JP2001066107A - 絶対スケール付顕微干渉計 - Google Patents
絶対スケール付顕微干渉計Info
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- JP2001066107A JP2001066107A JP24467299A JP24467299A JP2001066107A JP 2001066107 A JP2001066107 A JP 2001066107A JP 24467299 A JP24467299 A JP 24467299A JP 24467299 A JP24467299 A JP 24467299A JP 2001066107 A JP2001066107 A JP 2001066107A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 二光束干渉顕微鏡を用いて試料の表面形状を
測定する際には、対物レンズからの光路差や、本体の直
線性、校正精度等のスケールの誤差によって測定結果に
誤差が生じる。 【解決手段】 アクチュエータ１により光軸方向に移動
可能な試料載置テーブル５上の試料２の表面側に二光束
干渉顕微鏡本体３を配置し、試料載置テーブル５の下方
に試料載置テーブルの光軸方向の位置を測定するレーザ
干渉計４を配置する。それにより、二光束干渉顕微鏡本
体のデータに対してレーザ干渉計４の絶対位置を示すデ
ータを用いることにより、ＮＡ修正係数を求め、試料の
表面形状の測定を正確に行うことができ、試料の板圧と
屈折率を同時に測定することができ、また、半透明試料
の内部構造を解析することができる。
測定する際には、対物レンズからの光路差や、本体の直
線性、校正精度等のスケールの誤差によって測定結果に
誤差が生じる。 【解決手段】 アクチュエータ１により光軸方向に移動
可能な試料載置テーブル５上の試料２の表面側に二光束
干渉顕微鏡本体３を配置し、試料載置テーブル５の下方
に試料載置テーブルの光軸方向の位置を測定するレーザ
干渉計４を配置する。それにより、二光束干渉顕微鏡本
体のデータに対してレーザ干渉計４の絶対位置を示すデ
ータを用いることにより、ＮＡ修正係数を求め、試料の
表面形状の測定を正確に行うことができ、試料の板圧と
屈折率を同時に測定することができ、また、半透明試料
の内部構造を解析することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定する試料の光
軸方向の位置をレーザ干渉計を用いて測定することによ
り、二光束干渉顕微鏡本体によって試料表面の正確な測
定、及び各種試料の測定を行うことができる絶対スケー
ル付顕微干渉計に関する。
軸方向の位置をレーザ干渉計を用いて測定することによ
り、二光束干渉顕微鏡本体によって試料表面の正確な測
定、及び各種試料の測定を行うことができる絶対スケー
ル付顕微干渉計に関する。
【０００２】
【従来の技術】光の干渉を用いた手法による測定は、干
渉縞間隔がλ／２（λは光源の波長）となり、光源波長
が既知であれば、長さの標準にトレーサブルである正確
な測定を行うことができる。また、縞走査法など干渉縞
間隔を正確に内挿する手法を採用することによって、高
分解で正確な測定装置が構成される。
渉縞間隔がλ／２（λは光源の波長）となり、光源波長
が既知であれば、長さの標準にトレーサブルである正確
な測定を行うことができる。また、縞走査法など干渉縞
間隔を正確に内挿する手法を採用することによって、高
分解で正確な測定装置が構成される。
【０００３】この技術について、特に需要の多い微細な
パターンや表面粗さを測定するために、図３に示すよう
な、周知の二光束干渉顕微鏡が使用される。図３に示し
た二光束干渉顕微鏡はミラウ型であるが、他にはマイケ
ルソン型、リニーク型があり、上記ミラウ型とは若干の
構成は異なるものの原理は同じであり、同様の応用が可
能である。
パターンや表面粗さを測定するために、図３に示すよう
な、周知の二光束干渉顕微鏡が使用される。図３に示し
た二光束干渉顕微鏡はミラウ型であるが、他にはマイケ
ルソン型、リニーク型があり、上記ミラウ型とは若干の
構成は異なるものの原理は同じであり、同様の応用が可
能である。
【０００４】上記のような二光束干渉顕微鏡を使って、
微細表面形状を求める方法としては、以下の２種類があ
