numerical value indicating roughness is calculated and the value is displayed. A shape measuring device is disclosed.
上記装置によれば「nm」オーダの微細寸度にて測定対
象物の表面形状を極めて高精度に測定することが可能で
ある。According to the above-mentioned apparatus, it is possible to measure the surface shape of the object to be measured with extremely high precision at a fine dimension of the order of “nm”.
[発明が解決しようとする課題] 上記装置には次のような改善すべき点が残されてい
る。すなわち、上記装置は「nm」オーダの微細寸度によ
る表面形状の高精度測定が可能な高感度測定装置である
が故に、XY走査系に多少でも微小な上下変動や傾きがあ
ると、これが「うねり成分」として測定データ重畳する
ことになる。例えば試料を載せたステージをパルスモー
タによりX方向に往復駆動しながらY方向へ少しづつ移
動させてXY走査を行うように構成された装置では、ステ
ージのピッチングやローリングなどによる上下動が生
じ、これが不規則なうねり波形として測定データに重畳
する。また測定中の周囲温度の変化による温度ドリフト
が同データに重畳することもある。このような現象は、
高精度測定系では回避し難し現象といえる。しかし、上
記現象が顕著な場合には得られた三次元像が大きく歪ん
だものになり、見苦しい状態を呈すことがある。したが
って、その改善が強く望まれていた。[Problem to be Solved by the Invention] The above-mentioned device has the following points to be improved. That is, since the above-mentioned device is a high-sensitivity measuring device capable of high-accuracy measurement of the surface shape with fine dimensions on the order of “nm”, if there is any slight vertical fluctuation or inclination in the XY scanning system, this becomes “ The measurement data is superimposed as a “swell component”. For example, in an apparatus configured to perform XY scanning by gradually moving in the Y direction while reciprocating the stage on which the sample is mounted in the X direction by a pulse motor, vertical movement due to pitching and rolling of the stage occurs. It is superimposed on the measurement data as an irregular undulating waveform. Further, a temperature drift due to a change in the ambient temperature during the measurement may be superimposed on the data. Such a phenomenon,
It can be said that this phenomenon is difficult to avoid in a high-precision measurement system. However, when the above phenomenon is remarkable, the obtained three-dimensional image becomes greatly distorted, and may exhibit an unsightly state. Therefore, the improvement has been strongly desired.
ところで上記表面形状測定装置は、平坦面部上の微細
な形状を高精度に測定可能なものであるから、この装置
に基準面からのずれ量となる偏差データを求める手段
と、これらの偏差データを積分する手段とを付加すれ
ば、上記平坦面部に存在する凸部の体積や凹部の容積等
を測定することが可能となる。ただしこの場合、体積ま
たは容積を測定する為の基準面を予め決定する必要があ
る。基準面は一般には試料台表面から求める。しかし試
料台上に載置された試料自体の上面が平坦面状をなして
いて、その平坦面部に存在している凹凸部の体容積を測
定するような場合には、上記試料上面の平坦面部から基
準面をつくり出す場合もある。基準面をつくり出す一般
的手段としては三基準点指定法が用いられる。これは先
ず平坦面部上の三点を基準点として指定し、各点の座標
を検知する。そしてこれらの座標値から一つの基準面を
つくり出す。このようにして得られる基準面は、当然の
ことながら完全な平面からなるものである。したがっ
て、測定データに「うねり成分」や「温度ドリフト」が
関与しない状態であれば、上記のようにして得られた基
準面を用いることで何ら支障なく体容積の測定を行なえ
る。By the way, since the surface shape measuring device can precisely measure a fine shape on a flat surface portion, a means for obtaining deviation data which is an amount of deviation from a reference surface is provided to this device. If a means for integrating is added, it is possible to measure the volume of a convex portion, the volume of a concave portion, and the like existing in the flat surface portion. However, in this case, it is necessary to determine a volume or a reference plane for measuring the volume in advance. The reference plane is generally obtained from the surface of the sample table. However, when the upper surface of the sample itself placed on the sample table has a flat surface shape and the body volume of the uneven portion existing on the flat surface portion is to be measured, the flat surface portion of the sample upper surface is required. In some cases, a reference plane is created from As a general method of creating a reference plane, a three-reference point designation method is used. First, three points on the flat surface are designated as reference points, and the coordinates of each point are detected. Then, one reference plane is created from these coordinate values. The reference plane thus obtained is, of course, a perfect plane. Therefore, if the “swell component” and “temperature drift” do not contribute to the measurement data, the measurement of the body volume can be performed without any trouble by using the reference surface obtained as described above.
しかるに現実には前述したような「うねり成分」や
「温度ドリフト」が測定データに重畳している。したが
って体容積測定のための基準面も当然上記「うねり成
分」等の影響を受けた歪んだ形態を有するものにする必
要がある。つまり、一般的に用いられている三点指定に
よる平面からなる基準面を用いて体容積の測定を行なう
と、誤差が生じることになる。かくして従来の装置では
凹凸部の体容積を正確に測定することが困難であった。However, in reality, the “swell component” and the “temperature drift” as described above are superimposed on the measurement data. Therefore, the reference surface for measuring the body volume must naturally have a distorted form affected by the "swell component" and the like. That is, if the measurement of the body volume is performed using the reference plane composed of the planes designated by three points which are generally used, an error occurs. Thus, it was difficult to accurately measure the body volume of the uneven portion with the conventional device.
本発明の目的は、XY走査系の機械的変動による「うね
り成分」や周囲温度の変化による「温度ドリフト」等の
ノイズの影響を除去することができる表面形状測定装置
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a surface shape measuring apparatus capable of removing the influence of noise such as “waviness component” due to mechanical fluctuation of an XY scanning system and “temperature drift” due to a change in ambient temperature.
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決し目的に達成するために、本発明は次
のような手段を講じるものである。これを模式的に示す
第1図のクレーム対応図を参照して説明する。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following means. This will be described with reference to the claim correspondence diagram of FIG.
(1)測定対象物である試料を載置する試料台401と、
この試料台上の試料の高さを測定する高さ測定系402
と、前記試料台と前記高さ測定系を高さ方向(Z)とは
垂直な平面内で直交する二方向(X,Y)に相対的に走査
する走査系とを有し、該走査系をXY方向に走査し、前記
試料台上の試料表面の三次元像を測定する表面形状測定
装置400において、前記走査系をXY方向に走査して前記
高さ測定系により得たXY配列の測定データ405を記憶す
るメモリ406と、このXY配列の測定データの中から基準
面となる平坦領域のX方向データ列とY方向データ列と
を各々抽出するデータ列抽出手段407と、この抽出手段
で抽出されたX方向データ列及びY方向データ列に基づ
いてノイズ成分を含んだ曲面よりなる基準面のデータ40
9を求める基準面取得手段408とを備えるようにした。(1) a sample stage 401 on which a sample to be measured is placed;
Height measuring system 402 for measuring the height of the sample on the sample stage
And a scanning system for relatively scanning the sample stage and the height measurement system in two directions (X, Y) orthogonal to each other in a plane perpendicular to the height direction (Z). Is scanned in the XY direction, and in a surface shape measuring device 400 for measuring a three-dimensional image of the sample surface on the sample stage, measurement of the XY array obtained by the height measuring system by scanning the scanning system in the XY direction A memory 406 for storing data 405, a data string extracting means 407 for extracting an X-direction data string and a Y-direction data string of a flat area serving as a reference plane from the measurement data of the XY array, respectively. Based on the extracted X-direction data sequence and Y-direction data sequence, reference surface data 40 composed of a curved surface including a noise component
Reference plane acquisition means 408 for determining 9 is provided.
(2)また、データ列抽出手段407が抽出したXまたは
Y方向におけるデータ列に隣接する複数列のデータ列を
平均してXまたはY方向における一列のデータ列とする
平均化処理手段420をさらに備え、この平均処理された
データ列を用いて前記基準面のデータ409を求めるよう
にしても良い。(2) Further, an averaging processing means 420 is further provided which averages a plurality of data strings adjacent to the data string in the X or Y direction extracted by the data string extracting means 407 to obtain a single data string in the X or Y direction. The reference plane data 409 may be obtained using the averaged data sequence.
(3)或いは、データ列抽出手段が抽出したXまたはY
方向のデータ列から平滑化曲線を求める平滑化処理手段
430をさらに備え、この平滑化曲線に基づいて前記基準
面のデータ409を求めるようにしても良い。(3) Alternatively, X or Y extracted by the data string extracting means
Smoothing processing means for obtaining a smoothing curve from a data string in the direction
430 may be further provided, and the data 409 of the reference plane may be obtained based on the smoothed curve.
(4)或いは、前記XY配列の測定データ405から前記基
準面のデータ409を差し引くことによってXY配列の偏差
データ441を求める偏差データ作成手段を更に備えるよ
うにしても良い。(4) Alternatively, a deviation data creating means for obtaining the deviation data 441 of the XY array by subtracting the data 409 of the reference plane from the measurement data 405 of the XY array may be further provided.
(5)或いは、前記XY配列の測定データ405と前記基準
面のデータ409とから前記試料上に存在する凸部の体積
や凹部の容積451を求める体容積算出手段を更に備える
ようしても良い。(5) Alternatively, there may be further provided a body volume calculating means for calculating a volume of a convex portion or a volume 451 of a concave portion present on the sample from the measurement data 405 of the XY array and the data 409 of the reference plane. .
[作用] 上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。[Operation] As a result of taking the above-described means, the following operation occurs.
