(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の前記媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、
前記媒体に一定の強度の磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に、特定の偏光方向の平行光を照射し、
前記ファラデー効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定し、測定結果の前記媒体の透過光の偏光方向と前記媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて前記媒体の厚みを測定し、前記媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の前記媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、
被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に、一定の偏光方向で平行光を照射し、
前記媒体に磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、かつ前記磁界の強度を変化させ、
前記ファラデー効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定し、測定結果の前記媒体の透過光の偏光方向と前記磁界の強度の値に基づいて前記媒体の厚みを測定し、前記媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定することを特徴とする形状測定方法。
【請求項３】
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
コットン・ムートン効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の前記媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、
前記媒体に一定の強度の磁界を発生させてコットン・ムートン効果を生じさせ、
被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に、所定の偏光方向で平行光を照射し、
前記コットン・ムートン効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の光量を測定し、測定結果の前記媒体の透過光の光量と前記媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて前記媒体の厚みを測定し、前記媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定することを特徴とする形状測定方法。
【請求項４】
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
コットン・ムートン効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の前記媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、
被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に、一定の偏光方向で平行光を照射し、
前記媒体に磁界を発生させてコットン・ムートン効果を生じさせ、かつ前記磁界の強度を変化させ、
前記コットン・ムートン効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の光量を測定し、測定結果の前記媒体の透過光の光量と前記磁界の強度の値に基づいて前記媒体の厚みを測定し、前記媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定することを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の形状測定方法において、
前記媒体を透過した後被測定物を透過した平行光を正反射させて被測定物を再び透過した後媒体を再び透過させることを特徴とする形状測定方法。
【請求項６】
光源と、
該光源からの光を平行光にするコリメート光学系と、
ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の前記媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように被測定面を覆われている被測定物と、
被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に入射する平行光を任意に偏光方向に直線偏光にする偏光子と、
前記媒体に所定の強度の磁界を発生する磁界発生手段と、
特定の偏光方向の平行光のみを透過させる検光子と、
該検光子を透過した平行光の偏光方向を測定する偏光方向測定手段と、
前記媒体に一定の強度の磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、前記偏光子又は前記検光子の偏光方向を相対的に回転させながら、前記ファラデー効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する前記検光子を透過した平行光の偏光方向を前記偏光方向測定手段によって測定し、測定結果の前記媒体の透過光の偏光方向と前記媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて前記媒体の厚みを測定し、あるいは前記磁界の強度を変化させ、前記ファラデー効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の厚み方向の形状に応じて変化する平行光の偏光方向を前記偏光方向測定手段によって測定し、測定結果の前記媒体の透過光の偏光方向と前記磁界の強度の値に基づいて前記媒体の厚みを測定し、前記媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定する形状測定手段とを有することを特徴とする形状測定装置。
