特開 2024-156476 干渉観察装置及び干渉観察方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156476

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】干渉観察装置及び干渉観察方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02002 20220101AFI20241029BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20241029BHJP

   G02B 21/18 20060101ALI20241029BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02002

G02B21/36

G02B21/18

G02B21/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070971

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100156395

【弁理士】

【氏名又は名称】荒井 寿王

(72)【発明者】

【氏名】山内 豊彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 那津輝

【テーマコード（参考）】

2F064

2H052

【Ｆターム（参考）】

2F064BB05

2F064CC01

2F064FF06

2F064GG22

2F064GG44

2F064HH08

2H052AA04

2H052AB06

2H052AB24

2H052AB26

2H052AC14

2H052AC27

2H052AD09

2H052AF14

2H052AF25

(57)【要約】

【課題】観察面に関する情報を精度よく取得する。
【解決手段】干渉観察装置１は、光を出力する光源２と、参照ミラー１５を有し、光源２から出力された光を第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割し、観察対象物８で反射された第１光Ｌ１と参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２との干渉光Ｌ３を出力する干渉光学系３と、干渉光Ｌ３を検出する撮像素子４と、撮像素子４の検出結果に基づいて干渉画像を取得する処理部５と、を備える。干渉光学系３は、第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させるピエゾ素子１９を有する。処理部５は、第１光Ｌ１の焦点を観察対象物８の観察面Ｒに合わせた状態で第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の干渉画像に基づいて、観察面Ｒに関する観察面情報と観察面Ｒ以外の非観察面に関する非観察面情報とを分離する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を出力する光源と、
参照ミラーを有し、前記光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、
前記干渉光を検出する撮像素子と、
前記撮像素子の検出結果に基づいて干渉画像を取得する処理部と、を備え、
前記干渉光学系は、前記第２光の光路の焦点条件を変化させる機構を有し、
前記処理部は、
前記第１光の焦点を前記観察対象物の観察面に合わせた状態で前記第２光の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の前記干渉画像に基づいて、前記観察面に関する観察面情報と前記観察面以外の非観察面に関する非観察面情報とを分離する、干渉観察装置。

【請求項2】

前記処理部は、
前記参照ミラーを第１位置に位置させた場合の第１干渉画像と、前記光源から出力する光の半波長以上の距離前記参照ミラーを前記第２光の光路に沿って前記第１位置から移動させた場合の第２干渉画像と、に基づいて、前記観察面情報と前記非観察面情報とを分離する、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項3】

前記干渉光学系は、前記第２光を前記参照ミラーへ導光し且つ移動可能な参照対物レンズを有し、
前記処理部は、
前記参照対物レンズを第１位置に位置させた場合の第１干渉画像と、前記光源から出力する光の半波長以上の距離前記参照対物レンズを前記第２光の光路に沿って前記第１位置から移動させた場合の第２干渉画像と、に基づいて、前記観察面情報と前記非観察面情報とを分離する、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項4】

前記光源は、第１波長の光を出力する第１光源、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を出力する第２光源を有し、
前記干渉光学系は、前記第２光の光路上に配置された分散媒質を有し、
前記処理部は、
前記第１光源から光を出力した場合の第１干渉画像と、前記第２光源から光を出力した場合の第２干渉画像と、に基づいて、前記観察面情報と前記非観察面情報とを分離する、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項5】

前記観察対象物は、デバイス部と、前記デバイス部の表面に空気層を介して設けられたキャップ部と、を含み、
前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記キャップ部側から前記第１光を入射させ、
前記観察面は、前記デバイス部の前記表面であり、
前記非観察面は、前記キャップ部の表面及び裏面である、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項6】

前記観察対象物は、デバイス部と、前記デバイス部の表面に設けられた膜部と、を含み、
前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記膜部側から前記第１光を入射させ、
前記観察面は、前記デバイス部の前記表面又は裏面であり、
前記非観察面は、前記膜部の表面及び裏面である、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項7】

前記観察対象物は、第１デバイス部と、前記第１デバイス部の表面に設けられた第２デバイス部と、を含み、
前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記第２デバイス部側から前記第１光を入射させ、
前記観察面は、前記第１デバイス部の前記表面又は裏面であり、
前記非観察面は、前記第２デバイス部の表面及び裏面である、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項8】

前記観察対象物は、デバイス部を含み、
前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記デバイス部の表面側から前記第１光を入射させ、
前記観察面は、前記デバイス部の裏面であり、
前記非観察面は、前記デバイス部の前記表面である、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項9】

前記観察面は、前記観察対象物が有する界面であり、
前記非観察面は、前記撮像素子の検出面と前記観察対象物との間の光学素子の表面である、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項10】

前記観察面は、前記観察対象物が有する界面であり、
前記非観察面は、前記撮像素子の検出面と離間して実装された前記撮像素子の保護板の表面である、請求項９に記載の干渉観察装置。

【請求項11】

前記干渉画像における複数の異物の位置と複数の前記異物それぞれのデフォーカス度とを示す表、及び、前記干渉画像におけるデフォーカス度の分布を示す画像の少なくとも何れかを表示する表示部を備える、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項12】

前記干渉画像における複数の異物の位置と複数の前記異物それぞれのデフォーカス度とを示す表、及び、前記干渉画像におけるデフォーカス度の分布を示す画像の少なくとも何れかを記憶する記憶部を備える、請求項１に記載の干渉観察装置。

【請求項13】

光源から光を出力する光出力ステップと、
前記光源から出力した光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光出力ステップと、
前記干渉光を撮像素子で検出する干渉光検出ステップと、
前記撮像素子の検出結果に基づいて干渉画像を取得する処理ステップと、を備え、
前記処理ステップでは、
前記第１光の焦点を前記観察対象物の観察面に合わせた状態で前記第２光の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の前記干渉画像に基づいて、前記観察面に関する観察面情報と前記観察面以外の非観察面に関する非観察面情報とを分離する、干渉観察方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、干渉観察装置及び干渉観察方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、光源と、光源から出力された光を分岐して第１分岐光及び第２分岐光とし、第１分岐光を観察対象物で反射させ、第１分岐光と第２分岐光（参照光）とを合波して当該合波光を出力する干渉光学系と、合波光を受光して検出信号を出力する受光部と、検出信号に基づいて干渉画像を取得する画像取得部と、を備えた干渉観察装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０１６－１２１２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した干渉観察装置では、観察対象物における一の界面を観察面として観察する場合、例えば他の界面に研削痕等が存在すると、取得する干渉画像に当該研削痕等の影響が及ぶ可能性がある。この場合、観察面に関する情報を精度よく取得できないおそれがある。

【0005】

本発明は、観察面に関する情報を精度よく取得することができる干渉観察装置及び干渉観察方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の干渉観察装置は、［１］「光を出力する光源と、参照ミラーを有し、前記光源から出力された光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と前記参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光学系と、前記干渉光を検出する撮像素子と、前記撮像素子の検出結果に基づいて干渉画像を取得する処理部と、を備え、前記干渉光学系は、前記第２光の光路の焦点条件を変化させる機構を有し、前記処理部は、前記第１光の焦点を前記観察対象物の観察面に合わせた状態で前記第２光の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の前記干渉画像に基づいて、前記観察面に関する観察面情報と前記観察面以外の非観察面に関する非観察面情報とを分離する、干渉観察装置」である。

