JP2005233767A - Measurement device and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光の干渉を利用して被測定面の形状を測定する測定装置、及び測定方法に関するものである。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method for measuring the shape of a surface to be measured using light interference.
従来、高精度なガラス部品などの形状を測定する方法として、参照面に当てられた光と被測定面に当てられた光とを干渉させて干渉縞を生じさせ、その干渉縞から参照面を基準とした被測定面の形状を測定する方法が知られている。この測定方法を実現する装置としては、マッハツェンダー式の干渉計が広く用いられている(例えば、非特許文献1参照)。マッハツェンダー式の干渉計は、光源から出射された光を分光して別々の光路を通らせ、その別々の光路を通った光を重ね合わせた時に生じる光の干渉を利用して、被測定面の形状を測定するものである。
ところで、干渉計は、前述のように、参照面と被測定面とを比較し、参照面を基準として被測定面の形状を測定するものである。そのため、干渉計の測定精度は、参照面の形状精度に依存することとなり、参照面の形状精度以上の測定を行うことが出来ないという問題がある。即ち、参照面の形状精度が低ければ、測定精度も低くなってしまうことから、高精度な測定を行うためには、形状精度の高い参照面が必要とされる。 By the way, as described above, the interferometer compares the reference surface and the surface to be measured, and measures the shape of the surface to be measured using the reference surface as a reference. For this reason, the measurement accuracy of the interferometer depends on the shape accuracy of the reference surface, and there is a problem in that it is impossible to perform measurement that exceeds the shape accuracy of the reference surface. That is, if the shape accuracy of the reference surface is low, the measurement accuracy is also low. Therefore, a reference surface with high shape accuracy is required to perform high-precision measurement.
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、参照面の形状精度に拘わらず、被測定面の形状を高精度に測定することができる測定装置、及び測定方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art, and its purpose is to measure the shape of the surface to be measured with high accuracy regardless of the shape accuracy of the reference surface. It is an object of the present invention to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of performing the above.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、光源から出射された光を分光手段で分光し、その分光された光を参照面が配置される参照面用光路と被測定面が配置される被測定面用光路を通らせた後に重合手段で再び重ね合わせ、前記光を重ね合わせた時に生じる光の干渉を利用して、前記被測定面の形状を測定する測定装置において、前記被測定面用光路を、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通ることなく前記重合手段に至る第1の光路と、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通った後に前記重合手段に至る第2の光路とに切り換える光路切換手段と、前記被測定面用光路が前記第1の光路の場合に、前記参照面用光路と前記被測定面用光路を通った光の干渉によって得られる測定結果と、前記被測定面用光路が前記第2の光路の場合に、前記参照面用光路と前記被測定面用光路を通った光の干渉によって得られる測定結果とに基づき、前記被測定面の形状を算出する演算手段とを備えたことを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that the light emitted from the light source is dispersed by the spectroscopic means, and the split light is optical path for the reference surface on which the reference surface is arranged and the measurement target. In the measuring apparatus for measuring the shape of the surface to be measured by using the light interference generated when the light is overlapped again after passing through the optical path for the surface to be measured on which the surface is arranged and overlapping the light A first optical path through which the light split by the spectroscopic means reaches the polymerization means without passing through the measured surface; and the light split by the spectroscopic means An optical path switching means for switching to a second optical path that passes through the superimposing means after passing through the optical path for the reference surface and the optical path for the measurement surface when the optical path for the measurement surface is the first optical path. Measurement results obtained by interference of light passing through, and the surface to be measured An arithmetic means for calculating the shape of the measured surface based on a measurement result obtained by interference of light passing through the optical path for the reference surface and the optical path for the measured surface when the optical path is the second optical path; The main point is that
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の測定装置において、前記光路切換手段は、入射した光を反射する反射面を有する光学部材であって、前記光学部材は、前記第1の光路において、前記分光手段で分光された光が前記重合手段に直接反射されるように配置され、前記第2の光路において、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通った後に前記重合手段に反射されるように配置され、前記光学部材は、前記第1の光路と第2の光路において、前記光を同一面にて反射させるように配置されることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the measurement apparatus according to the first aspect, the optical path switching means is an optical member having a reflecting surface that reflects incident light, and the optical member is the first member. In the optical path, the light split by the spectroscopic means is arranged to be directly reflected by the superposition means, and in the second optical path, the light split by the spectroscopic means passes through the surface to be measured. The gist is that the optical member is arranged so as to be reflected by the superposition means, and the optical member is arranged so as to reflect the light on the same surface in the first optical path and the second optical path.