る。 1. 縞走査法による方法 縞走査法によって顕微鏡画像の各画素の位相を求め、位
相から干渉縞間隔の長さを基準に試料の三次元形状を求
める手法。 2. 垂直走査による方法 対物レンズあるいは試料を顕微鏡の光軸方法に走査しな
がら、各画素の光量を取り込み各画素のインターフェロ
グラムを得る。各画素においてインターフェログラムの
０次の位置を見つけ、その光軸方向の位置を、光軸方法
に走査する装置に組み込んだ、リニアスケール、差動変
圧器、キャパシタンスセンサー等のスケールで読み込
み、試料の高さ情報とする。全ての画素において同様の
計算を行い試料の三次元形状を求める方法。
微細表面形状を求める方法としては、以下の２種類があ
る。 1. 縞走査法による方法 縞走査法によって顕微鏡画像の各画素の位相を求め、位
相から干渉縞間隔の長さを基準に試料の三次元形状を求
める手法。 2. 垂直走査による方法 対物レンズあるいは試料を顕微鏡の光軸方法に走査しな
がら、各画素の光量を取り込み各画素のインターフェロ
グラムを得る。各画素においてインターフェログラムの
０次の位置を見つけ、その光軸方向の位置を、光軸方法
に走査する装置に組み込んだ、リニアスケール、差動変
圧器、キャパシタンスセンサー等のスケールで読み込
み、試料の高さ情報とする。全ての画素において同様の
計算を行い試料の三次元形状を求める方法。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記縞走査法による方
法において、図３に示す構成では、試料への照明光は対
物レンズで集光されるため、垂直入射光だけでなく斜入
射光が存在する。従って最大開口で入射する光の光路差
は図４に示すように2dcosθ（ｄが実質上の試料高さに
相当する。）となり実際の干渉縞間隔（測定のスケー
ル）は試料の高さ変化に換算するとλ／２よりも１／co
sθだけ大きくなる。そのため、実際の測定に際して
は、垂直入射光から最大開口を持つ斜入射光までの光の
光路差を重み込み積分し、試料の高さ変化に換算した干
渉縞間隔ＮＡｃλ／２を決める。この補正値ＮＡｃをＮ
Ａ修正係数と呼び、対物レンズの倍率により１〜１．２
程度の値を取り、同じ対物レンズを使用しても、図３の
開口絞りの大きさによって値が変化する問題が存在す
る。
法において、図３に示す構成では、試料への照明光は対
物レンズで集光されるため、垂直入射光だけでなく斜入
射光が存在する。従って最大開口で入射する光の光路差
は図４に示すように2dcosθ（ｄが実質上の試料高さに
相当する。）となり実際の干渉縞間隔（測定のスケー
ル）は試料の高さ変化に換算するとλ／２よりも１／co
sθだけ大きくなる。そのため、実際の測定に際して
は、垂直入射光から最大開口を持つ斜入射光までの光の
光路差を重み込み積分し、試料の高さ変化に換算した干
渉縞間隔ＮＡｃλ／２を決める。この補正値ＮＡｃをＮ
Ａ修正係数と呼び、対物レンズの倍率により１〜１．２
程度の値を取り、同じ対物レンズを使用しても、図３の
開口絞りの大きさによって値が変化する問題が存在す
る。
【０００６】また、上記垂直走査による方法において
は、試料の表面形状を決定する際の、直線性、校正精度
等のスケールの誤差によって測定結果に誤差が生じる。
は、試料の表面形状を決定する際の、直線性、校正精度
等のスケールの誤差によって測定結果に誤差が生じる。
【０００７】したがって本発明は、測定のスケールを正
確なレーザ干渉計を使って、長さの標準にトレーサブル
な絶対スケールの値に校正することができる、絶対スケ
ール付顕微干渉計を提供することを主たる目的とする。
また、測定する試料の顕微鏡光軸方向の位置と、二光束
干渉顕微鏡本体において試料の反射光からの位相情報が
同時に測定することができるようにし、また、透明体の
板厚・屈折率の同時測定を行うことができるようにし、
さらには生体組織等のトモグラフィーに応用できるよう
にした絶対スケール付顕微干渉計を提供することを目的
とする。
確なレーザ干渉計を使って、長さの標準にトレーサブル
な絶対スケールの値に校正することができる、絶対スケ
ール付顕微干渉計を提供することを主たる目的とする。
また、測定する試料の顕微鏡光軸方向の位置と、二光束
干渉顕微鏡本体において試料の反射光からの位相情報が
同時に測定することができるようにし、また、透明体の
