JPH04363604A - 斜入射干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、検査・測定しようと
する物体に対して斜方向から光を入射させ、干渉作用に
より形成される干渉縞を利用して平坦度等の面状態を測
定することができる斜入射干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば薄膜状物体の形状等を観測したり
測定したりする手段として、その測定しようとする物体
（以下これを被検物とよぶ）に向けて斜上方向から可干
渉光（コヒーレント光）を出射させ、その光の干渉作用
によって形成される干渉縞の模様から被検物の状態を測
定する斜入射干渉計が知られている。そしてこの斜入射
干渉計には、例えば所定波長の光を出射するレーザと、
このレーザから出射する光を平行光とするコリメータレ
ンズと、このコリメータレンズを透過後平行状態で被検
物に斜入射し、光路差に応じて干渉をおこして形成され
る干渉縞を投影するスクリーンとを備えた構成のものが
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の斜入
射干渉計は、測定できる被検物の測定対象として例えば
膜厚の変化等、より具体的には被検物の平行平面度をさ
ぐることが一般的であり、またこのための有効な手段と
なっているものである。ところで、このような構成の斜
入射干渉計にあっては、被検物が彎曲した形状のものや
、筐体等の奥部に配置されているもの等について測定す
ることができず、測定しようとする被検物の適応範囲が
狭められている。そこで、この発明は、上記した事情に
鑑み、被検物の面に対する平坦度を高感度に測定するこ
とができるとともにその被検物が凹状に彎曲していたり
、奥部に配置されていても被測定面全体をもれなく、し
かも高感度に測定することができる斜入射干渉計を提供
することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、この発明の斜入射
干渉計は、コヒーレントな光を出射する光源と、この光
源から出射する光を平行光にする平行光形成手段と、前
記平行光を所定方向に回動可能に偏向する偏向手段と、
この偏向手段で反射・偏向した光を入射導光して被検物
の面上に投射する反射手段とを備えたものである。

【０００５】

【作用】この発明の斜入射干渉計は、反射手段の被検物
と対向する面にて反射し、屈折・透過せずに戻っていく
光と、その面を屈折・透過して被検物の表面にて反射し
たのち戻っていく光との位相の差にもとづく干渉作用に
よって形成される干渉縞を被投影手段上に投影し、この
干渉縞の模様から被検物の表面の平坦度、つまり凹凸状
態等の面状態が測定できる。さらに、またこの発明の斜
入射干渉計は、例えば筐体等の奥部に配置されている被
検物についても、その筐体内に挿入され被検物と対向配
置されるような形状の反射手段を使用することによって
奥部の被検物の測定も行うことができる。

【０００６】

【実施例】以下この発明の一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。図１はこの発明に係る斜入射干
渉計を示すものであり、この斜入射干渉計は、光源１と
、平行光形成手段２と、偏向手段３と、反射手段４と、
被投影手段５と、ＴＶカメラ６とから構成されている。

【０００７】なお、図中符号７，８は反射ミラー、９は
拡散レンズ、１０は被検物であるフィルム（図略）を納
めたカメラ、１１はシャッタ、１２はこれらの光学部品
や光学機器を搭載した基台を示すものである。

【０００８】光源１は、コヒーレント光（可干渉光）を
出射するレーザが使用されており、この実施例では波長
０．６３２８μｍのレーザ光を出射するヘリウム・ネオ
ン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザが使用されている。

【０００９】平行光形成手段２は、反射手段４に向けて
レーザ光を平行状態にして入射させるためのものであり
、コリメートレンズが使用されている。

【００１０】偏向手段３は、反射手段４にレーザ光を入
射させるときの入射角度を変更し、被検物の測定感度を
変更調整するためのものであり、平面鏡が用いられてい
る。即ち、この偏向手段３は、次に説明する反射手段４
の入射面に対し一定の角度範囲で回動可能な状態で回転
ステージ１３上に設置されており、特にその反射手段４
の入射面でのフレネル反射を極力抑えるため、通常その
反射面に対し垂直若しくは垂直に近い状態に配置されて
いる。なお、この偏向手段としては、凹面鏡やプリズム
等であってもよい。即ち、例えば凹面鏡を用いる場合に
は、先の平行光形成手段２として使用したコリメートレ
ンズと機能を兼用させてもよい。

【００１１】反射手段４は、偏向手段３で反射偏向した
レーザ光を入射導光して被検物の面上に投射させるもの
であり、この実例では図２に示すように五角柱状を有す
る屋根型（ダハ）プリズムが使用されている。即ち、こ
の反射手段４は、入射面４ａにて偏向手段３からのレー
ザ光を入射するとともに、そのレーザ光の一部αを被検
物であるフィルム１４の表面１４ａと対向する基準面４
ｂから屈折・透過させてその表面１４ａに斜入射させる
ようになっている。また、その反射手段４は、この内部
を進行するレーザ光のうち基準面４ｂで透過せずに反射
する一部のものβを先のレーザ光αと干渉させて、その
光路差に応じて明暗の縞、つまり干渉縞を形成させるよ
うになっている。また、このようにして互いに干渉をお
こしているレーザ光は、出射面４ｃから略垂直方向に出
射して被投影手段５上に進行するようになっている。そ
して、この実施例の反射手段４である屋根型プリズムは
、基準面４ｂが僅かなスペースを保持して被検物の表面
と対峙するような状態までカメラ筐体内奥部へ一部挿入
させてある。

【００１２】なお、この実施例では反射手段として五角
柱状を有する屋根型プリズムを用いたが特にこれに限定
されるものではない。例えば、四角柱状のプリズムを用
いたり、四角筒状の筐体内壁面にミラーを形成するとと
もに、筐体底部の被検物に対峙する面に一部透光性を有
する薄いシート状の基準体を取付けたものであってもよ
い。また、この反射部材は、その底部の被検物に対峙す
る基準面若しくは基準体が、被検物の測定する面形状に
形成したものを使用することによって、より一層正確な
面の凹凸等の測定を行うことができ、都合が良いもので
ある。

【００１３】被投影手段５は、反射手段４において光学
距離差に基づく干渉作用により形成される干渉縞を投影
させるためのものであり、スクリーンで構成されており
、この実施例では図２に示すように出射面４ｃから出射
されてくるレーザ光を斜めに入射して干渉縞を投影させ
るようになっている。なお、この被投影手段５は特に必
要なものではなく、例えば直接観察したり、結像系を用
いても良い。

【００１４】ＴＶカメラ６は、被投影手段５であるスク
リーン上に投影された干渉縞を撮影するとともに、モニ
タ用の画面上に表示し、ＶＴＲに撮影像を記録するよう
になっている。

【００１５】次に、この反射手段４の基準面４ｂの内外
を進行するレーザ光Ｌ１　〜Ｌ３　による干渉作用及び
測定感度について図３を参照しながら説明する。なお、
この実施例では反射手段４の入射面４ａにおいてＡ点で
入射屈折したレーザ光（Ｌ１　）のうち反射手段４内を
透過して基準面４ｂにおいてＣ点で出射し、フィルムの
表面１４ａにて正反射して再度反射手段４にＥ点から入
射するレーザ光（α１　）と、同様に反射手段４の入射
面４ａにおいてＧ点で入射屈折したレーザ光（Ｌ２　）
のうち反射手段４内を戻るレーザ光（β２　）とについ
て説明する。

【００１６】（Ｉ）まずレーザ光（α１　）とレーザ光
（β２　）とが点Ｅに到達する迄の光学距離の差につい
て調べてみる。レーザ光（Ｌ１　）とレーザ光（Ｌ２　
）とは点Ａ，Ｈまでは同一位相同一波面であるので、こ
れら双方のレーザ光の点Ｅまでの光学距離差ΔＬはΔＬ
＝│ΔＬ１　−ΔＬ２　│・・・・（イ）である。 （ただしここで、ΔＬ１　＝ＡＢ＋ＣＤ＋ＤＥ，ΔＬ２
　＝ＨＧ＋ＦＥ）・・（ロ）従って、（ロ）を（イ）へ
代入すると、　　　　ΔＬ＝│（ＡＢ−ＨＧ）＋（ＣＤ
＋ＤＥ−ＥＦ）│・・・（イ）′

【００１７】なお、こ
こで光学距離ＡＢはＡＢ＝ｎＡＧ　ｓｉｎｉ′１　 ＝ＡＧ　ｓｉｎｉ１　（∵スネルの法則より）また、光
学距離ＣＤ＋ＤＥは、 　　　　ＣＤ＋ＤＥ＝〔ｈ１　／ｃｏｓ　ｉ２　〕＋〔
ｈ１　／ｃｏｓ（ｉ２＋２θ）　〕　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（ただし０＜２θ／ｉ２　＜＜１）　　　　　　　
　　　　　　　＝２・ｈ１　／ｃｏｓ　ｉ２　　　　　
　　　　　　　　　　　　（但し、ｈ１　は点Ｄと反射
手段４の基準面４ｂとの間の距離）

【００１８】一方、
光学距離ＨＧは、 ＨＧ＝ＡＧ　ｓｉｎｉ１　 また、光学距離ＥＦは、 　　　　ＥＦ＝ｎ・ＣＥ　ｓｉｎｉ′２　　　　　　　
　　＝２ＣＤ　ｓｉｎｉ２　・（ｎ　ｓｉｎｉ′２　）
　　　　　　　　＝２・（ｈ１　／ｃｏｓ　ｉ２）・　
ｓｉｎ２　ｉ２　（∵スネルの法則より）であるから、
これを（イ）′へ代入すると、レーザ光（Ｌ１　，Ｌ２
　）の光学距離差ΔＬは、　　ΔＬ＝〔２ｈ１　／ｃｏ
ｓ　ｉ２　〕〔１−　ｓｉｎ２　ｉ２　〕　　　　　　
＝２ｈ１　ｃｏｓ　ｉ２　（ただし０≦ｉ２　≦π／２
）・・・（ハ）となり、入射角度には依存しないことが
わかる。

【００１９】（ＩＩ）次に、周知の如く光学距離差ΔＬ
がレーザ光の波長（λ）についてその半波長の奇数倍の
とき暗線が形成されるので、これらレーザ光（α１　）
とレーザ光（β２　）とにより第ｋ番目の暗線ができる
とすると、次式が成立する。 　　ΔＬ＝（２ｋ−１）λ／２＝２ｈ１　ｃｏｓ　ｉ２
　（ｋ：整数）・・・（ニ）（ＩＩＩ）同様に、レーザ
光（Ｌ２　）のうちフィルムの表面１４ａにおいて点Ｊ
に入射して戻るレーザ光（α１　）と、レーザ光（Ｌ３
　）のうち基準面４ｂにおいて点Ｉで反射して戻るレー
ザ光（β３）とにより、第ｋ＋１番目の暗線ができると
すると、次式が成立する。 　　ΔＬ＝（２ｋ＋１）λ／２＝２ｈ２　ｃｏｓ　ｉ２
　　　（但し、ｈ２　は点Ｊと反射手段４の基準面４ｂ
との間の距離）・・・（ホ）

【００２０】従って、（ニ
），（ホ）から測定可能な最も細かいフィルム面１４ａ
における凸凹の差Ｓ（但しＳ＝│ｈ１　−ｈ２　│）、
つまり最大感度Ｓが次式のように一義的に決定される。 Ｓ＝│ｈ１　−ｈ２　│＝λ／２ｃｏｓ　ｉ２　・・・
（へ）この（ヘ）式から、感度Ｓがプリズム４の出射角
との間で反比例の関係にあり、かつレーザ光の波長に比
例することがわかる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明に係
る斜入射干渉計によれば、反射面の被検物と対向する面
にて反射し戻る光と、その面を屈折・透過して被検物の
表面にて反射したのち戻る光とが位相差にもとづく干渉
作用によって被検物の表面の平坦度等、つまり面状態が
測定できる。また、この発明に係る斜入射干渉件によれ
ば、反射手段によって被検物の面上まで確実にコヒーレ
ント光を導光し、その面上に斜入射させることができる
ので、例えば凹面鏡の鏡面のような被検物であっても、
また奥の深い筐体内部にある被検物についても、確実に
その面を測定することができ、測定対象が大きく広がり
汎用性が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る斜入射干渉計におけるレーザ光
の進路を示す光路図である。

【図２】この発明に係る反射手段の一例であるプリズム
におけるレーザ光の進行状態を示す説明図である。

【図３】この発明に係る反射手段となるプリズムの基準
面近傍におけるレーザ光の進路を示す光路図である。

【符号の説明】

１　　レーザ（光源） ２　　コリメータ（平行光形成手段） ３　　偏向手段、 ４　　プリズム（反射手段） ５　　被投影手段、 １４　　フィルム（被検物）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　コヒーレントな光を出射する光源と、
   この光源から出射する光を平行光にする平行光形成手段
   と、前記平行光を所定方向に回動可能に偏向する偏向手
   段と、この偏向手段で反射・偏向した光を入射導光して
   被検物の面上に投射する反射手段とを備えたことを特徴
   とする斜入射干渉計。