JPS5823565B2 - 平面形状測定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は平面の形状精度を測定する測定方式に関するも
のである。

この種の平面の形状測定は、一般に試料と参照面との干
渉縞位置を測定することにより各干渉縞における高さを
算出し、平面の凹凸状態を求めている。

従来の平面形状測定においては、干渉縞の位置読みとり
方法として、干渉縞を写真にとり、人手で測定するよう
にするもの、あるいは第１図に示すように、光源からの
光をハーフミラ−１にて反射させてスリット２を通し、
並列した試料３とオプチカルフラット４とに投射し、そ
のときこたら試料３とオプチカルフラット４からの反射
光の干渉によって作られる干渉縞の明暗をスリット２を
通し、ハーフミラ−１を透過させ、レンズ５で集光し、
ミラー６で反射させてこれをフォトマル７で受光して電
流に変換し、この電流をインタフェイス８により電圧に
変換し、これをＡ、Ｄ変換機９でデジタル量に変換して
計算機１０に入力させるようにするようにするものであ
るが、試料３とオプチカルフラット４とを共に試料面と
平行方向に移動させ、このときの移動量を知ることによ
り干渉位置を知り、この干渉縞位置を計算機１０に入力
し、計算機処理して出力部１１より数値表示、図の表示
等で平面精度を表示させるものである。

しかしながら、前者においては写真にとった干渉縞の位
置測定を人手により、更に計算も人が行なうものである
ため、精度が悪く時間を要する。

後者においては、走査に時間がかかり、また試料３とオ
プチカルフラット４とを移動させるために誤差が入り易
かった。

また前者および後者のいづれにおいても、干渉縞の位置
の読み取りに適した間隔、方向をもった干渉縞を作り出
すことを人手によって行なっているためこれにも時間を
要した。

また閉ループの干渉縞の測定の場合には凹凸の判別を試
料３とオプチカルフラット４の相互間の傾きを変え、人
の目で判別しなければならず、極めて長時間を要した。

本発明は上記の点にかんがみ、測定すべき試料の広い面
の形状を高精度にしかも短時間で測定し得る平面形状測
定方法を提供するものであって、以下図面によって詳細
に説明する。

第２図は本発明の実施例を示し、２１は試料であって、
試料保持台２２の上面の載物面に裁置保持される。

２３はオプチカルフラットであって支持枠２４に支持さ
れる。

支持枠２４は第３図に示すように二等辺直角三角形をな
し、直角をなす角部より球状突起２５を垂下突設し、他
の二つの角の角部にはそれぞれ棒状突起２６．２６が垂
下突設されている。

球状突起２５は筐体の枠体２８に設けた半球状凹所にて
支持され、棒状突起２６゜２６は互いに直角方向をなす
２組の傾斜装置２９、の各可動杆３０上にそれぞれ支持
されている。

２組の傾斜装置２９は同構造をなす。

傾斜装置２９の詳細は第４図に示され、３１は基台３２
に固定され上面を傾斜度の小さい傾斜面となした傾斜台
３３上を摺動し得る下面を同じ傾斜度の傾斜面と。

した可動傾斜台であって、この可動傾斜台３１上に上記
可動杆３０が自由に動き得るよう載置されている。

３４は可動杆３０が貫通する孔を有する可動杆３０の上
下動の誘導案内体であって、基台３２上に立設した支持
体に支持されている。

３５゜はパルスモータ、３６はパルスモーク３５の軸に
直結されたねじ杆、３７はねじ杆３６と内周の一部に形
成した小径部３８に設けた雌ねじ部と螺合する可動傾斜
台３１の押し杆であって、支承台３９の孔４０中を摺動
し得るよう貫通支持されており、この押し杆３７に固定
したキーを支承台３９のキー溝４２中を摺動し得るよう
に挿嵌して押し杆３７を回転しないようになし、ねじ杆
３７の回転をこの押し杆３７の軸方向の移動のみに変え
る。

４３は押し杆３７と可動傾斜台３３とに両端を固定され
、可動傾斜台３１を常に押し杆３１側へ引くように働ら
くばね、４４は押し杆３７のねじ杆３６との間の螺合に
よるバックラッシュを除くためのばねである。

傾斜装置はこのようにモータ３５の回転従ってねじ杆３
６の回転が、これと螺合する押し杆３７の軸方向の動き
に変えられ、これが更に傾斜度の小さな両傾斜台３１．
３３の関連によって可動杆３０の上下動となるので、モ
ータ３５の回転角と可動杆３０の上下動の比は極めて小
さな値となる。

４５は干渉縞を作るための光学装置であって、レーザ光
源４６、ミラー４７．４８、光線絞り器４９、ハーフミ
ラ−５０、ミラー５１゜５２、コリメータレンズ５３よ
り構成されている。