XY走査系は通常の場合、各々独立的に設けられたXテ
ーブルと、Yテーブルとを上下に重ね合せて構成されて
いる。したがってXY走査系の機械的変動による基準面か
らのずれ量に相当する「うねり成分」はX方向のうねり
成分とY方向のうねり成分とに分離できる。したがって
X方向のうねり成分は、Y方向のどの位置をとっても、
絶対値が変化するのみでそのパターンは変化しない。同
様にY方向のうねり成分は、X方向のどの位置をとって
も、絶対値が変化するのみで、そのパターンは同じであ
る。また周囲温度の変化による「温度ドリフト」は、XY
走査系がYテーブルが1回走査する間に、Xテーブルが
N回走査する如く設けられた走査系にあっては、ほとん
どY方向のデータ列にのみ影響を与える。The XY scanning system usually has an X table and a Y table which are provided independently of each other, which are vertically overlapped. Therefore, the “undulation component” corresponding to the shift amount from the reference plane due to the mechanical fluctuation of the XY scanning system can be separated into the undulation component in the X direction and the undulation component in the Y direction. Therefore, the waviness component in the X direction can take any position in the Y direction,
Only the absolute value changes, but the pattern does not change. Similarly, the waviness component in the Y direction has the same pattern at any position in the X direction, only the absolute value changes. The “temperature drift” due to changes in the ambient temperature is
In a scanning system provided such that the X table scans N times while the scanning system performs one scanning of the Y table, it almost affects only the data string in the Y direction.
かくして前記(1)の手段を講じることにより、XY配
列の測定データ405の中から試料台表面もしくは試料上
面などの平坦面部に関するX方向データ列とY方向デー
タ列を抽出して基準面のデータ409を作成するようにす
れば、「うねり成分」および「温度ドリフト」などのノ
イズを含んだ基準面のデータ409を得る。この基準面を
中心に表面形状や凹凸状況を判定することができるの
で、ノイズを除去した測定結果を得ることが可能とな
る。Thus, by taking the above-mentioned means (1), an X-direction data row and a Y-direction data row relating to a flat surface portion such as the sample table surface or the sample upper surface are extracted from the XY array measurement data 405, and the reference plane data 409 is obtained. Is generated, reference plane data 409 including noise such as “swell component” and “temperature drift” is obtained. Since the surface shape and the unevenness can be determined centering on the reference plane, it is possible to obtain a measurement result from which noise has been removed.
また前記(2)あるいは(3)の手段を講じれば、上
記のノイズの影響をより忠実に受けた基準面のデータ40
9を得ることになる。したがって測定結果が一層信頼度
の高いものとなる。Further, if the means (2) or (3) is taken, the data 40 of the reference plane more faithfully affected by the above-mentioned noise can be obtained.
You will get 9. Therefore, the measurement result becomes more reliable.
さらに、前記(4)の手段を講じれば、前記「うねり
成分」や「温度ドリフト」等からなるノイズの影響を除
去して精度を向上させた表面形状データとしての偏差デ
ータ441を得る。Furthermore, if the means of (4) is taken, deviation data 441 as surface shape data with improved accuracy is obtained by removing the influence of noise such as the "undulation component" and "temperature drift".
或いは、前記(5)の手段を講じれば、前記「うねり
成分」や「温度ドリフト」等からなるノイズの影響を除
去した平坦面部上の凹凸部の体容積のデータ451を得
る。Alternatively, if the means of the above (5) is taken, data 451 of the body volume of the uneven portion on the flat surface portion from which the influence of noise such as the “swell component” and the “temperature drift” is removed is obtained.
[実施例] 第2図は本発明の一実施例における光学系を中心とし
た構成を示す図である。第2図において、10は測定対象
物である試料1を載置する試料台である。この試料台10
はXY走査機構20上に設置されている。このXY走査機構20
は、後で詳しく説明するが、Xテーブル21をYテーブル
22上に重ねて設け、Xテーブル21上に設置された試料台
10つまり試料1を高さ方向(Z)とは垂直な平面内で、
直交する二方向(X,Y)に走査するものとなっている。
上記試料台10上の試料1に対して上方から対向する如く
主光学系30が設けられている。Embodiment FIG. 2 is a diagram showing a configuration centered on an optical system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a sample table on which a sample 1 to be measured is placed. This sample stage 10
Is installed on the XY scanning mechanism 20. This XY scanning mechanism 20
Will be described in detail later.
The sample table placed on X table 21
10 That is, place the sample 1 in a plane perpendicular to the height direction (Z),
Scanning is performed in two orthogonal directions (X, Y).
A main optical system 30 is provided so as to face the sample 1 on the sample stage 10 from above.
主光学系30は、光軸3上に対物レンズ31,1/4波長板3
2,半透鏡33を配設したものであり、試料1の表面に光を
照射し、その反射光を取出す如く構成されている。この
主光学系30は次に述べる高さ計測光学系40および観察光
学系50に対して結合しており、両光学系40,50に共通に
用いられる系である。The main optical system 30 includes an objective lens 31 and a quarter-wave plate 3 on the optical axis 3.
2. A semi-transparent mirror 33 is provided, and is configured to irradiate the surface of the sample 1 with light and take out the reflected light. The main optical system 30 is coupled to a height measuring optical system 40 and an observation optical system 50 described below, and is a system commonly used for both optical systems 40 and 50.
高さ計測光学系40は、上記光軸3に直交し、かつ半透
鏡33で90゜に偏向した光軸4上にビームスプリッタ41を
配置し、このビームスプリッタ41の光入射端に対向する
ように、ビーム形状整形用のシリンドリカルレンズ等の
光学要素42を介して直線偏光ビームを発する光源43を配
置し、ビームスプリッタ41の二つの光出射端に対向する
ように、一対の臨界角プリズム44,45を介して第1,第2
の二分割受光素子46,47を配置したものであり、いわゆ
る臨界角法による焦点ずれ検出装置となっている。なお
光源43としては、振動を嫌い、かつ高感度、小型化をは
かり易い半導体レーザを使用するものとする。二分割受
光素子46,47の出力は、信号処理回路60によ一次的な処
理をされたのち、制御回路としてのコンピュータ61で演
算処理されてディスプレイ65に供給されるものとなって
いる。The height measuring optical system 40 has a beam splitter 41 disposed on the optical axis 4 orthogonal to the optical axis 3 and deflected by 90 ° by the semi-transparent mirror 33 so as to face the light incident end of the beam splitter 41. A light source 43 that emits a linearly polarized light beam via an optical element 42 such as a cylindrical lens for shaping a beam shape is disposed, and a pair of critical angle prisms 44, 45 through 1st and 2nd
The two-divided light receiving elements 46 and 47 are disposed, and a defocus detecting device using a so-called critical angle method is provided. As the light source 43, a semiconductor laser which dislikes vibration, has high sensitivity, and can be easily reduced in size is used. The outputs of the two-divided light receiving elements 46 and 47 are subjected to primary processing by a signal processing circuit 60, and thereafter, are processed by a computer 61 as a control circuit and supplied to a display 65.
観察光学系50は、光軸3の延長光軸上にフィルタ51、
半透鏡52、結像レンズ53、プリズム54を配設し、上記延
長光軸と直交しかつ半透鏡52の中心を通る光軸5上に集
光レンズ55を介して照明用ランプ56を配置すると共に、
プリズム54の屈折出射軸6上に接眼レンズ57を配置した
ものとなっている。接眼レンズ57を介して得られる試料
表面像は肉眼80で適切に観察し得るものとなっている。
またプリズム54を直進透過して得られる試料表面像はビ
デオカメラ90にて撮影され、ビデオモニター91にてモニ
タリングし得るものとなっている。The observation optical system 50 includes a filter 51 on the extension optical axis of the optical axis 3,
A semi-transparent mirror 52, an imaging lens 53, and a prism 54 are provided, and an illumination lamp 56 is arranged via a condenser lens 55 on an optical axis 5 that is orthogonal to the extended optical axis and passes through the center of the semi-transparent mirror 52. Along with
An eyepiece 57 is arranged on the refraction output axis 6 of the prism 54. The sample surface image obtained through the eyepiece 57 can be appropriately observed with the naked eye 80.
A sample surface image obtained by passing straight through the prism 54 is photographed by a video camera 90, and can be monitored by a video monitor 91.
前記高さ計測光学系40における光源43から発せられた
レーザ光すなわち直線偏光ビームは、ビーム形状整形用
の光学要素42により円形断面を有する平行光とされ、ビ
ームスプリッタ41に入射し、かつ反射されて光軸4に沿
った光となる。この光は半透鏡33で反射されて光軸3に
沿った光となる。The laser beam emitted from the light source 43 in the height measurement optical system 40, that is, the linearly polarized beam, is converted into parallel light having a circular cross section by the beam shaping optical element 42, enters the beam splitter 41, and is reflected. Light along the optical axis 4. This light is reflected by the semi-transparent mirror 33 and becomes light along the optical axis 3.
一方、照明用ランプ56から発した光は、レンズ55を介
して半透鏡52に入射し、ここで反射されたのち、フィル
タ51を介して半透鏡33を通り、前記光軸3上のレーザ光
と一つになる。On the other hand, the light emitted from the illumination lamp 56 enters the semi-transparent mirror 52 via the lens 55, is reflected there, passes through the semi-transparent mirror 33 via the filter 51, and passes through the laser beam on the optical axis 3. And become one.
一つになったレーザ光と照明光は、1/4波長板32を通
り、対物レンズ31に入射する。なお1/4波長板32を通る
時、レーザ光は直線偏光から円偏光に変換される。そし
てこのレーザ光は、対物レンズ31により集光され、XY走
査機構20上の試料1の表面に微小スポットとして投影さ
れる。また照明光は対物レンズ31を通して視野全体を照
明する。The combined laser light and illumination light pass through the quarter-wave plate 32 and enter the objective lens 31. When passing through the quarter-wave plate 32, the laser light is converted from linearly polarized light to circularly polarized light. The laser light is condensed by the objective lens 31 and projected as a minute spot on the surface of the sample 1 on the XY scanning mechanism 20. The illumination light illuminates the entire visual field through the objective lens 31.