【0007】

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、第１光の焦点を観察対象物の観察面に合わせた状態で第２光の光路の焦点条件を変化させた際、取得される複数の干渉画像においては、観察面に係る成分の受ける変調量と比べて、観察面以外の非観察面に係る成分の受ける変調量が有意に大きいという知見を得た。そこで、本発明の干渉観察装置では、このようにして取得した複数の干渉画像に基づいて、観察面に関する情報（以下、「観察面情報」ともいう）と非観察面に関する情報（以下、「非観察面情報」ともいう）とを分離する。これにより、干渉画像から非観察面情報を排して観察面情報を選択的に得ることができ、観察面情報を精度よく取得することが可能となる。

【0008】

本発明の干渉観察装置は、［２］「前記処理部は、前記参照ミラーを第１位置に位置させた場合の第１干渉画像と、前記光源から出力する光の半波長以上の距離前記参照ミラーを前記第２光の光路に沿って前記第１位置から移動させた場合の第２干渉画像と、に基づいて、前記観察面情報と前記非観察面情報とを分離する、［１］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、参照ミラーを第２光の光路に沿って移動させることで、干渉画像の観察面情報と非観察面情報とを分離することができる。

【0009】

本発明の干渉観察装置は、［３］「前記干渉光学系は、前記第２光を前記参照ミラーへ導光し且つ移動可能な参照対物レンズを有し、前記処理部は、前記参照対物レンズを第１位置に位置させた場合の第１干渉画像と、前記光源から出力する光の半波長以上の距離前記参照対物レンズを前記第２光の光路に沿って前記第１位置から移動させた場合の第２干渉画像と、に基づいて、前記観察面情報と前記非観察面情報とを分離する、［１］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、参照対物レンズを第２光の光路に沿って移動させることで、干渉画像の観察面情報と非観察面情報とを分離することができる。

【0010】

本発明の干渉観察装置は、［４］「前記光源は、第１波長の光を出力する第１光源、及び、前記第１波長とは異なる第２波長の光を出力する第２光源を有し、前記干渉光学系は、前記第２光の光路上に配置された分散媒質を有し、前記処理部は、前記第１光源から光を出力した場合の第１干渉画像と、前記第２光源から光を出力した場合の第２干渉画像と、に基づいて、前記観察面情報と前記非観察面情報とを分離する、［１］に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、２種類の波長の光を利用して観察面情報と非観察面情報とを分離することができる。

【0011】

本発明の干渉観察装置は、［５］「前記観察対象物は、デバイス部と、前記デバイス部の表面に空気層を介して設けられたキャップ部と、を含み、前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記キャップ部側から前記第１光を入射させ、前記観察面は、前記デバイス部の前記表面であり、前記非観察面は、前記キャップ部の表面及び裏面である、［１］～［４］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、デバイス部の表面に関する観察面情報を、キャップ部の表面及び裏面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0012】

本発明の干渉観察装置は、［６］「前記観察対象物は、デバイス部と、前記デバイス部の表面に設けられた膜部と、を含み、前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記膜部側から前記第１光を入射させ、前記観察面は、前記デバイス部の前記表面又は裏面であり、前記非観察面は、前記膜部の表面及び裏面である、［１］～［４］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、デバイス部の表面又は裏面に関する観察面情報を、膜部の表面及び裏面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0013】

本発明の干渉観察装置は、［７］「前記観察対象物は、第１デバイス部と、前記第１デバイス部の表面に設けられた第２デバイス部と、を含み、前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記第２デバイス部側から前記第１光を入射させ、前記観察面は、前記第１デバイス部の前記表面又は裏面であり、前記非観察面は、前記第２デバイス部の表面及び裏面である、［１］～［４］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、第１デバイス部の表面又は裏面に関する観察面情報を、第２デバイス部の表面及び裏面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0014】

本発明の干渉観察装置は、［８］「前記観察対象物は、デバイス部を含み、前記干渉光学系は、前記観察対象物に対して前記デバイス部の表面側から前記第１光を入射させ、前記観察面は、前記デバイス部の裏面であり、前記非観察面は、前記デバイス部の前記表面である、［１］～［４］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、デバイス部の裏面に関する観察面情報を、デバイス部の表面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0015】

本発明の干渉観察装置は、［９］「前記観察面は、前記観察対象物が有する界面であり、前記非観察面は、前記撮像素子の検出面と前記観察対象物との間の光学素子の表面である、［１］～［４］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、観察対象物が有する界面に関する観察面情報を、撮像素子と観察対象物との間の光学素子の表面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0016】

本発明の干渉観察装置は、［１０］「前記観察面は、前記観察対象物が有する界面であり、前記非観察面は、前記撮像素子の検出面と離間して実装された前記撮像素子の保護板の表面である、請求項９に記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、観察対象物が有する界面に関する観察面情報を、撮像素子の保護板の表面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0017】

本発明の干渉観察装置は、［１１］「前記干渉画像における複数の異物の位置と複数の前記異物それぞれのデフォーカス度とを示す表、及び、前記干渉画像におけるデフォーカス度の分布を示す画像の少なくとも何れかを表示する表示部を備える、［１］～［１０］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、表示部が表示した表及び画像の少なくとも何れかにより、観察面の異物と非観察面の異物とを容易に区別して把握することが可能となる。

【0018】

本発明の干渉観察装置は、［１２］「前記干渉画像における複数の異物の位置と複数の前記異物それぞれのデフォーカス度とを示す表、及び、前記干渉画像におけるデフォーカス度の分布を示す画像の少なくとも何れかを記憶する記憶部を備える、［１］～［１１］の何れかに記載の干渉観察装置」であってもよい。この場合、記憶部に記憶した表及び画像の少なくとも何れかを利用することにより、観察面の異物と非観察面の異物とを容易に区別して把握することが可能となる。

【0019】

本発明の干渉観察方法は、［１３］「光源から光を出力する光出力ステップと、前記光源から出力した光を第１光及び第２光に分割し、観察対象物で反射された前記第１光と参照ミラーで反射された前記第２光との干渉光を出力する干渉光出力ステップと、前記干渉光を撮像素子で検出する干渉光検出ステップと、前記撮像素子の検出結果に基づいて干渉画像を取得する処理ステップと、を備え、前記処理ステップでは、前記第１光の焦点を前記観察対象物の観察面に合わせた状態で前記第２光の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の前記干渉画像に基づいて、前記観察面に関する観察面情報と前記観察面以外の非観察面に関する非観察面情報とを分離する、干渉観察方法」である。

【0020】

この干渉観察方法においても、干渉画像から非観察面情報を排して観察面情報を選択的に得ることができ、観察面情報を精度よく取得することが可能となる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、観察面に関する情報を精度よく取得することができる干渉観察装置及び干渉観察方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、第１実施形態に係る干渉観察装置を示す構成図である。