５４は干渉縞撮像用テレビジョンカメラであって、試料
２１とオプチカルフラット２２とで作られる干渉縞をコ
リメータレンズ５３、ミラー５２，５１およびハーフミ
ラ−５０を介して走査撮像する。

５５はカメラ５４の出力電流を電圧に変換するためのイ
ンターフェイス、５６はアナログ、デジタル変換器、５
７は電子計算機であって、この電子計算機５７は、後述
のように干渉縞の間隔が適切でないときは、最適な間隔
になるようにインターフェイス５８を介しパルスモータ
３５に指令信号を出してオプチカルフラット２３の試料
に対する傾斜を変えるようにする作動、およびこのよう
にして干渉縞の間隔が最適になったときの干渉縞の位置
を記憶しておきこの位置と、この状態からオプチカルフ
ラット２３をテレビジョンカメラ５４の走査方向に微小
量だけ傾けるようパルスモータ３５に指令を発し、それ
によって僅か動いた干渉縞の位置とを比較して凹凸を判
別すると共にカメラ５４による走査線と干渉縞との交点
の高さを算出し、更にその結果より試料の平面度、平行
度を算出する作動を連続して自動的に行なう。

電子計算機５７はこのような諸動作を連続的自動的に行
なうよう予めプログラミングされる。

５９は計算機５７で算出した結果を数値あるいは図に表
示する出力部である。

そこで試料の平面形状を測定するのに、試料２１を試料
保持台２２上に保持してオプチカルフラット２３に対向
させ、光源４６より試料２１およびオプチカルフラット
２３に光を照射すると、オプチカルフラット２３の下面
と試料２１の上面との干渉縞を作る。

この干渉縞全面をテレビジョンカメラ５４で走査して干
渉縞の存在位置を計算機５７に記憶させる。

干渉縞の間隔がカメラ５４の分解能より小さければ明暗
の位置が検出できず、干渉縞の間隔が太きすぎると試料
面の細かい情報が得られるような間隔を予め最適間隔と
設定しておき、その干渉縞の間隔が最適間隔でない場合
には、最適間隔にするためのオプチカルフラット２３の
傾斜量を次式を用いて計算機５７により算出するように
しておき、その算出量だけオプチカルフラツ／ト傾斜装
置２９を動作させるよう、それに対応するパルス信号を
インターフェイス５８を介しパルスモータ３５に送る。

λ １１ 傾斜量−／ｘｄｘ（最適間隔−一） ７この式ではλ
はレーザ光の波長、ｌはオプチカルフラット２３の支持
枠２４の球状突起２５による定点支持点と棒状突起２６
．２６による可動支持点との間の距離（第３図参照）、
間隔はその時の干渉縞の間隔である。

上記のようにパルスをパルスモータ３５に入れてこれを
パルス数に相当する角だけ回すと、ねじ杆３６もそれだ
け回るが、ねじ杆３６と螺合する押し杆３７は、これに
固定さ′れたキー４１が支承台３９のキー溝４２と摺動
自在に嵌合しているので回転せずにその軸方向のみ２に
移動し、上部の可動傾斜台３１を押す。

押された可動傾斜台３１は固定傾斜台３３上を摺動して
上ると、ねじ杆３６によって押された水平方向の移動量
に対して、これら両傾斜台３１．３３の傾斜面との開運
において可動傾斜台３１が垂直方向１に偏位する。

そこで支承台３９の孔４０に挿入されて水平方向の動き
を抑えられており、また可動傾斜台３１上に単に載置さ
れている可動杆３０を上方へ押し上げ、オプチカルフラ
ット支持枠２４の棒状突起２６．２６の一方あるいは両
方を押しＪ上げる。

それによりオプチカルフラット支持枠２４は、筐体の枠
体２８上の球状突起２５を中心として支持枠２４を傾斜
させ、オプチカルフラット２３を、干渉縞が最適な間隔
になるような状態に傾斜させる。

また干渉縞の間隔を最適になすため、オ、ブチカルフラ
ット２３を最初の状態から上記と反対方向に傾斜させね
ばならないときは、パルスモータ３５を逆転させると、
押し杆３７は後退する。