試料1から反射した照明光は、対物レンズ31,1/4波長
板32,半透鏡33,フィルタ51,半透鏡52を通り、結像レン
ズ53で結像され、プリズム54で屈折されて接眼レンズ57
の視野絞り面に達する。またプリズム54を透過した光
は、CCD撮像素子等を備えたビテオカメラ90に入射し、
撮像される。その撮像信号はビデオモニター91に送られ
て表示される。なお1/4波長板32は、光軸3に対する直
角方向から僅かに傾いた状態に設置されている。これに
より観察照明用の光源である照明用ランプ56からの照明
光が直接反射されて観察光学系に入射することがなく、
フレアのない新鮮な視野観察像が得られる。The illumination light reflected from the sample 1 passes through an objective lens 31, a quarter-wave plate 32, a semi-transmissive mirror 33, a filter 51, and a semi-transmissive mirror 52, is imaged by an imaging lens 53, is refracted by a prism 54, and is refracted by an eyepiece. 57
To the field stop surface. The light transmitted through the prism 54 is incident on a video camera 90 having a CCD image sensor and the like,
It is imaged. The image signal is sent to the video monitor 91 and displayed. The quarter-wave plate 32 is set in a state slightly inclined from a direction perpendicular to the optical axis 3. Thus, the illumination light from the illumination lamp 56, which is a light source for observation illumination, is not directly reflected and enters the observation optical system,
A fresh field observation image without flare is obtained.
試料1から反射したレーザ光は、対物レンズ31,1/4波
長板32を通る。この時、レーザ光は振動面が入射時とは
90゜回転した直線偏光となる。半透鏡33で反射したレー
ザ光は、ビームスプリッタ41に入射して二分される。そ
の一方は臨界角プリズム44を介して二分割素子46上に投
影され、他方は臨界角プリズム45を介して二分割受光素
子47上に投影される。各二分割受光素子46,47の出力信
号は、信号処理回路60にて高さ情報としての信号に変換
されたのち、制御回路61で演算処理されて、ディスプレ
イ65に送られ三次元像などとして表示される。The laser light reflected from the sample 1 passes through the objective lens 31 and the quarter-wave plate 32. At this time, the laser light is
It becomes 90 degree rotated linearly polarized light. The laser light reflected by the semi-transparent mirror 33 enters the beam splitter 41 and is split into two. One of them is projected onto a two-piece element 46 via a critical angle prism 44, and the other is projected onto a two-piece light receiving element 47 via a critical angle prism 45. The output signals of each of the two divided light receiving elements 46 and 47 are converted into a signal as height information by a signal processing circuit 60, then processed by a control circuit 61, sent to a display 65, and sent as a three-dimensional image. Is displayed.
上記三次元像を得る手段は、特開昭59−90007号公
報、特開昭60−38606号公報等に開示されているものと
同様に、いわゆる焦点ずれ検出法を応用したものであ
る。以下その概略について説明する。As a means for obtaining the three-dimensional image, a so-called defocus detection method is applied similarly to the means disclosed in JP-A-59-90007 and JP-A-60-38606. The outline will be described below.
試料1の表面計測点が対物レンズ31の焦点位置にある
と、対物レンズ31を透過した反射光は平行光束になる。
試料1の表面計測点が対物レンズ31の焦点位置よりも近
い位置にあると、対物レンズ31を通った光は発散光束と
なり、逆に試料1の表面計測点が対物レンズ31の焦点位
置よりも遠い位置にあると、対物レンズ31を通った光は
収束光束となる。つまり焦点位置からずれている場合に
は、いずれも非平行光束となって臨界各プリズム44,45
に入射する。臨界角プリズム44,45の反射面は、前記平
行光束に対して臨界角をなすように予め設定されてい
る。したがって非平行光束が臨界角プリズム44,45に入
射する場合、その中心光線は臨界角で入射するが、中心
から一方にずれた光束は入射角が臨時角より小さくな
り、光の一部がプリズム外へ出てしまい残りの光が反射
することになる。また中心から他方へずれている光束は
入射角が臨界角より大きくなり、全反射することにな
る。このような動作が臨時角プリズム内で数回繰返され
ることにより、臨界角より小さな角度で入射した光と、
臨界角以上の角度で入射した光と検出光量差が拡大され
ることになる。しかもその場合、試料1の表面計測点が
対物レンズ31の焦点位置より近い場合と遠い場合とで
は、大小の関係が逆になる。このような光を二分割受光
素子46,47にてそれぞれ受光し、その光電変換された信
号を信号処理回路60にて処理すると、試料1の表面の凹
凸の高さに対しほぼリニアな関係を有する出力信号が得
られる。そこでXY走査機構20により試料1をXY走査しな
がら順次各計測点の高さ情報をデータとして取入れ、こ
れをコンピュータ61で高速度演算処理することにより、
三次元の立体像などを得ることができる。When the surface measurement point of the sample 1 is at the focal position of the objective lens 31, the reflected light transmitted through the objective lens 31 becomes a parallel light beam.
When the surface measurement point of the sample 1 is located closer to the focal position of the objective lens 31, the light passing through the objective lens 31 becomes a divergent light beam. At a distant position, the light passing through the objective lens 31 becomes a convergent light flux. In other words, when deviated from the focal position, both become non-parallel light beams and the critical prisms 44, 45
Incident on. The reflection surfaces of the critical angle prisms 44 and 45 are set in advance so as to form a critical angle with respect to the parallel light beam. Therefore, when a non-parallel light beam enters the critical angle prisms 44 and 45, the central ray enters at the critical angle, but the light beam shifted to one side from the center has an incident angle smaller than the temporary angle, and a part of the light is prismatic. The light goes out and the remaining light is reflected. Further, the light beam deviated from the center to the other has an incident angle larger than the critical angle and is totally reflected. By repeating such an operation several times in the temporary angle prism, light incident at an angle smaller than the critical angle,
The difference between the light incident at an angle equal to or larger than the critical angle and the detected light amount is enlarged. Moreover, in this case, the magnitude relationship is reversed between the case where the surface measurement point of the sample 1 is closer to and farther than the focal position of the objective lens 31. When such light is received by the two-divided light receiving elements 46 and 47, respectively, and the photoelectrically converted signals are processed by the signal processing circuit 60, a substantially linear relationship with the height of the unevenness on the surface of the sample 1 is obtained. Is obtained. Therefore, the height information of each measurement point is sequentially taken in as data while scanning the sample 1 by XY scanning by the XY scanning mechanism 20, and this is processed by the computer 61 at a high speed.
A three-dimensional stereoscopic image or the like can be obtained.
第3図は前記XY走査機構20の主要部を分解して示した
斜視図である。図示の如く、スライド板23上の両側縁に
沿って一対のガイドブロック24a,24bが平行に設置さ
れ、かつねじ止めされている。この一対のガイドブロッ
ク24a,24bの両端には、矩形状の板ばね25a,25bがそれぞ
れねじ止めされている。この矩形状の板ばね25aと25bと
の間に前記Yテーブル22の両端が挟持されている。そし
てこのYテーブル22は、スライド板23上に基端部が固定
された積層型圧電アクチュエータ26の変位端と結合さ
れ、Y方向へ変位駆動されるものとなっている。またY
テーブル22上の両側縁に沿って一対のガイドブロック27
a,27bが平行に設置され、かつねじ止めされている。こ
の一対のガイドブロック27a,27bの両端には、矩形状の
板ばね28a,28bがそれぞれねじ止めされている。この矩
形状の板ばね28aと28bとの間に前記Xテーブル21が両端
を挟持されている。そしてこのXテーブル21は、Yテー
ブル22上に基端部を固定された積層型圧電アクチュエー
タ29の変位端と結合され、X方向へ変位駆動されるもの
となっている。したがってこのXY走査機構20は、前記ス
ライド板23上に設置された圧電アクチュエータ26の駆動
力によって、スライド板23上のYテーブル22がY方向へ
往復駆動されると共に、Yテーブル22上に設置された圧
電アクチュエータ29の駆動力によって、Yテーブル22上
のXテーブル21がX方向へ往復駆動されるものとなって
いる。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a main part of the XY scanning mechanism 20. As shown in the figure, a pair of guide blocks 24a and 24b are installed in parallel along both side edges on the slide plate 23 and screwed. Rectangular leaf springs 25a and 25b are screwed to both ends of the pair of guide blocks 24a and 24b, respectively. Both ends of the Y table 22 are sandwiched between the rectangular leaf springs 25a and 25b. The Y table 22 is coupled to a displacement end of a laminated piezoelectric actuator 26 whose base end is fixed on a slide plate 23, and is driven to be displaced in the Y direction. Also Y
A pair of guide blocks 27 along both side edges on the table 22
a, 27b are installed in parallel and screwed. Rectangular leaf springs 28a, 28b are screwed to both ends of the pair of guide blocks 27a, 27b, respectively. The X table 21 is sandwiched between both ends of the rectangular leaf springs 28a and 28b. The X table 21 is coupled to a displacement end of a laminated piezoelectric actuator 29 having a base end fixed on a Y table 22, and is driven to be displaced in the X direction. Therefore, the XY scanning mechanism 20 is mounted on the Y table 22 while the Y table 22 on the slide plate 23 is reciprocated in the Y direction by the driving force of the piezoelectric actuator 26 mounted on the slide plate 23. The X table 21 on the Y table 22 is reciprocated in the X direction by the driving force of the piezoelectric actuator 29.
なお、Yテーブル駆動用の圧電アクチュエータ26には
周期Tなる鋸歯状波を増幅した電圧が印加され、Xテー
ブル駆動用の圧電アクチュエータ29にはT/Nなる周期の
三角波を増幅した電圧が印加される。かくして、Tなる
周期の鋸歯状波によるY方向への一つの直接的な動きの
中で、T/Nなる周期の三角波によるX方向への複数回
(例えば115回)の正弦波的な動きが繰返される。A voltage obtained by amplifying the sawtooth wave having a period T is applied to the piezoelectric actuator 26 for driving the Y table, and a voltage obtained by amplifying a triangular wave having a period T / N is applied to the piezoelectric actuator 29 for driving the X table. You. Thus, in one direct movement in the Y direction by a sawtooth wave of T period, a plurality of (eg, 115) sinusoidal movements in the X direction by a triangular wave of T / N period are performed. Repeated.
