(57)【要約】【課題】干渉計を用いた物体面検査装置において、テスト面に反射率が低い物体を設置しても、ビジビリティーを向上させ、充分な干渉縞を得ることができる物体面検査装置を提供することを目的とする。【解決手段】所定の光源からの光が参照面で反射した参照光と、上記所定の光源からの光が被検物体で反射したテスト光とを干渉させる偏光干渉計において、上記所定の光源からの光のうちの第１の直線偏光と上記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光との偏光分岐強度比を制御する１／２波長板と、上記１／２波長板を通過した上記第１の直線偏光と上記第２の直線偏光とを所定角度で分離し、この分離した第１の直線偏光と第２の直線偏光とを上記参照面、上記被検物体に送る偏光分離手段とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光源からの光が参照面で反射した参照光と、上記所定の光源からの光が被検物体で反射したテスト光とを干渉させる偏光干渉計において、
上記所定の光源からの光のうちの第１の直線偏光と上記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光との偏光分岐強度比を制御する１／２波長板と；
上記１／２波長板を通過した上記第１の直線偏光と上記第２の直線偏光とを所定角度で分離し、この分離した第１の直線偏光と第２の直線偏光とを上記参照面、上記被検物体に送る偏光分離手段と；
を有することを特徴とする物体面検査装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記偏光分離手段は、ウォーラストンプリズムまたはＰＢＳであることを特徴とする物体面検査装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記参照面は、平面または曲面であることを特徴とする物体面検査装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記偏光分離手段を通過した第１の直線偏光と第２の直線偏光とを反射するビームスプリッターと；
上記参照面を通過した光を反射し、この反射光が上記参照面を通過するように設置された被検物体で反射したテスト光である、第１の直線偏光、第２の直線偏光のうちの一方のみを通過させるピンホールであって、上記参照面で反射した参照光である、第１の直線偏光、第２の直線偏光のうちの他方のみを通過させるピンホールと；
上記ピンホールを通過した光を受光する撮像素子と；
上記ピンホールを通過した上記参照光と、上記ピンホールを通過した上記テスト光とによって得られる空間キャリアを持つ干渉縞を解析する干渉縞解析手段と；
を有することを特徴とする物体面検査装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記参照面が、上記偏光分離手段を通過した光を反射する位置に設けられ、
上記偏光分離手段で反射し、上記被検物体で反射し、上記偏光分離手段を通過したテスト光と、上記参照面で反射し、上記ビームスプリッターで反射した参照光とを受光する撮像素子と；
上記テスト光と上記参照光とによって得られる空間キャリアを持つ干渉縞を解析する干渉縞解析手段と；
を有することを特徴とする物体面検査装置。
【請求項６】
請求項１において、
上記被検物体の反射率が０．３％以下であることを特徴とする物体面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の物体面検査装置は、干渉縞を利用した装置であり、レーザーから出射されたレーザー光を透過するとともに反射する参照面を有し、参照面で透過したレーザー光がテスト面（被検物体面）で反射する。そして、この反射光が上記参照面を再び透過したテスト光と、上記参照面で反射した反射光である参照光とによって、干渉縞を形成する。また、この干渉縞の形状に基づいて、上記テスト面における平面度を検出する（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来例では、テスト面に超低反射率物体を設置した場合、上記参照面で反射した反射光である参照光は比較的強度が高いが、テスト光は、超低反射率の物体で反射した光であるので、強度が極端に低い。よって、参照光の強度とテスト光の強度との差が多過ぎるので、ビジビリティー（コントラスト）が極端に低く、充分な干渉縞を得ることができない。なお、超低反射率は、一般に０．３％程度以下の反射率であると言われている。
【０００５】
つまり、干渉計を用いた超低反射率物体面検査装置において、ビジビリティーを、Ｅとし、参照面における反射率を、Ａとし、超低反射率物体面（テスト面）の反射率を、Ｂとすると、ビジビリティーＥ＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００である。
【０００６】