そのとき、ばね４３の力で可動傾斜台３１が固定傾斜台
３３の斜面を滑り下り、それに従い可動杆・３０は下る
。

その際のパルスモータ３５の回転角度に対する可動杆３
０の上下方向の移動量の比は、前述のように極めて微少
であるので、極めて微細な調整をなし得る。

以上のようにして干渉縞の間隔を最適にした状態で、カ
メラ５４にてその干渉縞を走査し、その位置を記憶させ
ておく。

つぎに前述のように間隔が最適になった干渉縞の凹凸を
判別するため、計算機５７より指令を出し、パルスモー
タ３５を僅か回転させて傾斜装置２９を動作させ、オプ
チカルフラット２３を干渉縞の位置移動が干渉縞の間隔
より遥かに小さい移動になるよう極く微小量傾斜させ、
そのときの干渉縞の移動方向から計算機５７に判別させ
る。

これを第５図によって説明すると、いま試料２１の表面
の一部が図示例のような形状の面をなしているとし、当
初オプチカルフラット２３の面がＳ、Ｐを結ぶ線にある
としたとき、干渉縞の位置は左端の干渉縞の位置をＡ偲
とすれば、つぎの干渉縞の位置は、高さ方向におのおの
λ／２隔ったＲ２．Ｒ３Ｒ４点の横軸方向の各交点位置
Ａ２ 、 Ａ３．・・・・・・現点に他の干渉縞の位置
がある。

オプチカルフラット２３をＳＰからＳＱに傾斜させたと
するとＡｓ ｅん、・・・・・・Ａ８点にあった干渉縞
はそれぞれＢ１゜均、・・・・・・８８点へ移動する。

Ｂ１ ないしＢ４はそれぞれＡ１ ないしＡ４に対し
右方向へ移動し、Ｂ。

ないしＢ８はそれぞれＡ５ないしＡ８に対し左方向へ移
動する。

このように干渉縞の移動方向から右上りになっているか
、右下りになっているかが解り凹凸が判別できる。

このようにして凹凸を判別した結果より更にカメラ５４
による走査線と上記干渉縞の交点Ｂ１〜Ｂ８ の高さを
計算機５７に算出させる。

Ｂ１点を基準の高さとすると、Ｂ２ の高さＲ２はＢ１
点よりλ／２高く、Ｒ２−Ｒ２＋λ／２であり、Ｂ３
．Ｂ４とλ／２づつ高くなり、Ｂ５はＢ４と同じ高さと
なり、Ｂ６．Ｂ７．Ｂ８とそれぞれλ／２づつ低くなる
ことによりＢ１〜Ｂ８各点の高さが算出できる。

このようにして得た干渉縞の位置および高さより試料の
平面度、平行度、更に要すればそりをも算出し、出力部
５９に表示する。

なお試料２１にそりがあるものの場合に、そのそりを除
いたときの試料の平面度、平行度を求める必要があると
きは、試料保持台２２を真空吸着式となして試料を真空
吸着してそりを除いた状態で上記同様に行なう。

以上のように本発明によれば、試料面の広い面積に対し
て作られた干渉縞をテレビジョンカメラで走査撮像して
その干渉縞の位置を電子計算機に記憶させるようにし、
該計算機の指令でオプチカルフラットを傾斜させて干渉
縞の間隔が最適になるようにすると共に更に引続いてオ
プチカルフラットを微小量傾斜させ、その微小量傾斜の
前後の上記カメラによる走査撮像干渉縞位置より上記計
算機で試料面凹凸、各部の高さを測定するものであるか
ら、試料面の平面形状を極めて短時間に高精度で測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の平面形状測定方式の構成図、第。 ２図は本発明の実施例の構成図、第３図はオプチカルフ
ラット支持枠の裏面図、第４図はオプチカルフラット傾
斜装置の断面図、第５図は試料の凹凸判別およびテレビ
ジョンカメラによる走査線と干渉縞の各交点の高さ算出
の原理説明図である。 ２１・・・・・・試料、２３・・・・・・オプチカルフ
ラット、２９・・・・・・オプチカルフラット傾斜装置
、４５・・・・・・光学装置、５４・・・・・・テレビ
ジョンカメラ、５７・・・・・・電子計算機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定試料に対向配設したオプチカルフラットを電子
   計算機の指令で動作する傾斜装置により傾斜するように
   し、光学装置により上記試料とオプチカルフラットとの
   干渉縞を作り、該干渉縞をテレビジョンカメラで走査撮
   像して上記計算機に該干渉縞の位置を記憶させるように
   し、上記計算機の指令により上記オプチカルフラットの
   傾斜が干渉縞の間隔が最適になるよう上記傾斜装置を動
   作させ、この傾斜装置の動作後に続いて更に上記オプチ
   カルフラットを上記カメラの走査方向と同方向に微小量
   傾斜するよう上記傾斜装置を動作させ、この矛ブチカル
   フラットの微小量傾斜の前後に撮像し′た干渉縞の位置
   より上記計算機で上記試料の凹凸、各部の高さを測定す
   ることを特徴とする平面形状測定方法。