請求項3に記載の発明は、光源から出射された光を分光手段で分光し、その分光された光を参照面が配置される参照面用光路と被測定面が配置される被測定面用光路を通らせた後に重合手段で再び重ね合わせ、前記光を重ね合わせた時に生じる光の干渉を利用して、前記被測定面の形状を測定する測定方法において、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通ることなく前記重合手段に至るように前記被測定面用光路を形成し、その被測定面用光路と前記参照面用光路を通った光の干渉を利用して測定を行う第1の測定ステップと、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通った後に前記重合手段に至るように前記被測定面用光路を形成し、その被測定面用光路と前記参照面用光路を通った光の干渉を利用して測定を行う第2の測定ステップと、前記第1の測定ステップで得られる測定結果と前記第2の測定ステップで得られる測定結果とに基づき、前記被測定面の形状を算出する演算ステップとを備えたことを要旨とする。 According to a third aspect of the present invention, the light emitted from the light source is dispersed by the spectroscopic means, and the dispersed light is used for the reference surface optical path on which the reference surface is arranged and the measurement surface on which the measurement surface is arranged. In the measuring method for measuring the shape of the surface to be measured by using the interference of light generated when the light is superimposed after being overlapped by the superimposing means after passing through the optical path, the light spectrally separated by the spectroscopic means The measurement surface optical path is formed so as to reach the superposition means without passing through the measurement surface, and measurement is performed using interference of light passing through the measurement surface optical path and the reference surface optical path. A first measurement step to be performed; and the light path for the measurement surface is formed so that the light dispersed by the spectroscopic means passes through the measurement surface and then reaches the polymerization means, and the measurement surface optical path and the measurement surface Second measurement is performed by using interference of light passing through the optical path for the reference plane. And a calculation step for calculating the shape of the surface to be measured based on the measurement result obtained in the first measurement step and the measurement result obtained in the second measurement step. To do.
本発明によれば、参照面の形状精度に拘わらず、被測定面の形状を高精度に測定することができる。 According to the present invention, the shape of the surface to be measured can be measured with high accuracy regardless of the shape accuracy of the reference surface.
(第1の実施形態)
以下、本発明を、光の干渉を利用して被測定物Wの平面形状(平面度)を測定する測定装置10に具体化した第1の実施形態を図1及び図2に基づき説明する。図1〜図4では、測定に用いる光の光路を実線矢印で示し、矢印の方向が光の進む方向を示している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a
本実施形態の測定装置10は、光源11と、分光手段としての第1のビームスプリッタ12と、参照面とされる第2のビームスプリッタ13と、光路切換手段(光学部材)としての偏光ビームスプリッタ14と、重合手段としての第3のビームスプリッタ15とを備えている。また、測定装置10は、1/4波長板16と、受光素子17と、コンピュータ18とを備えている。本実施形態では、受光素子17とコンピュータ18によって演算手段が構成されている(各図において破線で囲む)。なお、以下の説明では、前記各ビームスプリッタ12〜15と、1/4波長板16を光学素子とも言う。
The
光源11は、ヘリウムネオンレーザ光(λ=632.8nm(ランダム偏光光又は直線偏光光))を出射する光源とされている。第1のビームスプリッタ12は、光源11から出射された光を入射するように配置されている。第1のビームスプリッタ12は、ハーフミラーとして機能するように薄膜(誘電体膜、金属膜、ハイブリッド膜など)が蒸着された反射透過面12aを有し、入射した光を反射光と透過光に分光(分離)するようになっている。本実施形態では、分光された反射光が参照面用光路としての光路Aを通る光となり、分光された透過光が被測定面用光路としての光路Bを通る光となる。
The
第2のビームスプリッタ13は、第1のビームスプリッタ12で反射された反射光を入射するように配置されている。第2のビームスプリッタ13は、第1のビームスプリッタ12と同様に反射透過面13aを有し、入射した光を反射光と透過光に分光するようになっている。本実施形態では、第2のビームスプリッタ13の反射透過面13aを参照面として測定を行うようになっている。
The
偏光ビームスプリッタ14は、第1のビームスプリッタ12を透過した透過光を入射するように配置されている。偏光ビームスプリッタ14は、偏光分離機能を有する薄膜(誘電体多層膜など)が蒸着された反射面としての反射透過面14aを有し、入射した光をs偏光(水平方向に振動する光)の反射光とp偏光(垂直方向に振動する光)の透過光に分光するようになっている。1/4波長板16は、偏光ビームスプリッタ14と被測定物Wとの間であって、偏光ビームスプリッタ14を透過した透過光を入射するように配置されている。
The
第3のビームスプリッタ15は、第2のビームスプリッタ13で反射された反射光と偏光ビームスプリッタ14で反射された反射光とを入射するように配置されている。第3のビームスプリッタ15は、第1,第2のビームスプリッタ12,13と同様に反射透過面15aを有している。第3のビームスプリッタ15では、第2のビームスプリッタ13で反射された反射光が反射透過面15aで反射され、偏光ビームスプリッタ14で反射された反射光が反射透過面15aを透過し、前記両光が重ね合わされるようになっている。
The
受光素子(例えば、CCDカメラ)17は、第3のビームスプリッタ15で重ね合わされた光を受光するように配置されている。受光素子17には、光路Aと光路Bを通った光の光路差に応じた干渉縞が捉えられるようになっている。また、受光素子17には、コンピュータ18が接続されている。受光素子17は、受光した光を電気信号に変換し、その電気信号がコンピュータ18に出力されるようになっている。コンピュータ18は、電気信号を入力し、受光素子17で捉えられた干渉縞を解析処理するようになっている。
The light receiving element (for example, CCD camera) 17 is disposed so as to receive the light superimposed by the
そして、本実施形態の測定装置10では、偏光ビームスプリッタ14が、第1のビームスプリッタ12を透過した光の入射面を変更できるように回転テーブル(図示しない)上に配置されている。詳しく言えば、偏光ビームスプリッタ14は、図1に示す第1測定状態と図2に示す第2測定状態で光路B上に配置されるようになっている。第2測定状態(図2)で配置された偏光ビームスプリッタ14は、第1測定状態(図1)で配置された偏光ビームスプリッタ14を図1の紙面上、時計回り方向(右回転方向)に90度回転させた状態となっている。そして、偏光ビームスプリッタ14は、第1測定状態と第2測定状態において、第3のビームスプリッタ15に対して光を反射させる面が同一面となるように配置されている。なお、第2測定状態で配置された偏光ビームスプリッタ14は、第1測定状態で配置された偏光ビームスプリッタ14を図1の紙面上、反時計回り方向(左回転方向)に90度回転させた状態と同じである。しかしながら、このように配置した場合には、第3のビームスプリッタ15に対して光を反射させる面が相違することになる。
In the
以下、本実施形態の測定装置10において形成される光路Aと光路Bについて詳しく説明する。光路Aと光路Bは、第1のビームスプリッタ12で分光された光が第3のビームスプリッタ15に至り、重ね合わされる迄の光路を示す。
Hereinafter, the optical path A and the optical path B formed in the
光路Aは、第1のビームスプリッタ12と、第2のビームスプリッタ13と、第3のビームスプリッタ15とで形成されるようになっている。光路Aでは、第1のビームスプリッタ12で反射された反射光が、第2のビームスプリッタ13(参照面)で反射され、さらに第3のビームスプリッタ15で反射された後、受光素子17にて受光されるようになっている。
The optical path A is formed by the
光路Bは、偏光ビームスプリッタ14の配置に応じて、2つの異なる光路として形成されるようになっている。即ち、偏光ビームスプリッタ14を第1測定状態(図1)で配置した場合、光路Bは、第1のビームスプリッタ12と、偏光ビームスプリッタ14と、第3のビームスプリッタ15とで形成されるようになっている。以下、このように形成された光路Bを「第1測定用光路Ba」と示す。第1測定用光路Baでは、第1のビームスプリッタ12を透過した透過光が、偏光ビームスプリッタ14で反射され、第3のビームスプリッタ15を透過した後、受光素子17にて受光されるようになっている。
The optical path B is formed as two different optical paths according to the arrangement of the
