JP4046323B2 - 平行度測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光反射面間の平行度を高精度に測定する平行度測定方法に関し、例えば、基台上に間隔をおいて極薄のガラス板が配される場合のように、複数の光反射平面が存在する場合に、その平面間の平行度を測定し得る平行度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、基台上に微小間隔をおいて極薄のガラス板が配される部材において、平行平面ガラスの表面または裏面と、基台との平行度（局所的な平行度を含むため以下の説明では平行ムラとも称する）を高精度に測定したいという要請がある。
【０００３】
この種の測定は、被検面以外の面による干渉縞ノイズを排除することが求められるため、従来より、可干渉距離の短い光束を出力し得る光源を搭載したマイケルソン型等の等光路長型の干渉計装置を用いて行うことが知られている。
【０００４】
このマイケルソン型等の干渉計装置による測定の一例を説明すると、この部材を被検体載設用ステージ上に、平行平面ガラスが上方に位置するようにしてセットし、まず、平行平面ガラスの表面または裏面による干渉縞が観察される位置まで該ステージを上下方向に移動して、第１の干渉縞画像を得、次に、基台による干渉縞が観察される位置まで該ステージを上下方向に移動して、第２の干渉縞画像を得、しかる後、第１の干渉縞画像と第２の干渉縞画像の各々の傾き情報の差に基づいて両者の平行ムラを測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような被検体載設用ステージは、干渉計装置に搭載されるものであるから、その上下移動がスムーズかつ被検体の姿勢を保持し得るように高精度に構成されてはいるものの、移動前の被検面に対して移動後の被検面がどうしても若干の傾きを有してしまう。したがって、上述した例の如く、平行平面ガラスの表面または裏面と、基台との平行ムラを高精度で測定しなければならないような場合には、被検体載設用ステージの移動に伴う被検面の傾きの変化によって精度的に満足した測定結果を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、被検面以外の面からの干渉縞ノイズの発生を防止し得る照明光を用い、複数の光反射面間の平行度を干渉計装置により高精度に測定する際に、測定すべき被検面を所望の位置に移動させる被検体載設用ステージの移動操作に伴い被検体の姿勢が傾いても、その傾きを高精度に校正し得る平行度測定方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の平行度測定方法は、上下方向に配列された複数の光反射面からなる被検面を有する被検体をステージ上に載設し、該複数の被検面の平行度を干渉計装置を用いて測定する方法において、
干渉計装置の照明光として、多波長の光を含んでなる第１の光束と、単波長の光からなる第２の光束とを切替可能に構成しておき、
複数の前記被検面のうちから選択された第１の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第１の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第１の干渉縞画像を得るとともに、前記複数の被検面と相対的に略平行となるように固定された傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第２の干渉縞画像を得、
この後、前記ステージを上下方向に移動させ、前記複数の被検面のうちから選択された第２の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第２の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第３の干渉縞画像を得るとともに、前記傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第４の干渉縞画像を得、
この後、前記第２の干渉縞画像と前記第４の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、前記第１の干渉縞画像と前記第３の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正して、前記第１の被検面と前記第２の被検面との平行度を測定することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合には、前記干渉計装置をマイケルソン型等の等光路長型干渉計装置とする。
【０００９】
また、前記第１の光束を波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光とし、前記第２の光束を波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光とすることができる。
この場合には、前記干渉計装置をフィゾー型等の不等光路長型干渉計装置とする。
【００１０】
また、前記傾き校正面は、前記ステージ上に配置されたミラー面とすることができる。
【００１１】
ここで、上記平行度とは、２つの光反射面の平行の程度を表すものであり、全体的な平行の程度、および局所的な平行の程度（平行ムラ）の両者の総称である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る平行度測定方法について図面を用いて説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態に係る平行度測定方法を実施するための干渉計装置の構成を示す概略図である。
【００１４】
図示のように、この干渉計装置１００は、マイケルソン型（トワイマングリーン型）の干渉計本体１０と、複数の光反射面２０ａ〜ｃを有する被検体２０を上下移動可能および２軸周りの傾動可能に保持する被検体ステージ３０と、コンピュータ４０およびモニタ５０とを備えてなり、被検体２０を被検体ステージ３０上に保持せしめた状態で複数の光反射面２０ａ〜ｃを各々被検面として干渉縞測定を行うことにより、これら複数の光反射面間の平行ムラを高精度に測定することができるように構成されている。
【００１５】
なお、本実施形態における被検体２０は、例えば、基台上に微小間隔をおいて厚みの薄いガラス板が配された部材であって、例えば、光反射面２０ａは不透光面であり、光反射面２０ｂ、ｃは透光面である。
【００１６】
上記干渉計本体１０は、可干渉距離の短いハロゲンランプ等の第１の光源１１、可干渉距離の長いレーザー等の第２の光源１２、これら２つの光源１１、１２を択一的に切り替える光束切替ミラー１３、ビームエクスパンダ１４、ビームスプリッタ１５、反射型の基準板１６、収束レンズ１７、撮像レンズ１８、およびＣＣＤカメラ等の撮像装置１９を備えてなる。
【００１７】
干渉計本体１０においては、第１の光源１１または第２の光源１２から出力された照明光を、ビームスプリッタ１５の光束分割面１５ａに入射させ、該光束分割面１５ａにおいて透過光束と反射光束とに２分割する。そして、透過光束を基準板１６に入射させてその反射光を参照光とするとともに、反射光束を被検面に入射させてその反射光を物体光とし、これら参照光および物体光の光干渉により生じる干渉縞を撮像装置１９により取り込んで干渉縞画像情報を測定するようになっている。
【００１８】
さらに、基準板１６は、図示せぬＰＺＴ駆動回路に接続された複数のピエゾ素子（不図示）を介してＰＺＴステージ２５に支持されている。そして、干渉計装置１００においては、コンピュータ４０からの指示により、所定のタイミングでピエゾ素子に所定電圧を印加して該ピエゾ素子を駆動することにより基準板１６を光軸方向に移動させるとともに、この移動により変化する干渉縞の画像データがＣＣＤカメラ１９からコンピュータ４０に出力されるようになっている。
【００１９】
また、被検体ステージ３０上には、本実施形態においてポイントとなる反射ミラー２６が保持されている。
【００２０】
また、上述したように、可干渉距離の短い第１の光源１１からの出力光と可干渉距離の長い第２の光源１２からの出力光は光束切替ミラー１３によって切り替えられるようになっており、光束切替ミラー１３が図示される位置に配された場合には第２の光源１２からの出力光が、一方、光束切替ミラー１３が図示される位置から所定の退避位置（図示されていない；以下同じ）に移動した場合には第１の光源１１からの出力光が各々ビームエクスパンダ１４に入射するようになっている。なお、この光束切替ミラー１３の移動は手動で行っても良いし、コンピュータ４０のプログラムに応じて自動的に行われるようにしても良い。
【００２１】
また、上記第１の光源１１からの出力光は可干渉距離が短いことから、基準板１６からの参照光と所定の光反射面２０ａ〜ｃからの物体光が丁度等光路長となったとき、すなわち被検体ステージ３０の移動範囲内の所定位置でのみ所定の光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞が生じる。したがって、被検体ステージ３０の上下方向（矢印Ａ）の移動により、所望の光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞が発生する状態となったときは、他の光反射面２０ａ〜ｃからの干渉縞は発生せず、得られた干渉縞情報は干渉縞ノイズが排除されたものとなり、所望の光反射面２０ａ〜ｃの表面形状を良好に表したものとすることが可能となる。
【００２２】
一方、上記第２の光源１２からの出力光は可干渉距離が長いことから、基準板１６からの参照光と所定の光反射面２０ａ〜ｃからの物体光が等光路長とならなくとも所定の光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞が発生することになり、被検体ステージ３０の移動範囲内の全範囲において所望とする光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞情報を得ることが可能である。したがって、本実施形態において第２の光源１２からの出力光は、上下移動する被検体ステージ３０の移動に伴なって同一距離だけ移動する反射ミラー２６の各位置についての干渉縞情報を得るために利用される。
【００２３】
以下、上記干渉計装置１００を用いた第１の実施形態に係る平行度測定方法の測定手順について説明する。
【００２４】
＜１＞まず、光束切替ミラー１３を図１に示す位置から所定の退避位置に移動して設定し、可干渉距離の短い第１の光源１１からの出力光を照明光として使用する。第１の光源１１からの出力光により、撮像装置１９の撮像素子上に、第１の光反射面２０ａについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う。
【００２５】
＜２＞第１の光源１１を用いて得られた、第１の光反射面２０ａについての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第１の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリ（図示せず）に格納する。
【００２６】
＜３＞次に、被検体ステージ３０はそのままの状態で、光束切替ミラー１３を図１に示す位置に移動させ、可干渉距離の長い第２の光源１２からの出力光を照明光として使用する。
【００２７】
＜４＞第２の光源１２を用いて得られた、反射ミラー２６についての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第２の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリに格納する。
【００２８】
＜５＞光束切替ミラー１３を図１に示す位置から所定の退避位置に移動させ、可干渉距離の短い第１の光源１１からの出力光を照明光として使用する。第１の光源１１からの出力光により、撮像装置１９の撮像素子上に、第２の光反射面２０ｂについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う。
【００２９】
＜６＞第１の光源１１を用いて得られた、第２の光反射面２０ｂについての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第３の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリに格納する。
【００３０】
＜７＞次に、被検体ステージ３０はそのままの状態で、光束切替ミラー１３を図１に示す位置に移動させ、可干渉距離の長い第２の光源１２からの出力光を照明光として使用する。
【００３１】
＜８＞第２の光源１２を用いて得られた、反射ミラー２６についての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第４の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリに格納する。
【００３２】
＜９＞メモリに格納された上記第２の干渉縞画像情報と上記第４の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を求め、この差に基づいて上記第１の干渉縞画像情報と上記第３の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を校正する。
【００３３】
＜１０＞必要に応じ、第３の光反射面２０ｃについても上記手順＜５＞〜＜８＞を行い、第３の光反射面２０ｃについての第５の干渉縞画像情報およびそのときの反射ミラー２６についての第６の干渉縞画像情報を得、上記手順＜９＞を行って、この光反射面２０ｃと、光反射面２０ａあるいは光反射面２０ｂとの間の平行ムラを校正する。
【００３４】
本実施形態においては、上述したように、各光反射面２０ａ〜ｃの測定時に、反射ミラー２６についての測定も行うようにして、各々傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された各光反射面２０ａ〜ｃの傾き情報の差、すなわち各光反射面２０ａ〜ｃ間の平行ムラの測定を高精度なものとすることができる。
なお、光反射面２０ｂと光反射面２０ｃとの間の平行ムラは、前述した例ではガラス板の厚みムラである。
【００３５】
上述した実施形態においては、第１の光源１１からの出力光が可干渉距離の短い光からなり、第２の光源１２からの出力光が可干渉距離の長い光からなるようにし、この２つの出力光を、光反射面２０ａ〜ｃの測定時と反射ミラー２６の測定時において互いに切り替えているが、以下に説明する実施形態の如く、波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光を上記可干渉距離の短い光に替えて用い、波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光を上記可干渉距離の長い光に替えて用いるようにし、多波長モードの光により光反射面の測定を行い、単波長モードの光により反射ミラーの測定を行うようにしてもよい。このようにすると、後述するように、干渉計装置として不等光路長型のフィゾー型等の干渉計装置を用いることが可能となる。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係る平行度測定方法について説明するが、まずこの平行度測定方法を実施するための干渉計装置の構成を図２を用いて説明する。
【００３７】
図示のように、この干渉計装置１０１は、透明な平行平面ガラス板（被検体）１１７の被検面１１７ａの表面形状を干渉縞により観察するフィゾー型の干渉計本体１１０と、コンピュータ１２０と、モニタ１２１と、半導体レーザ光源（ＬＤ）１１１の電源（ＬＤ電源）１２２と、この電源（ＬＤ電源）１２２からの出力電流値を制御する制御信号を発生するファンクション・ジェネレータ１２３とを備えてなる。
【００３８】
上記干渉計本体１０１は、半導体レーザ光源１１１からの可干渉光をコリメータレンズ１１２、発散レンズ１１３、ビームスプリッタ１１４、コリメータレンズ１１５、被検体（平行平面ガラス板）１１７との間にワークスペースを介して対向する、基準面１１６ａを有する基準板１１６、ならびに光干渉により得られた干渉縞を撮像する撮像レンズ１１８およびＣＣＤ撮像装置１１９とを備えてなる。
【００３９】
この干渉計本体１１０においては、半導体レーザ光源１１１からのレーザ光１４０を基準板１１６の基準面１１６ａに入射させて、該基準面１１６ａにおいて透過光束と反射光束とに２分割し、透過光束を平行平面ガラス板１１７の被検面１１７ａに入射させてその反射光を物体光とするとともに基準面１１６ａにおける反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉光をコリメータレンズ１１５、ビームスプリッタ１１４、撮像レンズ１１８を介してＣＣＤ撮像装置１１９に導き、このＣＣＤ撮像装置１１９において干渉縞を撮像するようになっている。
【００４０】
撮像された干渉縞はコンピュータ１２０において解析され、これにより被検面１１７ａの表面形状を測定し得るようになっている。なお、撮像された干渉縞および解析された被検面１１７ａの表面形状はモニタ１２１に表示されるようになっている。
【００４１】
また、被検体としての平行平面ガラス板１１７は、被検体を上下移動可能および２軸周りの傾動可能に保持する被検体ステージ１３０上に保持されている。
また、被検体ステージ１３０上には、上記第１実施形態の反射ミラー２６と同様に機能する反射ミラー１２６が保持されている。
【００４２】
なお、基準板１１６は、図示されないＰＺＴ駆動回路に接続されたピエゾ素子１２４を介して図示されない基準板支持部材に支持されている。そして、コンピュータ１２０からの指示にしたがい、ピエゾ素子１２４に所定電圧が印加され該ピエゾ素子１２４が駆動され、これにより基準板１１６が光軸方向（図中左右方向）に所定位相分だけ移動せしめられる。この移動により変化する干渉縞の画像データはコンピュータ１２０に出力され、これら複数枚の画像データに対して、縞画像解析が行なわれる。
【００４３】
上記半導体レーザ光源１１１は、温度制御機能が施されたものを用い、前述したように、注入電流を一定にしておくと単波長モードのレーザ光（例えば波長λが６５０ｎｍ付近の単波長）を発振し得るようになっており、一方、注入電流を変化させると、出力されるレーザ光の波長と光強度が変化し、多波長モードのレーザ光となる。
【００４４】
また、上記撮像装置１１９は、１光蓄積期間が１／３０（秒）のＣＣＤを用いている。
また、上記ファンクション・ジェネレータ１２３から出力される上記制御信号は、矩形波（階段状矩形波を含む）とされており、その周波数は、例えば200Hz程度で、ＣＣＤにより撮像された画像情報を再生する際にフリッカが生じない程度の速さに設定されている。
【００４５】
また、本実施形態の干渉計装置１０１においては、干渉縞ノイズの発生を阻止するために、以下のように構成されている。
すなわち、多波長モードのレーザ光を出力する際には、単一縦モードの半導体レーザ光源１１１を用い、干渉縞を受光する素子（ＣＣＤ撮像装置１１９のＣＣＤ）の１光蓄積期間に対し十分短い周期で光源１１１から出力されるレーザ光１４０を複数の波長に変調し、被検体１１７からの干渉光を上記素子により受光することで、その干渉光を上記１光蓄積期間に亘って積分するようにしている。
【００４６】
半導体レーザ光源は、注入電流を変化させることで波長が変化するという特徴を有しており、干渉縞を受光する素子は、所定の光蓄積期間を有しているため、本実施形態の多波長モードでは、その１光蓄積期間よりも十分速い速度で波長を走査することで、多波長の光を同時に出力する光源を用いて干渉縞を観察する場合と同様の結果が得られるようにしている。
【００４７】
次に、干渉縞のコントラストの変化を表す図３を用いて、上記多波長モードの光により被検面１１７ａの表面を測定する場合について概念的に説明する。本実施形態の干渉計装置１０１においては、図３のように光軸に対する距離が変化すると干渉縞コントラストが周期的に変化する。図３では、被検面１１７ａ（第１の光反射面）で“山”の状態となるように設定することにより、基準面１１６ａと被検体表面１１７ａとにおいてコントラストの良好な干渉縞を形成し、被検体裏面１１７ｂの干渉縞コントラストを０とすることで、被検体裏面１１７ｂの干渉縞ノイズを消去している。
【００４８】
このように、本実施形態において、多波長モードの光を用いることは上記第１の実施形態において可干渉距離の短い光を用いることに相当し、一方、単波長モードの光を用いることは上記第１の実施形態において可干渉距離の長い光を用いることに相当する。
【００４９】
以下、上述した干渉計装置を用いて行われる、第２の実施形態に係る平行度測定方法の測定手順について図４〜図７を参照しながら説明する。なお、ここでは、第１測定面としての上記被検面１１７ａと第２測定面としての上記被検体裏面１１７ｂとの平行ムラ（厚みムラ）を測定する場合について説明する。
【００５０】
＜１＞まず、ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の多波長モードとなるように設定し、この多波長モードのレーザ光を照明光として使用する。多波長モードのレーザ光により、撮像装置１１９の撮像素子上に、被検面１１７ａについてコントラストの良い干渉縞が形成されるように、被検体ステージ１３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う（図４）。
【００５１】
＜２＞多波長モードのレーザ光を用いて得られた、被検面１１７ａについての干渉縞を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第１の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリ（図示せず）に格納する。
【００５２】
＜３＞次に、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の単波長モードとなるように切り替え、この単波長モードのレーザ光を照明光として使用する。
【００５３】
＜４＞単波長モードのレーザ光を用いて得られた、反射ミラー１２６についての干渉縞（図５参照）を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第２の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリに格納する。
【００５４】
＜５＞ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の多波長モードとなるように切り替え、この多波長モードのレーザ光を照明光として使用する。この多波長モードのレーザ光により、撮像装置１１９の撮像素子上に、被検体裏面１１７ｂについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ１３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う（図６）。
【００５５】
＜６＞多波長モードのレーザ光を用いて得られた、被検体裏面１１７ｂについての干渉縞を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第３の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリ（図示せず）に格納する。
【００５６】
＜７＞次に、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の単波長モードとなるように切り替え、この単波長モードのレーザ光を照明光として使用する。
【００５７】
＜８＞単波長モードのレーザ光を用いて得られた、反射ミラー１２６についての干渉縞（図７参照）を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第４の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリに格納する。
【００５８】
＜９＞メモリに格納された上記第２の干渉縞画像情報と上記第４の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を求め、この差に基づいて上記第１の干渉縞画像情報と上記第３の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を校正する。
【００５９】
本実施形態においては、上述したように、被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂの測定時に、反射ミラー１２６についての測定も行うようにして、各々傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂの傾き情報の差、すなわち被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂの平行ムラ（厚みムラ）の測定を高精度なものとすることができる。
【００６０】
図８〜図１１は、上述した各測定手順により得られた各干渉縞画像情報を表したものである。なお、各図において、右側の大きい干渉縞は被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂについてのものであり、左側の小さい円形内の干渉縞は反射ミラー１２６についてのものである。
【００６１】
すなわち、図８は、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体ステージ１３０を移動させて被検面１１７ａについての干渉縞画像情報（第１の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものであり、図９は、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー１２６についての干渉縞画像情報（第２の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものである。
【００６２】
また、図１０は、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体１３０を移動させて被検体裏面１１７ｂについての干渉縞画像情報（第３の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものであり、図１１は、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー１２６についての干渉縞画像情報（第４の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものである。
【００６３】
なお、本発明の平行度測定方法としては、上記実施形態のものに限られるものではなくその他の種々の態様の変更が可能である。例えば、測定する光反射面の順序はどのような順序で行ってもよく、光源から遠い側の光反射面から順に、あるいは光源から近い側の光反射面から順に測定を行うことが可能である。
【００６４】
また、測定し得る光反射面としては、上記のものに限られるものではなく、例えば階段状に配された光反射面であれば、不透光の光反射面であっても測定可能である。
【００６５】
また、上記複数の被検面の平行度を校正する際の演算の順序としては、種々の態様を考えることができ、結果として、請求項１に記載した「第２の干渉縞画像と第４の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、第１の干渉縞画像と第３の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正した状態」とされていればよい。
【００６６】
さらに、測定に用いられる干渉計装置としても上記実施形態のものに限られるものではなく、種々のタイプの干渉計装置を用いることが可能である。
【００６７】
また、本発明の平行度測定方法は、種々の形態の被検体に対して適用可能であり、例えば半導体製造プロセス等で用いられる光学部材のように、サイズが小さく、高精度に設定する必要がある複数の光反射面を有する部材等の測定において特に有用である。
【００６８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の平行度測定方法によれば、干渉計装置の照明光として、被検面と干渉計装置の参照面との距離に依存してコントラストが変化する干渉縞を生ぜしめる第１の光束と、該被検面と該参照面の距離に依存することなく所定のコントラストの干渉縞を生ぜしめる第２の光束とを切替可能に構成しておき、被検体における各光反射面を上記第１の光束を用いて干渉縞測定する際に、第２の光束を用い、上記反射ミラーと相対的に略平行に固定配置された傾き校正面についての測定も行うようにして、各々の傾き校正面の干渉縞画像情報から傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された各光反射面の傾き情報の差、すなわち各光反射面間の平行度の測定を高精度なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る干渉計装置の概略図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る干渉計装置の概略図
【図３】図２に示す干渉計装置の作用を示す図
【図４】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、被検面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図５】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図４の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図６】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体裏面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図７】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図６の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図８】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、ステージを移動させて、被検面について得られた干渉縞画像を示す図
【図９】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図８の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について得られた干渉縞画像を示す図
【図１０】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、ステージを移動させて、被検体裏面について得られた干渉縞画像を示す図
【図１１】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図１０の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について得られた干渉縞画像を示す図
【符号の説明】
１０、１１０ 干渉計本体
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 光束切替ミラー
１４ ビームエクスパンダ
１５、１１４ ビームスプリッタ
１６、１１６ 基準板
１６ａ、１１６ａ 基準面
１７ 収束レンズ
１８、１１８ 撮像レンズ
１９、１１９ 撮像装置（ＣＣＤカメラ）
２０ 被検体
２０ａ〜ｃ 光反射面（被検面）
２６、１２６ 反射ミラー
３０、１３０ 被検体ステージ
４０、１２０ コンピュータ
５０、１２１ モニタ
２５ ＰＺＴステージ
１００、１０１ 干渉計装置
１１１ 半導体レーザ光源（ＬＤ）
１１２，１１５ コリメータレンズ
１１３ 発散レンズ
１１７ 平行平面ガラス板（被検体）
１１７ａ 被検面
１１７ｂ 被検体裏面
１２２ 電源（ＬＤ電源）
１２３ ファンクション・ジェネレータ
１２４ ピエゾ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光反射面間の平行度を高精度に測定する平行度測定方法に関し、例えば、基台上に間隔をおいて極薄のガラス板が配される場合のように、複数の光反射平面が存在する場合に、その平面間の平行度を測定し得る平行度測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、基台上に微小間隔をおいて極薄のガラス板が配される部材において、平行平面ガラスの表面または裏面と、基台との平行度（局所的な平行度を含むため以下の説明では平行ムラとも称する）を高精度に測定したいという要請がある。
【０００３】
この種の測定は、被検面以外の面による干渉縞ノイズを排除することが求められるため、従来より、可干渉距離の短い光束を出力し得る光源を搭載したマイケルソン型等の等光路長型の干渉計装置を用いて行うことが知られている。
【０００４】
このマイケルソン型等の干渉計装置による測定の一例を説明すると、この部材を被検体載設用ステージ上に、平行平面ガラスが上方に位置するようにしてセットし、まず、平行平面ガラスの表面または裏面による干渉縞が観察される位置まで該ステージを上下方向に移動して、第１の干渉縞画像を得、次に、基台による干渉縞が観察される位置まで該ステージを上下方向に移動して、第２の干渉縞画像を得、しかる後、第１の干渉縞画像と第２の干渉縞画像の各々の傾き情報の差に基づいて両者の平行ムラを測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような被検体載設用ステージは、干渉計装置に搭載されるものであるから、その上下移動がスムーズかつ被検体の姿勢を保持し得るように高精度に構成されてはいるものの、移動前の被検面に対して移動後の被検面がどうしても若干の傾きを有してしまう。したがって、上述した例の如く、平行平面ガラスの表面または裏面と、基台との平行ムラを高精度で測定しなければならないような場合には、被検体載設用ステージの移動に伴う被検面の傾きの変化によって精度的に満足した測定結果を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、被検面以外の面からの干渉縞ノイズの発生を防止し得る照明光を用い、複数の光反射面間の平行度を干渉計装置により高精度に測定する際に、測定すべき被検面を所望の位置に移動させる被検体載設用ステージの移動操作に伴い被検体の姿勢が傾いても、その傾きを高精度に校正し得る平行度測定方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の平行度測定方法は、上下方向に配列された複数の光反射面からなる被検面を有する被検体をステージ上に載設し、該複数の被検面の平行度を干渉計装置を用いて測定する方法において、
干渉計装置の照明光として、多波長の光を含んでなる第１の光束と、単波長の光からなる第２の光束とを切替可能に構成しておき、
複数の前記被検面のうちから選択された第１の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第１の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第１の干渉縞画像を得るとともに、前記複数の被検面と相対的に略平行となるように固定された傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第２の干渉縞画像を得、
この後、前記ステージを上下方向に移動させ、前記複数の被検面のうちから選択された第２の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第２の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第３の干渉縞画像を得るとともに、前記傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第４の干渉縞画像を得、
この後、前記第２の干渉縞画像と前記第４の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、前記第１の干渉縞画像と前記第３の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正して、前記第１の被検面と前記第２の被検面との平行度を測定することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合には、前記干渉計装置をマイケルソン型等の等光路長型干渉計装置とする。
【０００９】
また、前記第１の光束を波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光とし、前記第２の光束を波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光とすることができる。
この場合には、前記干渉計装置をフィゾー型等の不等光路長型干渉計装置とする。
【００１０】
また、前記傾き校正面は、前記ステージ上に配置されたミラー面とすることができる。
【００１１】
ここで、上記平行度とは、２つの光反射面の平行の程度を表すものであり、全体的な平行の程度、および局所的な平行の程度（平行ムラ）の両者の総称である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る平行度測定方法について図面を用いて説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は第１の実施形態に係る平行度測定方法を実施するための干渉計装置の構成を示す概略図である。
【００１４】
図示のように、この干渉計装置１００は、マイケルソン型（トワイマングリーン型）の干渉計本体１０と、複数の光反射面２０ａ〜ｃを有する被検体２０を上下移動可能および２軸周りの傾動可能に保持する被検体ステージ３０と、コンピュータ４０およびモニタ５０とを備えてなり、被検体２０を被検体ステージ３０上に保持せしめた状態で複数の光反射面２０ａ〜ｃを各々被検面として干渉縞測定を行うことにより、これら複数の光反射面間の平行ムラを高精度に測定することができるように構成されている。
【００１５】
なお、本実施形態における被検体２０は、例えば、基台上に微小間隔をおいて厚みの薄いガラス板が配された部材であって、例えば、光反射面２０ａは不透光面であり、光反射面２０ｂ、ｃは透光面である。
【００１６】
上記干渉計本体１０は、可干渉距離の短いハロゲンランプ等の第１の光源１１、可干渉距離の長いレーザー等の第２の光源１２、これら２つの光源１１、１２を択一的に切り替える光束切替ミラー１３、ビームエクスパンダ１４、ビームスプリッタ１５、反射型の基準板１６、収束レンズ１７、撮像レンズ１８、およびＣＣＤカメラ等の撮像装置１９を備えてなる。
【００１７】
干渉計本体１０においては、第１の光源１１または第２の光源１２から出力された照明光を、ビームスプリッタ１５の光束分割面１５ａに入射させ、該光束分割面１５ａにおいて透過光束と反射光束とに２分割する。そして、透過光束を基準板１６に入射させてその反射光を参照光とするとともに、反射光束を被検面に入射させてその反射光を物体光とし、これら参照光および物体光の光干渉により生じる干渉縞を撮像装置１９により取り込んで干渉縞画像情報を測定するようになっている。
【００１８】
さらに、基準板１６は、図示せぬＰＺＴ駆動回路に接続された複数のピエゾ素子（不図示）を介してＰＺＴステージ２５に支持されている。そして、干渉計装置１００においては、コンピュータ４０からの指示により、所定のタイミングでピエゾ素子に所定電圧を印加して該ピエゾ素子を駆動することにより基準板１６を光軸方向に移動させるとともに、この移動により変化する干渉縞の画像データがＣＣＤカメラ１９からコンピュータ４０に出力されるようになっている。
【００１９】
また、被検体ステージ３０上には、本実施形態においてポイントとなる反射ミラー２６が保持されている。
【００２０】
また、上述したように、可干渉距離の短い第１の光源１１からの出力光と可干渉距離の長い第２の光源１２からの出力光は光束切替ミラー１３によって切り替えられるようになっており、光束切替ミラー１３が図示される位置に配された場合には第２の光源１２からの出力光が、一方、光束切替ミラー１３が図示される位置から所定の退避位置（図示されていない；以下同じ）に移動した場合には第１の光源１１からの出力光が各々ビームエクスパンダ１４に入射するようになっている。なお、この光束切替ミラー１３の移動は手動で行っても良いし、コンピュータ４０のプログラムに応じて自動的に行われるようにしても良い。
【００２１】
また、上記第１の光源１１からの出力光は可干渉距離が短いことから、基準板１６からの参照光と所定の光反射面２０ａ〜ｃからの物体光が丁度等光路長となったとき、すなわち被検体ステージ３０の移動範囲内の所定位置でのみ所定の光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞が生じる。したがって、被検体ステージ３０の上下方向（矢印Ａ）の移動により、所望の光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞が発生する状態となったときは、他の光反射面２０ａ〜ｃからの干渉縞は発生せず、得られた干渉縞情報は干渉縞ノイズが排除されたものとなり、所望の光反射面２０ａ〜ｃの表面形状を良好に表したものとすることが可能となる。
【００２２】
一方、上記第２の光源１２からの出力光は可干渉距離が長いことから、基準板１６からの参照光と所定の光反射面２０ａ〜ｃからの物体光が等光路長とならなくとも所定の光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞が発生することになり、被検体ステージ３０の移動範囲内の全範囲において所望とする光反射面２０ａ〜ｃについての干渉縞情報を得ることが可能である。したがって、本実施形態において第２の光源１２からの出力光は、上下移動する被検体ステージ３０の移動に伴なって同一距離だけ移動する反射ミラー２６の各位置についての干渉縞情報を得るために利用される。
【００２３】
以下、上記干渉計装置１００を用いた第１の実施形態に係る平行度測定方法の測定手順について説明する。
【００２４】
＜１＞まず、光束切替ミラー１３を図１に示す位置から所定の退避位置に移動して設定し、可干渉距離の短い第１の光源１１からの出力光を照明光として使用する。第１の光源１１からの出力光により、撮像装置１９の撮像素子上に、第１の光反射面２０ａについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う。
【００２５】
＜２＞第１の光源１１を用いて得られた、第１の光反射面２０ａについての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第１の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリ（図示せず）に格納する。
【００２６】
＜３＞次に、被検体ステージ３０はそのままの状態で、光束切替ミラー１３を図１に示す位置に移動させ、可干渉距離の長い第２の光源１２からの出力光を照明光として使用する。
【００２７】
＜４＞第２の光源１２を用いて得られた、反射ミラー２６についての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第２の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリに格納する。
【００２８】
＜５＞光束切替ミラー１３を図１に示す位置から所定の退避位置に移動させ、可干渉距離の短い第１の光源１１からの出力光を照明光として使用する。第１の光源１１からの出力光により、撮像装置１９の撮像素子上に、第２の光反射面２０ｂについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う。
【００２９】
＜６＞第１の光源１１を用いて得られた、第２の光反射面２０ｂについての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第３の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリに格納する。
【００３０】
＜７＞次に、被検体ステージ３０はそのままの状態で、光束切替ミラー１３を図１に示す位置に移動させ、可干渉距離の長い第２の光源１２からの出力光を照明光として使用する。
【００３１】
＜８＞第２の光源１２を用いて得られた、反射ミラー２６についての干渉縞を撮像装置１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第４の干渉縞画像情報）をコンピュータ４０のメモリに格納する。
【００３２】
＜９＞メモリに格納された上記第２の干渉縞画像情報と上記第４の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を求め、この差に基づいて上記第１の干渉縞画像情報と上記第３の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を校正する。
【００３３】
＜１０＞必要に応じ、第３の光反射面２０ｃについても上記手順＜５＞〜＜８＞を行い、第３の光反射面２０ｃについての第５の干渉縞画像情報およびそのときの反射ミラー２６についての第６の干渉縞画像情報を得、上記手順＜９＞を行って、この光反射面２０ｃと、光反射面２０ａあるいは光反射面２０ｂとの間の平行ムラを校正する。
【００３４】
本実施形態においては、上述したように、各光反射面２０ａ〜ｃの測定時に、反射ミラー２６についての測定も行うようにして、各々傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された各光反射面２０ａ〜ｃの傾き情報の差、すなわち各光反射面２０ａ〜ｃ間の平行ムラの測定を高精度なものとすることができる。
なお、光反射面２０ｂと光反射面２０ｃとの間の平行ムラは、前述した例ではガラス板の厚みムラである。
【００３５】
上述した実施形態においては、第１の光源１１からの出力光が可干渉距離の短い光からなり、第２の光源１２からの出力光が可干渉距離の長い光からなるようにし、この２つの出力光を、光反射面２０ａ〜ｃの測定時と反射ミラー２６の測定時において互いに切り替えているが、以下に説明する実施形態の如く、波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光を上記可干渉距離の短い光に替えて用い、波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光を上記可干渉距離の長い光に替えて用いるようにし、多波長モードの光により光反射面の測定を行い、単波長モードの光により反射ミラーの測定を行うようにしてもよい。このようにすると、後述するように、干渉計装置として不等光路長型のフィゾー型等の干渉計装置を用いることが可能となる。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係る平行度測定方法について説明するが、まずこの平行度測定方法を実施するための干渉計装置の構成を図２を用いて説明する。
【００３７】
図示のように、この干渉計装置１０１は、透明な平行平面ガラス板（被検体）１１７の被検面１１７ａの表面形状を干渉縞により観察するフィゾー型の干渉計本体１１０と、コンピュータ１２０と、モニタ１２１と、半導体レーザ光源（ＬＤ）１１１の電源（ＬＤ電源）１２２と、この電源（ＬＤ電源）１２２からの出力電流値を制御する制御信号を発生するファンクション・ジェネレータ１２３とを備えてなる。
【００３８】
上記干渉計本体１０１は、半導体レーザ光源１１１からの可干渉光をコリメータレンズ１１２、発散レンズ１１３、ビームスプリッタ１１４、コリメータレンズ１１５、被検体（平行平面ガラス板）１１７との間にワークスペースを介して対向する、基準面１１６ａを有する基準板１１６、ならびに光干渉により得られた干渉縞を撮像する撮像レンズ１１８およびＣＣＤ撮像装置１１９とを備えてなる。
【００３９】
この干渉計本体１１０においては、半導体レーザ光源１１１からのレーザ光１４０を基準板１１６の基準面１１６ａに入射させて、該基準面１１６ａにおいて透過光束と反射光束とに２分割し、透過光束を平行平面ガラス板１１７の被検面１１７ａに入射させてその反射光を物体光とするとともに基準面１１６ａにおける反射光を参照光とし、これら物体光および参照光の光干渉により生じる干渉光をコリメータレンズ１１５、ビームスプリッタ１１４、撮像レンズ１１８を介してＣＣＤ撮像装置１１９に導き、このＣＣＤ撮像装置１１９において干渉縞を撮像するようになっている。
【００４０】
撮像された干渉縞はコンピュータ１２０において解析され、これにより被検面１１７ａの表面形状を測定し得るようになっている。なお、撮像された干渉縞および解析された被検面１１７ａの表面形状はモニタ１２１に表示されるようになっている。
【００４１】
また、被検体としての平行平面ガラス板１１７は、被検体を上下移動可能および２軸周りの傾動可能に保持する被検体ステージ１３０上に保持されている。
また、被検体ステージ１３０上には、上記第１実施形態の反射ミラー２６と同様に機能する反射ミラー１２６が保持されている。
【００４２】
なお、基準板１１６は、図示されないＰＺＴ駆動回路に接続されたピエゾ素子１２４を介して図示されない基準板支持部材に支持されている。そして、コンピュータ１２０からの指示にしたがい、ピエゾ素子１２４に所定電圧が印加され該ピエゾ素子１２４が駆動され、これにより基準板１１６が光軸方向（図中左右方向）に所定位相分だけ移動せしめられる。この移動により変化する干渉縞の画像データはコンピュータ１２０に出力され、これら複数枚の画像データに対して、縞画像解析が行なわれる。
【００４３】
上記半導体レーザ光源１１１は、温度制御機能が施されたものを用い、前述したように、注入電流を一定にしておくと単波長モードのレーザ光（例えば波長λが６５０ｎｍ付近の単波長）を発振し得るようになっており、一方、注入電流を変化させると、出力されるレーザ光の波長と光強度が変化し、多波長モードのレーザ光となる。
【００４４】
また、上記撮像装置１１９は、１光蓄積期間が１／３０（秒）のＣＣＤを用いている。
また、上記ファンクション・ジェネレータ１２３から出力される上記制御信号は、矩形波（階段状矩形波を含む）とされており、その周波数は、例えば200Hz程度で、ＣＣＤにより撮像された画像情報を再生する際にフリッカが生じない程度の速さに設定されている。
【００４５】
また、本実施形態の干渉計装置１０１においては、干渉縞ノイズの発生を阻止するために、以下のように構成されている。
すなわち、多波長モードのレーザ光を出力する際には、単一縦モードの半導体レーザ光源１１１を用い、干渉縞を受光する素子（ＣＣＤ撮像装置１１９のＣＣＤ）の１光蓄積期間に対し十分短い周期で光源１１１から出力されるレーザ光１４０を複数の波長に変調し、被検体１１７からの干渉光を上記素子により受光することで、その干渉光を上記１光蓄積期間に亘って積分するようにしている。
【００４６】
半導体レーザ光源は、注入電流を変化させることで波長が変化するという特徴を有しており、干渉縞を受光する素子は、所定の光蓄積期間を有しているため、本実施形態の多波長モードでは、その１光蓄積期間よりも十分速い速度で波長を走査することで、多波長の光を同時に出力する光源を用いて干渉縞を観察する場合と同様の結果が得られるようにしている。
【００４７】
次に、干渉縞のコントラストの変化を表す図３を用いて、上記多波長モードの光により被検面１１７ａの表面を測定する場合について概念的に説明する。本実施形態の干渉計装置１０１においては、図３のように光軸に対する距離が変化すると干渉縞コントラストが周期的に変化する。図３では、被検面１１７ａ（第１の光反射面）で“山”の状態となるように設定することにより、基準面１１６ａと被検体表面１１７ａとにおいてコントラストの良好な干渉縞を形成し、被検体裏面１１７ｂの干渉縞コントラストを０とすることで、被検体裏面１１７ｂの干渉縞ノイズを消去している。
【００４８】
このように、本実施形態において、多波長モードの光を用いることは上記第１の実施形態において可干渉距離の短い光を用いることに相当し、一方、単波長モードの光を用いることは上記第１の実施形態において可干渉距離の長い光を用いることに相当する。
【００４９】
以下、上述した干渉計装置を用いて行われる、第２の実施形態に係る平行度測定方法の測定手順について図４〜図７を参照しながら説明する。なお、ここでは、第１測定面としての上記被検面１１７ａと第２測定面としての上記被検体裏面１１７ｂとの平行ムラ（厚みムラ）を測定する場合について説明する。
【００５０】
＜１＞まず、ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の多波長モードとなるように設定し、この多波長モードのレーザ光を照明光として使用する。多波長モードのレーザ光により、撮像装置１１９の撮像素子上に、被検面１１７ａについてコントラストの良い干渉縞が形成されるように、被検体ステージ１３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う（図４）。
【００５１】
＜２＞多波長モードのレーザ光を用いて得られた、被検面１１７ａについての干渉縞を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第１の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリ（図示せず）に格納する。
【００５２】
＜３＞次に、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の単波長モードとなるように切り替え、この単波長モードのレーザ光を照明光として使用する。
【００５３】
＜４＞単波長モードのレーザ光を用いて得られた、反射ミラー１２６についての干渉縞（図５参照）を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第２の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリに格納する。
【００５４】
＜５＞ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の多波長モードとなるように切り替え、この多波長モードのレーザ光を照明光として使用する。この多波長モードのレーザ光により、撮像装置１１９の撮像素子上に、被検体裏面１１７ｂについての干渉縞が形成されるように、被検体ステージ１３０の上下移動操作および２軸周りの傾動操作を行う（図６）。
【００５５】
＜６＞多波長モードのレーザ光を用いて得られた、被検体裏面１１７ｂについての干渉縞を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第３の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリ（図示せず）に格納する。
【００５６】
＜７＞次に、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、ファンクション・ジェネレータ１２３を調整して、半導体レーザ光源１１１から出力される光束が所定の単波長モードとなるように切り替え、この単波長モードのレーザ光を照明光として使用する。
【００５７】
＜８＞単波長モードのレーザ光を用いて得られた、反射ミラー１２６についての干渉縞（図７参照）を撮像装置１１９により撮像し、得られた干渉縞画像情報（第４の干渉縞画像情報）をコンピュータ１２０のメモリに格納する。
【００５８】
＜９＞メモリに格納された上記第２の干渉縞画像情報と上記第４の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を求め、この差に基づいて上記第１の干渉縞画像情報と上記第３の干渉縞画像情報の各々から抽出された傾き情報の差を校正する。
【００５９】
本実施形態においては、上述したように、被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂの測定時に、反射ミラー１２６についての測定も行うようにして、各々傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂの傾き情報の差、すなわち被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂの平行ムラ（厚みムラ）の測定を高精度なものとすることができる。
【００６０】
図８〜図１１は、上述した各測定手順により得られた各干渉縞画像情報を表したものである。なお、各図において、右側の大きい干渉縞は被検面１１７ａおよび被検体裏面１１７ｂについてのものであり、左側の小さい円形内の干渉縞は反射ミラー１２６についてのものである。
【００６１】
すなわち、図８は、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体ステージ１３０を移動させて被検面１１７ａについての干渉縞画像情報（第１の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものであり、図９は、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー１２６についての干渉縞画像情報（第２の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものである。
【００６２】
また、図１０は、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体１３０を移動させて被検体裏面１１７ｂについての干渉縞画像情報（第３の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものであり、図１１は、被検体ステージ１３０はそのままの状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー１２６についての干渉縞画像情報（第４の干渉縞画像情報に対応）を得た際のものである。
【００６３】
なお、本発明の平行度測定方法としては、上記実施形態のものに限られるものではなくその他の種々の態様の変更が可能である。例えば、測定する光反射面の順序はどのような順序で行ってもよく、光源から遠い側の光反射面から順に、あるいは光源から近い側の光反射面から順に測定を行うことが可能である。
【００６４】
また、測定し得る光反射面としては、上記のものに限られるものではなく、例えば階段状に配された光反射面であれば、不透光の光反射面であっても測定可能である。
【００６５】
また、上記複数の被検面の平行度を校正する際の演算の順序としては、種々の態様を考えることができ、結果として、請求項１に記載した「第２の干渉縞画像と第４の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、第１の干渉縞画像と第３の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正した状態」とされていればよい。
