JP3077770B2 - 二光束干渉計の位相補償方法 - Google Patents
二光束干渉計の位相補償方法Info
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- JP3077770B2 JP3077770B2 JP03079920A JP7992091A JP3077770B2 JP 3077770 B2 JP3077770 B2 JP 3077770B2 JP 03079920 A JP03079920 A JP 03079920A JP 7992091 A JP7992091 A JP 7992091A JP 3077770 B2 JP3077770 B2 JP 3077770B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、干渉計の位相補償方法
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、小型で構造が簡単な、干渉計
の開発が待たれている。
の開発が待たれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者らは、上記
ニーズに基づいて、レーザー光を回折格子で二光束に分
離し、戻りの二光束を前記回折格子で合成することに拠
り干渉光を得るという構成を有する、小型で構造が簡単
な二光束干渉計を開発した。しかしながら、この干渉計
は、戻りの二光束の位相操作が困難であり、また、干渉
光を電気信号に変換した場合、電気信号のドリフトが大
きいという課題が新たに見い出された。本発明の目的
は、干渉光の位相差を任意に設定できる干渉計の提供に
ある。
ニーズに基づいて、レーザー光を回折格子で二光束に分
離し、戻りの二光束を前記回折格子で合成することに拠
り干渉光を得るという構成を有する、小型で構造が簡単
な二光束干渉計を開発した。しかしながら、この干渉計
は、戻りの二光束の位相操作が困難であり、また、干渉
光を電気信号に変換した場合、電気信号のドリフトが大
きいという課題が新たに見い出された。本発明の目的
は、干渉光の位相差を任意に設定できる干渉計の提供に
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、レーザー光を入光側回折格子で二光束に分離
し、この入光側回折格子と同一平面上に配されるととも
に同一格子定数を有する出光側回折格子で合成すること
に拠り干渉光を得る二光束干渉計の、前記出光側回折格
子を変位させることによって、前記干渉光の位相差を任
意に設定できるようにした構成を採用した。
本発明は、レーザー光を入光側回折格子で二光束に分離
し、この入光側回折格子と同一平面上に配されるととも
に同一格子定数を有する出光側回折格子で合成すること
に拠り干渉光を得る二光束干渉計の、前記出光側回折格
子を変位させることによって、前記干渉光の位相差を任
意に設定できるようにした構成を採用した。
【０００５】
【作用および発明の効果】干渉光の位相差が一定になる
様に出光側回折格子を変位させれは、干渉光を電気信号
に変換した場合、電気信号のドリフトを極めて小さくで
き、安定した二光束干渉計が得られる。干渉光の位相差
を０°〜３６０°の任意な値に設定できるので、干渉計
の感度の向上に有利である。
様に出光側回折格子を変位させれは、干渉光を電気信号
に変換した場合、電気信号のドリフトを極めて小さくで
き、安定した二光束干渉計が得られる。干渉光の位相差
を０°〜３６０°の任意な値に設定できるので、干渉計
の感度の向上に有利である。
【０００６】
【実施例】本発明の第１実施例を図１に基づいて説明す
る。本発明の構成を採用したフォース顕微鏡Ａは、対物
凸レンズ１と、対物凸レンズ１の光軸２上に位置するレ
ーザー３と、対物凸レンズ１の一方側焦点に配される入
光側回折格子４および出光側回折格子５と、対物凸レン
ズ１、出光側回折格子５を経て戻って来た干渉光６を電
気信号７、８に変換する光電変換器９と、電気信号７の
値が一定になる様に出光側回折格子５を変位させる位相
補償制御器１０と、基部１１が後記する水晶振動子１２
に固定され、先部のサンプル１３側に探針チップ１４が
突設され、対物凸レンズ１の他方側焦点に位置する反サ
ンプル側にレーザー反射面１５を形成した被測定物であ
るフォース探索板１６の、振動振幅を電気信号８を用い
て測定する測定手段１７とを具備する。このフォース顕
微鏡Ａは、外部の振動の影響を排除する為、エアダンパ
式の防振台（８００ｍｍ×６００ｍｍ）上に設置され
る。なお、サンプル１３と探針チップ１４との間に静電
引力を発生させるための直流電源１８が、サンプル１３
とフォース探索板１６との間に電気接続されている。
る。本発明の構成を採用したフォース顕微鏡Ａは、対物
凸レンズ１と、対物凸レンズ１の光軸２上に位置するレ
ーザー３と、対物凸レンズ１の一方側焦点に配される入
光側回折格子４および出光側回折格子５と、対物凸レン
ズ１、出光側回折格子５を経て戻って来た干渉光６を電
気信号７、８に変換する光電変換器９と、電気信号７の
値が一定になる様に出光側回折格子５を変位させる位相
補償制御器１０と、基部１１が後記する水晶振動子１２
に固定され、先部のサンプル１３側に探針チップ１４が
突設され、対物凸レンズ１の他方側焦点に位置する反サ
ンプル側にレーザー反射面１５を形成した被測定物であ
るフォース探索板１６の、振動振幅を電気信号８を用い
て測定する測定手段１７とを具備する。このフォース顕
微鏡Ａは、外部の振動の影響を排除する為、エアダンパ
式の防振台（８００ｍｍ×６００ｍｍ）上に設置され
る。なお、サンプル１３と探針チップ１４との間に静電
引力を発生させるための直流電源１８が、サンプル１３
とフォース探索板１６との間に電気接続されている。
【０００７】レーザー３は、本実施例では、波長６３
２．８ｎｍの赤色ビーム（１本）を発生させるＨｅ- Ｎ
ｅレーザー装置である。入光側回折格子４、出光側回折
格子５は、何れも、ピッチ間隔２５μｍのものであり光
軸２に直交して配されている。光電変換器９は、干渉光
６を検波して電気信号７にするフォトデテクタ１９、電
気信号７を増幅する増幅器２０を備える。位相補償制御
器１０は、出光側回折格子５を固着したバイモフ積層圧
電素子２１と、電気信号７の直流成分のレベルを一定に
保つようにフィードバック制御するとともにバイモフ積
層圧電素子２１に印加する電圧を制御するサーボ回路２
２とを備える。サンプル１３は、二次元格子状に微細加
工したＰＭＭＡ膜に金を蒸着したものである。このサン
プル１３は、マイクロメータを用いた粗動機構（図示せ
ず）により位置決めが成される。フォース探索板１６
は、導電性を有し、長さ数ｍｍの極薄のタングステンリ
ボン（フォース無時の共振周波数は６．８ｋＨｚ）であ
る。探針チップ１４は、直径数十μｍのタングステンワ
イヤーを、１規定の水酸化ナトリウム溶液で電解研磨し
て製造したものである。
２．８ｎｍの赤色ビーム（１本）を発生させるＨｅ- Ｎ
ｅレーザー装置である。入光側回折格子４、出光側回折
格子５は、何れも、ピッチ間隔２５μｍのものであり光
軸２に直交して配されている。光電変換器９は、干渉光
６を検波して電気信号７にするフォトデテクタ１９、電
気信号７を増幅する増幅器２０を備える。位相補償制御
器１０は、出光側回折格子５を固着したバイモフ積層圧
電素子２１と、電気信号７の直流成分のレベルを一定に
保つようにフィードバック制御するとともにバイモフ積
層圧電素子２１に印加する電圧を制御するサーボ回路２
２とを備える。サンプル１３は、二次元格子状に微細加
工したＰＭＭＡ膜に金を蒸着したものである。このサン
プル１３は、マイクロメータを用いた粗動機構（図示せ
ず）により位置決めが成される。フォース探索板１６
は、導電性を有し、長さ数ｍｍの極薄のタングステンリ
ボン（フォース無時の共振周波数は６．８ｋＨｚ）であ
る。探針チップ１４は、直径数十μｍのタングステンワ
イヤーを、１規定の水酸化ナトリウム溶液で電解研磨し
て製造したものである。
【０００８】測定手段１７は、水晶振動子１２を６．８
ｋＨｚの正弦波で振動させる発振器２３および増幅器２
４からなる振動装置２５と、サンプル１３をＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向に微動変位させる微動機構２６、２７、２
８と、探針チップ１４の先端がサンプル１３の測定範囲
面を隈無く通過する様に、微動機構２６、２７を操作す
るサンプル走査手段２９と、発振器２３の発振周波数
（６．８ｋＨｚ）を参照信号として電気信号８を同期検
波しフォース探索板１６の振動振幅を検出するロック-
イン増幅器３０と、ロック- イン増幅器３０の出力の包
絡線レベルが一定値を保つ様に、微動機構２８を操作す
るサーボ機構３１と、サーボ機構３１の電気出力をサン
プル１３と探針チップ１４との間に作用する静電引力の
関連データとして逐次記録していくレコーダー３２とを
備える。
ｋＨｚの正弦波で振動させる発振器２３および増幅器２
４からなる振動装置２５と、サンプル１３をＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向に微動変位させる微動機構２６、２７、２