第4図は上記XY走査の様子を模式的に示した図であ
る。図示の如くXY走査を観察光学系50の視野の中心に設
定された光スポットPの動きとしてとらえてみると、光
スポットPは計測領域100の中心位置から矢印a〜dで
示すような実線経路をたどって移動する。この間にデー
タの取込みが行われる。なお取込まれた測定データのう
ち、光スポットP位置からラスタスキャン開始位置まで
の移動経路a、ラスタスキャン終了時位置からP位置ま
での移動経路dにおいて収集されるデータ、またX軸方
向両端部領域Δxにて収集されるデータ、さらにはY軸
方向両端部領域Δyにて収集されるデータは、いずれも
不要データとして削除される。したがって実際に有効に
使用される測定データは、第4図中破線で囲んだ有効計
測領域101内の測定データである。このXY配列の測定デ
ータは、コンピュータ61内のRAM中に記憶され、データ
処理された後、等高線図などとしてディスプレイ65上に
表示される。FIG. 4 is a diagram schematically showing the state of the XY scanning. Considering the XY scan as the movement of the light spot P set at the center of the field of view of the observation optical system 50 as shown in the figure, the light spot P is a solid line path from the center of the measurement area 100 as indicated by arrows a to d. To follow. During this time, data is captured. Among the acquired measurement data, data collected on a movement path a from the light spot P position to the raster scan start position, data collected on a movement path d from the raster scan end position to the P position, and both ends in the X-axis direction. The data collected in the region Δx and the data collected in the both end regions Δy in the Y-axis direction are all deleted as unnecessary data. Therefore, the measurement data actually used effectively is the measurement data in the effective measurement area 101 surrounded by a broken line in FIG. The measurement data of the XY arrangement is stored in the RAM in the computer 61, and after data processing, is displayed on the display 65 as a contour map or the like.
第5図はこの実施例における制御系の全体の構成を示
すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of the control system in this embodiment.
第5図において、コンピュータ61は、この装置の基本
的な処理のすべてを行うものであり、メインプログラ
ム,測定におけるデータ収集プログラムおよび得られた
データを処理するデータ処理プログラムなどを記憶した
ROMと、各種演算における一時記憶および得られたXY配
列の測定データの記憶などに用いられるRAMなどを内蔵
しており、入力インターフェース62および出力インター
フェイス63が設けられている。そして、このコンピュー
タ61には、ハードディスク64,ディスプレイ65,マウス66
などが接続されている。またコンピュータ61の入力端に
は、キーボード67,信号処理回路60などが接続されてお
り、出力端にはプリンタ68,圧電アクチュエータ用高圧
アンプ70などが接続されている。In FIG. 5, a computer 61 performs all of the basic processing of the apparatus, and stores a main program, a data collection program for measurement, a data processing program for processing obtained data, and the like.
It has a built-in ROM, a RAM used for temporary storage in various calculations and storage of obtained XY array measurement data, and the like. An input interface 62 and an output interface 63 are provided. The computer 61 has a hard disk 64, a display 65, a mouse 66
Etc. are connected. A keyboard 67, a signal processing circuit 60, and the like are connected to an input terminal of the computer 61, and a printer 68, a high-voltage amplifier 70 for a piezoelectric actuator, and the like are connected to an output terminal.
電圧アクチュエータ用高圧アンプ70は、コンピュータ
61からのX軸駆動パルスPx,Y軸駆動パルスPy,Z軸駆動信
号Pzを増幅し、XY走査機構20の各圧電アクチュエータ2
9,26および主光学系30・高さ計測光学系40におけるZ軸
電圧アクチュエータ71に供給するものとなっている。The high voltage amplifier for voltage actuator 70 is a computer
Amplify the X-axis drive pulse Px, Y-axis drive pulse Py, and Z-axis drive signal Pz from 61,
9 and 26 and the Z-axis voltage actuator 71 in the main optical system 30 and the height measuring optical system 40.
高さ計測光学系40からの出力信号は、信号処理回路60
により高さ情報信号に変換され、前記入力インターフェ
イス62を介してコンピュータ61の内部に供給されるが、
このときX軸駆動パルスPxに同期し、かつ細分化された
サンプリングパルスPtによってサンプリングされるもの
となっている。The output signal from the height measuring optical system 40 is output to a signal processing circuit 60.
Is converted into a height information signal, and supplied to the inside of the computer 61 via the input interface 62.
At this time, it is synchronized with the X-axis drive pulse Px and is sampled by the subdivided sampling pulse Pt.
ところで、上記コンピュータ61に記憶されたデータ処
理プログラムは、第6図にそのフローが示されて後に詳
述するように、測定により得られたXY配列の測定データ
を修正するための「修正処理」プログラムを含むもので
ある。Incidentally, the data processing program stored in the computer 61 has a "correction process" for correcting the measurement data of the XY array obtained by the measurement as shown in FIG. Includes programs.
次に上記のように構成された本実施例の作用を詳しく
説明する。Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described in detail.
本装置は、コンピュータ61内に記憶されたデータ処理
プログラムの一部の構成を除けば特開昭64−56408号公
報に開示されている装置とほぼ同じである。したがって
その詳細な説明は省くが上記装置と同様に「nm」オーダ
の微細寸度による高精度な表面形状の測定を光学的に行
なうことができる。This apparatus is almost the same as the apparatus disclosed in JP-A-64-56408 except for a part of the data processing program stored in the computer 61. Therefore, a detailed description thereof will be omitted, but a high-precision measurement of the surface shape with a fine dimension of the order of “nm” can be performed optically similarly to the above-mentioned apparatus.
すなわち、データ収集のプロセスでは、試料台10にセ
ットされた試料1をXY走査機構20を作動させて高さ計測
光学系40によって測定された高さ情報を取り込み、第4
図により説明したように、不要データを削除した後に、
得られたXY配列の測定データをコンピュータ61のRAM内
に格納する。また、データ処理のプロセスは、ディスプ
レイ65のメニュー画面をマウス66により選択したルーチ
ンに従って、上記のXY配列の測定データを演算処理する
ことにより、等高線図、鳥かん図、断面図などのグラフ
ィック表示や、分散、相関、粗さ、体積などの数値表示
をディスプレイ65やプリンター68に出力するものであ
る。That is, in the data collection process, the XY scanning mechanism 20 is operated on the sample 1 set on the sample stage 10 to acquire the height information measured by the height measuring optical system 40, and the fourth information is acquired.
As explained in the figure, after deleting unnecessary data,
The obtained measurement data of the XY array is stored in the RAM of the computer 61. In addition, the data processing process is a graphic display such as a contour map, a bird's-eye chart, a cross-sectional view, etc. by performing arithmetic processing on the measurement data of the XY array in accordance with a routine in which the menu screen of the display 65 is selected by the mouse 66, Numerical displays such as variance, correlation, roughness, and volume are output to the display 65 and the printer 68.
ところで、上記データ収集のプロセスで得られたXY配
列の測定データは、XY走査における機械的振動などによ
る「うねり成分」や測定装置の温度変化による「温度ド
リフト」などのノイズ成分が含まれている。By the way, the measurement data of the XY array obtained in the above data collection process includes noise components such as “undulation component” due to mechanical vibration in XY scanning and “temperature drift” due to temperature change of the measuring device. .
この様なノイズ成分を取り除くための「修正処理」が
必要に応じて選択された場合は、データ処理のプロセス
における上記ルーチンに先立ってデータの修正処理のル
ーチンが、第6図のフローに従って、実行される。If the "correction processing" for removing such a noise component is selected as necessary, the data correction processing routine is executed according to the flow of FIG. 6 prior to the above routine in the data processing process. Is done.
すなわち、「修正処理」が選択されると、ステップS1
に入り、第7図に示すようにディスプレイ65の画面300
には、RAMに記憶されたXY配列の測定データによる等高
線図310,X方向の断面図320,Y方向の断面図330,体容積な
どの数値表示部340,メニュー選択部350が表示される。
このときX方向およびY方向のデータ列抽出位置を示す
線312と線313は等高線図の中央で交差するように初期設
定されており、これらの線312,313で示された位置の断
面図がX方向の断面図320,Y方向の断面図330として表示
される。That is, when “correction processing” is selected, step S1
To enter the screen 300 of the display 65 as shown in FIG.
Displays a contour diagram 310, a cross-sectional view 320 in the X direction, a cross-sectional view 330 in the Y direction, a numerical value display section 340 for body volume, etc., and a menu selection section 350 based on the measurement data of the XY arrangement stored in the RAM.
At this time, the lines 312 and 313 indicating the data string extraction positions in the X direction and the Y direction are initially set to intersect at the center of the contour map, and the cross-sectional view at the position indicated by these lines 312 and 313 is shown in the X direction. Are displayed as a cross-sectional view 320 in the Y direction.
ステップS2,S3,S4,S5は、データ列の抽出のステップ
である。マウス66を移動することにより第7図の画面30
0内に示されているカーソル360を移動して、等高線図31
0上の任意の一点をピックし抽出位置を入力すると(ス
テップS2)、それ以前の抽出位置を示す線312、313が消
えて、新しいピック位置を交点とする新たな線312,313
が等高線図310上に描かれ、同時にこれらに対応するX
方向のデータ列として断面321,Y方向のデータ列として
断面331がそれぞれの断面図320,330上に新たに描かれる
(ステップ3)。この断面321,331は、測定データ上の
凸部や凹部を避けて選ばれなければならない。したがっ
て、抽出したデータ列がステップ4で不適当と判断され
たときは(ステップS4)、適切なデータ列が抽出されま
でステップS2〜S4を繰り返す。ステップS4のOKの判断の
確定は、メニュー選択部350の該当欄をマウス66でピッ
クすることにより行われる。OKが選択されると、X,Yデ
ータ列の抽出処理が行われ(ステップS5)、RAM内の特
定のエリアに記憶される。Steps S2, S3, S4, and S5 are steps for extracting a data string. By moving the mouse 66, the screen 30 shown in FIG.
Move the cursor 360 shown in 0 to draw the contour map 31
When an arbitrary point on 0 is picked and an extraction position is input (step S2), the lines 312 and 313 indicating the previous extraction positions disappear, and new lines 312 and 313 intersecting the new pick position.
