JP2010014536A - 加工装置に搭載される被測定物の計測方法および計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源1と、この光源1からの光線を2本の光線に分岐する光分岐/合流部2と、被測定物10を設置するステージ部11と光を集光して照射する対物レンズ6と、前記2本に分岐された光線の他の一方が照射される参照ミラー5とを有し、前記被測定物10または前記参照ミラー5の位置を、それぞれ、前記被測定物10からの反射光Aの光軸方向または前記参照ミラー5からの反射光Bの光軸方向に移動させることにより、前記被測定物10からの反射光Aと前記参照ミラー5からの反射光Bの干渉波形を計測し、同時に移動量を計測可能なリニアスケール8の位置情報も計測して、前記参照ミラー5からの反射光Bの光路長と前記被測定物10からの反射光Aの光路長が同一となる位置を、左右対称性の評価式が最小になる位置を求めることで特定する。
【選択図】図1
Description
〔1〕加工装置に搭載される被測定物の計測方法において、少なくとも低コヒーレント光を含む光源(1)と、この光源(1)からの光線を2本の光線に分岐する光分岐/合流部(2)と、前記2本に分岐された光線の一方の光線が照射される被測定物(10)を設置するステージ部(11)と、前記光分岐/合流部(2)と前記ステージ部(11)との光路の間に設けられ光線を集光して照射する集光部(対物レンズ)(6)と、前記2本に分岐された光線の他の一方の光線が照射される参照ミラー(5)とを有し、前記被測定物(10)からの反射光(A)と前記参照ミラー(5)からの反射光(B)を前記光分岐/合流部(2)により再度合流させて干渉させ、前記被測定物(10)または前記参照ミラー(5)の位置を、それぞれ、前記被測定物(10)からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラー(5)からの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物(10)からの反射光(A)と前記参照ミラー(5)からの反射光(B)の和を光強度検出器(3)で検出して得られた干渉波形を計測・記録し、低コヒーレント光干渉波形f(x) が前記参照ミラー(5)からの反射光(B)の光路長と前記被測定物(10)からの反射光(A)の光路長が同一となる位置を中心に左右対称になることを利用して、左右対称性の評価式が最小になる位置xを求めることで、光路長が同一になる位置を精度よく特定することを特徴とする。
(実施例1)
図1に示した計測装置として、低コヒーレント光源1に光ファイバー出力SLD(DL−CS5029、Denselight Semiconductor社製、中心波長1550nm、波長帯域幅90nm)、光分岐/合流部2に広帯域無偏光キューブ型ビームスプリッタ〔S322−10−1550N、駿河精機(株)製、10mm角、1550nm用〕、対物レンズ6及び分散補償レンズ4にアクロマティック凸レンズ(AC060−010−C、Thorlabs社製、直径6mm、バックフォーカス8.5mm)、光強度検出器3にGaInAsPINフォトダイオード〔G8376−05、浜松ホトニクス(株)製〕を用い、マイケルソン干渉計を構築した。これらの光学素子は55×33×22mm3 の小型のケースにセンサヘッドSとして実装した。送り機構7には、ステッピングモータ駆動のリニアステージ〔シグマテック(株)製、クロスローラガイド、移動量20mm、繰り返し位置決め精度±20nm〕を用い、位置補正手段として内蔵のリニアスケール〔シグマテック(株)製、クオーツガラススケール:熱膨張率0.5×10-6/℃、正弦波信号周期4μm〕の位置信号を用いた。リニアスケール8は、8μmで格子ピッチを刻んだガラススケールを用いたフレネル回折干渉方式で、4分割PINフォトダイオードにより4μmピッチで位相が90°異なる二相正弦波を電気信号として得ることができる。リニアステージを動かしながら、光強度検出器3で光電変換されて得られた干渉信号と、リニアスケール8の2相正弦波をA−D変換器〔TUSB−1612ADSM−S、(株)タートル工業製、12ビット〕で同時にデジタル信号に変換し、記録装置9としてのパーソナルコンピュータの主記憶に記録した。リニアスケール8の2相正弦波からtanθの値を計算し、tan-1から位置情報を算出し、得られた干渉信号の位置補正を行った。ステッピングモータのドライブはマイクロステップ方式のモータコントローラ〔MR210A、(株)ノヴァ電子製〕およびモータドライバ〔MC−0514−L、(有)マイクロステップ製〕で行った。モータコントローラはUSB経由でパーソナルコンピュータにより制御した。これらの制御を行うプログラムはマイクロソフト社のオペレーティングシステムWindows(登録商標)XPのもとで、プログラミング言語VisualC++を用いて記述した。
(実施例2)
実施例1で示した計測装置を用い、0.15mm厚の顕微鏡用カバーガラスの表面から得られた干渉波形の中心付近を図4に点線で示した。干渉波形の包絡線の半値幅は約15μmである。この干渉波形に対して上記の式(2)の演算を行った。上記の式(2)でn=2,a=5000nmを用いた。見やすくするため、評価関数の逆数を同図4に実線でプロットした。干渉波形の中心に鋭いピークが生じているのがわかる。このピーク位置は上記の式(2)に示す評価関数が最も小さくなる場所であり、左右対称である干渉波形の中心点である。ここで用いた干渉波形は、実施例1のガラススケール補正による正確な掃引を行って得られたものである。
(実施例3)
実施例1で示した計測装置を用い、被測定物10として標準段差〔段差マスタ、(株)ミツトヨ製、呼び段差:10,5,2,1μm〕の計測を行った。被測定物10を搭載した被測定物ステージ部11を、光路長掃引とは別のリニアステージ〔X軸クロスローラガイドKS101−20HD、駿河精機(株)製、位置決め精度5μm以内〕を用い、横方向に移動させながら段差の形状を計測した。図5に1μmと2μmの段差部分の形状計測結果を示した。通常の単色光波干渉計では計測できない段差の形状が良好に計測されている。呼び段差1μmの検査成績書〔製品に添付、(株)ミツトヨ発行〕の値は1.08μmであり、1μmを僅かに上回る本発明での計測結果と一致している。また呼び段差2μmの検査成績書の値は1.94μmであり、この値も本発明での計測結果と良好な一致を示しており、本発明により1μm以下の不確かさで、段差のような不連続な形状をもつ被測定物10の形状計測が可能なのは明らかである。
(実施例4)
被測定物10として、8μmのスペーサを挟んだカバーガラス2枚を用い、8μmの厚さのエアギャップを実施例1に示した計測装置で計測した。得られた干渉信号を図6の細い実線で示す。図6から明らかなように、8μmを隔てた2つの反射端に由来する干渉波束は重なってしまっている。2つの反射端からの2つの重なった波束を、A1 ・g (x+φ1 ) ・cos (x+φ1 ) +A2 ・g (x+φ2 ) ・cos (x+φ2 ) と近似した。ここでg (x) はガウシアンを用いた。すなわち、g (x+φ) =exp〔−(x+φ)2 /w〕とした。wの値は、予め単一反射端で得られた波束の包絡線の線幅を実測して用いた。実測波形と近似関数との誤差が最小となるA1 ,A2 ,φ1 ,φ2 をマイクロソフト社のExcelのソルバー機能を用いて求めた。得られたA1 ,A2 ,φ1 ,φ2 を基に分離された2つの波束の包絡線を細線の波線と一点鎖線で示した。2つのピークの間隔は、φ1 −φ2 から8.18μmと計算され、スペーサの厚さと良好に一致した。
2 光分岐/合流部
3 光強度検出器
4 分散補償レンズ
5 参照ミラー
6 対物レンズ(集光部)
7 送り機構
8 リニアスケール
9 記録装置
10 被測定物
11 被測定物ステージ部
A,B 反射光
S センサへッド
Claims (8)
- 少なくとも低コヒーレント光を含む光源と、該光源からの光線を2本の光線に分岐する光分岐/合流部と、前記2本に分岐された光線の一方の光線が照射される被測定物を設置するステージ部と、前記光分岐/合流部と前記ステージ部との光路の間に設けられ光線を集光して照射する集光部と、前記2本に分岐された光線の他の一方の光線が照射される参照ミラーとを有し、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)を前記光分岐/合流部により再度合流させて干渉させ、前記被測定物または前記参照ミラーの位置を、それぞれ、前記被測定物からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラーからの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)の和を光強度検出器で検出して得られた干渉波形を計測・記録し、低コヒーレント光干渉波形f(x) が前記参照ミラーからの反射光(B)の光路長と前記被測定物からの反射光(A)の光路長が同一となる位置を中心に左右対称になることを利用して、左右対称性の評価式が最小になる位置を求めることで、光路長が同一になる位置を精度よく特定することを特徴とする加工装置に搭載される被測定物の計測方法。
- 請求項1記載の加工装置に搭載される被測定物の計測方法において、前記評価式は
- 少なくとも低コヒーレント光を含む光源と、該光源からの光線を2本の光線に分岐する光分岐/合流部と、前記2本に分岐された光線の一方の光線が照射される透明で層状の被測定物を設置するステージ部と、前記光分岐/合流部と前記ステージ部との光路の間に設けられ光線を集光して照射する集光部と、前記2本に分岐された光線の他の一方の光線が照射される参照ミラーとを有し、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)を前記光分岐/合流部により再度合流させて干渉させ、前記被測定物または前記参照ミラーの位置を、それぞれ、前記被測定物からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラーからの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)の和を光強度検出器で検出して得られた干渉波形を計測・記録し、反射面の波束をA・g (x)・cos (x) の関数で近似し、2つの面であれば、A1 ・g (x+φ1 ) ・cos(x+φ1 )+A2 ・g (x+φ2 ) ・cos(x+φ2 )と近似し、近似関数と実測波形との誤差が最小となるA1 ,A2 ,φ1 ,φ2 を求めることにより、2つの波束の一部が重なっていても2つの層間の距離を正確に求めることを特徴とする加工装置に搭載される被測定物の計測方法。ここで、Aは干渉波束の強度、φは波束中心の位置を表す。
- 前記被測定物または前記参照ミラーの位置を、それぞれ、前記被測定物からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラーからの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)の干渉波形と、前記被測定物または前記参照ミラーの現在位置が検出可能になるように送り機構に配置されたリニアスケールから得られる基準信号とを同時に計測・記録し、干渉信号の位置を正確に記録可能にすることを特徴とする請求項1又は3記載の加工装置に搭載される被測定物の計測方法。
- (a)少なくとも低コヒーレント光を含む光源と、
(b)該光源からの光線を2本の光線に分岐する光分岐/合流部と、
(c)前記2本に分岐された光線の一方の光線が照射される被測定物を設置するステージ部と、
(d)前記光分岐/合流部と前記ステージ部との光路の間に設けられ光線を集光して照射する集光部と、
(e)前記2本に分岐された光線の他の一方の光線が照射される参照ミラーと、
(f)前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)を前記光分岐/合流部により再度合流させて干渉させ、前記被測定物または前記参照ミラーの位置を、それぞれ、前記被測定物からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラーからの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)の和を検出する光強度検出器と、
(g)該光強度検出器で検出して得られた干渉波形を計測・記録し、低コヒーレント光干渉波形f(x) が前記参照ミラーからの反射光(B)の光路長と前記被測定物からの反射光(A)の光路長が同一となる位置を中心に左右対称になることを利用して、左右対称性の評価式が最小になる位置を求め、光路長が同一になる位置を精度よく特定する測定手段とを具備することを特徴とする加工装置に搭載される被測定物の計測装置。 - 請求項5記載の加工装置に搭載される被測定物の計測装置において、前記評価式は
- (a)少なくとも低コヒーレント光を含む光源と、
(b)該光源からの光線を2本の光線に分岐する光分岐/合流部と、
(c)前記2本に分岐された光線の一方が照射される透明で層状の被測定物を設置するステージ部と、
(d)前記光分岐/合流部と前記ステージ部との光路の間に設けられ光線を集光して照射する集光部と、
(e)前記2本に分岐された光線の他の一方の光線が照射される参照ミラーと、
(f)前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)を前記光分岐/合流部により再度合流させて干渉させ、前記被測定物または前記参照ミラーの位置を、それぞれ、前記被測定物からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラーからの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)の和を検出する光強度検出器と、
(g)該光強度検出器で検出して得られた干渉波形を計測・記録し、反射面の波束をA・g (x)・cos (x) の関数で近似し、2つの面であれば、A1 ・g (x+φ1 ) ・cos(x+φ1 )+A2 ・g (x+φ2 ) ・cos(x+φ2 )と近似し、近似関数と実測波形との誤差が最小となるA1 ,A2 ,φ1 ,φ2 を求めることにより、2つの波束の一部が重なっていても2つの層間の距離を正確に求める測定手段とを具備することを特徴とする加工装置に搭載される被測定物の計測装置。ここで、Aは干渉波束の強度、φは波束中心の位置を表す。 - 前記被測定物または前記参照ミラーの位置を、それぞれ、前記被測定物からの反射光(A)の光軸方向または前記参照ミラーからの反射光(B)の光軸方向に移動させることにより、前記被測定物からの反射光(A)と前記参照ミラーからの反射光(B)の干渉波形と、前記被測定物または前記参照ミラーの現在位置が検出可能になるように送り機構に配置されたリニアスケールから得られる基準信号とを同時に計測・記録し、干渉信号の位置を正確に記録する手段を具備することを特徴とする請求項5又は7記載の加工装置に搭載される被測定物の計測装置。
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