【請求項７】
請求項６記載の形状測定装置において、
前記偏光子の偏光角度と前記検光子の偏光角度との相対的な角度を９０度にしたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の形状測定装置において、
前記媒体は、磁性流体又は磁気粘性流体であることを特徴とする形状測定装置。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれかに記載の形状測定装置において、
前記被測定物の被測定面側のベース断面形状と略等しい断面形状を有し、かつ前記被測定物の被測定面側における前記媒体の界面に接して前記媒体を覆う透明な部材を設けることを特徴とする形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数〜数十［μｍ］の段差やブレーズ形状を有する回折レンズなどの微細形状構造体の形状を測定する形状測定方法及び形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の形状測定方法は、いわゆるプリンタブルエレクトロニクスとよばれる印刷技術を応用した工法で作成されたペーパー状もしくはシート状のデバイスを測定するものである。被測定物の形状はさまざまであるが、例えば電子ペーパーに代表される表示素子のバックプレーンでは、薄いシート上に数〜数十［μｍ］の微細な仕切や配線による凹凸が形成されている。これ以外には、例えば平面上にピッチが５〜１００［μｍ］程度、段差が０．５〜２［μｍ］程度のブレーズ形状とよばれている鋸歯断面形状がアレイ状に配置された光学素子や、ベース面が凸面、凹面や自由曲面に形成されたブレーズ形状あるいは矩形形状の回折パターンを有する光学素子などが挙げられる。
【０００３】
これらの被測定物の形状を測定する方法として、ニュートンリングを用いる方法、３次元測定器を用いる方法、共焦点顕微鏡を用いた方法などがある。このうち、ニュートンリングを用いる方法は、干渉を利用する方法である。３次元測定器を用いる方法は、プローブと呼ばれる球体のスタイラス部分で被測定物の表面を点測定、もしくは線測定をして得られた三次元の座標値を検出する。そして、これらの検出値を演算処理して３次元形状を測定する。共焦点顕微鏡を用いる方法は、特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１の段差測定装置は、共焦点顕微鏡の原理を用い、被測定面にレーザ光を照射しながら走査し、被測定面からの反射光の光強度を測定しながら焦点位置を検出することで被測定面の形状を連続的に測定するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ニュートンリングを用いる方法では、被測定物を測定設置テーブルに１つ１つ固定しての面測定であるため、測定時間がかかっていた。上記共焦点顕微鏡を用いた上記特許文献１の段差測定装置では、被測定面からの反射光の光強度を得るために光軸方向の精密な走査が必要となり、そのため測定時間が長くかかっていた。また、上記共焦点顕微鏡を用いた上記特許文献１の段差測定装置では、レーザビームを絞って被測定物に照射するため、焦点部分が加熱され被測定物の材料によっては被測定物に熱によるダメージを与える虞があった。更に、上記ニュートンリングを用いる方法では、被測定物にベース面に曲率や段差があるとリング状の干渉縞が乱れて被測定物の形状を正確に測定することができない。上記３次元測定器を用いる方法では、上記プローブの球体の直径より狭い溝などに沿って上記プローブが走査することができず、上記プローブの球体の直径より狭い溝など微細形状構造体を正確に測定することができない。被測定物がフィルムのように柔らかい材質である場合でも、プローブの接触圧によって被測定物自体が変形するため正確に測定することができない。
【０００５】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、短時間に、かつ熱によるダメージを被測定物に与えずに、微細形状構造体の形状を正確に測定できる、形状測定方法及び形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被測定物の形状を測定する形状測定方法において、ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の前記媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、前記媒体に一定の強度の磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に、特定の偏光方向の平行光を照射し、前記ファラデー効果によって透光性を持った前記媒体を透過した際に前記媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定し、測定結果の前記媒体の透過光の偏光方向と前記媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて前記媒体の厚みを測定し、前記媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ファラデー効果は磁界中で光が磁界方向に進むと偏光方向が回転する現象であり、この効果を有する媒体に直線偏光が入射したときに、偏光方向が媒体の厚さあるいは磁界の強度に比例して回転する。