JPH0861911A - 干渉計用アライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準板からの反射光と被検体からの反射光と
の干渉に基づき面精度を測定する干渉計において、基準
板に対する被検体の平行度のアライメントを両反射光の
集光スポットを合致させて行うについて、平面性の低い
被検体でも所定の特性の集光スポットを得る。 【構成】 光学系を介した光の照射により、基準板20の
基準面20a からの反射光と、被検体25の測定面25a から
の反射光との干渉に基づき測定面の面精度等を測定する
干渉計に用いられ、基準面20a からの反射光の集光スポ
ットと測定面25a からの反射光の集光スポットの位置を
合致させることにより、基準面20a と測定面25a を正確
に光学的に対向させてアライメントするについて、測定
光束中に通過光束を規制するアパーチュア38を設けてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、干渉計で被検体の面精
度等の計測を行う際に、基準面と被検面とを正確に光学
的に対向させるべく、基準面からの反射光の集光スポッ
トと被検面からの反射光の集光スポットを合致させるよ
うに基準面と被検面との位置関係を調整するようにした
アライメント装置において、特に被検面の形状精度が低
いものについても調整可能とした干渉計用アライメント
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、光学素子、ミラー等
の被検体の表面形状の測定を行う干渉計は、レーザー光
等の測定光の干渉性を利用し、被検体の凹凸を等高線干
渉縞で測定する技術であり、光学基準板の高精度平面か
らの反射光と、被検体の測定表面からの反射光とを干渉
させて、両者の平面度のずれに応じて発生する干渉縞を
測定するものである。

【０００３】すなわち、可干渉性のあるレーザー光等の
光線を広い平行光束にコリメートし、分割した片方の光
束を高精度平面である基準板に当て、その反射光を参照
波光とし、もう一方を被検体の測定面に当て、その反射
光を物体波光とする。これらの２つの光を合わせると干
渉縞が発生し、これが被検体の形状の等高線干渉縞とな
り、その等高線の本数から被検体の形状を求める技術で
ある。

【０００４】上記のような干渉計で得られる等高線干渉
縞の間隔は、使用する光波の波長の半分であり、通常使
われるＨｅ−Ｎｅレーザー光源では0.3164μｍと極めて
微小である。

【０００５】そして、上記干渉計では微細な凹凸を測定
できるものであるが、その測定は基準板という標準面と
の比較測定であるため、被検体と基準板を光軸に対しミ
クロンオーダーの高精度で前もって平行または直交状態
のように光学的に対向する位置に調整しておかなければ
ならず、すなわち、干渉縞が発生するためには被検体と
基準板とが高精度で光学的に対向していなければなら
ず、この対向度を得るための機構が設けられている。

【０００６】例えば、図８に示すフィゾー干渉計では、
光源11からのレーザー光がダイバージャーレンズ13で集
光され点光源となってから広がった光は、コリメータレ
ンズ15で平行光とされ、基準板20、被検体25で反射され
て入射光路を逆に進み、コリメータレンズ15で集光さ
れ、元の点光源に集光するとともに、第１のハーフミラ
ー17で反射されて結像レンズ35によってＴＶカメラ36に
結像されて干渉縞が観察される。

【０００７】一方、平行に配置された前記基準板20と被
検体25とでそれぞれ反射された光は第２のハーフミラー
18でＯ₁ に集光され、これをもう一度結像レンズ61でス
クリーン62にそれぞれ結像する。このスクリーン62上の
各結像点Ｏ₂ は基準板20または被検体25を傾けると移動
し、両者が平行になると同じ点に結像する。

【０００８】上記特性に基づき、被検体25で反射しスク
リーン62に結像している点像を、基準板20から反射して
来た光でつくられたスポットと重なるように被検体25の
角度を角度調整機構63の操作によって調整して、両者の
平行度を確保するようにした技術が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記のよう
な従来の干渉計用のアライメント装置では、前記被検体
の被検面が比較的良好な形状精度を保持している場合に
は有効であるが、前記被検面の形状精度が低下するに従
い、前記被検面からの反射光の集光スポットの大きさが
大きくなり、前記基準面からの反射光の集光スポットは
小さく両者を正確に合致させることが困難となる。