板厚・屈折率の同時測定を行うことができるようにし、
さらには生体組織等のトモグラフィーに応用できるよう
にした絶対スケール付顕微干渉計を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、請求項１に係る発明は、アクチュエータに
より光軸方向に移動可能な試料載置テーブルと、試料載
置テーブル上の試料の表面側に設けた二光束干渉顕微鏡
本体と、試料載置テーブルの光軸方向の位置を測定する
レーザ干渉計とを備えたことを特徴とする絶対スケール
付顕微干渉計としたものである。
決するため、請求項１に係る発明は、アクチュエータに
より光軸方向に移動可能な試料載置テーブルと、試料載
置テーブル上の試料の表面側に設けた二光束干渉顕微鏡
本体と、試料載置テーブルの光軸方向の位置を測定する
レーザ干渉計とを備えたことを特徴とする絶対スケール
付顕微干渉計としたものである。
【０００９】また、請求項２に係る発明は、前記二光束
干渉顕微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータに
より、ＮＡ修正係数を求める請求項１記載の絶対スケー
ル付顕微干渉計としたものである。
干渉顕微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータに
より、ＮＡ修正係数を求める請求項１記載の絶対スケー
ル付顕微干渉計としたものである。
【００１０】また、請求項３に係る発明は、前記レーザ
干渉計のデータを試料の絶対位置データとし、二光束干
渉顕微鏡本体のデータを補正して試料の正確な表面形状
を求める請求項１記載の絶対スケール付顕微干渉計とし
たものである。
干渉計のデータを試料の絶対位置データとし、二光束干
渉顕微鏡本体のデータを補正して試料の正確な表面形状
を求める請求項１記載の絶対スケール付顕微干渉計とし
たものである。
【００１１】また、請求項４に係る発明は、前記二光束
干渉顕微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータに
より、試料の板厚と試料の屈折率を求める請求項１記載
の絶対スケール付顕微干渉計としたものである。
干渉顕微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータに
より、試料の板厚と試料の屈折率を求める請求項１記載
の絶対スケール付顕微干渉計としたものである。
【００１２】また、請求項５に係る発明は、前記二光束
干渉顕微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータに
より、半透明試料の内部構造を解析する請求項１記載の
絶対スケール付顕微干渉計としたものである。
干渉顕微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータに
より、半透明試料の内部構造を解析する請求項１記載の
絶対スケール付顕微干渉計としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１に本発明の基本構成を示す。
基本的には前記図３に示す従来のものと同様の構成であ
る。本発明においては、ＰＺＴ等のアクチュエーター１
で試料２を二光束干渉顕微鏡３の光軸と平行に走査して
おり、光軸方向に走査される試料２の裏面に対して周知
のレーザ干渉計４を配置し、試料２の絶対位置を計測す
る。同時に二光束干渉顕微鏡３で観測される干渉縞像を
コンピュータ等に取り込む。それにより、レーザ干渉計
４側では、二光束干渉顕微鏡３の光軸方向の試料２の絶
対位置が測定され、かつ、二光束干渉顕微鏡３側では、
試料２の反射光からの位相情報が得られ、結局この２つ
の情報が同時に得ることができる。
基本的には前記図３に示す従来のものと同様の構成であ
る。本発明においては、ＰＺＴ等のアクチュエーター１
で試料２を二光束干渉顕微鏡３の光軸と平行に走査して
おり、光軸方向に走査される試料２の裏面に対して周知
のレーザ干渉計４を配置し、試料２の絶対位置を計測す
る。同時に二光束干渉顕微鏡３で観測される干渉縞像を
コンピュータ等に取り込む。それにより、レーザ干渉計
４側では、二光束干渉顕微鏡３の光軸方向の試料２の絶
対位置が測定され、かつ、二光束干渉顕微鏡３側では、
試料２の反射光からの位相情報が得られ、結局この２つ
の情報が同時に得ることができる。
【００１４】最初に、縞走査法におけるＮＡ修正係数の
決定について説明する。図１において、アクチュエータ
１により試料載置テーブル５上の試料２を光軸方向に走
査した場合、二光束干渉顕微鏡３における画像の１画素
に注目すると、図２に示すような、試料の絶対位置と反
射光のインターフェログラムとの関係が得られる。イン
ターフェログラムの形は光源のコヒーレンス度、対物レ
ンズの倍率、開口絞りの開度により変化する。そこで、
測定条件において、０次の位置を中心として適当な数の
ボトム間の絶対変位（あるいはピーク間の絶対変位）を
（ボトム数−１）、（ あるいは（ピーク数−１） ）で
除算すれば、干渉縞間隔ＮＡｃλ／２が求まる。適当な
画素数、画素位置でＮＡｃλ／２を求めその平均値か
ら、より正しい値求めることができる。その後、試料上
で観測される、干渉縞の形、あるいは縞走査法を行うこ
とによって、長さの標準にトレーサブルな表面形状測定
を行うことができる。また、本手法においては、干渉縞
間隔ＮＡｃλ／２は、実質的に長さの標準であるレーザ
干渉計により決定され、二光束干渉顕微鏡の光源波長λ
やその変動に影響されない利点がある。
決定について説明する。図１において、アクチュエータ
１により試料載置テーブル５上の試料２を光軸方向に走
査した場合、二光束干渉顕微鏡３における画像の１画素
に注目すると、図２に示すような、試料の絶対位置と反
射光のインターフェログラムとの関係が得られる。イン
ターフェログラムの形は光源のコヒーレンス度、対物レ
ンズの倍率、開口絞りの開度により変化する。そこで、
測定条件において、０次の位置を中心として適当な数の
ボトム間の絶対変位（あるいはピーク間の絶対変位）を
（ボトム数−１）、（ あるいは（ピーク数−１） ）で
除算すれば、干渉縞間隔ＮＡｃλ／２が求まる。適当な
画素数、画素位置でＮＡｃλ／２を求めその平均値か
ら、より正しい値求めることができる。その後、試料上
で観測される、干渉縞の形、あるいは縞走査法を行うこ
とによって、長さの標準にトレーサブルな表面形状測定
を行うことができる。また、本手法においては、干渉縞
間隔ＮＡｃλ／２は、実質的に長さの標準であるレーザ
干渉計により決定され、二光束干渉顕微鏡の光源波長λ
やその変動に影響されない利点がある。
【００１５】垂直走査による方法における絶対スケール
の決定に際しては、垂直走査による表面形状測定におい
て、表面位置とするインターフェログラムの０次の位置
を図１で測定された絶対試料位置とすれば、長さの標準
にトレーサブルな表面形状測定を行うことができる。
の決定に際しては、垂直走査による表面形状測定におい
て、表面位置とするインターフェログラムの０次の位置
を図１で測定された絶対試料位置とすれば、長さの標準
にトレーサブルな表面形状測定を行うことができる。
【００１６】また、図１において、二光束干渉顕微鏡の
作動距離内に収まる厚さを持ち、かつ光を透過する試料
を設置する。その後、図１において試料を前記と同様に
測定を行う。その際得られる試料下面からの反射光のイ
ンタフェログラムの０次の試料絶対位置と試料上面から
の反射光のインタフェログラムの０次の試料絶対位置の
差より、試料の板厚が求まる。また、試料を走査した時
のインターフェログラムの位相変化と測定された板厚の
比より、試料の屈折率を同時に求めることができる。
作動距離内に収まる厚さを持ち、かつ光を透過する試料
を設置する。その後、図１において試料を前記と同様に
測定を行う。その際得られる試料下面からの反射光のイ
ンタフェログラムの０次の試料絶対位置と試料上面から
の反射光のインタフェログラムの０次の試料絶対位置の
差より、試料の板厚が求まる。また、試料を走査した時
のインターフェログラムの位相変化と測定された板厚の
比より、試料の屈折率を同時に求めることができる。
【００１７】更に、図１に示す装置を用い、半透明で後
方散乱のある生体膜、有機試料等を試料として設置す
る。後方散乱が発生する領域は、光源の波長やコヒーレ
ンス度、対物レンズの倍率、開口絞りの開口を制御する
ことによって制御することができる。また、開口絞りを
適当に絞り、かつ開口絞りの中心を光軸からずらすこと
によってもさらに制御することができる。ここで、後方
散乱を解析することにより、主に試料内部の複素屈折率
に依存する内部構造を解析することができる。図１にお
いて試料を光軸方向に走査し、試料内部の絶対位置を測
定しながらその後方散乱光を解析することにより、試料
の内部構造の正確なトモグラフィーを得ることができ
る。
方散乱のある生体膜、有機試料等を試料として設置す
る。後方散乱が発生する領域は、光源の波長やコヒーレ
ンス度、対物レンズの倍率、開口絞りの開口を制御する
ことによって制御することができる。また、開口絞りを
適当に絞り、かつ開口絞りの中心を光軸からずらすこと
によってもさらに制御することができる。ここで、後方
散乱を解析することにより、主に試料内部の複素屈折率
に依存する内部構造を解析することができる。図１にお
いて試料を光軸方向に走査し、試料内部の絶対位置を測
定しながらその後方散乱光を解析することにより、試料
の内部構造の正確なトモグラフィーを得ることができ
る。
【００１８】
【発明の効果】本願の請求項１に係る発明は、上記のよ
うに、アクチュエータにより光軸方向に移動可能な試料
載置テーブルと、試料載置テーブル上の試料の表面側に
設けた二光束干渉顕微鏡本体と、試料載置台の光軸方向
の位置を測定するレーザ干渉計とを備えた絶対スケール
付顕微干渉計としたので、二光束干渉顕微鏡本体からの
データと、レーザ干渉計からの絶対位置データとによ
り、試料に対する各種測定を正確に行うことができる。
うに、アクチュエータにより光軸方向に移動可能な試料
載置テーブルと、試料載置テーブル上の試料の表面側に
設けた二光束干渉顕微鏡本体と、試料載置台の光軸方向
の位置を測定するレーザ干渉計とを備えた絶対スケール
付顕微干渉計としたので、二光束干渉顕微鏡本体からの
データと、レーザ干渉計からの絶対位置データとによ
り、試料に対する各種測定を正確に行うことができる。
【００１９】請求項２に係る発明は、前記二光束干渉顕
微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータにより、
ＮＡ修正係数を求めることができ、正確な干渉縞間隔を
基準とした二光束干渉顕微鏡による測定を行うことがで
きる。
微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータにより、
ＮＡ修正係数を求めることができ、正確な干渉縞間隔を
基準とした二光束干渉顕微鏡による測定を行うことがで
きる。
【００２０】請求項３に係る発明は、前記レーザ干渉計
のデータを試料の絶対位置データとし、二光束干渉顕微
鏡で得られた０次の干渉位置を決定することにより、試
料の正確な表面形状を求めることができる。
のデータを試料の絶対位置データとし、二光束干渉顕微
鏡で得られた０次の干渉位置を決定することにより、試
料の正確な表面形状を求めることができる。
【００２１】請求項４に係る発明は、前記二光束干渉顕
微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータにより、
試料の板厚と試料の屈折率を同時に求めることができ
る。
微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータにより、
試料の板厚と試料の屈折率を同時に求めることができ
る。
【００２２】請求項５に係る発明は、前記二光束干渉顕
微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータにより、
半透明試料の内部構造を解析することができる。
微鏡本体のデータと前記レーザ干渉計のデータにより、
半透明試料の内部構造を解析することができる。
【図１】本発明の二光束干渉顕微鏡の全体構成を示す構
成図である。
成図である。
【図２】二光束干渉顕微鏡からの、試料の絶対位置とイ
ンターフェログラムの出力データ図である。
ンターフェログラムの出力データ図である。
【図３】従来の二光束干渉顕微鏡の構成図である。
【図４】従来の装置における対物レンズからの光路差を
示す光路説明図である。
示す光路説明図である。
１ アクチュエータ ２ 試料 ３ 二光束干渉顕微鏡 ４ レーザ干渉計 ５ 試料載置テーブル