このようなファラデー効果を有する媒体に発生させる磁界の強度を一定にして媒体に特定の偏光方向の平行光を照射し、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過させる。媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定する。ファラデー効果により、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて、光の照射方向の媒体の厚みが測定できる。このファラデー効果を有する媒体を、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように、被測定面を覆う。そして、被測定物の被測定面の凹面、凸面や自由曲面が反転されて媒体にも形成されることになる。媒体の媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みを測定することで媒体の厚みを測定できる。この測定結果に基づいて被測定物の形状を測定できる。そして、従来のようにプローブを接触させることや光を集光させることを行うことないので、被測定物が変形したり、被測定物が加熱されたりすることはない。被測定物の被測定面を照射し光軸方向のスライス像を多数取得する必要が無いので測定時間が短くて済む。よって、短時間に、かつ熱によるダメージを被測定物に与えずに、微細形状構造体の形状を正確に測定できる、という特有な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ファラデー効果を有する媒体を用いた例を説明する図である。
【図２】コットン・ムートン効果を有する媒体を用いた例を説明する図である。
【図３】本実施形態における測定対象の微細形状構造体の一例である。
【図４】本実施形態における測定対象の微細形状構造体の一例である。
【図５】本実施形態における測定対象の微細形状構造体の一例である。
【図６】本実施形態における測定対象の微細形状構造体の一例である。
【図７】本実施形態に係る形状測定装置の一部構成を示す概略断面図である。
【図８】本実施形態に係る形状測定装置の一部構成の変形例を示す概略断面図である。
【図９】本実施形態における測定対象の微細形状構造体の他の例である。
【図１０】本実施形態に係る形状測定装置の一部構成を示す概略断面図である。
【図１１】本実施形態に係る形状測定装置の一部構成の変形例を示す概略断面図である。
【図１２】本実施形態に係る形状測定装置の変形例１を示す概略断面図である。
【図１３】（ａ）測定対象の微細形状構造体の斜視図、（ｂ）〜（ｄ）測定画像の一例を説明する図である。
【図１４】本実施形態に係る形状測定装置の変形例２を示す概略断面図である。
【図１５】本実施形態に係る形状測定装置の変形例３を示す概略断面図である。
【図１６】本実施形態に係る形状測定装置の変形例４を示す概略断面図である。
【図１７】本実施形態に係る形状測定装置の変形例５を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
はじめに、本発明が利用するファラデー効果及びコットン・ムートン効果について説明する。ファラデー効果とは、磁界中で光が磁界方向に進むと偏光面が回転する現象のことである。この効果を有する媒体に直線偏光が入射したときに、偏波の方位が媒体の厚さあるいは磁界の強度に比例して回転する。ファラデー効果を有する媒体の一例として、磁性流体がある。この磁性流体は通常暗褐色で不透明な液体であるが、２枚の平行平板で挟むなどして数〜数十［μｍ］の厚さの薄膜状にすることで光を透過することができるようになり、磁気光学効果を有することが知られている。従来から、一般的に透明な磁性体中を光が透過するとき、あるいは磁性体によって光が反射するときに観測される現象、すなわちファラデー効果と同様の効果が磁性流体でも得られる。
【００１０】
例えば、図１の入射光１１の偏光状態がランダムであっても、偏光子１２を透過すると、入射光１１は直線偏光１３になる。磁界１４の方向と光の進行方向が平行なときはファラデー効果を有する媒体１５によって、光の偏光１６の方向が回転する。このときの偏光方向が検光子１７の方向と一致すると、出射光１８は検光子１７を透過して出射する。このように、直線偏光された光は、ファラデー効果を有する媒体の厚さあるいは磁界の強度に比例して、その偏光方向を変化させる。媒体１５の性状は、液状、ゲル状、あるいは粉状のものなどがある。
【００１１】
また、コットン・ムートン効果とは、磁界を印加した試料に生じる複屈折の現象のことである。例えば、図２の入射光２１の偏光状態がランダムであっても、光源からの入射光２１は磁界の印加する方向からα°だけ傾いた偏光面を持つ偏光子２２により直線偏光されると共に、磁化された磁性体２３に入射する。そして、直線偏光２４は、媒体２５内で磁界２６によって垂直な直線偏光と平行な直線偏光とに分かれ、双方の間に位相差が生じる。出射光２７は、位相差が０の場合は直線偏光であり、位相差がある場合は楕円偏光になる。位相差が９０°の時は合成された光は円偏光になる。偏光子２２の偏光面と９０°だけ回転させた偏光面を持つ検光子２８を透過させると、このときの透過光２９の出射光強度Ｉは入射光強度Ｉ０に対して、入射光の偏光面の角度をα、位相差をθとすると、Ｉ＝Ｉ０ｓｉｎ２（２α）ｓｉｎ２（θ／２）で与えられることがわかっている。すなわち、θ＝０の場合、光は透過せず、θ＝９０°の場合で最大の透過量となる。
【００１２】
次に、ファラデー効果を用いた場合の微細形状構造体の形状測定方法の測定原理について説明する。