【００１０】特に、特開平５−332716号公報に見られる
ように、反射光の集光点近傍に測光手段を配設し、その
信号を基に被検体の支持台に具備した傾斜角度を調整す
る角度調整手段を駆動制御するような自動化されたアラ
イメントを実施しようとする場合に、被検面からの反射
スポットの位置認識が行えず自動アライメントが不能と
なる問題を有している。

【００１１】すなわち、前記のように測定面に平行光を
照射しても、測定面に凹凸形状があると、その反射光は
反射面の凹凸形状によって種々の方向に反射し、この反
射光を集光レンズで集光してもその集光状態は周辺部分
にも拡がり、所望の径を有する集光スポットとはなら
ず、その中心位置の特定が困難であって測光手段におい
て被検面の傾斜状態に対応した検出信号が得られないこ
とになる恐れがある。

【００１２】そこで、本発明は上記事情に鑑み、基準面
に対して測定面を正確に光学的に対向させるについて、
測定面の形状精度が低い場合にも所定の特性の集光スポ
ットを得て自動アライメントが可能となるようにした干
渉計用アライメント装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の干渉計用アライメント装置は、光学系を介した
光の照射により、基準板の基準面からの反射光と、被検
体の測定面からの反射光との干渉に基づき測定面の面精
度等を測定する干渉計に用い、基準面からの反射光の集
光スポットと測定面からの反射光の集光スポットの位置
を合致させることにより、基準面と測定面を正確に光学
的に対向させるについて、測定光束中に通過光束を規制
するアパーチュアを設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１４】また、前記アパーチュアは、開口形状を可
変とするのが好適であり、さらに、前記アパーチュア
は、反射光の集光点の近傍に配設された測光手段からの
信号を基に開口形状を変更するように構成してもよい。
さらに、前記アパーチュアは、測定光束に入出自在に配
設することが可能である。

【００１５】一方、前記アパーチュアは、前記測定面に
近接して配設するのが好適であり、また、前記アパーチ
ュアは、前記測定面の近傍および基準面の近傍にそれぞ
れ配設するようにしてもよい。

【００１６】

【作用】上記のようなアライメント装置では、光干渉に
基づき測定面の面精度等を測定する前段として、基準面
からの反射光の集光スポットと測定面からの反射光の集
光スポットの位置を合致させるように基準面と測定面の
アライメントを行って、該基準面と測定面を正確に光学
的に対向させるものであるが、このアライメント時には
測定光束中にアパーチュアを介装して通過光束を規制す
るようにしたことにより、測定面の形状精度が低くても
その反射光の拡がりは少く、集光スポットがアライメン
トを行うについて適正な形状となって、自動アライメン
トも可能となるものである。

【００１７】また、前記アパーチュアの開口形状を可変
とすると、測定面の形状精度の程度に応じた集光スポッ
トの変化に対処可能であり、この開口形状の変更を、集
光点の近傍に配設した測光手段からの信号を基に行う
と、自動アライメントにおいては特に有効である。さら
に、アパーチュアを測定光束に入出自在に配設して、ア
ライメント時にのみ測定光束に介装することで、干渉縞
測定時への影響が排除できる。

【００１８】一方、前記アパーチュアを測定面に近接し
て配設すると、より一層アパーチュアの介装効果が明確
に得られ、また、アパーチュアを測定面の近傍および基
準面の近傍の両方に配設すると、両者の反射光量を調整
してさらに良好なアライメントが行えるものである。

【００１９】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の各実施例を説明
する。

【００２０】＜実施例１＞図１に本例のアライメント装
置を備えたフィゾー型の干渉計の概略構成を示してい
る。

【００２１】干渉計10は、光源11（例えば、レーザー光
源）と、この光源11から射出された光を点光源に集光し
てから発散させるダイバージャーレンズ13と、この発散
光を平行光に変換するコリメータレンズ15と、互いに平
行に設置される基準板20と被検体25を有している。ま
た、上記ダイバージャーレンズ13とコリメータレンズ15
との間の発散光路の途中には、反射光を90°回転した方
向に反射する干渉縞測定用の第１ビームスプリッタ17
（ハーフミラー）およびアライメント用の第２ビームス
プリッタ18（ハーフミラー）が介装されている。