８と、探針チップ１４の先端がサンプル１３の測定範囲
面を隈無く通過する様に、微動機構２６、２７を操作す
るサンプル走査手段２９と、発振器２３の発振周波数
（６．８ｋＨｚ）を参照信号として電気信号８を同期検
波しフォース探索板１６の振動振幅を検出するロック-
イン増幅器３０と、ロック- イン増幅器３０の出力の包
絡線レベルが一定値を保つ様に、微動機構２８を操作す
るサーボ機構３１と、サーボ機構３１の電気出力をサン
プル１３と探針チップ１４との間に作用する静電引力の
関連データとして逐次記録していくレコーダー３２とを
備える。
【０００９】微動機構２６、２７、２８は、各々直交し
て配されたバイモフ積層圧電素子であり、トライポット
型に組み付けられている。サンプル１３のＸ軸、Ｙ軸方
向の微動（５０ｎｍ／Ｖ）は、後記するＤ- Ａコンバー
タ３３の出力電圧を印加して行なわれる。また、サーボ
機構３１に拠るサンプル１３のＺ方向の微動は５０ｎｍ
／Ｖである。サンプル走査手段２９は、マイクロコンピ
ュータ３４、Ｄ- Ａコンバータ３３を備え、探針チップ
１４の先端が測定範囲面（４μｍ×４μｍ）を所定走査
間隔でもって隈無く通過する様に微動機構２６、２７を
制御する。
て配されたバイモフ積層圧電素子であり、トライポット
型に組み付けられている。サンプル１３のＸ軸、Ｙ軸方
向の微動（５０ｎｍ／Ｖ）は、後記するＤ- Ａコンバー
タ３３の出力電圧を印加して行なわれる。また、サーボ
機構３１に拠るサンプル１３のＺ方向の微動は５０ｎｍ
／Ｖである。サンプル走査手段２９は、マイクロコンピ
ュータ３４、Ｄ- Ａコンバータ３３を備え、探針チップ
１４の先端が測定範囲面（４μｍ×４μｍ）を所定走査
間隔でもって隈無く通過する様に微動機構２６、２７を
制御する。
【００１０】つぎに、本実施例のフォース顕微鏡Ａを用
いたサンプル１３の表面形状測定について、作用効果を
交えて述べる。赤色のレーザービームは、入光側回折格
子４で二分され、各々対物凸レンズ１を通り、レーザー
反射面１５で夫々反射し、再び、対物凸レンズ１を通
り、出光側回折格子５で合成され干渉光６となる。フォ
トデテクタ１９は、干渉光６を検波して電気信号７にす
る。増幅器２０に拠り、電気信号７は増幅された電気信
号８となる。位相補償制御器１０のサーボ回路２２は、
電気信号７の直流成分のレベルが一定になる様にフィー
ドバック制御してバイモフ積層圧電素子２１に印加する
電圧を調節する。マイクロコンピュータ３４は、Ｄ- Ａ
コンバータ３３にサンプル走査用の操作用信号（デジタ
ル値）を送出し、Ｄ- Ａコンバータ３３は、微動機構２
６、２７に走査用電圧を印加する。探針チップ１４とサ
ンプル１３との間に働く静電引力がサンプル１３の表面
形状に応じて変化する。ロック- イン増幅器３０は、発
振器２３の発振周波数（６．８ｋＨｚ）を参照信号とし
て電気信号８を同期検波する。サーボ機構３１は、Ｅ＝
１５Ｖの状態で、ロック- イン増幅器３０のロック-イ
ン増幅器３０の出力の包絡線レベルが一定値を保つ様に
（＝フォース探索板１６の振動振幅が一定、＝探針チッ
プ１４とサンプル１３との静電引力が一定、＝探針チッ
プ１４- サンプル１３間距離一定）、微動機構２８を操
作する。レコーダー３２は、サーボ機構３１の電気出力
を記録する。走査が完了した時点のレコーダー３２の記
録から、走査範囲内における探針チップ１４- サンプル
１３間距離分布が明らかになり、図４に示すＰＭＭＡレ
ジスト二次元像（４μｍ×４μｍ）が得られた。なお、
１０-4ｎｍ程度の高分解能が確保できた。
いたサンプル１３の表面形状測定について、作用効果を
交えて述べる。赤色のレーザービームは、入光側回折格
子４で二分され、各々対物凸レンズ１を通り、レーザー
反射面１５で夫々反射し、再び、対物凸レンズ１を通
り、出光側回折格子５で合成され干渉光６となる。フォ
トデテクタ１９は、干渉光６を検波して電気信号７にす
る。増幅器２０に拠り、電気信号７は増幅された電気信
号８となる。位相補償制御器１０のサーボ回路２２は、
電気信号７の直流成分のレベルが一定になる様にフィー
ドバック制御してバイモフ積層圧電素子２１に印加する
電圧を調節する。マイクロコンピュータ３４は、Ｄ- Ａ
コンバータ３３にサンプル走査用の操作用信号（デジタ
ル値）を送出し、Ｄ- Ａコンバータ３３は、微動機構２
６、２７に走査用電圧を印加する。探針チップ１４とサ
ンプル１３との間に働く静電引力がサンプル１３の表面
形状に応じて変化する。ロック- イン増幅器３０は、発
振器２３の発振周波数（６．８ｋＨｚ）を参照信号とし
て電気信号８を同期検波する。サーボ機構３１は、Ｅ＝