先ず、本実施形態における測定対象となる微細形状構造体の一例を説明する。図３〜図６は本実施形態における測定対象の微細形状構造体の一例である。斜視図である図３（ａ）及び図３の（ａ）のＡ−Ａ'線断面図の図３の（ｂ）に示すように、微細形状構造体としてのデバイス４０は、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate)やポリイミドなどの樹脂フィルム、各種の紙、ガラス、シリコン、鉄やアルミなどの金属などを基板４１とし、その基板４１の上に周期的な凸部４２を有している。斜視図である図４（ａ）及び図４の（ａ）のＡ−Ａ'線断面図の図４の（ｂ）に示すように、デバイス５０は、基板５１に溝部５２を有している。また、斜視図である図５（ａ）及び図５の（ａ）のＡ−Ａ'線断面図の図５の（ｂ）に示すように、デバイス６０は、微細なブレーズ構造を持つデバイスである。更に、斜視図である図６に示すデバイス７０は、基板７１にアレイ状に配列された複数のレンズ７２を有している。そして、デバイスはこれらが合わさった複合的なものでもよい。
【００１３】
図７は本実施形態に係る形状測定装置の基本構成を示す概略断面図である。ここでの測定対象のデバイスは、図５のブレーズ構造を持つものである。具体的には、薄いブレーズ状の光学シートであり、鋸歯状断面の微細な段差などの表面形状を有するシート状の光学デバイス、例えば薄いシート面にブレーズ型の回折レンズが形成されている。このような被測定物１０１のブレーズ面を測定する場合、この被測定物１０１を光が透過できるようにくりぬかれた容器１０２に入れ、被測定物１０１のブレーズ面側にファラデー効果を有する媒体の磁性流体１０３を滴下する。被測定物１０１のブレーズ面の全てが磁性流体１０３で覆われ、かつ被測定物１０１は磁性流体１０３中に浸っている状態にする。磁性流体１０３は重力とつりあって、水平の界面を形成する。可能であれば不要な反射、屈折を防止するために磁性流体の屈折率は被測定物の屈折率に近いほうが望ましい。そして、磁界発生手段１０４、例えば電磁石を用いて磁界を発生させ、磁性流体１０３に磁界をかけることで、この被測定物１０１を透過する光はファラデー効果によって偏光方向が回転する。ファラデー効果は、上述したように、磁界の強度、あるいはファラデー効果を有する媒体の厚みに比例するので、光が磁性流体を透過する場合に被測定物のブレーズ面の形状によって透過距離が異なり、偏光状態が異なる。
【００１４】
この透過光の前後に、偏光子と検光子を挿入すれば、この異なる偏光状態を、検光子を回転させることで検出し、ブレーズの深さ情報を得ることができる。上記構成以外にも、光学系では、容器は透明であったり、反射面であったりする。また、磁界発生手段１０４としては、電磁石の代わりに永久磁石を用いてもよい。更に、磁性流体や磁気粘性流体などファラデー効果を有する媒体は、種別や性状を問わない。また、検光子を回転させる代わりに偏光子を回転させても、同様の効果を得ることができる。更に、偏光子、検光子ともに回転させなくても、磁界の強度を変えることで同様の効果を得て、測定することもできる。
【００１５】
ここで、磁気粘性流体及び磁性流体について説明する。磁気粘性流体は、磁界に反応して粘弾性が変化し、見かけが液体から固体状に変化する。磁性流体は、磁界に反応して引き寄せられて圧力が発生する。磁気粘性流体は溶媒に磁性体を分散させたものである。溶媒にはシリコンオイル、炭化水素油、水などが用いられることが多い。磁性体には純鉄やマグネタイトなどが用いられ、分散性を向上させるために界面活性剤が添加されている。一方、磁性流体は磁気粘性流体と構造が似ているが、磁気粘性流体の磁性体は粒子径が数〜数十［μｍ］に対して、磁性流体の磁性体は粒子径が数〜数十［ｎｍ］と大きさが異なっている。磁気粘性流体としては、米国のＬＯＲＤ社のMRF-122-2ED、MRF-132AD、MRF-241ES、MRF-336AGなどがある。磁性流体としは、日本のフェローテック社のAPG810、APG820、REN1020、REN1600などがある。
【００１６】
上述したように、磁性流体は磁界に引き寄せられる性質を持つ。ファラデー効果は弱い磁界でも観測されるが、強い磁界をかけた場合には磁界に磁性流体が引き寄せられ、磁性流体の界面が水平でなくなる虞がある。そこで、図８に示すように、透明な板状部材１０５で被測定物１０１をカバーすることで磁性流体の界面を水平に保つことができる。
【００１７】
ここでの測定対象の別のデバイスは、回折面などの微細形状が凸レンズや凹レンズ上に形成された、ベース面が曲面の被測定物である。図９に示すデバイスは、回折面などの微細形状が凸レンズ上に形成され、ベース面が曲面の被測定物１０１である。このような被測定物も、図１０に示すように磁性流体１０３中に浸すことで、ファラデー効果により磁性流体１０３の形状に合った偏光方向の変化を得ることができる。また、磁性流体１０３の界面が磁界の影響で乱れる場合には、図１１に示すように、被測定物１０１のベース面の曲線に近い形状の曲面を有する透明部材１１１を被測定物１０１のベース面に対向するように設置することで、安定した磁性流体の界面を得ることができる。また、上述したように、磁性流体１０３は厚さを数〜数十［μｍ］程度にしないと光が透過しにくくなるが、透明部材１１１を取り付けることで、ブレーズ面の磁性流体１０３の厚さを小さくすることが可能である。
【００１８】