たとえば、反射率Ａを、４％とし、反射率Ｂを、０．２％とした場合、ビジビリティーＥ＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００＝｛０．２／（４＋０．２）｝×１００＝（０．２／４．２）×１００≒４．７６（％）である。一方、反射率Ｂが反射率Ａと同じであれば、ビジビリティーＥ＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００＝｛４／（４＋４）｝×１００＝（４／８）×１００≒５０（％）である。
【０００７】
つまり、テスト面の反射率Ｂが高ければ、ビジビリティーＥが５０％であり、充分な干渉縞を得ることができるが、テスト面の反射率Ｂが極端に低いと、ビジビリティーＥが低く、充分な干渉縞を得ることができない。
【０００８】
すなわち、上記従来例は、干渉計を用いた物体面検査装置において、テスト面に超低反射率物体を設置した場合、テスト面で反射したテスト光の強度が、参照面で反射した反射光である参照光の強度よりも極端に低いので、ビジビリティーが極端に低く、充分な干渉縞を得ることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、干渉計を用いた物体面検査装置において、テスト面に反射率が低い物体を設置しても、ビジビリティーを向上させ、充分な干渉縞を得ることができる物体面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の物体面検査装置は、所定の光源からの光が参照面で反射した参照光と、上記所定の光源からの光が被検物体で反射したテスト光とを干渉させる偏光干渉計において、上記所定の光源からの光のうちの第１の直線偏光と上記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光との偏光分岐強度比を制御する１／２波長板と、上記１／２波長板を通過した上記第１の直線偏光と上記第２の直線偏光とを所定角度で分離し、この分離した第１の直線偏光と第２の直線偏光とを上記参照面、上記被検物体に送る偏光分離手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、干渉計を用いた物体面検査装置において、テスト面に反射率が低い物体を設置した場合、参照面で反射した参照光の強度と、テスト面で反射したテスト光の強度とをほぼ同じにすることができ、したがって、ビジビリティーを向上させ、充分な干渉縞を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である超低反射率物体面検査装置１００を示す図である。
【図２】１／２波長板２の説明図である。
【図３】１／２波長板２を回転させた場合におけるその回転角と偏光分岐強度の比との関係を示す図である。
【図４】１／２波長板２の回転角度と偏光分岐比との関係を示す図表である。
【図５】ウォーラストンプリズム３の動作を説明する図である。
【図６】超低反射率物体面検査装置１００を示す図であり、被検物体６で反射した光の経路が記載され、参照平面５で反射した光の経路を省略して示す図である。
【図７】本発明の実施例２である超低反射率物体面検査装置２００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
発明を実施するための形態は、以下の実施例である。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１である超低反射率物体面検査装置１００を示す図である。
【００１５】
超低反射率物体面検査装置１００は、レーザー１と、１／２波長板２と、ウォーラストンプリズム３と、ビームスプリッター４と、参照平面５と、被検物体６と、ビームスプリッター４１と、モニタ用カメラ４２と、ピンホール７と、偏光板８と、ＣＣＤ９と、干渉縞解析手段１０とを有する。
【００１６】
レーザー１は光源の例である。１／２波長板２は、レーザー１からの光のうちの水平直線偏光ｓと垂直直線偏光ｐとの偏光分岐強度比を制御する。
【００１７】
ウォーラストンプリズム３は、１／２波長板２を通過した水平直線偏光ｓと、垂直直線偏光ｐとを所定角度で分離する。
【００１８】
ビームスプリッター４は、ウォーラストンプリズム３を通過した水平直線偏光ｓと垂直直線偏光ｐとを反射するとともに透過する。
【００１９】
参照平面５は、ビームスプリッター４で反射した光を反射するとともに透過する。
【００２０】
被検物体６は、参照平面５を通過した光を反射し、この反射光が参照平面５を通過するように設置されている。実施例では、被検物体６は、超低反射率物体であり、その反射率が極めて低く、０．３％以下の反射率である。
【００２１】
ピンホール７は、参照平面５で反射した光のうちの水平直線偏光ｓのみを通過させ、被検物体６で反射した光のうちの垂直直線偏光ｐのみを通過させる。
【００２２】