【００２２】上記コリメータレンズ15による平行光は、
基準板20の基準面20a で一部が参照光に再帰反射される
とともに、この基準板20を通過した平行光は被検体25の
測定面25a で反射される。上記被検体25から反射された
物体光は基準板20を透過して、基準板20から反射された
参照光とともに入射光路を逆行し、コリメータレンズ15
を透過して集光され第２ビームスプリッタ18に達し、そ
の一部がアライメント用に反射され、透過した光は第１
ビームスプリッタ17に達し、その一部が干渉縞測定用に
反射される。

【００２３】また、前記基準板20は傾斜角度すなわちア
ライメントが調整可能な基準板支持台21に支持されてい
るものであって、この基準板支持台21は詳細は図示して
いないが、例えば２つのリニアアクチュエータ22の伸縮
作動によってＸ−Ｙ方向に傾斜角度が調整可能に設けら
れている。また、同様に、前記被検体25も傾斜角度すな
わちアライメントが調整可能な被検体支持台26に支持さ
れているものであって、この被検体支持台26の角度調整
手段27は一端部が球面支持され、そのＸ方向およびＹ方
向にそれぞれテーパブロック28を進退作動するアクチュ
エータ29（モータ）が設置されて構成され、このアクチ
ュエータ29の作動によってＸ−Ｙ方向に傾斜角度が調整
可能に設けられている。なお、上記基準板20および被検
体25の支持台21，26のアライメント機構は、上記のよう
な機構のほか公知の機構に適宜設計変更可能である。

【００２４】前記第１のビームスプリッタ17による反射
光路には、前記参照光と物体光の両者を結像するための
結像レンズ35と、この結像レンズ35の焦点面上に受光面
を有し、参照波光と物体波光により形成される干渉縞を
観察するためのＴＶカメラ３６を備えている。

【００２５】さらに、前記被検体２５の測定面25a に近
接した位置には、測定光束の周辺光束を遮蔽して通過光
束を規制するアパーチュア38が配設されている。該アパ
ーチュア38はアクチュエータ40の駆動によって開口形状
が可変とした構造に設けられ、該アパーチュア38の開口
形状は、前記集光点の近傍に配設された後述の測光手段
43からの信号を基にコントローラ50によって変更制御さ
れる。

【００２６】前記アパーチュア38の開口形状の変更構造
は、図２に示すように、開口切欠き39a を有する２枚の
摺動板39，39を相対向してスライド移動可能に設置し、
その接離移動に応じて開口形状が大小に変化するように
構成されている。

【００２７】そして、上記アパーチュア38の摺動板39を
移動させて開口形状を変更駆動するアクチュエータ40が
設置され、該アクチュエータ40に対してコントローラ50
からドライバ41を介して駆動信号が入力される。なお、
前記アパーチュア38は開口部以外の通過光束を遮蔽する
部分は、無反射塗装を施すことなどによって反射光を測
定光束中に反射しないように構成されている。

【００２８】一方、前記第２のビームスプリッタ18によ
る反射光路には、アライメント用の測光手段43が配設さ
れている。該測光手段43はＣＣＤ素子などの面センサ44
（イメージセンサ）を備え、該面センサ44による信号が
コントローラ50に出力されて信号処理等が行われて、基
準面20a からの反射光の集光スポットの位置情報を得る
とともに、測定面25a からの反射光の集光スポットの位
置情報を得る。そして、コントローラ50は、両者の中心
位置を合致させるべく、前記基準板支持台21のリニアア
クチュエータ22のドライバ45および被検体支持台26のア
クチュエータ29のドライバ46に信号を出力し、前記リニ
アアクチュエータ22およびアクチュエータ29を駆動して
基準面20a と測定面25a を正確に光学的に対向させるア
ライメント制御を行うように構成されている。