【００６６】
さらに、測定に用いられる干渉計装置としても上記実施形態のものに限られるものではなく、種々のタイプの干渉計装置を用いることが可能である。
【００６７】
また、本発明の平行度測定方法は、種々の形態の被検体に対して適用可能であり、例えば半導体製造プロセス等で用いられる光学部材のように、サイズが小さく、高精度に設定する必要がある複数の光反射面を有する部材等の測定において特に有用である。
【００６８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の平行度測定方法によれば、干渉計装置の照明光として、被検面と干渉計装置の参照面との距離に依存してコントラストが変化する干渉縞を生ぜしめる第１の光束と、該被検面と該参照面の距離に依存することなく所定のコントラストの干渉縞を生ぜしめる第２の光束とを切替可能に構成しておき、被検体における各光反射面を上記第１の光束を用いて干渉縞測定する際に、第２の光束を用い、上記反射ミラーと相対的に略平行に固定配置された傾き校正面についての測定も行うようにして、各々の傾き校正面の干渉縞画像情報から傾き校正データを得るようにしているから、その校正データに基づいて校正された各光反射面の傾き情報の差、すなわち各光反射面間の平行度の測定を高精度なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る干渉計装置の概略図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る干渉計装置の概略図
【図３】図２に示す干渉計装置の作用を示す図
【図４】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、被検面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図５】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図４の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図６】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、被検体裏面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図７】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図６の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について干渉縞画像を得る際の説明図
【図８】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、ステージを移動させて、被検面について得られた干渉縞画像を示す図
【図９】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図８の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について得られた干渉縞画像を示す図
【図１０】図２に示す干渉計装置を用い、多波長モードの光を照明光として使用し、ステージを移動させて、被検体裏面について得られた干渉縞画像を示す図
【図１１】図２に示す干渉計装置を用い、被検体ステージは図１０の測定時と同じ状態で、単波長モードの光を照明光として使用し、反射ミラー面について得られた干渉縞画像を示す図
【符号の説明】
１０、１１０ 干渉計本体
１１ 第１の光源
１２ 第２の光源
１３ 光束切替ミラー
１４ ビームエクスパンダ
１５、１１４ ビームスプリッタ
１６、１１６ 基準板
１６ａ、１１６ａ 基準面
１７ 収束レンズ
１８、１１８ 撮像レンズ
１９、１１９ 撮像装置（ＣＣＤカメラ）
２０ 被検体
２０ａ〜ｃ 光反射面（被検面）
２６、１２６ 反射ミラー
３０、１３０ 被検体ステージ
４０、１２０ コンピュータ
５０、１２１ モニタ
２５ ＰＺＴステージ
１００、１０１ 干渉計装置
１１１ 半導体レーザ光源（ＬＤ）
１１２，１１５ コリメータレンズ
１１３ 発散レンズ
１１７ 平行平面ガラス板（被検体）
１１７ａ 被検面
１１７ｂ 被検体裏面
１２２ 電源（ＬＤ電源）
１２３ ファンクション・ジェネレータ
１２４ ピエゾ素子
Claims (5)
- 上下方向に配列された複数の光反射面からなる被検面を有する被検体をステージ上に載設し、該複数の被検面の平行度を干渉計装置を用いて測定する方法において、
干渉計装置の照明光として、多波長の光を含んでなる第１の光束と、単波長の光からなる第２の光束とを切替可能に構成しておき、
複数の前記被検面のうちから選択された第１の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第１の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第１の干渉縞画像を得るとともに、前記複数の被検面と相対的に略平行となるように固定された傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第２の干渉縞画像を得、
この後、前記ステージを上下方向に移動させ、前記複数の被検面のうちから選択された第２の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第２の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第３の干渉縞画像を得るとともに、前記傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第４の干渉縞画像を得、
この後、前記第２の干渉縞画像と前記第４の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、前記第１の干渉縞画像と前記第３の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正して、前記第１の被検面と前記第２の被検面との平行度を測定することを特徴とする平行度測定方法。 - 上下方向に配列された複数の光反射面からなる被検面を有する被検体をステージ上に載設し、該複数の被検面の平行度を干渉計装置を用いて測定する方法において、
干渉計装置の照明光として、波長可変レーザ光源から出力される多波長モードの光からなる第１の光束と、波長可変レーザ光源から出力される単波長モードの光からなる第２の光束とを切替可能に構成しておき、
複数の前記被検面のうちから選択された第１の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第１の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第１の干渉縞画像を得るとともに、前記複数の被検面と相対的に略平行となるように固定された傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第２の干渉縞画像を得、
この後、前記ステージを上下方向に移動させ、前記複数の被検面のうちから選択された第２の被検面について、前記第１の光束により干渉縞が生じる第２の位置に前記ステージを設定し、この状態で、該干渉縞を撮像して第３の干渉縞画像を得るとともに、前記傾き校正面について、前記第２の光束を用いて得られる干渉縞を撮像して第４の干渉縞画像を得、
この後、前記第２の干渉縞画像と前記第４の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差に基づき、前記第１の干渉縞画像と前記第３の干渉縞画像の各々から得られる傾き情報の差を校正して、前記第１の被検面と前記第２の被検面との平行度を測定することを特徴とする平行度測定方法。 - 前記干渉計装置がマイケルソン型等の等光路長型干渉計装置であることを特徴とする請求項１記載の平行度測定方法。
- 前記干渉計装置がフィゾー型等の不等光路長型干渉計装置であることを特徴とする請求項２記載の平行度測定方法。
- 前記傾き校正面が、前記ステージ上に配置されたミラー面であることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の平行度測定方法。
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