ビームスプリッター４１は、ビームスプリッター４とピンホール７との間に設けられている。モニタ用カメラ４２は、ビームスプリッター４１で反射した光を受けるように設置されている。また、モニタ用カメラ４２の画面中央がピンホール７の位置と等価の位置であるように、モニタ用カメラ４２が設置されている。
【００２３】
偏光板８は、水平直線偏光、垂直直線偏光をそれぞれ４５度方向に変える素子であり、これによって、同じ方向の光が２つできるので、これらによって干渉が生じる。
【００２４】
ＣＣＤ９は、ピンホール７を通過した光を受光する撮像素子の例である。
【００２５】
干渉縞解析手段１０は、参照面５によって反射された反射光である参照光と、参照面５を透過し、被検物体６で反射した後に、参照面５を再び透過した光であるテスト光とによって得られる空間キャリアを持つ干渉縞を解析する。
【００２６】
図２は、１／２波長板２の説明図である。
【００２７】
１／２波長板２は、結晶の光学軸の方向に対して１／２波長板２を回転すると、レーザー１が出射した水平直線偏光ｓの強度と垂直直線偏光ｐの強度との比を、変化させる。
【００２８】
図３は、１／２波長板２を回転させた場合におけるその回転角θと偏光分岐強度の比との関係を示す図である。
【００２９】
上記偏光分岐強度の比は、垂直直線偏光ｐの強度と水平直線偏光ｓの強度との比である。図３において、実線は、水平直線偏光ｓの強度を示し、破線は、垂直直線偏光ｐの強度を示す。１／２波長板２に、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝１：１である光を入射した場合、１／２波長板２の回転角度が０度であれば、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝１：０であり、１／２波長板２の回転角度が２２．５度であれば、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝０．５：０．５＝１：１であり、１／２波長板２の回転角度が４５度であれば、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝０：１であり、１／２波長板２の回転角度が６７．５度であれば、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝０．５：０．５＝１：１である。
【００３０】
図４は、１／２波長板２の回転角度と偏光分岐比との関係を示す図表である。
【００３１】
１／２波長板２の回転角度を０度に近い３度に設定すれば、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝１：０．０１＝１００：１になる。つまり、被検物体６で反射したテスト光として、垂直直線偏光ｐのみを使用し、参照平面５で反射した参照光として、水平直線偏光ｓのみを使用すれば、干渉縞を生じさせる参照光、テスト光について、参照光の強度：テスト光の強度＝１：１００に変化させることができる。すなわち、参照光の強度に対して、テスト光の強度を１００倍にすることができる。これによって、超低反射率物体面を反射面として使用した場合に、テスト光の強度が低すぎるという問題を解決することができる。
【００３２】
図５は、ウォーラストンプリズム３の動作を説明する図である。
【００３３】
ウォーラストンプリズム３は、複屈折を有する２つの同一の結晶３１、３２を互いに接合したプリズムであり、その入射面、出射面に、それぞれ、透過率向上のために反射防止膜コート３３、３４が施され、その全体が金属枠３５で覆われている。
【００３４】
ウォーラストンプリズム３の入射側に、ランダム偏光を入射すると、所定の分離角度で、水平直線偏光ｓと、垂直直線偏光ｐとに分離されて出射される。つまり、ランダム偏光を、水平直線偏光ｓと、垂直直線偏光ｐとに、確実に分離することができる。
【００３５】
次に、超低反射率物体面検査装置１００の動作について説明する。
【００３６】
まず、参照光の光路について説明する。図１において、参照平面５で反射した参照光の経路が記載され、被検物体６に向かう光および反射したテスト光の経路を省略してある。
【００３７】
レーザー１が、ランダム偏光を出射し、このランダム偏光が１／２波長板２に入射される。１／２波長板２は、その回転角度によって、水平直線偏光ｓの強度と、垂直直線偏光ｐの強度との比が変化する。実施例１では、１／２波長板２の回転角度が３度に設定され、したがって、図３に示すように、水平直線偏光ｓの強度が１であり、垂直直線偏光ｐの強度が１００である。つまり、垂直直線偏光ｐの強度は、水平直線偏光ｓの強度の１００倍である。
【００３８】
そして、１／２波長板２によって強度比が変化された水平直線偏光ｓと垂直直線偏光ｐとが、ウォーラストンプリズム３に入射されると、ウォーラストンプリズム３は、入射した直線偏光（ランダム偏光）について、所定の分離角度によって、水平直線偏光ｓと、垂直直線偏光ｐとを分離出射する。この分離された水平直線偏光ｓと垂直直線偏光ｐとが、ビームスプリッター４によって反射され、参照平面５に向かう。参照平面５に向かった偏光のうち半分が、参照平面５で反射され、残りの半分が参照平面５を透過する。
