JP3417640B2 - 位相差測定装置及びその方法 - Google Patents
位相差測定装置及びその方法Info
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- JP3417640B2 JP3417640B2 JP03958694A JP3958694A JP3417640B2 JP 3417640 B2 JP3417640 B2 JP 3417640B2 JP 03958694 A JP03958694 A JP 03958694A JP 3958694 A JP3958694 A JP 3958694A JP 3417640 B2 JP3417640 B2 JP 3417640B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直線偏光された光を各
偏光成分に分離して被測定物に透過させ、再びこれら偏
光成分を重ね合わせその干渉画像を観察して位相差を測
定する位相差測定装置及びその方法に関する。
偏光成分に分離して被測定物に透過させ、再びこれら偏
光成分を重ね合わせその干渉画像を観察して位相差を測
定する位相差測定装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかる位相差測定装置としては、例えば
水銀ランプからの光を干渉フィルタを透過させて所定波
長の光を取り出し、この光を偏光子によって２つの偏光
成分に分離する。
水銀ランプからの光を干渉フィルタを透過させて所定波
長の光を取り出し、この光を偏光子によって２つの偏光
成分に分離する。
【０００３】この後、これら２つの偏光成分を被測定物
上にシアリング（横ずらし）して透過させ、再びこれら
透過した各偏光成分を重ね合わせて干渉させ、このとき
の被測定物の干渉像をＣＣＤ（固体撮像素子）等の観察
光学系を通して観察する。
上にシアリング（横ずらし）して透過させ、再びこれら
透過した各偏光成分を重ね合わせて干渉させ、このとき
の被測定物の干渉像をＣＣＤ（固体撮像素子）等の観察
光学系を通して観察する。
【０００４】位相差の測定は、２つの偏光成分間の位相
を変化させ、これら位相差のときの各被測定物の干渉像
の光強度に基づいて位相差を測定するものとなってい
る。ところで、通常、被測定物上における２つの偏光成
分のシアリングは、図６に示すように観察光学系の分解
能か、それ以下になるように作られている。同図に示す
円は、エアリーディスクを表し、この半径ｒが光学系の
分解能に相当している。すなわち、 ｒ＝０．６１λ／ＮＡ …(1) の関係があり、ここでλは波長、ＮＡはレンズの開口数
である。
を変化させ、これら位相差のときの各被測定物の干渉像
の光強度に基づいて位相差を測定するものとなってい
る。ところで、通常、被測定物上における２つの偏光成
分のシアリングは、図６に示すように観察光学系の分解
能か、それ以下になるように作られている。同図に示す
円は、エアリーディスクを表し、この半径ｒが光学系の
分解能に相当している。すなわち、 ｒ＝０．６１λ／ＮＡ …(1) の関係があり、ここでλは波長、ＮＡはレンズの開口数
である。
【０００５】そして、これら２つの円の間隔（２ｒ：エ
アリーディスク）が、２つの偏光成分のシアリングとな
る。これら２つの円の間の光は、ＣＣＤ等の観察素子上
では、同じ点に結像される。このとき、パターンＡの部
分からの光として干渉させる偏光にパターンＢの部分か
らの光が含まれる。これと同様にパターンＢの部分から
の光として干渉させる偏光にパターンＡの部分からの光
が含まれる。
アリーディスク）が、２つの偏光成分のシアリングとな
る。これら２つの円の間の光は、ＣＣＤ等の観察素子上
では、同じ点に結像される。このとき、パターンＡの部
分からの光として干渉させる偏光にパターンＢの部分か
らの光が含まれる。これと同様にパターンＢの部分から
の光として干渉させる偏光にパターンＡの部分からの光
が含まれる。
【０００６】このため、このように他のパターン部分の
干渉が含まれるので、高精度な位相測定が困難となって
いる。つまり、シアリングが観察光学系の分解能以下で
あれば、１つの偏光に測定したい２つのサンプル点の情
報が混入してしまい高精度な位相測定が困難となる。
干渉が含まれるので、高精度な位相測定が困難となって
いる。つまり、シアリングが観察光学系の分解能以下で
あれば、１つの偏光に測定したい２つのサンプル点の情
報が混入してしまい高精度な位相測定が困難となる。
【０００７】又、被測定物の透過率が大きく異なる２つ
のパターンを持つときは、これらパターンをそれぞれ透
過した２つの偏光の光強度に大きな差が生じる。このた
め、これら偏光の干渉のコントラストが低下し、ＳＮ比
の高い測定が困難となる。
のパターンを持つときは、これらパターンをそれぞれ透
過した２つの偏光の光強度に大きな差が生じる。このた
め、これら偏光の干渉のコントラストが低下し、ＳＮ比
の高い測定が困難となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のように１つの偏
光に測定したい２つのサンプル点の情報が混入してしま
い高精度な位相測定が困難となる。又、被測定物の透過
率が大きく異なる２つのパターンを持つときは、各偏光
の干渉のコントラストが低下してＳＮ比の高い測定が困
難となる。そこで本発明は、高精度な位相差測定ができ
る位相差測定装置及びその方法を提供することを目的と
する。
光に測定したい２つのサンプル点の情報が混入してしま
い高精度な位相測定が困難となる。又、被測定物の透過
率が大きく異なる２つのパターンを持つときは、各偏光
の干渉のコントラストが低下してＳＮ比の高い測定が困
難となる。そこで本発明は、高精度な位相差測定ができ
