JPH10253315A - Optical interferometer and sample positioning device - Google Patents
Optical interferometer and sample positioning deviceInfo
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- JPH10253315A JPH10253315A JP7908397A JP7908397A JPH10253315A JP H10253315 A JPH10253315 A JP H10253315A JP 7908397 A JP7908397 A JP 7908397A JP 7908397 A JP7908397 A JP 7908397A JP H10253315 A JPH10253315 A JP H10253315A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光波干渉装置の被検
体ポジショニング装置に関し、特に薄板状の被検体の被
検面の表面形状を可干渉距離の短い光を用いて測定する
場合において、該被検面を集光レンズによって干渉可能
範囲内に位置決めする際に用いられる光波干渉装置の被
検体ポジショニング装置の改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object positioning device for an optical interference device, and more particularly to a device for measuring the surface shape of a test surface of a thin plate-shaped object using light having a short coherence distance. The present invention relates to an improvement in an object positioning device of a light wave interference device used when positioning a test surface within a range in which interference is possible with a condenser lens.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、マイケルソン型の干渉計におい
ては、可干渉性を有する平行光を光分割手段で参照光と
被検光とに分割し、これら参照光および被検光を参照面
および被検面で各々反射させて上記光分割手段で再度合
成した後、観察面上に干渉縞を形成させるように構成さ
れており、この干渉縞を観察することにより被検面の凹
凸形状等の評価を行えるようになっている。2. Description of the Related Art For example, in a Michelson-type interferometer, coherent parallel light is split into a reference light and a test light by a light splitting means, and the reference light and the test light are divided into a reference surface and a test light. After being reflected on the surface to be inspected and recombined by the light splitting means, interference fringes are formed on the observation surface, and by observing the interference fringes, the irregular shape of the surface to be inspected is formed. Evaluation can be performed.
【0003】ところで、上記干渉計として、レーザ干渉
計を用いる場合には、レーザ光の干渉距離が長いことか
ら、参照面に対して被検面の位置を正確に設定する必要
はないものの、逆にガラス等の透明性薄板の場合、被検
体の裏面からの反射光も、被検面からの反射光や参照面
からの反射光と干渉を生じてしまい、本来の干渉縞上に
ノイズ成分の干渉縞を重畳させてしまう。When a laser interferometer is used as the interferometer, it is not necessary to accurately set the position of the test surface with respect to the reference surface because the interference distance of the laser light is long. In the case of a transparent thin plate such as glass, the reflected light from the back surface of the subject also interferes with the reflected light from the test surface and the reflected light from the reference surface, and noise components on the original interference fringes are generated. Interference fringes are superimposed.
【0004】このため、従来は、レーザ干渉計を用いて
薄板ガラス等を測定する場合は、ゴーストを発生する裏
面に屈折率マッチングオイルを塗るなどの対策が必要で
あった。しかし、このような対策を施すことは多大な手
間を要し、被検体を汚染するなどの問題もあった。For this reason, conventionally, when measuring thin glass or the like using a laser interferometer, it has been necessary to take measures such as applying a refractive index matching oil to the back surface where ghosts are generated. However, taking such measures requires a great deal of trouble, and there is also a problem such as contamination of the subject.
【0005】また、特に被検体の厚さが極めて薄い場合
には、この裏面にマッチングオイル等を塗布すると、そ
の表面張力の影響で被検体が歪み被検面の正確な測定が
行えないという問題も発生する。そこで、薄板ガラス等
の表面形状を測定する場合には可干渉距離の短い光(被
検体の厚みtの2倍よりも可干渉距離の短い光)を測定
光として用い、被検面のみを干渉可能範囲に設定するこ
とが考えられる。しかしながら、上記従来技術におい
て、光源からの光の可干渉距離をSCLとすると、被検面
を配設すべき干渉可能範囲Lは、L<SCL/2となる。[0005] In addition, especially when the thickness of the test object is extremely thin, if a matching oil or the like is applied to the back surface, the test object is distorted due to the effect of the surface tension and accurate measurement of the test surface cannot be performed. Also occurs. Therefore, when measuring the surface shape of thin glass or the like, light having a short coherence distance (light having a coherence distance shorter than twice the thickness t of the subject) is used as the measurement light, and only the surface to be measured interferes. It is conceivable to set it in a possible range. However, in the above prior art, if the coherent distance of the light from the light source is S CL , the interference possible range L where the test surface is to be disposed is L <S CL / 2.
【0006】例えば、光源として赤色発光ダイオード
(LED)のように可干渉距離が30μm程度のものを
用いると干渉可能範囲Lは15μmよりも短いものとな
ってしまう。この狭い範囲の中に被検体の被検面をポジ
ショニングしなければ参照板との相対的形状を示す干渉
縞は発生しない。For example, when a light source having a coherence distance of about 30 μm such as a red light emitting diode (LED) is used as a light source, the interference possible range L is shorter than 15 μm. Unless the test surface of the subject is positioned within this narrow range, no interference fringe indicating the relative shape to the reference plate is generated.
【0007】そこで、本願発明者は、被検体ポジショニ
ング用の集光レンズを被検光光束内で、かつ、その焦点
位置が被検面の干渉可能範囲内となるように設定し、こ
の集光レンズを透過した被検面からの戻り光が形成する
結像面上のスポット形状を観察し、被検面を干渉可能範
囲に容易に位置設定し得るようにした被検体ポジショニ
ング装置を開発し、既に開示している(特願平7−35
3871号明細書等)。Therefore, the inventor of the present application sets the condensing lens for positioning the subject within the light beam to be detected and the focal position thereof within the interference possible range of the surface to be detected. Developed a subject positioning device that observes the spot shape on the imaging surface formed by the return light from the test surface that has passed through the lens, and that allows the test surface to be easily positioned within the interference range. It has already been disclosed (Japanese Patent Application No. 7-35)
3871).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記干
渉可能範囲は極めて微小距離であり、被検面をある程度
の速度で光軸方向に移動させた場合には結像面上に所望
の光スポットが形成されたか否かを判別すること自体が
困難である。自動で上記被検体のポジショニンングがな
される際には、上記光スポットの認識は特に困難とな
る。したがって、上記被検面を極めて低速で移動させざ
るを得ず、時間的に効率の良いポジショニングを行うこ
とが困難であった。However, the range of interference is extremely small, and when the surface to be measured is moved in the direction of the optical axis at a certain speed, a desired light spot is formed on the imaging surface. It is difficult to determine whether or not it has been formed. When the positioning of the subject is automatically performed, it is particularly difficult to recognize the light spot. Therefore, the surface to be inspected must be moved at an extremely low speed, and it is difficult to perform time-efficient positioning.
【0009】本発明は上記の事情に鑑み、可干渉距離の
短い光を用いた光波干渉装置において、被検面を干渉可
能範囲に位置設定する操作時間を簡易な構成で大幅に短
縮し得る光波干渉装置の被検体ポジショニング装置を提
供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention provides a light wave interferometer using light having a short coherence distance, which can greatly reduce the operation time for setting the position of the surface to be detected in the interference possible range with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a subject positioning device for an interference device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の光波干渉装置の
被検体ポジショニング装置は、光源からの光を2系に分
割し、一方を被検体の被検面上に、他方を参照面上に照
射し、該被検面からの被検光と該参照面からの参照光の
干渉により生じる干渉縞を観察し、該観察結果に基づき
該被検面の表面形状を測定する光波干渉装置において、
前記光の可干渉距離は、前記被検体の厚みの2倍に比べ
て短い距離とされ、前記光の分割位置と、前記被検面の
干渉可能範囲位置との間の光路内に、該干渉可能範囲内
に焦点位置を有する集光レンズ部が配設されてなり、前
記集光レンズ部が複数の異なるF値を採りうるように構
成されてなることを特徴とするものである。The object positioning apparatus of the light wave interference apparatus according to the present invention divides light from a light source into two systems, one on a surface to be inspected and the other on a reference surface. Irradiating, observing interference fringes caused by interference between the test light from the test surface and the reference light from the reference surface, and measuring the surface shape of the test surface based on the observation result in a light wave interference device,
The coherence distance of the light is a distance shorter than twice the thickness of the subject, and the interference in the optical path between the split position of the light and the position where the interference is possible on the test surface. A condenser lens unit having a focal position within a possible range is provided, and the condenser lens unit is configured to be able to take a plurality of different F values.
【0011】また、前記複数の異なるF値が、前記光源
と前記集光レンズの間に配された可変絞りを用いて該集
光レンズに入射する光束径を変化させることにより得ら
れることが好ましい。また、前記複数の異なるF値が、
互いに焦点距離の異なる複数個の集光レンズにより得ら
れることが好ましく、さらに、この場合において、前記
複数個の集光レンズを前記光路内に順次挿入するように
移動せしめる集光レンズ移動部材を備えてなることが好
ましい。Preferably, the plurality of different F values are obtained by changing the diameter of a light beam incident on the condenser lens using a variable stop disposed between the light source and the condenser lens. . Also, the plurality of different F values are
It is preferable that the plurality of condenser lenses are obtained by a plurality of condenser lenses having different focal lengths, and in this case, a condenser lens moving member for moving the plurality of condenser lenses so as to be sequentially inserted into the optical path is provided. Preferably.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に
係る被検体ポジショニング装置を示す概略図であり、マ
イケルソン型干渉計に適用されたものである。このマイ
ケルソン型干渉計は、光源1と、コリメータレンズ2
と、ビームスプリッタ3と、参照板4と、撮像レンズ7
と、CCD素子8と、図示されない被検体保持駆動機構
とを備えてなっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an object positioning apparatus according to an embodiment of the present invention, which is applied to a Michelson interferometer. This Michelson interferometer comprises a light source 1 and a collimator lens 2
, Beam splitter 3, reference plate 4, imaging lens 7
, A CCD element 8 and a subject holding drive mechanism (not shown).
【0013】上記光源1は可干渉距離の短い光を射出す
る光源であり、該光源1から射出された光1aは、コリ
メータレンズ2で平行光にされた後、ビームスプリッタ
3で参照光と被検光とに分割されるようになっている。
そして、これら参照光および被検光は、参照板4の参照
面4aおよび被検体保持駆動機構に支持された被検体5
の被検面5aで各々反射した後ビームスプリッタ3で再
度合成され、撮像レンズ7によりCCD8の結像面上に
干渉縞を形成するように構成されている。The light source 1 is a light source for emitting light having a short coherent distance. The light 1a emitted from the light source 1 is collimated by a collimator lens 2 and then collimated by a beam splitter 3 with a reference light. It is divided into analysis and analysis.
The reference light and the test light are transmitted to the reference surface 4a of the reference plate 4 and the test object 5 supported by the test object holding drive mechanism.
After being reflected by the test surface 5a, the beam is split again by the beam splitter 3 to form an interference fringe on the imaging surface of the CCD 8 by the imaging lens 7.
【0014】ところで、この干渉装置においては被検体
5の被検面5aからの反射光と参照板4の参照面4aか
らの反射光とにより形成される干渉縞上に、被検体5の
裏面5bからの反射光に基づく干渉縞ノイズが重畳しな
いように光源1として干渉距離の極めて短い光1aが射
出される光源を選択している。このように干渉装置にお
いて可干渉距離の短い光を射出する光源を用いた場合に
は、参照光および被検光の光路長が互いに等しくなるよ
う被検面5aの光軸方向の位置を調整する被検面距離合
わせを行う必要がある。In this interference apparatus, the back surface 5b of the subject 5 is placed on the interference fringe formed by the reflected light from the test surface 5a of the subject 5 and the reflected light from the reference surface 4a of the reference plate 4. A light source that emits light 1a having an extremely short interference distance is selected as the light source 1 so that interference fringe noise based on reflected light from the light source is not superimposed. When the light source that emits light with a short coherence distance is used in the interference device, the position of the test surface 5a in the optical axis direction is adjusted so that the optical path lengths of the reference light and the test light are equal to each other. It is necessary to adjust the distance of the test surface.
【0015】図1に示される、被検面5aの干渉可能範
囲Lは、光1aの可干渉距離をSCLとすると、 L<S
CL/2となる。しかも、可干渉距離SCLは被検体5の厚
みtに比べて極めて小さくなるように設定されている。
例えば、光源1を赤色のLEDとした場合、可干渉距離
SCL≒30μmとなる。すると上記干渉可能範囲Lは1
5μmよりも小さい値となる。これにより、干渉縞測定
時において被検体5の被検面5aに基づく干渉縞が観察
されているときは、被検体5の裏面5bに基づく干渉縞
は観察されない。そして、被検体5は、図示されない被
検体保持駆動機構によって矢印A方向に移動され、被検
面5aがこの干渉可能範囲内に位置決めされることにな
るが、このように極めて短い範囲6内に被検体5の被検
面5aをポジショニングするのは容易ではない。As shown in FIG. 1, if the coherent distance of the light 1a is S CL , then L <S
CL / 2. Moreover, the coherent distance SCL is set to be extremely smaller than the thickness t of the subject 5.
For example, when the light source 1 is a red LED, the coherence length S CL ≒ 30 μm. Then, the interference possible range L is 1
The value is smaller than 5 μm. Thereby, when the interference fringe based on the test surface 5a of the subject 5 is observed during the measurement of the interference fringe, the interference fringe based on the back surface 5b of the subject 5 is not observed. Then, the subject 5 is moved in the direction of arrow A by a subject holding and driving mechanism (not shown), and the subject surface 5a is positioned within the interference possible range. It is not easy to position the test surface 5a of the test object 5.
【0016】そこで、上記装置においては、図示する如
く、光路内に、上記干渉可能範囲6内に焦点位置Fを有
する、被検体5のポジショニングを行うための集光レン
ズ9を配設している。そして、被検面5aが干渉可能範
囲内に位置せしめられたときには、集光レンズ9からの
光束が被検面5a上で略焦点を結ぶようにして反射さ
れ、該集光レンズ9によって再び略平行光束とされてC
CD8に入射するため、被検面5aがこの干渉可能範囲
にないときのCCD8に入射する光束のCCD8への入
射状態(発散光束もしくは集光光束)とは異なる。した
がって、被検面5aが干渉可能範囲に設定されているか
否かによって、観察されるスポットパタ−ンが大きく異
なり、現在の被検面5aの設定位置を明確に認識でき
る。Therefore, in the above apparatus, as shown in the figure, a condenser lens 9 for positioning the subject 5 having a focal position F within the interference possible range 6 is provided in the optical path. . Then, when the test surface 5a is positioned within the interference possible range, the light beam from the condenser lens 9 is reflected so as to be substantially focused on the test surface 5a, and is substantially again reflected by the condenser lens 9. It is C
Since the light is incident on the CD 8, the light incident on the CCD 8 when the test surface 5a is not in the interference possible range is different from the state of incidence (divergent light or condensed light) on the CCD 8. Therefore, the observed spot pattern greatly differs depending on whether or not the test surface 5a is set in the interference possible range, and the current setting position of the test surface 5a can be clearly recognized.
【0017】しかしながら、このような構成を採用した
場合においてもなお、被検面5aの上昇速度を極めて遅
くしないと上記干渉縞の出現を確認することが困難な作
業となる。そこで、上記装置においては、上記集光レン
ズ9に入射する光束の径を任意に変えうる開口絞り11
を設け、この集光レンズ9が複数の異なるF値を採りう
るように構成し、ポジショニング操作の初期段階におい
ては集光レンズ9に入射する光束径を小さいものに設定
し(大きいF値)、この状態でスポットパターンが観察
されれば開口絞り11を開いて集光レンズ9に入射する
光束径を大きいものに設定して(小さいF値)被検面5
aを最適位置に設定している。However, even when such a configuration is employed, it is difficult to confirm the appearance of the interference fringes unless the rising speed of the test surface 5a is extremely slow. Therefore, in the above device, the aperture stop 11 that can arbitrarily change the diameter of the light beam incident on the condenser lens 9 is used.
Is provided so that the condensing lens 9 can take a plurality of different F values. In the initial stage of the positioning operation, the diameter of the light beam incident on the condensing lens 9 is set to be small (large F value). If a spot pattern is observed in this state, the aperture stop 11 is opened, and the diameter of the light beam incident on the condenser lens 9 is set to be large (small F value).
a is set to the optimum position.
【0018】以下、図2、図3および図4を用いてこの
集光レンズ9による被検体ポジショニング装置の基本的
原理を説明する。まず、図2(a)は、被検体5の被検
面5aが干渉可能範囲6内に到達せず、集光レンズ9か
らの光が発散状態で被検面5aに照射され、反射される
場合を示す。The basic principle of the object positioning device using the condenser lens 9 will be described below with reference to FIGS. 2, 3 and 4. First, FIG. 2A shows that the test surface 5a of the test object 5 does not reach the coherent range 6 and the light from the condenser lens 9 is radiated and reflected on the test surface 5a in a divergent state. Show the case.
【0019】この集光レンズ9は、図1に示すビームス
プリッタ3から射出された平行光束中に配されており、
この集光レンズ9の焦点位置Fより遠い位置に被検面5
aが存在すると、この集光レンズ9を通過した光束は被
検面5aに照射され、反射されることになるが、この反
射された光束は被検面5aを挟んでFと対称な位置F′
に発光点があたかも存在するように進む。This condenser lens 9 is disposed in a parallel light beam emitted from the beam splitter 3 shown in FIG.
The test surface 5 is located at a position farther than the focal position F of the condenser lens 9.
When a exists, the light beam that has passed through the condenser lens 9 irradiates the surface 5a to be detected and is reflected, but the reflected light beam is located at a position F symmetrical to F with the surface 5a interposed therebetween. ′
It proceeds as if the light emitting point is present.
【0020】この光束が再び集光レンズ9を通過する
と、図2(a)に示されるように、平行光にはならず集
束光として上記ビームスプリッタ3に戻ることになる。
図2(b)は、被検面5aが集光レンズ9の焦点位置F
にちょうど到達した場合を示す。この場合は被検面5a
で反射された光束は焦点位置Fを発光点とする光束とな
り、この光束が再び集光レンズ9において平行光束とさ
れて上記ビームスプリッタ3に戻ることになる。When this light beam passes through the condenser lens 9 again, as shown in FIG. 2A, the light beam returns to the beam splitter 3 as a converged light instead of a parallel light.
FIG. 2B shows that the test surface 5 a is located at the focal position F of the condenser lens 9.
Shows just reached. In this case, the test surface 5a
The light beam reflected by the light source becomes a light beam having a light emission point at the focal position F. This light beam is converted into a parallel light beam again by the condenser lens 9 and returns to the beam splitter 3.
【0021】図2(c)は、被検面5aが集光レンズ9
の焦点位置Fを通り過ぎてしまった場合を示す。この場
合には、被検面5aを挟んで焦点位置Fと対称な位置
F′が実際の点光源となり、この点光源からの発散光束
が集光レンズ9に再入射することになる。この位置F′
は集光レンズ9の焦点位置Fの内側にあるため、この集
光レンズ9から射出され、逆行する光束は発散光となっ
て、上記ビームスプリッタ3に戻る。FIG. 2C shows that the surface 5a to be detected is
Is shown after passing through the focal position F. In this case, a position F 'symmetrical to the focal point position F with the test surface 5a interposed therebetween becomes an actual point light source, and a divergent light beam from this point light source reenters the condenser lens 9. This position F '
Is inside the focal position F of the condenser lens 9, the light flux emitted from the condenser lens 9 and going backwards becomes divergent light and returns to the beam splitter 3.
【0022】また、図2(a)、(b)、(c)に示さ
れた各場合における、CCD8上に形成されたパターン
は、モニタ上において各々視野20内に図3(a),
(b),(c)の如く表示される。すなわち、図2
(a)に示される状態では、図3(a)に示されるよう
に集光レンズ9の径のサイズ部分21に暗いスポット2
2bが形成され、そのスポット22bの中に、それより
サイズの小さい明るいスポット22aが形成される。In each of the cases shown in FIGS. 2A, 2B and 2C, the pattern formed on the CCD 8 is shown in FIG.
(B) and (c) are displayed. That is, FIG.
In the state shown in FIG. 3A, as shown in FIG.
2b is formed, and a bright spot 22a having a smaller size is formed in the spot 22b.
【0023】また、図2(b)に示される状態では、図
3(b)に示されるように集光レンズ9の径のサイズ部
分21の全体が、均一の明るさのスポット23となり、
その明るさはこの部分21の周囲と同等程度となる。さ
らに、図2(c)に示される状態では、図3(c)に示
されるように集光レンズ9の径のサイズ部分21より大
きい範囲にやや明るいスポット25が形成される。ま
た、集光レンズ9の径のサイズ部分21と一致してやや
暗いスポット24が形成される。In the state shown in FIG. 2 (b), as shown in FIG. 3 (b), the entire diameter portion 21 of the condenser lens 9 becomes a spot 23 of uniform brightness.
Its brightness is equivalent to that of the periphery of this portion 21. Further, in the state shown in FIG. 2C, a slightly bright spot 25 is formed in a range larger than the size 21 of the diameter of the condenser lens 9 as shown in FIG. 3C. Further, a slightly dark spot 24 is formed corresponding to the size portion 21 of the diameter of the condenser lens 9.
【0024】このように、集光レンズ9を逆行した光束
は、CCD8上に所定のサイズあるいは所定の明るさの
スポットを形成し、図3(b)に示すように、このスポ
ット23と視野20内の他の領域との明るさの区別がほ
とんどない状態となったときに、被検面5aが干渉可能
範囲6の近傍にポジショニングされていることが検出で
きる。As described above, the light beam that has traveled backward through the condenser lens 9 forms a spot of a predetermined size or a predetermined brightness on the CCD 8, and as shown in FIG. When the brightness is hardly distinguished from other areas in the area, it is possible to detect that the test surface 5a is positioned near the interference possible range 6.
【0025】また、上記集光レンズ9は平行光束の周辺
光束位置に配設して、それにより生じるスポットパター
ンが干渉縞の測定時において、測定に支障のない観察画
面の端部となるようにすることが望ましいが、このポジ
ショニング時におけるスポットパターンを視野20の中
央部分において観察したい場合や、干渉縞画像中からこ
のスポットパターンの影響を全く排除したい場合には、
この干渉縞測定時において集光レンズ9を平行光束外に
退避することができる構成としておけばよい。もちろ
ん、ポジショニング時と干渉縞測定時の別を認識し得る
信号に基づき、この集光レンズ9の平行光束中への挿
入、退避が自動的に行われるようにすることも可能であ
る。The condensing lens 9 is arranged at the position of the peripheral light beam of the parallel light beam, so that the spot pattern generated by the converging lens 9 becomes the end of the observation screen which does not hinder the measurement when measuring the interference fringes. However, if it is desired to observe the spot pattern at the time of positioning in the center of the field of view 20 or if it is desired to completely eliminate the influence of this spot pattern from the interference fringe image,
At the time of measuring the interference fringes, a configuration may be employed in which the condenser lens 9 can be retracted out of the parallel light beam. Of course, it is also possible to automatically insert and retreat the condenser lens 9 into and out of the parallel light beam based on a signal that can recognize the difference between the positioning and the interference fringe measurement.
【0026】ところで、本実施形態においては、図3
(a)、(b)、(c)で示されるようなスポットパタ
ーンに基づき、図示されないCPUにより現在の状態が
所定位置にポジショニングされている状態であるか否か
を自動的に判断し、この判断結果に基づき前述した被検
体保持駆動機構をコントロールして、所定位置に被検体
5を停止、位置決めするようにしている。特に、このよ
うな自動操作によるポジショニングを行う場合、被検体
保持駆動機構による被検体の上昇速度を極めて緩やかな
ものとしないと上述した図3(b)の状態を検知するこ
とが困難となり、これではポジショニングの操作効率が
極めて悪くなってしまう。In this embodiment, FIG.
Based on the spot patterns shown in (a), (b), and (c), a CPU (not shown) automatically determines whether or not the current state is a state where the current state is positioned at a predetermined position. The subject holding and driving mechanism is controlled based on the determination result to stop and position the subject 5 at a predetermined position. In particular, when performing positioning by such automatic operation, it is difficult to detect the above-described state of FIG. 3B unless the speed of lifting the subject by the subject holding and driving mechanism is extremely slow. In this case, the efficiency of the positioning operation becomes extremely poor.
【0027】そこで、本実施形態の装置においては、図
1で示すように、集光レンズ9に入射する平行光束の径
を開口絞り11により調整し、これによりレンズF値
(Fナンバ)を調整し、スポット確認可能範囲およびピ
ーク値の強度レベルを切換える。レンズのF値は、その
レンズに平行光束が入射したときの出射光束の形態を表
してもいる。F値の大きい凸レンズに平行光束が入射す
ると、出射光束は緩やかに集光しながら、そのレンズの
焦点fで収束する。即ち、その凸レンズから焦点fにい
たるまでの間、光束の断面積変化が緩やかに起こるとい
う事である。これはその凸レンズから焦点fにいたる光
軸上での強度変化も緩やかに起こる事を意味する。Therefore, in the apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the diameter of the parallel light beam incident on the condenser lens 9 is adjusted by the aperture stop 11, thereby adjusting the lens F value (F number). Then, the spot confirmable range and the intensity level of the peak value are switched. The F-number of a lens also indicates the form of an emitted light beam when a parallel light beam enters the lens. When a parallel light beam enters a convex lens having a large F value, the emitted light beam converges at the focal point f of the lens while gradually converging. That is, the change in the cross-sectional area of the light beam gradually occurs from the convex lens to the focal point f. This means that the intensity change on the optical axis from the convex lens to the focal point f also occurs gently.
【0028】図2の集光レンズ9を考えた場合、このレ
ンズのF値が大きいと、図3に(a)、(b)、(c)
で示した、得られるスポットパターンの変化も緩やかな
ものとなる。また、F値と集光スポット径の間には、 スポットサイズ S=F×θ (ここで、Fは集光レンズのF値、θは集光レンズに入
射する光束の拡がり角)なる関係があり、F値が大きく
なると、それに比例してスポットサイズが大きくなる。
スポット面積では、その2乗に比例して変化する。Considering the condenser lens 9 shown in FIG. 2, if the F value of this lens is large, FIGS. 3 (a), (b), and (c)
The change of the obtained spot pattern shown in FIG. Further, there is a relationship between the F value and the diameter of the converging spot, that is, spot size S = F × θ (where F is the F value of the converging lens, and θ is the spread angle of the light beam incident on the converging lens). Yes, as the F value increases, the spot size increases in proportion.
The spot area changes in proportion to the square.
【0029】即ち、F値の大きい凸レンズを用いると、
光束径の変化、光軸上での強度変化が、いずれも緩やか
となり、集光スポットの中心強度も低くなる。換言すれ
ば、センサーなどでの検出感度を低下させることができ
る。F値は、前述したようにF=f/Dで表せる。(こ
こで、fは焦点距離、Dは集光レンズでの有効光束
径)。That is, when a convex lens having a large F value is used,
Both the change in the light beam diameter and the change in the intensity on the optical axis become gradual, and the central intensity of the condensed spot also decreases. In other words, the detection sensitivity of a sensor or the like can be reduced. The F value can be represented by F = f / D as described above. (Where f is the focal length and D is the effective beam diameter at the condenser lens).
【0030】したがって、検出感度を低下させるために
は、F値を大きくする必要があり、焦点距離fを大きく
するか、光束径Dを小さくする必要がある。例えば、図
4に示す如く、開口絞り11を状態11Bまで絞り、光
束径を小径のDBとして、光束径の変化を緩やかなもの
とすることが可能であり、このようにすれば、図3の
(b)に示すような、視野20内の他の領域との明るさ
の区別が殆ど無い状態となったスポット23を確認でき
る範囲が、被検体5の移動方向(上下方向)に広がる事
になる。Therefore, in order to lower the detection sensitivity, it is necessary to increase the F value, and it is necessary to increase the focal length f or reduce the light beam diameter D. For example, as shown in FIG. 4, the diaphragm aperture stop 11 to the state 11B, the beam diameter as a small diameter D B, it is possible to gentle changes in beam diameter, in this manner, FIG. 3 As shown in (b), the range in which the spot 23 in which the brightness is hardly distinguished from other regions in the visual field 20 can be confirmed extends in the moving direction (vertical direction) of the subject 5. become.
【0031】しかし、F値が大きくなると、光束径の変
化が緩やかになるうえ、集光スポットが大きくなるた
め、被検体5の移動に対しての図3に示すスポットの変
化が緩やかとなり、現在のポジションを大まかには判断
できても、厳密に判断することが困難となる。However, when the F value increases, the change in the light beam diameter becomes gentler and the focused spot becomes larger, so that the change in the spot shown in FIG. , It is difficult to determine exactly.
【0032】F値の異なるレンズで集光したときの、焦
点を挟んだ光軸上の光強度変化の模式図を図5に示す。
図5の(A)がF値の小さい場合で、(B)がF値の大
きい場合である。図5(A)では、所期のポジションP
Oは高精度に判断できるものの、強度の立ち上がりが急
峻で、なおかつ、所期のポジションPoのごく近傍のと
ころP1・P2から立ち上がっている。この変化を、高速
に被検体5を移動させながら検知することは、非常に困
難である。FIG. 5 shows a schematic diagram of a change in light intensity on the optical axis across the focal point when light is condensed by lenses having different F values.
FIG. 5A shows a case where the F value is small, and FIG. 5B shows a case where the F value is large. In FIG. 5A, the desired position P
O Although it can be determined with high accuracy, the rise of strength is steep, yet, it rises from P 1 · P 2 at the immediate vicinity of the intended position P o. It is very difficult to detect this change while moving the subject 5 at high speed.
【0033】図5の(B)では、強度の立ち上がりが緩
やかで、なおかつ、所期のポジションP0から離れたと
ころP3・P4から立ち上がっている。しかし、所期のポ
ジションP0近傍での光強度変化が少なく、高精度にP0
位置を判断できない。このように、F値を大きくした場
合と小さくした場合とでは、各々ポジショニングについ
て長所、短所を有し、そのため、いずれか一方のみを用
いた場合には、高精度で効率の良い被検体ポジショニン
グを行う事ができない。In FIG. 5B, the intensity gradually rises and rises from P 3 and P 4 at a position distant from the expected position P 0 . However, there is little change in light intensity near the expected position P 0 , and P 0 can be accurately detected.
The position cannot be determined. As described above, the case where the F value is increased and the case where the F value is decreased each have advantages and disadvantages with respect to the positioning. Therefore, when only one of them is used, highly accurate and efficient subject positioning is achieved. I can't do it.
【0034】そこで、本実施形態の装置においては、ポ
ジショニング操作を粗調整操作と微調整操作の2段階操
作とすることにより、効率よく高精度で被検体のポジシ
ョニングを行うようにしている。即ち、初期段階では集
光レンズ9に入射する光束径を小径とし、F値を大きく
することで、被検体の移動速度を大としても、所期のポ
ジションPo近傍であることが判断できるような光スポ
ットが観察できるようにし、光スポットが観察されたな
らば、例えば、図5(C)に示す位置P5あるいはP6に
おいて、集光レンズ9に入射する光束を大径に切り換え
F値を小さくして、所期のポジションP0が高精度で検
出できるようにしている。Therefore, in the apparatus of the present embodiment, the positioning of the subject is performed efficiently and with high precision by setting the positioning operation to a two-stage operation of a coarse adjustment operation and a fine adjustment operation. That is, in the initial stage, by reducing the diameter of the light beam incident on the condenser lens 9 and increasing the F value, even if the moving speed of the subject is increased, it can be determined that the position is near the expected position Po. as the light spot can be observed, if the light spot is observed, for example, at the position P 5 or P 6 shown in FIG. 5 (C), the F value switches the light beam incident on the converging lens 9 to a larger diameter It is made small so that the expected position P 0 can be detected with high accuracy.
【0035】これにより、高速かつ高精度で被検体のポ
ジショニングを行う事ができる。なお、上記開口径を大
とした場合の集光レンズ9の望ましい明るさを開口数N
Aで表せば開口数NA<0.6である。As a result, the subject can be positioned with high speed and high accuracy. When the aperture diameter is large, the desired brightness of the condenser lens 9 is determined by the numerical aperture N.
When expressed by A, the numerical aperture NA <0.6.
【0036】上記実施形態においては、被検体5上に集
束する光束の集光角を切り換えるために、集光レンズ9
に入射する光束径のサイズを切り換えているが、これに
代えて、焦点距離fの長さを切り換えるようにしてもよ
い。例えば、図6に示すように短焦点集光レンズ19A
(Fナンバ=FA)と長焦点集光レンズ19B(Fナン
バ=FB)を用い、最初は光束の集光角を小さくし得る
長焦点集光レンズ19Bを用いてポジショニングの粗調
整操作を行い、次に、光束の集光角を大きくし得る短焦
点集光レンズ19Aを用いてポジショニングの微調整操
作を行う。In the above embodiment, in order to switch the converging angle of the light beam converged on the subject 5, the converging lens 9
Although the size of the diameter of the light beam incident on the lens is switched, the length of the focal length f may be switched instead. For example, as shown in FIG.
(F number = F A ) and the long focal point converging lens 19B (F number = F B ). At first, the coarse adjustment operation of the positioning is performed by using the long focal point converging lens 19B capable of reducing the converging angle of the light beam. Then, a fine adjustment operation of the positioning is performed using the short focal point converging lens 19A capable of increasing the converging angle of the light beam.
【0037】これにより、上述した集光レンズ9に入射
する光束径を切り替えた場合と同様に高速かつ高精度で
被検体のポジショニングを行うことができる。なお、上
記開口径を大とした場合の集光レンズ19Aの望ましい
明るさを開口数NAで表せば開口数NA<0.6であ
る。また、これら焦点距離の異なる複数の集光レンズ1
9A、19Bの光スポットは、被検体5上に同時に形成
されるようにしてもよいし、集光レンズ19A、19B
を入れ替えて被検体5上に一方の集光レンズ19A、1
9Bによる光スポットのみを順次形成するようにしても
よい。As a result, the subject can be positioned with high speed and high accuracy, as in the case where the diameter of the light beam incident on the condenser lens 9 is switched. When the desired brightness of the condensing lens 19A when the aperture diameter is large is expressed by the numerical aperture NA, the numerical aperture NA <0.6. Further, a plurality of condenser lenses 1 having different focal lengths are used.
The light spots 9A and 19B may be formed on the subject 5 at the same time, or the condensing lenses 19A and 19B
Are exchanged, and one condensing lens 19A, 1
Only the light spot of 9B may be sequentially formed.
【0038】なお、上述したように、被検体5上に同時
に複数の集光レンズ19A、19Bによる光スポットを
形成する際には、観察側において観察対象となるスポッ
トを切り替える必要がある。さらに、上述したように、
順次被検体5上に光スポットを形成する集光レンズ19
A、19Bを入れ替える場合には、集光レンズ19A、
19Bを往復移動板もしくは回転円板上に配設して、こ
れらの板を往復移動もしくは回転移動せしめて、所望の
集光レンズ19A、19Bを所定位置に移動するように
してもよい。As described above, when simultaneously forming a light spot by the plurality of condenser lenses 19A and 19B on the subject 5, it is necessary to switch the spot to be observed on the observation side. Further, as mentioned above,
Condensing lens 19 that sequentially forms a light spot on subject 5
When replacing A and 19B, the condenser lens 19A,
19B may be arranged on a reciprocating plate or a rotating disk, and these plates may be reciprocated or rotated to move desired condenser lenses 19A and 19B to predetermined positions.
【0039】また、上述した実施形態においては、2段
階調整を行う場合について説明したが、開口絞り11の
開口径を3段階以上の複数段階に亘って変化せしめた
り、3つ以上の相異なる焦点距離を有するレンズを切り
替えて粗調整から微調整にかけて3段階以上の多段階調
整を行うようにすることも可能である。Further, in the above-described embodiment, the case where the two-step adjustment is performed has been described. However, the aperture diameter of the aperture stop 11 may be changed in three or more steps or three or more different focal points. It is also possible to switch the lens having a distance to perform multi-stage adjustment of three or more stages from coarse adjustment to fine adjustment.
【0040】また、上記開口絞り11の開口を複数段階
に亘り切り替える手法としては種々の態様を採ることが
可能であり、例えば、開口絞り11をアイリス絞りによ
り形成したり、順次大きさを変化させた複数の開口をス
ライド自在のスライド板上に設けるようにしたり、開口
上に、開口の一部を遮蔽するスライド自在の楔状板を配
設するようにして構成することが可能である。The method of switching the aperture of the aperture stop 11 in a plurality of stages can take various forms. For example, the aperture stop 11 can be formed by an iris stop, or the size can be changed sequentially. The plurality of openings may be provided on a slidable slide plate, or a slidable wedge-shaped plate that shields a part of the opening may be provided on the opening.
【0041】なお、さらに、図1に示すように、遮蔽板
10を矢印B方向に移動させ、参照光の光路中に挿入、
退避可能とし、上記ポジショニング時には参照光が参照
板4に入射するのを遮断するようにしてもよく、このよ
うにすれば、観察視野20内におけるスポットパターン
のS/Nが向上し、より正確なポジショニング操作を行
うことができる。Further, as shown in FIG. 1, the shielding plate 10 is moved in the direction of arrow B, and inserted into the optical path of the reference light.
It may be possible to retreat and block the reference light from being incident on the reference plate 4 at the time of the above positioning. In this case, the S / N of the spot pattern in the observation visual field 20 is improved, and more accurate A positioning operation can be performed.
【0042】なお、本発明の光波干渉装置の被検体ポジ
ショニング装置としては上記実施形態のものに限られる
ものではなく、種々の態様に変更が可能である。例え
ば、受光素子としては、上記CCD等の面センサのみな
らず、ラインセンサや単一素子センサを用いることもで
きる。単一素子センサを用いた場合には、上記部分21
の中央部分の光量の変化のみを測定できるように該セン
サを配設すればよい。なお、本発明の装置はマイケルソ
ン型干渉装置にのみ適合されるものではなく、被検光と
参照光の光路長を略等しい距離とし得る干渉装置、例え
ばマッハツェンダ干渉装置に適用することも可能であ
る。It should be noted that the object positioning device of the light wave interference device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be modified in various forms. For example, as the light receiving element, a line sensor or a single element sensor can be used in addition to the surface sensor such as the CCD. If a single element sensor is used,
The sensor may be provided so that only the change in the amount of light at the central portion of the sensor can be measured. The device of the present invention is not limited to a Michelson-type interferometer, and can be applied to an interferometer capable of making the optical path lengths of the test light and the reference light approximately equal distances, for example, a Mach-Zehnder interferometer. is there.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、本発明装置によれ
ば、可干渉距離が極めて短い光を射出する光源を有し、
ビームスプリッタからの光束の光路内に、被検面の干渉
可能範囲内に焦点位置を有する集光レンズ部を配設し、
被検面が干渉可能範囲内に位置せしめられたときには、
集光レンズ部からの光束が被検面上で略焦点を結ぶよう
にして反射され、該集光レンズ部によって再び略平行光
束とされて受光素子に入射するように構成されており、
さらにこの集光レンズ部が複数の相異なるF値を取り得
るように構成されている。したがって、ポジショニング
の初期段階においては、F値が大きくなるようにし、光
スポット観察可能範囲が大となるようして被検体を高速
移動させても被検体上の光スポットが観察できるように
し、一方、光スポットが観察された後はF値が小さくな
るようし、光スポットの強度変化が大きくなるようにし
て被検体の最適ポジショニング位置を高精度で検出でき
るようにしている。すなわち、被検体のポジショニング
を粗調整から微調整まで複数段階に分けて行うことによ
り、高速かつ高精度で被検体のポジショニングを行うこ
とを可能としている。As described above, according to the apparatus of the present invention, the light source for emitting light having a very short coherence distance is provided,
In the optical path of the light beam from the beam splitter, a condensing lens unit having a focal position within an interference possible range of the test surface is disposed,
When the test surface is located within the interference range,
The light beam from the condenser lens portion is reflected so as to be substantially focused on the surface to be measured, is converted into a substantially parallel light beam again by the condenser lens portion, and is incident on the light receiving element.
Further, the condensing lens portion is configured to be able to take a plurality of different F values. Therefore, in the initial stage of the positioning, the F value is increased, and the light spot observable range is increased so that the light spot on the object can be observed even when the object is moved at high speed. After the light spot is observed, the F value is reduced, and the intensity change of the light spot is increased so that the optimal positioning position of the subject can be detected with high accuracy. That is, by performing the positioning of the subject in a plurality of stages from the rough adjustment to the fine adjustment, the positioning of the subject can be performed at high speed and with high accuracy.
【図1】本発明に係る光波干渉装置の被検体ポジショニ
ング装置の一実施形態を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a subject positioning device of a light wave interference device according to the present invention.
【図2】上記実施形態の前提となる技術を説明するため
の図FIG. 2 is a diagram for explaining a technique which is a premise of the embodiment.
【図3】上記実施形態の前提となる技術を説明するため
の図FIG. 3 is a diagram for explaining a technique which is a premise of the embodiment.
【図4】上記実施形態の一部を拡大して示す図FIG. 4 is an enlarged view showing a part of the embodiment.
【図5】上記実施形態の作用を示す図FIG. 5 is a diagram showing the operation of the embodiment.
【図6】上記実施形態とは異なる実施形態の一部を拡大
して示す図FIG. 6 is an enlarged view showing a part of an embodiment different from the above embodiment.
1 光源 2 コリメータレンズ 3 ビームスプリッタ 4 参照板 4a 参照面 5 被検体 5a 被検面 6 干渉可能範囲 7 撮像レンズ 8 CCD 9 集光レンズ 10 遮光板 11 開口絞り 19A、19B 集光レンズ 20 視野 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Collimator lens 3 Beam splitter 4 Reference plate 4a Reference surface 5 Subject 5a Test surface 6 Interferable range 7 Imaging lens 8 CCD 9 Condensing lens 10 Light shielding plate 11 Aperture stop 19A, 19B Condensing lens 20 Field of view
Claims (4)
検体の被検面上に、他方を参照面上に照射し、該被検面
からの被検光と該参照面からの参照光の干渉により生じ
る干渉縞を観察し、該観察結果に基づき該被検面の表面
形状を測定する光波干渉装置において、 前記光の可干渉距離は、前記被検体の厚みの2倍に比べ
て短い距離とされ、 前記光の分割位置と、前記被検面の干渉可能範囲位置と
の間の光路内に、該干渉可能範囲内に焦点位置を有する
集光レンズ部が配設されてなり、 前記集光レンズ部が複数の異なるF値を採りうるように
構成されてなることを特徴とする光波干渉装置の被検体
ポジショニング装置。1. A light from a light source is divided into two systems, one of which is irradiated on a test surface of a subject and the other is irradiated on a reference surface, and the test light from the test surface and the reference light are irradiated on the reference surface. In the light wave interference apparatus for observing interference fringes caused by interference of the reference light and measuring the surface shape of the test surface based on the observation result, the coherence length of the light is twice the thickness of the test object. A light-condensing lens portion having a focal position within the interferable range is disposed in an optical path between the light splitting position and the interferable range position of the test surface. Wherein the condensing lens unit is configured to be capable of taking a plurality of different F-numbers.
記集光レンズの間に配された可変絞りを用い該集光レン
ズに入射する光束径を変化させることにより得られるこ
とを特徴とする請求項1記載の光波干渉装置の被検体ポ
ジショニング装置。2. The method according to claim 1, wherein the plurality of different F-numbers are obtained by changing a diameter of a light beam incident on the condenser lens using a variable stop disposed between the light source and the condenser lens. The object positioning device for an optical interference device according to claim 1.
離の異なる複数個の集光レンズにより得られることを特
徴とする請求項1記載の光波干渉装置の被検体ポジショ
ニング装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the plurality of different F-numbers are obtained by a plurality of condenser lenses having different focal lengths.
順次挿入するように移動せしめる集光レンズ移動部材を
備えてなることを特徴とする請求項3記載の光波干渉装
置の被検体ポジショニング装置。4. A subject positioning apparatus for a light wave interference device according to claim 3, further comprising a converging lens moving member for moving said plurality of converging lenses so as to be sequentially inserted into said optical path. apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7908397A JPH10253315A (en) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | Optical interferometer and sample positioning device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7908397A JPH10253315A (en) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | Optical interferometer and sample positioning device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10253315A true JPH10253315A (en) | 1998-09-25 |
Family
ID=13680001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7908397A Withdrawn JPH10253315A (en) | 1997-03-12 | 1997-03-12 | Optical interferometer and sample positioning device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10253315A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111443041A (en) * | 2020-05-22 | 2020-07-24 | 上海大学 | Shearing speckle interference system |
-
1997
- 1997-03-12 JP JP7908397A patent/JPH10253315A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111443041A (en) * | 2020-05-22 | 2020-07-24 | 上海大学 | Shearing speckle interference system |
CN111443041B (en) * | 2020-05-22 | 2021-05-18 | 上海大学 | Shearing speckle interference system |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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