(57)【要約】【課題】高精度を維持しつつ参照平面を選択でき、組立ておよび調整が容易な干渉対物レンズを提供する。【解決手段】干渉対物レンズ１は、測定光源からの光源光を分割する光線分割部材（ビームスプリッタ２１）と、分割された光源光の一方を測定対象物の表面で反射させる測定光路と、分割された光源光の他方を参照平面３１で反射させる参照光路３９と、測定対象物の表面で反射された測定光と参照平面３１で反射された参照光とを干渉させる光線混合部材（ビームスプリッタ２１）とを有し、複数の参照平面区画が形成された参照平面部材３６と、参照平面部材３６を面内方向へ移動可能に支持する支持機構３４と、参照平面部材３６を移動させて参照平面区画の一つを参照光路３９の参照平面３１位置に配置する操作機構３７と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光源からの光源光を分割する光線分割部材と、分割された前記光源光の一方を測定対象物の表面で反射させる測定光路と、分割された前記光源光の他方を参照平面で反射させる参照光路と、前記測定対象物の表面で反射された測定光と前記参照平面で反射された参照光とを干渉させる光線混合部材とを有し、
複数の参照平面区画が形成された参照平面部材と、前記参照平面部材を面内方向へ移動可能に支持する支持機構と、前記参照平面部材を移動させて前記参照平面区画の一つを前記参照光路の参照平面位置に配置する操作機構と、を有することを特徴とする干渉対物レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載した干渉対物レンズにおいて、
前記支持機構は、前記参照平面部材を回動可能に支持することを特徴とする干渉対物レンズ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した干渉対物レンズにおいて、
前記支持機構および前記参照平面部材の前記参照光路に対する姿勢を微調整する姿勢調整機構を有することを特徴とする干渉対物レンズ。
【請求項４】
請求項３に記載した干渉対物レンズにおいて、
前記姿勢調整機構は、前記参照光路に沿った中心軸を有する外側筒体、操作筒体および内側筒体を有し、前記外側筒体と前記操作筒体とは外側ねじ機構で接続され、前記操作筒体と前記内側筒体とは内側ねじ機構で接続され、前記外側筒体と前記内側筒体とは互いに廻り止めされ、前記外側ねじ機構と前記内側ねじ機構とで各々のねじピッチが異なる差動ねじ機構とされ、前記外側筒体は前記参照光路に対して固定され、前記支持機構は前記内側筒体に支持されていることを特徴とする干渉対物レンズ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した干渉対物レンズにおいて、
複数の前記参照平面区画には、それぞれ複数の半透過反射膜が、前記参照平面区画ごとに異なる間隔で積層されていることを特徴とする干渉対物レンズ。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した干渉対物レンズにおいて、
複数の前記参照平面区画は、前記参照光路の方向に位置が異なる複数の表面を有し、複数の前記表面の間は段差で接続されていることを特徴とする干渉対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属加工面の表面性状や、半導体集積回路の回路パターンの形状測定や段差測定、透明薄膜の厚さ測定など、微細な形状を高精度に測定するために、顕微鏡や、顕微鏡をベースにした画像測定機、あるいは微細形状測定機が用いられている。
このうち、比較的低倍率での測定には、光学的なマクロ拡大観察装置などが用いられている。一方、比較的高倍率の測定には、干渉計拡大光学装置が用いられている。
干渉計拡大光学装置は、比較的倍率の高い光学顕微鏡に、干渉計機能を付加したものである。すなわち、基準面からの反射光と、測定対象物の表面からの反射光とを干渉させ、それらにより生じた干渉縞について、画像処理で形状や変位を算出することにより、微細な表面形状を高精度に測定することができる。具体的には、光学顕微鏡の対物レンズとして、干渉対物レンズを用いることで、干渉計拡大光学装置が実現される（特許文献１）。
【０００３】
干渉対物レンズは、通常の対物レンズの内部に、干渉計を構成する各要素を組み込んだものである。具体的には、測定光源からの測定光を分割する光線分割部材（ビームスプリッタ）と、分割した光線の一方を測定対象物の表面で反射させる測定光路と、光線の他方を基準となる参照平面で反射させる参照光路とを設置し、各光路から返される測定光および参照光を干渉させる。
干渉対物レンズに設置される干渉計としては、主にマイケルソン型およびミラウ型の２種類である。一般的には基礎となる対物レンズが５倍程度以下のときマイケルソン型干渉計が適用され、それ以上の高倍率の対物レンズに対してはミラウ型干渉計が主に用いられる。
【０００４】
干渉対物レンズでは、通常、測定光源として、顕微鏡照明用の白熱電球あるいは白色光を生成するＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられる。
これらで生成される光は白色光であるが、白色光は干渉性が低く、干渉縞が生じる位置は特定の狭い範囲となる。つまり、白色光は、インコヒーレント光である（レーザー光のような可干渉性が高いコヒーレント光ではない）ので、干渉を起こさせるためには、測定光路と参照光路との光路長を厳密に一致させる必要がある。通常、白色光で明瞭な干渉縞が現れるのは、光軸方向の光路差が１μｍ程度以下と、非常に狭い範囲となる。
