JP5480479B2 - Shape measuring device and calibration method of shape measuring device - Google Patents

Shape measuring device and calibration method of shape measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP5480479B2
JP5480479B2 JP2008201045A JP2008201045A JP5480479B2 JP 5480479 B2 JP5480479 B2 JP 5480479B2 JP 2008201045 A JP2008201045 A JP 2008201045A JP 2008201045 A JP2008201045 A JP 2008201045A JP 5480479 B2 JP5480479 B2 JP 5480479B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
measurement
wavelength
interference fringes
light source
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
JP2008201045A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010038695A (en
Inventor
義将 鈴木
和彦 川▲崎▼
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.)
Mitutoyo Corp
Original Assignee
Mitutoyo 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 Mitutoyo Corp filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2008201045A priority Critical patent/JP5480479B2/en
Publication of JP2010038695A publication Critical patent/JP2010038695A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5480479B2 publication Critical patent/JP5480479B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、形状測定装置および形状測定装置の校正方法に関する。   The present invention relates to a shape measuring apparatus and a calibration method for the shape measuring apparatus.

従来、測定対象物に対して光を直角方向に照射して、測定対象物からの反射光である試料光と、参照面からの反射光である参照光とを干渉させ、発生する干渉縞を解析することで測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、測定対象物に対して光を斜め方向に照射することによって、光を直角方向に照射する場合よりも測定範囲を広げることができ、うねりの大きな面や粗面の平面度などを測定できる形状測定装置も知られている(例えば、特許文献2参照)。この測定装置は斜入射干渉計とも呼ばれている。
これらの干渉縞の解析方法としては、従来、参照面を変位させるなどの方法で干渉縞の位相をシフトさせて、取得された複数枚の干渉縞から表面形状を測定する位相シフト法が一般的に用いられる。
しかし、このような位相シフト法では、複数枚の干渉縞を取得する間に参照面を変位させるなどの動作があるため、測定時間が長くなるという問題があった。
Conventionally, by irradiating light to a measurement object in a right angle direction, sample light that is reflected light from the measurement object interferes with reference light that is reflected light from a reference surface, and generated interference fringes. A shape measuring device that measures the surface shape of an object to be measured by analysis is known (see, for example, Patent Document 1).
In addition, by irradiating the measurement object with light in an oblique direction, the measurement range can be expanded as compared with the case where light is irradiated in a right angle direction, and the flatness of a surface with a large swell or rough surface can be measured. A shape measuring apparatus is also known (see, for example, Patent Document 2). This measuring apparatus is also called a grazing incidence interferometer.
As a method for analyzing these interference fringes, a phase shift method in which the surface shape is measured from a plurality of acquired interference fringes by shifting the phase of the interference fringes by a method such as displacing the reference surface is generally used. Used for.
However, such a phase shift method has a problem that the measurement time becomes long because there is an operation such as displacing the reference surface while acquiring a plurality of interference fringes.

これに対して、発明者らは、特許文献1、2に記載の形状測定装置において、試料光と参照光とを重ね合わせた測定光をプリズムで3分割し、各分割光の位相を偏光板で光学的にシフトさせて、光学的に異なる位相差を付与された3枚の干渉縞を同時に発生させた。そして、3つの撮像素子を用いて3枚の干渉縞を同時に撮影できるようにした。
この手法によれば、位相シフト法で演算処理するために必要な複数枚の干渉縞を瞬時に取り込むことで、形状測定の高速化を図ることができる。
On the other hand, the inventors, in the shape measuring apparatus described in Patent Documents 1 and 2, divide the measurement light obtained by superimposing the sample light and the reference light into three by a prism, and set the phase of each divided light to a polarizing plate And three interference fringes with optically different phase differences were generated simultaneously. Then, three interference fringes can be photographed simultaneously using three image sensors.
According to this method, it is possible to speed up the shape measurement by instantaneously capturing a plurality of interference fringes necessary for the arithmetic processing by the phase shift method.

特許第3766319号公報Japanese Patent No. 3766319 特開2008−32690号公報JP 2008-32690 A

前記特許文献1、2に記載の形状測定装置では、測定光は、プリズムの光源側に配置された4分の1波長板を通ってプリズムで3分割され、そして、分割された各分割光は、透過軸の方向が互いに異なる3つの偏光板をそれぞれ通過する。この際、各分割光にて発生する干渉縞の各対応点どうしが等しい強度を有することと、設計値どおりに付与された位相シフト量を有することとを条件として、測定対象物の形状測定が行われる。
しかしながら、実際には、プリズムの分割強度誤差や、4分の1波長板の進相軸および遅相軸の設置誤差などにより、3枚の干渉縞のバイアスおよび振幅はそれぞれ異なっている。また、偏光板の透過軸の設置角度の誤差により、光学的に付与される位相シフト量は設計値どおりとなっていない。
従って、取得される3枚の干渉縞は、原理に則した設計値どおりに位相シフトされた干渉縞ではなく、バイアス、振幅および位相シフト量などのパラメータが異なる干渉縞となっており、これらの干渉縞をそのまま用いると測定精度が低下してしまうという第1の課題があった。
In the shape measuring apparatus described in Patent Documents 1 and 2, the measurement light is divided into three by the prism through a quarter-wave plate arranged on the light source side of the prism, and each divided light is divided. And pass through three polarizing plates having different transmission axis directions. At this time, measurement of the shape of the measurement object is performed on condition that each corresponding point of the interference fringes generated in each divided light has the same intensity and has a phase shift amount given according to the design value. Done.
However, in reality, the biases and the amplitudes of the three interference fringes differ from each other due to the split intensity error of the prism, the installation error of the fast axis and the slow axis of the quarter-wave plate, and the like. In addition, due to an error in the installation angle of the transmission axis of the polarizing plate, the optically applied phase shift amount is not as designed.
Therefore, the obtained three interference fringes are not interference fringes that are phase-shifted as designed according to the principle, but interference fringes with different parameters such as bias, amplitude, and phase shift amount. When the interference fringes are used as they are, there is a first problem that the measurement accuracy is lowered.

これに対して、パラメータの誤差を小さくするために、精度の高い光学部品を使用して、かつ、高度な調整を行うことで、設計値に則した測定装置を製作する方法も考えられるが、高価な装置となってしまうという第2の課題がある。   On the other hand, in order to reduce the parameter error, a method of manufacturing a measuring device according to the design value by using highly accurate optical components and performing advanced adjustment is also conceivable. There is a second problem of becoming an expensive device.

一方、干渉縞の強度や分布状態は、構成された光学系に固有のものであるが、例えば、測定を繰り返すうちに光軸が僅かにずれたりすると、干渉縞の強度および分布が変化してしまう。その他、測定装置の筐体の経時変化による幾何学的な寸法変化や、温度変化による光学部品の性能の変化などによっても、干渉縞の強度や分布状態が変化してしまう。また、異なる面性状(材質など)の測定対象物を測定する場合、干渉縞の強度や分布状態が変化してしまう。これに対して、測定装置の製作時に設定された初期のパラメータを使用し続けると、干渉縞の強度や分布状態の変化による測定精度の低下が生じてしまう。従って、干渉縞のパラメータを、定期的に、あるいは測定の直前に校正する必要がある。その際、ユーザが使用環境において容易に校正でき、測定精度を維持することが望まれている(第3の課題)。   On the other hand, the intensity and distribution of interference fringes are unique to the configured optical system.For example, if the optical axis is slightly shifted during repeated measurement, the intensity and distribution of interference fringes change. End up. In addition, the intensity and distribution state of interference fringes also change due to changes in geometric dimensions due to changes over time of the housing of the measuring device and changes in the performance of optical components due to changes in temperature. Moreover, when measuring a measurement object having different surface properties (materials, etc.), the intensity and distribution state of interference fringes change. On the other hand, if the initial parameters set at the time of manufacturing the measuring apparatus are continuously used, the measurement accuracy is deteriorated due to changes in the interference fringe intensity and distribution state. Therefore, it is necessary to calibrate the interference fringe parameters periodically or immediately before the measurement. At that time, it is desired that the user can easily calibrate in the use environment and maintain the measurement accuracy (third problem).

本発明の目的は、前述の第1から第3の課題を解決できる形状測定装置であって、高価な装置を用いずに、干渉縞のバイアス、振幅および位相の情報を校正することが可能で、かつ、ユーザが使用環境において容易に校正でき、測定精度を向上させることができる形状測定装置、および、形状測定装置の校正方法を提供することである。   An object of the present invention is a shape measuring apparatus that can solve the first to third problems described above, and can calibrate information on bias, amplitude, and phase of interference fringes without using an expensive apparatus. Another object of the present invention is to provide a shape measuring device and a method for calibrating the shape measuring device, which can be easily calibrated by the user in the use environment and can improve the measurement accuracy.

本発明の形状測定装置は、測定対象物を照射する光を発するとともに、前記光の一部が前記測定対象物に照射されずに参照光となる光源と、前記測定対象物から反射される試料光および前記参照光を重ね合わせて測定光とする合成部と、前記測定光を複数に分割して分割測定光とする測定光分割部と、前記分割測定光の光軸上にそれぞれ設けられ、当該分割測定光に異なる位相差を付与して干渉縞を発生させる偏光部と、前記分割測定光ごとに前記干渉縞を撮像する複数の撮像部と、撮像された前記複数の干渉縞に基づき、前記撮像部ごとに予め校正された干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を用いて、前記測定対象物の形状を測定する測定制御部と、を備える形状測定装置であって、前記光源は、発する光の波長を変えられる波長可変光源であり、前記測定制御部は、前記光源からの光の波長を変化させる光源制御部と、前記干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を予め校正する際に、前記撮像部ごとに前記光源の波長を変化させて取得された複数の干渉縞に基づき、当該バイアス、振幅および位相の各情報を校正する校正用制御部と、前記測定対象物の形状を測定する際に、前記撮像部で同時に取得され異なる位相差を付与された複数の干渉縞と、予め校正された前記バイアス、振幅および位相の各情報とに基づいて、前記測定対象物の形状情報を解析する解析部と、を有して構成され、当該形状測定装置は、前記参照光の光路長と前記試料光の光路長との光路差(Δl)を調整可能な光路差調整機構を備え、前記光路差(Δl)は、前記光源の波長(λ)を変化量(Δλ)だけ変化させた際の前記干渉縞の位相シフト量(2π/λ ×ΔlΔλ)が2π以上となるように、設定されている
ことを特徴とする。
The shape measuring apparatus of the present invention emits light that irradiates a measurement object, and a sample that is reflected from the measurement object and a light source that becomes a reference light without irradiating a part of the light to the measurement object A combining unit that superimposes the light and the reference light to obtain measurement light, a measurement light dividing unit that divides the measurement light into a plurality of divided measurement lights, and an optical axis of the divided measurement light, respectively. Based on the polarization unit that generates an interference fringe by giving a different phase difference to the divided measurement light, a plurality of imaging units that capture the interference fringe for each of the divided measurement light, and the plurality of captured interference fringes, A measurement control unit that measures the shape of the object to be measured using information on bias, amplitude, and phase of interference fringes calibrated in advance for each imaging unit, and the light source includes: , Wavelength that can change the wavelength of emitted light A variable light source, the measurement control unit, for each of the imaging unit, and a light source control unit that changes the wavelength of the light from the light source, and when calibrating each information of bias, amplitude and phase of the interference fringes in advance Based on a plurality of interference fringes obtained by changing the wavelength of the light source, a calibration control unit that calibrates each information of the bias, amplitude, and phase, and the imaging when measuring the shape of the measurement object An analysis unit that analyzes shape information of the measurement object based on a plurality of interference fringes simultaneously acquired by the unit and given different phase differences, and each information of the bias, amplitude, and phase calibrated in advance, The shape measuring apparatus includes an optical path difference adjustment mechanism capable of adjusting an optical path difference (Δl) between the optical path length of the reference light and the optical path length of the sample light, and the optical path difference (Δl ) Change the wavelength (λ) of the light source Phase shift of the interference fringes when only varied (Δλ) (2π / λ 2 × ΔlΔλ) is such that the above 2 [pi, characterized in that it is set.