Are drawn on the contour map 310, and at the same time, the corresponding X
A cross section 321 is newly drawn as a data row in the direction and a cross section 331 is drawn as a data row in the Y direction on the respective cross-sectional views 320 and 330 (step 3). These cross sections 321 and 331 must be selected so as to avoid convex portions and concave portions on the measurement data. Therefore, when the extracted data string is determined to be inappropriate in step 4 (step S4), steps S2 to S4 are repeated until an appropriate data string is extracted. The determination of OK in step S4 is made by picking the corresponding field of the menu selection unit 350 with the mouse 66. When OK is selected, the X, Y data string is extracted (step S5) and stored in a specific area in the RAM.
ステップS6,S7は、データ列の平均処理のステップで
ある。ステップS6でYesを選択すると、抽出されたX,Yデ
ータ列と、XY配列の測定データにおいてそれに隣接する
両側2列ずつのデータ列とを読み込み、合わせて5列分
のデータ列を平均処理して1列のデータを作成する(ス
テップS7)。これらの新たなX,Yデータ列によりRAM内に
記憶されている抽出されたX,Yデータ列を書換える。Steps S6 and S7 are steps of data string averaging processing. If "Yes" is selected in step S6, the extracted X and Y data strings and the two adjacent data strings in the XY array measurement data are read, and a total of five data strings are averaged. To create one column of data (step S7). The extracted X, Y data strings stored in the RAM are rewritten with these new X, Y data strings.
ステップS8,S9,S10は、データ列の平滑化処理のステ
ップである。ステップS8でYesを選択した場合、キーボ
ード67により平滑化曲線の次数を入力する(ステップS
9)。この次数の入力は、あらかじめ所定の次数をプロ
グラムしておくことにより省略され得る。平滑化処理
は、前記エリア内に記憶されているX,Yデータ列に対応
する所定の次数を有する複数次曲線を最小二乗法を用い
て算出することにより行われる(ステップ10)。算出さ
れた二つの複数次曲線における定数および各係数が別の
エリアに記憶される。Steps S8, S9, and S10 are steps of a data string smoothing process. If "Yes" is selected in step S8, the degree of the smoothing curve is input using the keyboard 67 (step S8).
9). This order input can be omitted by programming a predetermined order in advance. The smoothing process is performed by calculating a multi-degree curve having a predetermined order corresponding to the X, Y data strings stored in the area using the least squares method (step 10). The calculated constants and coefficients of the two multiple-order curves are stored in another area.
続いて、ステップS11に入り、基準面の算出が行われ
る。この基準面の算出は、RAM内の前記特性のエリアに
記憶されたX,Yデータ列に基づいて行われるが、データ
の平滑化処理がされている場合は別のエリアに記憶され
た二つの複数次曲線の定数および各係数に基づいて行わ
れ、XY配列の基準面データが得られる(ステップS1
1)。Subsequently, the process proceeds to step S11, where a reference plane is calculated. The calculation of the reference plane is performed based on the X, Y data strings stored in the area of the characteristic in the RAM, but when the data is subjected to the smoothing process, the two data stored in different areas are stored. This is performed based on the constants of the multi-degree curve and each coefficient to obtain reference plane data in an XY array (step S1
1).
ステップS12,S13,S14は、偏差データ作成のステップ
である。ステップS12でYesを選択すると、XY配列の測定
データからXY配列の基準面データを差し引くことにより
偏差データの作成が行われれる(ステップS13)。この
偏差データは画面300内に3次元像として表示される
(ステップS14)。Steps S12, S13, and S14 are steps for creating deviation data. If Yes is selected in step S12, deviation data is created by subtracting the XY array reference plane data from the XY array measurement data (step S13). This deviation data is displayed as a three-dimensional image on the screen 300 (step S14).
ステップS15〜S19は、体容積算出のステップである。
ステップS15でYesを選択すると、ステップS16でXY配列
の測定データを積分して得られた体積から、ステップS1
7でXY配列の基準面データを積分して得られた体積を差
し引くことにより体容積データの作成が行われれる(ス
テップS18)。この体容積データは画面300内の数値表示
部340に表示される(ステップS19)。Steps S15 to S19 are steps for calculating body volume.
If Yes is selected in step S15, step S1 is performed based on the volume obtained by integrating the measurement data of the XY array in step S16.
The body volume data is created by subtracting the volume obtained by integrating the reference plane data in the XY array in step 7 (step S18). This body volume data is displayed on the numerical value display section 340 in the screen 300 (step S19).
以上が「修正処理」ルーチンの内容である。このルー
チンから判るように、基準面の算出に至るプロセスは、
第8図に(a),(b),(c),(d)として示され
ているように、4通りが選択され、算出の対象となるデ
ータ列が異なっている。The above is the contents of the “correction processing” routine. As you can see from this routine, the process to calculate the reference plane is
As shown in (a), (b), (c), and (d) in FIG. 8, four types are selected, and the data strings to be calculated are different.
ところで、上述した「修正処理」ルーチンにおける各
処理は、次のような考え方に基づいてプログラムされ、
処理されている。By the way, each processing in the above-mentioned "correction processing" routine is programmed based on the following concept,
Is being processed.
すなわち、この実施例のXY走査機構20は、第3図に示
す如く各々独立的に設けられたXテーブル21と、Yテー
ブル22とが、上下に重ね合されて構成されている。した
がってXY走査機構20の機械的変動による「うねり成分」
には第9図に示すような特徴がある。That is, the XY scanning mechanism 20 of this embodiment is configured such that an independently provided X table 21 and Y table 22 are vertically overlapped as shown in FIG. Therefore, the "undulation component" due to the mechanical fluctuation of the XY scanning mechanism 20
Has features as shown in FIG.
第9図はXテーブル21およびYテーブル22の動きによ
って生じる「うねり成分」を理解し易いように、うねり
度合を極大化して示した模式図である。図示の如く「う
ねり成分」はXテーブル21の動きに伴って生じるX方向
の「うねり成 分」x(21)と、Yテーブル22の動きに
伴って生じるY方向の「うねり成分」y(22)とに分離
できる。しかもX方向の「うねり成分」x(21)を示す
曲線は、Y方向のどの位置(y1,y2,y3)をとっても、x
(y1),x(y2),x(y3)として図示するようにその絶対
値が変化するのみで、そのパターンは同じである。同様
にY方向の「うねり成分」y(22)に示す曲線は、X方
向のどの位置(x1,x2,x3)をとっても、y(1x),y(x
2),y(x3)として図示するように、その絶対値が変化
するのみで、そのパターンは同じである。FIG. 9 is a schematic diagram in which the degree of undulation is maximized so that the "undulation component" generated by the movement of the X table 21 and the Y table 22 can be easily understood. As shown in the figure, the “swell component” is a “swell component” x (21) in the X direction caused by the movement of the X table 21 and a “swell component” y (22) in the Y direction caused by the movement of the Y table 22. ). In addition, the curve indicating the “undulation component” x (21) in the X direction can be expressed as x at any position (y1, y2, y3) in the Y direction.
The patterns are the same except that their absolute values change as shown in (y1), x (y2), x (y3). Similarly, the curve indicated by the “swell component” y (22) in the Y direction indicates that y (1x), y (x), regardless of the position (x1, x2, x3) in the X direction.
2) As shown in the figure as y (x3), the pattern is the same, only its absolute value changes.
一方、周囲温度の変化による「温度ドリフト」は、XY
走査機構20を前述したようにYテーブル22が1回走査す
る間に、Xテーブル21がN回走査する如く構成されてい
る関係で、ほとんどY方向のデータ列にのみ影響を与え
る。On the other hand, “temperature drift” due to changes in ambient temperature
Since the X table 21 is configured to scan N times while the Y table 22 performs one scan of the scanning mechanism 20 as described above, this affects almost only the data string in the Y direction.
ここで基準面の算定方法について、第8図、第10図お
よび第11図(a)(b)を適時参照しながら説明する。Here, the method of calculating the reference plane will be described with reference to FIGS. 8, 10, and 11 (a) and 11 (b) as appropriate.
第10図は説明および図示を簡略化するために、X方向
には滑らかな曲面を呈し、Y方向には途中に段差Hを有
する段差面を呈する基準面Sを模式的に示した斜視図で
ある。ただし実際にはY方向も滑らかな曲線を呈するも
のとなることは云うまでもない。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a reference surface S presenting a smooth curved surface in the X direction and a step surface having a step H in the middle in the Y direction in order to simplify the description and illustration. is there. However, it goes without saying that the Y-direction actually shows a smooth curve.
はじめに、最も単純な、第8図(a)のケースに従っ
て説明する。First, description will be made in accordance with the simplest case of FIG. 8 (a).
まず、基準面S(i,j)を次のように定義する。 First, the reference plane S (i, j) is defined as follows.
S(i,j)=C+f(i)+g(j) (1) 但し C:基準面Sのオフセット値(定数) f,g:f(0)=g(0)=0 i=0,1,2,・・・,M−1 j=0,1,2,・・・,N−1 M,Nは、それぞれX,Y方向のサンプリング点数である。 S (i, j) = C + f (i) + g (j) (1) where C: offset value (constant) of reference plane S f, g: f (0) = g (0) = 0 i = 0,1 , 2,..., M−1 j = 0, 1, 2,..., N−1 M and N are the number of sampling points in the X and Y directions, respectively.
上記(1)式はX方向、Y方向にそれぞれ独立した
「うねり成分」をもつ曲面の式である。このような定義
付けをなすに至った根拠は、XY走査機構20におけるXテ
ーブル21とYテーブル22とが、直交する二方向に独立的
に設けられていること、また長時間のデータ採取時にお
けるデータの温度ドリフトは、ほとんどY方向にのみ効
いてくることによる。The above equation (1) is an equation of a curved surface having independent “undulation components” in the X direction and the Y direction. The basis for this definition is that the X table 21 and the Y table 22 in the XY scanning mechanism 20 are provided independently in two orthogonal directions, The temperature drift of the data is due to being effective only in the Y direction.
