JPH10111216A

JPH10111216A - 短波長用検出光学装置

Info

Publication number: JPH10111216A
Application number: JP8285964A
Authority: JP
Inventors: Keiji Inada; 惠司稲田; Hiroaki Tanaka; 宏明田中; Yutaka Ichihara; 裕市原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】短波長光用ＴＶカメラ等の短波長用の検出光
学系を用いることなく、像の検出を行うことができ、検
出光学系が安価で、メンテナンスも容易な短波長用検出
光学装置を提供する。【解決手段】「短波長光光源」としてのレーザ光源１
１と、該光源１１からの光束を参照面１４ａおよび被検
面１５ａへ導く一方前記参照面１４ａおよび被検面１５
ａからの反射光を「結像光学系」としてのフォーカシン
グレンズ１６へ導く半透過鏡１３と、該半透過鏡１３か
らの反射光を結像させるフォーカシングレンズ１６と、
該フォーカシングレンズ１６を介して結像された干渉像
を観測する「検出光学系」としてのズームレンズ１７及
び可視光用ＴＶカメラ１８を備え、前記フォーカシング
レンズ１６による干渉像の結像位置に、前記短波長光に
よる干渉像を可視光による干渉像に変換する「可視光変
換手段」としてのスクリーン１９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、短波長光が用い
られる短波長用検出光学装置、例えば、短波長光を用い
てレンズやミラー等の光学部品の透過波面形状や面形状
を測定する短波長干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レンズやミラーなどの透過波
面形状や面形状を高精度に測定するために、各種干渉計
が用いられている。干渉計を用いた測定方法では、光源
からの光を参照面と被検面にそれぞれ当てて反射光を
得、その双方の反射光を干渉させることにより得られた
干渉縞を撮像手段で取り込んで解析するというものであ
る。このような干渉計として、光源からの光の分割方式
によって、フィゾー干渉計、トワイマン・グリーン干渉
計などがある。

【０００３】最近、各種測定装置や加工装置に光源とし
てエキシマレーザなどが用いられるようになった。この
ような短波長光（例えば、波長が２４８ｎｍ以下）を用
いることにより高精度な測定を行うことができ、この測
定を加工にフィードバックすることで微細な加工を行う
ことができる。短波長光を用いる測定装置や加工装置に
は多数の光学部品が使われており、これらの光学部品の
面形状や透過波面形状には高い精度が要求される。特
に、これらの光学部品の透過波面形状測定には前述した
干渉計の測定光としてその装置に利用する短波長光を用
いることになる。もちろん面形状測定においても、波長
分解能の同じ干渉計であれば、波長が短いほど高分解能
化がはかれる。

【０００４】図２はそのような短波長光を用いた、従来
のフィゾー干渉計の光学系の構成図である。レーザ光源
２１より出射された短波長光はビームエキスパンダ２２
により必要な光束に拡大され、半透過鏡２３を通過す
る。通過した光束はフィゾーレンズ２４に入射し、一部
が、フィゾーレンズ２４の参照面２４ａで反射して半透
過鏡２３に戻る。一方、残りの光束は、被検物２５の被
検面２５ａで反射してフィゾーレンズ２４を通過し、半
透過鏡２３に戻る。これらの光束は干渉しながら半透過
鏡２３で反射され、フォーカシングレンズ２６により結
像位置に干渉縞の空間像を形成する。この干渉縞の空間
像を、ズームレンズ２７により必要な大きさに変えて、
短波長光用ＴＶカメラ２８に取り込むという構成になっ
ている。この短波長光用ＴＶカメラ２８には、短波長光
用として高価な石英ガラス２８ａや特殊エリアセンサ２
８ｂが設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の干渉計においては、干渉縞を取り込む撮像
手段として、可視光に感度がよくても短波長光に感度の
悪い、通常の撮像管やＣＣＤ素子を用いたＴＶカメラを
使うことができなかった。従って、短波長光に感度のよ
い特別な短波長光用ＴＶカメラ２８を用意しなければな
らず、干渉計が高価になってしまうという問題点があっ
た。また、短波長光用ＴＶカメラ２８の受光部は短波長
光により劣化するが、カメラに組み込まれているため、
交換が容易ではないという欠点もあった。