ここで、本発明は、異なる位相差が付与された干渉縞を複数の撮像部で同時に撮像する同時撮像型の形状測定装置に関するものであり、形状測定装置としては、測定対象物に対して光を直角方向に照射するものでもよく、あるいは測定対象物に対して斜め方向から所定の入射角度で光を照射する、いわゆる斜入射干渉計でもよい。   Here, the present invention relates to a simultaneous imaging type shape measuring apparatus that simultaneously captures interference fringes with different phase differences with a plurality of imaging units. Or a so-called oblique incidence interferometer that irradiates light at a predetermined incident angle from an oblique direction to the measurement object.

この構成によれば、異なる位相差が付与された複数の干渉縞におけるバイアス、振幅および位相の各情報を、校正用のパラメータとして容易に取得することができ、異なる位相差が付与された干渉縞間のバイアスおよび振幅のばらつきや、干渉縞間の位相シフト量の設計値に対する偏差により発生する誤差を低減させて、測定精度の向上を図ることができ、第1の課題を解決できる。   According to this configuration, information on bias, amplitude, and phase in a plurality of interference fringes with different phase differences can be easily obtained as calibration parameters, and interference fringes with different phase differences are given. It is possible to reduce errors caused by deviations in the bias and amplitude between them and the deviation of the phase shift amount between the interference fringes from the design value, thereby improving the measurement accuracy and solving the first problem.

具体的には、複数の撮像部で取得される干渉縞は、それぞれ異なるバイアス、振幅および位相の特性を有しているので、撮像部ごとに、異なる波長の光による複数の干渉縞を取得することによって、干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報をそれぞれ個別に算出することができる。この際、光の波長を変えられる波長可変光源を用いているので、ユーザが、波長の変化量を適宜設定するだけで、バイアス、振幅および位相のパラメータを容易に校正できる。バイアス、振幅のばらつき、および、位相シフト量の偏差を小さくするのではないため、高精度な光学素子を用いて干渉光学系を構成しなくて済み、高価な装置を必要としない。また、高度な調整も必要としないので、第2の課題を解決できる。従って、高精度な測定装置において必要となる定期的な再調整作業を、ユーザ自身が実施できるようになり、再調整作業にかかる時間や費用を低減できる。   Specifically, since interference fringes acquired by a plurality of imaging units have different bias, amplitude, and phase characteristics, a plurality of interference fringes by light of different wavelengths are acquired for each imaging unit. Thus, each information of bias, amplitude and phase of the interference fringes can be calculated individually. At this time, since the variable wavelength light source capable of changing the wavelength of light is used, the user can easily calibrate the bias, amplitude and phase parameters only by appropriately setting the change amount of the wavelength. Since the bias, amplitude variation, and phase shift deviation are not reduced, an interference optical system need not be configured using a high-precision optical element, and an expensive apparatus is not required. In addition, since the advanced adjustment is not required, the second problem can be solved. Therefore, the user can perform the periodic readjustment work necessary for the high-precision measuring apparatus, and the time and cost required for the readjustment work can be reduced.

また、形状測定装置の経時変化や温度変化が生じた場合、あるいは、異なる面性状(材質など)の測定対象物を測定する場合に、新たに、干渉縞間のバイアスおよび振幅のばらつきや、干渉縞間の位相シフト量の偏差による誤差が生じたとしても、ユーザが使用環境において、定期的に、あるいは測定の直前に、パラメータの校正を容易に実施することができるので、測定精度を維持することができ、第3の課題を解決できる。   In addition, when the shape measuring device changes over time or temperature, or when measuring objects with different surface properties (materials, etc.), new variations in bias and amplitude between interference fringes and interference Even if an error due to the deviation of the phase shift amount between the fringes occurs, the user can easily calibrate the parameters periodically or immediately before the measurement in the usage environment, so that the measurement accuracy is maintained. And the third problem can be solved.

本発明の形状測定装置では、前記光源から前記測定対象物に照射される光の入射角を変更できる入射角度可変機構を備えていることが好ましい。   In the shape measuring apparatus of the present invention, it is preferable to include an incident angle variable mechanism that can change an incident angle of light emitted from the light source to the measurement object.

この構成によれば、入射角度可変機構によって、測定対象物に照射される光の入射角を変更できるので、撮像される干渉縞における隣り合う縞が表す高さ(縞感度)を変えることができ、測定対象物の形状に応じた測定を実施することができる。なお、入射角を変化させる際、測定対象物の測定面を光源からの光に対して所定角度だけ傾けてもよく、あるいは、測定対象物をそのままにして光源、撮像部などの干渉光学系を移動させてもよい。この際、入射角に応じて測定対象物からの試料光の強度が変化して、バイアスおよび振幅のばらつきや、干渉縞間の位相シフト量の偏差による誤差が生じる可能性がある。このような場合であっても、パラメータを容易に校正できるので、高精度な測定を維持できる。   According to this configuration, the incident angle of the light irradiated to the measurement object can be changed by the variable incident angle mechanism, so that the height (fringe sensitivity) represented by the adjacent fringes in the imaged interference fringes can be changed. Measurement according to the shape of the measurement object can be performed. When changing the incident angle, the measurement surface of the measurement object may be tilted by a predetermined angle with respect to the light from the light source, or an interference optical system such as a light source and an imaging unit may be provided with the measurement object as it is. It may be moved. At this time, the intensity of the sample light from the object to be measured changes according to the incident angle, and there is a possibility that errors due to variations in bias and amplitude and deviations in the phase shift amount between interference fringes may occur. Even in such a case, since the parameters can be easily calibrated, highly accurate measurement can be maintained.

本発明の形状測定装置では、前記参照光の光路長と前記試料光の光路長との光路差(Δl)は、前記光源の波長(λ)を変化量(Δλ)だけ変化させた際の前記干渉縞の位相シフト量(2π/λ×ΔlΔλ)が2π以上となるように、設定されていることが好ましい。 In the shape measuring apparatus of the present invention, the optical path difference (Δl) between the optical path length of the reference light and the optical path length of the sample light is obtained by changing the wavelength (λ) of the light source by a change amount (Δλ). It is preferable that the phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes is set to be 2π or more.

ここで、波長を変化させて得られる干渉縞の位相シフト量の範囲が2π以上であれば、校正の際の干渉縞の位相を1周期ぶん以上に変化させることができ、1周期ぶんの位相の範囲内で位相差の異なる複数の干渉縞を取得することができ、校正用のパラメータを最小2乗法により精度よく算出することができる。
この構成によれば、干渉縞の位相シフト量が2π以上となるように、光路差(Δl)を設定することで、波長可変光源として、例えば、比較的安価な半導体レーザを採用することができる。なお、半導体レーザを採用する際には、波長の変化による発光強度の変化を所定範囲内に抑えるため、波長の可変範囲を比較的狭くしなければならない点に注意を要する。しかし、このように使用可能な波長(λ)の変化量(Δλ)に制限がある場合であっても、干渉光学系の光路差(Δl)を適宜設定することで、干渉縞の位相シフト量(2π/λ×ΔlΔλ)を2π以上にすることができ、測定装置の校正を実施できる。従って、波長の変化による発光強度の変化の影響を受けずに、比較的安価な半導体レーザを採用できる。
Here, if the range of the phase shift amount of the interference fringes obtained by changing the wavelength is 2π or more, the phase of the interference fringes at the time of calibration can be changed by one period or more, and the phase of one period can be obtained. In this range, a plurality of interference fringes having different phase differences can be acquired, and calibration parameters can be calculated with high accuracy by the least square method.
According to this configuration, for example, a relatively inexpensive semiconductor laser can be employed as the wavelength variable light source by setting the optical path difference (Δl) so that the phase shift amount of the interference fringes is 2π or more. . When adopting a semiconductor laser, it is necessary to pay attention to the fact that the wavelength variable range must be relatively narrow in order to suppress the change in emission intensity due to the change in wavelength within a predetermined range. However, even when the change amount (Δλ) of the usable wavelength (λ) is limited in this way, the phase shift amount of the interference fringes can be set by appropriately setting the optical path difference (Δl) of the interference optical system. (2π / λ 2 × ΔlΔλ) can be set to 2π or more, and the measurement apparatus can be calibrated. Therefore, a relatively inexpensive semiconductor laser can be employed without being affected by the change in emission intensity due to the change in wavelength.

本発明の形状測定装置では、前記光路差を調整可能な光路差調整機構を備えていることが好ましい。
ここで、光路差調整機構としては、参照光または試料光の光路長を可変とする機構を用いてもよく、あるいは、参照光または試料光の光路上に光の速度を変化させる媒体を設置することで光路差を調整する機構でもよい。
The shape measuring apparatus of the present invention preferably includes an optical path difference adjusting mechanism capable of adjusting the optical path difference.
Here, as the optical path difference adjusting mechanism, a mechanism that makes the optical path length of the reference light or sample light variable may be used, or a medium that changes the speed of light is installed on the optical path of the reference light or sample light. Thus, a mechanism for adjusting the optical path difference may be used.

この構成によれば、光路差調整機構によって、光路差を任意の長さに調整することができる。光路差が一定の場合には、使用可能な波長可変光源が限定されたり、あるいは、使用する光源に対して構成する干渉光学系の設計上の制約が生じたりする場合があるが、本発明によれば、使用する光源の波長の変化量に応じて光路差を調整することによって、必要な干渉縞の位相シフト量(2π/λ×ΔlΔλ)が得られるので、波長可変光源の選択の自由度を高めることができる。 According to this configuration, the optical path difference can be adjusted to an arbitrary length by the optical path difference adjustment mechanism. When the optical path difference is constant, usable wavelength tunable light sources may be limited, or there may be restrictions on the design of the interference optical system configured for the light source to be used. Accordingly, by adjusting the optical path difference according to the change amount of the wavelength of the light source to be used, the necessary phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes can be obtained, so that the wavelength variable light source can be freely selected. The degree can be increased.