上記の如く定義付けられた基準面Sを求めるに際して
は、測定対象物である試料1の凹凸部等が存在していな
い領域つまり平坦面部から、基本的にはX方向およびY
方向から各一本づつラインを選び出す。これがX方向基
準線LXとY方向基準線LYである。上記二つの基準LXとLY
との交点の座標を(i0,j0)とする。そうすると各基準
線LX,LYは、基準面S上に存在している曲線であるか
ら、それぞれ(2)式、(3)式で表わせる。When the reference plane S defined as described above is obtained, the X-direction and the Y-direction are basically obtained from a region where the uneven portion or the like of the sample 1 to be measured does not exist, that is, a flat surface portion.
Select one line at a time from each direction. These are the X direction reference line LX and the Y direction reference line LY. The above two criteria LX and LY
And the coordinates of the intersection with (i 0 , j 0 ). Then, since the reference lines LX and LY are curves existing on the reference plane S, they can be expressed by the equations (2) and (3), respectively.
LX(i,j0)=C+f(i)+g(j0) (i=0,1,・
・・,M−1) (2) LY(i0,j)=C+f(i0)+g(j) (j=0,1,・
・・,N−1) (3) 上記(2)式にi=0,i=i0をそれぞれ代入して次の
(2′)、(2″)式を得る LX(0,j0)=C+f(0)+g(j0)=C+g(j0) (2′) LX(i0,j0)=C+f(i0)+g(j0) (2″) 同様に(3)式にj=0を代入して次の(3′)式を得
る。LX (i, j 0 ) = C + f (i) + g (j 0 ) (i = 0,1,.
··, M-1) (2 ) LY (i 0, j) = C + f (i 0) + g (j) (j = 0,1, ·
···, N-1) (3) Substituting i = 0 and i = i 0 into the above equation (2) to obtain the following equations (2 ′) and (2 ″) LX (0, j 0 ) = C + f (0) + g (j 0 ) = C + g (j 0 ) (2 ′) LX (i 0 , j 0 ) = C + f (i 0 ) + g (j 0 ) (2 ″) Similarly, in the equation (3), The following equation (3 ') is obtained by substituting j = 0.
LY(i0,0)=C+f(i0)+g(0)=C+f(i0) (3′) (2′),(2″),(3′)より C=LX(0,j0)+LY(i0,0)−LX(i0,j0) f(i0)=LX(i0,j0)−LX(0,j0) g(j0)=LY(i0,j0)−LY(i0,0) (4) であり、これを(2)、(3)式に代入すると、 f(i)=LX(i,j0)−LX(0,j0) g(i)=LY(i0,j)−LY(i0,0) (5) が得られる。(4),(5)を(1)に代入することに
より、基準面Sが次のように求められる。LY (i 0 , 0) = C + f (i 0 ) + g (0) = C + f (i 0 ) (3 ′) From (2 ′), (2 ″), (3 ′), C = LX (0, j 0) ) + LY (i 0 , 0) −LX (i 0 , j 0 ) f (i 0 ) = LX (i 0 , j 0 ) −LX (0, j 0 ) g (j 0 ) = LY (i 0 , j 0 ) −LY (i 0 , 0) (4). By substituting this into equations (2) and (3), f (i) = LX (i, j 0 ) −LX (0, j 0 ) g (i) = LY ( i 0, j) -LY (i 0, 0) (5) is obtained. (4), by substituting (5) into (1), the reference plane S is following Is required.
S(i,j)=LX(i,j0)+LY(i0,j)−LX(i0,j0)
(6) 以上は測定データの平坦面部が滑らかな場合であった
が、平坦面部が測定中の振動や試料面上の微細なゴミな
どにより高周波のノイズを含んでいる場合は、より正確
な基準面を得るために、抽出したデータ列を平滑化して
から基準面を求める必要がある。その一例として、最小
二乗法により平滑化を行う例を第8図(b)のケースに
沿って説明する。S (i, j) = LX (i, j 0) + LY (i 0, j) -LX (i 0, j 0)
(6) The above is the case where the flat surface portion of the measurement data is smooth. However, when the flat surface portion includes high frequency noise due to vibration during measurement or fine dust on the sample surface, a more accurate reference is used. In order to obtain a surface, it is necessary to smooth the extracted data sequence before obtaining a reference surface. As an example, an example in which smoothing is performed by the least square method will be described with reference to the case of FIG. 8B.
まず、第8図(a)と同様に、X,Y方向各1列のデー
タ列を抽出し、これに最小二乗法でそれぞれm次、n次
の曲線をあてはめて、X,Y方向の基準線LX2,LY2とする。First, as in FIG. 8 (a), one data row in each of the X and Y directions is extracted, and m-th and n-th curves are respectively applied to the data rows by the least squares method. Lines LX 2 and LY 2 are assumed.
ただし、C0,d0:定数 CK,d1:係数 m:X方向の基準線の次数 n:Y方向の基準線の次数 上記(7)にi=0,i=i0,(8)式にj=0,j=j0を
代入してそれぞれ(7′),(7″),(8′),
(8″)式を得る。 Where C 0 , d 0 : constant C K , d 1 : coefficient m: order of the reference line in the X direction n: order of the reference line in the Y direction i = 0, i = i 0 , (8 ) respectively by substituting j = 0, j = j 0 in equation (7 '), (7'), (8 '),
(8 ″) is obtained.
上記の式より、(6)式を導いたときと同様にして基
準面Sは(7),(8),(7″)より あるいは(7),(8),(8″)より のように求められる。このように、データ列の平滑化を
行った場合、厳密にいうと(9),(10)式のように2
通りの基準面が求められる。両者の違いは定数項、つま
り高さ方向のオフセットの差であるが、この差は通常小
さいため、(9)式、(10)式のどちらを用いても差支
えない。もし必要ならば、2つの定数項の平均をとるな
どの方法も考えられる。 From the above equation, the reference plane S is calculated from (7), (8), and (7 ″) in the same manner as when equation (6) is derived. Or from (7), (8), (8 ") Is required. Thus, when the data string is smoothed, strictly speaking, as shown in equations (9) and (10), 2
A reference plane is required. The difference between the two is the constant term, that is, the difference between the offsets in the height direction. Since this difference is usually small, either equation (9) or (10) can be used. If necessary, a method of averaging two constant terms is also conceivable.
また、測定データが滑らかでないときは、上記平滑化
の他に、隣り合う複数のデータ列の平均をもって、デー
タ列となし、それを平滑化して基準線としてから基準面
を算出するという方法をとることにより、さらに正確な
基準面を得ることができる。この手順を第8図(d)に
示す。When the measurement data is not smooth, in addition to the above-described smoothing, a method of calculating a reference plane after forming an average of a plurality of adjacent data strings to form a data string, smoothing the data string and setting it as a reference line. Thereby, a more accurate reference plane can be obtained. This procedure is shown in FIG.
なお第11図(a)は、基準線LXはY方向のどの位置で
も共通パターンを有し、違う点は絶対値に差Hがある点
であることを示している。同じく(b)は、基準線LYは
X方向のどの位置でも共通パターンを有し、違う点は絶
対値に差Gがある点であることを示している。FIG. 11 (a) shows that the reference line LX has a common pattern at any position in the Y direction, and the difference is that there is a difference H in the absolute value. Similarly, (b) shows that the reference line LY has a common pattern at any position in the X direction, and a different point is a point having a difference G in the absolute value.
このようにして「うねり成分」および「温度ドリフ
ト」などのノイズを含んだ曲面よりなる基準面Sが得ら
れる。こうして得られた基準面Sを基準として表面形状
等を判定すれば、ノイズによる歪みを含まない測定結果
が得られる。すなわち、第8図に示したようにな、手順
により基準面データSを求め、これにより測定データを
補正するようにすれば、歪のない三次元像が得られる。In this manner, the reference surface S including a curved surface including noise such as “undulation component” and “temperature drift” is obtained. If the surface shape or the like is determined with reference to the reference plane S thus obtained, a measurement result that does not include distortion due to noise can be obtained. That is, by obtaining the reference plane data S by the procedure as shown in FIG. 8 and correcting the measurement data with this, a three-dimensional image without distortion can be obtained.
第12図は上記補正を施した場合の三次元像の一例を示
す実測図であり、第13図は第12図と同じ対象物につい
て、上記補正を施さない場合の三次元像を示す実測図で
ある。第12図と第13図とを比較してみれば明らかなよう
に、前記基準面Sによる補正が如何に有用なものである
かは一目瞭然であろう。FIG. 12 is an actual measurement diagram showing an example of a three-dimensional image when the above correction is performed, and FIG. 13 is an actual measurement diagram showing a three-dimensional image of the same object as in FIG. 12 when the above correction is not performed. It is. As is clear from a comparison between FIG. 12 and FIG. 13, it will be obvious at a glance how useful the correction by the reference plane S is.
次に平坦面部上に存在する凸部の体積の求め方につい
て第14図(a)(b)〜第16図を適時参照して説明す
る。Next, a method of obtaining the volume of the convex portion existing on the flat surface portion will be described with reference to FIGS. 14 (a) and (b) to FIG.
今、第14図(a)(b)に示すように試料台10の上面
の平坦面部111に存在している凸部112の体積を求める場
合について説明する。前述したとおり凸部112の存在し
ない領域上に直交する二本のラインを定め、基準線LX,L
Yに基づいて基準面Sを算定しておく。Now, a case where the volume of the convex portion 112 existing on the flat surface portion 111 on the upper surface of the sample table 10 as shown in FIGS. As described above, two orthogonal lines are determined on the region where the convex portion 112 does not exist, and the reference lines LX and L
The reference plane S is calculated based on Y.
凸部112の体積は、試料台10の基底面113からサンプリ
ング値によってつくられる凸部112を含む表面S2までの
体積V2と、基底面113から基準面S1までの体積V1とを求
め、V2からV1を差引くことによって求め得る。なお、こ
こでいう「基底面」とは、高さ測定系の測定レンジの下
端あるいはゼロ点のように、高さ測定の基準となる仮り
の面を指す。The volume of the convex portion 112 is obtained by calculating a volume V2 from the base surface 113 of the sample stage 10 to the surface S2 including the convex portion 112 created by the sampling value, and a volume V1 from the base surface 113 to the reference surface S1, It can be obtained by subtracting V1. Here, the “base surface” refers to a temporary surface serving as a reference for height measurement, such as the lower end or the zero point of the measurement range of the height measurement system.