なお、第1測定用光路Baでは、偏光ビームスプリッタ14を透過した透過光が、被測定物W(被測定面)で反射され、偏光ビームスプリッタ14に再び入射することになるが、この光は1/4波長板16を2回通って振動方向が90度変更されている。そのため、被測定物Wで反射された光は、第3のビームスプリッタ15とは逆方向に反射され、偏光ビームスプリッタ14を透過しない(即ち、光源11への戻り光とならない)。第1測定用光路Baは、第1のビームスプリッタ12で分光された光が被測定面を通ることなく第3のビームスプリッタ15に至ることから第1の光路となる。
In the first measurement optical path Ba, the transmitted light transmitted through the
一方、偏光ビームスプリッタ14を第2測定状態(図2)で配置した場合、光路Bは、第1のビームスプリッタ12と、偏光ビームスプリッタ14と、1/4波長板16と、被測定物Wと、第3のビームスプリッタ15とで形成されるようになっている。以下、このように形成された光路Bを「第2測定用光路Bb」と示す。第2測定用光路Bbでは、第1のビームスプリッタ12を透過した透過光が、偏光ビームスプリッタ14を透過し、1/4波長板16を通って被測定物W(被測定面)で反射された後、再び1/4波長板16を通って偏光ビームスプリッタ14に入射される。そして、偏光ビームスプリッタ14に入射された光は、1/4波長板16を2回通って振動方向が90度変更されているため、偏光ビームスプリッタ14で反射され、第3のビームスプリッタ15を透過した後、受光素子17にて受光されるようになっている。第2測定用光路Bbでは、第1のビームスプリッタ12で分光された光が被測定面を通った後に第3のビームスプリッタ15に至ることから第2の光路となる。
On the other hand, when the
このように構成された本実施形態の測定装置10では、まず、光路Aと第1測定用光路Baによる測定1(第1の測定ステップ)と、光路Aと第2測定用光路Bbによる測定2(第2の測定ステップ)が行われるようになっている。その後に、測定1の測定結果と測定2の測定結果から被測定物W(被測定面)の平面形状が算出されるようになっている(演算ステップ)。なお、測定1と測定2は、どちらを先に行っても良い。
In the
測定1では、偏光ビームスプリッタ14を第1測定状態(図1)に配置して第1測定用光路Baを形成し、光路Aと第1測定用光路Baを通った光の光路差(測定結果)を得ることができる。この測定1では、参照面(第2のビームスプリッタ13の反射透過面13a)を基準とし、偏光ビームスプリッタ14の反射透過面14aの形状を測定していることとなる。一方、測定2では、偏光ビームスプリッタ14を第2測定状態(図2)に配置して第2測定用光路Bbを形成し、光路Aと第2測定用光路Bbを通った光の光路差(測定結果)を得ることができる。この測定2では、参照面(第2のビームスプリッタ13の反射透過面13a)を基準とし、偏光ビームスプリッタ14の反射透過面14aの形状に加えて、被測定物Wの形状を測定していることとなる。
In measurement 1, the
従って、測定1の測定結果と測定2の測定結果との差を求めることによって、参照面の形状精度の影響を受けずに、被測定物W(被測定面)の平面形状を算出することが可能となる。即ち、測定1と測定2の各測定結果には、前記各ビームスプリッタ12〜15の各反射透過面12a〜15aの形状誤差も含まれている。そのため、測定1の測定結果と測定2の測定結果の差を求めれば、各測定結果に含まれる各反射透過面12a〜15aの形状誤差分がキャンセルされることになり、その結果、被測定物W(被測定面)の形状のみを算出できる。
Therefore, by calculating the difference between the measurement result of measurement 1 and the measurement result of measurement 2, the planar shape of the workpiece W (measurement surface) can be calculated without being affected by the shape accuracy of the reference surface. It becomes possible. That is, the measurement results of measurement 1 and measurement 2 include shape errors of the reflection /
以下、測定1の測定結果と測定2の測定結果をさらに詳しく説明する。
以下の説明では、第1のビームスプリッタ12、第2のビームスプリッタ13(参照面)、偏光ビームスプリッタ14、第3のビームスプリッタ15、及び被測定面の各面形状(光を反射する面の形状)を順に「F12」、「F13」、「F14」、「F15」、「T」と示す。なお、各面形状は、2価の関数にて表される。従って、面形状が理想的な完全平面形状でなく、その面に対して光を斜めから入射して反射させる場合、反射された光は、入射した光(平面波)に対して、√2×(面形状)だけずれることとなる。なお、「√2」は「ルート2」を示す。また、面形状が理想的な完全平面形状でなく、その面に対して光を垂直に入射して反射させる場合、反射された光は、入射した光(平面波)に対して、2×(面形状)だけずれることとなる。そして、平面波に対するずれ量は、入射した光が、完全平面で反射した時と実際の面で反射した時の光の光路差から算出される。
Hereinafter, the measurement result of measurement 1 and the measurement result of measurement 2 will be described in more detail.