【０００６】そこで、この発明は、短波長光用ＴＶカメ
ラ等の短波長用の検出光学系を用いることなく、像の検
出を行うことができ、検出光学系が安価で、メンテナン
スも容易な短波長用検出光学装置を提供することを課題
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、短波長光光源と、該光
源からの光束を結像させる結像光学系と、該結像光学系
による結像位置に配設され、前記短波長光による像を可
視光による像に変換する可視光変換手段と、該可視光に
よる像を観測する検出光学系とを有する短波長用検出光
学装置としたことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、短波長光光源
と、該光源からの光束を参照面および被検面へ導く一方
前記参照面および被検面からの反射光を結像光学系へ導
く半透過鏡と、該半透過鏡からの反射光又は透過光を結
像させる前記結像光学系と、該結像光学系を介して結像
された干渉像を観測する検出光学系とを備えた短波長用
検出光学装置において、前記結像光学系による干渉像の
結像位置に、前記短波長光による干渉像を可視光による
干渉像に変換する可視光変換手段を設けた短波長用検出
光学装置としたことを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の構成に加え、前記短波長光による像を可視光に
よる像に変換する可視光変換手段が、前記短波長光を照
射されると可視光を発する物質を表面に被膜したスクリ
ーンであることを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の構成に加え、前記スクリーン表面を被膜した物質が３
００ｎｍより短い波長光を浴びて可視光を発する物質で
あることを特徴とする。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の構成に加え、前記短波長光による像を可視光に
よる像に変換する可視光変換手段が、前記短波長光を照
射されると可視光を発する物質からなる板状のスクリー
ンであることを特徴とする。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
の何れかに一つに記載の構成に加え、前記検出光学系
が、可視光に変換された像を可視用ＴＶカメラで観測可
能とする光学系及びＴＶカメラを有することを特徴とす
る。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５
の何れかに一つに記載の構成に加え、前記検出光学系に
可視のズームレンズ、又は変倍レンズを用いることを特
徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１５】図１には、「短波長用検出光学装置」とし
て短波長干渉計に、この発明を適用した発明の実施の形
態を示す。

【００１６】図中符号１１は「短波長光光源」としての
レーザ光源で、このレーザ光源１１としては、ＡｒＦレ
ーザ（波長約１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長約２４
８ｎｍ）等があげられる。

【００１７】このレーザ光源１１より出射された短波長
光はビームエキスパンダ１２により必要な光束に拡大さ
れ、半透過鏡１３を通過する。通過した光束はフィゾー
レンズ１４に入射し、一部が、フィゾーレンズ１４の参
照面１４ａで反射して半透過鏡１３に戻る。一方、残り
の光束は、被検物１５の被検面１５ａで反射してフィゾ
ーレンズ１４を通過し、半透過鏡１３に戻る。これらの
光束は干渉しながら半透過鏡１３で反射され、「結像光
学系」としてのフォーカシングレンズ１６により、結像
位置に置かれた「可視光変換手段」としてのスクリーン
１９の表面上に干渉縞を結像する。

【００１８】このスクリーン１９と前記レーザ光源１１
との間の光学系に用いられる光学素材としては、蛍石や
石英（合成石英を含む）が望ましく、又、光学系の面精
度はλ／１０（λは光源の波長）程度が望ましい。

【００１９】また、そのスクリーン１９は、表面に短波
長光に反応する蛍光膜１９ａが形成されており、この蛍
光膜１９ａにより、干渉縞は可視光による像に置き換え
られる。この可視光の波長としては、４００ｎｍ〜７０
０ｎｍが望ましい。この蛍光膜１９ａは、例えば、真空
蒸着、スパッタリングなどにより均一に被膜されてい
る。また、このスクリーン１９の裏面側には、可視光用
の反射防止膜１９ｂが真空蒸着等により形成されてい
る。