１５Ｖの状態で、ロック- イン増幅器３０のロック-イ
ン増幅器３０の出力の包絡線レベルが一定値を保つ様に
（＝フォース探索板１６の振動振幅が一定、＝探針チッ
プ１４とサンプル１３との静電引力が一定、＝探針チッ
プ１４- サンプル１３間距離一定）、微動機構２８を操
作する。レコーダー３２は、サーボ機構３１の電気出力
を記録する。走査が完了した時点のレコーダー３２の記
録から、走査範囲内における探針チップ１４- サンプル
１３間距離分布が明らかになり、図４に示すＰＭＭＡレ
ジスト二次元像（４μｍ×４μｍ）が得られた。なお、
１０-4ｎｍ程度の高分解能が確保できた。
【００１１】電気信号８の強度は図３の下に示すように
安定し、鮮明な、ＰＭＭＡレジスト二次元像（図４に示
す）が得られた。なお、位相補償制御器１０に拠る位相
補償を停止すると、電気信号８の強度は図３の上に示す
ように不安定となり、１ｎｍ／分に相当するドリフトが
生じた。レーザー光をスポット間隔約０．５ｍｍでフォ
ース探索板１６に夫々集光させているので、外乱の影響
を受け難く、フォース探索板１６の振動振幅を有効に検
出できる。
安定し、鮮明な、ＰＭＭＡレジスト二次元像（図４に示
す）が得られた。なお、位相補償制御器１０に拠る位相
補償を停止すると、電気信号８の強度は図３の上に示す
ように不安定となり、１ｎｍ／分に相当するドリフトが
生じた。レーザー光をスポット間隔約０．５ｍｍでフォ
ース探索板１６に夫々集光させているので、外乱の影響
を受け難く、フォース探索板１６の振動振幅を有効に検
出できる。
【図１】本発明の一実施例に係るフォース顕微鏡の構造
説明図である。
説明図である。
【図２】その要部拡大図である。
【図３】経過時間と干渉信号との関係を示すグラフであ
る。
る。
【図４】その実施例のフォース顕微鏡において、サンプ
ルのＰＭＭＡレジスト二次元像の投影図である。
ルのＰＭＭＡレジスト二次元像の投影図である。
４ 入光側回折格子 ５ 出光側回折格子 ６ 干渉光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−255904（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザー光を入光側回折格子で二光束に
分離し、この入光側回折格子と同一平面上に配されると
ともに同一格子定数を有する出光側回折格子で合成する
ことに拠り干渉光を得る二光束干渉計の、前記出光側回
折格子を変位させることによって、前記干渉光の位相差
を任意に設定できるようにした二光束干渉計の位相補償
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03079920A JP3077770B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 二光束干渉計の位相補償方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03079920A JP3077770B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 二光束干渉計の位相補償方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315003A JPH04315003A (ja) | 1992-11-06 |
| JP3077770B2 true JP3077770B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=13703737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03079920A Expired - Fee Related JP3077770B2 (ja) | 1991-04-12 | 1991-04-12 | 二光束干渉計の位相補償方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3077770B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-12 JP JP03079920A patent/JP3077770B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04315003A (ja) | 1992-11-06 |
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