In the following description, each surface shape of the
以上のことから、光路Aにおいて光源11から出射されたレーザー光(位相の揃った平面波)は、第1〜第3のビームスプリッタ12,13,15の各面形状の影響を受けて、√2×(F12+F13+F15)だけ平面波からずれた光として受光素子17に到達する。一方、第1測定用光路Ba(図1)においてレーザー光は、偏光ビームスプリッタ14の面形状の影響を受けて、√2×(F14)だけ平面波からずれた光として受光素子17に到達する。従って、測定1において、光路Aと第1測定用光路Baを通った光の光路差は、式(1)に示すようになる。
√2×(F14)−√2×(F12+F13+F15)…(1)
一方、第2測定用光路Bb(図2)においてレーザー光は、偏光ビームスプリッタ14の面形状と、被測定物Wの面形状の影響を受けて、√2×(F14)+2×Tだけ平面波からずれた光として受光素子17に到達する。従って、測定2において、光路Aと第2測定用光路Bbを通った光の光路差は、式(2)に示すようになる。
√2×(F14)+2×T−√2×(F12+F13+F15)…(2)
そして、測定1の測定結果(式(1))と測定2の測定結果(式(2))の差を求めると、2×Tのみが算出されることとなる。これは、各ビームスプリッタ12〜15の各面形状(本実施形態では参照面の面形状も含む)による影響を受けずに、被測定物W(被測定面)の形状のみが算出されることを示している。
From the above, the laser light (plane wave having the same phase) emitted from the
√2 × (F14) −√2 × (F12 + F13 + F15) (1)
On the other hand, in the second measurement optical path Bb (FIG. 2), the laser beam is influenced by the surface shape of the
√2 × (F14) + 2 × T−√2 × (F12 + F13 + F15) (2)
When the difference between the measurement result of measurement 1 (formula (1)) and the measurement result of measurement 2 (formula (2)) is obtained, only 2 × T is calculated. This means that only the shape of the object to be measured W (surface to be measured) is calculated without being affected by the surface shapes of the
従って、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)偏光ビームスプリッタ14を第1測定状態と第2測定状態に配置し、光路Bを第1測定用光路Baと第2測定用光路Bbに切り換えて測定1と測定2を行い、両測定結果から被測定物W(被測定面)の平面形状を算出するようにした。測定1では、光路Aと光路B(第1測定用光路Ba)上に配置された各光学素子の形状誤差を含む測定結果が得られ、測定2では、光路Aと光路B(第1測定用光路Ba)上に配置された各光学素子の形状誤差に加えて被測定物W(被測定面)の形状誤差を含む測定結果が得られることとなる。そのため、測定1と測定2の測定結果の差を求めることによって、被測定物W(被測定面)の形状のみを算出することができる。従って、参照面の形状精度に拘わらず、被測定面の形状を高精度に測定することができる。加えて、各光学素子の形状誤差も取り除くことができるので、被測定面の形状をさらに高精度に測定することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)第1測定状態と第2測定状態では、入射した光を同一面にて反射させるように偏光ビームスプリッタ14を配置した。そのため、測定1と測定2の各測定結果には、偏光ビームスプリッタ14にて光が反射される時の形状誤差分として同一量を含ませることができる。従って、被測定面の形状をさらに高精度に測定することができる。
(2) In the first measurement state and the second measurement state, the
(3)偏光ビームスプリッタ14と被測定物Wとの間に1/4波長板16を配置した。そのため、測定1と測定2において、被測定物W(被測定面)で反射された光は、偏光ビームスプリッタ14を透過することなく、第3のビームスプリッタ15へ向かう方向、又はその方向とは反対方向へ反射されることとなる。従って、光源11への戻り光を排除することができる。また、受光素子17にて捉えられる干渉縞のコントラストを良好に維持できる。
(3) A
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を図3及び図4に基づき説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した実施形態と同一構成については同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the embodiments described below, the same components as those in the embodiments already described are denoted by the same reference numerals, and the redundant description thereof is omitted or simplified.
本実施形態の測定装置20は、光路B上に、光路切換手段としての第4のビームスプリッタ21が配置されている。第4のビームスプリッタ21は、第1〜第3のビームスプリッタ12,13,15と同様に反射透過面21aを有し、第1の実施形態における偏光ビームスプリッタ14と同様に回転テーブル(図示しない)上に配置されている。そして、第4のビームスプリッタ21は、図3に示す第1測定状態と、図4に示す第2測定状態で配置されるようになっている。第4のビームスプリッタ21は、第1測定状態と第2測定状態において、第3のビームスプリッタ15に対して光を反射させる面が同一面となるように配置されている。本実施形態において、光源11から出射される光は、ランダム偏光光、直線偏光光、又は円偏光光でも良い。
In the measuring
以下、測定装置20で形成される光路Bについて詳しく説明する。なお、光路Aは、第1の実施形態と同様に形成されるので、その説明は省略する。
光路Bは、第4のビームスプリッタ21の配置に応じて、2つの異なる光路(第1測定用光路Baと第2測定用光路Bb)として形成されるようになっている。即ち、第4のビームスプリッタ21を第1測定状態で配置した場合、光路B(第1測定用光路Ba)は、第1のビームスプリッタ12と、第4のビームスプリッタ21と、第3のビームスプリッタ15とで形成されるようになっている。第1測定用光路Baでは、第1のビームスプリッタ12を透過した透過光が、第4のビームスプリッタ21で反射され、第3のビームスプリッタ15を透過した後、受光素子17にて受光されるようになっている。第1測定用光路Baは、第1のビームスプリッタ12で分光された光が被測定面を通ることなく第3のビームスプリッタ15に至ることから第1の光路となる。
Hereinafter, the optical path B formed by the measuring
The optical path B is formed as two different optical paths (first measurement optical path Ba and second measurement optical path Bb) according to the arrangement of the
一方、第4のビームスプリッタ21を第2測定状態で配置した場合、光路B(第2測定用光路Bb)は、第1のビームスプリッタ12と、第4のビームスプリッタ21と、被測定物Wと、第3のビームスプリッタ15とで形成されるようになっている。第2測定用光路Bbでは、第1のビームスプリッタ12を透過した光が、第4のビームスプリッタ21を透過し、被測定物W(被測定面)で反射された後、第4のビームスプリッタ21に入射される。そして、第4のビームスプリッタ21に入射された光は、当該第4のビームスプリッタ21で反射され、第3のビームスプリッタ15を透過した後、受光素子17にて受光されるようになっている。第2測定用光路Bbでは、第1のビームスプリッタ12で分光された光が被測定面を通った後に第3のビームスプリッタ15に至ることから第2の光路となる。
On the other hand, when the
このように構成された本実施形態の測定装置20では、第1の実施形態と同様に、光路Aと第1測定用光路Baによる測定1と、光路Aと第2測定用光路Bbによる測定2を行った後、測定1の測定結果と測定2の測定結果から被測定物W(被測定面)の平面形状が算出されるようになっている。そして、本実施形態の測定装置20においても、測定1の測定結果を前述した式(1)で表すことができると共に、測定2の測定結果を前述した式(2)で表すことができる。従って、測定1の測定結果と測定2の測定結果との差を求めることによって、参照面の形状精度の影響を受けずに、被測定物W(被測定面)の平面形状を算出することが可能となる。
In the
従って、本実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1),(2)と同様の効果に加えて、以下に示す効果を得ることができる。
(4)光路Bを第1測定用光路Baと第2測定用光路Bbに切り換えるための光路切換手段として第4のビームスプリッタ21を配置した。そのため、光学素子の部品点数を削減でき、測定装置20の構造を簡素化することができると共に、製造コストの削減に貢献することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) and (2) of the first embodiment.
(4) The
なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記各実施形態において、第2のビームスプリッタ13を、反射鏡(ミラー)に変更しても良い。また、第1〜第4のビームスプリッタ12,13,15,21をハーフミラーに変更しても良い。
Each embodiment may be changed as follows.
In each of the above embodiments, the
・前記各実施形態の測定装置10、20は、被測定物Wの平面形状を測定する装置に具体化したが、被測定物が曲面形状である場合に、その曲面形状を測定する装置に具体化しても良い。この場合、例えば、第2の実施形態の測定装置20では、第4のビームスプリッタ21と被測定物Wとの間に、透過球面体とレンズを配置し、測定1と測定2の測定結果から曲面形状を算出すれば良い。
The
・前記各実施形態において、光学素子の形状誤差が測定に与える影響をさらに小さくするために、光学素子を、当該光学素子の屈折率に近い屈折率を持つ液体中に配置し、測定を行うようにしても良い。図1及び図2には、偏光ビームスプリッタ14と、1/4波長板16と、被測定物Wを液体Lが満たされた液体槽22(二点鎖線で示す)に配置した状態が示されている。光の干渉を利用した測定では、光学素子の形状誤差に対して光学素子の屈折率と周囲の媒体の屈折率の差を乗じたものが透過する光の波面精度を決定することとなる。そのため、光学素子の周囲を、その光学素子の屈折率に近い屈折率となる媒体(液体L)で満たせば、光学素子の形状誤差の影響をさらに小さくした測定結果を得ることができる。例えば、光学素子が、波長632.8nmの光に対して屈折率1.5151となるものであれば、温度20度のときに波長589.3nmの光に対して屈折率1.516となるセダ油を用いる。このとき、光学素子の形状誤差の影響は、0.001倍(1.516−1.5151=0.001)となる。因みに、光学部材を液体Lで満たさない場合、空気の屈折率が1であることから、光学素子の形状誤差の影響は、0.5倍(1.5151−1=0.5)となる。
In each of the embodiments, in order to further reduce the influence of the shape error of the optical element on the measurement, the optical element is placed in a liquid having a refractive index close to the refractive index of the optical element to perform measurement. Anyway. 1 and 2 show a state in which the
・前記各実施形態において、光源11と第1のビームスプリッタ12との間、及び第3のビームスプリッタ15と受光素子17との間に、コリメータレンズを配置し、測定装置10,20を構成しても良い。
In each of the above embodiments, a collimator lens is arranged between the
・前記各実施形態の測定装置10,20を用いて、光を透過する被測定物Wを測定する場合には、次のように変更しても良い。即ち、測定1では、被測定物Wを光路B上に配置させずに測定を行い、測定2では、被測定物Wを第1のビームスプリッタ12と偏光ビームスプリッタ14(又は第4のビームスプリッタ21)との間に配置し、測定を行う。そして、測定1の測定結果と測定2の測定結果から被測定物Wを光が透過した時の波面収差を算出する。この場合、偏光ビームスプリッタ14(又は第4のビームスプリッタ21)は、図1(又は図3)の状態で配置され、光路Bは、被測定物Wが光路B上に配置された場合と配置されない場合とで異なる光路として形成される。従って、被測定物Wを光路B上に配置した状態と配置していない状態とに切り換える手段が光路切換手段となる。
-When measuring the to-be-measured object W which permeate | transmits light using the measuring
次に、前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
(イ)前記光学部材は、偏光ビームスプリッタであり、当該偏光ビームスプリッタと前記被測定面との間には、1/4波長板が配置されていることを特徴とする請求項2に記載の測定装置。
Next, a technical idea that can be grasped from the embodiment and another example will be added below.
(A) The optical member is a polarizing beam splitter, and a quarter-wave plate is disposed between the polarizing beam splitter and the surface to be measured. measuring device.
(ロ)前記演算手段は、前記参照面用光路と前記第1の光路を通った光の光路差と、前記参照面用光路と前記第2の光路を通った光の光路差の差を求めることにより、前記被測定面の形状を算出することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の測定装置。 (B) The calculation means obtains a difference between an optical path difference of the light passing through the reference surface optical path and the first optical path and a difference of an optical path difference of the light passing through the reference surface optical path and the second optical path. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape of the surface to be measured is calculated.
10,20…測定装置、11…光源、12…ビームスプリッタ(分光手段)、14…偏光ビームスプリッタ(光路切換手段)、15…ビームスプリッタ(重合手段)、21…ビームスプリッタ(光路切換手段)、17…受光素子(演算手段)、18…コンピュータ(演算手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記被測定面用光路を、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通ることなく前記重合手段に至る第1の光路と、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通った後に前記重合手段に至る第2の光路とに切り換える光路切換手段と、
前記被測定面用光路が前記第1の光路の場合に、前記参照面用光路と前記被測定面用光路を通った光の干渉によって得られる測定結果と、前記被測定面用光路が前記第2の光路の場合に、前記参照面用光路と前記被測定面用光路を通った光の干渉によって得られる測定結果とに基づき、前記被測定面の形状を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 The light emitted from the light source is dispersed by the spectroscopic means, and the split light is passed through the reference surface optical path on which the reference surface is arranged and the measurement surface optical path on which the measurement surface is arranged, and then the polymerization means In the measuring apparatus that measures the shape of the surface to be measured by using the interference of light generated when the light is superimposed again,
A first optical path through which the light split by the spectroscopic means reaches the polymerization means without passing through the measured surface; and the light split by the spectroscopic means passes through the optical path for the measured surface Optical path switching means for switching to a second optical path after passing through to the polymerization means;
When the optical path for measured surface is the first optical path, a measurement result obtained by interference of light passing through the optical path for reference surface and the optical path for measured surface, and the optical path for measured surface are the first optical path. In the case of two optical paths, an arithmetic means for calculating the shape of the surface to be measured is provided based on the measurement result obtained by interference of the light that has passed through the optical path for the reference surface and the optical path for the surface to be measured. Measuring device characterized by.
前記光学部材は、前記第1の光路において、前記分光手段で分光された光が前記重合手段に直接反射されるように配置され、前記第2の光路において、前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通った後に前記重合手段に反射されるように配置され、
前記光学部材は、前記第1の光路と第2の光路において、前記光を同一面にて反射させるように配置されることを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 The optical path switching means is an optical member having a reflecting surface for reflecting incident light,
The optical member is disposed in the first optical path so that the light split by the spectroscopic means is directly reflected by the superposition means, and the light split by the spectroscopic means in the second optical path. Arranged to be reflected by the superposition means after passing through the surface to be measured,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical member is arranged so as to reflect the light on the same surface in the first optical path and the second optical path.
前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通ることなく前記重合手段に至るように前記被測定面用光路を形成し、その被測定面用光路と前記参照面用光路を通った光の干渉を利用して測定を行う第1の測定ステップと、
前記分光手段で分光された光が前記被測定面を通った後に前記重合手段に至るように前記被測定面用光路を形成し、その被測定面用光路と前記参照面用光路を通った光の干渉を利用して測定を行う第2の測定ステップと、
前記第1の測定ステップで得られる測定結果と前記第2の測定ステップで得られる測定結果とに基づき、前記被測定面の形状を算出する演算ステップとを備えたことを特徴とする測定方法。 The light emitted from the light source is dispersed by the spectroscopic means, and the split light is passed through the reference surface optical path on which the reference surface is arranged and the measurement surface optical path on which the measurement surface is arranged, and then the polymerization means In the measurement method for measuring the shape of the surface to be measured by using the interference of the light generated when the light is overlapped again and the light is overlapped,
The light for the surface to be measured is formed so that the light dispersed by the spectroscopic means reaches the superposition means without passing through the surface to be measured, and the light that has passed through the optical path for the surface to be measured and the optical path for the reference surface A first measurement step for measuring using interference of
The light for the surface to be measured is formed so that the light split by the spectroscopic means passes through the surface to be measured and then reaches the superposition means, and the light that has passed through the optical path for the surface to be measured and the optical path for the reference surface A second measurement step for measuring using interference of
A measurement method comprising: an operation step of calculating a shape of the surface to be measured based on a measurement result obtained in the first measurement step and a measurement result obtained in the second measurement step.
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2004
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