【００２９】さらに、前記コントローラ50からは前記ア
パーチュア38の開口形状を変更するアクチュエータ40の
ドライバ41に対して駆動信号が出力され、被検体25の測
定面25a からの反射光の集光スポットの情報に基づい
て、その開口形状を変更するものである。その制御特性
としては、被検体25の測定面25a からの反射光の集光ス
ポットの径が大きく輪郭形状が認識不能な場合には、ア
パーチュア38の開口形状を小さくするべくアクチュエー
タ40のドライバ41に駆動信号を出力するものであり、所
定のスポット径の集光スポットが得られる状態に調整す
るものである。

【００３０】なお、前記測光手段43における面センサ44
は、その中心点が反射光路の光軸中心に略合致するよう
に設置しておくものであり、その位置が調整可能に取り
付けるようにしてもよい。

【００３１】上記実施例の干渉計10のアライメント作用
を説明する。基準板20を基準板支持台21に取り付け、コ
ントローラ50の制御対象を基準板20のアライメントにセ
ットする。そして、該基準板20の基準面20a で反射した
光が測光手段43の面センサ44に集光され、その集光スポ
ットの位置情報が検出され、その中心点が所定の位置に
来るように、Ｘ方向およびＹ方向のリニアアクチュエー
タ22を駆動し、基準板20の傾き調整を行って基準面20a
が光軸中心に対し直交面となるようにアライメントを自
動的に行う。

【００３２】続いて、コントローラ50の制御対象を被検
体25のアライメントに切り換え、被検体25を被検体支持
台26に載置する。そして、この被検体25の測定面25a で
反射した光が、前記基準面25a で反射した光とともに、
測光手段43の面センサ44に集光される。

【００３３】その際、前述のように、被検体25の測定面
25a の平面精度から、その反射光の集光スポットの径が
大きく輪郭形状が認識不能な場合には、アパーチュア38
の開口形状を小さくするべくアクチュエータ40のドライ
バ41に駆動信号を出力するものであり、所定のスポット
径の集光スポットが得られる状態に調整する。

【００３４】そして、集光スポットの中心位置の情報が
得られると、その集光点が前記基準面20a からの反射光
の集光スポットの中心点に合致するように、同様にアク
チュエータ29に駆動信号を出力して被検体支持台26の角
度調整手段27の角度調整を自動的に行い、基準板20から
の反射光の集光点と一致した調整状態で、基準面20aと
測定面25a との平行度が所定精度で得られ、アライメン
トが完了するものである。

【００３５】なお、前記基準板20の基準板支持台21につ
いては、その角度調整を行うアライメント機構は設置せ
ず、該基準板20を取り付けた際の反射光の集光点に測定
面25a からの反射光の集光点が一致するように被検体25
のアライメントのみを行って、基準板20と被検体25との
平行度を調整するようにしてもよい。

【００３６】前記アパーチュア38の配設位置について説
明すると、前記実施例では、被検体25の測定面25a に近
接してアパーチュア38を配設するようにしているが、こ
れは、被検体25が初期から比較的に平面精度のよい状態
で設置されている場合には、アパーチュア38の開口を通
過し測定面25a で反射した物体光は略そのままアパーチ
ュア38の開口を逆に通過して面センサ44に集光すること
になるが、被検体25の面精度が低いか初期設置が傾斜し
ている場合には、アパーチュア38の開口を通過し測定面
25a で反射した物体光がアパーチュア38の開口からずれ
て遮断されることになってアライメントが行えなくなる
可能性があるのに対し、前記アパーチュア38が測定面25
a に近接していると該アパーチュア38の開口を通過して
反射した光が測定面25a が傾斜していてもアパーチュア
38で遮蔽されることがなく面センサ44に集光することに
なることから、被検体25に近いほど好ましいものであ
る。

【００３７】なお、前記アパーチュア38の開口形状の変
更構造としては、前記実施例（図２）のもののほか、従
来公知な光学系の絞り機構、例えば、アイリス絞り構造
によるものなどが採用可能である。また、他の例として
は、図３に示すアパーチュア52のように、回転板52a に
径の異なる複数の開口52b が形成されたもの、または、
図４に示すアパーチュア53のように、前後往復動するス
ライド板53a に径の異なる複数の開口53b が形成された
ものなどが採用可能であり、それぞれの開口形状の変更
操作に応じたアクチュエータが設置される。

【００３８】＜実施例２＞図５に本例のアライメント装
置を備えたマイケルソン型の干渉計の例を示し、基準板
20と被検体25とが直交配置されている。

【００３９】本例の干渉計30は、光源11から射出された
光は、前例と同様にダイバージャーレンズ13で点光源に
集光してから発散され、この発散光がコリメータレンズ
15で平行光に変換される。上記平行光は、半透明ミラー
47により、光量の半分が基準板20の基準面20a の方向に
透過され、光量の他の半分が被検体25の測定面25a の方
向に反射される。

【００４０】前記基準板20の基準面20a から反射され半
透明ミラー47により反射された参照光と、被検体25の測
定面25a から反射され半透明ミラー47を透過した物体光
とが干渉し、コリメータレンズ48および結像レンズ35を
用いてＴＶカメラ36で干渉縞が結像測定される。

【００４１】前記基準板20および被検体25は、例えば前
例と同様にそれぞれ基準板支持台21および被検体支持台
26にアライメントが調整可能に保持され、リニアアクチ
ュエータ22の作動およびアクチュエータ29の作動により
アライメントが操作される。

【００４２】さらに、前記コリメータレンズ48と結像レ
ンズ35との間に介装されたビームスプリッタ49によっ
て、前例と同様に基準面20a で反射した集光スポットと
測定面25a で反射した集光スポットとが測光手段43とし
ての面センサ44に集光される。この面センサ44の信号が
コントローラ50に入力され、該コントローラ50から前記
アライメント機構のアクチュエータ22，29に対してドラ
イバ45，46を介して駆動信号が出力される。

【００４３】一方、前記被検体25の測定面25a の前面側
および基準板20の基準面20a の前面側には、それぞれ開
口形状が変更可能な第１および第２アパーチュア55，56
が配設され、各アパーチュア55，56はその開口形状を変
更するアクチュエータ57，58が付設されている。そし
て、上記アクチュエータ57，58のドライバ59，60に対し
て前記コントローラ50から駆動信号が出力され、開口形
状が変更制御される。

【００４４】本例における面センサ44の信号に基づく基
準板20および被検体25の自動アライメントは前例と同様
に行われるものであり、また、被検体25に対して配設さ
れた第１のアパーチュア55の開口形状の制御も前例と同
様に、面センサ44での集光スポットの形状認識に基づい
て行われる。さらに、基準板20に対する第２のアパーチ
ュア56の開口形状の制御は、前記被検体25に対する第１
のアパーチュア55の開口制御により、通過光束が規制さ
れて集光スポットの光量が低減した場合に、基準板20か
ら反射した集光スポットの光量バランスをとることか
ら、略同程度の開口形状となるように制御するものであ
る。

【００４５】なお、前記実施例１のフィゾー型の干渉計
10においても、基準面20a での反射光と測定面25a での
反射光との光量バランスをとる必要がある場合には、実
施例２と同様に基準板20の前面側にもアパーチュアを配
設して通過光束を規制するように構成する。

【００４６】また、前記各実施例におけるアパーチュア
は、開口形状を変更可能に設けて、アライメントが終了
した時点では、その開口形状を大きくして測定面の干渉
縞の測定に影響を与えないようにしているが、他の実施
態様としては、アライメントが終了するとアパーチュア
を測定光束の外部に外すように入出自在に構成してもよ
い。

【００４７】その一例としては、図６に示すアパーチュ
ア54を用意し、このアパーチュア５４は所定の大きさの
開口５４ａ を有し、測定光束に入出自在に配設するも
のである。その場合に、前記アパーチュア54は外側が低
く開口54a の部分が高くなるように傾斜した円錐状に形
成され、該アパーチュア54の表面で反射した光が斜面に
よって外側に反射し、アライメント光束中に入射しない
ように形成すると、前記無反射コートと同様の効果が得
られる。

【００４８】次に、図７は測光手段の他の例を示し、前
記各実施例ではＣＣＤ素子等の面センサ44を使用した例
であるが、これに代えて測光面が４分割されたフォトセ
ンサ51（４分割ダイオード）を使用する。

【００４９】すなわち、上記フォトセンサ51は中心点を
通る２本の直交線で測光面が分割され、実質的に上下左
右の４つの分割センサ 51a〜51d で構成され、それぞれ
の分割センサ 39a〜51d から照射光量に応じた検出信号
（電圧）を出力するものである。そして、中心部分に集
光スポットが照射され、各センサ 51a〜51d に均等な光
量が入射された際には、同一レベルの信号を出力する。

【００５０】前記フォトセンサ51の検出信号は比較器に
出力され、フォトセンサ51の上センサ51a と下センサ51
b との信号（電圧）を比較してＸ軸方向の光量差を求め
るとともに、左センサ51c と右センサ51d との信号を比
較してＹ軸方向の光量差を求め、この光量差がなくなる
方向に集光スポットが移動するようにコントローラから
駆動信号を出力してアライメント制御を行うものであ
る。なお、詳細は特開平５−332716号公報を参照された
い。

【００５１】また、前記各実施例においては、アライメ
ント用の測光手段43に対する集光スポットを得るために
測定光束中にビームスプリッタを配設するようにしてい
るが、ＴＶカメラ等の測定用の光学系の配置関係によっ
ては種々の形態の光路によって入射するように構成され
る。

【００５２】

【発明の効果】上記のような干渉計用アライメント装置
では、基準面からの反射光の集光スポットと測定面から
の反射光の集光スポットの位置を合致させることによ
り、基準面と測定面を正確に光学的に対向させるについ
て、測定光束中に通過光束を規制するアパーチュアを設
けたことにより、アライメント時には測定光束中にアパ
ーチュアを介装して通過光束を規制することで、測定面
の形状精度が低くてもその反射光の拡がりは少く、集光
スポットがアライメントを行うについて適正な形状とな
って、自動アライメントも可能となり、高精度の調整が
行え、良好な測定精度が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のアライメント装置を備
えた干渉計の概略構成図

【図２】アパーチュアの構成例を示す正面図

【図３】アパーチュアの他の例をしめす正面図

【図４】アパーチュアのさらに他の例を示す正面図

【図５】第２の実施例のアライメント装置を備えた干渉
計の概略構成図

【図６】アパーチュアの変形例を示す斜視図

【図７】測光手段の他の例を示す概略斜視図

【図８】従来のアライメント装置を備えた干渉計の概略
構成図

【符号の説明】

10,30 干渉計 11 光源 20 基準板 20a 基準面 25 被検体 25a 測定面 26 支持台 27 角度調整手段 29 アクチュエータ 38，52〜56 アパーチュア 40 アクチュエータ 43 測光手段 44 面センサ 50 コントローラ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系を介した光の照射により、基準板
   の基準面からの反射光と、被検体の測定面からの反射光
   との干渉に基づき測定面の面精度等を測定する干渉計に
   用いられ、 基準面からの反射光の集光スポットと測定面からの反射
   光の集光スポットの位置を合致させることにより、基準
   面と測定面を正確に光学的に対向させる被検体の干渉計
   用アライメント装置であって、 測定光束中に通過光束を規制するアパーチュアを設けた
   ことを特徴とする干渉計用アライメント装置。
2. 【請求項２】 前記アパーチュアは、開口形状が可変で
   あることを特徴とする請求項１記載の干渉計用アライメ
   ント装置。
3. 【請求項３】 前記アパーチュアは、反射光の集光点の
   近傍に配設された測光手段からの信号を基に、開口形状
   を変更することを特徴とする請求項２記載の干渉計用ア
   ライメント装置。
4. 【請求項４】 前記アパーチュアは、測定光束に入出自
   在に配設されていることを特徴とする請求項１記載の干
   渉計用アライメント装置。
5. 【請求項５】 前記アパーチュアは、前記測定面に近接
   して配設されていることを特徴とする請求項１記載の干
   渉計用アライメント装置。
6. 【請求項６】 前記アパーチュアは、前記測定面の近傍
   および基準面の近傍にそれぞれ配設されていることを特
   徴とする請求項１記載の干渉計用アライメント装置。