【図2】図２は、図１の干渉観察装置の動作例を示すフローチャートである。

【図3】図３（ａ）は、第１位相画像の例を示す写真図である。図３（ｂ）は、第２位相画像の例を示す写真図である。

【図4】図４（ａ）は、参照ミラーの動作例を示すタイミングチャートである。図４（ｂ）は、参照ミラーの他の動作例を示すタイミングチャートである。

【図5】図５（ａ）は、輝点抽出位相画像の例を示す写真図である。図５（ｂ）は、輝点位置画像の例を示す写真図である。

【図6】図６（ａ）は、差分位相画像の例を示す写真図である。図６（ｂ）は、デフォーカス指標画像の例を示す写真図である。

【図7】図７（ａ）は、インフォーカス位相画像の例を示す写真図である。図７（ｂ）は、アウトオブフォーカス位相画像の例を示す写真図である。

【図8】図８は、デフォーカス指標テーブルを示す図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る干渉観察装置を示す構成図である。

【図10】図１０は、第１光源及び第２光源が出力する光のスペクトル特性を示すグラフである。

【図11】図１１は、第３実施形態に係る干渉観察装置を示す構成図である。

【図12】図１２は、図１１の干渉観察装置の動作例を示すフローチャートである。

【図13】図１３（ａ）は、第１位相画像の例を示す写真図である。図１３（ｂ）は、第２位相画像の例を示す写真図である。

【図14】図１４（ａ）は、差分位相画像の例を示す写真図である。図１４（ｂ）は、図１３（ａ）の写真図を二値化した図である。

【図15】図１５は、図１１の干渉観察装置における撮像装置の視野を説明する図である。

【図16】図１６（ａ）は、変形例に係る観察対象物を説明する断面図である。図１６（ｂ）は、変形例に係る観察対象物を説明する断面図である。

【図17】図１６は、変形例に係る観察対象物を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0024】

＜第１実施形態＞
［干渉観察装置の構成］
図１に示されるように、第１実施形態に係る干渉観察装置１は、光源２と、干渉光学系３と、撮像素子４と、処理部５と、ステージＳと、を備えている。干渉観察装置１は、ステージＳ上に配置された観察対象物８を光の干渉を用いて観察するための干渉顕微鏡である。観察対象物８は、例えば半導体デバイスであるが、金属、ガラス、樹脂、液晶、高分子化合物等により形成された他の工業サンプルであってもよい。観察対象物８は、細胞又は細胞塊等の生体サンプルであってもよい。以下、図１に示されるように、Ｘ方向と、Ｘ方向に垂直なＹ方向と、Ｘ方向及びＹ方向の双方に垂直なＺ方向と、を設定して説明する。

【0025】

干渉観察装置１は、観察対象物８の表面（外表面）を観察する表面観察に加え、観察対象物８の内部を観察する内部観察を行うことができるように構成されている。内部観察では、観察対象物８内に位置する観察面Ｒが観察される。この例では、観察対象物８は、キャップ付きの半導体デバイス（いわゆるキャップ付きデバイス）であり、第１層８１と、第２層８２と、第３層８３と、を有している。

【0026】

第１層８１は、半導体、ガラス及び樹脂の少なくとも何れかで形成される層であり、キャップ部を構成する。第２層８２は、空気層であり、エアギャップともされる。第３層８３は、半導体層であり、ウエハ上に機能素子のパターンが形成されたデバイス部を構成する。ここでの第３層８３は、パターン付きチップである。第１層８１～第３層８３は、第３層８３、第２層８２、第１層８１の順に配置（積層）されており、観察対象物８は、第３層８３がステージＳに接触するようにステージＳ上に配置されている。第１層８１は、第３層８３の表面に、第２層８２を介して設けられている。観察面Ｒは、第１層８１、第２層８２、第３層８３の間の界面の何れかに設定される。ここでは、観察面Ｒは、第２層８２と第３層８３との間の界面に設定されている。観察面Ｒは、第３層８３の表面である。第１層８１の表面（干渉光学系３側の面）及び裏面（ステージＳ側の面）は、鏡面研磨面及び研削面であってもよい。光源２から出力される光として、第１層８１を透過する波長の光を用いることで、第１層８１を介して観察面Ｒを観察することができる。

【0027】

光源２は、インコヒーレントな光を出力する。光源２は、例えばハロゲンランプ等のランプ系光源、ＬＥＤ（Light emitting diode）光源、ＳＬＤ（Superluminescent diode）光源、ＡＳＥ（Amplified spontaneous emission）光源等である。

【0028】

干渉光学系３は、この例ではリニック干渉型に構成されている。干渉光学系３は、レンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３と、参照対物レンズ１４と、参照ミラー１５と、を有している。干渉光学系３は、光源２と共に筐体Ｈ内に配置されており、光学モジュールＭを構成している。光学モジュールＭは、所定のアクチュエータ１６によりＺ方向に沿って移動可能となっている。Ｚ方向は、対物レンズ１３の光軸に平行な方向であり、後述する第１光Ｌ１が観察対象物８に入射する方向と平行な方向である。

【0029】

レンズ１１は、光源２から出力された光をコリメートする。ビームスプリッタ１２は、例えば光学面１２ａを有するプリズムであり、レンズ１１によりコリメートされた光を光学面１２ａにおいて第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割する。ビームスプリッタ１２は、第１光Ｌ１を対物レンズ１３へ出力し、第２光Ｌ２を参照対物レンズ１４へ出力する。また、光学面１２ａには、観察対象物８の観察面Ｒで反射された第１光Ｌ１が対物レンズ１３を介して入射すると共に、参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２が参照対物レンズ１４を介して入射する。これらの第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２は、光学面１２ａにおいて合波されて干渉光Ｌ３となる。干渉光学系３は、干渉光Ｌ３を撮像素子４へ出力する。

【0030】

対物レンズ１３は、ビームスプリッタ１２から出力された第１光Ｌ１をステージＳ上に配置された観察対象物８に集光する。また、対物レンズ１３には、観察対象物８の観察面Ｒで反射された第１光Ｌ１が入射する。対物レンズ１３は、入射した第１光Ｌ１をビームスプリッタ１２へ出力する。

【0031】

参照対物レンズ１４は、ビームスプリッタ１２から出力された第２光Ｌ２を参照ミラー１５へ導光し、参照ミラー１５上に集光する。また、参照対物レンズ１４は、参照ミラー１５で反射された第２光Ｌ２をビームスプリッタ１２へ出力する。参照ミラー１５は、参照対物レンズ１４から出力された第２光Ｌ２を参照対物レンズ１４へ戻るように反射させる。

【0032】

光学モジュールＭの筐体Ｈ内には、参照対物レンズ１４を移動させるためのステッピングモータ１７と、参照ミラー１５を移動させるためのステッピングモータ１８及びピエゾ素子１９と、が更に配置されている。ステッピングモータ１７は、Ｚ方向に垂直な第２光Ｌ２の光軸方向（例えばＸ方向）に沿って参照対物レンズ１４を移動させる。ステッピングモータ１８及びピエゾ素子１９は、第２光Ｌ２の光軸方向に沿って参照ミラー１５を移動させる。