図１２は本実施形態に係る形状測定装置の変形例１を示す概略断面図である。図１２において、図７と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。微細な段差などの表面形状を有する光学素子、例えば平板上に形成されたアレイ状のブレーズ面をもつ被測定物１０１を測定する場合、この被測定物１０１を光が透過できるようにくりぬかれた容器１０２に入れ、被測定物１０１にファラデー効果を有する媒体、例えば磁気粘性流体や磁性流体の液体を滴下する。容器１０２は透明な容器でもよい。測定したい微細形状、ここではブレーズ面を磁気粘性流体あるいは磁性流体に浸す。一般的に磁気粘性流体よりも磁性流体のほうが、粒子形が小さく流動性がよいので、以下の記述では磁性流体を主として説明する。このとき磁性流体１０３は重力とつりあって、水平の界面を形成する。可能であれば、測定光の不要な屈折や反射を防止するために、磁性流体１０３の屈折率は被測定物１０１の屈折率に同等あるいは近いことが望ましい。このとき、磁界発生手段１０４、例えば永久磁石や電磁石を用いて磁界を発生させ、磁性流体に磁界をかける。この結果、磁性流体を透過する光は、ファラデー効果によって偏光方向が回転する。ファラデー効果の強さは磁界の強度、あるいはファラデー効果を有する媒体の厚みに比例するので、光が磁性流体を透過する場合には被測定物のブレーズ面の形状によって磁性流体の厚さが異なるので、透過距離が異なり、偏光状態が異なる。
【００１９】
ここで、光学系について説明する。図１２において、例えば白色光源やレーザ光源などの光源１２０からの出射光を、ピンホール１２１を介してコリメート光学系レンズ１２２で平行光にして、偏光子１２３を透過させることで直線偏光にする。そして、この直線偏光された光を被測定物１０１に入射させ、ファラデー効果を有する媒体１０３を透過する。ファラデー効果を有する媒体を透過すればよいので、非測定物１０１の方向からあるいは磁性流体側のどちらからでもかまわない。入射した光は磁性流体１０３の厚さに従ってブレーズ面のそれぞれの場所で、所定の偏光方向に回転角度が変化する。この光を被測定物１０１からの出射光として検光子１２４に入射させることで、検光子１２４の偏光方向の検出角度と同一方向のみの光を透過させる。透過した光は集光光学系レンズ１２５によって光検出器１２６に像として検出される。この光検出器１２６はＣＣＤを用いれば画素ごとの感度ムラの低い高精度な画像を取得でき、ＣＭＯＳを用いれば低コスト化が可能である。また、ＰＭＴを用いた場合はダイナミックレンジを広く取れるので暗い光から明るい光までの検出精度が向上する。
【００２０】
この時、検光子１２４を、光軸を中心として回転させると、検光子２４の偏光方向に沿った光しか透過できないので、任意の偏光方向の光を選択的に透過させることが可能になる。したがって、検光子１２４を回転させることで、磁性流体１０３の形状、すなわち被測定物１０１の微細形状を測定することができる。もちろん、検光子１２４を回転させるだけではなく、偏光子１２３を回転させても同様の効果を得ることができる。また、ファラデー効果は媒体の厚さ及び磁界の強さに比例するので、偏光子１２３と検光子１２３とを回転させるかわりに、磁性流体１０３にかかる磁界の強さを変化させることでも、光の偏光状態を変化させて被測定物の形状を測定することができる。
【００２１】
被測定物の各々の所で検出された偏光方向は、コンピュータなどの解析手段（図示せず）で被測定物の３元形状情報として解析される。この解析手段を有することで、ブレーズ面の段差情報だけでなく、アレイ状の配列されたピッチの周期を測定することができる。また、測定物が水平面に対して斜めに設置されている場合にも、液面と被測定物のアライメント誤差を補正することができる。
【００２２】
ここで、測定画像の一例について説明する。被測定物として、図１３（ａ）に示すような微細形状構造が例えばブレーズ面がアレイ状に形成された被測定物１３１を測定する場合を考える。図１３（ｂ）を初期状態として、図１２の検光子１２４を回転させたとき透過光１３３が一番暗い場所から一番暗い場所へと急に変わる位置は、ブレーズ面の段差部（磁性流体の厚さが一番厚い場所）１３２の位置と一致しているとする。この状態から検光子１２４を少し回転させると透過できる偏光方向が回転するので、透過光１３３の偏光方向も検光子１２４の方向に沿った光が透過してくる。そのため、透過光１３３の位置は、図１３（ｃ）のように段差部１３２に相当する段差部位置１３４から少しずれた位置に移動していく。更に、検光子１２４を回転させると、透過光１３３の位置は、図１３（ｄ）のように段差部１３２に相当する段差部位置１３４から離れた位置になる。このように検光子１２４を回転させることで、磁性流体１０３の厚さによった透過光量を得ることができる。前述したように検光子１２４を回転させるだけではなく、偏光子１２３を回転させても、磁界の強さを変えても測定できることは言うまでも無い。また、連続的なピッチの段差を有する被測定物では、透過光の周期的な位置の有無を測定画像に基づいて検出することで、製品不良の検査方法として利用することができる。
【００２３】
次に、コットン・ムートン効果を用いた場合の微細形状構造体の形状測定方法の原理について説明する。
上述したように、コットン・ムートン効果とは磁界の方向が光の透過方向と直交する場合に発生する現象である。そして、磁界の方向とそれに垂直な方向に振動する波の屈折率が異なるため、磁界の方向に垂直な正常波と磁界の方向に平行な異常波にわかれ、双方の間に位相差が生じる。上記実施形態の透過光強度Ｉの式から、αを４５°に設定すれば、コットン・ムートン効果をもつ液体の透過光強度を最大にできる。位相差θは０°で、光が透過せず、９０°で最大透過量になる。磁界の強さと、媒質の厚さ、例えば磁性流体の厚さに応じて、相対的な位相差が変化する。磁界を一定にして透過光量の分布を検出することで、磁性流体の厚さを検出することができる。ここで、磁界の強さを変化させて、磁性流体の厚さの検出感度を向上させることも可能である。
【００２４】
図１４は本実施形態に係る形状測定装置の変形例２を示す概略断面図である。同図において、図１２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１２の形状測定装置との違いは、反射型にすることで磁性流体の透過距離を伸ばし感度を向上させている点である。そのために、図１４の形状測定装置では、ビームスプリッター１４１を用いて、被測定物１０１に対して同一方向から入射し、同一方向へ出射している。磁性流体１０３を経由して被測定物１０１を透過した光は、ミラー１４２で反射され、被測定物１０１及び磁性流体１０３を再度透過する。そして、透過した光は、ビームスプリッター１４１を透過して検光子１２４及び集光光学系レンズ１２５を介して光検出器１２６で像として検出される。図１２の形状測定装置に比べ、磁性流体１０３を透過する距離が２倍になるので、被測定物の微細形状を感度良く検出することが可能になる。
【００２５】
図１５は本実施形態に係る形状測定装置の変形例３を示す概略断面図である。同図において、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１４の形状測定装置との違いは、ミラーと容器が一体化した点と、透明な板状部材１５１を設けた点である。容器１０２の底面はミラー面であることが望ましいが、屈折率差のある透明体で界面の反射を利用してもよい。図１４の測定装置と同様に反射型なので感度が向上する。また、磁性流体１０３に接するように透明な板状部材１５１でカバーをすることで、磁界を加えたときの磁性流体１０３の界面の変動や磁界の強度を変化させることによる磁性流体１０３の界面の変動を抑えることができ、被測定物上の磁性流体の厚さを固定することができる。
【００２６】
図１６は本実施形態に係る形状測定装置の変形例４を示す概略断面図である。同図において、図１４と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１４の形状測定装置との違いは、透明容器１６１を用いて被測定物１０１のブレーズ面が向いている方向を逆方向、つまり透明容器１６１の底面に向けて設置し、透明容器１６１の下面から光を入射する点である。これにより、透明容器１６１の底面に板状部材の機能を持たせるともに、被測定物の被測定面と対向する面からのハンドリングを可能にしている。
【００２７】
図１７は本実施形態に係る形状測定装置の変形例５を示す概略断面図である。同図において、図１６と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。図１６の形状測定装置との違いは、光束を小さくして被測定物１０１をスキャンする点である。光源１２０から照射された光は、ピンホール１２１、コリメート光学系１２２、偏光子１２３及びビームスプリッター１３１を介し、軸回動するポリゴンスキャナ１７１で偏光され、走査光学系レンズ１７２で均一な線速にして被測定物１０１の全域に走査される。これにより、被測定物の広い面を精密に測定することができる。
【００２８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、媒体に一定の強度の磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている前記媒体の厚み方向に、特定の偏光方向の平行光を照射し、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定し、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて媒体の厚みを測定し、媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定する。これによれば、上記実施形態について説明したように、ファラデー効果は磁界中で光が磁界方向に進むと偏光方向が回転する現象であり、この効果を有する媒体に直線偏光が入射したときに、偏光方向が媒体の厚さあるいは磁界の強度に比例して回転する。このようなファラデー効果を有する媒体に発生させる磁界の強度を一定にして媒体に特定の偏光方向の平行光を照射し、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過させる。媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定する。ファラデー効果により、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて、光の照射方向の媒体の厚みが測定できる。このファラデー効果を有する媒体を、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように、被測定面を覆う。そして、被測定物の被測定面の凹面、凸面や自由曲面が反転されて媒体にも形成されることになる。媒体の媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みを測定することで媒体の厚みを測定できる。この測定結果に基づいて被測定物の形状を測定できる。そして、従来のようにプローブを接触させることや光を集光させることを行うことないので、被測定物が変形したり、被測定物が加熱されたりすることはない。被測定物の被測定面を照射し光軸方向のスライス像を多数取得する必要が無いので測定時間が短くて済む。よって、被測定物を変形させずに、かつ熱によるダメージを被測定物に与えずに、高速に微細形状構造体の形状を測定できる。
（態様２）
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている媒体の厚み方向に、一定の偏光方向で平行光を照射し、媒体に磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、かつ磁界の強度を変化させ、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の偏光方向を測定し、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と磁界の強度の値に基づいて媒体の厚みを測定し、媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定する。これによれば、上記実施形態について説明したように、ファラデー効果を有する媒体に所定の磁界を発生させ媒体に特定の偏光方向の平行光を照射し、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過させる。媒体を透過した際に媒体の厚み方向の形状に応じて変化する平行光の偏光方向を測定する。ファラデー効果により、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と磁界の強度の値とに基づいて、光の照射方向の媒体の厚みが測定できる。このファラデー効果を有する媒体を、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように、被測定面を覆う。そして、被測定物の被測定面の凹面、凸面や自由曲面が反転されて媒体にも形成されることになる。媒体の媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みを測定することで媒体の厚みを測定できる。この測定結果に基づいて被測定物の形状を測定できる。よって、被測定物を変形させずに、かつ熱によるダメージを被測定物に与えずに、高速に微細形状構造体の形状を測定できる。
（態様３）
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、コットン・ムートン効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、媒体に一定の強度の磁界を発生させてコットン・ムートン効果を生じさせ、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている媒体の厚み方向に、所定の偏光方向で平行光を照射し、コットン・ムートン効果によって透光性を持った媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の光量を測定し、測定結果の媒体の透過光の光量と媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて媒体の厚みを測定し、媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定する。これによれば、上記実施形態について説明したように、コットン・ムートン効果を有する媒体に発生させる磁界の強度を一定にして媒体に特定の偏光方向の平行光を照射し、コットン・ムートン効果によって透光性を持った媒体を透過させる。媒体を透過した際に媒体の厚み方向の形状に応じて変化する平行光の光量を測定する。コットン・ムートン効果により、測定結果の媒体の透過光の光量と媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて、光の照射方向の媒体の厚みが測定できる。このファラデー効果を有する媒体を、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように、被測定面を覆う。そして、被測定物の被測定面の凹面、凸面や自由曲面が反転されて媒体にも形成されることになる。媒体の媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みを測定することで媒体の厚みを測定できる。この測定結果に基づいて被測定物の形状を測定できる。よって、被測定物を変形させずに、かつ熱によるダメージを被測定物に与えずに、高速に微細形状構造体の形状を測定できる。
（態様４）
被測定物の形状を測定する形状測定方法において、コットン・ムートン効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように覆い、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている媒体の厚み方向に、一定の偏光方向で平行光を照射し、媒体に磁界を発生させてコットン・ムートン効果を生じさせ、かつ磁界の強度を変化させ、コットン・ムートン効果によって透光性を持った媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する平行光の光量を測定し、測定結果の媒体の透過光の光量と磁界の強度の値に基づいて媒体の厚みを測定し、媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定する。これによれば、上記実施形態について説明したように、コットン・ムートン効果を有する媒体に所定の磁界を発生させ媒体に特定の偏光方向の平行光を照射し、コットン・ムートン効果によって透光性を持った媒体を透過させる。媒体を透過した際に媒体の厚み方向の形状に応じて変化する平行光の光量を測定する。コットン・ムートン効果により、測定結果の媒体の透過光の光量と磁界の強度の値とに基づいて光の照射方向の媒体の厚みが測定できる。このファラデー効果を有する媒体を、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように、被測定面を覆う。そして、被測定物の被測定面の凹面、凸面や自由曲面が反転されて媒体にも形成されることになる。媒体の媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みを測定することで媒体の厚みを測定できる。この測定結果に基づいて被測定物の形状を測定できる。よって、被測定物を変形させずに、かつ熱によるダメージを被測定物に与えずに、高速に微細形状構造体の形状を測定できる。
（態様５）
（態様１）〜（態様４）のいずれかにおいて、媒体を透過した後被測定物を透過した平行光は、正反射されて被測定物を再び透過した後媒体を再び透過する。これによれば、上記実施形態の変形例２、３について説明したように、媒体を２度透過して透過する距離が２倍となって媒体の厚みを感度良く検出することができる。
（態様６）
光源と、該光源からの光を平行光にするコリメート光学系と、ファラデー効果を有する媒体で、被測定物の少なくとも被測定面に接し、かつ被測定面に接する面側と反対側の媒体の界面が被測定面のベース面と平行となるように被測定面を覆われている被測定物と、被測定物の少なくとも被測定面を覆っている媒体の厚み方向に入射する平行光を任意に偏光方向に直線偏光にする偏光子と、媒体に所定の強度の磁界を発生する磁界発生手段と、特定の偏光方向の平行光のみを透過させる検光子と、該検光子を透過した平行光の偏光方向を測定する偏光方向測定手段と、媒体に一定の強度の磁界を発生させてファラデー効果を生じさせ、偏光子又は検光子の偏光方向を相対的に回転させながら、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過した際に媒体の界面と被測定面に接する面との間の厚みに応じて変化する検光子を透過した平行光の偏光方向を偏光方向測定手段によって測定し、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と媒体に入射した平行光の所定の偏光方向とに基づいて媒体の厚みを測定し、あるいは磁界の強度を変化させ、ファラデー効果によって透光性を持った媒体を透過した際に媒体の厚み方向の形状に応じて変化する平行光の偏光方向を偏光方向測定手段によって測定し、測定結果の媒体の透過光の偏光方向と磁界の強度の値に基づいて媒体の厚みを測定し、媒体の厚みに基づいて被測定物の形状を測定する形状測定手段とを有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、コリメート光学系レンズ１２２によって任意に偏光方向に偏光させた平行光を媒体の厚み方向に照射し、磁界の強度を一定にして偏光子１２３と検光子１２４との平行光の偏光方向を相対的に回転させながら、あるいは平行光の相対的な偏光方向を一定にして磁界発生手段１０４によって磁界の強度を変化させながら、偏光方向測定手段の光検知器１２６によって媒体を透過した平行光の偏光方向を測定していく。この測定結果の平行光の偏光方向と、相対的な偏光方向又は磁界強度とに基づいて媒体の形状を測定できる。これにより、測定した媒体の形状に基づいて被測定物の形状が測定できる。
（態様７）
（態様６）において、偏光子の偏光角度と検光子の偏光角度との相対的な角度を９０度にした。これによれば、上記実施形態について説明したように、媒体の厚みを感度良く検出することができる。
（態様８）
（態様６）又は（態様７）のいずれかにおいて、媒体は、磁性流体又は磁気粘性流体である。これによれば、上記実施形態について説明したように、磁性流体又は磁気粘性流体は発生させる磁界が弱くてもファラデー効果やコットン・ムートン効果などの磁気光学特性を生じる。これにより、弱い磁界でも測定した媒体の形状に基づいて被測定物の形状が測定できる。
（態様９）
（態様４）〜（態様８）のいずれかにおいて、被測定物の被測定面側のベース断面形状と略等しい断面形状を有し、かつ被測定物の被測定面側における媒体の界面に接して媒体を覆う透明な部材を設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、媒体の界面が安定すると共に、媒体の厚さを小さくすることが可能となって光が透過し易くなって媒体の厚みを感度良く検出することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１１  入射光
１２  偏光子
１３  直線偏光
１４  磁界
１５  媒体
１６  偏光
１７  検光子
１８  出射光
２１  入射光
２２  偏光子
２３  磁性体
２４  直線偏光
２５  媒体
２６  磁界
２７  出射光
２８  検光子
２９  透過光
４０  デバイス
４１  基板
４２  凸部
５０  デバイス
５１  基板
５２  溝部
６０  デバイス
７０  デバイス
７１  基板
７２  レンズ
１０１  被測定物
１０２  容器
１０３  媒体
１０４  磁界発生手段
１０５  板状部材
１１１  透明部材
１２０  光源
１２１  ピンホール
１２２  コリメート光学系レンズ
１２３  偏光子
１２４  検光子
１２５  集光光学系レンズ
１２６  光検出器
１３１  被測定物
１３２  段差部
１３３  透過光
１３４  段差部相当位置
１４１  ビームスプリッター
１４２  ミラー
１５１  板状部材
１６１  透明容器
１７１  ポリゴンスキャナ
１７２  走査光学系レンズ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開平１０−０２６５１５号公報
【図１】
0006004251.tif 000002
【図２】
0006004251.tif 000003
【図３】
0006004251.tif 000004
【図４】
0006004251.tif 000005
【図５】
0006004251.tif 000006
【図６】
0006004251.tif 000007
【図７】
0006004251.tif 000008
【図８】
0006004251.tif 000009
【図９】
0006004251.tif 000010
【図１０】
0006004251.tif 000011
【図１１】
0006004251.tif 000012
【図１２】
0006004251.tif 000013
【図１３】
0006004251.tif 000014
【図１４】
0006004251.tif 000015
【図１５】
0006004251.tif 000016
【図１６】
0006004251.tif 000017
【図１７】
0006004251.tif 000018