【００２０】このスクリーン１９の表面に被膜する物質
は、その蛍光膜１９ａに限らず、短波長光を浴びて可視
光を発する物質であれば他のものでも良い。また、スク
リーン１９自体を、短波長光を浴びて可視光を発する物
質で形成することもできる。このものとしては、例え
ば、光を透過する蛍光ガラス，有機ポリマー等が考えら
れる。

【００２１】そして、このスクリーン１９により、可視
光に変換された干渉像を、ズームレンズ１７により必要
な大きさに変えて、一般の可視光用ＴＶカメラ１８に取
り込む、という構成になっている。この可視光用ＴＶカ
メラ１８には、通常のカバーガラス１８ａ及び通常のエ
リアセンサ１８ｂが配設されている。この可視光用ＴＶ
カメラ１８に取り込まれた像は、モニター（不図示）に
より見ることができる。また、可視光用ＴＶカメラ１８
から解析装置（不図示）に取り込んで、画像処理などに
よって解析を行い、測定データを出力することができ
る。このＴＶカメラ１８としては、前記可視光の波長４
００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲で感度特性が良好なものが
望ましい。

【００２２】かかるズームレンズ１７及び可視光用ＴＶ
カメラ１８により、干渉像を観測する「検出光学系」が
構成され、このズームレンズ１７が、可視光に変換され
た像を可視用ＴＶカメラ１８で観測可能とする光学系で
ある。

【００２３】このようにフォーカシングレンズ１６によ
り結像された干渉縞をスクリーン１９の表面上の蛍光膜
１９ａにより、可視光の干渉縞に変換したため、この蛍
光膜１９ａより後ろの光学系、つまり、反射防止膜１９
ｂ，ズームレンズ１７及びＴＶカメラ１８等を可視光用
のものとすることができ、短波長光用の高価なものを使
用する必要がないと共に、光学系の損傷も短波長光を使
用しているものと比較すると低減することができ、メン
テナンスも容易である。また、スクリーン１９のズーム
レンズ１７側に短波長光を遮断するフィルターを入れれ
ば、変換されなかった短波長光の影響を防止できる。但
し、この変換されなかった短波長光の影響は、そのフィ
ルターを入れなくても殆ど問題にならない。

【００２４】なお、上記実施の形態では、短波長干渉計
に、この発明を適用したが、これに限らず、短波長光が
透過する光学系を有する装置で有れば、他の短波長用検
出光学装置にも適用できることは勿論である。また、上
記実施の形態では、半透過鏡２３を透過した後、フィゾ
ーレンズ１４及び被検物１５で反射され、更に、この反
射光を半透過鏡１３で反射して結像する構成となってい
るが、これに限らず、レーザ光源１１からの光を半透過
鏡２３で反射した後、フィゾーレンズ１４及び被検物１
５で反射された光を半透過鏡２３を透過させて結像する
ようにすることもできる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載の発明によれば、短波長光光源からの光束を結像させ
る結像光学系による結像位置に、短波長光による像を可
視光による像に変換する可視光変換手段を設けたため、
検出光学系は可視光用で良いことから安価にできると共
に、メンテナンスも容易になる。また、検出光学系の前
でインコヒーレントな蛍光に変換しているので、この検
出光学系の内部反射による余計な干渉縞（スペックル）
の発生も除去できる。

【００２６】請求項２に記載された発明によれば、結像
光学系による干渉像の結像位置に、短波長光による干渉
像を可視光による干渉像に変換する可視光変換手段を設
けたため、干渉像を観測する検出光学系は、短波長光用
とする必要が無く、可視光用で良いことから安価にでき
ると共に、メンテナンスも容易になる。また、検出光学
系の前でインコヒーレントな蛍光に変換しているので、
この検出光学系の内部反射による余計な干渉縞（スペッ
クル）の発生も除去できる。

【００２７】請求項３に記載された発明によれば、請求
項１又は２の効果に加え、短波長光による像を可視光に
よる像に変換する可視光変換手段を、短波長光を照射さ
れると可視光を発する物質を表面に被膜したスクリーン
とすることにより、この可視光変換手段を比較的に簡単
に成形できると共に、かかる物質を表面側に被膜するこ
とで、裏面側に形成する反射防止膜は、可視光用のもの
を使用できる。