本発明の形状測定装置では、前記校正用制御部は、前記測定対象物を用いて取得される干渉縞に基づいて、前記バイアス、振幅および位相の各情報を予め校正することが好ましい。   In the shape measuring apparatus according to the aspect of the invention, it is preferable that the calibration control unit calibrates the bias, amplitude, and phase information in advance based on interference fringes acquired using the measurement object.

この構成によれば、測定対象物を用いてパラメータの校正をするので、同じ形状の複数の測定対象物を連続して測定する場合、1回目の形状測定の際に、形状の値および校正用のパラメータを同時に取得しておけば、その後の形状測定では、取得したパラメータをそのまま使用して、一度の同時撮像による形状測定を実施できる。   According to this configuration, since the parameter is calibrated using the measurement object, when measuring a plurality of measurement objects having the same shape continuously, the shape value and the calibration value are measured during the first shape measurement. If these parameters are acquired simultaneously, the subsequent shape measurement can use the acquired parameters as they are and perform shape measurement by one simultaneous imaging.

本発明の形状測定装置では、前記校正用制御部は、前記測定対象物と同じ材質の校正用基板を用いて取得される干渉縞に基づいて、前記バイアス、振幅および位相の各情報を予め校正することが好ましい。   In the shape measuring apparatus of the present invention, the calibration control unit calibrates the bias, amplitude, and phase information in advance based on interference fringes acquired using a calibration substrate made of the same material as the measurement object. It is preferable to do.

この構成によれば、測定対象物と同じ材質の校正用基板を用いてパラメータの校正をするので、より精度の高い校正を実施できる。   According to this configuration, since the parameters are calibrated using the calibration substrate made of the same material as that of the measurement object, more accurate calibration can be performed.

本発明の形状測定装置の校正方法では、測定対象物を照射する光を発するとともに、前記光の一部が前記測定対象物に照射されずに参照光となる光源と、前記参照光の光路長と前記試料光の光路長との光路差(Δl)を調整可能な光路差調整機構と、前記測定対象物から反射される試料光および前記参照光を重ね合わせて測定光とする合成部と、前記測定光を複数に分割して分割測定光とする測定光分割部と、前記分割測定光の光軸上にそれぞれ設けられ、当該分割測定光に異なる位相差を付与して干渉縞を発生させる偏光部と、前記分割測定光ごとに前記干渉縞を撮像する複数の撮像部と、撮像された前記複数の干渉縞に基づき、前記撮像部ごとに予め校正された干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を用いて、前記測定対象物の形状を測定する測定制御部と、を備える形状測定装置における前記バイアス、振幅および位相の各情報の校正方法であって、前記光源は、発する光の波長を変えられる波長可変光源であり、前記光路差(Δl)は、前記光源の波長(λ)を変化量(Δλ)だけ変化させた際の前記干渉縞の位相シフト量(2π/λ ×ΔlΔλ)が2π以上となるように、設定されており、前記光源からの光の波長の変化量を設定する設定工程と、設定された前記変化量で前記測定対象物を照射する照射工程と、前記波長の変化量ごとに発生する干渉縞を、前記複数の撮像部でそれぞれ撮像する撮像工程と、撮像された前記干渉縞に基づいて前記バイアス、振幅および位相の各情報を算出する算出工程と、を有して構成されることを特徴とする。 In the calibration method for a shape measuring apparatus according to the present invention, a light source that emits light for irradiating the measurement object and a reference light without irradiating a part of the light to the measurement object, and an optical path length of the reference light And an optical path difference adjustment mechanism capable of adjusting the optical path difference (Δl) between the sample light and the optical path length of the sample light, and a combining unit that superimposes the sample light reflected from the measurement object and the reference light to obtain measurement light, A measuring light splitting unit that splits the measuring light into a plurality of split measuring lights and an optical axis of the split measuring light, respectively, and gives different phase differences to the split measuring light to generate interference fringes. A polarization unit, a plurality of imaging units that capture the interference fringes for each of the divided measurement lights, and a bias, amplitude, and phase of interference fringes that are calibrated in advance for each imaging unit based on the plurality of captured interference fringes Using the information of, the shape of the measurement object Said bias, a method of calibrating the amplitude and phase each information in the shape measuring apparatus and a measurement control section for measuring, the light source is a wavelength-tunable light source for changing the wavelength of light emitted, the optical path difference (Δl) is set so that the phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes when the wavelength (λ) of the light source is changed by the change amount (Δλ ) is 2π or more. A setting step for setting the amount of change in the wavelength of light from the light source , an irradiation step for irradiating the measurement object with the set amount of change, and interference fringes generated for each amount of change in the wavelength, An imaging process for imaging each of the plurality of imaging units, and a calculation process for calculating each information of the bias, amplitude, and phase based on the captured interference fringes are configured. .

この構成によれば、前述と同様に、高価な装置を用いずに、干渉縞のバイアス、振幅および位相の情報を校正することが可能で、かつ、ユーザが使用環境において容易に校正でき、測定精度を向上させることができる。   According to this configuration, as described above, it is possible to calibrate the interference fringe bias, amplitude and phase information without using an expensive device, and the user can easily calibrate and measure in the usage environment. Accuracy can be improved.

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、後述する第2実施形態以降において、以下に説明する第1実施形態での構成部材と同じ構成部材および同様な機能を有する構成部材には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the second and later embodiments described later, the same reference numerals are given to the same components and the same members as the components in the first embodiment described below, and the description will be simplified or omitted. .

[第1実施形態]
図1は、本実施形態の形状測定装置1の全体構成図である。
図1に示すように、形状測定装置1は、主に、照射部10、検出部30および測定制御部40を備えて構成された、いわゆる斜入射干渉計である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a shape measuring apparatus 1 of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the shape measuring apparatus 1 is a so-called grazing incidence interferometer that mainly includes an irradiation unit 10, a detection unit 30, and a measurement control unit 40.

[干渉光学系の全体構成]
照射部10は、光源11と、レンズ12,13と、光束分割素子14と、偏光面を回転させる光学素子である1/2波長板15と、光束合成素子(合成部)16とを備える。ここで、光源11からの一部の光は、レンズ12,13、及び光束分割素子14を介して、測定対象物20の測定面の法線方向に所定角度をもって、照射されるように配置されている。第1実施形態においては、光源11から発せられる光Bの一部は、光束分割素子14で進路を変えて透過し、1/2波長板15に照射される。このように測定対象物20に照射されない光を参照光B1と呼ぶ。一方、光源からの光Bの一部は、光束分割素子14で進路を変えることなく透過し、測定対象物20に照射される。この測定対象物20からの反射光を試料光B2と呼ぶ。
[Overall configuration of interference optical system]
The irradiation unit 10 includes a light source 11, lenses 12 and 13, a light beam splitting element 14, a half-wave plate 15 that is an optical element that rotates a polarization plane, and a light beam combining element (synthesizing unit) 16. Here, a part of the light from the light source 11 is arranged so as to be irradiated at a predetermined angle in the normal direction of the measurement surface of the measurement object 20 via the lenses 12 and 13 and the light beam splitter 14. ing. In the first embodiment, a part of the light B emitted from the light source 11 is transmitted through the light beam splitting element 14 while changing its path, and is irradiated onto the half-wave plate 15. Thus, the light which is not irradiated to the measuring object 20 is called reference light B1. On the other hand, a part of the light B from the light source is transmitted through the light beam splitting element 14 without changing the course, and is irradiated onto the measurement object 20. The reflected light from the measurement object 20 is referred to as sample light B2.

検出部30は、1/4波長板31と、レンズ32と、三分割プリズム(測定光分割部)33と、複数の偏光板(偏光部)34A〜34Cと、複数の撮像部35A〜35Cとを備える。   The detection unit 30 includes a quarter wavelength plate 31, a lens 32, a three-divided prism (measurement light division unit) 33, a plurality of polarizing plates (polarization units) 34A to 34C, and a plurality of imaging units 35A to 35C. Is provided.

光源11から照射された光Bは、レンズ12,13を介して、平行光束として光束分割素子14に入射し、2つの光束に分割される。この分割された光束の一方は、測定対象物20の測定面に斜め方向から照射される。一方、光束分割素子14により分割された光束の他方(参照光B1)は、1/2波長板15により、通過前の偏光成分に直交する偏光成分に変換される。そして、この測定対象物20から反射された試料光B2と、光束分割素子14により分割された参照光B1とを光束合成素子16により重ね合わせる。ここで合成された光束を測定光B3と呼ぶ。測定光B3は、1/4波長板31により、右回り及び左回りの円偏光に変換される。円偏光となった測定光B3は、三分割プリズム33により3方向に分割される。ここで3方向に分割された光束を分割測定光と呼ぶ。分割測定光は、透過軸の方向を互いに異ならせて分割測定光の各光軸上に配置された偏光板34A〜34Cを通過して、互いに異なる位相差を付与される。この偏光板34A〜34Cにより、各分割測定光は、異なる位相差を付与(位相シフト)された干渉縞を発生する。この位相シフトされた干渉縞は、干渉縞画像として各撮像部35A〜35Cで撮像される。
そして、測定制御部は、撮像部35A〜35Cで取得される干渉縞画像に基づき測定対象物20の表面形状を測定する。
The light B emitted from the light source 11 enters the light beam splitting element 14 as a parallel light beam through the lenses 12 and 13 and is split into two light beams. One of the divided light beams is irradiated on the measurement surface of the measurement object 20 from an oblique direction. On the other hand, the other (reference light B1) of the light beam split by the light beam splitting element 14 is converted by the half-wave plate 15 into a polarization component orthogonal to the polarization component before passing. Then, the sample light B 2 reflected from the measurement object 20 and the reference light B 1 split by the light beam splitting element 14 are overlapped by the light beam combining element 16. The combined light beam is referred to as measurement light B3. The measurement light B3 is converted into clockwise and counterclockwise circularly polarized light by the quarter wavelength plate 31. The measurement light B <b> 3 that has become circularly polarized light is divided in three directions by the three-divided prism 33. Here, the light beam divided in three directions is referred to as divided measurement light. The divided measurement light passes through the polarizing plates 34A to 34C arranged on the optical axes of the divided measurement light with the transmission axes being different from each other, and is given different phase differences. Due to the polarizing plates 34A to 34C, each split measurement light generates interference fringes with different phase differences (phase shifts). The phase-shifted interference fringes are picked up by the image pickup sections 35A to 35C as interference fringe images.
And a measurement control part measures the surface shape of the measuring object 20 based on the interference fringe image acquired by the imaging parts 35A-35C.

