JP4008552B2 - 干渉計測装置及び干渉計測制御システム - Google Patents

干渉計測装置及び干渉計測制御システム Download PDF

Info

Publication number
JP4008552B2
JP4008552B2 JP31462197A JP31462197A JP4008552B2 JP 4008552 B2 JP4008552 B2 JP 4008552B2 JP 31462197 A JP31462197 A JP 31462197A JP 31462197 A JP31462197 A JP 31462197A JP 4008552 B2 JP4008552 B2 JP 4008552B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
light
interference
displacement
receiving unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP31462197A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11132712A (ja
Inventor
繁憲 永野
信男 堀
誠 藤野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topcon Corp
Original Assignee
Topcon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topcon Corp filed Critical Topcon Corp
Priority to JP31462197A priority Critical patent/JP4008552B2/ja
Priority to US09/182,506 priority patent/US6166818A/en
Publication of JPH11132712A publication Critical patent/JPH11132712A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4008552B2 publication Critical patent/JP4008552B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02015Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G01B9/02019Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations contacting different points on same face of object
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02001Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/0201Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using temporal phase variation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02015Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02022Interferometers characterised by the beam path configuration contacting one object by grazing incidence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02049Interferometers characterised by particular mechanical design details
    • G01B9/02051Integrated design, e.g. on-chip or monolithic
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/266Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分解能の干渉計測装置、このような干渉計測装置に用いる干渉計測プローブ、及び、干渉計測装置と干渉制御装置を有する干渉計測制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、Z変位センサーは、例えば精密位置制御システムにおいて、対物レンズの合焦等のためのセンサー部として用いられている。対物レンズの合焦技術は、例えば、オートフォーカス機構に応用される。Z変位センサーの中でも光学式のものとして、光てこ方式が知られている。
【0003】
図14に、光てこ方式の動作原理図を示す。点線に囲まれた構成が、Z変位センサー(Zセンサー)と呼ばれるものである。
【0004】
まず、レーザ141からの光は、投光系142を経て対象物143に照射される。対象物143からの反射光は拡大投影光学系144を介して受光部145に入射される。ここで、レーザ光の点像が、ちょうど対象物面上に形成されたときを合焦点として、システム光学系を調整しておくと、ピントがずれた場合、受光部では、そのデフォーカス量に応じて像が左右に動くことになる。
【0005】
したがって、スポット像の位置ずれを誤差信号として、対象物のZステージの送り機構にフィードバック制御を行うことにより、オートフォーカス機構が実現される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、光学系をデバイス化することができず、余分な光学素子を対物レンズと対象物との間に挿入する空間が必要であった。また、測定部では、スポット像の位置ずれを測定するために、分解能に限界があった。
【0007】
そこで本発明においては、光学系をデバイス化し、シンプルな光学系を実現するとともに、干渉縞を利用して高分解能で計測することができる干渉計測装置、干渉計測プローブ及び干渉計測制御システムを提供することを目的とする。
【0008】
さらに、本発明においては、位相変調型ヘテロダイン干渉法を採用することにより、レーザ光源のパワー変動が検出・測定精度に影響を与えず、干渉ビート信号の位相差を検出するため検出分解能が高い干渉計測装置、干渉計測プローブ及び干渉計測制御システムを提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明においては、1個のフォトディテクタ等の受光素子により方向弁別を可能とすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記少なくとも2つの照射光束によって定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と
を備えた干渉計測装置が提供される。
【0011】
本発明の第2の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも2つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
を備えた干渉計測装置が提供される。
【0012】
本発明の第3の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記少なくとも2つの照射光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と、
前記受光部の位置を変位させる駆動部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
を備えた干渉計測制御システムが提供される。
【0013】
本発明の第4の解決手段によると、
コヒーレント光を発する光源部と、
前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも2つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
前記対象物の位置を変位させる駆動部と、
前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
を備えた干渉計測制御システムが提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
(1)干渉計測制御システムの第1の実施の形態
図1に、本発明に係る干渉計測制御システムの第1の実施の形態の全体構成図を示す。
【0015】
干渉計測制御システムは、干渉計測装置及び干渉制御装置を備える。干渉計測装置は、光源部1、干渉計測プローブ2、受光部3及び測定部4を備える。また、干渉制御装置は、制御部5、駆動部6、ステージ7を備える。また、各接続線のうち、二重線は電気信号ライン、一重太線はファイバーラインをそれぞれ示す。
【0016】
まず、干渉計測装置について説明する。
光源部1は、レーザダイオード等により構成され、コヒーレント光を発する。干渉計測プローブ2は、光源部1からのコヒーレント光を入射して、複数の光束に分岐するとともに、複数の照射光束を互いに異なる角度により出射する。これら複数の照射光束は干渉縞を形成し、対象物8に照射される。受光部3は、フォトダイオード等に接続されたファイバプローブで構成され、対象物8からの反射光束が干渉する位置に配置される。受光部3は、対象物8から反射された干渉光を受光して、電気信号に変換した受光信号を出力する。測定部4は、信号プロセッサを有し、受光部3が出力する受光信号に基づき、干渉計測プローブ2の位置と受光部3の位置との変位又は対象物8の変位を求める処理を行う。また、フォトダイオードを干渉光が直接入射する位置に配置して受光部3を形成することもできる。
【0017】
つぎに、干渉制御装置について説明する。制御部5は、光源部1に接続されて光源部1が安定動作するように制御し、干渉計測プローブ2に接続されて位相変調器を駆動する。また、制御部5は、駆動部6に接続され、測定部4の測定結果に基づき、駆動部6を制御してステージ7をZ方向に変位させる。駆動部6は、例えば、ピエゾ素子等により構成され、入力信号に従ってステージ7の位置を微小に変化することができる。ステージ7には、対象物8が搭載又は設置される。
【0018】
このような構成により、測定部4は、例えば、干渉縞の光量を受光部3で受光することにより、ステージ7の変位を測定することができる。また、制御部5は、例えば、受光部3で受光された干渉縞の光量が最大になるようにステージ7を変位させること等により、合焦等の位置あわせを行うことができる。
【0019】
つぎに、干渉計測プローブ2について詳述する。
【0020】
図2に、本発明に係る干渉計測プローブの構成図を示す。
【0021】
干渉計測プローブ2は、光導波路部21及び照射部22を備える。光導波路部21には、光源部からコヒーレント光が入射され、少なくとも2つの光束に分岐して射出する。ここでは、一例として、2つの光束に分岐する場合について説明する。光導波路の幅は、例えば3〜5μm程度、光導波路部21の端面における2つの間隔は、例えば10〜200μmが選択されるが、各数値はこれらの値に限定されず適宜選択することができる。光導波路部21の端面からの出射された2つの照射光束は、照射部22に入射される。
【0022】
照射部22は、これら2つの照射光束を、例えば、コリメータレンズ221を用いて、微小な射出角度差αを有する2本の平行ビームに変換する。コリメータレンズ221と光導波路部21の出射端面との距離は、平行ビームを形成するために、コリメータレンズ221の焦点距離(例えば、20mm等)と等しく(又は、ほぼ等しく)なる。これら2つの平行ビームは、コリメータレンズ221のから出射されると、ほぼ全域で重なり合っているので、干渉縞がほぼ全域で生じる。
【0023】
さらに、照射部22は、光導波部21で分岐された少なくとも2つの光束を、互いに異なる角度で、対象物上で略ビームウエストとなるように照射するよう構成することもできる。
【0024】
以下に、干渉縞により変位量を計測するための動作原理を説明する。
【0025】
図3に、干渉強度から変位量を求めるための説明図を示す。
【0026】
図3(A)に示すように、干渉計測プローブ2から出射された2つの平行照射光束は、一方はz方向に対してθ、他方はθ+αの角度で対象物8に照射され、対象物8により反射して受光部3で受光する場合を想定する。ここで、対象物8がz方向にΔzだけ移動した場合、受光部3は、移動前に受光した光束とは別の部分の干渉場のエネルギーを取り込むことになる。すなわち、これは、形成された定在型干渉縞分布の中で、対象物8のz方向の変位に伴い、受光部3が、2・Δzだけ走査されることに相当する。
【0027】
このことは、図3(B)に示すように、図3(A)を書き換えることにより、その様子がわかりやすく示される。受光部3は、このような干渉強度の変化から変位量Δzを読み取ることができる。
【0028】
ここで、定在型干渉縞の強度分布について詳述する。
【0029】
図4に、定在型干渉縞の強度分布の説明図を示す。ここでは、一例として、ホモダイン干渉での強度分布を示している。
【0030】
干渉計測プローブ2から出射された2つの平行ビームは、角度差αで照射される。この際、干渉縞が、ビームの重なり合う場所に形成され、その周期がΛとなる。図中y方向において、角度差αを持つ2つの平行ビームによる定在型の干渉縞の強度分布は、入射光束が一様な強度分布の場合、次式のようになる。
【0031】
【数1】
Figure 0004008552
よって、z方向での干渉強度分布は、次式のようになる。
【0032】
【数2】
Figure 0004008552
なお、干渉縞の理論式は、y方向(干渉縞の垂直方向)についてのものであり、測定部4では、実際には、z方向の変位を求める必要がある。そこで、複数の照射光束で形成される干渉縞を横切る角度、即ちy方向とz方向との角度差に基づいて、求められた変位を変換することにより、干渉計測プローブ2(照射部21)と受光部3との変位を求めることができる。ここで、Λ及びΛ’は、干渉縞のy方向及びz方向の周期をそれぞれ示す。
【0033】
したがって、図4(B)に示すように、干渉縞の1周期Λ’の間に限定してダイナミックレンジを決定すると、ビーム径よりもはるかに小さな径の受光素子(デイテクター、ファイバー等)による受光光量が計測される。この受光光量が最大になる位置等を利用して、z方向の変位量Δzを高分解能で計測することができる。もちろん、干渉縞が何周期分移動したかを計数すれば、一周期を越える範囲での変位も測定することができる。
【0034】
以上のように、本発明においては、干渉計測プローブ2から出射される複数の平行照射光束によって、その干渉縞強度を受光することにより、きわめて高分解能で変位を計測することができる。
【0035】
(2)変調方式による干渉計測装置
以上は、ホモダイン方式によるものであったが、つぎに、変調方式、特に位相変調方式による干渉計測装置について説明する。
【0036】
図5に、位相変調方式における干渉計測のための説明図を示す。
【0037】
干渉計測プローブ2は、後述するように、導波路部21の少なくとも一方の導波路に位相変調部が設けられている。この位相変調部は、制御部5から基本周波数fM で位相変調制御される。これは、例えば、位相変調部に sin(2πfM t) の電圧を印加することにより実現できる。
【0038】