【００３９】
参照平面５で反射された参照光（水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐ）は、ビームスプリッター４を透過し、ピンホール７に向かう。ここで、ピンホール７は、参照光（水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐ）のうちの一方のみを通過させる。実施例１では、水平直線偏光ｓのみがピンホール７を通過し、垂直直線偏光ｐはピンホール７以外の部位に当たり、ピンホール７を通過しない。つまり、ウォーラストンプリズム３で、水平直線偏光ｓの方向と垂直直線偏光ｐの方向とが所定の分離角度を有するので、ピンホール７には、水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐのうちの一方のみを通過するように、ピンホール７の位置およびその直径が設定されている。
【００４０】
なお、水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐのうちのいずれをピンホール７に通過させるかは、ピンホール７の位置を調整すればよい。
【００４１】
ピンホール７を通過した参照光のうちの水平直線偏光ｓが、偏光板８を通過し、ＣＣＤ９に到達する。ＣＣＤ９で受光した光の信号が干渉縞解析手段１０に送られる。
【００４２】
図６は、超低反射率物体面検査装置１００を示す図であり、被検物体６で反射したテスト光の経路が記載され、参照平面５で反射した参照光の経路を省略して示す図である。
【００４３】
参照平面５を透過した水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐが被検物体６で反射され、ビームスプリッター４を透過し、ピンホール７に向かう。ここで、ピンホール７は、被検物体６で反射したテスト光（水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐ）のうちの垂直直線偏光ｐのみを通過させる。水平直線偏光ｓはピンホール７以外の部位に当たり、ピンホール７を通過しない。つまり、ウォーラストンプリズム３で、水平直線偏光ｓの方向と垂直直線偏光ｐの方向とが所定の分離角度を有するので、ピンホール７には、テスト光のうちの垂直直線偏光ｐのみがピンホール７を通過させることができる。なお、光軸に対する被検物体６の向きを調整することによって、垂直直線偏光ｐのみがピンホール７を通過するように調整されている。
【００４４】
被検物体６で反射したテスト光（水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐ）のうちで垂直直線偏光ｐのみがピンホール７を通過するように、被検物体６の向きを設定するには、次のようにする。
【００４５】
まず、ビームスプリッター４とピンホール７との間に設けられているビームスプリッター４１で反射した光をモニタ用カメラ４２が受ける。この場合、モニタ用カメラ４２の画面中央がピンホール７の位置と等価の位置であるように、モニタ用カメラ４２が設置されている。そして、２つのテスト光（水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐ）による２つの光点のうちで図６中、上の光点（破線で示す光線によって作られる光点）が、モニタ用カメラ４２の画面中央に表示されるように、被検物体６の傾きを調整する。これによって、被検物体６で反射したテスト光のうちで垂直直線偏光ｐのみがピンホール７を通過する。そして、ピンホール７を通過したテスト光の垂直直線偏光ｐが、偏光板８を通過し、ＣＣＤ９に到達する。ＣＣＤ９で受光した光の信号が干渉縞解析手段１０に送られる。
【００４６】
ＣＣＤ９には、参照平面５で反射した参照光のうちの水平直線偏光ｓと、被検物体６で反射したテスト光のうちの垂直直線偏光ｐとを受光するので、これら受光した２種類の光によって干渉縞が発生する。なお、偏光板８によって、水平直線偏光ｓ、垂直直線偏光ｐがそれぞれ４５度方向に変えられ、これによって、同じ方向の光が２つできるので、これらによって干渉が生じる。
【００４７】
上記実施例によれば、干渉計を用いた超低反射率物体面検査装置において、テスト面に超低反射率物体６を設置した場合、参照面５で反射した参照光の強度と、参照面５を透過し被検物体６で反射したテスト光の強度とを、１／２波長板２の角度を調整することによって、ほぼ同じにすることができる。しかも、ウォーラストンプリズム３によって、水平直線偏光ｓと、垂直直線偏光ｐとを所定角度分離し、また、分離した偏光をピンホール７によって選択し、つまり、参照光のうちの水平直線偏光ｓと、テスト光のうちの垂直直線偏光ｐとを選択することができる。すなわち、テスト光のうちの垂直直線偏光ｐが、参照光に対して１００倍の強度を有し、１００倍の強度を有するテスト光と、１倍の強度を有する参照光とによって干渉縞が形成される。したがって、ビジビリティー（コントラスト）が向上し、充分な干渉縞を得ることができる。