以上のような干渉光学系の構成において、光源11には、異なる波長光を発する波長可変光源が採用されている。   In the configuration of the interference optical system as described above, the light source 11 employs a wavelength variable light source that emits light of different wavelengths.

[制御系の全体構成]
図2は、形状測定装置1の制御系の全体構成を示すブロック図である。
図2に示すように、測定制御部40は、主に、光源制御部41、校正用制御部42、パラメータ記憶部43、干渉縞解析部(解析部)44、および、解析された測定値を表示する測定データ表示部45を備えて構成されている。
[Overall configuration of control system]
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the control system of the shape measuring apparatus 1.
As shown in FIG. 2, the measurement control unit 40 mainly includes a light source control unit 41, a calibration control unit 42, a parameter storage unit 43, an interference fringe analysis unit (analysis unit) 44, and an analyzed measurement value. A measurement data display unit 45 to be displayed is provided.

光源制御部41は、光源11から発せられる光の波長を変化量Δλだけ変化させる。
校正用制御部42は、測定対象物20として所定の校正用基板20Aを用いて予め干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を校正する際に、各撮像部35A〜35Cで取得された干渉縞の強度情報に基づき、干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を各撮像部35A〜35Cの画素ごとに算出して、校正用のパラメータとしてパラメータ記憶部43に出力する。校正用基板20Aには、測定対象物20と同じ材質のものを用いる。なお、校正用制御部42は、光源11の波長をN回分変化させて、各所定の変化量Δλごとに干渉縞の強度情報を取得する。
パラメータ記憶部43は、算出されたパラメータの補正テーブルを作成して各撮像部35A〜35Cの画素ごとに記憶する。
干渉縞解析部44は、形状測定の際に、撮像部35A〜35Cで取得された干渉縞の強度情報に基づき、パラメータ記憶部43のパラメータを参照して、位相シフト法に準じた演算処理を実施し、測定対象物20の表面形状情報を解析する。そして、解析された測定データを測定データ表示部45へ出力する。
The light source control unit 41 changes the wavelength of the light emitted from the light source 11 by the change amount Δλ.
The calibration control unit 42 uses the predetermined calibration substrate 20 </ b> A as the measurement target 20 to calibrate the interference fringe bias, amplitude, and phase information in advance, and thus the interference acquired by the imaging units 35 </ b> A to 35 </ b> C. Based on the fringe intensity information, the interference fringe bias, amplitude, and phase information are calculated for each pixel of each of the imaging units 35A to 35C and output to the parameter storage unit 43 as calibration parameters. The calibration substrate 20A is made of the same material as that of the measurement object 20. The calibration control unit 42 changes the wavelength of the light source 11 N times, and acquires interference fringe intensity information for each predetermined change amount Δλ.
The parameter storage unit 43 creates a correction table for the calculated parameter and stores it for each pixel of each of the imaging units 35A to 35C.
The interference fringe analysis unit 44 refers to the parameters in the parameter storage unit 43 based on the interference fringe intensity information acquired by the imaging units 35A to 35C at the time of shape measurement, and performs arithmetic processing according to the phase shift method. It carries out and analyzes the surface shape information of the measuring object 20. Then, the analyzed measurement data is output to the measurement data display unit 45.

以上のような、制御系における干渉縞の撮像については、図1に示す電子計算機40Aおよび制御装置40Bを用いて光源11および撮像部35A〜35Cを操作するプログラムを実行することで、自動操作できるようになっている。   The interference fringe imaging in the control system as described above can be automatically operated by executing a program for operating the light source 11 and the imaging units 35A to 35C using the electronic computer 40A and the control device 40B shown in FIG. It is like that.

[パラメータの算出方法]
撮像部35A〜35Cで取得された干渉縞の強度情報に基づき、形状測定装置1のパラメータ(バイアス、振幅、位相シフト量)を算出する方法について説明する。
取得される干渉縞強度Ii(x,y,λ)は、式(1)により示される。なお、数式中の(x,y)の表示は、撮像部35A〜35Cの画素に対応する点をX-Y座標で表示したもので、この(x,y)が付された変数は、画素ごとの数値を示すものとする。また、λは、光源11の光の波長を表示し、iは、複数の撮像部35A〜35Cを区別する番号を示す。本実施形態では3台の撮像部35A〜35Cをi=1,2,3で示している。
[Parameter calculation method]
A method of calculating the parameters (bias, amplitude, phase shift amount) of the shape measuring apparatus 1 based on the interference fringe intensity information acquired by the imaging units 35A to 35C will be described.
The obtained interference fringe intensity Ii (x, y, λ) is expressed by equation (1). The display of (x, y) in the formula is a display of points corresponding to the pixels of the imaging units 35A to 35C in XY coordinates, and the variable to which (x, y) is attached is a pixel. Each numerical value shall be indicated. Further, λ represents the wavelength of light from the light source 11, and i represents a number for distinguishing the plurality of imaging units 35A to 35C. In the present embodiment, the three imaging units 35A to 35C are represented by i = 1, 2, 3.

Figure 0005480479
Figure 0005480479

ここで、Bi(x,y)は各画素のバイアス、Ai(x,y)は各画素の振幅を表している。Δl(x,y)については、図3を用いて説明する。
図3は、図1の部分拡大図である。上記の式(1)におけるΔl(x,y)は光路差を示し、図3にて光束分割素子14で分割されてから光束合成素子16で再び重ね合わされるまでの参照光B1の光路長l1と、試料光B2の光路長l2と(ここで、l2=l21+l22)との差を示す。δφi(x,y)は光学的に付与される干渉縞の位相シフト量で、本実施形態では三分割プリズム33と撮像部35A〜35Cとの間に配置される偏光板34A〜34Cによって付与される位相シフト量を表す。
Here, Bi (x, y) represents the bias of each pixel, and Ai (x, y) represents the amplitude of each pixel. Δl (x, y) will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. In the above equation (1), Δl (x, y) indicates an optical path difference, and the optical path length l of the reference light B1 from the splitting by the light beam splitting element 14 in FIG. The difference between 1 and the optical path length l 2 of the sample light B 2 (where l 2 = l 21 + l 22 ) is shown. δφi (x, y) is an optically applied phase shift amount of interference fringes. In this embodiment, δφi (x, y) is provided by polarizing plates 34A to 34C disposed between the three-divided prism 33 and the imaging units 35A to 35C. Represents the amount of phase shift.

波長λを変化量Δλjだけ僅かに変化させた際の干渉縞強度Iij(x,y,Δλj)は、式(2)により示される。   The interference fringe intensity Iij (x, y, Δλj) when the wavelength λ is slightly changed by the change amount Δλj is expressed by the equation (2).

Figure 0005480479
Figure 0005480479

ここで、jは、波長λを変化させる回数を示す。本実施形態では波長λをN回変化させてN枚の干渉縞を取得する。このN回の変化をj=1,2,…,Nで示している。
式(2)は、測定光B3の位相Fi(x,y)、および、波長λを所定単位量だけ変化させた場合の位相変化率G(x,y)を用いて、式(3)のように示すことができる。なお、測定光B3の位相Fi(x,y)は、光路差Δl(x,y)に基づく位相に位相シフト量δφi(x,y)を加算したものである。また、波長λの変化に基づく位相シフト量は、G(x,y)Δλjで表される。
Here, j indicates the number of times to change the wavelength λ. In this embodiment, N interference fringes are acquired by changing the wavelength λ N times. These N changes are indicated by j = 1, 2,.
Equation (2) is obtained by using the phase Fi (x, y) of the measurement light B3 and the phase change rate G (x, y) when the wavelength λ is changed by a predetermined unit amount. Can be shown as: The phase Fi (x, y) of the measurement light B3 is obtained by adding the phase shift amount δφi (x, y) to the phase based on the optical path difference Δl (x, y). The amount of phase shift based on the change in wavelength λ is represented by G (x, y) Δλj.

Figure 0005480479
Figure 0005480479

式(3)において、波長λを変化量Δλjだけ変化させると、干渉縞の位相がG(x,y)Δλjだけシフトするので、位相シフトさせた複数の干渉縞強度Iij(x,y,Δλj)を取得すれば、位相Fi(x,y)を算出することができる。このような方法を位相シフト法と呼んでいる。すなわち、撮像部35A〜35Cごとに複数の位相シフトされた干渉縞を取得すれば、各撮像部35A〜35Cごとの測定光B3における位相Fi(x,y)、バイアスBi(x,y)および振幅Ai(x,y)をそれぞれ独立に求めることができる。また、位相Fi(x,y)の相対的な位相シフト量を予め算出しておけば、個々の位相シフト量δφi(x,y)を容易に算出することもできる。   In Expression (3), when the wavelength λ is changed by the change amount Δλj, the phase of the interference fringes is shifted by G (x, y) Δλj. ), The phase Fi (x, y) can be calculated. Such a method is called a phase shift method. That is, if a plurality of phase-shifted interference fringes are acquired for each of the imaging units 35A to 35C, the phase Fi (x, y), the bias Bi (x, y) in the measurement light B3 for each of the imaging units 35A to 35C, and The amplitude Ai (x, y) can be obtained independently. Further, if the relative phase shift amount of the phase Fi (x, y) is calculated in advance, the individual phase shift amounts δφi (x, y) can be easily calculated.

次に、干渉縞のバイアスBi(x,y)、振幅Ai(x,y)および位相Fi(x,y)の具体的な算出方法を示す。
本発明では、波長λを変化させて、撮像部35A〜35Cごとに3枚以上の位相シフトされた干渉縞を取得すればよいが、本実施形態では、一例として、式(4)に示すように、波長λの変化に基づく位相シフト量G(x,y)Δλjが干渉縞の位相1周期分(2π)を等分割したN個の各点の値となるように設定された場合を説明する。
Next, a specific method for calculating the interference fringe bias Bi (x, y), amplitude Ai (x, y), and phase Fi (x, y) will be described.
In the present invention, it is only necessary to obtain three or more phase-shifted interference fringes for each of the imaging units 35A to 35C by changing the wavelength λ. In the present embodiment, as an example, as shown in Expression (4) Next, the case where the phase shift amount G (x, y) Δλj based on the change of the wavelength λ is set to be the value of each of N points obtained by equally dividing one phase (2π) of the interference fringes will be described. To do.

Figure 0005480479
Figure 0005480479

式(4)の条件の下、以下の計算を行うことにより、バイアスBi(x,y)、振幅Ai(x,y)および位相Fi(x,y)がそれぞれ算出される。以下の数式は、誤差による影響を抑え、測定精度を高めることを目的とした最小二乗法に基づくものである。   The bias Bi (x, y), amplitude Ai (x, y), and phase Fi (x, y) are calculated by performing the following calculation under the condition of the equation (4). The following formula is based on the least square method for the purpose of suppressing the influence of errors and increasing the measurement accuracy.

Figure 0005480479
Figure 0005480479

ここで、i=1の撮像部35Aにより取得される干渉縞の位相F(x,y)を測定対象物20の形状を算出するための基準位相とする。そして、形状測定装置1内にて光学的に付与される位相シフト量δφ(x,y),δφ(x,y)の代わりに位相F(x,y)と位相F(x,y)との差、および、位相F(x,y)と位相F(x,y)との差を算出し、i=1の撮像部35Aに対するi=2,3の撮像部35B,35Cの相対的な位相シフト量α(x,y),β(x,y)とする。 Here, the phase F 1 (x, y) of the interference fringes acquired by the imaging unit 35A with i = 1 is set as a reference phase for calculating the shape of the measurement object 20. Then, instead of the phase shift amounts δφ 2 (x, y) and δφ 3 (x, y) optically applied in the shape measuring apparatus 1, the phase F 2 (x, y) and the phase F 1 (x , y) and the difference between the phase F 3 (x, y) and the phase F 1 (x, y) are calculated, and the imaging unit 35B with i = 2, 3 with respect to the imaging unit 35A with i = 1. , 35C relative phase shift amounts α (x, y) and β (x, y).

Figure 0005480479
Figure 0005480479

ここで、位相シフト量δφ(x,y),δφ(x,y)の代わりに、相対的な位相シフト量α(x,y),β(x,y)を用いた場合には、位相シフト法により算出される位相F(x,y)に定数的に加算されるだけである。例えば、参照面に対する測定対象物20の相対形状を測定する場合には、その性質上、何ら問題が生じない。 Here, when relative phase shift amounts α (x, y) and β (x, y) are used instead of the phase shift amounts δφ 2 (x, y) and δφ 3 (x, y), And is only added to the phase F 1 (x, y) calculated by the phase shift method. For example, when measuring the relative shape of the measuring object 20 with respect to the reference surface, no problem arises due to its nature.

以上のようにして、測定装置のパラメータ(バイアスBi(x,y)、振幅Ai(x,y)、相対的な位相シフト量α(x,y),β(x,y))が算出される。このようなパラメータを算出することを校正と呼び、以降、具体的な形状測定装置1の校正方法について説明する。   As described above, the parameters (bias Bi (x, y), amplitude Ai (x, y), and relative phase shift amounts α (x, y), β (x, y)) of the measurement apparatus are calculated. The Calculation of such parameters is called calibration, and a specific calibration method for the shape measuring apparatus 1 will be described below.

[形状測定装置1の校正方法]
例えば、形状測定装置1においてパラメータの再測定が必要になった際、あるいは、定期的に校正を実施する際、次のようにしてパラメータの校正を行う。ここでは、測定対象物として校正用基板20A(図1)を用いる場合を説明する。
図4は、校正の手順を示すフローチャートである。
まず、校正用制御部42にて波長λの変化量Δλjを設定する(Δλjの設定工程、ステップ11、以下ステップを「S」と略す)。そして、光源制御部が変化量Δλjに応じて光源11を制御して、変化量Δλjの光を校正用基板20Aに照射する(照射工程S12)。
次に、発生した異なる位相差を付与された3枚の干渉縞を撮像部35A〜35Cが撮像する(撮像工程S13)。そして、干渉縞強度を検出し、校正用制御部42に出力する(強度情報の検出工程S14)。校正用制御部42にて次の変化量Δλjがあるかどうかを判定し(S15)、設定されたすべての変化量Δλjにて、Δλjの設定工程S11から強度情報の検出工程S14までを繰り返し実行する。このようにして、所定の波長λの変化量Δλjごとに、N枚の干渉縞を取得する。
次に、校正用制御部42にて取得した複数の干渉縞強度情報からパラメータを算出し(パラメータ算出工程S16)、パラメータ記憶部43に記憶させる(パラメータの記憶工程S17)。
これにより、パラメータの校正が完了する。
[Calibration method of shape measuring apparatus 1]
For example, when it is necessary to re-measure parameters in the shape measuring apparatus 1 or when calibration is performed periodically, the parameters are calibrated as follows. Here, a case where the calibration substrate 20A (FIG. 1) is used as a measurement object will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing a calibration procedure.
First, the change amount Δλj of the wavelength λ is set by the calibration control unit 42 (step of setting Δλj, step 11, hereinafter “step” is abbreviated as “S”). Then, the light source control unit controls the light source 11 according to the change amount Δλj, and irradiates the calibration substrate 20A with light of the change amount Δλj (irradiation step S12).
Next, the imaging units 35 </ b> A to 35 </ b> C image the three interference fringes to which the different phase differences are generated (imaging process S <b> 13). Then, the interference fringe intensity is detected and output to the calibration control unit 42 (intensity information detection step S14). The calibration control unit 42 determines whether or not there is the next change amount Δλj (S15), and repeatedly executes Δλj setting step S11 to intensity information detection step S14 for all the set change amounts Δλj. To do. In this way, N interference fringes are obtained for each change amount Δλj of the predetermined wavelength λ.
Next, parameters are calculated from a plurality of interference fringe intensity information acquired by the calibration control unit 42 (parameter calculation step S16), and stored in the parameter storage unit 43 (parameter storage step S17).
This completes parameter calibration.

[測定対象物の形状の測定方法]
校正用基板20Aの代わりに測定対象物20を設置して、干渉縞の測定を以下の手順で実施する。
図5は、形状測定の手順を示すフローチャートである。
まず、所定の波長λの光を測定対象物20に照射する(照射工程S21)。
次に、発生した異なる位相差を付与された3枚の干渉縞を撮像部35A〜35Cが撮像する(撮像工程S22)。そして、干渉縞強度を検出し、干渉縞解析部44に出力する(強度情報の検出工程S23)。
次に、干渉縞解析部44にて取得した3枚の干渉縞強度情報を、予め記憶してあるパラメータを参照して(パラメータの参照工程S24)、解析し、測定対象物20の形状情報となる光路差Δl(x,y)を算出する(形状算出工程S25)。
これにより、測定対象物20を形状測定が完了する。
[Method for measuring the shape of the measurement object]
The measurement object 20 is installed instead of the calibration substrate 20A, and interference fringes are measured according to the following procedure.
FIG. 5 is a flowchart showing the procedure of shape measurement.
First, the measurement object 20 is irradiated with light having a predetermined wavelength λ (irradiation step S21).
Next, the imaging units 35A to 35C image the three interference fringes to which the different phase differences are generated (imaging step S22). Then, the interference fringe intensity is detected and output to the interference fringe analysis unit 44 (intensity information detection step S23).
Next, the three pieces of interference fringe intensity information acquired by the interference fringe analysis unit 44 are analyzed with reference to parameters stored in advance (parameter reference step S24), and the shape information of the measurement object 20 and An optical path difference Δl (x, y) is calculated (shape calculation step S25).
Thereby, shape measurement of the measuring object 20 is completed.

なお、形状の具体的な演算方法については、特許第3766319号公報に記載されている方法を採用できる。   In addition, about the specific calculation method of a shape, the method described in the patent 3766319 is employable.

また、本実施形態の形状測定装置1には、光源11から測定対象物20に照射される光の入射角を変更できる入射角度可変機構(不図示)を備えている。この入射角度可変機構によって、測定対象物20に照射される光の入射角を変更できるので、撮像される干渉縞における隣り合う縞が表す高さ(縞感度)を変えることができ、測定対象物20の形状に応じた測定を実施することができる。なお、入射角を変化させる際、測定対象物20をそのままにして光源11、撮像部35A〜35Cなどの干渉光学系を移動させればよい。この際、入射角に応じて測定対象物20からの試料光B2の強度が変化して、バイアスおよび振幅のばらつきや、干渉縞間の位相シフト量の偏差による誤差が生じる可能性がある。このような場合であっても、パラメータを容易に校正できるので、高精度な測定を維持できる。   In addition, the shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes an incident angle variable mechanism (not shown) that can change the incident angle of the light emitted from the light source 11 to the measurement object 20. The incident angle variable mechanism can change the incident angle of the light applied to the measurement object 20, so that the height (fringe sensitivity) represented by adjacent fringes in the imaged interference fringe can be changed. Measurements according to 20 shapes can be performed. In addition, when changing an incident angle, what is necessary is just to move interference optical systems, such as the light source 11 and the imaging parts 35A-35C, leaving the measuring object 20 as it is. At this time, the intensity of the sample light B2 from the measurement object 20 changes according to the incident angle, and there may be an error due to variations in bias and amplitude, or deviations in the amount of phase shift between interference fringes. Even in such a case, since the parameters can be easily calibrated, highly accurate measurement can be maintained.

[光源および干渉光学系における光路差の選定について]
次に、本実施形態に適用可能な波長可変光源(光源11)および光路差Δlの選定方法について説明する。
光源11には、一般的に波長λの発振波長域と、その波長λの微小な変化量Δλの可変範囲である波長可変範囲との性能条件において種々のものがある。
本実施形態では、図3に示す所定の光路差Δl(x,y)の光学系に所定仕様の光源11を用いている。すなわち、波長λおよび変化量Δλを調整することによって、位相シフト量G(x,y)Δλを干渉縞の1周期分以上(2π以上)に設定可能な光源11を選定している。具体的には、式(6),式(7)中の正弦、余弦関数内の位相項である位相シフト量G(x,y)Δλ(=−2π/λ×Δl(x,y)Δλ)が、干渉縞の1周期分以上の位相(2π以上)になる発振波長域および波長可変範囲の性能を備えた光源11を、光路差Δl(x,y)に合わせて選定したものである。
[Selection of optical path difference in light source and interference optical system]
Next, a variable wavelength light source (light source 11) and a method for selecting the optical path difference Δl applicable to the present embodiment will be described.
There are various light sources 11 in terms of performance conditions of an oscillation wavelength region of wavelength λ and a wavelength variable range that is a variable range of minute change Δλ of wavelength λ.
In this embodiment, the light source 11 having a predetermined specification is used in the optical system having the predetermined optical path difference Δl (x, y) shown in FIG. That is, by adjusting the wavelength λ and the change amount Δλ, the light source 11 is selected that can set the phase shift amount G (x, y) Δλ to one period or more (2π or more) of the interference fringes. Specifically, the phase shift amount G (x, y) Δλ (= −2π / λ × Δl (x, y) Δλ, which is a phase term in the sine and cosine functions in the equations (6) and (7). ) Is selected according to the optical path difference Δl (x, y), with the light source 11 having the performance of the oscillation wavelength region and the wavelength variable range where the phase of the interference fringes is one cycle or more (2π or more). .

一方、使用する光源11の性能に合わせて干渉光学系を設計してもよい。例えば、光源11の性能に応じた光路差Δlを設定して、その光路差Δlを有する干渉光学系を形成してもよい。このようにすれば、既存の光源11を用いて本実施形態の形状測定装置1を構成することができる。   On the other hand, the interference optical system may be designed according to the performance of the light source 11 to be used. For example, an optical path difference Δl corresponding to the performance of the light source 11 may be set to form an interference optical system having the optical path difference Δl. If it does in this way, the shape measuring apparatus 1 of this embodiment can be comprised using the existing light source 11. FIG.

適用可能な光源11の特性、および、適用可能な光路差Δlの設定値についての具体的な選定方法を図6〜図8を参照して説明する。
図6〜図8は、光源11の波長λを450,650,780nmとした場合の、光路差Δl(x,y)ごとの波長λの変化量Δλに対する干渉縞の位相(位相シフト量G(x,y)Δλ)の関係を示すグラフである。
これらの図中において、位相シフト量G(x,y)Δλが2π以上変化するような、光源11あるいは光路差Δlを有する干渉光学系を選定すれば、式(4)を満たす位相シフト量G(x,y)Δλjを設定でき、本実施形態の方法での校正を実施できる。
A specific selection method for the applicable characteristics of the light source 11 and the set value of the applicable optical path difference Δl will be described with reference to FIGS.
6 to 8 show the interference fringe phase (phase shift amount G () with respect to the change amount Δλ of the wavelength λ for each optical path difference Δl (x, y) when the wavelength λ of the light source 11 is 450, 650, 780 nm. It is a graph which shows the relationship of x, y) (DELTA) (lambda).
In these drawings, if a light source 11 or an interference optical system having an optical path difference Δl such that the phase shift amount G (x, y) Δλ changes by 2π or more is selected, the phase shift amount G satisfying the equation (4) is satisfied. (x, y) Δλj can be set, and calibration by the method of this embodiment can be performed.

例えば、図6において、光路差Δlが5mmの干渉光学系を用いる場合、波長の変化量Δλが略0.042nm以上である光源を選定すればよい。これに対して、光路差Δlが20mmの干渉光学系であれば、波長λの変化量Δλが略0.01nm以上である光源を選定すればよい。図6〜図8を比較すると分かるように、光源の波長λが大きいほど、同じ光路差Δlを用いる場合に必要な光源の波長λの変化量Δλが大きくなり、変化量Δλの可変範囲の大きい光源が必要となる。   For example, in FIG. 6, when an interference optical system having an optical path difference Δl of 5 mm is used, a light source having a wavelength change amount Δλ of approximately 0.042 nm or more may be selected. On the other hand, if the interference optical system has an optical path difference Δl of 20 mm, a light source having a change amount Δλ of wavelength λ of approximately 0.01 nm or more may be selected. 6 to 8, as the wavelength λ of the light source is larger, the amount of change Δλ of the wavelength λ of the light source required when the same optical path difference Δl is used becomes larger, and the variable range of the amount of change Δλ is larger. A light source is required.

本実施形態では、光源11として比較的安価に入手できる半導体レーザを用いている。半導体レーザは、負荷電流を可変にするだけで発振波長を変えられる簡単な装置構成である。しかし、半導体レーザでは、発光強度が大きく変化しないですむ波長λの可変範囲は、比較的狭く、例えば、波長λが686nmの場合に、0.005nm〜0.01nm程度である。光源11の波長λの変化量Δλが0.005nm〜0.01nm程度である場合に、式(4)を満たす光路差Δlは、47mm〜94mm程度となる。従って、光路差Δlが47mm〜94mm以上となるように干渉光学系を設定すれば、半導体レーザの負荷電流を適度に変化させるだけで、必要な位相シフト量G(x,y)Δλjが得られ、前述の位相シフト法による形状測定装置1の校正を簡単に実施できる。   In the present embodiment, a semiconductor laser that is available at a relatively low cost is used as the light source 11. The semiconductor laser has a simple device configuration in which the oscillation wavelength can be changed simply by changing the load current. However, in the semiconductor laser, the variable range of the wavelength λ that does not greatly change the emission intensity is relatively narrow, for example, about 0.005 nm to 0.01 nm when the wavelength λ is 686 nm. When the change amount Δλ of the wavelength λ of the light source 11 is about 0.005 nm to 0.01 nm, the optical path difference Δl satisfying the equation (4) is about 47 mm to 94 mm. Accordingly, if the interference optical system is set so that the optical path difference Δl is 47 mm to 94 mm or more, the necessary phase shift amount G (x, y) Δλj can be obtained only by appropriately changing the load current of the semiconductor laser. The shape measuring apparatus 1 can be easily calibrated by the above-described phase shift method.

また、半導体レーザは、発振波長の温度依存特性を有しており、温度変化に対する波長λの変化量Δλは、例えば、半導体ダイオードDL-6148-030(鳥取三洋電機株式会社製)の場合、約0.15nm/℃となっている。温度変化によって波長λが変化した場合でも、発光強度を所定範囲の変化量内に抑えることができるので、半導体レーザに温度変化を与えて波長λを変化させる方法を本実施形態の校正方法に適用させることができる。
具体的には、波長λが638nmの半導体レーザを使用する場合、半導体レーザの温度を0.5℃だけ変化させれば、波長λが0.075nmぶん変化する。波長λの変化量Δλを0.075nmの場合に、位相シフト量G(x,y)Δλを2π以上にするには、光路差Δlを5.4mmに設定する必要がある。従って、図3に示す参照光B1の光路長lと試料光B2の光路長lとを調整して光路差Δlが5.4mmとなる干渉光学系を構成することで、温度変化によって波長λを変化させる方法を実施できる。
Further, the semiconductor laser has a temperature-dependent characteristic of the oscillation wavelength, and the amount of change Δλ of the wavelength λ with respect to the temperature change is about, for example, in the case of the semiconductor diode DL-6148-030 (manufactured by Tottori Sanyo Electric Co., Ltd.). It is 0.15 nm / ° C. Even when the wavelength λ changes due to a temperature change, the emission intensity can be suppressed within a predetermined amount of change, so the method of changing the wavelength λ by changing the temperature of the semiconductor laser is applied to the calibration method of this embodiment. Can be made.
Specifically, when using a semiconductor laser having a wavelength λ of 638 nm, if the temperature of the semiconductor laser is changed by 0.5 ° C., the wavelength λ changes by 0.075 nm. When the change amount Δλ of the wavelength λ is 0.075 nm, the optical path difference Δl needs to be set to 5.4 mm in order to make the phase shift amount G (x, y) Δλ 2π or more. Therefore, by adjusting the optical path length l 1 of the reference light B 1 and the optical path length l 2 of the sample light B 2 shown in FIG. 3, an interference optical system in which the optical path difference Δl is 5.4 mm is formed, so that the wavelength varies depending on the temperature change. A method of changing λ can be implemented.

なお、光源11としては半導体レーザに限定されるものではなく、外部共振器型の波長可変レーザなどを採用してもよい。外部共振器型の波長可変レーザでは、例えば、TLB-6300シリーズ(New Focus社製)を採用することができ、レーザ光の波長λが638nmで、波長の変化量Δλが0.1nmであれば、位相シフト量G(x,y)Δλを2π以上にするには、光路差Δlを4.2mmに設定する必要がある。   The light source 11 is not limited to a semiconductor laser, and an external resonator type wavelength variable laser or the like may be employed. In the external resonator type tunable laser, for example, the TLB-6300 series (manufactured by New Focus) can be adopted, and the wavelength λ of the laser light is 638 nm, and the wavelength variation Δλ is 0.1 nm. In order to set the phase shift amount G (x, y) Δλ to 2π or more, it is necessary to set the optical path difference Δl to 4.2 mm.

[本実施形態による効果]
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
(1)異なる位相差(位相シフト量δφ)が付与された複数の干渉縞におけるバイアス、振幅および位相の各情報を、校正用のパラメータとして容易に取得することができ、干渉縞間のバイアスおよび振幅のばらつきや、干渉縞間の位相シフト量の設計値に対する偏差により発生する誤差を低減させて、測定精度の向上を図ることができる。具体的には、撮像部35A〜35Cごとに、異なる波長λの光による複数の干渉縞を取得することによって、干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報をそれぞれ個別に算出することができる。この際、光の波長λを変えられる波長可変光源を用いているので、バイアス、振幅および位相のパラメータを容易に校正できる。よって、高精度な光学素子を用いて干渉光学系を構成しなくて済み、高価な装置を必要とせず、また、高度な調整も必要としない。従って、高精度な測定装置において必要となる定期的な再調整作業を、ユーザ自身が実施できるようになり、また、再調整(校正)のためだけに必要な装置を用意する必要がなく、再調整作業にかかる時間や費用を低減できる。
[Effects of this embodiment]
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
(1) Information on bias, amplitude, and phase in a plurality of interference fringes to which different phase differences (phase shift amounts δφ) are given can be easily obtained as calibration parameters. Measurement accuracy can be improved by reducing errors caused by variations in amplitude and a deviation of the phase shift amount between interference fringes from the design value. Specifically, by acquiring a plurality of interference fringes with light of different wavelengths λ for each of the imaging units 35A to 35C, each information on the bias, amplitude, and phase of the interference fringes can be individually calculated. At this time, since the wavelength tunable light source capable of changing the wavelength λ of light is used, the bias, amplitude and phase parameters can be easily calibrated. Therefore, it is not necessary to construct an interference optical system using a high-precision optical element, and an expensive apparatus is not required, and advanced adjustment is not required. Therefore, it becomes possible for the user himself to carry out periodic readjustment work necessary for a high-precision measuring device, and it is not necessary to prepare a device necessary only for readjustment (calibration). Time and cost for adjustment work can be reduced.

(2)形状測定装置1の経時変化や測定環境の温度変化が生じた場合、あるいは、異なる面性状(材質など)の測定対象物20を測定する場合に、新たに、干渉縞間のバイアスおよび振幅のばらつきや、干渉縞間の位相シフト量の偏差による誤差が生じたとしても、ユーザが使用環境において、定期的に、あるいは測定の直前に、パラメータの校正を容易に実施することができるので、測定精度を維持することができる。 (2) When a change with time of the shape measuring apparatus 1 or a change in temperature of the measurement environment occurs, or when measuring a measurement object 20 having a different surface property (such as a material), a new bias between interference fringes and Even if there is an error due to variations in amplitude or deviations in the amount of phase shift between interference fringes, the user can easily calibrate parameters in the usage environment regularly or immediately before measurement. Measurement accuracy can be maintained.

(3)使用可能な波長λの変化量Δλに制限がある場合であっても、干渉光学系の光路差Δlを適宜設定することで、干渉縞の位相シフト量(2π/λ×ΔlΔλ)を2π以上にすることができ、形状測定装置1の校正を実施できる。従って、波長λの変化による発光強度の変化の影響を受けずに、比較的安価な半導体レーザを採用できる。 (3) Even when the change amount Δλ of the usable wavelength λ is limited, the phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes can be set by appropriately setting the optical path difference Δl of the interference optical system. Can be made 2π or more, and the shape measuring apparatus 1 can be calibrated. Therefore, a relatively inexpensive semiconductor laser can be employed without being affected by the change in emission intensity due to the change in wavelength λ.

(4)測定対象物20と同じ材質の校正用基板20Aを用いてパラメータの校正をするので、より精度の高い校正を実施できる。 (4) Since the parameters are calibrated using the calibration substrate 20A made of the same material as the measurement object 20, more accurate calibration can be performed.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る形状測定装置1Aについて図面に基づいて説明する。前述の第1実施形態の形状測定装置1では、構成した干渉光学系(光路差Δlなど)に対して使用可能な波長可変光源11が限定されたり、あるいは、使用する光源11に対して構成する干渉光学系の設計上の制約が生じたりする場合がある。これに対して本実施形態の形状測定装置1Aでは、使用する光源11の波長λの変化量Δλに応じて、光路差Δlが調整可能に構成されており、使用可能な波長可変光源11の選択の自由度を高めることができるようになっている。
[Second Embodiment]
Next, a shape measuring apparatus 1A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the shape measuring apparatus 1 of the first embodiment described above, the wavelength tunable light source 11 that can be used for the configured interference optical system (such as the optical path difference Δl) is limited or configured for the light source 11 to be used. In some cases, there are restrictions on the design of the interference optical system. On the other hand, in the shape measuring apparatus 1A of the present embodiment, the optical path difference Δl is configured to be adjustable according to the change amount Δλ of the wavelength λ of the light source 11 to be used, and the usable wavelength variable light source 11 is selected. The degree of freedom can be increased.

図9は、形状測定装置1Aを示す全体構成図である。
図9に示すように、参照光B1の光軸上に、光路差調整機構としての光路長可変部50が設けられている。光路長可変部50は、一対のミラー51,52および可動型直角ミラー53を有する。可動型直角ミラー53は、直交する2枚の反射面を有し、入射光に対し平行な反射光を形成するようになっている。光源側の光束分割素子14からの参照光B1は、一方のミラー51により可動型直角ミラー53へ反射され、さらに可動型直角ミラー53にて他方のミラー52に向かって反射される。そして他方のミラー52で反射された参照光B1は、光束合成素子16に入射する。このように光路長可変部50によって参照光B1の遅延光路が形成され、かつ、遅延光路の光路長を可変にすることができる。つまり、可動型直角ミラー53を任意の位置に移動させることで、光路差Δlを任意の長さに調整することができる。
なお、光路長可変部50を試料光B2の光路上に配置しても同様の効果が得られる。
FIG. 9 is an overall configuration diagram showing the shape measuring apparatus 1A.
As shown in FIG. 9, an optical path length variable unit 50 as an optical path difference adjusting mechanism is provided on the optical axis of the reference light B1. The optical path length variable unit 50 includes a pair of mirrors 51 and 52 and a movable right-angle mirror 53. The movable right-angle mirror 53 has two reflecting surfaces orthogonal to each other, and forms reflected light parallel to incident light. The reference light B 1 from the light beam splitting element 14 on the light source side is reflected by the one mirror 51 to the movable right-angle mirror 53, and further reflected by the movable right-angle mirror 53 toward the other mirror 52. Then, the reference light B 1 reflected by the other mirror 52 enters the light beam combining element 16. Thus, the optical path length variable unit 50 forms the delayed optical path of the reference light B1, and the optical path length of the delayed optical path can be made variable. That is, the optical path difference Δl can be adjusted to an arbitrary length by moving the movable right-angle mirror 53 to an arbitrary position.
The same effect can be obtained even if the optical path length variable unit 50 is arranged on the optical path of the sample light B2.

このような本実施形態によれば、前記(1)〜(4)の効果と略同様の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
(5)形状測定装置1Aが光路長可変部50を備えることで、光路差Δlを任意の長さに調整することができ、光源11において使用可能な波長λの変化量Δλに制限がある場合であっても、干渉光学系の光路差Δlを適宜変更することで、干渉縞の位相シフト量(2π/λ×ΔlΔλ)を2π以上にすることができ、形状測定装置1Aの校正を実施できる。例えば、一旦構成した干渉光学系に対して、使用可能な波長可変光源11の選択の自由度を高めることができる。
According to this embodiment, in addition to the effects substantially the same as the effects (1) to (4), the following effects can be achieved.
(5) When the shape measuring apparatus 1A includes the optical path length variable unit 50, the optical path difference Δl can be adjusted to an arbitrary length, and the change amount Δλ of the wavelength λ usable in the light source 11 is limited. Even so, by appropriately changing the optical path difference Δl of the interference optical system, the phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes can be made 2π or more, and the shape measuring apparatus 1A is calibrated. it can. For example, the freedom degree of selection of the wavelength variable light source 11 which can be used with respect to the once constructed interference optical system can be increased.

[本発明の変形例]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、パラメータ(バイアス、振幅、位相シフト量)の情報を予め算出する際に、測定対象物の代わりに校正用基板を使用する方法を説明したが、測定対象物をそのまま使用してパラメータを算出しても構わない。
[Modification of the present invention]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the method of using the calibration substrate instead of the measurement object when calculating the parameter (bias, amplitude, phase shift amount) information in advance has been described. You may use it to calculate the parameters.

また、同じ測定対象物を複数回測定する場合、あるいは同じ形状の複数の測定対象物を連続して測定する場合、1回目の形状測定の際に、形状の値および校正用のパラメータを同時に取得しておけば、その後の形状測定では、取得したパラメータをそのまま使用して、一度の同時撮像による形状測定を実施できる。   Also, when measuring the same measurement object multiple times, or when measuring multiple measurement objects of the same shape continuously, the shape value and calibration parameters are acquired simultaneously during the first shape measurement. Then, in the subsequent shape measurement, the acquired parameters can be used as they are, and the shape measurement by one simultaneous imaging can be performed.

また、前記各実施形態では、波長可変光源として半導体レーザ、外部共振器型の波長可変レーザなどを説明したが、波長の変化量Δλおよび光路差Δlの設定によって、位相シフト量G(x,y)Δλを2π以上に調整できる光源であればよく、発振および波長可変の原理や方法に限定されるものではない。   In each of the above embodiments, a semiconductor laser, an external resonator type wavelength tunable laser, or the like has been described as the wavelength tunable light source. However, the phase shift amount G (x, y) is set by setting the wavelength variation Δλ and the optical path difference Δl. The light source can be adjusted so that Δλ can be adjusted to 2π or more, and is not limited to the principle and method of oscillation and wavelength tuning.

また、前記各実施形態では、式(4)に示すように、波長の変化に基づく位相シフト量が干渉縞の位相1周期分を等分割したN個の各点の値となるように設定された場合を説明したが、少なくとも3個の点を設定し、少なくとも3枚の位相シフトされた干渉縞を取得すれば、パラメータを算出できる。また、波長の変化に基づく位相シフト量としては、干渉縞の位相1周期分を等分割する場合に限らず、少なくとも位相1周期分の中の任意の3点を設定すればよい。   Further, in each of the above embodiments, as shown in Expression (4), the phase shift amount based on the wavelength change is set to be the value of each of N points obtained by equally dividing one phase of the interference fringe. However, if at least three points are set and at least three phase-shifted interference fringes are acquired, the parameters can be calculated. Further, the phase shift amount based on the change in wavelength is not limited to the case of equally dividing one phase of the interference fringe, and any three points in at least one phase cycle may be set.

本発明の形状測定装置としては、斜入射干渉計に限らず、測定対象物に直角方向に光を照射する干渉計でもよい。
また、前記各実施形態では、入射角度可変機構を備えた形状測定装置について説明したが、本発明の形状測定装置としては、必ずしも、入射角度可変機構を必要としない。
The shape measuring apparatus of the present invention is not limited to an oblique incidence interferometer, and may be an interferometer that irradiates light in a direction perpendicular to a measurement object.
In each of the above embodiments, the shape measuring device provided with the incident angle varying mechanism has been described. However, the shape measuring device of the present invention does not necessarily require the incident angle varying mechanism.

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
In addition, the best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed above, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described with particular reference to certain specific embodiments, but without departing from the spirit and scope of the invention, Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of material, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such is included in this invention.

本発明は、同時撮像型干渉計を用いた形状測定装置に利用できる。   The present invention can be used for a shape measuring apparatus using a simultaneous imaging interferometer.

本発明の第1実施形態に係る形状測定装置を示す全体構成図。The whole block diagram which shows the shape measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 前記形状測定装置の制御系の全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of the control system of the said shape measuring apparatus. 図1における前記形状測定装置の部分拡大図。The elements on larger scale of the said shape measuring apparatus in FIG. 前記形状測定装置の校正の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of calibration of the said shape measuring apparatus. 前記形状測定装置の形状測定の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the shape measurement of the said shape measuring apparatus. 前記形状測定装置の光源の波長を450nmとした場合の、波長の変化量に対する干渉縞の位相シフト量の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship of the phase shift amount of an interference fringe with respect to the variation | change_quantity of a wavelength when the wavelength of the light source of the said shape measuring apparatus is 450 nm. 図6において光源の波長を650nmとした場合のグラフ。7 is a graph when the wavelength of the light source is 650 nm in FIG. 図7において光源の波長を780nmとした場合のグラフ。8 is a graph when the wavelength of the light source is 780 nm in FIG. 本発明の第2実施形態に係る形状測定装置を示す全体構成図。The whole block diagram which shows the shape measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A…形状測定装置
11…光源(波長可変光源)
16…光束合成素子(合成部)
20…測定対象物
20A…校正用基板
33…三分割プリズム(測定光分割部)
34A〜34C…偏光板(偏光部)
35A〜35C…撮像部
40…測定制御部
41…光源制御部
42…校正用制御部
44…干渉縞解析部(解析部)
50…光路長可変部(光路差調整機構)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Shape measuring apparatus 11 ... Light source (wavelength variable light source)
16 ... Light beam synthesis element (synthesis unit)
20 ... Measurement object 20A ... Calibration substrate 33 ... Three-divided prism (measurement beam splitting section)
34A to 34C: Polarizing plate (polarizing part)
35A to 35C ... Imaging unit 40 ... Measurement control unit 41 ... Light source control unit 42 ... Calibration control unit 44 ... Interference fringe analysis unit (analysis unit)
50: Optical path length variable section (optical path difference adjusting mechanism).

Claims (5)

測定対象物を照射する光を発するとともに、前記光の一部が前記測定対象物に照射されずに参照光となる光源と、
前記測定対象物から反射される試料光および前記参照光を重ね合わせて測定光とする合成部と、
前記測定光を複数に分割して分割測定光とする測定光分割部と、
前記分割測定光の光軸上にそれぞれ設けられ、当該分割測定光に異なる位相差を付与して干渉縞を発生させる偏光部と、
前記分割測定光ごとに前記干渉縞を撮像する複数の撮像部と、
撮像された前記複数の干渉縞に基づき、前記撮像部ごとに予め校正された干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を用いて、前記測定対象物の形状を測定する測定制御部と、を備える形状測定装置であって、
前記光源は、発する光の波長を変えられる波長可変光源であり、
前記測定制御部は、
前記光源からの光の波長を変化させる光源制御部と、
前記干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を予め校正する際に、前記撮像部ごとに前記光源の波長を変化させて取得された複数の干渉縞に基づき、当該バイアス、振幅および位相の各情報を校正する校正用制御部と、
前記測定対象物の形状を測定する際に、前記撮像部で同時に取得され異なる位相差を付与された複数の干渉縞と、予め校正された前記バイアス、振幅および位相の各情報とに基づいて、前記測定対象物の形状情報を解析する解析部と、を有して構成され、
当該形状測定装置は、前記参照光の光路長と前記試料光の光路長との光路差(Δl)を調整可能な光路差調整機構を備え、
前記光路差(Δl)は、前記光源の波長(λ)を変化量(Δλ)だけ変化させた際の前記干渉縞の位相シフト量(2π/λ ×ΔlΔλ)が2π以上となるように、設定されている
ことを特徴とする形状測定装置。
A light source that emits light that irradiates the measurement object, and a part of the light that becomes the reference light without being irradiated to the measurement object;
A combining unit that superimposes the sample light reflected from the measurement object and the reference light to form measurement light;
A measurement light dividing unit that divides the measurement light into a plurality of divided measurement lights; and
A polarization unit that is provided on each of the optical axes of the divided measurement lights and generates interference fringes by giving different phase differences to the divided measurement lights;
A plurality of imaging units for imaging the interference fringes for each of the divided measurement lights;
A measurement control unit that measures the shape of the measurement object using each information of bias, amplitude, and phase of the interference fringe calibrated in advance for each imaging unit based on the plurality of captured interference fringes; A shape measuring device comprising:
The light source is a wavelength tunable light source capable of changing the wavelength of emitted light,
The measurement control unit
A light source controller that changes the wavelength of light from the light source;
When each information of bias, amplitude, and phase of the interference fringe is calibrated in advance, each of the bias, amplitude, and phase is based on a plurality of interference fringes obtained by changing the wavelength of the light source for each imaging unit. A calibration control unit for calibrating information;
When measuring the shape of the measurement object, based on a plurality of interference fringes simultaneously acquired by the imaging unit and given different phase differences, and each information of the bias, amplitude and phase calibrated in advance, An analysis unit for analyzing shape information of the measurement object ,
The shape measuring apparatus includes an optical path difference adjustment mechanism capable of adjusting an optical path difference (Δl) between the optical path length of the reference light and the optical path length of the sample light,
The optical path difference (Δl) is such that the phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes when the wavelength (λ) of the light source is changed by a change amount (Δλ ) is 2π or more. A shape measuring device characterized by being set .
請求項1に記載の形状測定装置において、
前記光源から前記測定対象物に照射される光の入射角を変更できる入射角度可変機構を備えていることを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring apparatus according to claim 1,
A shape measuring apparatus comprising an incident angle variable mechanism capable of changing an incident angle of light emitted from the light source to the measurement object.
請求項1または請求項に記載の形状測定装置において、
前記校正用制御部は、前記測定対象物を用いて取得される干渉縞に基づいて、前記バイアス、振幅および位相の各情報を予め校正することを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring device according to claim 1 or 2 ,
The shape measuring apparatus, wherein the calibration control unit calibrates the bias, amplitude, and phase information in advance based on interference fringes acquired using the measurement object.
請求項1から請求項のいずれかに記載の形状測定装置において、
前記校正用制御部は、前記測定対象物と同じ材質の校正用基板を用いて取得される干渉縞に基づいて、前記バイアス、振幅および位相の各情報を予め校正する
ことを特徴とする形状測定装置。
In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 3 ,
The calibration control unit calibrates the bias, amplitude, and phase information in advance based on interference fringes acquired using a calibration substrate made of the same material as the measurement object. apparatus.
測定対象物を照射する光を発するとともに、前記光の一部が前記測定対象物に照射されずに参照光となる光源と、
前記参照光の光路長と前記試料光の光路長との光路差(Δl)を調整可能な光路差調整機構と、
前記測定対象物から反射される試料光および前記参照光を重ね合わせて測定光とする合成部と、
前記測定光を複数に分割して分割測定光とする測定光分割部と、
前記分割測定光の光軸上にそれぞれ設けられ、当該分割測定光に異なる位相差を付与して干渉縞を発生させる偏光部と、
前記分割測定光ごとに前記干渉縞を撮像する複数の撮像部と、
撮像された前記複数の干渉縞に基づき、前記撮像部ごとに予め校正された干渉縞のバイアス、振幅および位相の各情報を用いて、前記測定対象物の形状を測定する測定制御部と、を備える形状測定装置における前記バイアス、振幅および位相の各情報の校正方法であって、
前記光源は、発する光の波長を変えられる波長可変光源であり、
前記光路差(Δl)は、前記光源の波長(λ)を変化量(Δλ)だけ変化させた際の前記干渉縞の位相シフト量(2π/λ ×ΔlΔλ)が2π以上となるように、設定されており、
前記光源からの光の波長の変化量を設定する設定工程と、
設定された前記変化量で前記測定対象物を照射する照射工程と、
前記波長の変化量ごとに発生する干渉縞を、前記複数の撮像部でそれぞれ撮像する撮像工程と、
撮像された前記干渉縞に基づいて前記バイアス、振幅および位相の各情報を算出する算出工程と、を有して構成されることを特徴とする形状測定装置の校正方法。
A light source that emits light that irradiates the measurement object, and a part of the light that becomes the reference light without being irradiated to the measurement object;
An optical path difference adjustment mechanism capable of adjusting an optical path difference (Δl) between the optical path length of the reference light and the optical path length of the sample light;
A combining unit that superimposes the sample light reflected from the measurement object and the reference light to form measurement light;
A measurement light dividing unit that divides the measurement light into a plurality of divided measurement lights; and
A polarization unit that is provided on each of the optical axes of the divided measurement lights and generates interference fringes by giving different phase differences to the divided measurement lights;
A plurality of imaging units for imaging the interference fringes for each of the divided measurement lights;
A measurement control unit that measures the shape of the measurement object using each information of bias, amplitude, and phase of the interference fringe calibrated in advance for each imaging unit based on the plurality of captured interference fringes; A calibration method for each information of the bias, amplitude and phase in a shape measuring apparatus comprising:
The light source is a wavelength tunable light source capable of changing the wavelength of emitted light,
The optical path difference (Δl) is such that the phase shift amount (2π / λ 2 × ΔlΔλ) of the interference fringes when the wavelength (λ) of the light source is changed by a change amount (Δλ ) is 2π or more. Is set,
A setting step for setting the amount of change in the wavelength of light from the light source;
An irradiation step of irradiating the measurement object with the set amount of change;
An imaging step of imaging the interference fringes generated for each change amount of the wavelength with the plurality of imaging units,
A calibration step for calculating the bias, amplitude and phase information based on the captured interference fringes.
JP2008201045A 2008-08-04 2008-08-04 Shape measuring device and calibration method of shape measuring device Expired - Fee Related JP5480479B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008201045A JP5480479B2 (en) 2008-08-04 2008-08-04 Shape measuring device and calibration method of shape measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008201045A JP5480479B2 (en) 2008-08-04 2008-08-04 Shape measuring device and calibration method of shape measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010038695A JP2010038695A (en) 2010-02-18
JP5480479B2 true JP5480479B2 (en) 2014-04-23

Family

ID=42011405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008201045A Expired - Fee Related JP5480479B2 (en) 2008-08-04 2008-08-04 Shape measuring device and calibration method of shape measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5480479B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6910238B2 (en) * 2017-08-04 2021-07-28 株式会社ミツトヨ Optical systems, optics and programs
US20200408512A1 (en) * 2018-03-16 2020-12-31 Nec Corporation Three-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method, program, and storage medium

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2529901B2 (en) * 1991-03-27 1996-09-04 株式会社ミツトヨ Phase shift Fize-interferometer error correction method
JPH05141915A (en) * 1991-11-22 1993-06-08 Olympus Optical Co Ltd Phase difference-variable element
JP3540004B2 (en) * 1994-03-18 2004-07-07 株式会社オプトン Grazing incidence interferometer
JP3714854B2 (en) * 2000-06-30 2005-11-09 株式会社ミツトヨ Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device
JP3766319B2 (en) * 2001-11-19 2006-04-12 株式会社ミツトヨ Planar shape measurement method for simultaneous imaging of phase shift interference fringes
JP5349739B2 (en) * 2005-04-27 2013-11-20 株式会社ミツトヨ Interferometer and interferometer calibration method
JP5149486B2 (en) * 2005-05-18 2013-02-20 株式会社ミツトヨ Interferometer, shape measurement method
JP4897572B2 (en) * 2006-06-30 2012-03-14 株式会社ミツトヨ Oblique incidence interferometer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010038695A (en) 2010-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5349739B2 (en) Interferometer and interferometer calibration method
JP5149486B2 (en) Interferometer, shape measurement method
EP1717546B1 (en) Interferometer and method of calibrating the interferometer
JP5882674B2 (en) Multi-wavelength interferometer, measuring apparatus and measuring method
JP5954979B2 (en) Measuring device with multi-wavelength interferometer
JP5172040B2 (en) Surface shape measuring method and surface shape measuring apparatus
EP3118571B1 (en) Instantaneous phase-shift interferometer and measurement method
JP6766995B2 (en) Phase shift interferometer
JP5648961B2 (en) Spectral characteristic measuring apparatus and calibration method thereof
JP2013152191A (en) Multi-wavelength interferometer
JP5282929B2 (en) Multi-wavelength interferometer
JP6293528B2 (en) Calibration method of reference mirror surface shape in interferometer
JP5480479B2 (en) Shape measuring device and calibration method of shape measuring device
JP3891872B2 (en) Micro periodic structure evaluation apparatus and micro periodic structure evaluation method
JP2014115228A (en) Interference measurement device and interference measurement method
JP2011511928A (en) Shape measuring apparatus and method
JP2009069075A (en) Oblique incidence interferometer and method for calibrating the same
JP3714853B2 (en) Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device
JP2009145068A (en) Surface profile measuring method and interferometer
JP5208681B2 (en) Calibration method of measurement sensitivity in oblique incidence interferometer
JP2017026494A (en) Device for measuring shape using white interferometer
JP7452227B2 (en) Measuring device and measuring method
JP5376284B2 (en) Interferometry method and interferometer
US11841218B2 (en) System and method of measuring surface topography
JP2014169983A (en) Measuring apparatus, measuring method, and article manufacturing method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110704

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130422

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: 20140204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5480479

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees