JP3331370B2 - 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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- JP3331370B2 JP3331370B2 JP24467299A JP24467299A JP3331370B2 JP 3331370 B2 JP3331370 B2 JP 3331370B2 JP 24467299 A JP24467299 A JP 24467299A JP 24467299 A JP24467299 A JP 24467299A JP 3331370 B2 JP3331370 B2 JP 3331370B2
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- Japan
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- sample
- optical axis
- interferometer
- beam interference
- interference microscope
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
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】
【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、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た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。
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、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た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。
【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、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。
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、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】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【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】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ＮＡ
ｃλ／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。
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ＮＡ
ｃλ／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】なお、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。
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。
【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】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、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
を求めることを特徴とする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、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。
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、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
を求めることを特徴とする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、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。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【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 (56)参考文献 特開 平４−6402（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−108625（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−153550（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/02 - 11/30 102 G02B 21/00 - 21/36
Claims (1)
- 【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、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ことを特徴とする絶対スケール付
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 JP2001066107A (ja) | 2001-03-16 |
| JP3331370B2 true 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) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1610088B1 (de) * | 2004-06-22 | 2007-01-03 | Polytec GmbH | Vorrichtung zum optischen Vermessen eines Objektes |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24467299A patent/JP3331370B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001066107A (ja) | 2001-03-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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