JP2003269910A - 平面度測定用シヤリング干渉計 - Google Patents
平面度測定用シヤリング干渉計Info
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- JP2003269910A JP2003269910A JP2002118585A JP2002118585A JP2003269910A JP 2003269910 A JP2003269910 A JP 2003269910A JP 2002118585 A JP2002118585 A JP 2002118585A JP 2002118585 A JP2002118585 A JP 2002118585A JP 2003269910 A JP2003269910 A JP 2003269910A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 円弧状あるいは渦巻状の曲線の走引で平面
度をナノメータからサブナノメータの感度で測定する装
置を提供する。 【構成】 直交２周波レーザ光を２つの光路に分割
し、各々の光路に旋光素子と偏光を２つの進行方向に分
岐する素子をもうけ該素子を通過した２つの光路の２組
の偏光を３本の光束になるように合波すると共に前記の
素子を通過する偏光の方位を変化させて３本の光束の進
行方向を制御して任意の曲線上に３点がおかれる３点シ
ヤリングヘテロダイン干渉計を構成する。
度をナノメータからサブナノメータの感度で測定する装
置を提供する。 【構成】 直交２周波レーザ光を２つの光路に分割
し、各々の光路に旋光素子と偏光を２つの進行方向に分
岐する素子をもうけ該素子を通過した２つの光路の２組
の偏光を３本の光束になるように合波すると共に前記の
素子を通過する偏光の方位を変化させて３本の光束の進
行方向を制御して任意の曲線上に３点がおかれる３点シ
ヤリングヘテロダイン干渉計を構成する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は真の平面からずれ即
ち平面度をナノメータからサブナノメータの感度で測定
する装置の提供に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ヘテロダイン干渉計で基準面を用いるこ
となく（真の基準平面は存在しない）平面度を測定する
方法として原理的には偏光変位素子を用いる３点シヤリ
ングヘテロダイン干渉計が開発されていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】偏光変位素子を用いる
３点シヤリングヘテロダイン干渉計は測定点の走引が直
線に限られていた。それに対し例えば円板状の試料の表
面を測定する場合、円弧状や渦巻き状の走引が可能なこ
とが望まれる。そのためには３点シヤリングヘテロダイ
ン干渉計の３点を円弧上や渦巻状の曲線上に並べること
が必要となる。また渦巻の曲線上に並べる場合、３点を
常に曲率半径が変化する曲線上におく必要がある。この
ような並べ方は前記の偏光変位素子を用いる方法が実現
することは不可能である。 【０００４】本発明は３点シヤリングヘテロダイン干渉
計の３点を任意の曲率を有する曲線上におく手段を提供
しようとするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】偏光方位が直交しかつ周
波数の異なる直交２周波レーザ光を２つの光路に分割
し、それぞれの光路の周波数がｆ１とｆ２の２周波偏光
を旋光機能を有する素子と偏光方位によって進行方向を
２つに分岐させる機能を持つ素子を通過させた後一方の
光路の周波数がｆ１の偏光の光束と他方の光路の周波数
がｆ２の偏光の光束の進行方向が一致するごとく、前記
の２つの光路の光を合波して、この合波光をレンズで集
光すると上記以外の偏光の光束の集光を加え、レンズの
焦点に合計３個の結像点ができる。但し入射レーザ光の
平行性は完全であると見做している。 【０００６】この３個の点の中央の点は周波数がｆ１、
ｆ２の偏光が重なった光であり、両側の点は、それぞれ
周波数がｆ１およびｆ２の偏光である。そして図１のよ
