JPH04269602A - 干渉測定装置および調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光の干渉を利用して光学
素子や半導体ウエハーなどの被検体の面形状や波面収差
を測定する干渉測定装置および調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】干渉測定装置によって面形状を高精度に
測定する場合には、干渉計内部の収差の影響を受けにく
いフィゾー型の干渉計を用いるのが最も一般的である。 特にレンズのような球面の測定にはコリメータレンズや
参照レンズなど干渉計内部の光学素子が多くなるため、
通常干渉計内部の収差の影響をうけにくいフィゾー型干
渉計を用いる。しかし測定が波長の数十分の一以上の高
精度で測定する場合、干渉計自体がもつ内部収差が無視
できなくなる。このため干渉計自体の内部収差データを
測定して被検体の測定値から差し引く方法がいくつか提
案されている。

【０００３】例えば、特開昭６２−１２９７０７号公報
所載の発明においては、、２つの原器を光軸回りの回転
方向と光軸方向に移動して３通りの姿勢で干渉縞データ
を取込み、演算装置で干渉計の内部収差を演算しこれを
それ以降の測定データから差し引いて、被検体の形状を
高精度に計測する方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来の
技術において、基準となる原器を複数回測定し、その測
定データを演算処理して干渉測定装置の内部収差を演算
して記憶装置に入れておき、被検体の測定データから差
し引いて被検体の形状を精度良く求める方法では、フィ
ゾー型干渉計の場合、干渉測定装置の内部収差が被検光
の波長程度以下に抑えられていないと、内部収差の影響
が測定値にでて、正確に干渉計の内部収差の補正をする
ことが出来ないことがわかっている。

【０００５】本発明は、この欠点を解決するために、干
渉計内部の収差を小さく抑えるため、光学調整の精度を
あげ、収差の補正をより正確に行えるよう干渉測定装置
および調整方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明では、
干渉測定装置において参照平面鏡をその構成に加えたり
取り除いたりするだけで簡単にトワイマングリーン型干
渉計とフィゾー型干渉計の両方を構成できるようにし、
トワイマングリーン型干渉計の構成で、干渉計の内部収
差を極力小さくするための光学調整を行い、トワイマン
グリーン型干渉計を構成する参照平面鏡を干渉計の構成
から外すことによってフィゾー型干渉計の干渉計とし、
被検体の測定を行うものである。

【０００７】図１および図２は本発明の概念図である。 レーザー光源１、ビームエキスパンダ２、ビームスプリ
ッタ３を順に図１のように配置する。

【０００８】また偏光ビームスプリッタ３で２分された
一方の光束は第１参照平面鏡４で反射された後、ビーム
スプリッタ３に戻る。もう一方の光束は、ビームエキス
パンダ５を透過した後、第２参照平面鏡６で反射され、
再びビームエキスパンダ５を透過してビームスプリッタ
３に戻る。

【０００９】しかして、前記第１参照平面鏡４と第２参
照平面鏡６の双方で反射した光束は干渉して干渉縞を形
成し、撮像装置７で観察される。この干渉縞は参照平面
鏡の面精度が十分小さければ、干渉計の内部収差が現れ
ていることになる。

【００１０】図１の構成の場合、干渉計の内部収差は主
にビームエキスパンダ５によって発生するため、撮像装
置７で観察した干渉縞を観察しながらビームエキスパン
ダ５の調整をすることによって、高精度に干渉計の光学
調整を行うことが可能となる。このようにして調整した
状態で、トワイマングリーン型干渉計の構成から、参照
平面鏡４を取り除き、参照面８と被検体９を加えて、図
２のように干渉計をフィゾー型の構成として被検体９の
面精度や波面収差を計測する。このとき干渉計の内部収
差が１波長程度に抑えられていれば、前述の被検体９の
姿勢を３通りに変えて被検体９の面形状の測定を行い、
干渉計の内部収差を求めて被検体９の測定データから差
し引く方法が有効になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を適用した実施例を具体的に説
明する。

【００１２】

【実施例１】図３は本発明の実施例１の干渉測定装置の
構成を示すものである。レーザー光源２１と、このレー
ザー光源２１からの光束を所定のビーム径に拡大するビ
ームエキスパンダ２３と、このビームエキスパンダ２３
からの光束を透過および反射するビームスプリッタ２５
と、さらにこのビームエキスパンダ２３と偏光ビームス
プリッタ２５との間に自由に回転できるように保持され
た１／２波長板２４と、この１／２波長板２４を回転さ
せる機能を持つ回転機構３５とを配設し、前記偏光ビー
ムスプリッタ２５によって反射された光束には、１／４
波長板２６と参照平面鏡２７が平行移動機構３４に保持
されている。

【００１３】さらに、この平行移動機構３４には偏光ビ
ームスプリッタ２５をはさんで反対側に偏光板３１が、
アーム３６を介して保持されている。一方偏光ビームス
プリッタ２５を透過した光束には、１／４波長板２８と
、この光束を必要な口径の平行光にするためのビームエ
キスパンダ２９と、参照平面鏡３０が設けられている。 さらに、ビームスプリッタ２５で合成された２つの反射
光の干渉縞を観察するために、偏光板３１とスクリーン
３２と、撮像装置３３とが配置されることにより干渉測
定装置が構成されている。

【００１４】図４は、１／２波長板２４の回転機構３５
を詳細に示す斜視図である。１／２波長板２４はプーリ
ー５０に取付けられ、プーリー５０はベアリング５１を
介して、保持部５２に回転自在に保持されている。プー
リー５０はベルト５３を介して駆動プーリー５４に連結
され、モーター５５によつて回転できるように構成され
ている。

【００１５】図５は１／４波長板２６と参照平面鏡２７
の平行移動機構３４の詳細を示す斜視図である。１／４
波長板２６と参照平面鏡２７はガイドレール６０によっ
て、平行移動可能に保持された基台６１の上側に支持板
６６，６７を介して保持され、参照平面鏡２７は基台６
１上側において支持板６７に対して角度微調整機構６２
を介して角度微調整可能に保持されている。また偏光板
３１が基台６１に立設する支持板６６，６７に取付けら
れたアーム３６に固定されている。さらに前記基台６１
の側部にはラック６３を固着するとともにモーター６４
の駆動軸に固着したピニオン６５をラック６３にて噛合
し、モーター６４を駆動することによって基台６１をガ
イドレール６０に沿って移動し得るように構成している
。

【００１６】しかして、以上の構成から成る干渉測定装
置においてトワイマングリーン型干渉計を構成しておき
、参照平面鏡２７，３０の干渉縞を観察する。このとき
干渉縞のコントラストが最も長くなるように、１／２波
長板２４を回転機構３５によって回転してレーザービー
ムの偏光面を回転させて、それぞれの参照面に入射する
光量のバランスを調整する。この状態で観察される干渉
縞は参照平面鏡２７，３０の平面度が十分に良ければ、
参照レンズを含まない干渉径内部、特にビームエキスパ
ンダ２９の収差を表すこととなる。この内部収差を小さ
くするように、ビームエキスパンダ２９を構成するレン
ズの面間隔などを調整すれば、干渉径内部の収差を１波
長程度に抑えることができる。

【００１７】因って、このようにして十分内部収差を小
さくした状態で、モーター６４により１／４波長板２６
と参照平面鏡２７と偏光板３１を光路からはずし、前記
干渉測定装置をフィゾー型干渉計の構成とし、１／２波
長板２４を回転させて撮像装置３３に入射する光量が適
当になるように調整した上で、参照平面鏡３０のかわり
に参照レンズ３７と被検体３８を配置して、被検体３８
のの面精度や、波面収差を測定する。

【００１８】本実施例では、１／４波長板２６と参照平
面鏡２７と偏光板３１とを一体としてモーター６４で光
路中から抜き差しできるため、干渉計内部に手を触れず
に干渉計の切替えが出来る長所がある。

【００１９】

【実施例２】図６および図７は本発明の実施例２を示す
ものである。

【００２０】干渉測定装置の主な構成は実施例１の図３
と同様である。実施例１ではトワイマングリーン型干渉
計とフィゾー型干渉計の切替えを１／４波長板２６と参
照平面鏡２７と偏光板３１を光路から抜いたり挿入した
りして行うのに対して、当該実施例２では、１／４波長
板２６とビームスプリッタ２５の間にシャッタ切替え機
構４０によって、シャッタ３９を挿入したり抜いたりす
ることで、切替えを行うものである。

【００２１】しかして図６はシャッタ３９が光路に挿入
され、フィゾー型干渉計の構成となっている状態を示す
。図７はシャッタ切替え機構の詳細を示す斜視図である
。図７においてシャッタ３９はガイドレール７０に沿っ
て、平行移動可能に保持された基台７１の上側に立設す
る支持板７５を介して保持され、前記基台７１の側部に
はラック７２が固着されるとともに、モータ７３の駆動
軸に固着したピニオン７４がラック７２に噛合されてい
る。尚前記シャッタ３９は光をあまり反射しない表面状
態である必要がある。

【００２２】因って、以上の構成から成る干渉測定装置
における測定方法および必要な調整方法は前記実施例１
の場合に準じた実施が可能であるので、その説明につい
ては省略する。

【００２３】特に本実施例では、干渉計内部に手を触れ
ずにトワイマングリーン型干渉計とフィゾー型干渉計の
切替えが可能であるうえに、切替えのときに光学素子の
移動を伴わないため、参照平面板２７のアライメント調
整を毎回しなくてもよいという長所がある。

【００２４】

【実施例３】図８は、本発明の実施例３を示すものであ
る。

【００２５】干渉測定装置の主な構成は実施例１の図３
と同様な構成で、レーザ光源２１とビームエキスパンダ
２３の間に、それ以降の光学素子からの反射光がレーザ
光源２１に戻って、レーザの発振が不安定になるのを防
ぐための戻り光除去装置２２の構成が加えてある。また
、実施例１ではトワイマングリーン型干渉計とフィゾー
型干渉計の切替えを１／４波長板２６と参照平面鏡２７
と偏光板３１を光路から抜いたり挿入したりして行うの
に対して、当該実施例３では、１／４波長板２６を波長
板回転機構４１を用いて回転させることによって、切り
換えることを特徴とする。但しこの波長板回転機構４１
は、実施例１で示した図４の波長板回転機構３５と同一
の構造のものを適用して実施することができる。

【００２６】しかして、かかる構成の干渉測定装置にお
いて、前記波長板回転機構４１により１／４波長板２６
を回転させると、参照平面鏡２７で反射して、ビームス
プリッタ２５に戻る光束が１／４波長板２６の角度によ
って偏光状態が変わり、撮像装置３３の方へ行く場合と
、レーザ光源２１の方へ戻る場合がある。前者の場合は
、干渉測定装置はトワイマングリーン型干渉計として働
き、後者の場合はフィゾー型干渉計として働く。この時
、レーザ光源２１の方は、戻った光束は、戻り光除去装
置２２で除去されるため、レーザ光源２１に悪影響を及
ぼすことはない。

【００２７】因って、特に本実施例の場合には、平行移
動機構が必要ないため、実施例２に較べてより簡単な構
成で、連続的にトワイマングリーン型干渉計とフィゾー
型干渉計を切り換えることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、光学素子や半導体ウエ
ハーなどの被検体を測定するに当たり従来のフィゾー型
干渉計で測定するよりも高精度に被検体の面形状を測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の概念図。

【図２】図２は本発明の概念図。

【図３】図３は本発明の実施例１を示す説明図。

【図４】図４は図３における回転機構の斜視図。

【図５】図５は図３における平行移動機構の斜視図。

【図６】図６は本発明の実施例２の説明図。

【図７】図７は図６におけるシャッタ切替え機構の斜視
図。

【図８】図８は本発明の実施例３の説明図。

【符号の説明】

１　　レーザー光源 ２，５　　ビームエキスパンダ ３　　ビームスプリッタ ４，６　　参照平面鏡 ７　　撮像装置 ８　　参照面 ９　　被検面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザー光源から射出した光束をビー
   ムスプリッタによつて２分し、一方は参照面に、他方は
   被検面に入射させ、参照面および被検面からの反射から
   の反射光の干渉によって得られる干渉縞に基づいて被検
   面の形状、もしくはレンズの波面収差を測定する干渉測
   定装置において、所望の口径のレーザービームを得るた
   めのビームエキスパンダと、２分された光束の一方に配
   された、干渉測定装置の構成からはずすことが可能な参
   照平面鏡と、参照面と被検面それぞれで反射されて再び
   ビームスプリッタで重なった光束の干渉縞を観察するた
   めの撮像装置とを備えた干渉測定装置。
2. 【請求項２】　　フィゾー型干渉計の構成に参照平面鏡
   を加えて、トワイマングリーン型干渉計の構成として、
   干渉計の内部収差を小さくするよう干渉計内部の光学素
   子の調整を行う請求項１記載の干渉測定装置の調整方法
   。