【００２８】請求項４に記載された発明によれば、請求
項３に記載の効果と同様の効果が得られる。

【００２９】請求項５に記載された発明によれば、請求
項１又は２に記載の効果と同様の効果が得られる。

【００３０】請求項６に記載された発明によれば、請求
項１乃至５のいずれかに記載の効果に加え、可視光に変
換された像を可視用ＴＶカメラで観測可能とする光学系
及びＴＶカメラを可視光用とすることができ、安価にで
きると共に、メンテナンスも容易になる。また、可視光
に変換された像を可視用ＴＶカメラで観測可能とする光
学系（例えば、ズームレンズ）の前でインコヒーレント
な蛍光に変換しているので、レンズ構成枚数の多いズー
ムレンズの内部反射による余計な干渉縞（スペックル）
の発生も除去できる。

【００３１】請求項７に記載された発明によれば、請求
項１乃至５のいずれかに記載の効果に加え、検出光学系
に可視のズーム又は変倍レンズを用いることにより、安
価にできると共に、メンテナンスも容易になる。また、
可視光に変換された像をズームレンズの前でインコヒー
レントな蛍光に変換しているので、レンズ構成枚数の多
いズームレンズの内部反射による余計な干渉縞（スペッ
クル）の発生も除去できる、という実用上有益な効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る短波長干渉計の概
略図である。

【図２】従来の短波長干渉計を示す概略図である。

【符号の説明】

11 レーザ光源（短波長光光源） 12 ビームエキスパンダ 13 半透過鏡 14 フィゾーレンズ 14a 参照面 15 被検物 15a 被検面 16 フォーカシングレンズ（結像光学系） 17 ズームレンズ 18 可視光用ＴＶカメラ 19 スクリーン 19a 蛍光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０１Ｍ 11/00 Ｇ０１Ｍ 11/00 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】短波長光光源と、該光源からの光束を結
像させる結像光学系と、該結像光学系による結像位置に
配設され、前記短波長光による像を可視光による像に変
換する可視光変換手段と、該可視光による像を観測する
検出光学系とを有することを特徴とする短波長用検出光
学装置。
【請求項２】短波長光光源と、該光源からの光束を参
照面および被検面へ導く一方前記参照面および被検面か
らの反射光を結像光学系へ導く半透過鏡と、該半透過鏡
からの反射光又は透過光を結像させる前記結像光学系
と、該結像光学系を介して結像された干渉像を観測する
検出光学系とを備えた短波長用検出光学装置において、前記結像光学系による干渉像の結像位置に、前記短波長
光による干渉像を可視光による干渉像に変換する可視光
変換手段を設けたことを特徴とする短波長用検出光学装
置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の短波長用検出光
学装置において、前記短波長光による像を可視光による
像に変換する可視光変換手段が、前記短波長光を照射さ
れると可視光を発する物質を表面に被膜したスクリーン
であることを特徴とする短波長用検出光学装置。
【請求項４】請求項３に記載の短波長用検出光学装置
において、前記スクリーン表面を被膜した物質が３００
ｎｍより短い波長光を浴びて可視光を発する物質である
ことを特徴とする短波長用検出光学装置。
【請求項５】請求項１又は２に記載の短波長用検出光
学装置において、前記短波長光による像を可視光による
像に変換する可視光変換手段が、前記短波長光を照射さ
れると可視光を発する物質からなる板状のスクリーンで
あることを特徴とする短波長用検出光学装置。
【請求項６】請求項１乃至５の何れかに一つに記載の
短波長用検出光学装置において、前記検出光学系が、可
視光に変換された像を可視用ＴＶカメラで観測可能とす
る光学系及びＴＶカメラを有することを特徴とする短波
長用検出光学装置。
【請求項７】請求項１乃至５の何れかに一つに記載の
短波長用検出光学装置において、前記検出光学系に可視
のズームレンズ、又は変倍レンズを用いることを特徴と
する短波長用検出光学装置。