うに両側の点と中央の点を結んだ２つの線の間の角度は
前記の２組の旋光機能を有する素子と進行方向を２つに
分岐する素子の方位すなわち分岐方向を変化させること
により変化させることが出来る。すなわち３点を任意の
曲線の上におくことができる。旋光機能を有する素子と
しては、２分の１波長板、複数の４分の１波長板を合成
したもの、フアラデー素子光路長を変えるため楔形のプ
リズムを２つ重ねた旋光子等がある。偏光方位によって
光の進行方向を分岐する素子としては図２に示す如きロ
シヨンプリズム型の素子がある。本来ロシヨンプリズム
は元来分岐された一方の光を除去して偏光子として用い
られるものであるが、こゝでは光を分岐するために使用
している。ロシヨンプリズムが分岐する固有偏光の一つ
は常光線ｏで入射光の方向に直進するが他は異常光線ｅ
で進行方向は入射光の方向とは異なる。本発明ではロシ
ヨンプリズムを回転する必要がある。その場合、回転軸
の方向が常光線ｏの方向であるときは図２（ａ）の形で
よいが回転軸の方向が異常光線ｅの方向であるときは図
２（ｂ）のようにする必要がある。図中の矢印は光学軸
の方位を示している。 【０００７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図３を用いて説明する。直交２周波レーザ光源２２の
光は光アイソレータ２１を通りビーム分割器８で２つの
光路Ａ、Ｂに分割される。分割された光はそれぞれビー
ム分割器９、１０を通った後旋光機能を有する素子３、
４を通ることにより偏光方位が変化調整されロシヨンプ
リズム１、２で常光線ｏと異常光線ｅにより進行方向が
２つに分岐される。分岐された光は共にビーム分割器５
で合波されるが、ロシヨンプリズム１の常光線ｏの光束
とロシヨンプリズム２の異常光線ｅの光束が合致するよ
うに（あるいはその逆）合波、重ね合わせを行なう。こ
の重ね合わされた光束がレンズ４０で収束され、レンズ
４０の焦点におかれた試料面２６上に中央の点像をつく
る。ロシヨンプリズムの他方の偏光の光束は同レンズ４
０により試料面上の両側の点像となる。従って、中央の
点像は２つの周波数、偏光方位の異なる光から成る。ロ
シヨンプリズムを回転して両側の像点の位置を変化させ
る場合ロシヨンプリズム１は常光線ｏ、ロシヨンプリズ
ム２は異常光線ｅを軸にして回転を行なう。両側の像は
単一の偏光単一の周波数の光である。 【０００８】今、レンズ４０と２つのロシヨンブリズム
の実効的な光の分岐点までの距離をレンズ４０の焦点距
離Ｆに等しくとりさらにレンズ４０と試料面２６との距
離も焦点距離Ｆに等しくとると、３本のレンズにより収
束する光束の中心軸は平行となり試料面上に収束し点像
をつくる。こゝで試料面の法線が入射光とほゞ一致して
いると（レーザ光束のビーム径がＤであればＤ／Ｆラヂ
アンに比して角度ずれが十分小さければ）試料面の反射
光は入射光の光路を逆行する。 【０００９】この逆行する反射光をビーム分割器９、１
０で取り出し結像レンズ６、７でピンホール１１、１２
のあ面上に結像させる。この結像光には光路Ａ側のピン
ホール１１のある面上に光路Ｂ側の反射光等、不要ない
くつかの点像がつくられるのでそれらを除去し必要な
光、つまり光路Ａ側の入射光の光路を逆行した光のみを
ピンホール１１に通し、光路Ｂを往復した光のみをピン
ホール１２に通すようになっている。ピンホール１１を
通った直交２周波光のヘテロダイン信号は偏光子２４と
検知器１３により第１の光ビートとして検出される。
同様にピンホール１２を通った光のヘテロダイン信号
は、偏光子２５と検知器１４により第２の光ビートとし
て得られる。これらの光ビート信号とガラス板２３の反
射光の光ビート信号（参照光ビート信号）との位相差が
位相差計１９、２０で求められる。第１の光ビートと参
照光ビートの位相差からは試料面上の点ｃと点ｂの間の
光路差が、第２の光ビートと参照光ビートの位相差から
点ａと点ｂの間の光路差が求められる。そしてこの２組
の位相差即ち２組の光路差から、３点シヤリング干渉計
の原理により試料面を走引したとき、走引機構の変動と
試料面の凹凸を分離して計ることが出来る。（特願平１
１−３７６４８５） 【００１０】試料が円板の面である場合、試料を回転し
て渦巻状に走引すると効率がよいが回転中心と測定点の
距離に応じてロシヨンブリズム１、２は回転機構３０、
３１で、旋光機能を有する素子３、４は回転機構（２分
の１波長板の場合）磁界の強さ（フアデー素子の場
合）、楔形プリズムの光路長変化機構（旋光子の場合）
等の駆動機構３２、３３で駆動してａ、ｂ、ｃの３点を
正確に渦巻曲線上に置くよう計算器制御等の制御を行な
う。 【００１１】３点シヤリングヘテロダイン干渉計には初
期値決定問題が残されているが、被測定面の最低空間周
波数成分が零となるよう初期値を決める。 【００１２】 【発明の効果】３点シヤリングヘテロダイン干渉計の３
点を任意の曲線上におくことにより、数多く考えられる
円板状の試料の面精度のナノメータ、サブナノメータレ
ベルの測定が効率よく行なわれる。
ち平面度をナノメータからサブナノメータの感度で測定
する装置の提供に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ヘテロダイン干渉計で基準面を用いるこ
となく（真の基準平面は存在しない）平面度を測定する
方法として原理的には偏光変位素子を用いる３点シヤリ
ングヘテロダイン干渉計が開発されていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】偏光変位素子を用いる
３点シヤリングヘテロダイン干渉計は測定点の走引が直
線に限られていた。それに対し例えば円板状の試料の表
面を測定する場合、円弧状や渦巻き状の走引が可能なこ
とが望まれる。そのためには３点シヤリングヘテロダイ
ン干渉計の３点を円弧上や渦巻状の曲線上に並べること
が必要となる。また渦巻の曲線上に並べる場合、３点を
常に曲率半径が変化する曲線上におく必要がある。この
ような並べ方は前記の偏光変位素子を用いる方法が実現
することは不可能である。 【０００４】本発明は３点シヤリングヘテロダイン干渉
計の３点を任意の曲率を有する曲線上におく手段を提供
しようとするものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】偏光方位が直交しかつ周
波数の異なる直交２周波レーザ光を２つの光路に分割
し、それぞれの光路の周波数がｆ１とｆ２の２周波偏光
を旋光機能を有する素子と偏光方位によって進行方向を
２つに分岐させる機能を持つ素子を通過させた後一方の
光路の周波数がｆ１の偏光の光束と他方の光路の周波数
がｆ２の偏光の光束の進行方向が一致するごとく、前記
の２つの光路の光を合波して、この合波光をレンズで集
光すると上記以外の偏光の光束の集光を加え、レンズの
焦点に合計３個の結像点ができる。但し入射レーザ光の
平行性は完全であると見做している。 【０００６】この３個の点の中央の点は周波数がｆ１、
ｆ２の偏光が重なった光であり、両側の点は、それぞれ
周波数がｆ１およびｆ２の偏光である。そして図１のよ
うに両側の点と中央の点を結んだ２つの線の間の角度は
前記の２組の旋光機能を有する素子と進行方向を２つに
分岐する素子の方位すなわち分岐方向を変化させること
により変化させることが出来る。すなわち３点を任意の
曲線の上におくことができる。旋光機能を有する素子と
しては、２分の１波長板、複数の４分の１波長板を合成
したもの、フアラデー素子光路長を変えるため楔形のプ
リズムを２つ重ねた旋光子等がある。偏光方位によって
光の進行方向を分岐する素子としては図２に示す如きロ
シヨンプリズム型の素子がある。本来ロシヨンプリズム
は元来分岐された一方の光を除去して偏光子として用い
られるものであるが、こゝでは光を分岐するために使用
している。ロシヨンプリズムが分岐する固有偏光の一つ
は常光線ｏで入射光の方向に直進するが他は異常光線ｅ
で進行方向は入射光の方向とは異なる。本発明ではロシ
ヨンプリズムを回転する必要がある。その場合、回転軸
の方向が常光線ｏの方向であるときは図２（ａ）の形で
よいが回転軸の方向が異常光線ｅの方向であるときは図
２（ｂ）のようにする必要がある。図中の矢印は光学軸
の方位を示している。 【０００７】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図３を用いて説明する。直交２周波レーザ光源２２の
光は光アイソレータ２１を通りビーム分割器８で２つの
光路Ａ、Ｂに分割される。分割された光はそれぞれビー
ム分割器９、１０を通った後旋光機能を有する素子３、
４を通ることにより偏光方位が変化調整されロシヨンプ
リズム１、２で常光線ｏと異常光線ｅにより進行方向が
２つに分岐される。分岐された光は共にビーム分割器５
で合波されるが、ロシヨンプリズム１の常光線ｏの光束
とロシヨンプリズム２の異常光線ｅの光束が合致するよ
うに（あるいはその逆）合波、重ね合わせを行なう。こ
の重ね合わされた光束がレンズ４０で収束され、レンズ
４０の焦点におかれた試料面２６上に中央の点像をつく
る。ロシヨンプリズムの他方の偏光の光束は同レンズ４
０により試料面上の両側の点像となる。従って、中央の
点像は２つの周波数、偏光方位の異なる光から成る。ロ
シヨンプリズムを回転して両側の像点の位置を変化させ
る場合ロシヨンプリズム１は常光線ｏ、ロシヨンプリズ
ム２は異常光線ｅを軸にして回転を行なう。両側の像は
単一の偏光単一の周波数の光である。 【０００８】今、レンズ４０と２つのロシヨンブリズム
の実効的な光の分岐点までの距離をレンズ４０の焦点距
離Ｆに等しくとりさらにレンズ４０と試料面２６との距
離も焦点距離Ｆに等しくとると、３本のレンズにより収
束する光束の中心軸は平行となり試料面上に収束し点像
をつくる。こゝで試料面の法線が入射光とほゞ一致して
いると（レーザ光束のビーム径がＤであればＤ／Ｆラヂ
アンに比して角度ずれが十分小さければ）試料面の反射
光は入射光の光路を逆行する。 【０００９】この逆行する反射光をビーム分割器９、１
０で取り出し結像レンズ６、７でピンホール１１、１２
のあ面上に結像させる。この結像光には光路Ａ側のピン
ホール１１のある面上に光路Ｂ側の反射光等、不要ない
くつかの点像がつくられるのでそれらを除去し必要な
光、つまり光路Ａ側の入射光の光路を逆行した光のみを
ピンホール１１に通し、光路Ｂを往復した光のみをピン
ホール１２に通すようになっている。ピンホール１１を
通った直交２周波光のヘテロダイン信号は偏光子２４と
検知器１３により第１の光ビートとして検出される。
同様にピンホール１２を通った光のヘテロダイン信号
は、偏光子２５と検知器１４により第２の光ビートとし
て得られる。これらの光ビート信号とガラス板２３の反
射光の光ビート信号（参照光ビート信号）との位相差が
位相差計１９、２０で求められる。第１の光ビートと参
照光ビートの位相差からは試料面上の点ｃと点ｂの間の
光路差が、第２の光ビートと参照光ビートの位相差から
点ａと点ｂの間の光路差が求められる。そしてこの２組
の位相差即ち２組の光路差から、３点シヤリング干渉計
の原理により試料面を走引したとき、走引機構の変動と
試料面の凹凸を分離して計ることが出来る。（特願平１
１−３７６４８５） 【００１０】試料が円板の面である場合、試料を回転し
て渦巻状に走引すると効率がよいが回転中心と測定点の
距離に応じてロシヨンブリズム１、２は回転機構３０、
３１で、旋光機能を有する素子３、４は回転機構（２分
の１波長板の場合）磁界の強さ（フアデー素子の場
合）、楔形プリズムの光路長変化機構（旋光子の場合）
等の駆動機構３２、３３で駆動してａ、ｂ、ｃの３点を
正確に渦巻曲線上に置くよう計算器制御等の制御を行な
う。 【００１１】３点シヤリングヘテロダイン干渉計には初
期値決定問題が残されているが、被測定面の最低空間周
波数成分が零となるよう初期値を決める。 【００１２】 【発明の効果】３点シヤリングヘテロダイン干渉計の３
点を任意の曲線上におくことにより、数多く考えられる
円板状の試料の面精度のナノメータ、サブナノメータレ
ベルの測定が効率よく行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の３点の説明図である。
【図２】 ロシヨンプリズムの説明図であ
る。 【図３】 本発明の実施の形態を示す図で
ある。 【符号の説明】 １、２ ロシヨンプリズム ３、４ 旋光機能を有する素子（１／２
波長板） ６、７ 結像レンズ ５、８、９、１０ ビーム分割器 １１、１２ ピンホール １３、１４、１５ 検知器 １６、１７、１８ 増幅器 １９、２０ 位相差計 ２１ 光アイソレータ ２２ 直交２周波レーザ光源 ２３ ガラス板 ２４、２５、２７ 偏光子 ２６ 試料面 ３０、３１ ロシヨンプリズムの回転機構 ３２、３３ 旋光機能を有する素子の駆動機
構 ４０ 集光レンズ Ｆ 集光レンズの焦点距離 Ａ、Ｂ 光路 ａ、ｂ、ｃ 集光点像
る。 【図３】 本発明の実施の形態を示す図で
ある。 【符号の説明】 １、２ ロシヨンプリズム ３、４ 旋光機能を有する素子（１／２
波長板） ６、７ 結像レンズ ５、８、９、１０ ビーム分割器 １１、１２ ピンホール １３、１４、１５ 検知器 １６、１７、１８ 増幅器 １９、２０ 位相差計 ２１ 光アイソレータ ２２ 直交２周波レーザ光源 ２３ ガラス板 ２４、２５、２７ 偏光子 ２６ 試料面 ３０、３１ ロシヨンプリズムの回転機構 ３２、３３ 旋光機能を有する素子の駆動機
構 ４０ 集光レンズ Ｆ 集光レンズの焦点距離 Ａ、Ｂ 光路 ａ、ｂ、ｃ 集光点像
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 周波数がｆ１とｆ２であり偏光方向が直交する直交２周
波レーザ光を２つの光路すなわち、Ａ光路とＢ光路に分
割しそれぞれの光路の光を２組の旋光を行ないかつ旋光
量を変化させ得る機構を具えた素子と、直交する偏光に
対し偏光方位により２つの進行方向に分岐する機能を有
しかつ分岐方向を変化させ得る機構を具えた素子を通過
せしめたのち、Ａ光路の光のうちの周波数がｆ１である
偏光とＢ光路の光のうちの周波数がｆ２である偏光の光
束が合致する如く合波して得られる光束、つまりＡ光路
の光のうち周波数がｆ２である偏光の光束と、前記の光
束が合致した周波数がｆ１およびｆ２である２つの偏光
を持つ光束とＢ光路の光のうち周波数がｆ１である偏光
の光束とから成る３つの進行方向の異なる平行光束をつ
くる手段と、該３つの平行光束を、中心軸が平行である
如き、３つの収束する光束に変換する手段と該光東の収
束点（焦点）に試料平面をおき光路Ａおよび光路Ｂを逆
行する試料平面の反射光の偏光を重ね合わせ２組の光ビ
ートをつくり該２組の光ビートと光源の光の光ビートと
の位相差を求める手段を有することを特徴とする平面度
測定用シヤリングヘテロダイン干渉計
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002118585A JP2003269910A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 平面度測定用シヤリング干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002118585A JP2003269910A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 平面度測定用シヤリング干渉計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003269910A true JP2003269910A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=29207915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002118585A Pending JP2003269910A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 平面度測定用シヤリング干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003269910A (ja) |
-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002118585A patent/JP2003269910A/ja active Pending
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