一方、測定部4は、信号抽出部41及び変位計測部42とを備える。測定部41は、受光部3の受光出力のうち、変調部の変調周波数と等しい周波数の基本信号と、変調周波数の2倍の周波数の副信号とを抽出する。すなわち、受光部3からの受信信号は、それぞれfM、2・fMの特性を有するバンドパスフィルタ411及び412へ出力される。次に、検出回路413、414により、各々のバンドパスフィルタ411、412を通過した基本信号及び副信号の振幅値V1 及びV2 が求められ、変位計測部42に出力される。変位計測部42では、信号抽出部41により抽出された基本信号及び副信号の位相から変位を求める。z方向の変位量をもとめる具体的演算については、後述する。
【0039】
ここで、光導波路部の構成及び製造方法について詳述する。
【0040】
図6に、光導波路部の製造工程図の一例を示す。
【0041】
まず、図6(A)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、単結晶基板211(例えば、LiNbO3 又はTaNbO3 )の表面に、所望の導波路パターン形状に金属212(例えば、Ti)を蒸着する。つぎに、図6(B)に示すように、この単結晶基板211を電気炉等で加熱することにより、金属212は基板内に熱拡散され、その結果、パターン形状の埋込み型導波路213が形成される。位相変調方式のように埋め込み型導波路を通過する光を変調する場合等においては、導波路213を形成した後、図6(C)に示されるように、光制御用電極214を所望の位置に形成することができる。光制御用電極部214の材料は、電気伝導率のよい金属材料が用いられ、一般的には、例えば経時的に安定なAuを蒸着して用いる。
【0042】
このようにして、図6(D)に示すように、光源部1からのコヒーレント光が入射する入射導波路215と、光を射出する少なくとも2つの射出導波路216、217と、入射導波路215内の光を少なくとも2つの射出導波路216、217に分岐する分波部21が形成される。さらに、必要に応じて、分波部216で分岐された少なくとも2つの光束のいずれかを、射出導波路216(又は217)において変調する変調部219を形成することができる。なお、ホモダイン方式の場合は、変調部の構成を省略してもよい。
【0043】
また、図7に位相変調による側波帯列の発生の説明図を示す。
図7(A)に示すように、単一モードスペクトラムを、位相変調することにより、図7(B)に示すようなサイドバンド波形スペクトラムを発生することができる。各スペクトラムの間隔は、変調に用いた基本周波数fM となる。
【0044】
図8に、位相変調方式による干渉信号の波形図を示す。
【0045】
位相変調方式においては、干渉強度Iは、振幅変化V1及びV2として計測される。一方は、変調周波数の2倍波成分2・fM の副信号の振幅変化V2 として計測される。他方は、基本波周波数fM 成分の基本信号の振幅変化V1 として計測され、副信号の干渉信号よりπ/2だけ進んだ波形を持つ。位相変調方式の場合、ひとつの干渉信号から位相がπ/2だけ異なる2つの信号を独立に取り出せる。この2つの最大振幅は、位相変調部への印加電圧の大きさを制御することで一致させることができる(必要であれば、例えば特開昭64−12206号公報等参照)。
【0046】
計測部4では、これら2種類の信号から直接以下のようなΦが演算され、よって、z方向の変位量Δzが以下のように求まる。
【0047】
【数3】
Figure 0004008552
つぎに、図9に、位相変調方式の干渉縞の強度分布の説明図を示す。
【0048】
位相変調方式において、例えば、各点でπ/2だけ位相の異なる2種類の信号を得ることができる。さらに、入射ビームの断面電界分布は、現実にはガウシャン・ビームであるので、定在型干渉縞の強度分布を現実に即して示すと、この図のようになる。
【0049】
受光部3では、これら2種類の信号が多重された受光出力が得られる。計測部4では、この多重信号を分離して各々の受信信号を得る。さらに、計測部4では、これら2種類の波形を比較することで、どちらの方向に変位しているかを判断することができる。制御部5は、計測部4の計測結果によりだたちに所望の制御を実行することができる。このように、変調技術、特に位相変調技術を用いることにより、干渉信号の振幅が変動しても、方向弁別と演算によって、高分解化が可能となる。
【0050】
図10に、所望のダイナミックレンジを確保するための各物理量を表した図を示す。
【0051】
図10(A)では、一例として、ダイナミックレンジ±600μm程度を確保するための各物理量を表したものである。ここに示した入射ビーム角度の設定の仕方やダイナミックレンジ及び分解能などは、適宜必要に応じて設定することができる。
【0052】
図10(B)では、ダイナミックレンジと分解能の関係を示したものである。位相角読み取り分解能ΔΦ=1°(±0.5°)とした場合、Z変位量の分解能ΔZは、次式で与えられるので、ダイナミックレンジ±ZDによって、分解能ΔZは変化する。
【0053】
【数4】
Figure 0004008552
したがって、ダイナミックレンジが広くなればなるほど、分解能も低下していく。
【0054】
なお、上述の説明では、基本周波数とその2倍の周波数とによる位相変調方式を採用したが、これに限らず、任意の位相差の位相変調方式やその他の変調方式など適宜採用することができる。