る位相差測定装置及びその方法を提供することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、特定
の方向に偏光した光を所定角度の各偏光成分に分離して
被測定物を透過させ、この透過後の各偏光成分を重ね合
わせて干渉させた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏
光成分間の位相を変化させたときの各被測定物の干渉像
に基づいて位相差を測定する位相差測定装置において、
被測定物の干渉像を観察する光学的エアリーディスク径
以上の間隔に設定され、各偏光成分をそれぞれ被測定物
のシアリング方向に分離する分離光学系を配置して上記
目的を達成しようとする位相差測定装置である。
の方向に偏光した光を所定角度の各偏光成分に分離して
被測定物を透過させ、この透過後の各偏光成分を重ね合
わせて干渉させた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏
光成分間の位相を変化させたときの各被測定物の干渉像
に基づいて位相差を測定する位相差測定装置において、
被測定物の干渉像を観察する光学的エアリーディスク径
以上の間隔に設定され、各偏光成分をそれぞれ被測定物
のシアリング方向に分離する分離光学系を配置して上記
目的を達成しようとする位相差測定装置である。
【００１０】請求項２によれば、特定の方向に偏光した
光を所定角度の各偏向成分に分離して被測定物を透過さ
せ、この透過後の各偏光成分を重ね合わせて干渉させた
被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間の位相を
変化させたときの各被測定物の干渉像に基づいて位相差
を測定する位相差測定装置において、特定の偏光のみを
取り出す偏光子と、被測定物の干渉像を観察する光学的
エアリーディスク径以上の間隔に設定され、各偏光成分
をそれぞれ被測定物のシアリング方向に分離する分離光
学系と、少なくとも偏光子を回転させて各偏光成分間の
光強度比を変化させる回転機構と、を備えて上記目的を
達成しようとする位相差測定装置である。
光を所定角度の各偏向成分に分離して被測定物を透過さ
せ、この透過後の各偏光成分を重ね合わせて干渉させた
被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間の位相を
変化させたときの各被測定物の干渉像に基づいて位相差
を測定する位相差測定装置において、特定の偏光のみを
取り出す偏光子と、被測定物の干渉像を観察する光学的
エアリーディスク径以上の間隔に設定され、各偏光成分
をそれぞれ被測定物のシアリング方向に分離する分離光
学系と、少なくとも偏光子を回転させて各偏光成分間の
光強度比を変化させる回転機構と、を備えて上記目的を
達成しようとする位相差測定装置である。
【００１１】請求項３によれば、分離光学系は、光の波
長と被測定物の干渉像の観察に用いられるレンズの開口
数により決まる分解能の２倍以上の間隔量に設定されて
いる。請求項４によれば、分離光学系は、ノマルスキー
プリズムである。請求項５によれば、特定の方向に偏光
した光を所定角度の各偏光成分に分離して被測定物を透
過させ、この透過後の各偏光成分を重ね合わせて干渉さ
せた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間の位
相を変化させたときの各被測定物の干渉像に基づいて位
相差を測定する位相差測定方法において、分離は、被測
定物の像を観察する光学的エアリーディスク径以上の間
隔で、被測定物のシアリング方向に分離させて上記目的
を達成しようとする位相差測定方法である。
長と被測定物の干渉像の観察に用いられるレンズの開口
数により決まる分解能の２倍以上の間隔量に設定されて
いる。請求項４によれば、分離光学系は、ノマルスキー
プリズムである。請求項５によれば、特定の方向に偏光
した光を所定角度の各偏光成分に分離して被測定物を透
過させ、この透過後の各偏光成分を重ね合わせて干渉さ
せた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間の位
相を変化させたときの各被測定物の干渉像に基づいて位
相差を測定する位相差測定方法において、分離は、被測
定物の像を観察する光学的エアリーディスク径以上の間
隔で、被測定物のシアリング方向に分離させて上記目的
を達成しようとする位相差測定方法である。
【００１２】
【作用】請求項１によれば、特定の方向に偏光した光を
所定角度の各偏光成分に分離して被測定物に透過させる
際、これら偏光成分を分離光学系により、被測定物の干
渉像を観察する光学的エアリーディスク径以上のシアリ
ング量を持たせて分離する。
所定角度の各偏光成分に分離して被測定物に透過させる
際、これら偏光成分を分離光学系により、被測定物の干
渉像を観察する光学的エアリーディスク径以上のシアリ
ング量を持たせて分離する。
【００１３】この後、被測定物を透過した各偏光成分を
重ね合わせて干渉させた被測定物の干渉像を観察し、か
つ各偏光成分間の位相を変化させたときの各被測定物の
干渉像に基づいて位相差を測定する。
重ね合わせて干渉させた被測定物の干渉像を観察し、か
つ各偏光成分間の位相を変化させたときの各被測定物の
干渉像に基づいて位相差を測定する。
【００１４】請求項２によれば、偏光子を通して特定の
偏光を取り出し、この特定の偏光のなされた光を分離光
学系により所定角度の各偏向成分に分離して被測定物に
透過させる。
偏光を取り出し、この特定の偏光のなされた光を分離光
学系により所定角度の各偏向成分に分離して被測定物に
透過させる。
【００１５】この際に、被測定物の透過率の異なる部分
に、それぞれ各偏光成分が透過する場合、回転機構によ
り少なくとも偏光子を回転させて各偏光成分間の光強度
比を変化させる。
に、それぞれ各偏光成分が透過する場合、回転機構によ