このような白色光を用いる場合、特定の範囲でしか干渉縞を生じないため、干渉縞により測定対象物の表面の高さを特定しやすく、高さ方向の測定には好都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９３１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、干渉対物レンズにおいて白色光を用いる場合、特定の範囲でしか干渉縞を生じないため、干渉縞により測定対象物の表面の高さを特定しやすく、高さ方向の測定には好都合である。
その反面、白色光を用いる干渉対物レンズにおいては、以下のような問題がある。
【０００７】
第１に、白色光を用いた干渉計においては、干渉縞が発生する範囲が１μｍ程度あるいはそれ以下の、非常に小さいものとなる。このため、光線分割部材と、参照平面と、測定対象物の表面（被測定面）との位置関係は、所定の距離関係に厳密に対応している必要がある。一方、被測定面は、光学顕微鏡の対物レンズの焦点位置に、正しく設置される必要がある。このため、製造時には、各部品の加工精度とともに、複雑な位置関係を満足するように組立て精度を確保する必要があり、組立て作業が難しいという問題があった。
【０００８】
第２に、測定対象物の材料および表面加工などに応じて、被測定面は固有の反射率を有する。比較的低倍率の光学測定においては、被測定面は固有の反射率の影響を受けやすく、干渉縞を得るための良好なコントラストが得られない可能性があった。これに対し、従来、被測定面の反射率に応じて、適宜な反射率の参照平面を選択して用いる構成が採用されている。しかし、前述した干渉対物レンズにおいては、前述した光線分割部材、参照平面および被測定面の位置関係に厳密さが要求され、参照平面の差し替えによりその厳密な位置関係が崩れてしまう可能性がある。このように、被測定面に応じた参照平面の任意選択という操作は、実際には難しいという問題があった。
【０００９】
第３に、白色光による干渉では、干渉縞が発生する範囲が非常に狭い。このため、室温の変動による熱膨張などの環境変動の影響で、干渉縞が発生する位置が変移し、干渉縞が発生する範囲から外れてしまう等の不都合を生じることがある。このため、対物レンズはもとより、測定機を構成する顕微鏡本体についても、熱変動に対してロバストな設計が必要になるほか、構造材料に熱膨張が小さい材質を使用する必要があり、製造コストの増加をまねくという問題がある。
【００１０】
第４に、干渉対物レンズにおいて、一方で各種収差などの光学特性を十分な水準としつつ、他方で焦点変動や干渉位置に関して温度変動に対するロバスト性を確保することは事実上困難である。このため、光線分割部材の微動あるいは参照平面の微動による位置関係の調整が必須となる。しかしながら、前述した通り、適切な干渉縞が得られる範囲は非常に狭く、温度変動などでズレが生じた干渉縞発生領域を再度探り出してこれを固定する、という調整操作は非常に難しいものとなる。
【００１１】
上述のように、白色光を用いる干渉対物レンズにおいては、高精度を維持しつつ、組立てや調整を行うことが困難であり、測定対象物に適した参照平面とするべく、参照平面を差し替える、という手法が採用しにくいという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、高精度を維持しつつ参照平面を選択でき、組立ておよび調整が容易な干渉対物レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の干渉対物レンズは、測定光源からの光源光を分割する光線分割部材と、分割された前記光源光の一方を測定対象物の表面で反射させる測定光路と、分割された前記光源光の他方を参照平面で反射させる参照光路と、前記測定対象物の表面で反射された測定光と前記参照平面で反射された参照光とを干渉させる光線混合部材とを有し、複数の参照平面区画が形成された参照平面部材と、前記参照平面部材を面内方向へ移動可能に支持する支持機構と、前記参照平面部材を移動させて前記参照平面区画の一つを前記参照光路の参照平面位置に配置する操作機構と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、操作機構により参照平面部材を移動させ、参照平面区画の一つを参照光路の参照平面位置に配置することで、この参照平面区画を参照平面として選択して利用することができる。参照平面部材は、支持機構により面内方向へ移動可能に支持されており、予め参照光路に対して高精度に位置決めを行っておけば、いずれの参照平面区画も参照光路の参照平面位置に高精度に配置され、選択のつど調整する必要性を解消できる。このため、高精度を維持しつつ参照平面を選択できる。複数の参照平面区画には、それぞれ異なる光学特性を設定することができる。
一方、参照平面部材は、支持機構により面内方向へ移動可能に支持されており、複数の参照平面区画を一括して組立てることができる。また、参照光路に対する位置決めは、支持機構ないし参照平面部材の位置および向きを、参照平面区画のいずれかを使用して高精度に調整することで、一括して行うことができる。
従って、本発明の干渉対物レンズでは、高精度を維持しつつ参照平面を選択でき、組立ておよび調整も容易にできる。
【００１５】
本発明において、参照平面部材としては、ガラス材料、金属材料、他の無機材料あるいは合成樹脂材料とすることができる。例えば、参照平面部材としてガラス板を用い、その表面に真空蒸着により複数の参照平面区画を形成することができる。また、参照平面部材として金属板を用い、その表面に表面処理あるいは成膜処理を行って複数の参照平面区画を形成してもよい。さらに、参照平面部材の表面に、参照平面区画として利用可能な板片を接着等により固定してもよい。
本発明において、複数の参照平面区画は、干渉計の参照平面として利用可能であって、互いに光学的特性あるいは機械的特性が異なるものとする。光学的特性としては、例えば反射率である。機械的特性としては、例えば表面粗度や、表面の高さまたは深さ（参照光路方向の位置）である。
【００１６】
本発明において、参照平面区画には、特定のパターンを形成しておいてもよい。パターンとしては、格子状の模様や枠線、目盛などが利用できる。これらのパターンが形成された参照平面区画を用いて干渉画像を表示させると、この画像上にパターンが投影され、画像上の基準線などとして利用することができる。これらのパターンは、既存の描画技術により形成でき、例えば参照平面区画に蒸着等で形成された反射面にエッチングなどを行うことで形成できる。これらのパターンは、画像上に明表示されるもの、暗表示されるもののいずれでもよい。これらのパターンとして、高精度な格子パターンを形成しておけば、レンズの各種歪み補正の際に参照することができる。
参照平面区画の一つを粗面としてもよく、参照光が散乱されるブランク区画とすることができる。このような粗面あるいは所定のパターンは、参照平面の位置調整の際に参照することができる。
【００１７】
本発明の干渉対物レンズにおいて、前記支持機構は、前記参照平面部材を回動可能に支持することが好ましい。
本発明において、参照平面部材を回動可能に支持する構造としては、回動軸により中心部を回動自在に支持する構造が利用できるほか、筒状のケースあるいは環状に配置されたガイド部材などで参照平面部材の外周縁などをガイドする構造が利用できる。
回動式の参照平面部材は、円盤状に形成することが好ましい。参照平面区画は、円板状の参照平面部材の表面を扇状に仕切ったものでもよく、円形の区画を所定角度間隔で配列するものでもよく、設置形態は任意である。参照平面区画の数は、２，３あるいは４以上、６，８さらにはそれ以上であってもよい。
なお、本発明の支持機構としては、参照平面部材を平行移動させるガイド機構であってもよい。ただし、回動を採用すれば、移動を最小限にすることができ、高精度を維持するために好適である。
【００１８】
本発明の干渉対物レンズにおいて、前記支持機構および前記参照平面部材の前記参照光路に対する姿勢を微調整する姿勢調整機構を有することが好ましい。
本発明によれば、支持機構を微小に移動させることで、参照光路に対する参照平面部材および複数の参照平面区画の姿勢を一括して微調整することができる。
支持機構の姿勢の調整としては、参照光路に沿った位置（参照光路方向位置）の調整、あるいは参照光路に対する傾きの調整（チルト）が該当する。支持機構を参照光路方向に移動させる手段としては、参照光路を中心としたねじ（螺合構造）が利用できる。
【００１９】
本発明の干渉対物レンズにおいて、前記姿勢調整機構は、前記参照光路に沿った中心軸を有する外側筒体、操作筒体および内側筒体を有し、前記外側筒体と前記操作筒体とは外側ねじ機構で接続され、前記操作筒体と前記内側筒体とは内側ねじ機構で接続され、前記外側筒体と前記内側筒体とは互いに廻り止めされ、前記外側ねじ機構と前記内側ねじ機構とで各々のねじピッチが異なる差動ねじ機構とされ、前記外側筒体は前記参照光路に対して固定され、前記支持機構は前記内側筒体に支持されていることが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、差動ねじ機構において、通常のねじピッチでは実現が容易でない微小なピッチの送りを行うことができる。
例えば、外側ねじ機構が右ねじでピッチ０．５ｍｍ、内側ねじ機構が右ねじでピッチ０．６ｍｍであれば、操作筒体を右に１回転させることで、操作筒体が外側筒体に対して０．５ｍｍ進む。一方、内側筒体は操作筒体に対して逆方向に０．６ｍｍ進む。その結果、支持機構（および参照平面部材）は、各ピッチの差分０．１ｍｍだけ逆方向へ進むことになる。
なお、参照平面区画の一つを粗面または何らかのパターンとしておけば、参照平面部材の位置調整を行う際に、測定対象物にピントを合わせた状態で干渉画像を表示させ、そこに現れる粗面またはパターンを見ながら最適な位置への調整を容易に行うことができる。
【００２１】
本発明の干渉対物レンズにおいて、複数の前記参照平面区画には、それぞれ複数の半透過反射膜が、前記参照平面区画ごとに異なる間隔で積層されていることが好ましい。
本発明において、半透過反射膜としては、例えばカメラのペリクルミラーなどに使われるセルロース膜といった、光透過性の薄膜の表裏面に、参照面として使用可能な反射率をもつ半透過面あるいは反射面を形成したものが利用できる。
【００２２】
このような半透過反射膜を参照平面に用いた場合、透明な膜の膜厚に対応した２位置で、それぞれ同一視野内において同時に白色干渉縞を観察することができる。
この際、参照平面の基材として用いる透明膜の膜厚が適当な傾斜を有していれば、平行な被測定薄膜を測定した場合に、干渉縞の幅や生じる形や方向が異なって現れる。このため、表裏面の識別や、膜厚傾斜の測定が容易となる。
また、参照平面の表裏に設けた半透過面または反射面に、それぞれ異なる反射分光特性を持たせておけば、参照平面のどの面との干渉による干渉縞かを、干渉縞が呈する色で特定する事も可能となる。このため、膜厚の測定に好適な参照平面とすることができる。
さらに、適切な反射率をもつ半透過反射面と、任意の厚みの透明な媒体とを、層状に複数構成することで、光軸方向にそれぞれの透明媒体に対応する厚み毎に、等高線状に複数の白色干渉縞を発生させる事が可能となる。このため、傾斜した面を測定するような場合において、測定の為に被測定物を測定光軸方向に移動させて、一つの干渉縞を高さ方向の全域にわたって走査させるよりも、発生させた複数の白色干渉縞の分、狭い範囲を走査させる事で済むため、大変能率的である。このような層状の参照平面区画を用いることで、繰り返しの段差測定などにおいて、各段差に対応して参照平面区画の各層を形成することで、測定時間の短縮を図ることができる。
【００２３】
このような複数の半透過反射膜の層は、透明膜の片面に半透過反射膜を形成したものを積層すること、あるいは、透明な媒体を挟んで複数の半透過反射膜を層状に積層すること、によって得ることができる。光線分割部材より最も遠い最終面に配置される面は、無論通常の反射膜でも、基材の反射面でもよい。
これらの参照面は、具体的には透明膜のラミネート加工やスピンコート。蒸着やスパッタに代表されるＰＶＤ加工、あるいはＣＶＤ加工等を用いて容易に作成する事が可能である。
また、互いに屈折率の異なる２つの透明媒体を、半透過反射膜を介さず直接交互に繰返し積層して、屈折率差により生じる反射を利用することも可能である。
半透過反射膜の間隔は、間に挟む透明媒体の屈折率に応じて、所望とする間隔に白色干渉縞を発生させるのに適した光路長となる様に決める必要があるが、その間隔は全て同じであってもよく、もしくは異なる間隔であってもよい。
【００２４】
積層された個々の半透過反射面の間隔の測定および校正は、基準として使用可能な平面精度を持つ平面を測定物として用い、測定光軸に対しこの平面を傾斜させ、傾斜角に対する白色干渉縞の間隔を画像から得ること、あるいはピエゾアクチュエータ等で測定光軸方向に移動させながら干渉縞の変化を測定することにより、容易に実施できる。
具体的には、使用する光学系やカメラにもよるが白色干渉縞の明瞭に見える範囲は約１μｍ以下となる。実際にはコントラストの低い干渉縞がさらに両側に続くが、これらの影響を相互に受けない様に白色干渉縞を発生させる間隔としては、おおよそ２μｍ程度以上の距離が開くように透明媒体の厚さを選ぶと、目視でも干渉縞同士を十分分離して確認ができる。逆に層の間隔を狭くする場合には、特定の波長による干渉縞が重なって強調される様な層間隔を選ぶといったことも可能だが、無作為に間隔を狭くするのみでは、同一測定点からの白色干渉縞がランダムに複数重なり合う結果となり、縞のコントラストが低下し明瞭な干渉縞が得られなくなる場合が有るので注意が必要である。
【００２５】
積層可能な層数については、透明媒体の屈折率を考慮した間隔距離、被測定物の反射率、適用する対物レンズの倍率と開口数に起因した焦点深度範囲に依存する。低倍率の対物レンズを用い、かつ表面反射率の低い被測定物体に用いようとする場合は、ピントの合う範囲が広いため、多くの層を設けることができるが、焦点深度の狭い高倍率の対物レンズにはそもそも適していない。
なお、参照平面の基材として使用する透明膜および透明媒体には、その表裏面に半透過反射膜、あるいは、反射膜を設けた時に、ディンプルや溝等が形成されるような形状の物を用いてもよい。
【００２６】
本発明の干渉対物レンズにおいて、複数の前記参照平面区画は、前記参照光路の方向に位置が異なる複数の表面を有し、複数の前記表面の間は段差で接続されていることが好ましい。
前述の通り、白色干渉縞の現れる範囲はたかだか１μｍ程度の狭い範囲でしかないため、被測定物表面上における測定を所望する部位が、例え同一視野内にあってもそれぞれの測定光路方向の位置にそれ以上の１μｍ以上の距離が有った場合には、同時に干渉縞を観察する事はできないので、各部位に合わせて測定光路方向に位置を変えながら測定する必要がある。
しかしながら、本発明によれば、測定対象物の表面に段差形状があり、測定領域に測定光路方向の高さが異なる２面がある場合の測定に好適である。すなわち、測定対象物の段差形状に対応して等光路長となる様な高さの段差を有する参照表面区画を準備しておき、段差位置を合わせることで、同時には白色干渉縞が現れない程、高さが異なる同一視野内の複数の面に対して、あたかも同一平面にあるかのごとく、同一視野内で同時に干渉縞を生成させることができ、特定の形状を有する被測定物を大量に検査する場合等に、測定時間を短縮する事が可能で能率化が図れる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高精度を維持しつつ参照平面を選択でき、組立ておよび調整が容易な干渉対物レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の干渉対物レンズの一実施形態の外観を示す斜視図。
【図２】前記実施形態の内部構造を示す破断斜視図。
【図３】前記実施形態の要部を示す破断斜視図。
【図４】前記実施形態の要部を示す分解斜視図。
【図５】前記実施形態の要部を示す異なる側の分解斜視図。
【図６】前記実施形態の参照平面部材を示す模式斜視図。
【図７】前記実施形態の参照平面部材を示す拡大断面図。
【図８】前記参照平面部材の他の実施形態を示す拡大断面図。
【図９】前記参照平面部材の他の実施形態を示す拡大断面図。
【図１０】前記参照平面部材の他の実施形態を示す模式斜視図。
【図１１】前記参照平面部材の他の実施形態を示す模式斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２には、本発明に基づく干渉対物レンズ１が示されている。
干渉対物レンズ１は、円筒状の第１ケース１０および第２ケース２０を有し、第２ケース２０の側面には第３ケース３０が形成されている
【００３０】
第１ケース１０の上部には、顕微鏡本体（図示省略）に接続するための接続部１１が設置され、第１ケース１０の内部には複数の光学レンズ１２が設置されている。第１ケース１０の中心軸線および複数の光学レンズ１２の各光軸は、全て測定光軸Ａｍに揃えられている。この測定光軸Ａｍに沿って、接続部１１を通して顕微鏡本体の白色光源（測定光源）からの光源光Ｌｓが入射される。光学レンズ１２を透過した光源光Ｌｓは、測定光軸Ａｍに沿って第２ケース２０へと送り出される。
【００３１】
第２ケース２０の内部にはビームスプリッタ２１が設置され、ビームスプリッタ２１の下方には測定対象物（図示省略）に対向される測定光路開口２２が形成されている。
ビームスプリッタ２１は、例えば一対の三角プリズムを用い、測定光軸Ａｍに対して４５度に傾斜したハーフミラーを形成したものである。
第１ケース１０から送られた光源光Ｌｓは、ビームスプリッタ２１で測定光Ｌｏと参照光Ｌｒとに分割される。
【００３２】
参照光Ｌｒは、ビームスプリッタ２１で反射され、測定光軸Ａｍに直交する参照光軸Ａｒに沿って第３ケース３０に送られる。
第３ケース３０に送られた参照光Ｌｒは、後述する第３ケース３０の内部の参照平面３１で反射され、参照光軸Ａｒに沿ってビームスプリッタ２１に戻される。
測定光Ｌｏは、測定光軸Ａｍに沿ってビームスプリッタ２１を透過し、測定光路開口２２を経て測定対象物に照射される。
測定対象物の表面で反射された測定光Ｌｏは、ビームスプリッタ２１に戻り、参照平面３１で反射された参照光Ｌｒと混合されて干渉を生じることになる。
【００３３】
本実施形態において、ビームスプリッタ２１は本発明の光線分割部材および光線混合部材を兼ねている。また、ビームスプリッタ２１と参照平面３１との間の参照光軸Ａｒに沿った区間が、本発明の参照光路３９である。さらに、ビームスプリッタ２１と測定対象物との間の測定光軸Ａｍに沿った区間が、本発明における測定光路２９である。
【００３４】
第３ケース３０には、内部に前述した参照平面３１が設置されている。
本実施形態では、本発明に基づき、予め特性が異なる複数の参照平面３１が準備されており、測定対象物に応じていずれかを選択し、使用することができる。
図３、図４および図５に示すように、第３ケース３０には回転軸線Ａｃ方向に延びる筒状部３０１が形成されている。回転軸線Ａｃは、参照光軸Ａｒと平行な軸線である。
【００３５】
筒状部３０１の内側には、同軸で有底筒状の微動ノブ３３０が設置されている。
筒状部３０１の内周面には雌ねじ３０２が形成され、微動ノブ３３０の外周面には雄ねじ３３１が形成され、雄ねじ３３１は雌ねじ３０２に螺合されている。雄ねじ３３１および雌ねじ３０２は０．６ｍｍピッチの右ねじとされている。
微動ノブ３３０の内側には、同軸で有底筒状のステータ３４０が設置されている。
微動ノブ３３０の内周面には雌ねじ３３２が形成され、ステータ３４０の外周面には雄ねじ３４１が形成され、雄ねじ３４１は雌ねじ３３２に螺合されている。雄ねじ３４１および雌ねじ３３２は０．５ｍｍピッチの右ねじとされている。
【００３６】
ステータ３４０の外周面には上下に長孔３４２が形成され、筒状部３０１の長孔３４２に対向する部位にはピン３０３が設置され、ピン３０３は長孔３４２に挿通されている。
これらのピン３０３および長孔３４２により、ステータ３４０は筒状部３０１に対して廻り止めされている。ピン３０３は長孔３４２に沿って移動可能であり、ステータ３４０は筒状部３０１に対して参照光軸Ａｒ方向へ移動可能である。
【００３７】
前述の通り、微動ノブ３３０の雄ねじ３３１は、筒状部３０１の雌ねじ３０２に螺合されており、微動ノブ３３０を回転させると、微動ノブ３３０が筒状部３０１に対して、参照光軸Ａｒ方向へ０．６ｍｍピッチで移動する。
一方、微動ノブ３３０の雌ねじ３３２は、ステータ３４０の雄ねじ３４１に螺合されており、微動ノブ３３０が回転すると、筒状部３０１に対して廻り止めされたステータ３４０が筒状部３０１に対して、参照光軸Ａｒ方向の逆向きに０．５ｍｍピッチで移動する。
つまり、微動ノブ３３０を操作することで、ステータ３４０を筒状部３０１に対して、参照光軸Ａｒ方向に０．１ｍｍピッチで移動させることができる。
【００３８】
本実施形態においては、これらの微動ノブ３３０、筒状部３０１およびステータ３４０により、後述する参照平面部材３６の参照光軸Ａｒ方向の位置を微調整する微動機構３３が構成されている。
【００３９】
ステータ３４０の内側には、円筒状のホルダ３５０が設置され、その内部には参照平面部材３６が収容されている。また、参照平面部材３６の裏面（参照平面３１の反対側面）には、微動ノブ３３０およびホルダ３５０の中心を貫通する切換ノブ３７０が設置されている。
【００４０】
ホルダ３５０は、回転軸線Ａｃを中心とする有底筒状のホルダ本体３５１と、その開口を塞ぐキャップ３５２とを有する。キャップ３５２の中央部には、切換ノブ３７０を挿通する開口が形成されている。
ホルダ本体３５１は、ステータ３４０の内周面に填め合わせられており、ステータ３４０と一体に参照光軸Ａｒ方向へ移動可能かつ筒状部３０１に対して廻り止めされている。
ホルダ本体３５１の底面には、参照光軸Ａｒと交差する領域に、参照光路開口３５３が形成されている。
ホルダ本体３５１の底面の内側には、参照平面部材３６に支持ボール３５４が複数（例えば３つ）、等間隔に配置されている。支持ボール３５４は、例えばポリアセタール樹脂のような低摩擦性材料で形成され、参照平面部材３６の表面３６１に点または面で接触し、すべり摺動により表面３６１に沿った方向への回転および移動の自由度は確保しつつ、参照平面部材３６を参照光軸方向において常に高い精度で一定位置に保持する。
なお、ホルダ本体３５１と参照平面部材３６とをより小さな力で回転させたい場合は、ホルダ本体３５１の底面または参照平面部材３６の表面３６１に、これらの回転軸と中心が一致しかつ支持ボール３５４の設置位置を通るＶ字型断面の円形溝を形成し、そこに支持ボール３５４および補助的なリテーナーを配置することで、ボールベアリングによる保持とすることもできる。
【００４１】
参照平面部材３６は、例えばガラス製の円盤であり、外周径がホルダ本体３５１の内径と同じか僅かに小さく形成されている。
図６に示すように、参照平面部材３６の表面３６１には、参照平面３１として利用される複数の参照平面区画３１１〜３１４が形成されている。
参照平面区画３１１〜３１４は、例えばガラス製の参照平面部材３６の表面３６１に真空蒸着により形成される。参照平面区画３１１〜３１４は、それぞれ同一平面上に形成されているが、各々の光学的特性あるいは機械的特性が互いに異なるものとされている。
これらの参照平面区画３１１〜３１４は、参照光軸Ａｒの軸線上に配置されたもの（ホルダ３５０の参照光路開口３５３に対向配置されたもの）が、参照平面３１として利用されることになる。
【００４２】
図３、図４および図５に戻って、参照平面部材３６の裏面側には、２本の駆動ピン３６３が装着されたブッシュ３６２が装着され、切換ノブ３７０に挿着されたスリーブ３７１にも、受け部３７４を介しブッシュ３６２と係合する２本の駆動ピン３６３が装着されている。
切換ノブ３７０は、微動ノブ３３０、ステータ３４０およびホルダ３５０の中心孔に挿通されて回転自在に支持されている。
切換ノブ３７０の参照平面部材３６の側に設置されたスリーブ３７１には、その内部にコイルばね３７２およびプランジャ３７３が収容されており、このプランジャ３７３によって参照平面部材３６を支持ボール３５４に適切な圧力で押さえ付け保持している。
【００４３】
プランジャ３７３は、球面状の先端がブッシュ３６２の中央部の半球状の凹部に当接されている。コイルばね３７２は、プランジャ３７３およびブッシュ３６２を介して参照平面部材３６をホルダ３５０の底面の支持ボール３５４に押し付ける。
これにより、参照平面部材３６は、参照光軸Ａｒ方向の位置（ホルダ３５０およびステータ３４０の位置に応じる）を正確に維持される。
【００４４】
受け部３７４には、回転方向は拘束しつつ、軸のズレと軸方向の位置変動は許容する様に、中心から放射状に長穴が９０°ピッチで形成されており、駆動ピン３６３はこの長穴に沿って自由に移動可能な寸法に太さが設定されている。ブッシュ３６２とスリーブ３７１に装着された２本の駆動ピン３６３は、受け部３７４の中心から対称に向き合った２つの長穴に、お互いが直交した位置に配置される様に挿入され、ブッシュ３６２と切換ノブ３７０の軸ズレや軸の傾きを吸収する働きをするカップリング機能が構成されている。
このような構造においては、切換ノブ３７０を回す手の動きから不要な力を吸収し、必要な回転力のみを参照平面部材３６に伝達可能である。つまり、参照平面部材３６とホルダ３５０とは、支持ボール３５４とコイルばね３７２およびプランジャ３７３とによって、参照平面部材３６の回転を妨げることがないように常に一定の圧力に保持される。一方、前述のカップリングにより、切換ノブ３７０を持つ手の力が直接参照平面部材３６に伝わらない構造とされる。
【００４５】
従って、外部操作により切換ノブ３７０を回転させれば、参照平面部材３６はホルダ３５０に対して回転され、いずれかの参照平面区画３１１〜３１４を選択し、これを参照光軸Ａｒの軸線上に配置して参照平面３１として用いることができる。
そして、切換ノブ３７０の操作の際に、参照平面部材３６の参照光軸Ａｒ方向の位置の変動が抑制され、参照平面区画３１１〜３１４の選択操作の前後で安定した白色干渉縞像が観察できる。
【００４６】
本実施形態においては、前述したステータ３４０、ホルダ３５０、支持ボール３５４、
切換ノブ３７０、スリーブ３７１、コイルばね３７２、プランジャ３７３、ブッシュ３６２により、参照平面部材３６を回転軸線Ａｃまわりに回転自在に支持する支持機構３４が構成されている。
さらに、切換ノブ３７０、スリーブ３７１、コイルばね３７２、プランジャ３７３、受け部３７４、ブッシュ３６２、駆動ピン３６３により、参照平面３１としていずれかの参照平面区画３１１〜３１４を選択する操作機構３７が構成されている。
【００４７】
このような本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
本実施形態によれば、操作機構３７により参照平面部材３６を移動させ、参照平面区画３１１〜３１４の一つを参照光路３９（図２参照）の参照平面３１の位置（参照光軸Ａｒと交差する位置）に配置することができる。これにより、参照平面区画３１１〜３１４の一つを選択し、参照平面３１として利用することができる。
【００４８】
参照平面部材３６は、支持機構３４により回転軸線Ａｃまわり回転可能に支持され、これにより面内方向へ移動可能に支持されている。このため、参照平面部材３６および支持機構３４を、予め参照光路３９に対して高精度に位置決めを行っておけば、いずれの参照平面区画３１１〜３１４も、参照光路３９の参照平面３１の位置に高精度に配置される。
つまり、参照平面区画３１１〜３１４選択のつど、参照光軸Ａｒ方向の位置の調整を行う必要性を解消できる。このため、高精度を維持しつつ参照平面３１として、参照平面区画３１１〜３１４に設定された、それぞれ異なる光学特性を利用することができる。
【００４９】
一方、参照平面部材３６は、支持機構３４により面内方向へ移動可能に支持されており、筒状部３０１の内部に、複数の参照平面区画３１１〜３１４を一括して組立てることができる。また、参照光路３９に対する位置決めは、支持機構３４ないし参照平面部材３６の位置および向きを、参照平面区画３１１〜３１４のいずれかを参照平面３１として高精度に調整することで、一括して行うことができる。つまり、一つの参照平面区画３１１〜３１４のいずれかを参照光軸Ａｒ上に配置し、参照光路３９の参照平面３１として高精度に位置を調整しておけば、参照平面部材３６を回転させて他の参照平面区画３１１〜３１４を参照光軸Ａｒ上に配置した場合に、参照平面３１として調整された状態が保持されており、改めて調整を行う必要がない。
従って、本実施形態の干渉対物レンズ１では、高精度を維持しつつ、参照平面３１の特性を選択でき、組立ておよび調整も容易にできる。
【００５０】
本実施形態において、複数の参照平面区画３１１〜３１４は、干渉計の参照平面として利用可能であって、互いに光学的特性あるいは機械的特性が異なるものとされる。
例えば、参照平面区画３１１〜３１４は、各々の表面の光学的特性が互いに異なる状態に形成される。異なる光学的特性としては、例えば反射率である。これにより、測定対象物の表面の光学的特性に合わせて、参照平面３１の特性を選択することができる。
あるいは、参照平面区画３１１〜３１４の各表面を、互いに機械的特性が異なるものとしてもよい。機械的特性としては、例えば表面粗度や、表面の高さまたは深さ（参照光軸Ａｒ方向の位置）である。
【００５１】
前述の通り、参照平面部材３６の表面３６１には、複数の参照平面区画３１１〜３１４が形成されている。参照平面区画３１１〜３１４は、それぞれ同一の平滑度および反射率が与えられている。ただし、参照平面区画３１１〜３１４の表面３６１に対する深さは、互いに異なる深さとされている。
図７において、参照平面部材３６は、参照平面区画３１１が参照光軸Ａｒと交差する状態とされ、参照平面区画３１１が参照平面３１として利用される状態にある。
ここで、参照平面区画３１１は、表面３６１からの深さがＤ１となるように形成されている。一方、参照平面区画３１２〜３１４は、それぞれ表面３６１からの深さＤ２〜Ｄ４が順次浅くなるように形成されている。例えば、図７に現れている参照平面区画３１３は、表面３６１からの深さがＤ３とされ、参照平面区画３１１とは参照光軸Ａｒ方向にｄＤだけ変位している。
【００５２】
このような参照平面部材３６を用いることで、参照平面３１として参照平面区画３１１〜３１４のいずれかを選択することができ、選択した参照平面区画３１１〜３１４の深さＤ１〜Ｄ４により、参照平面３１の参照光軸Ａｒ方向の位置を変更することができる。
例えば、測定対象物の表面位置が変化し、測定光軸Ａｍ方向の光路長が変化した際に、参照光軸Ａｒ方向の光路長を参照平面区画３１１〜３１４の選択により調整することができる。この際、参照平面区画３１１〜３１４の選択は、参照平面部材３６の回転によって実行できる。そして、参照平面部材３６の参照光軸Ａｒ方向の位置に変更が必要なく、参照光軸Ａｒ方向の位置調整のための煩雑な作業は一切省略することができる。
【００５３】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、図７に示すように、参照平面部材３６の表面３６１に形成される複数の参照平面区画３１１〜３１４は、それぞれ平面で形成した。しかし、本発明における参照平面区画は、平面に限定されるものではない。
【００５４】
図８において、参照平面区画３１１は、多数の微小な段差状の表面で構成される。多数の微小な段差は、順次高さが変化するように配列されたものでもよく、高さがランダムに変化するものでもよい。また、参照平面区画３１３のように、多数の球面状の凸部あるいは凹部が形成されたものとしてもよい。これらの凸部あるいは凹部は、一つの視野内（参照平面区画）に一つであってもよく、もしくは複数の凸部あるいは凹部アレイ状に配列したものであってもよい。
図９において、参照平面区画３１３は、連続したピラミッド状の微小突起が規則的に並んだものとされている。また、参照平面区画３１１は、一つの視野内に複数の小区画が格子状に形成され、その小区画の各々が参照光軸Ａｒ方向で任意の異なる位置や異なる表面性状、反射率等を有するものとされている。
このような参照平面区画は、マイクロレンズアレイやプリズム等、または、光導波路の構成部品等といった微小光学素子の測定に利用される参照平面として利用できる。
【００５５】
さらに、本発明の参照平面区画は、前述したような規則的な配列やパターンに限らず、半導体集積回路の表面形状を模した特定のパターンや、回路パターンを模したものであってもよい。
このような参照平面区画は、半導体集積回路やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を構成する各種部品等の測定に利用される参照平面の一例として利用できる。
それぞれの参照平面において、被測定物に対応させて測定する各部位は、測定時の光学配置において、参照平面内で同一視野となる各部が、被測定物表面と等光路長、つまり視野内において同時に干渉縞を呈しうるように構成・配置され、かつ対応する面に適した面性状および反射率を持たせておき、さらに測定の基準となり得るような寸法に正確に製作される。このようにしておけば、半導体集積回路やＭＥＭＳのような複雑な形状を持つ微小構造体が被測定物であっても、同一視野内において測定の要所に同時に白色干渉縞を発生する事ができる。そして、あたかも単純な形状を測定するかの様に、迅速に被測定物の良否の判断、および測定が可能となるため、微小部品を大量に比較測定、品質検査を行う場合に好適な測定手法となる。
【００５６】
前記実施形態では、参照平面部材３６をガラス製の円盤としたが、参照平面部材３６は他の材料、例えば、金属材料、他の無機材料あるいは合成樹脂材料としてもよい。
前記実施形態では、参照平面区画３１１〜３１４を、ガラス製の参照平面部材３６の表面３６１に真空蒸着により形成した。これに対して、参照平面部材３６として金属板を用い、その表面に表面処理あるいは成膜処理を行って複数の参照平面区画３１１〜３１４を形成してもよい。さらに、参照平面部材３６の表面３６１に、参照平面区画３１１〜３１４として利用可能な板片を接着等により固定してもよい。
【００５７】
前記実施形態において、参照平面区画３１１〜３１４には、特定のパターンを形成しておいてもよい。パターンとしては、格子状の模様や枠線、目盛などが利用できる。これらのパターンが形成された参照平面区画３１１〜３１４を用いて干渉画像を表示させると、この画像上にパターンが投影され、画像上の基準線などとして利用することができる。
これらのパターンは、既存の描画技術により形成でき、例えば参照平面区画３１１〜３１４に蒸着等で形成された反射面にエッチングなどを行うことで形成できる。これらのパターンは、画像上に明表示されるもの、暗表示されるもののいずれでもよい。これらのパターンとして、高精度な格子パターンを形成しておけば、レンズの各種歪み補正の際に参照することができる。
参照平面区画３１１〜３１４の一つを粗面としてもよく、参照光が散乱されるブランク区画とすることができる。このような粗面あるいは所定のパターンは、参照平面の位置調整の際に参照することができる。
【００５８】
前記実施形態では、参照平面部材３６の表面３６１に４つの参照平面区画３１１〜３１４を設け、それぞれを円形の領域とした（図６参照）。
参照平面区画の数は４区画に限らず、２区画あるいは３区画、または５区画以上であってもよい。また、参照平面区画の形状は円形に限らず、他の形状であってもよい。
図１０に示すように、参照平面部材３６の表面３６１に、六角形の参照平面区画３１１Ａ〜３１６Ａを６つ環状に配列してもよい。
図１１に示すように、参照平面部材３６の表面３６１を径方向の境界線で区切り、扇形の参照平面区画３１１Ｂ〜３１４Ｂを配列してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、高精度を維持しつつ参照平面を選択でき、組立ておよび調整が容易な干渉対物レンズとして利用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…干渉対物レンズ、１０…第１ケース、１１…接続部、１２…光学レンズ、２０…第２ケース、２１…ビームスプリッタ、２２…測定光路開口、２９…測定光路、３０…第３ケース、３１…参照平面、３３…微動機構、３４…支持機構、３６…参照平面部材、３７…操作機構、３９…参照光路、３０１…筒状部、３０２…雌ねじ、３０３…ピン、３１１〜３１４，３１１Ａ〜３１６Ａ，３１１Ｂ〜３１４Ｂ…参照平面区画、３３０…微動ノブ、３３１…雄ねじ、３３２…雌ねじ、３４０…ステータ、３４１…雄ねじ、３４２…長孔、３５０…ホルダ、３５１…ホルダ本体、３５２…キャップ、３５３…参照光路開口、３５４…支持ボール、３６１…表面、３６２…ブッシュ、３６３…駆動ピン、３７０…切換ノブ、３７１…スリーブ、３７２…コイルばね、３７３…プランジャ、３７４…受け部、Ａｃ…回転軸線、Ａｍ…測定光軸、Ａｒ…参照光軸、Ｌｏ…測定光、Ｌｒ…参照光、Ｌｓ…光源光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018096869.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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