【0033】

ステッピングモータ１７，１８の応答時間は１０ｍｓｅｃよりも大きく、ピエゾ素子１９の応答時間は１ｍｓｅｃよりも小さい。すなわち、ピエゾ素子１９の応答時間はステッピングモータ１７，１８の応答時間よりも短い。ステッピングモータ１７，１８のストローク（最小移動距離）は数ｍｍであり、ピエゾ素子１９のストロークは１０μｍ程度である。すなわち、ピエゾ素子１９のストロークはステッピングモータ１７，１８のストロークよりも小さい。ステッピングモータ１７，１８の寿命駆動回数は１００万回よりも少なく、ピエゾ素子１９の寿命駆動回数は１００億回よりも多い。すなわち、ピエゾ素子１９の寿命駆動回数はステッピングモータ１７，１８の寿命駆動回数よりも多い。

【0034】

撮像素子４は、例えば、ＣＣＤエリアイメージセンサ、ＣＭＯＳエリアイメージセンサ等のイメージセンサ（カメラ）である。撮像素子４は、干渉光学系３（ビームスプリッタ１２）から出力された干渉光Ｌ３を検出（撮像）する。撮像素子４と干渉光学系３との間には、レンズ４１及び鏡筒４２が配置されている。レンズ４１は、干渉光学系３から出力された干渉光Ｌ３を撮像素子４の撮像面に結像させる。レンズ４１は、鏡筒４２内に収容されている。鏡筒４２は、例えば円筒状に形成されており、撮像面を囲むように撮像素子４に固定されている。

【0035】

処理部５は、光源２、干渉光学系３、撮像素子４及びステージＳを含む干渉観察装置１の各部と通信可能に接続されており、撮像素子４における干渉光Ｌ３の検出結果に基づいて干渉画像を取得する。干渉画像は、例えば位相画像、振幅画像、複素数画像、後述する各種の画像、及び、これらの何れかに相当する画像を含む。

【0036】

処理部５は、例えば、プロセッサ（ＣＰＵ）、記憶媒体であるＲＡＭ及びＲＯＭを含むコンピュータＣによって構成されている。コンピュータＣは、各種の情報を記憶する記憶領域（記憶部）５１と、各種の情報の入力を受け付ける入力部５２と、各種の情報を表示する表示部５３と、を有している。入力部５２は、例えばユーザの操作入力を受け付けるデバイスであり、例えばマウス、キーボード等である。表示部５３は、例えば画像を表示するディスプレイである。入力部５２及び表示部５３は、例えばタッチパネルにより共通に構成されてもよく、この場合、ＧＵＩ（Graphical User Interface）により構成されていてもよい。また、この例では処理部５、記憶領域５１、入力部５２及び表示部５３が１つの装置により構成されているが、それらの少なくともいずれかは別のデバイスにより構成されてもよく、例えば携帯端末等により構成されてもよい。

【0037】

ステージＳは、観察対象物８を配置するためのステージであり、第１光Ｌ１が観察対象物８に入射するＺ方向と垂直なＸＹ平面に沿って移動可能となっている。これにより、干渉観察装置１では、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させながら、すなわち観察対象物８の観察位置を変化させながら、観察対象物８の観察面Ｒの観察を行う（干渉画像を取得する）ことが可能となっている。

【0038】

このような干渉観察装置１では、まず、光源２からインコヒーレントな光を出力する（光出力ステップ）。当該光をレンズ１１によりコリメートし、ビームスプリッタ１２により第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割する。第１光Ｌ１は、対物レンズ１３により観察対象物８に集光し、観察対象物８の界面で反射し、対物レンズ１３を経てビームスプリッタ１２に入力される。第２光Ｌ２は、参照対物レンズ１４により参照ミラー１５に集光し、該参照ミラー１５で反射し、参照対物レンズ１４を経てビームスプリッタ１２に入力される。ビームスプリッタ１２は、入力された第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２を合波して、干渉光を出力する（干渉光出力ステップ）。出力された干渉光を撮像素子４により検出する（干渉光検出ステップ）。撮像素子４の検出結果に基づいて、処理部５により干渉画像を取得する（処理ステップ）。

【0039】

また、干渉観察装置１では、撮像素子４が４枚の干渉画像を取得するための撮像を行い、取得された４枚の干渉画像に基づいて処理部５が１枚の干渉画像を構築（取得）する。ピエゾ素子１９は、４枚の干渉画像の撮像タイミングに合わせて細かく参照ミラー１５を移動させる。これにより、４枚の干渉画像の間において第１光Ｌ１と第２光Ｌ２との間の光路長差が異ならせる。４枚の干渉画像を取得するための参照ミラー１５の移動量は、光源２から出力する光の波長λよりも小さい。この例では、４枚の干渉画像の間における第２光Ｌ２の光路長差（位相シフト間隔）は、λ／４となっている。光路長の変化幅がλ／４になるように参照ミラー１５を細かく動かす場合、第２光Ｌ２の光路（以下、「参照光路」ともいう）を第２光Ｌ２（以下、「参照光」ともいう）が往復することに留意すると、参照ミラー１５の実際の移動量ステップはλ／８となり、例えばλ＝５３２ｎｍの場合、この値は６６．５ｎｍである。干渉画像の取得方法は、上述した例の方法に限られず、公知の種々の方法であってもよい。

【0040】

本実施形態において、処理部５は、第１光Ｌ１の焦点を観察対象物８の観察面Ｒに合わせた状態で第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の干渉画像に基づいて、観察面Ｒに関する観察面情報と観察面Ｒ以外の非観察面に関する非観察面情報とを分離する。換言すると、処理ステップでは、第１光Ｌ１の焦点を観察面Ｒに合わせた状態で第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させた場合の複数の干渉画像に基づいて、観察面情報と非観察面情報とを分離する。ここでの処理部５は、ピエゾ素子１９を制御して参照ミラー１５を第２光Ｌ２の光路に沿って移動させ、これにより、第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させる制御部を含む。ピエゾ素子１９及び当該ピエゾ素子１９により参照ミラー１５が第２光Ｌ２の光路に沿って移動可能な機構が、第２光Ｌ２の光路の焦点変化させる機構を構成する。

【0041】

処理部５は、参照ミラー１５を第１位置に位置させた場合の第１位相画像（第１干渉画像）と、光源２から出力する光の半波長λ／２以上の距離、参照ミラー１５を第２光Ｌ２の光路に沿って第１位置から移動させた場合の第１位相画像（第２干渉画像）と、に基づいて、観察面情報と非観察面情報とを分離する（詳細は後述）。

【0042】

［干渉観察装置の動作例］
次に、図２を参照しつつ、干渉観察装置１による干渉観察方法を説明する。以下の一例では、観察対象物８の内部の観察面Ｒを観察（キャップ越し観察）する。干渉光学系３は、観察対象物８に対して第１層８１側から第１光Ｌ１を入射させる。観察面Ｒは、第３層８３の表面である。非観察面は、第１層８１の表面及び裏面である。