り少なくとも偏光子を回転させて各偏光成分間の光強度
比を変化させる。
【００１６】このようにして偏光成分間の光強度を同一
とし、被測定物を透過した各偏光成分を重ね合わせて干
渉させた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間
の位相を変化させたときの各被測定物の像に基づいて位
相差を測定する。
とし、被測定物を透過した各偏光成分を重ね合わせて干
渉させた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間
の位相を変化させたときの各被測定物の像に基づいて位
相差を測定する。
【００１７】請求項３によれば、分離光学系は、光の波
長と被測定物の干渉像の観察に用いられるレンズの開口
数により決まる分解能以上のシアリングに設定され、こ
のシアリングで各偏光成分を分離する。請求項４によれ
ば、分離光学系は、ノマルスキープリズムにより２つの
偏光成分に分離する。請求項５によれば、特定の方向に
偏光した光を所定角度の各偏光成分に分離して被測定物
を透過させ、この透過後の各偏光成分を重ね合わせて干
渉させた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間
の位相を変化させたときの各被測定物の干渉像に基づい
て位相差を測定するとき、分離を、被測定物の像を観察
する光学的エアリーディスク径以上の間隔で、被測定物
のシアリング方向に分離させて行なう。
長と被測定物の干渉像の観察に用いられるレンズの開口
数により決まる分解能以上のシアリングに設定され、こ
のシアリングで各偏光成分を分離する。請求項４によれ
ば、分離光学系は、ノマルスキープリズムにより２つの
偏光成分に分離する。請求項５によれば、特定の方向に
偏光した光を所定角度の各偏光成分に分離して被測定物
を透過させ、この透過後の各偏光成分を重ね合わせて干
渉させた被測定物の干渉像を観察し、かつ各偏光成分間
の位相を変化させたときの各被測定物の干渉像に基づい
て位相差を測定するとき、分離を、被測定物の像を観察
する光学的エアリーディスク径以上の間隔で、被測定物
のシアリング方向に分離させて行なう。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は位相差測定装置の構成図である。
水銀ランプ１から放射される光路上には、干渉フィルタ
２、偏光子３、ノマルスキープリズム４、及びコンデン
サレンズ５が配置されている。
して説明する。図１は位相差測定装置の構成図である。
水銀ランプ１から放射される光路上には、干渉フィルタ
２、偏光子３、ノマルスキープリズム４、及びコンデン
サレンズ５が配置されている。
【００１９】干渉フィルタ２は、水銀ランプ１から放射
される光のうち所定波長の光のみをと取り出すものであ
る。偏光子３は、干渉フィルタ２を図２に示すように透
過した所定波長の光から被測定物６のシアリング方向と
４５度の角度をもつ２つの直線偏光のみを取り出す機能
を有している。
される光のうち所定波長の光のみをと取り出すものであ
る。偏光子３は、干渉フィルタ２を図２に示すように透
過した所定波長の光から被測定物６のシアリング方向と
４５度の角度をもつ２つの直線偏光のみを取り出す機能
を有している。
【００２０】又、この偏光子３は、偏光子回転機構７に
設けられており、この偏光子回転機構７により光路に対
して垂直方向の平面上で回転するものとなる。このよう
に偏光子３を回転させると、２つの直線偏光間の光強度
比が変化するものとなる。
設けられており、この偏光子回転機構７により光路に対
して垂直方向の平面上で回転するものとなる。このよう
に偏光子３を回転させると、２つの直線偏光間の光強度
比が変化するものとなる。
【００２１】ノマルスキープリズム４は、偏光子３によ
り取り出された２つの直交する直線偏光を分離する機能
を有している。このノマルスキープリズム４は、被測定
物６の干渉像を観察する観察光学系、つまりＣＣＤカメ
ラ８の光学的分解能以上のシアリングに設定されてい
る。すなわち、このシアリングは、光の波長と被測定物
６の干渉像の観察に用いられるＣＣＤカメラ８のレンズ
の開口数により決まる分解能以上に設定されている。
り取り出された２つの直交する直線偏光を分離する機能
を有している。このノマルスキープリズム４は、被測定
物６の干渉像を観察する観察光学系、つまりＣＣＤカメ
ラ８の光学的分解能以上のシアリングに設定されてい
る。すなわち、このシアリングは、光の波長と被測定物
６の干渉像の観察に用いられるＣＣＤカメラ８のレンズ
の開口数により決まる分解能以上に設定されている。
【００２２】コンデンサレンズ５は、ノマルスキープリ
ズム４により分離された２つの直線偏光をそれぞれ被測
定物６に照明するもので、ケーラ照明を構成するもので
ある。
ズム４により分離された２つの直線偏光をそれぞれ被測
定物６に照明するもので、ケーラ照明を構成するもので
ある。
【００２３】被測定物６を介してコンデンサレンズ５と
反対側には、被測定物６を透過した２つの直線偏光の光
路上に、対物レンズ８、ノマルスキープリズム９、検光
子１０、及びＣＣＤカメラ８が配置されている。
反対側には、被測定物６を透過した２つの直線偏光の光
路上に、対物レンズ８、ノマルスキープリズム９、検光
子１０、及びＣＣＤカメラ８が配置されている。
【００２４】対物レンズ８は、被測定物６を透過した２
つの直線偏光を集めてノマルスキープリズム９に照射す
るものである。このノマルスキープリズム９は、対物レ
ンズ８により集められた２つの直線偏光を同一光路に重
ね合わせるものである。
つの直線偏光を集めてノマルスキープリズム９に照射す
るものである。このノマルスキープリズム９は、対物レ
ンズ８により集められた２つの直線偏光を同一光路に重
ね合わせるものである。
【００２５】検光子１０は、ノマルスキープリズム９か
らの２つの直線偏光の同一成分を取ることで干渉を生じ
させるものである。そして、この干渉像がＣＣＤカメラ
８に結像されるようになっている。
らの２つの直線偏光の同一成分を取ることで干渉を生じ
させるものである。そして、この干渉像がＣＣＤカメラ
８に結像されるようになっている。
【００２６】一方、測定処理装置２０は、ＣＣＤカメラ
８により撮像された干渉像を受け取り、かつ２つの直線
偏光間の位相を変化させたときの各干渉像に基づいて位
相差を測定する機能を有している。
８により撮像された干渉像を受け取り、かつ２つの直線
偏光間の位相を変化させたときの各干渉像に基づいて位
相差を測定する機能を有している。
【００２７】具体的には演算装置２１に画像メモリ２２
及び同期回路２３が接続されている。画像メモリ２２に
は、ＣＣＤカメラ８により撮像された干渉像データが記
憶されるものとなる。
及び同期回路２３が接続されている。画像メモリ２２に
は、ＣＣＤカメラ８により撮像された干渉像データが記
憶されるものとなる。
【００２８】又、同期回路２３には、プリズム駆動回路
２４を介してプリズム移動機構２５が接続されている。
このプリズム移動機構２５は、ノマルスキープリズム９
を２つの直線偏光の光軸方向に対して垂直方向に移動さ
せる機能を有している。
２４を介してプリズム移動機構２５が接続されている。
このプリズム移動機構２５は、ノマルスキープリズム９
を２つの直線偏光の光軸方向に対して垂直方向に移動さ
せる機能を有している。
【００２９】プリズム駆動回路２４は、プリズム移動機
構２５によりノマルスキープリズム９を移動したときの
２つの直線偏光の位相差を４分の１波長づつ、例えば
０、π／２、π、３π／２に変化させるための駆動信号
をプリズム移動機構２５に送出する機能を有している。
構２５によりノマルスキープリズム９を移動したときの
２つの直線偏光の位相差を４分の１波長づつ、例えば
０、π／２、π、３π／２に変化させるための駆動信号
をプリズム移動機構２５に送出する機能を有している。
【００３０】同期回路２３は、ノマルスキープリズム９
の移動により２つの直線偏光の位相差を０、π／２、
π、３π／２に変化したときに同期してＣＣＤカメラ８
により撮像した干渉画像を画像メモリ２２に取り込むよ
うに、プリズム移動機構２５の動作と画像メモリ２２の
画像取り込みタイミングとを同期させる機能を有してい
る。
の移動により２つの直線偏光の位相差を０、π／２、
π、３π／２に変化したときに同期してＣＣＤカメラ８
により撮像した干渉画像を画像メモリ２２に取り込むよ
うに、プリズム移動機構２５の動作と画像メモリ２２の
画像取り込みタイミングとを同期させる機能を有してい
る。
【００３１】演算装置２１は、２つの直線偏光の位相差
を０、π／２、π、３π／２に変化させたときの各干渉
像データから位相差を求める機能を有している。すなわ
ち、これら位相差の各干渉像データからその各光量Ｉ1
〜Ｉ4 は、 Ｉ1 ＝Ｉ0 ｛１＋ cos（α＋θ）｝ …(2) Ｉ2 ＝Ｉ0 ［１＋ cos｛α＋θ＋（π／２）｝］ …(3) Ｉ3 ＝Ｉ0 ｛１＋ cos（α＋θ＋π）｝ …(4) Ｉ4 ＝Ｉ0 ［１＋ cos｛α＋θ＋（３π／２）｝］ …(5) となり、これら式(2) 〜(5) から位相差θは、 θ＝ tan-1｛（Ｉ3 −Ｉ1 ）／（Ｉ2 −Ｉ4 ）｝ …(6) を演算することによって求められる。
を０、π／２、π、３π／２に変化させたときの各干渉
像データから位相差を求める機能を有している。すなわ
ち、これら位相差の各干渉像データからその各光量Ｉ1
〜Ｉ4 は、 Ｉ1 ＝Ｉ0 ｛１＋ cos（α＋θ）｝ …(2) Ｉ2 ＝Ｉ0 ［１＋ cos｛α＋θ＋（π／２）｝］ …(3) Ｉ3 ＝Ｉ0 ｛１＋ cos（α＋θ＋π）｝ …(4) Ｉ4 ＝Ｉ0 ［１＋ cos｛α＋θ＋（３π／２）｝］ …(5) となり、これら式(2) 〜(5) から位相差θは、 θ＝ tan-1｛（Ｉ3 −Ｉ1 ）／（Ｉ2 −Ｉ4 ）｝ …(6) を演算することによって求められる。
【００３２】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。 (a) 水銀ランプ１から放射された光は、干渉フィルタ２
によって所定の波長のみが取り出されて偏光子３に入射
する。
いて説明する。 (a) 水銀ランプ１から放射された光は、干渉フィルタ２
によって所定の波長のみが取り出されて偏光子３に入射
する。
【００３３】この偏光子３は、干渉フィルタ２を透過し
た所定波長の光から被測定物６のシアリング方向と４５
度の角度をもつ２つの直線偏光のみを取り出す。これら
２つの直線偏光は、ノマルスキープリズム４に入射し、
ここで２つの直交する直線偏光に分離される。
た所定波長の光から被測定物６のシアリング方向と４５
度の角度をもつ２つの直線偏光のみを取り出す。これら
２つの直線偏光は、ノマルスキープリズム４に入射し、
ここで２つの直交する直線偏光に分離される。
【００３４】このとき、ノマルスキープリズム４は、Ｃ
ＣＤカメラ８の光学的分解能以上のシアリングで２つの
直線偏光を分離する。これら２つの直線偏光は、ケーラ
照明を構成するコンデンサレンズ５により被測定物６に
照明される。図３はこれら２つの直線偏光の被測定物６
における照明状態を示しており、２つの直線偏光の間
は、ＣＣＤカメラ８の光学的分解能以上のシアリングと
なっている。
ＣＤカメラ８の光学的分解能以上のシアリングで２つの
直線偏光を分離する。これら２つの直線偏光は、ケーラ
照明を構成するコンデンサレンズ５により被測定物６に
照明される。図３はこれら２つの直線偏光の被測定物６
における照明状態を示しており、２つの直線偏光の間
は、ＣＣＤカメラ８の光学的分解能以上のシアリングと
なっている。
【００３５】この被測定物６を透過した２つの直線偏光
は、対物レンズ８により集光され、ノマルスキープリズ
ム９により同一光路に重ね合わされる。そして、検光子
１０において同じ成分を取ることで干渉が生じ、この干
渉像がＣＣＤカメラ８により撮像される。
は、対物レンズ８により集光され、ノマルスキープリズ
ム９により同一光路に重ね合わされる。そして、検光子
１０において同じ成分を取ることで干渉が生じ、この干
渉像がＣＣＤカメラ８により撮像される。
【００３６】一方、同期回路２３は、ノマルスキープリ
ズム９の移動により２つの直線偏光の位相差を０、π／
２、π、３π／２に変化する駆動信号をプリズム移動機
構２５に送出する。
ズム９の移動により２つの直線偏光の位相差を０、π／
２、π、３π／２に変化する駆動信号をプリズム移動機
構２５に送出する。
【００３７】このプリズム移動機構２５は、ノマルスキ
ープリズム９を光軸に対して垂直方向に移動させ、２つ
の直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／２に変化
するように設定する。
ープリズム９を光軸に対して垂直方向に移動させ、２つ
の直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／２に変化
するように設定する。
【００３８】又、同期回路２３は、２つの直線偏光の位
相差を０、π／２、π、３π／２に変化したときに同期
して、それぞれＣＣＤカメラ８により撮像された干渉像
を取り込むように画像メモリ２２の画像取り込みのタイ
ミングを取る。
相差を０、π／２、π、３π／２に変化したときに同期
して、それぞれＣＣＤカメラ８により撮像された干渉像
を取り込むように画像メモリ２２の画像取り込みのタイ
ミングを取る。
【００３９】この同期動作によって画像メモリ２２に
は、２つの直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／
２に変化したときの各干渉像データが記憶される。演算
装置２１は、これら干渉像データからその各光量Ｉ1 〜
Ｉ4 を読み取り、これら光量Ｉ1 〜Ｉ4 に基づき上記式
(6) を演算することによって２つの直線偏光が透過した
部分間の位相差θを求める。
は、２つの直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／
２に変化したときの各干渉像データが記憶される。演算
装置２１は、これら干渉像データからその各光量Ｉ1 〜
Ｉ4 を読み取り、これら光量Ｉ1 〜Ｉ4 に基づき上記式
(6) を演算することによって２つの直線偏光が透過した
部分間の位相差θを求める。
【００４０】このようにノマルスキープリズム４により
２つの直線偏光の間をＣＣＤカメラ８の光学的分解能以
上のシアリングに設定すれば、パターンＡの部分からの
光として干渉させる偏光にパターンＢの部分からの光が
含まれず、これと同様にパターンＢの部分からの光とし
て干渉させる偏光にパターンＡの部分からの光が含まれ
ず、これにより、１つの偏光に測定したい２つのサンプ
ル点の情報が混入することはなく高精度な位相測定がで
きる。 (b) 次に被測定物６において２つの直線偏光が透過する
部分の各透過率が異なる場合について説明する。
２つの直線偏光の間をＣＣＤカメラ８の光学的分解能以
上のシアリングに設定すれば、パターンＡの部分からの
光として干渉させる偏光にパターンＢの部分からの光が
含まれず、これと同様にパターンＢの部分からの光とし
て干渉させる偏光にパターンＡの部分からの光が含まれ
ず、これにより、１つの偏光に測定したい２つのサンプ
ル点の情報が混入することはなく高精度な位相測定がで
きる。 (b) 次に被測定物６において２つの直線偏光が透過する
部分の各透過率が異なる場合について説明する。
【００４１】この場合、ノマルスキープリズム４、９、
偏光子３及び検光子１０を光路から取り除いて被測定物
６の透過率を求める。偏光子回転機構７により偏光子３
を光路に対して垂直方向の平面上で回転させる。この偏
光子３の回転により、２つの直線偏光間の光強度比は変
化する。
偏光子３及び検光子１０を光路から取り除いて被測定物
６の透過率を求める。偏光子回転機構７により偏光子３
を光路に対して垂直方向の平面上で回転させる。この偏
光子３の回転により、２つの直線偏光間の光強度比は変
化する。
【００４２】従って、偏光子３の回転を調整すれば、透
過率のそれぞれ異なる部分を透過した２つの直線偏光の
光量を等しくできる。すなわち、干渉計測において、被
測定物６を透過した２つの直線偏光Ｅ１、Ｅ２、つまり Ｅ1 ＝Ａexp ｉθ1 …(7) E2 ＝Ｂexp ｉθ2 …(8) ｉは虚数の光の干渉光強度Ｉは、 Ｉ＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ cos（θ1 −θ2 ） …(9) となる。
過率のそれぞれ異なる部分を透過した２つの直線偏光の
光量を等しくできる。すなわち、干渉計測において、被
測定物６を透過した２つの直線偏光Ｅ１、Ｅ２、つまり Ｅ1 ＝Ａexp ｉθ1 …(7) E2 ＝Ｂexp ｉθ2 …(8) ｉは虚数の光の干渉光強度Ｉは、 Ｉ＝Ａ2 ＋Ｂ2 ＋２ＡＢ cos（θ1 −θ2 ） …(9) となる。
【００４３】この式(9) において、第１、２項は定数項
で、第３項は２つの直線偏光間の位相差により生じた干
渉の強度変調成分である。この式(9) から分かるように Ａ＝Ｂ …(10) のときに干渉強度Ｉは、最大のコントラストを示すよう
になり、高いＳＮ比での位相差測定ができる。
で、第３項は２つの直線偏光間の位相差により生じた干
渉の強度変調成分である。この式(9) から分かるように Ａ＝Ｂ …(10) のときに干渉強度Ｉは、最大のコントラストを示すよう
になり、高いＳＮ比での位相差測定ができる。
【００４４】ここで、被測定物６が透過率分布を持つ場
合、例えば図５に示すように測定したいパターンＡの透
過率が１００％、パターンＢの透過率が２０％の場合に
ついて説明する。
合、例えば図５に示すように測定したいパターンＡの透
過率が１００％、パターンＢの透過率が２０％の場合に
ついて説明する。
【００４５】この場合、ノマルスキープリズム４により
分離された２つの直線偏光を、 Ｅ10＝Ａ0 exp ｉθ1 …(11) Ｅ20＝Ｂ0 exp ｉθ2 …(12) とすれば、Ａ0 ＝Ｂ0 の関係で分離される。
分離された２つの直線偏光を、 Ｅ10＝Ａ0 exp ｉθ1 …(11) Ｅ20＝Ｂ0 exp ｉθ2 …(12) とすれば、Ａ0 ＝Ｂ0 の関係で分離される。
【００４６】これら２つの直線偏光がそれぞれ被測定物
６のパターンＡ、Ｂを透過すると、パターンＡを透過後
はＡ＝Ａ0 、パターンＢを透過後はＢ＝Ｂ0 ／５とな
り、光強度に差が生じる。
６のパターンＡ、Ｂを透過すると、パターンＡを透過後
はＡ＝Ａ0 、パターンＢを透過後はＢ＝Ｂ0 ／５とな
り、光強度に差が生じる。
【００４７】このため、これら光強度の２つの直線偏光
により生じる干渉縞のコントラスト変化は、上記式(7)
〜(9) から Ｉ＝Ａ0 ・Ａ0 ｛１．０４＋０．４ cos（θ1 −θ2 ）｝ …(13) となり、１．４４Ａ・Ａから０．６４Ａ・Ａまでしか変
化しない。
により生じる干渉縞のコントラスト変化は、上記式(7)
〜(9) から Ｉ＝Ａ0 ・Ａ0 ｛１．０４＋０．４ cos（θ1 −θ2 ）｝ …(13) となり、１．４４Ａ・Ａから０．６４Ａ・Ａまでしか変
化しない。
【００４８】これに対して、上記の如く偏光子３を回転
させると、ノマルスキープリズム４の軸に例えば５．７
度（ほぼ tan-1０．１）の角度で入射する偏光は、図４
に示すように２つの直線偏光Ａ0 （偏光２）、Ｂ0 （偏
光１）は、 Ａ0 ＝Ｂ0 ／５ （Ｂ0 ＝５・Ａ0 ） …(14) の光強度で分離される。
させると、ノマルスキープリズム４の軸に例えば５．７
度（ほぼ tan-1０．１）の角度で入射する偏光は、図４
に示すように２つの直線偏光Ａ0 （偏光２）、Ｂ0 （偏
光１）は、 Ａ0 ＝Ｂ0 ／５ （Ｂ0 ＝５・Ａ0 ） …(14) の光強度で分離される。
【００４９】これら２つの直線偏光のうち直線偏光Ａ0
がパターンＡを透過すると、透過率１００％でそのまま
透過し、又、直線偏光Ｂ0 がパターンＢを透過すると、
透過率２０％で光量が減光されて透過する。
がパターンＡを透過すると、透過率１００％でそのまま
透過し、又、直線偏光Ｂ0 がパターンＢを透過すると、
透過率２０％で光量が減光されて透過する。
【００５０】従って、被測定物６の各パータンＡ、Ｂを
透過した２つの直線偏光は、 Ａ＝Ａ0 、Ｂ＝Ｂ0 ／５ となるが、Ｂ0 は（５・Ａ0 ）であるので、 Ａ（透過光２）＝Ｂ（透過光１） の光強度関係となる。
透過した２つの直線偏光は、 Ａ＝Ａ0 、Ｂ＝Ｂ0 ／５ となるが、Ｂ0 は（５・Ａ0 ）であるので、 Ａ（透過光２）＝Ｂ（透過光１） の光強度関係となる。
【００５１】この結果、検光子１０において２つの直線
偏光による干渉縞のコントラスト変化は、 Ｉ＝２・Ａ0 ・Ａ0 ｛１＋ cos（θ1 −θ2 ）｝ …(15) となり、０から４・Ａ0 ・Ａ0 まで変化する干渉縞を得
ることができる。
偏光による干渉縞のコントラスト変化は、 Ｉ＝２・Ａ0 ・Ａ0 ｛１＋ cos（θ1 −θ2 ）｝ …(15) となり、０から４・Ａ0 ・Ａ0 まで変化する干渉縞を得
ることができる。
【００５２】しかるに、この干渉像がＣＣＤカメラ８に
より撮像される。一方、同期回路２３は、上記同様にノ
マルスキープリズム９の移動により２つの直線偏光の位
相差を０、π／２、π、３π／２に変化する駆動信号を
プリズム移動機構２５に送出する。
より撮像される。一方、同期回路２３は、上記同様にノ
マルスキープリズム９の移動により２つの直線偏光の位
相差を０、π／２、π、３π／２に変化する駆動信号を
プリズム移動機構２５に送出する。
【００５３】このプリズム移動機構２５は、ノマルスキ
ープリズム９を光軸に対して垂直方向に移動させ、２つ
の直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／２に変化
するように設定する。
ープリズム９を光軸に対して垂直方向に移動させ、２つ
の直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／２に変化
するように設定する。
【００５４】又、同期回路２３は、２つの直線偏光の位
相差を０、π／２、π、３π／２に変化したときに同期
して、それぞれＣＣＤカメラ８により撮像された干渉像
を取り込むように画像メモリ２２の画像取り込みのタイ
ミングを取る。
相差を０、π／２、π、３π／２に変化したときに同期
して、それぞれＣＣＤカメラ８により撮像された干渉像
を取り込むように画像メモリ２２の画像取り込みのタイ
ミングを取る。
【００５５】この同期動作によって画像メモリ２２に
は、２つの直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／
２に変化したときの各干渉像データが記憶される。演算
装置２１は、これら干渉像データからその各光量Ｉ1 〜
Ｉ4 を読み取り、これら光量Ｉ1 〜Ｉ4 に基づき上記式
(6) を演算することによって各パターンＡ、Ｂ間の位相
差θを求める。
は、２つの直線偏光の位相差を０、π／２、π、３π／
２に変化したときの各干渉像データが記憶される。演算
装置２１は、これら干渉像データからその各光量Ｉ1 〜
Ｉ4 を読み取り、これら光量Ｉ1 〜Ｉ4 に基づき上記式
(6) を演算することによって各パターンＡ、Ｂ間の位相
差θを求める。
【００５６】このように偏光子３を回転させるので、被
測定物６における透過率の低いパターンに光強度の高い
直線偏光を透過させるようにしたので、被測定物６を透
過した２つの直線偏光の光強度を同じにでき、ＳＮ比の
高い位相差測定ができる。
測定物６における透過率の低いパターンに光強度の高い
直線偏光を透過させるようにしたので、被測定物６を透
過した２つの直線偏光の光強度を同じにでき、ＳＮ比の
高い位相差測定ができる。
【００５７】又、透過率を測定する機能を持たせること
によって偏光子３をどのくらい回転させればよいかが判
り、精度の高い測定が可能となる。このように上記一実
施例によれば、１つの偏光に測定したい２つのサンプル
点の情報が混入することはなく高精度な位相測定がで
き、かつ被測定物６を透過した２つの直線偏光の光強度
を同じにでき、ＳＮ比の高い位相差測定ができる。
によって偏光子３をどのくらい回転させればよいかが判
り、精度の高い測定が可能となる。このように上記一実
施例によれば、１つの偏光に測定したい２つのサンプル
点の情報が混入することはなく高精度な位相測定がで
き、かつ被測定物６を透過した２つの直線偏光の光強度
を同じにでき、ＳＮ比の高い位相差測定ができる。
【００５８】又、透過率を測定する機能を持たせること
によって偏光子３をどのくらい回転させればよいかが判
り、精度の高い測定が可能となる。なお、本発明は、上
記一実施例に限定されるものでなく次の通りに変形して
よよい。
によって偏光子３をどのくらい回転させればよいかが判
り、精度の高い測定が可能となる。なお、本発明は、上
記一実施例に限定されるものでなく次の通りに変形して
よよい。
【００５９】例えば、適用する光学系は、微分干渉計に
限らず、光をノマルスキープリズムにより２つの偏光成
分に分離して被測定物に照射し、この透過後の各偏光成
分を再びノマルスキープリズムで重ね合わせるタイプの
干渉計に適用できる。
限らず、光をノマルスキープリズムにより２つの偏光成
分に分離して被測定物に照射し、この透過後の各偏光成
分を再びノマルスキープリズムで重ね合わせるタイプの
干渉計に適用できる。
【００６０】偏光子３を回転させる代わりに検光子１０
を回転させて各偏光成分の光強度を変化させてもよい。
又、各偏光成分間の位相差を調整する手段として、ノマ
ルスキープリズム４を移動させる代わりに、照明光路側
に電気光学セルを配置し、この電気光学セルにより各偏
光成分間の位相差を調整してもよい。なお、この電気光
学セルは、光学結晶に電場をかけて被屈折率を変化させ
るもので、一方向の偏光が通過しにくくなる性質を有し
ている。又、位相補償板等を用いてもよい。
を回転させて各偏光成分の光強度を変化させてもよい。
又、各偏光成分間の位相差を調整する手段として、ノマ
ルスキープリズム４を移動させる代わりに、照明光路側
に電気光学セルを配置し、この電気光学セルにより各偏
光成分間の位相差を調整してもよい。なお、この電気光
学セルは、光学結晶に電場をかけて被屈折率を変化させ
るもので、一方向の偏光が通過しにくくなる性質を有し
ている。又、位相補償板等を用いてもよい。
【００６１】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、高
精度な位相差測定ができる位相差測定装置及びその方法
を提供できる。
精度な位相差測定ができる位相差測定装置及びその方法
を提供できる。
【図１】本発明に係わる位相差測定装置の一実施例を示
す概略構成図。
す概略構成図。
【図２】偏光子の偏光方向を示す模式図。
【図３】ノマルスキープリズムによるシアリングを示す
模式図。
模式図。
【図４】偏光子回転による各偏光成分の光強度調整を示
す模式図。
す模式図。
【図５】透過率の異なるパターンを示す模式図。
【図６】従来のシアリングを示す模式図。
１…水銀ランプ、２…干渉フィルタ、３…偏光子、４，
９…ノマルスキープリズム、５…コンデンサレンズ、６
…被測定物、７…偏光子回転機構、８…ＣＣＤカメラ、
１０…検光子、２０…測定処理装置、２１…演算装置、
２２…画像メモリ、２３…同期回路、２４…プリズム駆
動回路、２５…プリズム移動機構。
９…ノマルスキープリズム、５…コンデンサレンズ、６
…被測定物、７…偏光子回転機構、８…ＣＣＤカメラ、
１０…検光子、２０…測定処理装置、２１…演算装置、
２２…画像メモリ、２３…同期回路、２４…プリズム駆
動回路、２５…プリズム移動機構。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−232384（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−151662（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−149719（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−260211（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−102404（ＪＰ，Ａ)
Ｌａｂ Ｆｒｉｅｎｄｓ，1986年，Ｖ
ＯＬ．17，ＮＯ．４，Ｐ163−166
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/01
G01N 21/17 - 21/61
G01J 3/00 - 3/52
G01J 4/00 - 4/04
G01B 11/00 - 11/30
G01B 9/00 - 9/10
G02B 21/00 - 1/34
ＪＯＩＳ、ＰＡＴＯＬＩＳ
Claims (5)
- 【請求項１】 特定の方向に偏光した光を所定角度の各
偏光成分に分離して被測定物を透過させ、この透過後の
各偏光成分を重ね合わせて干渉させた前記被測定物の干
渉像を観察し、かつ前記各偏光成分間の位相を変化させ
たときの前記各被測定物の干渉像に基づいて位相差を測
定する位相差測定装置において、 前記被測定物の像を観察する光学的エアリーディスク径
以上の間隔に設定され、前記各偏光成分をそれぞれ前記
被測定物のシアリング方向に分離する分離光学系を配置
したことを特徴とする位相差測定装置。 - 【請求項２】 特定の方向に偏光した光を所定角度の各
偏向成分に分離して被測定物を透過させ、この透過後の
各偏光成分を重ね合わせて干渉させた前記被測定物の干
渉像を観察し、かつ前記各偏光成分間の位相を変化させ
たときの前記各被測定物の干渉像に基づいて位相差を測
定する位相差測定装置において、 前記特定の偏光のみを取り出す偏光子と、 前記被測定物の干渉像を観察する光学的エアリーディス
ク径以上の間隔に設定され、前記各偏光成分をそれぞれ
前記被測定物のシアリング方向に分離する分離光学系
と、 少なくとも前記偏光子を回転させて前記各偏光成分間の
光強度比を変化させる回転機構と、を具備したことを特
徴とする位相差測定装置。 - 【請求項３】 分離光学系は、光の波長と被測定物の干
渉像の観察に用いられるレンズの開口数により決まる分
解能の２倍以上の間隔量に設定されていることを特徴と
する請求項１又は２記載の位相差測定装置。 - 【請求項４】 分離光学系は、ノマルスキープリズムで
あることを特徴とする請求項１又は２記載の位相差測定
装置。 - 【請求項５】 特定の方向に偏光した光を所定角度の各
偏光成分に分離して被測定物を透過させ、この透過後の
各偏光成分を重ね合わせて干渉させた前記被測定物の干
渉像を観察し、かつ前記各偏光成分間の位相を変化させ
たときの前記各被測定物の干渉像に基づいて位相差を測
定する位相差測定方法において、 前記分離は、前記被測定物の像を観察する光学的エアリ
ーディスク径以上の間隔で、前記被測定物のシアリング
方向に分離させることを特徴とする位相差測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03958694A JP3417640B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 位相差測定装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03958694A JP3417640B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 位相差測定装置及びその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248261A JPH07248261A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3417640B2 true JP3417640B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=12557210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03958694A Expired - Fee Related JP3417640B2 (ja) | 1994-03-10 | 1994-03-10 | 位相差測定装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3417640B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3067697B2 (ja) * | 1997-06-25 | 2000-07-17 | 日本電気株式会社 | 位相差測定装置 |
| JP4270614B2 (ja) | 1998-09-22 | 2009-06-03 | オリンパス株式会社 | 観察物体の物理量を検出するための装置およびこれを用いた検出方法 |
| US6741356B1 (en) | 1999-09-20 | 2004-05-25 | Olympus Corporation | Method for detecting physical amount of object and optical apparatus using the same |
| JP2003302205A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-10-24 | Nikon Corp | シアリング干渉測定方法及びシアリング干渉計、投影光学系の製造方法、投影光学系、及び投影露光装置 |
| CN108470984B (zh) * | 2018-03-13 | 2020-12-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于相位非连续超表面产生艾里波束的透镜及方法 |
| KR102252427B1 (ko) * | 2019-12-26 | 2021-05-14 | 조선대학교산학협력단 | 3d 형상 측정을 위한 편광 패턴 조사 현미경 |
-
1994
- 1994-03-10 JP JP03958694A patent/JP3417640B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｌａｂ Ｆｒｉｅｎｄｓ，１９８６年，ＶＯＬ．１７，ＮＯ．４，Ｐ１６３−１６６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07248261A (ja) | 1995-09-26 |
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Legal Events
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