凸部112を含む表面S2までの体積V2は次のように求め
る。The volume V2 up to the surface S2 including the protrusion 112 is obtained as follows.
第15図は凸部112を含む測定領域についてサンプリン
グした範囲を模式的に示す平面図である。本例はM×N
でサンプリングした例を示している。第15図中、斜線を
施した一つのサンプリング・ブロックを取出してみる
と、第16図に示すような形態を呈している。FIG. 15 is a plan view schematically showing a range sampled with respect to a measurement region including the convex portion 112. This example is M × N
3 shows an example of sampling. In FIG. 15, when one of the hatched sampling blocks is extracted, it takes a form as shown in FIG.
第16図に示すS2は前述した凸部112を含む表面S2の一
部分を示している。図示の如くその表面は歪んでいる。
この表面S2を形成している4コーナ部S21,S22,S23,S24
の各サンプル値は S21…Z(i,j) S22…Z(i+1,j) S23…Z(i+1,j+1) S24…Z(i,j+1) である。ただし (0≦i≦M−2),(0≦j≦N−2) である。S2 shown in FIG. 16 indicates a part of the surface S2 including the above-described protrusion 112. The surface is distorted as shown.
Four corners S21, S22, S23, S24 forming this surface S2
Are sample values of S21 ... Z (i, j) S22 ... Z (i + 1, j) S23 ... Z (i + 1, j + 1) S24 ... Z (i, j + 1) Note that (0 ≦ i ≦ M−2) and (0 ≦ j ≦ N−2).
したがって、1つのサンプリングブロックにおける基
底面113から凸部表面S2までの体積vijは次式で求められ
る。Therefore, the volume v ij from the base surface 113 to the convex surface S2 in one sampling block is obtained by the following equation.
またM×Nでサンプリングしたデータ全体の凸部を含
む表面S2までの体積vS2は次式で求められる。 The volume v S2 up to the surface S2 including the convex portion of the entire data sampled by M × N is obtained by the following equation.
上述した説明ではサンプリング間隔を[1],高さ方
向の測定レンジを 0≦Z(i,j)≦R(Rは例えば1000) という無次元で考えてきたが、これを実際の体積V
S2[μm 3]に直すには、(12)式に次式(13)に示すVE
を乗じてやればよい。 In the above description, the sampling interval is [1] and the measurement range in the height direction is dimensionless such that 0 ≦ Z (i, j) ≦ R (R is, for example, 1000).
S2 is the correct the [μ m 3], V E shown in the following equation (13) to (12)
Should be multiplied.
vE=lx・ly・rng/(M−1)(N−1)R[μm3]
(13) すなわち VS2=vS2×vE[μm3] (14) ただしlxはX方向のサンプリング長さ「μm],lyはY
方向のサンプリング長さ[μm],rngは高さ方向の測定
レンジ[μm]である。v E = lx · ly · rng / (M-1) (N-1) R [μm 3 ]
(13) That is, V S2 = v S2 × v E [μm 3 ] (14) where lx is the sampling length “μm” in the X direction and ly is Y
The sampling length [μm] and rng in the direction are the measurement range [μm] in the height direction.
前述した(6)式ないしは(9)式、(10)式によっ
て基準面Si,j(i,i)の定数が,係数が定まるから、基
底面113から基準面Sまでの体積vSは(12)式と同様に
して、 のように求められる。なお、(9)式あるいは(10)式
の基準面では、vSを次のような積分で求められる方法も
ある。Since the constant of the reference plane S i, j (i, i) is determined by the above-described equations (6) to (9) and (10), the volume v S from the base plane 113 to the reference plane S is Similarly to equation (12), Is required. In addition, there is also a method in which v S is obtained by the following integration on the reference plane of Expression (9) or Expression (10).
ただし、(16)のS(i,j)に(9)式をとったとき
は、 であり、(10)式をとったときは、 である。 However, when equation (9) is used for S (i, j) in (16), And when taking equation (10), It is.
(16)式のvSは無次元の量である。これを実際の体積
VS[μm3]に直すには、(13)式のvEをvSに乗じてやれ
ばよい。すなわち、 VS=vS×vE (17) かくして凸部112の体積Vは次式にて求められる。V S in equation (16) is a dimensionless quantity. This is the actual volume
To convert it to V S [μm 3 ], multiply v S by v E in equation (13). That is, V S = v S × v E (17) Thus, the volume V of the convex 112 is obtained by the following equation.
V=VS2−VS=(vS2−vS)×vE (18) ところで、第6図の修正処理ルーチンに対応して説明
すると、ステップS5のX,Yデータ列の抽出処理は、測定
データZ(i,j)から抽出するX方向のデータ列,Y方向
のデータ列を、それぞれ一次元配列LX′(i),LY′
(j)に代入するものである。V = V S2 −V S = (v S2 −v S ) × v E (18) By the way, according to the correction processing routine of FIG. 6, the extraction processing of the X and Y data strings in step S5 is as follows. A data string in the X direction and a data string in the Y direction extracted from the measurement data Z (i, j) are respectively converted into a one-dimensional array LX '(i), LY'.
(J).
また、ステップS7の平均処理は、隣接する5列のデー
タ列で平均処理をする場合はその結果をLX′(i),L
Y′(j)に代入するものである。 In the averaging process in step S7, when averaging is performed on five adjacent data columns, the result is expressed as LX '(i), L
Y ′ (j).
ステップ10の平滑化処理では、このようにして求めら
れたLX′(i),LY′(j)に、最小二乗法で、それぞ
れm次式、n次式をフィットして平滑化したデータ列LX
(i),LY(j)を得る。 In the smoothing process in step 10, the LX '(i) and LY' (j) obtained in this way are subjected to the least-squares method by fitting the m-th order expression and the n-th order expression to the smoothed data sequence. LX
(I) and LY (j) are obtained.
平滑化を行わないときは、LX′(i),LY′(j)を
そのままLX(i),LY(j)に代入する。When smoothing is not performed, LX '(i) and LY' (j) are directly substituted for LX (i) and LY (j).
以上のようにして得られたLX(i),LY(j)が
(2),(3)式の に相当するから、ステップ11では(6)式に従って基準
面S(i,j)が求められる。LX (i) and LY (j) obtained as described above are expressed by equations (2) and (3). In step 11, the reference plane S (i, j) is obtained in accordance with equation (6).
ステップ13の偏差データの作成を行うときは、 Z′(i,j)=Z(i,j)−S(i,j) (i=0,1,…,M−1) (j=0,1,…,N−1) (23) の処理を行い、偏差データZ′(i,j)を得る。When the deviation data is created in step 13, Z ′ (i, j) = Z (i, j) −S (i, j) (i = 0,1,..., M−1) (j = 0 , 1, ..., N-1) (23) to obtain deviation data Z '(i, j).
体容積を求めるときは、ステップ16で(12)式、ステ
ップ17で(15)式、ステップ18で(18)式の処理が行わ
れる。When obtaining the body volume, the processing of the equation (12) is performed in step 16, the processing of the equation (15) is performed in step 17, and the processing of the equation (18) is performed in step 18.
『実験例(1)』 第17図に示すように、モデルとしてL×Lなる大きさ
のサンプリングエリア201の中央部に、L/2×L/2なる広
さを有し、かつフルレンジ(1000)の30%(300)の高
さを有する凸部202をもったモデル200を用意した。“Experimental example (1)” As shown in FIG. 17, a model having a size of L / 2 × L / 2 and a full range (1000 A model 200 having a convex portion 202 having a height of 30% (300) of ()) was prepared.
このモデル200のサンプリング・エリア201のX方向
に、振幅がフルレンジの1%で空間周波数が0.9Lの正弦
波をのせると共に、同エリア201のY方向に、振幅がフ
ルレンジの6%で空間周波数が2.3Lの正弦波をのせ、か
つ2×512のサンプリング数でサンプリングしたモデル
とした。In the X direction of the sampling area 201 of this model 200, a sine wave having an amplitude of 1% of the full range and a spatial frequency of 0.9 L is applied, and in the Y direction of the same area 201, an amplitude of 6% of the full range and a spatial frequency of Was a model in which a 2.3L sine wave was placed and sampled at a sampling number of 2 × 512.
基準線LX,LYの次数m,nを1〜20の範囲で変化させなが
ら第8図(b)のケースにより基準面を求め、凸部202
の体積計算を行なったところ、真値に対する誤差が1.0
%以下となるのは m,n≧18 のときであった。周波数を変えた別のテストデータでも
同様の結果が出た。したがって次数m,nとしてはいずれ
も20程度とすることが望ましいといえる。While changing the orders m and n of the reference lines LX and LY in the range of 1 to 20, a reference surface is obtained by the case of FIG.
Was calculated, the error with respect to the true value was 1.0
% Or less when m, n ≧ 18. Similar results were obtained with other test data at different frequencies. Therefore, it can be said that it is desirable that both the orders m and n be about 20.
512点のデータに20次曲線を最小二乗法であてはめる
ためのルーチン処理タイムは、約12秒であった。Routine processing time for fitting a 20th order curve to the 512-point data by the least squares method was about 12 seconds.
凸部202の体積計算における誤差の絶対値は、基準面
が如何に適正に定められているかによって決まる。しか
もその影響は凸部202の大きさには関係なく一律であ
る。このため測定対象である凸部202が小さければ小さ
いほど、真値に対する誤差が大きくなる。したがって測
定対象の大きさに注意する必要がある。The absolute value of the error in the volume calculation of the convex portion 202 is determined by how appropriately the reference plane is determined. In addition, the influence is uniform regardless of the size of the convex portion 202. For this reason, the smaller the convex portion 202 to be measured, the larger the error with respect to the true value. Therefore, it is necessary to pay attention to the size of the measurement target.