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 21/26 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｄ Ｆターム(参考） 2F064 AA09 DD09 EE01 EE10 FF01 GG22 GG51 HH03 HH08 HH09 JJ02 MM45 2F065 AA00 AA02 AA30 AA49 BB23 EE11 FF41 FF52 FF55 MM03 PP11 PP24 QQ26 QQ42 2H052 AA03 AA04 AB24 AC04 AC27 AD17 AD18 AF03 AF04 AF14 AF25
Claims (5)
- 【請求項１】 アクチュエータにより光軸方向に移動可
能な試料載置テーブルと、試料載置テーブル上の試料の
表面側に設けた二光束干渉顕微鏡本体と、試料載置テー
ブルの光軸方向の位置を測定するレーザ干渉計とを備え
たことを特徴とする絶対スケール付顕微干渉計。 - 【請求項２】 前記二光束干渉顕微鏡本体のデータと前
記レーザ干渉計のデータにより、ＮＡ修正係数を求め、
縞走査法により表面形状を求める請求項１記載の絶対ス
ケール付顕微干渉計。 - 【請求項３】 前記レーザ干渉計のデータを試料の絶対
位置データとし、二光束干渉顕微鏡本体のデータを利用
して試料の正確な表面形状を求める請求項１記載の絶対
スケール付顕微干渉計。 - 【請求項４】 前記二光束干渉顕微鏡本体のデータと前
記レーザ干渉計のデータにより、試料の板厚と試料の屈
折率を求める請求項１記載の絶対スケール付顕微干渉
計。 - 【請求項５】 前記二光束干渉顕微鏡本体のデータと前
記レーザ干渉計のデータにより、半透明試料の内部構造
を解析する請求項１記載の絶対スケール付顕微干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24467299A JP3331370B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 絶対スケール付顕微干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24467299A JP3331370B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 絶対スケール付顕微干渉計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001066107A true JP2001066107A (ja) | 2001-03-16 |
| JP3331370B2 JP3331370B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=17122241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24467299A Expired - Lifetime JP3331370B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 絶対スケール付顕微干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3331370B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006010693A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Polytec Gmbh | 物体の光学的測定を行うための装置及びその装置を用いた測定方法 |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24467299A patent/JP3331370B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006010693A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Polytec Gmbh | 物体の光学的測定を行うための装置及びその装置を用いた測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3331370B2 (ja) | 2002-10-07 |
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