JPH08313206A - 斜入射干渉計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射率の低い被検体の測定を行う際に、物体
光から分離した参照光の光路に、光量減衰手段を挿脱可
能に臨ませた状態で行うことにより、干渉縞のコントラ
ストを向上させる。 【構成】 レーザ光源１からの光を回折させる第１の回
折格子７と、この第１の回折格子７における０次光であ
る参照光と、＋１次回折光が被検物９に反射して得られ
る物体光との波面を重ね合わせる第２の回折格子１０と
の間の部位において、参照光の光路と物体光の光路とが
完全に分離した位置に光量減衰板２０がスライドガイド
２１にガイドされて、光量減衰板２０は参照光の光路に
臨む位置と、参照光の光路から退避した位置との間にス
ライド変位できるようになっている。被検物９の反射率
が高い場合には、光量減衰板２０を退避させるが、反射
率の低い被検物９を測定する場合には、光量減衰板２０
を参照光の光路に臨ませて、この参照光の光量を減衰さ
せて、物体光との光量差を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉作用を利用し
て被検体の表面状態の検査を行う干渉計装置において、
被検体に対して斜め方向から光を入射させるようにした
斜入射干渉計装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学部品や、その他の被検物の表面形状
を非接触で精密に測定するために干渉計が用いられる。
この干渉計の一般的なものとして、フィゾー型干渉計，
マイケルソン型干渉計等種々のタイプのものがあるが、
表面形状の変化の大きな被検体や反射率の低い被検体の
測定を行うのに適した干渉計として、斜入射干渉計が用
いられる。

【０００３】そこで、図６にこの斜入射干渉計の構成を
示す。図中において、１はレーザ光源であって、このレ
ーザ光源１からの光は、反射プリズム３により光路が９
０°曲折されて、発散レンズ３及びピンホール４を介す
ることにより発散することになり、反射ミラー５により
再度９０°曲折するように引き回され、コリメータレン
ズ６により平行光束化される。このコリメータレンズ６
からの平行光束は、第１の回折格子７に入射されること
により光の回折が生じる。ここで、第１の回折格子７の
出力側では、直進透過光、即ち０次光Ｌ₁ と＋１次回折
光Ｌ₂ とが利用される。０次光Ｌ₁ は参照光であって、
＋１次回折光Ｌ₂ は試料台８に載置した被検体９に入射
される入射光となる。

【０００４】被検体９には、＋１次回折光Ｌ₂ が所定の
角度をもって照射されて、この被検体９の被検面で反射
して、この反射光が物体光Ｌ₃ となる。そして、これら
物体光Ｌ₃ と参照光Ｌ₁ とが交差する位置には、第２の
回折格子１０が設けられている。これら物体光Ｌ₃ と参
照光Ｌ₁ とは、この第２の回折格子１０で再び回折が生
じるが、この第２の回折格子１０における物体光の直進
透過光である０次光Ｌ₄ と、参照光の−１次回折光Ｌ₅
とが重なり合う。従って、これら物体光の０次光Ｌ₄ と
参照光の−１次回折光Ｌ₅ との波面が相互に干渉するこ
とになって、干渉縞が生成される。

【０００５】干渉縞を有する光の光路には、干渉縞観察
手段が設けられている。即ち、この干渉縞を持った画像
はスクリーン１１に投影され、このスクリーン１１の画
像は干渉縞結像用レンズ１２を介して撮像手段１３に入
射され、この撮像手段１３により干渉縞が撮影される。
ここで、スクリーン１１のスクリーン面は被検体９の被
検面と平行に配置され、また干渉縞結像用レンズ１２及
び撮像手段１３は、このスクリーン１１に対向配設され
ている。なお、図中において、１４はアライメント用の
受光素子である。

【０００６】ここで、第１，第２の回折格子１０は、コ
ンピュータ合成ホログラム光学素子で形成することがで
きる。ここで、コンピュータ合成ホログラム光学素子
は、ガラス基板上にフォトレジスト膜を塗布し、このフ
ォトレジスト膜を電子ビームで走査させることによっ
て、物体波と参照波との干渉縞と同等のホログラムパタ
ーンを露光した後、それを現像することにより干渉縞を
顕在化させた光学素子である。このホログラム光学素子
における干渉縞に参照波と同じ再生波を入射すると、物
体波が再生される。

【０００７】以上の構成を有する斜入射干渉計を用いれ
ば、被検体９に対しては、斜め方向から光が入射される
ことから、この被検体９からの反射光量、即ち物体光の
光量が大きくなり、従って透明度が高い被検体でも測定
が可能になる。また、図７に示したように、第１の回折
格子７の格子Ｇのピッチをｄとしたときに、＋１次回折
光の回折角度をθ、レーザ光源１の波長をλとすると、
一般に、sin θ／λ＝１／ｄが成立する。被検体の凹凸
差をｈとすると、この凹凸差ｈによって発生する＋１次
回折光の光路差ΔＩは、ΔＩ＝２ｈ・sinθとして表され
る。そこで、この光路差により１本の干渉縞が発生する
とした場合には、ΔＩ＝２ｈ・sinθ＝λとなり、ｈ＝λ
／２sin θ＝ｄ／２となる。従って、レーザ光源１から
のレーザ光の波長λが６３２．８ｎｍのものを用い、ま
た第１の回折格子７の格子Ｇのピッチ間隔ｄを４μｍと
すると、＋１次回折光の回折角度θが９．１°となるか
ら、感度は２μｍとなり、形状変化の大きい被検体の表
面測定を行うのに都合が良い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、干渉縞は明
暗のコントラストであることから、参照光と物体光との
光量に差があると、干渉縞のコントラストが低下する。
参照光は第１の回折格子では直進透過し、第２の回折格
子では、−１次回折光となる。従って、その光量はレー
ザ光源の光源光量のみに依存する。これに対して、物体
光は被検体で反射することから、被検体の反射率により
反射光量が変化する。このために、被検体の反射率が極
端に低い場合には、斜入射干渉計であるからある程度の
反射は得られるものの、反射光量に不足が生じて、結像
される干渉縞のコントラストが著しく低下して、実質的
に測定不能となる場合もある、という問題があった。

【０００９】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、干渉縞のコントラス
トを良好ならしめるようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、第１の回折格子と第２の回折格子と
の間で、被検物で反射する光路から分離した参照光の光
路に、光量減衰手段を挿脱可能に臨ませる構成としたこ
とをその特徴とするものである。

【００１１】

【作用】斜入射干渉計においては、物体光は、第１の回
折格子における＋１次回折光であり、また参照光は、第
２の回折格子における−１次回折光であり、共に１次回
折光であるから、被検体で全反射しない限り、実質的に
物体光の方が光量が少ない。また、第１次回折格子から
第２の回折格子までの間では、第１の回折格子による光
の回折により、被検物に入射され、またこの被検物から
反射する光の光路は、この第１の回折格子を直進透過す
る参照光の光路と完全に分離されている部位がある。

【００１２】以上のことから、参照光の光路において、
被検物への入射側を含めた物体光と完全に分離されてい
る部位に、光量減衰手段を介在させる。ここで、光量減
衰手段は、透過光量を減少させるフィルタであり、単波
長光であるレーザ光源を用いれば、必ずしも必須ではな
いが、特に減衰波長が平均的な特性を持った、中性濃度
フィルタ、所謂ＮＤフィルタが好ましい。被検体が反射
率の低いものである場合には、参照光の光路に、この光
量減衰手段を介在させる。これによって、物体光と参照
光との間の差を補正できることになって、観察される干
渉縞のコントラストが向上する。

【００１３】ここで、物体光と参照光との光量が等しい
場合には、干渉縞のコントラストが最も高くなる。従っ
て、参照光の減衰による光量補正値は、被検体に応じて
変えることができるようになっている方が干渉縞を観察
する上でより好ましい。このためには、異なる減衰特性
を持った光量減衰部材を交換可能にすることにより複数
段階で減衰量の調整を行えるようにすれば良い。光量減
衰部材を交換するには、例えば着脱式，回転式，水平送
り方式等を採用できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１乃至図５
に基づいて詳細に説明する。なお、斜入射干渉計そのも
のの構成については、図６のものと実質的に変わるとこ
ろがないので、この図６のものと同一または均等な部材
については、同一の符号を付して、その説明は省略す
る。

【００１５】まず、図１及び図２は、本発明の第１の実
施例を示すものであって、図中において、２０は光量減
衰手段を構成する光量減衰板である。この光量減衰板２
０は透明ガラスからなる平行平面板の表面にＮＤフィル
タを積層したものから構成される。ここで、光量減衰板
２０の平行度が劣ると、レンズ作用を発揮したり、透過
光が散乱したりするから、極めて厳格な平行度を持った
もので形成される。この光量減衰板２０は、第１の回折
格子７と第２の回折格子１０との間の部位に配置され
る。第１の回折格子７では、参照光がこの第１の回折格
子７を直進透過し、被検物９に向けた光は＋１次回折光
であり、この＋１次回折光が完全に参照光と離れた位置
で被検体９に照射されるから、特に参照光の光路が物体
光の光路と最も離れた位置、即ち被検体９がセットされ
ている部位の上部位置において、参照光の光路に挿脱可
能に設けられている。

【００１６】光量減衰板２０を参照光の光路に挿脱可能
にするために、例えば干渉計を構成する各部材が設けら
れている定盤または擾乱防止用のハウジングにスライド
ガイド２１が固定的に装着されている。このスライドガ
イド２１は、参照光の光路の上部位置において、この参
照光の光路と直交する方向に向けられており、この光量
減衰板２０の上端部に連結部材２２が固着して設けら
れ、この連結部材２２はスライドガイド２１のガイド溝
２３に沿って摺動可能となっている。また、連結部材２
２の端面部には把手２４が取り付けられており、この把
手２４を手で把持して押し引き操作することによって、
光量減衰板２０は参照光の光路に臨む位置と、参照光の
光路から退避した位置との間にスライド変位できるよう
になっている。なお、光量減衰板２０の参照光の光路へ
の挿脱は、手動操作ではなく、モータ，シリンダ等の駆
動手段を用いて自動的に行うようにしても良い。

【００１７】本実施例は以上のように構成されるもので
あって、レーザ光源１からのレーザ光が第１の回折格子
７を通過する際に、光の回折が生じて、第１の回折格子
７の出力側では、０次光と＋１次回折光とに分離され
る。０次光は参照光として直進するが、＋１次回折光は
被検体９に反射して物体光が生成される。ここで、物体
光の光量は、被検体９の反射率に応じて変化する。

【００１８】反射率の高い被検体の測定を行う場合に
は、物体光の光量が大きいから、光量減衰板２０は、参
照光の光路から退避させて、その光量を減少させないよ
うにする。参照光は、第２の回折格子１０において回折
した−１次回折光の波面が物体光の波面とが重なり合う
ことから、物体光と参照光との光量差があまり大きくな
い。従って、撮像手段１３により撮影される干渉縞のコ
ントラストは高く、干渉縞の識別を容易に行える。

【００１９】これに対して、被検体の透明度が高い等に
より反射率が低い場合には、この被検体からの物体光は
参照光に対して光量が少な過ぎることから、干渉縞のコ
ントラストが極めて低くなり、その識別が不可能にな
る。そこで、物体光と参照光との間で光量バランスが良
くなるように補正する必要がある。このために光量減衰
板２０が向けられており、この光量減衰板２０をスライ
ドガイド２１に沿って摺動させて、参照光の光路に臨ま
せる。これによって、参照光がこの光量減衰板２０を通
過する際に、その光量が減少する。これに対して、物体
光の光路は光量減衰板２０を通らないことから、この被
検体９の被検面から反射する物体光は減衰することがな
い。これによって、物体光と参照光との間に光量差が小
さくなって、干渉縞画像のコントラストが高くなる。ま
た、物体光の入射方向が斜めになっている斜入射干渉計
という特質と相まって、従来技術では測定不能とされて
いた反射率が極端に低い被検体でも、その表面状態の検
査・測定を正確に行えるようになる。

【００２０】ここで、前述の実施例においては、光量減
衰板２０は、スライドガイド２１に沿って動かすことに
よって、参照光の光路に臨むか、またはそれから退避す
るかという構成としたが、多段階に光量の調整を行うよ
うに構成することもできる。このためには、スライドガ
イドに光量減衰板を着脱できるようになし、それぞれ光
量減衰率の異なる光量減衰板を複数用意しておけば、被
検体の反射率に応じて最適の光量減衰板をスライドガイ
ドに装着することができる。

【００２１】光量減衰板をスライドガイドに装着した時
に、安定的に位置決めするには、図３に示したように、
スライドガイド３０には、左右に各２箇所の凹部３０ａ
を設けて、この凹部３０ａ内に位置決め用の板ばね３１
を装着し、この板ばね３１を凹部３０ａからガイド溝３
２内に突出させるようになし、また光量減衰板を連結し
た連結部材３３には、各板ばね３１が係合する凹部３３
ａを形成する。これによって、一種のクリック機構が構
成され、連結部材３３をスライドガイド３０に装着する
と、板ばね３１の作用により安定的に位置決めできる。
そして、この場合には、光量を減衰させない場合には、
光量減衰板を抜き取れば良いので、スライドガイド３０
は連結部材３３の長さとほぼ同じ長さとなし、その端部
を擾乱防止用のハウジング等、所定の支持部材３４に固
定しておけば良い。

【００２２】また、図４に示したように、参照光の光路
にターレット４０を設け、このターレット４０に光量減
衰板を装着しない透孔部４１ａと、減衰率の異なる光量
減衰板４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを嵌め込んだ光量減衰部
４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを設けるようになし、被検体の
反射率に応じてターレット４０を回転軸４０ａを中心と
して適宜の方向に手動またはモータ等の駆動手段により
回転させて、透孔部４１ａまたは光量減衰部４１ｂ，４
１ｃ，４１ｄのいずれかを参照光の光路に臨ませるよう
に構成することもできる。なお、透孔部４１ａ及び光量
減衰部４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは楕円状になっている
が、被検物９に斜め方向から光が入反射されることか
ら、物体光の光路が略楕円形状となるからである。

【００２３】前述した各実施例においては、光量減衰部
材として、透明ガラスからなる平行平面板を基板とした
が、図５に示したように、透明の可撓性フィルムの基板
にＮＤフィルタを積層した光量減衰フィルム５０を用い
ることもできる。そして、この光量減衰フィルム５０を
長尺のものとすることにより、所定の幅にわたって特定
の減衰率を持ったフィルタ領域を多数設けることができ
る。この光量減衰フィルム５０は、参照光の光路を挟む
ように設けた一対の巻き取りドラム５１ａ，５１ｂに巻
き付けておき、これら巻き取りドラム５１ａ，５１ｂを
手動またはモータ等により回転させて、被検体に応じて
異なる減衰率のフィルタ領域を参照光の光路に臨ませ
る。この場合において、光量減衰フィルム５０は、真直
ぐな状態となるように張りを持たせる必要がある。この
ために、ばね等の付勢手段で図５に矢印方向に付勢力を
持たせた張力付与用のローラ５２ａ，５２ｂを設けて、
このローラ５２ａ，５２ｂ間で所定の張力を持たせるよ
うにすれば良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、第１の
回折格子と第２の回折格子との間で、被検物で反射する
光路から分離した参照光の光路に、光量減衰手段を挿脱
可能に臨ませる構成としたので、反射率の低い被検体で
あっても、物体光と参照光との光量差を小さくでき、干
渉縞のコントラストを向上させて、その表面状態の正確
な測定が可能になる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜入射干渉計装置の構
成説明図である。

【図２】光量減衰手段の構成を示す外観図である。

【図３】光量減衰板を着脱可能とした構成を示す図２の
Ｘ−Ｘの位置に相当する部分の断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す光量減衰手段の構
成説明図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す光量減衰手段の構
成説明図である。

【図６】斜入射干渉計の全体構成図である。

【図７】斜入射干渉計装置の感度についての式を求める
ための光路説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ７ 第１の回折格子 ９ 被検体 １０ 第２の回折格子 １１ スクリーン １３ 撮像手段 ２０，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ 光量減衰板 ２１，３０ スライドガイド ２２，３３ 連結部材 ２３，３２ ガイド溝 ４０ ターレット ４１ａ 透孔部 ４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ 光量減衰部 ５０ 光量減衰フィルム ５１ａ，５１ｂ 巻き取りドラム ５２ａ，５２ｂ ローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源からの光を直進透過す
   る参照光と、この参照光に対して所定の角度を持った回
   折光とに分ける第１の回折格子と、この第１の回折格子
   からの回折光が反射する部位に設けられ、被検体が装着
   される試料台と、試料台の被検体から反射した物体光を
   直進させると共に、前記参照光を回折させて、この物体
   光の波面と参照光の波面とを重ね合わせる第２の回折格
   子と、物体光の波面と参照光の波面との間で生じる干渉
   縞を観察する干渉縞観察手段とを備えたものにおいて、
   前記第１の回折格子と第２の回折格子との間で、被検物
   で反射する光路から分離した参照光の光路に、光量減衰
   手段を挿脱可能に臨ませる構成としたことを特徴とする
   斜入射干渉計装置。
2. 【請求項２】 前記光量減衰手段は、複数段階にわたっ
   て減衰量を可変にするＮＤフィルタにより構成としたこ
   とを特徴とする請求項１記載の斜入射干渉計装置。