第8図(d)のケースにより、基準線LX,LYの次数m,n
をいずれも20にし、基準線LYを5本のラインから定め、
前述のモデル200の凸部202の体積を測定したところ、真
値に対する誤差は僅か0.6%であった。このような測定
精度は、測定装置の測定精度と比較しても遜色のない精
度であるといえる。In the case of FIG. 8 (d), the order m, n of the reference line LX, LY
Are set to 20 and the reference line LY is determined from five lines.
When the volume of the convex portion 202 of the model 200 was measured, the error with respect to the true value was only 0.6%. It can be said that such measurement accuracy is comparable to the measurement accuracy of the measuring device.
『実験例(2)』 試料としてシリコンウェハを用意し、凸部のない領域
を800μm×800μmの範囲にわたって凸部体積の測定を
行なってみた。理想的には凸部体積は0となる筈である
が、測定結果は「100μm3以下」なるデータが得られ
た。このデータを測定面積で割ると、 1000μm3/(800μm×800μm)=1.56[nm] となる。これは測定装置の高さ方向の分解能10nmと比べ
ても十分小さい値であり、測定精度としては十分である
ことが判明した。"Experimental example (2)" A silicon wafer was prepared as a sample, and the area of no protrusion was measured over a range of 800 µm x 800 µm. Ideally, the volume of the convex portion should be 0, but the measurement result obtained data of "100 μm 3 or less". Dividing this data by the measurement area gives 1000 μm 3 / ( 800 μm × 800 μm) = 1.56 [nm]. This is a value sufficiently smaller than the resolution of 10 nm in the height direction of the measuring device, and it has been found that the measurement accuracy is sufficient.
なお本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば前記実施例では取出したデータ列に最小二乗法で
あてはめる曲線として複雑次曲線を用いることを前提と
して説明したが、測定対象物の如何によっては円弧など
を用いてもよい。また、最小二乗法の代わりに、移動平
均法などの平滑化手段を採ることもできる。さらに、前
記実施例では体積を求める際の積分方式として2次元台
形公式を用いたが、2次元シンプソン法などを用いてさ
らに高精度な算定を行なうようにしてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that a complex quadratic curve is used as a curve to be applied to the extracted data string by the least square method, but an arc or the like may be used depending on the measurement object. Further, instead of the least square method, a smoothing means such as a moving average method can be employed. Further, in the above-described embodiment, the two-dimensional trapezoidal formula is used as an integration method for obtaining the volume, but a more accurate calculation may be performed using a two-dimensional Simpson method or the like.
また本発明は、高さ計測系として本実施例のような光
学式を採用している装置に限らず、触針式あるいはST
M、AFM等のセンサーを採用している装置においても当然
有効である。このほか本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々変形実施可能であるのは勿論である。Further, the present invention is not limited to an apparatus employing an optical type as in the present embodiment as a height measuring system, but may be a stylus type or ST type.
Naturally, it is also effective in a device employing a sensor such as M or AFM. In addition, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[発明の効果] 本発明は、高さ測定系を用いて試料表面の三次元像お
よびまたは凹凸部などの体容積を測定する装置におい
て、XY走査によって得られたXY配列のデータ列の中から
それぞれ特定の列を抽出し、これに基づいて基準面を作
成するよう構成したものであるから、データ列の抽出を
試料台表面もしくは試料上面などの平坦面部に関して行
うようにすれば、XY走査における機械的変動による「う
ねり成分」や周囲温度の変化による「温度ドリフト」な
どのノイズの影響を示す基準面を得ることができるの
で、歪みのない三次元像を得ることや平坦面部上に存在
する凹凸部の体容積を正確に測定することが可能とな
る。[Effect of the Invention] The present invention relates to a device for measuring a three-dimensional image of a sample surface and / or a body volume such as an uneven portion using a height measurement system, from an XY array data sequence obtained by XY scanning. Since each column is configured to extract a specific row and create a reference plane based on this, if the extraction of the data row is performed on a flat surface such as the sample table surface or the sample upper surface, It is possible to obtain a reference surface that shows the influence of noise such as "waviness component" due to mechanical fluctuations and "temperature drift" due to changes in ambient temperature. It is possible to accurately measure the body volume of the uneven portion.
第1図はクレーム対応図、第2図〜第17図は本発明の一
実施例を示す図で、第2図は表面形状・体容積測定装置
の光学系を中心とした構成図、第3図はXY走査機構の主
要部を分解して示した斜視図、第4図はXY走査のもよう
を模式的に示した図、第5図は制御系全体の構成を示す
ブロック図、第6図は基準面を求めてデータを修正する
為の修正処理ルーチンを示すフローチャート、第7図は
ディスプレイ画面内の表示を示す図、第8図は基準面を
求める手順を示したフローチャート、第9図はXテーブ
ルとYテーブルの動きによって生じる「うねり成分」を
説明するための模式図、第10図は模式的に示した基準面
の斜視図、第1図(a)(b)は上記基準面に係る基準
線パターンの説明図、第12図および第13図は上記基準面
を用いて補正を施したのちの三次元像の実測図および補
正を行なわなかった場合の三次元像の実測図、第14図
(a)(b)〜第16図は平坦面部上に存在する凸部の体
積を測定する場合の測定法を示す図、第17図は『実験例
(1)』に使用したモデルの概要を示す平面図である。 1……試料、3〜6……光軸、10……試料台、 20……XY走査機構、21……Xテーブル、22……Yテーブ
ル、30……主光学系、40……高さ計測光学系、50……観
察光学系、60……信号処理回路、61……コンピュータ、
65……ディスプレイFIG. 1 is a view corresponding to claims, FIGS. 2 to 17 are views showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a structural view mainly showing an optical system of a surface shape / body volume measuring device, FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the main part of the XY scanning mechanism, FIG. 4 is a diagram schematically showing an XY scanning condition, FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the entire control system, and FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a correction processing routine for correcting data by obtaining a reference plane. FIG. 7 is a view showing a display on a display screen. FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for obtaining a reference plane. FIG. 10 is a schematic view for explaining a “swell component” generated by the movement of the X table and the Y table, FIG. 10 is a perspective view of a reference plane schematically shown, and FIGS. Explanatory drawing of the reference line pattern according to FIG. 12, FIG. 13 and FIG. 14 (a) and (b) to 16 show a case where the volume of a convex portion existing on a flat surface portion is measured. FIG. 17 is a plan view showing an outline of a model used in “Experimental example (1)”. 1 ... Sample, 3-6 ... Optical axis, 10 ... Sample table, 20 ... XY scanning mechanism, 21 ... X table, 22 ... Y table, 30 ... Main optical system, 40 ... Height Measurement optical system, 50: Observation optical system, 60: Signal processing circuit, 61: Computer,
65 ... Display
Claims (5)
と、この試料台上の試料の高さを測定する高さ測定系
と、前記試料台と前記高さ測定系を高さ方向(Z)とは
垂直な平面内で直交する二方向(X,Y)に相対的に走査
する走査系とを有し、該走査系をXY方向に走査し、前記
試料台上の試料表面の三次元像を測定する表面形状測定
装置において、 前記走査系をXY方向に走査して前記高さ測定系により得
たXY配列の測定データを記憶するメモリと、 このXY配列の測定データの中から基準面となる平坦領域
のX方向データ列とY方向データ列とを各々抽出するデ
ータ列抽出手段と、 この抽出手段で抽出されたX方向データ列及びY方向デ
ータ列に基づいてノイズ成分を含んだ曲面よりなる基準
面を求める基準面取得手段とを、 備えたことを特徴とする表面形状測定装置。1. A sample table on which a sample to be measured is placed, a height measuring system for measuring the height of the sample on the sample table, and a height direction of the sample table and the height measuring system. (Z) has a scanning system that relatively scans in two directions (X, Y) orthogonal to each other in a vertical plane, scans the scanning system in the XY direction, and scans the surface of the sample on the sample stage. In a surface profile measuring device for measuring a three-dimensional image, a memory for storing the XY array measurement data obtained by the height measurement system by scanning the scanning system in the XY direction, Data string extracting means for extracting an X-direction data string and a Y-direction data string of a flat area serving as a reference plane; and a noise component based on the X-direction data string and the Y-direction data string extracted by the extracting means. And a reference plane obtaining means for obtaining a reference plane composed of a curved surface. Profilometer.
Y方向におけるデータ列に隣接する複数列のデータ列を
平均してXまたはY方向における一列のデータ列とする
平均化処理手段をさらに備え、この平均処理されたデー
タ列を用いて前記基準面を求めることを特徴とする請求
項1に記載の表面形状測定装置。2. An averaging processing means for averaging a plurality of data strings adjacent to the data string in the X or Y direction extracted by the data string extracting means to obtain a single data string in the X or Y direction. 2. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the reference plane is obtained using the averaged data sequence.
Y方向のデータ列から平滑化曲線を求める平滑化処理手
段をさらに備え、この平滑化曲線に基づいて前記基準面
を求めることを特徴とする請求項1に記載の表面形状測
定装置。3. The apparatus according to claim 1, further comprising: a smoothing processing means for obtaining a smoothing curve from the data string in the X or Y direction extracted by the data string extracting means, wherein the reference plane is obtained based on the smoothing curve. The surface shape measuring device according to claim 1.
データを差し引くことによってXY配列の偏差データを求
める偏差データ作成手段をさらに備えたことを特徴とす
る請求項1に記載の表面形状測定装置。4. The surface shape measurement according to claim 1, further comprising a deviation data creating means for obtaining deviation data of the XY array by subtracting data of the reference plane from the measurement data of the XY array. apparatus.
ら前記試料上に存在する凸部の体積や凹部の容積を求め
る体容積算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求
項1に記載の表面形状測定装置。5. The apparatus according to claim 1, further comprising a body volume calculating means for calculating a volume of a convex portion or a volume of a concave portion present on the sample from the measurement data of the XY array and the reference plane. The surface shape measuring device according to the above.
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- 1990-07-19 JP JP19096090A patent/JP2945448B2/en not_active Expired - Lifetime
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