JP4213800B2 - 斜入射干渉計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光干渉による干渉縞に基づいて測定物の表面形状を計測する斜入射干渉計に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種の装置としては、半導体素子製造過程におけるシリコンウェハの平面度検査に利用される斜入射干渉計が知られている。図２は従来例の斜入射干渉計の構成を示した図であり、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１から出射されたレーザ光は、レンズ２の焦点に集光して点光源となり、その近傍に配置されたスリガラス円盤３を通過した後、コリメーティングレンズ５で平行光束にされ、プリズム６に入射する。プリズム参照面７で反射した光と、プリズム参照面７を透過して測定物の測定面８で反射し、再びプリズム参照面７を透過した光とが干渉してスクリーン９には１次干渉縞が形成される。スクリーン９に形成された干渉縞をカメラ１０で撮像し、画像処理装置１１でその像を解析することにより測定面８の面形状が測定される。なお、スリガラス円盤３はモータ４によって高速回転され、スリガラス面による透過光のムラを排除する。
【０００３】
このような斜入射干渉計では、測定面８が鏡面に近かったり、測定面８とプリズム参照面７の間隔が狭かったりすると、プリズム参照面７で反射した光と、測定面８とプリズム参照面７の間を２回以上反射往復した光とによる干渉縞がスクリーン９に現われることがある。これは上記の１次干渉縞に対して高次干渉縞と呼ばれるものであるが、この高次干渉縞をうまく消去しないと面形状の計測結果は誤ったものとなりやすい。
【０００４】
この対応として、上記従来例ではレンズ２を光軸方向に移動することでレンズ２の焦点をスリガラス円盤３の拡散面からずらし、点光源を見かけ上広げてレーザ光の干渉性を落とすように調節することで高次干渉縞を消していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スリガラスを使用して干渉性を落とす方法では、スリ面での透過率が低いのでレーザ光のパワー損失が伴い、エネルギ効率が悪い。このため出力の大きなレーザ光源を必要とし、装置が高価になるという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、出力の大きなレーザ光源を必要とせずに、計測に必要な１次干渉縞を生かしつつ高次干渉縞の消去を行うことができる装置を提供することを技術課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００８】
（１） レーザ光源からのレーザ光を参照面を通して測定面に斜め方向から入射させ、参照面と測定面より反射された反射光によって形成される干渉縞を撮影した画像に基づいて測定面形状を計測する斜入射干渉計において、レーザ光の干渉性を低下させるために、前記レーザ光源から前記参照面に到る光路に設けられ、透明部材で形成された偏向板と、該偏向板の１回転を１画面分の撮像レート以上の速さで回転させ偏向方向を連続的に変化させる回転手段と、を備えることを特徴とする。
（２） レーザ光源からのレーザ光を参照面を通して測定面に斜め方向から入射させ、参照面と測定面より反射された反射光によって形成される干渉縞に基づいて測定面形状を計測する斜入射干渉計において、レーザ光の干渉性を低下させるために前記レーザ光源から前記参照面に到る光路に設けられ、透明部材で形成された回転プリズムと、該回転プリズムを連続回転する回転手段と、前記回転プリズムとレーザ光源との間隔を調節する調節手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。なお、図２の従来例と同様な要素には同一の符号を付している。
【００１４】
２０は波長６５５ｎｍのレーザ光を発する半導体レーザ光源で、これはほぼ点光源と見なせる。半導体レーザを使用することにより、ガスレーザに比べて装置全体の小型化を図ることができる。５は焦点距離８００ｍｍのコリメーティングレンズで、半導体レーザ光源２０はその後側焦点位置付近に配置される。半導体レーザ光源２０とコリメーティングレンズ５の間の光路には、透明な板ガラスを両面研磨して製作された偏向板２１が半導体レーザ光源２０の近傍に位置するように配置されている。偏向板２１は図に示すようにその断面は頂角３０分（角度０．５度）のプリズムとなっている。偏向板２１の中心にはモータ２２の回転軸が取り付けられており、半導体レーザ光源２０から発したレーザ光はモータ２２により回転する偏向板２１のプリズム作用を受け、コリメーティングレンズ５に向かうレーザ光の偏向方向が連続的に変化する。
【００１５】
偏向板２１とモータ２２は、移動機構２３により一体的にコリメーティングレンズ５の光軸方向に移動され、半導体レーザ光源２０と偏向板２１の間隔が調節される。移動機構２３は、モータ２２を保持するラック２４と、ラック２４に噛み合うピニオン２５、ピニオン２５を回転するモータ２６等から構成することができる。
【００１６】
半導体レーザ光源２０を発したレーザ光は偏向板２１のプリズム作用に受けて屈折された後、コリメーティングレンズ５により平行光束にされてプリズム６に入射する。プリズム６に入射した光は、参照面７からの反射光と参照面７を透過して測定面８へ斜め方向から入射する光束に分かれる。参照面７で反射した光と、測定面８で反射し再び参照面７を透過した光とが干渉して、スクリーン９には干渉縞が投影される。スクリーン９に投影された干渉縞は、テレビカメラ１０で撮像され、その出力信号が画像処理装置１１に入力される。画像処理装置１１では入力された画像に所定の画像処理が施されて測定面８の凹凸形状が測定される。１２はモニタで、テレビカメラ１０で撮像された干渉縞画像や測定結果が表示される。１３は制御部でモータ２２、モータ２６の回転を制御する。１４はコントロールパネルで移動機構２３を駆動するノブや装置に指令を行うスイッチを持つ。
【００１７】
次に、上記の構成における高次干渉縞の消去調節について説明する。モータ２２の回転により偏向板２１を回転すると、偏向板２１のプリズム作用によって半導体レーザ光源２０が見かけ上円を描いて回転する（このときの円の半径は偏向板２１の屈折パワーと、半導体レーザ光源２０と偏向板２１の距離で決まる）。テレビカメラ１０による１画面分の撮像レートは１／３０秒であるので、偏向板２１の回転を１／３０秒で少なくとも１回転する速度で行えば、１画面分の撮像に対して偏向板２１によるレーザ光の偏向を１周期分以上行うことができる。すなわち、１画面分の撮像レートで考えれば、図２の従来例で示したスリガラス円盤３により点光源を見かけ上広げることと同等になり、レーザ光の干渉性を落とすことができるようになる。加えて、偏向板２１は透明板で構成しているので、スリガラスによる拡散に比べてその透過性ははるかに良く、レーザ光のパワー損失を抑えることができる。
【００１８】
高次干渉縞の消去は、コントロールパネル１４のノブを操作することによりモータ２６を回転させ、半導体レーザ光源２０と偏向板２１の間隔を調整することで行う。オペレータ（調整者）は半導体レーザ光源２０と偏向板２１の間隔を調整することで偏向板２１を通過するレーザ光の干渉性の落し具合を調節でき、モニタ１２に映し出される干渉縞を確認しながら、高次干渉（主に２次干渉）が消え、かつ１次干渉縞が薄くならないように調節する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光のパワー損失を少なくしてレーザ光の干渉性を落とすことができるので、出力の大きなレーザ光源を必要とせずに、計測に必要な１次干渉縞を生かしつつ高次干渉縞の消去を効率良く行うことができる。また、出力の小さな半導体レーザを用いることができるので、小型で安価な装置の実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
【図２】従来例の斜入射干渉計の構成を示した図である。
【符号の説明】
５ コリメーティングレンズ
６ プリズム
７ 参照面
８ 測定面
９ スクリーン
１０ テレビカメラ
２０ 半導体レーザ光源
２１ 偏向板
２２ モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光干渉による干渉縞に基づいて測定物の表面形状を計測する斜入射干渉計に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種の装置としては、半導体素子製造過程におけるシリコンウェハの平面度検査に利用される斜入射干渉計が知られている。図２は従来例の斜入射干渉計の構成を示した図であり、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１から出射されたレーザ光は、レンズ２の焦点に集光して点光源となり、その近傍に配置されたスリガラス円盤３を通過した後、コリメーティングレンズ５で平行光束にされ、プリズム６に入射する。プリズム参照面７で反射した光と、プリズム参照面７を透過して測定物の測定面８で反射し、再びプリズム参照面７を透過した光とが干渉してスクリーン９には１次干渉縞が形成される。スクリーン９に形成された干渉縞をカメラ１０で撮像し、画像処理装置１１でその像を解析することにより測定面８の面形状が測定される。なお、スリガラス円盤３はモータ４によって高速回転され、スリガラス面による透過光のムラを排除する。
【０００３】
このような斜入射干渉計では、測定面８が鏡面に近かったり、測定面８とプリズム参照面７の間隔が狭かったりすると、プリズム参照面７で反射した光と、測定面８とプリズム参照面７の間を２回以上反射往復した光とによる干渉縞がスクリーン９に現われることがある。これは上記の１次干渉縞に対して高次干渉縞と呼ばれるものであるが、この高次干渉縞をうまく消去しないと面形状の計測結果は誤ったものとなりやすい。
【０００４】
この対応として、上記従来例ではレンズ２を光軸方向に移動することでレンズ２の焦点をスリガラス円盤３の拡散面からずらし、点光源を見かけ上広げてレーザ光の干渉性を落とすように調節することで高次干渉縞を消していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スリガラスを使用して干渉性を落とす方法では、スリ面での透過率が低いのでレーザ光のパワー損失が伴い、エネルギ効率が悪い。このため出力の大きなレーザ光源を必要とし、装置が高価になるという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、出力の大きなレーザ光源を必要とせずに、計測に必要な１次干渉縞を生かしつつ高次干渉縞の消去を行うことができる装置を提供することを技術課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【０００８】
（１） レーザ光源からのレーザ光を参照面を通して測定面に斜め方向から入射させ、参照面と測定面より反射された反射光によって形成される干渉縞を撮影した画像に基づいて測定面形状を計測する斜入射干渉計において、レーザ光の干渉性を低下させるために、前記レーザ光源から前記参照面に到る光路に設けられ、透明部材で形成された偏向板と、該偏向板の１回転を１画面分の撮像レート以上の速さで回転させ偏向方向を連続的に変化させる回転手段と、を備えることを特徴とする。
（２） レーザ光源からのレーザ光を参照面を通して測定面に斜め方向から入射させ、参照面と測定面より反射された反射光によって形成される干渉縞に基づいて測定面形状を計測する斜入射干渉計において、レーザ光の干渉性を低下させるために前記レーザ光源から前記参照面に到る光路に設けられ、透明部材で形成された回転プリズムと、該回転プリズムを連続回転する回転手段と、前記回転プリズムとレーザ光源との間隔を調節する調節手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。なお、図２の従来例と同様な要素には同一の符号を付している。
【００１４】
２０は波長６５５ｎｍのレーザ光を発する半導体レーザ光源で、これはほぼ点光源と見なせる。半導体レーザを使用することにより、ガスレーザに比べて装置全体の小型化を図ることができる。５は焦点距離８００ｍｍのコリメーティングレンズで、半導体レーザ光源２０はその後側焦点位置付近に配置される。半導体レーザ光源２０とコリメーティングレンズ５の間の光路には、透明な板ガラスを両面研磨して製作された偏向板２１が半導体レーザ光源２０の近傍に位置するように配置されている。偏向板２１は図に示すようにその断面は頂角３０分（角度０．５度）のプリズムとなっている。偏向板２１の中心にはモータ２２の回転軸が取り付けられており、半導体レーザ光源２０から発したレーザ光はモータ２２により回転する偏向板２１のプリズム作用を受け、コリメーティングレンズ５に向かうレーザ光の偏向方向が連続的に変化する。
【００１５】
偏向板２１とモータ２２は、移動機構２３により一体的にコリメーティングレンズ５の光軸方向に移動され、半導体レーザ光源２０と偏向板２１の間隔が調節される。移動機構２３は、モータ２２を保持するラック２４と、ラック２４に噛み合うピニオン２５、ピニオン２５を回転するモータ２６等から構成することができる。
【００１６】
半導体レーザ光源２０を発したレーザ光は偏向板２１のプリズム作用に受けて屈折された後、コリメーティングレンズ５により平行光束にされてプリズム６に入射する。プリズム６に入射した光は、参照面７からの反射光と参照面７を透過して測定面８へ斜め方向から入射する光束に分かれる。参照面７で反射した光と、測定面８で反射し再び参照面７を透過した光とが干渉して、スクリーン９には干渉縞が投影される。スクリーン９に投影された干渉縞は、テレビカメラ１０で撮像され、その出力信号が画像処理装置１１に入力される。画像処理装置１１では入力された画像に所定の画像処理が施されて測定面８の凹凸形状が測定される。１２はモニタで、テレビカメラ１０で撮像された干渉縞画像や測定結果が表示される。１３は制御部でモータ２２、モータ２６の回転を制御する。１４はコントロールパネルで移動機構２３を駆動するノブや装置に指令を行うスイッチを持つ。
【００１７】
次に、上記の構成における高次干渉縞の消去調節について説明する。モータ２２の回転により偏向板２１を回転すると、偏向板２１のプリズム作用によって半導体レーザ光源２０が見かけ上円を描いて回転する（このときの円の半径は偏向板２１の屈折パワーと、半導体レーザ光源２０と偏向板２１の距離で決まる）。テレビカメラ１０による１画面分の撮像レートは１／３０秒であるので、偏向板２１の回転を１／３０秒で少なくとも１回転する速度で行えば、１画面分の撮像に対して偏向板２１によるレーザ光の偏向を１周期分以上行うことができる。すなわち、１画面分の撮像レートで考えれば、図２の従来例で示したスリガラス円盤３により点光源を見かけ上広げることと同等になり、レーザ光の干渉性を落とすことができるようになる。加えて、偏向板２１は透明板で構成しているので、スリガラスによる拡散に比べてその透過性ははるかに良く、レーザ光のパワー損失を抑えることができる。
【００１８】
高次干渉縞の消去は、コントロールパネル１４のノブを操作することによりモータ２６を回転させ、半導体レーザ光源２０と偏向板２１の間隔を調整することで行う。オペレータ（調整者）は半導体レーザ光源２０と偏向板２１の間隔を調整することで偏向板２１を通過するレーザ光の干渉性の落し具合を調節でき、モニタ１２に映し出される干渉縞を確認しながら、高次干渉（主に２次干渉）が消え、かつ１次干渉縞が薄くならないように調節する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光のパワー損失を少なくしてレーザ光の干渉性を落とすことができるので、出力の大きなレーザ光源を必要とせずに、計測に必要な１次干渉縞を生かしつつ高次干渉縞の消去を効率良く行うことができる。また、出力の小さな半導体レーザを用いることができるので、小型で安価な装置の実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る斜入射干渉計の概略構成を示す図である。
【図２】従来例の斜入射干渉計の構成を示した図である。
【符号の説明】
５ コリメーティングレンズ
６ プリズム
７ 参照面
８ 測定面
９ スクリーン
１０ テレビカメラ
２０ 半導体レーザ光源
２１ 偏向板
２２ モータ
Claims (2)
- レーザ光源からのレーザ光を参照面を通して測定面に斜め方向から入射させ、参照面と測定面より反射された反射光によって形成される干渉縞を撮影した画像に基づいて測定面形状を計測する斜入射干渉計において、レーザ光の干渉性を低下させるために、前記レーザ光源から前記参照面に到る光路に設けられ、透明部材で形成された偏向板と、該偏向板の１回転を１画面分の撮像レート以上の速さで回転させ偏向方向を連続的に変化させる回転手段と、を備えることを特徴とする斜入射干渉計。
- レーザ光源からのレーザ光を参照面を通して測定面に斜め方向から入射させ、参照面と測定面より反射された反射光によって形成される干渉縞に基づいて測定面形状を計測する斜入射干渉計において、レーザ光の干渉性を低下させるために前記レーザ光源から前記参照面に到る光路に設けられ、透明部材で形成された回転プリズムと、該回転プリズムを連続回転する回転手段と、前記回転プリズムとレーザ光源との間隔を調節する調節手段と、を備えることを特徴とする斜入射干渉計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34965198A JP4213800B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 斜入射干渉計 |
| US09/456,481 US6501552B1 (en) | 1998-12-09 | 1999-12-07 | Oblique incidence interferometer for removing higher-order interference fringes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34965198A JP4213800B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 斜入射干渉計 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000171228A JP2000171228A (ja) | 2000-06-23 |
| JP2000171228A5 JP2000171228A5 (ja) | 2006-01-19 |
| JP4213800B2 true JP4213800B2 (ja) | 2009-01-21 |
Family
ID=18405186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34965198A Expired - Fee Related JP4213800B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 斜入射干渉計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6501552B1 (ja) |
| JP (1) | JP4213800B2 (ja) |
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| JP2005049317A (ja) * | 2003-07-31 | 2005-02-24 | Nidek Co Ltd | 干渉計 |
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| KR20220118061A (ko) * | 2021-02-18 | 2022-08-25 | 삼성전자주식회사 | 글래스기판의 두께를 측정하기 위한 장치 및 그 제어방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS60209106A (ja) | 1984-03-31 | 1985-10-21 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 平面度検査装置 |
| US5532821A (en) * | 1995-03-16 | 1996-07-02 | Tropel Corporation | Testing of recessed surfaces at grazing incidence |
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1998
- 1998-12-09 JP JP34965198A patent/JP4213800B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1999
- 1999-12-07 US US09/456,481 patent/US6501552B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6501552B1 (en) | 2002-12-31 |
| JP2000171228A (ja) | 2000-06-23 |
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