【００４８】
上記実施例において、ピンホール７が、参照光のうちの水平直線偏光ｓのみを通過させ、テスト光のうちの垂直直線偏光ｐのみを通過させるが、このようにする代わりに、逆に、ピンホール７が、参照光のうちの垂直直線偏光ｐのみを通過させ、テスト光のうちの水平直線偏光ｓのみを通過させるようにしてもよい。
【実施例２】
【００４９】
図７は、本発明の実施例２である超低反射率物体面検査装置２００を示す図である。
【００５０】
超低反射率物体面検査装置２００は、超低反射率物体面検査装置１００において、ウォーラストンプリズム３の代わりに、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター、Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）３’を設け、参照平面５の代わりに参照面５’を設け、被検物体６の代わりに被検物体６’を設け、ＱＷＰ（１／４波長板、Ｑｕａｒｔｅｒ  Ｗａｖｅ  Ｐｌａｔｅｓ）３１’、３２’を設け、ビームスプリッター４、４１、モニタ用カメラ４２、ピンホール７、偏光板８を削除した装置である。参照面５’は、ＰＢＳ３’を透過した参照光をＰＢＳ３’に向ける。被検物体６’は、反射面が球面である。ＰＢＳ３’は、入射光を、互いに９０度の角度を有する２つの光に分離する。
【００５１】
超低反射率物体面検査装置２００において、１／２波長板２の角度を、３度程度に設定すると、レーザー１が出射したレーザー光の強度は、垂直直線偏光ｐの強度：水平直線偏光ｓの強度＝１：０．０１＝１００：１になり、垂直直線偏光ｐの強度が水平直線偏光ｓの強度の１００倍になる。そして、１００倍の強度を得た垂直直線偏光ｐは、ＰＢＳ３’を反射し、被検物体６’で反射し、この反射したテスト光は、ＰＢＳ３’を透過し、レンズ８１を介してＣＣＤ９に向かう。一方、強度が１倍である水平直線偏光ｓは、ＰＢＳ３’を透過し、参照面５’で反射し、この反射した参照光は、ＰＢＳ３’で反射し、レンズ８１を介してＣＣＤ９に向かう。
【００５２】
つまり、超低反射率物体面検査装置２００においても、参照面５’で反射した参照光の強度と、超低反射率の被検物体６’で反射したテスト光の強度とをほぼ同じにすることができ、したがって、ビジビリティー（コントラスト）を向上させ、充分な干渉縞を得ることができる。
【００５３】
超低反射率物体面検査装置２００では、超低反射率物体面検査装置１００において、ウォーラストンプリズム３の代わりに、ＰＢＳ３‘が設けられているが、これらの代わりに他の光分離手段を設けるようにしてもよい。また、超低反射率物体面検査装置２００では、超低反射率物体面検査装置１００において、参照平面５の代わりに、参照曲面が設けられている。つまり、参照面は、平面であってもよく、また曲面であってもよい。
【００５４】
また、たとえば、図１に示す超低反射率物体面検査装置１００を時計方向に４５度傾斜させると、実施例１の説明でいう水平直線偏光と垂直直線偏光とは、ただの傾いた直線偏光であり、この場合には、水平直線偏光、垂直直線偏光と表現することができない。この場合に、第１の直線偏光、第２の直線偏光（第１の直線偏光と直交する直線偏光）と表現すれば、両者を互いに区別することができる。つまり、上記実施例において、水平直線偏光は、第１の直線偏光の例であり、垂直直線偏光は、上記第１の直線偏光と直交する第２の直線偏光の例である。図７に示す超低反射率物体面検査装置２００の場合も、上記と同様である。
【００５５】
上記実施例は、超低反射率物体面を検査する装置であるが、超低反射率よりも大きな反射率を有する物体面を検査する装置でも、有効である。つまり、超低反射率（０．３％以下の反射率）よりも高い反射率を有する物体面を検査する装置に、上記実施例を適用しても、ビジビリティーを向上させることができる。たとえば、反射面にマルチコートを付して反射率が０．５〜０％になった物体面を検査する場合、または、反射率が０．５％以上である物体面を検査する場合に、上記実施例を適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００…超低反射率物体面検査装置、
１…レーザー、
２…１／２波長板、
３…ウォーラストンプリズム、
４…ビームスプリッター、
５…参照平面、
６…被検物体、
７…ピンホール、
８…偏光板、
９…ＣＣＤ、
１０…干渉縞解析手段、
２００…超低反射率物体面検査装置、
３’…ＰＢＳ、
５’…参照平面、
６’…被検物体。
【図１】
2014167414.tif 000003
【図２】
2014167414.tif 000004
【図３】
2014167414.tif 000005
【図４】
2014167414.tif 000006
【図５】
2014167414.tif 000007
【図６】
2014167414.tif 000008
【図７】
2014167414.tif 000009