【0055】
(3)相対移動部を備えた干渉計測制御システム
つぎに、図11に、ダイナミックレンジを拡大するための構成図を示す。
【0056】
図に示された構成は、ダイナミックレンジを広げるために、例えば相対移動部9をさらに備えるようにしたものである。相対移動部9は、干渉計測プローブ2(照射部21)と受光部3とを、干渉縞を横切る方向に相対的に移動可能とするものであり、干渉計測プローブ2又は受光部3のいずれの側に設けてもよい。測定部4は、相対移動部9の移動量と受光部3の受光出力とに基づいて変位を求めることができる。
【0057】
例えば、まず、第1のポジションで干渉縞を計測することにより第1の変位を求める。つぎに、相対移動部9により移動することにより、受光部3の位置を光束のエリア内に第2のポジションまで移動して、同様に干渉縞を計測することにより第2の変位を求める。このときの相対移動部9の移動量を、第1及び第2の変位に勘案することにより、第1及び第2のポジションの変位が計測できるので、ダイナミックレンジが拡大される。なお、移動の際に、光てこ式の技術を応用することもできる。
【0058】
(4)干渉計測制御システムの第2の実施の形態
図12に、本発明に係る干渉計測制御システムの第2の実施の形態の全体構成図を示す。
【0059】
第1の実施の形態と異なる点は、受光部3とステージ7が一体となっているところである。他の構成及び動作は第1の実施の形態と同様である。
【0060】
このような構成により、計測部4は、受光部3の変位を直接計測することができる。また、制御部5は、受光部3の位置を直接制御することができる。なお、この図では、受光部3は、ステージ7に固定されているが、特にステージ7を設ける必要はなく、受光部3自体の変位を計測することもできる。
【0061】
(5)干渉計測制御システムの応用
つぎに、本発明の計測装置の応用例を述べる。
【0062】
また、光学顕微鏡・電子顕微鏡、カメラ等の自動焦点調節に応用することができる。
【0063】
図13に、対象物の厚さやギャップ量の測定についての説明図を示す。
【0064】
図13(A)に示すように、例えば、対象物の上面及び下面の位置を個々に測定することにより、基板の厚さ又はギャップを測定することができる。また、図13(B)に示すように、対象物が透過性のものである場合、例えば照射光の屈折を利用することにより、表面や裏面の位置で変位を計測することができ、また、その厚さ又はギャップの測定に応用することができる。
【0065】
また、予め移動量が予想できれば、本発明の干渉計測装置を複数備えてそれらの相対位置を把握しておけば、複数箇所で変位を計測することにより、相対移動部9を設けずに、ダイナミックレンジを拡大することができる。さらに、相対移動部9を備えた構成を適用することもできる。なお、対象物を横方向に移動する移動機構を付加することもできる。
【0066】
また、干渉計測プローブの光導波路の分岐数は2つに限らず3以上の複数設けることもでき、さらに変調部も適宜2つ以上の複数設けることもできる。
【0067】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、光学系をデバイス化することができ、シンプルな光学系を実現することができる。また、本発明によると、干渉縞を利用して高分解能で計測ができる。
【0068】
さらに、本発明においては、位相変調型ヘテロダイン干渉法を採用することにより、レーザ光源のパワー変動が検出・測定精度に影響を与えず、干渉ビート信号の位相差検出のため検出分解能が高い干渉計測装置、干渉計測プローブ及び干渉計測制御装置を提供することができる。
【0069】
また、本発明においては、1個のフォトディテクタ等の受光素子で方向弁別が可能とすることができる。
【0070】
さらに、z方向だけでなく、x方向やy方向についても変位を計測・制御するように配置することもでき、ひとつ又は複数の干渉計測プローブを複数箇所に配置することにより、2次元又は3次元の計測・制御に拡張することもできる。また、測定部では、計測された変位や位置について、時間的な変化・履歴を測定したり、記憶することもできる。
【0071】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る干渉計測制御システムの第1の実施の形態の全体構成図。
【図2】本発明に係る干渉計測プローブの構成図。
【図3】干渉強度から変位量を求めるための説明図。
【図4】定在型干渉縞の強度分布の説明図。
【図5】位相変調方式における干渉計測のための説明図。
【図6】光導波路部の製造工程図。
【図7】位相変調による側波帯列の発生の説明図。
【図8】位相変調方式による干渉信号の波形図。
【図9】位相変調方式の干渉縞の強度分布の説明図。
【図10】所望のダイナミックレンジを確保するための各物理量を表した図。
【図11】ダイナミックレンジを拡大するための構成図。
【図12】本発明に係る干渉計測制御システムの第2の実施の形態の全体構成図。
【図13】対象物の厚さやギャップ量の測定についての説明図。
【図14】光てこ方式の動作原理図。
【符号の説明】
1 光源部
2 干渉計測プローブ
21 光導波路部
22 照射部
3 受光部
4 測定部
5 制御部
6 駆動部
7 ステージ
8 対象物

Claims (11)

  1. コヒーレント光を発する光源部と、
    前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
    前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
    前記少なくとも2つの照射光束によって定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
    前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と
    を備えた干渉計測装置。
  2. コヒーレント光を発する光源部と、
    前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
    前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
    前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも2つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
    前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
    を備えた干渉計測装置。
  3. 前記光導波路部は、ニオブ酸リチウム結晶基板又はタンタル酸リチウム結晶基板等の電気光学効果を有する基板と、分岐された前記少なくとも2つの光束のうち少なくとも一方を変調する変調部とを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の干渉計測装置。
  4. 前記光導波路部は、ニオブ酸リチウム結晶基板等の電気光学効果を有する基板と、計測する変位方向を含む面と平行な面内において、前記光源部からのコヒーレント光が入射する入射導波路と、前記入射導波路内の光を少なくとも2つの光束に分岐する分波部と、前記分波部により分岐された前記少なくとも2つの光束を、前記面内においてそれぞれ射出する少なくとも2つの射出導波路と、前記分波部で分岐された前記少なくとも2つの光束のうち少なくとも一方を変調する変調部とを備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の干渉計測装置。
  5. 前記照射部は、前記光導波部で分岐された前記少なくとも2つの光束を互いに異なる角度で、対象物上で略ビームウエストとなるように照射することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の干渉計測装置。
  6. 前記測定部は、前記受光部の受光出力のうち、前記変調部の変調周波数と等しい周波数の基本信号と前記変調周波数の2倍の周波数の副信号とを抽出する信号抽出部と、前記信号抽出部により抽出された前記基本信号及び前記副信号の位相から変位を求める変位計測部とを備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の干渉計測装置。
  7. 前記測定部は、前記少なくとも2つの照射光束で形成される定在型干渉縞の方向又はその垂直方向が変位方向を横切る角度に基づいて、前記照射部と前記受光部との変位を求めることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の干渉計測装置。
  8. 前記照射部と前記受光部とを、定在型干渉縞分布を横切る方向に相対的に移動可能とする相対移動部をさらに備え、前記測定部は、前記相対移動部の移動量と前記受光部の受光出力とに基づいて変位を求めることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の干渉計測装置。
  9. 前記相対移動部は、前記制御部により、相対移動の移動量に応じて前記対象物からの反射又は透過光束が前記受光部に入射されるように制御され、測定範囲を拡大することを特徴とする請求項8に記載の干渉計測装置。
  10. コヒーレント光を発する光源部と、
    前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
    前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
    前記少なくとも2つの照射光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
    前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記照射部の位置と前記受光部の位置との前記変位方向に対する変位を求める測定部と、
    前記受光部の位置を変位させる駆動部と、
    前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
    を備えた干渉計測制御システム。
  11. コヒーレント光を発する光源部と、
    前記光源部からのコヒーレント光を入射し、少なくとも2つの光束に分岐して、計測する変位方向を含む面と平行な面内において前記少なくとも2つの光束を射出する光導波路部と、
    前記光導波路部により射出された前記少なくとも2つの光束を入射し、少なくとも2つの照射光束を、計測する変位方向に対して互いに異なる角度により対象物に照射して定在型干渉縞分布を形成する照射部と、
    前記対象物から反射された又は前記対象物を透過した少なくとも2つの反射又は透過光束によって、定在型干渉縞分布が形成される位置に配置されることにより干渉縞強度を受光する位置に配置され、受光信号を出力する受光部と、
    前記受光部が出力する前記受光信号の受光光量に基づき、前記干渉縞強度の変化から、前記対象物の前記変位方向に対する変位を求める測定部と
    前記対象物の位置を変位させる駆動部と、
    前記測定部による測定結果に基づいて、前記受光部が受光する干渉縞強度が最大になる位置に前記駆動部を変位させるように制御する制御部と
    を備えた干渉計測制御システム。
JP31462197A 1997-10-31 1997-10-31 干渉計測装置及び干渉計測制御システム Expired - Fee Related JP4008552B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31462197A JP4008552B2 (ja) 1997-10-31 1997-10-31 干渉計測装置及び干渉計測制御システム
US09/182,506 US6166818A (en) 1997-10-31 1998-10-30 Interference measurement apparatus, interference measurement probe and interference measurement control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31462197A JP4008552B2 (ja) 1997-10-31 1997-10-31 干渉計測装置及び干渉計測制御システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11132712A JPH11132712A (ja) 1999-05-21
JP4008552B2 true JP4008552B2 (ja) 2007-11-14

Family

ID=18055518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31462197A Expired - Fee Related JP4008552B2 (ja) 1997-10-31 1997-10-31 干渉計測装置及び干渉計測制御システム

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6166818A (ja)
JP (1) JP4008552B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101837685A (zh) * 2009-03-16 2010-09-22 阿尔卑斯电气株式会社 热敏头

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003036225A1 (en) * 2001-10-26 2003-05-01 University Of Rochester Method for biomolecular sensing and system thereof
GB0206342D0 (en) * 2002-03-18 2002-05-01 Murgitroyd & Company An improved process control method and apparatus
US7551294B2 (en) * 2005-09-16 2009-06-23 University Of Rochester System and method for brewster angle straddle interferometry
US7692798B2 (en) * 2006-09-15 2010-04-06 Adarza Biosystems, Inc. Method for biomolecular detection and system thereof
WO2019123662A1 (ja) * 2017-12-22 2019-06-27 オリンパス株式会社 生体計測装置、生体計測システム、及び生体計測方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2568561B2 (ja) * 1987-07-07 1997-01-08 株式会社トプコン 光干渉計
US4909629A (en) * 1987-07-07 1990-03-20 Kabushiki Kaisha Topcon Light interferometer
ATA282989A (de) * 1989-12-13 1993-12-15 Tabarelli Werner Interferometerkopf und interferometeranordnung mit einem solchen interferometerkopf
US5486923A (en) * 1992-05-05 1996-01-23 Microe Apparatus for detecting relative movement wherein a detecting means is positioned in the region of natural interference

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101837685A (zh) * 2009-03-16 2010-09-22 阿尔卑斯电气株式会社 热敏头

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11132712A (ja) 1999-05-21
US6166818A (en) 2000-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110304854A1 (en) Instantaneous, phase measuring interferometer apparatus and method
JP2021001905A (ja) 複数プローブの検出及び作動
JP2009540321A (ja) 表面特性測定装置
JP4008552B2 (ja) 干渉計測装置及び干渉計測制御システム
WO2020017017A1 (ja) 光計測装置および試料観察方法
JP5949341B2 (ja) 距離測定装置
JP4026929B2 (ja) 干渉測定装置
JP2007132727A (ja) 干渉測定装置
JP5468836B2 (ja) 測定装置及び測定方法
JP4880519B2 (ja) 干渉測定装置
JP4459961B2 (ja) レーザ位相差検出装置およびレーザ位相制御装置
WO2006030482A1 (ja) レーザー光路長差検出装置、レーザー位相制御装置並びにコヒーレント光結合装置
CN104854433B (zh) 用于激光光学地检测试样表面运动的方法和设备
JPH0695114B2 (ja) 電圧検出装置
JP2000186912A (ja) 微小変位測定方法および装置
JP2016095261A (ja) 形状測定装置及び方法
JP2022129385A (ja) 干渉法による間隔測定のための装置
JPH0875433A (ja) 表面形状測定装置
JP2519411B2 (ja) 熱膨張計
Fujimori et al. Sensitivity improvement of dynamic displacement measurement system composed of phase-modulated fiber optic interferometer
JP2012018156A (ja) 表面形状測定装置および該方法
US9945731B1 (en) Optical detector for measuring respective phases of multiple beams apparatus and method
JPS61155902A (ja) 干渉計測装置
JPH0772005A (ja) 微小周期振動変位の測定装置
JPH0619254B2 (ja) 縞走査式位相干渉計

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040914

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060801

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060926

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070828

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070830

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees