JPH0660814B2 - 固体表面の高精度レーザ計測方法及び装置 - Google Patents

固体表面の高精度レーザ計測方法及び装置

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JPH0660814B2
JPH0660814B2 JP1049616A JP4961689A JPH0660814B2 JP H0660814 B2 JPH0660814 B2 JP H0660814B2 JP 1049616 A JP1049616 A JP 1049616A JP 4961689 A JP4961689 A JP 4961689A JP H0660814 B2 JPH0660814 B2 JP H0660814B2
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laser
shape
lens
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Inventor
弘一 松本
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工業技術院長
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は,固体表面の高精度レーザ計測方法及び装置に
関するものである。
[従来の技術] 各種の工業あるいは科学の分野において課題となってい
る加工表面の計測法には,従来,機械的粗さ計で計測す
る方法,レーザ干渉計で計測する方法等がある。機械的
粗さ計では,接触式であるため,試料の表面にきずをつ
けると同時に,精密な計測が不可能であった。また,レ
ーザ干渉計を用いて,形状・粗さを精密に非接触で測定
する方法は多く開発されているが,得られる情報は光学
的形状・粗さであって真の幾何学的形状・粗さでなく,
表面の状態に依存するため,これらの方法は,より高度
な計測への応用が不可能である。
[発明が解決しようとする問題点] レーザ干渉計で計測する方法は,表面の計測が高分解能
化し,ナノメートルの領域に達しているが,金属のよう
な導体の表面においては,光がわずかであるが浸透する
ために,レーザ干渉計で測定された値はその表面の幾何
学的形状を示さない。このため,レーザ干渉計測におい
ては,被測定固体表面に異種の材料で皮膜を蒸着した
り,または,被測定固体表面に異種の材質の物体の光学
接触させて,被測定固体表面と異種の物体の表面におけ
る光の浸透深さの差を光学的に測定することによって,
固体表面における光の浸透深さを求めていたので,測定
精度が悪かった。
このように,従来のレーザ干渉計測は,分解能が高いに
もかかわらず,その有用性が制限されている。この計測
技術が高分解能が特長を十分に発揮することができれ
ば,レーザ干渉計測の有用性は多大である。
[問題点を解決するための手段] 本発明は,レーザ光を光源として用い2分割して,一方
のレーザ光は被測定物体の表面を照射し,もう一方のレ
ーザ光は参照光として参照鏡を照射し,これらからの反
射光が干渉し被測定物体の表面の光学的形状を測定する
とともに,被測定物体の照射光だけの光強度を利用する
変位計測法によって被測定物体の表面の光学的形状を測
定することによって,これらの測定値の比較から被測定
物体における光の浸透深さを求めて表面の幾何学的形状
を精密に求める方法で前記問題点を解決した。
[発明の実施例] 光波干渉を利用して測定される寸法の光学的測定値は媒
質の屈折率が位相屈折率であるのに対し,光の強度を利
用して測定される寸法の光学的測定値は群屈折率であ
る。これらの原理を利用して,被測定物体の媒質の群・
位相屈折率の定数を知って,表面における光の浸透深さ
を求め,正しい幾何学的粗さ・形状を決定することがで
きる。いま,第1図に示すように,光の浸透深さをdと
すと,光波干渉計による寸法の光学的測定値は, 11=nd で与えられ,光強度による方法では, 1g=ngd で与えられるので、これらの式から, d=1g−A(1g−1) が導かれる。ここで, A=(ng−1)/(ng−n1) であり,一定である。従って,11と1gを精密に測定す
ることによって,dの値が精度よく求められる。
第2図は,本発明の実施例の構成図であり。入射光1
(周波数;f1とf2)がビームスプリッタ2を経た後,
偏光プリズム3に入射し,2周波光は偏光状態が直交し
ているので,それらの方向を分離されて,一方のプロー
ブ光10は被測定面である固体表面8に向い,もう一方
の参照光9は参照鏡7に向かう。これらの反射光が反射
鏡6を経て偏光子13を通った後干渉し,干渉計測され
る。この場合,f1とf2とによるビート信号が形成さ
れ,表面の形状に従ってビート信号の位相が変化するの
で,ヘテロダイン法によって光学的形状が高い分解能で
測定される。もう一方のプローブ光10は,被測定表面
のみを照射する光波として,偏光子12によって単独で
検出されレンズの焦点の位置からずれることによって像
パターンが変化することを利用して,4分割形のセンサ
によってずれ(変位量)を精密に測定する強度法によっ
て変位の信号を得て,アクチュエータ4に入射され,被
測定表面とレンズの距離が一定になるように制御され
る。この結果,干渉計測による値のみが実際に測定され
る。この場合アクチュエータ4を用いないで変位情報を
得て,前述の干渉計による値とを比較してもよい。
[発明の効果] 本発明は,物体の表面の幾何学的形状を精密に測定する
ものである。従って,ナノメートル領域における計測に
おいては,各種の分野にわたって応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は,物体の表面における光の反射特性を示す概略
図である。第2図は,本発明の実施例の構成図である。 1……入射光 2……ビームスプリッタ 3……偏光プリズム 4……アクチュエータ 5……レンズ 6……反射鏡 7……参照鏡 8……固体表面 9……参照光 10……プローブ光 11……ビームスプリッタ 12,13……偏光子 14……単一周波光 15……ビート信号光 d……光の浸透深さ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光を光源として用い2分割して、一
    方のレーザ光は被測定物体の表面を照射し、もう一方の
    レーザ光は参照光として参照鏡を照射し、これからの反
    射光が干渉し被測定物体の表面の光学的形状を測定する
    とともに、被測定物体の照射光だけの光強度を利用する
    変位計測法によって被測定物体の表面の光学的形状をす
    ることによって、これらの測定値の比較から被測定物体
    における光の浸透深さを求めて表面の幾何学的形状を精
    密に求める方法。
  2. 【請求項2】2周波レーザ光をビームスプリッタに入射
    し、さらに、偏光プリズムに入射して、偏光プリズムに
    より2周波レーザ光の方向を分離し、一方のレーザ光は
    レンズを通し被測定物体の表面に照射し、もう一方のレ
    ーザ光は参照鏡に照射し、両方の反射光が偏光子を通っ
    た後干渉して干渉計測され、また、被測定物体の表面の
    みを照射するレーザ光は、偏光子によって単独で検出さ
    れレンズ等の焦点位置を検出する光強度の変化法によっ
    て被測定物体の表面の光学的計測を行い、これらの測定
    値の比較から光の浸透深さを求めて幾何学的形状を精密
    に計測する装置。
JP1049616A 1989-03-01 1989-03-01 固体表面の高精度レーザ計測方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0660814B2 (ja)

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JP2007114206A (ja) * 2006-11-30 2007-05-10 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光学材料の群屈折率精密計測方法

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