【0043】

まず、処理部５は、アクチュエータ１６を制御し、対物レンズ１３をＺ方向に沿って移動させ、対物レンズ１３の焦点（フォーカス位置）が観察面Ｒに合うように観察対象物８に対する対物レンズ１３の位置を調整する。具体的には、対物レンズ１３及びレンズ４１による光学的な結像により、観察面Ｒと撮像素子４の受光面とが光学的に共役関係となるように、対物レンズ１３の位置を調整する。処理部５は、ピエゾ素子１９を制御し、参照ミラー１５を前位置に移動させる。前位置は、例えば参照対物レンズ１４に近い第１位置である。撮像素子４は、４枚の干渉画像を撮像して取得する。処理部５は、取得された４枚の干渉画像に基づいて、位相画像として図３（ａ）に示される１枚の第１位相画像Ｋ１を構築（取得）する（ステップＳ１）。

【0044】

取得された４枚の干渉画像を順にＩｍｇ１，Ｉｍｇ２，Ｉｍｇ３，Ｉｍｇ４としたとき、位相画像Φは下式（Ｆ１）によって計算することができる。
Φ＝Ａｔａｎ２（（Ｉｍｇ１－Ｉｍｇ３）／
（Ｉｍｇ４－Ｉｍｇ２））…（Ｆ１）
また、ここで示した位相画像の計算式以外にも、１枚もしくは複数枚の干渉画像から位相画像を計算するアルゴリズムは多くの種類のものが広く公知であり、本実施形態の手法に適用することができる。なお、ここで得られた位相画像Φには、背景の歪みが残存している場合があるが、位相画像の背景歪みは多項式近似等により補正可能である。
また、４枚の干渉画像に含まれる位相成分と振幅成分との両方の情報を保持した画像として、画素値を複素数とする複素振幅画像Ｅを計算した上で以後の処理に用いてもよい。複素振幅画像Ｅは下式（Ｆ２）によって計算することができる。
Ｅ＝（Ｉｍｇ４－Ｉｍｇ２）＋ｉ（Ｉｍｇ１－Ｉｍｇ３）…（Ｆ２）
ただし、ｉは複素単位である。

【0045】

続いて、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御し、参照ミラー１５を前位置から後位置へ例えば４μｍ移動させる。これにより、第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させる。後位置は、例えば前位置よりも参照対物レンズ１４から遠い第２位置である。撮像素子４は、４枚の干渉画像を撮像して取得する。処理部５は、取得された４枚の干渉画像に基づいて、位相画像として図３（ｂ）に示される１枚の第２位相画像Ｋ２を構築（取得）する（ステップＳ２）。

【0046】

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、参照ミラー１５の動作の様子を示すタイミングチャートである。参照ミラー１５を前位置に位置させて４枚の干渉画像を撮像した後に、参照ミラー１５を後位置に位置させて４枚の干渉画像を撮像する場合のタイミングチャートを図４（ａ）に示す。それぞれの位置での４枚の干渉画像の撮像時には、参照ミラー１５は前述のλ／８のステップ幅で微動しているが、この微動量は、前位置と後位置との間の移動量、例えば４μｍと比べて大幅に小さな値であり、４枚の連続する干渉画像を撮像する間の参照光路側の焦点条件の変化は無視できる。

【0047】

また、参照ミラー１５を前位置に位置させた状態での干渉画像の撮像と参照ミラー１５を後位置に位置させた状態での干渉画像の撮像との時間的な順序は、前者が先であってもよいし、後者が先であってもよい。参照ミラー１５を後位置に位置させて干渉画像を撮像した後に、参照ミラー１５を前位置に位置させて干渉画像を撮像する場合のタイミングチャートを図４（ｂ）に示す。

【0048】

参照ミラー１５の前位置と後位置とを切り替えるための参照ミラー１５の移動機構として、ピエゾ素子１９を用いる代わりにステッピングモータ１８を用いてもよい。その場合でも、例えば図４（ａ）に示すようなタイミングチャートでの参照ミラー１５の位置制御が可能である。ただし、ピエゾ素子１９とステッピングモータ１８とでは、ピエゾ素子１９の方が往復回数に対して長寿命であるため、装置の寿命の観点からはピエゾ素子１９を用いて参照ミラー１５の前位置と後位置とを切り替える方が好ましい。

【0049】

続いて、処理部５は、第１位相画像Ｋ１及び第２位相画像Ｋ２から、図５（ａ）に示される輝点抽出位相画像Ｋ３を取得する（ステップＳ３）。輝点抽出位相画像Ｋ３は、第１位相画像Ｋ１及び第２位相画像Ｋ２の平均画像に、公知手法である閾値処理を行って閾値以上の輝点のみを抽出してなる位相画像である。図５（ａ）では、濃さが輝度に対応し、横軸及び縦軸はそれぞれＸ座標及びＹ座標の位置に対応する（図６（ａ）～図７（ｂ）において同様）。なお、第１位相画像Ｋ１及び第２位相画像Ｋ２の平均画像を用いて輝点抽出を行う代わりに、第１位相画像Ｋ１及び第２位相画像Ｋ２の何れか一方を用いてもよい。

【0050】

続いて、処理部５は、輝点抽出位相画像Ｋ３の輝点エリアを抽出し、図５（ｂ）に示される輝点位置画像Ｉ１を取得する（ステップＳ４）。輝点位置画像Ｉ１は、輝点抽出位相画像Ｋ３の輝点エリアを示す画像である。輝点位置画像Ｉ１は、輝点抽出位相画像Ｋ３に対して閾値処理を行って二値化した上で、公知手法であるラベリング処理を行って、輝点抽出位相画像Ｋ３の輝点エリアを抽出してなる画像である。図５（ｂ）では、横軸及び縦軸はそれぞれＸ座標及びＹ座標の位置に対応する。

【0051】

続いて、処理部５は、第１位相画像Ｋ１及び第２位相画像Ｋ２の差分をとり、図６（ａ）に示される差分位相画像Ｋ４を取得する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、差分位相画像Ｋ４をΔΦ（ｘ，ｙ）とし、第１位相画像Ｋ１をΦ１（ｘ，ｙ）とし、第２位相画像Ｋ２をΦ２（ｘ，ｙ）とした場合、ΔΦ（ｘ，ｙ）＝Ａｂｓ（Φ２（ｘ，ｙ）－Φ１（ｘ，ｙ））で表される。

【0052】

続いて、処理部５は、差分位相画像Ｋ４のデフォーカス度の分布を算出し、当該デフォーカス度を表す画像として、図６（ｂ）に示されるデフォーカス指標画像Ｉ２を取得する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、輝点位置画像Ｉ１で示される各輝点エリアについて、次の処理を実施する。まず、第１位相画像Ｋ１の輝点エリア内の平均輝度Ｑａを求める。第２位相画像Ｋ２の輝点エリア内の平均輝度Ｑｂを求める。下式（１）を計算し、差分の指標としてデフォーカス度を得る。すなわち、輝度の変動量を平均値で割った変動係数を求める。このような処理を差分位相画像Ｋ４の視野内の輝点エリア全てについて行い、その結果を差分位相画像Ｋ４における各々の輝点エリアのデフォーカス度とする。デフォーカス度は、デフォーカス量の指標であり、画像がぼやける度合いに対応する。
デフォーカス度＝Ａｂｓ（Ｑａ－Ｑｂ）/（０．５×（Ｑａ＋Ｑｂ）） …（１）

【0053】

なお、参照ミラー１５を前位置に移動させて撮像素子４で撮像した位相画像をΦ１（ｘ，ｙ）、参照ミラー１５を後位置に移動させて撮像素子４で撮像した位相画像をΦ２（ｘ，ｙ）とした場合、上式（１）は、下式（２）に書き換えることができる。
デフォーカス度＝Ａｂｓ（Φ（ｘ，ｙ）の輝点エリア内平均値)
／(Φａｖｅ（ｘ，ｙ）の輝点エリア内平均値) …（２）
ただし、
ΔΦ（ｘ，ｙ）＝Φ２（ｘ，ｙ）－Φ１（ｘ，ｙ）、
Φａｖｅ＝０．５×(Φ２(x,y)＋Φ１（ｘ，ｙ）

【0054】

続いて、処理部５は、輝点抽出位相画像Ｋ３を元にデフォーカス指標画像Ｉ２を参照し、輝点抽出位相画像Ｋ３におけるデフォーカス度が所定値未満の成分に対応するインフォーカス位相画像Ｋ１０（図７（ａ）参照）と、輝点抽出位相画像Ｋ３のデフォーカス度が所定値以上の成分に対応するアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０（図７（ｂ）参照）と、を分離して取得する（ステップＳ７）。

【0055】

インフォーカス位相画像Ｋ１０は、観察面情報である。インフォーカス位相画像Ｋ１０は、第１光Ｌ１の焦点深度内の情報である。インフォーカス位相画像Ｋ１０は、輝点抽出位相画像Ｋ３の観察面Ｒに係る成分のみを現す画像に対応する。例えばインフォーカス位相画像Ｋ１０は、輝点抽出位相画像Ｋ３においてデフォーカス度が所定値未満のエリアを、デフォーカス指標画像Ｉ２を参照して抜き出してなる画像である。アウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０は、非観察面情報である。アウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０は、第１光Ｌ１の焦点深度外の情報である。アウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０は、輝点抽出位相画像Ｋ３の非観察面に係る成分のみを現す画像に対応する。例えばアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０は、輝点抽出位相画像Ｋ３においてデフォーカス度が所定値以上のエリアを、デフォーカス指標画像Ｉ２を参照して抜き出してなる画像である。所定値は、予め設定された値であり、特に限定されず、ユーザの入力により変更可能な値であってもよい。所定値は、例えば０．０５である。

【0056】

［作用及び効果］
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、第１光Ｌ１の焦点を観察対象物８の観察面Ｒに合わせた状態で第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させた際、取得される複数の干渉画像においては、観察面Ｒに係る成分の受ける変調量と比べて、観察面Ｒ以外の非観察面に係る成分の受ける変調量が有意に大きいという知見を得た。そこで、干渉観察装置１及び干渉観察方法では、このようにして取得された複数の干渉画像に基づいて、インフォーカス位相画像Ｋ１０とアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０とを分離する。これにより、例えば非観察面の切削痕、汚れ、ゴミ等を映すアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０を輝点抽出位相画像Ｋ３から排して、インフォーカス位相画像Ｋ１０を選択的に得ることができるため、インフォーカス位相画像Ｋ１０を精度よく取得することが可能となる。観察対象物８から撮像素子４までの光学系には一切変化を加えずに（光学モジュールＭ又は観察対象物８の上下移動を行わずに）非観察面情報を除去し、観察面情報だけを得ることが可能となる。

【0057】

干渉観察装置１及び干渉観察方法は、参照ミラー１５を前位置に位置させた場合の第１位相画像Ｋ１と、半波長λ／２以上の距離だけ参照ミラー１５を移動させて後位置に位置させた場合の第２位相画像Ｋ２と、に基づいて、インフォーカス位相画像Ｋ１０とアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０とを分離する、この場合、参照ミラー１５を第２光Ｌ２の光路に沿って移動させることで、インフォーカス位相画像Ｋ１０とアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０とを分離することができる。

【0058】

干渉観察装置１及び干渉観察方では、観察面Ｒは第３層８３の表面であり、非観察面は第１層８１の表面及び裏面である。この場合、デバイス部である第３層８３の表面に関するインフォーカス位相画像Ｋ１０を、キャップ部である第１層８１の表面及び裏面の影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0059】

［干渉観察装置の他の構成］
記憶領域５１は、取得した各画像、すなわち、第１位相画像Ｋ１、第２位相画像Ｋ２、輝点抽出位相画像Ｋ３、差分位相画像Ｋ４、インフォーカス位相画像Ｋ１０、アウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０、輝点位置画像Ｉ１及びデフォーカス指標画像Ｉ２の少なくとも何れかを記憶する。この場合、記憶領域５１に記憶した各画像を利用することにより、観察面Ｒの異物と非観察面の異物とを容易に区別して把握することが可能となる。

【0060】

表示部５３は、取得した各画像、すなわち、第１位相画像Ｋ１、第２位相画像Ｋ２、輝点抽出位相画像Ｋ３、差分位相画像Ｋ４、インフォーカス位相画像Ｋ１０、アウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０、輝点位置画像Ｉ１及びデフォーカス指標画像Ｉ２の少なくとも何れかを表示する。この場合、表示部５３に表示した各画像により、観察面Ｒの異物と非観察面の異物とを容易に区別して把握することが可能となる。

【0061】

処理部５は、輝点抽出位相画像Ｋ３及び輝点位置画像Ｉ１に基づいて、図８に示されるデフォーカス指標テーブルＴｂを生成する。デフォーカス指標テーブルＴｂは、輝点抽出位相画像Ｋ３における複数の異物の位置と複数の異物それぞれのデフォーカス度とを示す表である。デフォーカス指標テーブルＴｂの「面積」は、輝点抽出位相画像Ｋ３における各異物に対応する輝点エリアの面積である。デフォーカス指標テーブルＴｂの「体積」は、輝点抽出位相画像Ｋ３における各異物に対応する各輝点エリアに含まれるピクセルの位相値を、エリア全体にわたって積分した値である。例えば、２×２ピクセルで位相値が３［ラジアン］の輝点エリアの「体積」は、２×２×３＝１２[ラジアン・ピクセル^２]となる。単位は、[ラジアン・μｍ^２]に変換してもよいし、異物の厚さと位相値との比例関係を用いて[μｍ^３]に変換してもよい。

【0062】

記憶領域５１は、デフォーカス指標テーブルＴｂを記憶する。この場合、記憶領域５１に記憶したデフォーカス指標テーブルＴｂを利用することで、観察面Ｒの異物と非観察面の異物とを容易に区別して把握することが可能となる。表示部５３は、デフォーカス指標テーブルＴｂを表示する。この場合、表示部５３に表示したデフォーカス指標テーブルＴｂにより、観察面Ｒの異物と非観察面の異物とを容易に区別して把握することが可能となる。

【0063】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。

【0064】

図９に示されるように、第２実施形態に係る干渉観察装置１０１が上記第１実施形態と異なる点は、第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させるために、参照ミラー１５を移動させることに代えて、互いに異なる二波長の光を利用した点である。干渉観察装置１０１は、光源２が第１光源２Ｘ及び第２光源２Ｙを有し、第２光Ｌ２の光路上に分散媒質１１６を更に備えた点で、上記第１実施形態と異なる。

【0065】

第１光源２Ｘは、第１波長λ１の光を出力する。第２光源２Ｙは、第１波長λ１よりも大きい第２波長λ２の光を出力する。図１０に示されるように、第１光源２Ｘからの光は、第１波長λ１のときにスペクトル強度がピークとなるスペクトル特性Ｓｘを有し、第２光源２Ｙからの光は、第２波長λ２のときにスペクトル強度がピークとなるスペクトル特性Ｓｙを有する。第１光源２Ｘ及び第２光源２Ｙは、概単色光を出力する。第１光源２Ｘ及び第２光源２Ｙは、それのうちの何れか一方から光を選択的に出力し、当該光をダイクロイックミラー１１２を介して干渉光学系３に入力する。

【0066】

分散媒質１１６は、第２光Ｌ２の光路上におけるビームスプリッタ１２と参照ミラー１５との間、具体的には、第２光Ｌ２の光路上における参照対物レンズ１４と参照ミラー１５との間に配置されている。分散媒質１１６は、第１光源２Ｘ及び第２光源２Ｙの何れか一方からの光の波長に依存して、第２光Ｌ２の焦点位置を変化させる。

【0067】

干渉観察装置１０１において、上記ステップＳ１では、第１光源２Ｘから光を出力させて且つ第２光源２Ｙから光を出力させずに、第１位相画像Ｋ１を取得する。上記ステップＳ２では、参照ミラー１５の位置を変えずに（移動させずに）、第２光源２Ｙから光を出力させて且つ第１光源２Ｘから光を出力させずに、第２位相画像Ｋ２を取得する。このように、干渉観察装置１０１では、参照対物レンズ１４又は参照ミラー１５を移動させずに、光を出力する光源２を第１光源２Ｘと第２光源２Ｙとので切り替えるだけで、インフォーカス位相画像Ｋ１０とアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０とを分離して取得することが可能となる。

【0068】

以上、干渉観察装置１０１においても、インフォーカス位相画像Ｋ１０を精度よく取得することができる。また、干渉観察装置１０１は、２種類の波長の光を利用してインフォーカス位相画像Ｋ１０とアウトオブフォーカス位相画像Ｋ２０とを分離することができる。なお、異物の光学厚さＯＴと位相Φとの関係が、ＯＴ＝λΦ／２πとなるため、波長の違いによる見かけの位相の違い分は、波長の逆数のファクターによって正規化しておいてもよい。本実施形態において、第１及び第２光源２Ｘ，２Ｙと分散媒質１１６とが、第２光Ｌ２の光路の焦点変化させる機構を構成する。

【0069】

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点を説明し、重複する説明は省略する。

【0070】

図１１に示されるように、第３実施形態に係る干渉観察装置２０１が上記第１実施形態と異なる点は、単板のウエハ等を観察対象物２０８とし、観察対象物２０８の表面（入射面）を観察面Ｒとし、撮像素子４の検出面４Ｄと離間して実装された保護板４３の表面（観察対象物２０８側の面）４Ｒを非観察面とした場合において、以下の処理を処理部５にて実施する点である。保護板４３は、工業計測にて通常使用される撮像素子４において、光検出を行う検出面４Ｄの前面に実装されるものである。保護板４３は、透明な素材により形成されている。保護板４３は、異物（ゴミ又は汚れ等）が検出面４Ｄに付着するのを防ぐために設けられている。検出面４Ｄと保護板４３との間の距離は、通常、１ｍｍ～５ｍｍ程度離間するように設計される。撮像された干渉画像において、保護板４３の表面４Ｒに付着した異物は僅かにデフォーカスしたものとして映り込むが、当該異物は依然として定量的な画像解析の妨げとなる。

【0071】

まず、図１２に示されるように、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御することにより、参照ミラー１５を前位置に移動させる。撮像素子４が、４枚の干渉画像を撮像して取得する。処理部５が、取得された４枚の干渉画像に基づいて、図１３（ａ）に示される１枚の第１位相画像Ｋ１１を構築（取得）する（ステップＳ１１）。

【0072】

続いて、処理部５は、ピエゾ素子１９を制御することにより、参照ミラー１５を前位置から後位置へ例えば３μｍ移動させる。これにより、第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させる。撮像素子４は、４枚の干渉画像を撮像して取得する。処理部５は、取得された４枚の干渉画像に基づいて、図１３（ｂ）に示される１枚の第２位相画像Ｋ１２を構築（取得）する（ステップＳ１２）。

【0073】

続いて、処理部５は、第１位相画像Ｋ１１及び第２位相画像Ｋ１２の差分をとり、差分位相画像を取得する（ステップＳ１３）。処理部５は、差分位相画像において輝度が閾値以上のピクセルを抽出する（ステップＳ１４）。これにより、当該ピクセルが抽出された元の差分位相画像をインフォーカス位相画像とし、抽出したピクセルに対応する差分位相画像をアウトオブフォーカス位相画像とする。つまり、インフォーカス位相画像とアウトオブフォーカス位相画像とを互いに分離して取得する（ステップＳ１５）。

【0074】

なお、上記ステップＳ１３の後、処理部５は、取得した差分位相画像についてコントラストを強調することにより、図１４（ａ）に示される差分位相画像Ｋ１３を取得してもよい。処理部５は、差分位相画像Ｋ１３について二値化処理を施すことにより、図１４（ｂ）に示される差分位相画像Ｋ１４を取得してもよい。これにより、保護板４３の表面４Ｒ上のゴミ等の異物を明確化したアウトオブフォーカス位相画像として、差分位相画像Ｋ１４を分離することが可能となる。

【0075】

以上、干渉観察装置２０１においても、インフォーカス位相画像を精度よく取得することができる。また、干渉観察装置２０１は、観察対象物２０８のインフォーカス位相画像を、撮像素子４の保護板４３の表面４Ｒの影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0076】

ちなみに、本実施形態では、撮像素子４の保護板４３の表面４Ｒ上の異物に関するアウトオブフォーカス位相画像を、次のように利用してもよい。すなわち、ステージＳをＸＹ平面に沿って移動させながら観察対象物２０８を撮影し、複数の位相画像を取得する。取得した複数の位相画像それぞれにおいて、アウトオブフォーカス位相画像を差し引くことでキャリブレーションする。具体的には、キャリブレーションでは、差分位相画像Ｋ１４における異物（保護板４３の表面４Ｒ上の異物）とオーバーラップしているものについては、異物としてカウントしない。例えば図１５に示されるように、ある視野Ｖ２の位相画像において保護板４３の表面４Ｒ上の異物Ｑと重なっている箇所については、当該箇所が保護板４３の表面４Ｒ上の異物Ｑと重ならない他の視野Ｖ１又は視野Ｖ３での位相画像を採用する。

【0077】

また、撮像素子４の保護板４３の表面４Ｒ上の異物を検出することと同様に、撮像素子４の検出面４Ｄと対物レンズ１３との間にある光学素子の表面（任意の面）における異物を検出してもよい。当該光学素子の表面としては、ビームスプリッタ１２の表面或いは鏡筒４２内のレンズ４１の表面であってもよい。これらの場合も、参照ミラー１５の前位置で取得した位相画像と後位置で取得した位相画像との差分を指標として、インフォーカス位相画像とアウトオブフォーカス位相画像とを分離することができる。

【0078】

＜変形例＞
上記実施形態では、参照ミラー１５を移動させることにより第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させたが、これに代えてもしくは加えて、参照対物レンズ１４を移動させることにより第２光Ｌ２の光路の焦点条件を変化させてもよい。この場合、処理部５が、ステッピングモータ１７を制御して参照対物レンズ１４を前位置に移動させた状態で、撮像素子４が取得した複数の干渉画像に基づき第１位相画像を構築してもよい。処理部５が、ステッピングモータ１７を制御して参照対物レンズ１４を後位置に移動させた状態で、撮像素子４が取得した複数の干渉画像に基づき第２位相画像を構築してもよい。そして、処理部５が、第１位相画像と第２位相画像とに基づいて、観察面情報と非観察面情報とを分離してもよい。なお、この場合、ステッピングモータ１７及び当該ステッピングモータ１７により参照対物レンズ１４が第２光Ｌ２の光路に沿って移動可能な機構が、第２光Ｌ２の光路の焦点変化させる機構を構成する。

【0079】

上記実施形態では、観察対象物８，２０８に代えて、種々の物体を観察対象物として用いてもよい。例えば観察対象物として、図１６（ａ）に示される観察対象物３０８を用いてもよい。観察対象物３０８は、いわゆる膜付きウエハである。観察対象物３０８は、パターン付きチップを構成するデバイス部３１０と、デバイス部３１０の表面に設けられた膜部３１１と、を含む。干渉光学系３は、観察対象物３０８に対して膜部３１１側から第１光Ｌ１を入射させる。観察面Ｒは、デバイス部３１０の表面３１０ａであり、非観察面は、膜部３１１の表面３１１ａ及び裏面３１１ｂである。

【0080】

この場合、デバイス部３１０の表面３１０ａに関するインフォーカス位相画像を、膜部３１１の表面３１１ａ及び裏面３１１ｂの影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。なお、観察面Ｒは、デバイス部３１０の裏面３１０ｂであってもよい。

【0081】

また例えば観察対象物として、図１６（ｂ）に示される観察対象物４０８を用いてもよい。観察対象物４０８は、いわゆる貼り合わせウエハである。観察対象物４０８は、第１デバイス部４１０と、第１デバイス部４１０の表面に設けられた第２デバイス部４１１と、を含む。干渉光学系３は、観察対象物４０８に対して第２デバイス部４１１側から第１光Ｌ１を入射させる。観察面Ｒは、第１デバイス部４１０の表面４１０ａである。非観察面は、第２デバイス部４１１の表面４１１ａ及び裏面４１１ｂである。

【0082】

この場合、第１デバイス部４１０の表面４１０ａに関するインフォーカス位相画像を、第２デバイス部４１１の表面４１１ａ及び裏面４１１ｂの影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。なお、観察面Ｒは、第１デバイス部４１０の裏面４１０ｂであってもよい。

【0083】

また例えば観察対象物として、図１７に示される観察対象物５０８を用いてもよい。観察対象物５０８は、いわゆる単板のウエハである。観察対象物５０８は、板状のデバイス部５１０を含む。干渉光学系３は、観察対象物５０８に対してデバイス部５１０の表面５１０ａ側から第１光Ｌ１を入射させる。観察面Ｒは、デバイス部５１０の裏面５１０ｂであり、非観察面は、デバイス部５１０の表面５１０ａである。この場合、デバイス部５１０の裏面５１０ｂに関するインフォーカス位相画像を、デバイス部５１０の表面５１０ａの影響を抑えて精度よく取得することが可能となる。

【0084】

上記実施形態では、アクチュエータ１６によって対物レンズ１３をＺ方向に沿って移動させて対物レンズ１３と観察対象物８との間の相対位置を調整したが、これに代えて又は加えて、ステージＳをＺ方向に沿って移動させて当該相対位置を調整してもよい。この場合、ステージＳは、ＸＹ方向に加えてＺ方向にも移動可能に構成される。この場合、アクチュエータ１６は省略されてもよい。ステージＳは、第１光Ｌ１が観察対象物８に入射する方向と交差する方向に沿って移動可能であればよく、例えばＸＹ平面に対して傾斜した方向に移動可能であってもよい。参照対物レンズ１４及び参照ミラー１５を駆動させるアクチュエータは、ステッピングモータ１７，１８に限られず、サーボモータ等の他のアクチュエータであってもよい。

【0085】

上記実施形態では、干渉光学系３がリニック干渉型に構成されていたが、干渉光学系３は、マイケルソン干渉型又はミラウ干渉型に構成されてもよい。参照対物レンズ１４は省略されてもよい。上記実施形態では、第１位相画像Ｋ１，Ｋ１１及び第２位相画像Ｋ２，Ｋ１２の取得方法は、上述した方法に限られず、公知の種々の方法が用いられてもよい。上記実施形態では、第１位相画像Ｋ１，Ｋ１１及び第２位相画像Ｋ２，Ｋ１２の構築に用いられる干渉画像の数は特に限定されず、１又は複数であってもよい。上記実施形態では、観察面Ｒと非観察面との距離は限定されないが。例えば対物レンズ１３の焦点深度の長さ以上が望ましい。

【0086】

上記実施形態では、観察面情報はインフォーカス位相画像に限定されず、観察面に関する他の情報であってもよい。上記実施形態では、非観察面情報はアウトオブフォーカス位相画像に限定されず、非観察面に関する他の情報であってもよい。

【0087】

上記実施形態及び上記変形例における各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。また、上述した実施形態及び変形例における各構成は、他の実施形態又は変形例における各構成に任意に適用することができる。

【符号の説明】

【0088】

１，１０１，２０１…干渉観察装置、２…光源、２Ｘ…第１光源（焦点条件を変化させる機構）、２Ｙ…第２光源（焦点条件を変化させる機構）、３…干渉光学系、４…撮像素子、４Ｒ…保護板の表面、５…処理部、８，２０８，３０８，４０８，５０８…観察対象物、１４…参照対物レンズ、１５…参照ミラー、１７…ステッピングモータ（焦点条件を変化させる機構）１８…ステッピングモータ（焦点条件を変化させる機構）、１９…ピエゾ素子（焦点条件を変化させる機構）、４３…保護板、５１…記憶領域（記憶部）、５３…表示部、８１…第１層（キャップ部）、８２…第２層（空気層）、８３…第３層（デバイス部）、１１６…分散媒質（焦点条件を変化させる機構）、３１０…デバイス部、３１１…膜部、４１０…第１デバイス部、４１１…第２デバイス部、５１０…デバイス部、Ｉ２…デフォーカス指標画像、Ｌ１…第１光、Ｌ２…第２光、Ｌ３…干渉光、Ｋ１，Ｋ１１…第１位相画像（第１干渉画像）、Ｋ２，Ｋ１２…第２位相画像（第２干渉画像）、Ｋ１０…インフォーカス位相画像、Ｋ２０…アウトオブフォーカス位相画像、Ｒ…観察面、Ｔｂ…デフォーカス指標テーブル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】