(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の熱膨張に起因する測定誤差を低減して、かつ、被測定物の厚みムラを測定することが可能な厚みムラ測定装置を提供する。【解決手段】厚みムラ測定装置１００は、光源１０１と、光源から出射された光を、測定光となる第１光線と参照光となる第２光線とに分離する光線分離手段１０２ａと、第１光線を被測定物Ｗのおもて面Ｓ１で一旦反射させ、この反射光を被測定物Ｗのうら面Ｓ２に導き、かつ、おもて面Ｓ１側の反射点とはちょうど反対側の位置にて反射されるように第１光線を導光する第１導光手段と、被測定物Ｗのうら面Ｓ２にて反射された後の第１光線と、参照光である第２光線と、を干渉させて干渉縞を発生させる偏光板１０６と、偏光板１０６により生成された干渉縞を検出する干渉縞検出手段１０７と、を備える。【選択図】図１
2015081781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもて面とその反対側面であるうら面との間に所定の厚みを有する被測定物に対し、場所による厚みの変化を測定する厚みムラ測定装置であって、
干渉性の高い光を発する光源と、
前記光源から出射された光を、測定光となる第１光線と参照光となる第２光線とに分離する光線分離手段と、
前記第１光線を前記被測定物の前記おもて面で一旦反射させ、この反射光を前記被測定物の前記うら面に導き、かつ、前記おもて面側の反射点とはちょうど反対側の位置にて反射されるように前記第１光線を導光する第１導光手段と、
前記被測定物の前記うら面にて反射された後の前記第１光線と、参照光である前記第２光線と、を干渉させて干渉縞を発生させる干渉縞生成手段と、
前記干渉縞生成手段により生成された干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、を備え、
前記第１光線が前記被測定物の異なる位置で反射されるように前記被測定物を相対移動させたときの前記干渉縞の変化に基づいて前記被測定物の厚み変化を測定する
ことを特徴とする厚みムラ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の厚みムラ測定装置において、
前記光線分離手段は偏光ビームスプリッタであり、
前記第１導光手段は、
前記偏光ビームスプリッタにて反射されることおよび前記偏光ビームスプリッタを透過することのいずれか一方を経た前記第１光線を円偏光に変換する第１の１／４波長板と、
前記円偏光となった第１光線を前記被測定物の前記おもて面に入射させるとともに前記被測定物の前記おもて面で反射された前記第１光線を再度前記第１の１／４波長板に戻すように配置された１つ以上のミラーからなる第１ミラー群と、
前記第１の１／４波長板を再通過した後、前記偏光ビームスプリッタで反射されることおよび前記偏光ビームスプリッタを透過することのいずれか他方を経た前記第１光線を円偏光に変換する第２の１／４波長板と、
前記第２の１／４波長板にて円偏光となった前記第１光線を前記被測定物の前記うら面に入射させるとともに前記被測定物の前記うら面で反射された前記第１光線を再度前記第２の１／４波長板に戻すように配置された１つ以上のミラーからなる第２ミラー群と、を備え、
前記第２の１／４波長板を再通過した後、前記偏光ビームスプリッタで反射されることおよび前記偏光ビームスプリッタを透過することのいずれか一方を経た前記第１光線を前記干渉縞生成手段に導く
ことを特徴とする厚みムラ測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の厚みムラ測定装置において、
前記第２光線を、一面に平坦面を有する任意の参照鏡にて反射することにより参照光とする
ことを特徴とする厚みムラ測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の厚みムラ測定装置において、
表裏両面に参照鏡を有するとともに、前記被測定物の直上または直下に配設された参照体と、
前記第２光線が前記第１光線の直上または直下において前記第１光線に対応する光路を通り、かつ、前記参照体の両面にて反射されるように前記第２光線を導光する第２導光手段と、をさらに具備し、
前記第１光線の光路と前記第２光線の光路との差を、前記被測定物の厚みの変化量に対応させる
ことを特徴とする厚みムラ測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の厚みムラ測定装置において、
前記被測定物の前記おもて面に入射する光の光路と、前記うら面に入射する光の光路とが、前記光源と前記被測定物とを結んだ線に関して線対称である
ことを特徴とする厚みムラ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みムラ測定装置に関する。具体的には、光学干渉計を利用した厚みムラ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測長用のマイケルソン型レーザ干渉計では、ビームスプリッタでレーザ光を二つの方向に分け、一つを測長に関与する信号光とし、他の一つを測長に関与しない参照光とする。差動式干渉計は、その両方を積極的に信号光として利用し、物体の移動量を差動式に検出して測長の感度を２倍に高めた光学系である（非特許文献１）。
【０００３】
図１３は、差動式レーザ干渉計１３００の構成を示す模式図である。差動式レーザ干渉計１３００は、レーザ光源１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２と、１／４波長板１０３ａ、１０３ｂと、ミラー１０４ａ〜１０４ｄと、偏光板１０６と、干渉縞検出手段１０７と、基板１０９と、両面鏡Ｍを載せた移動台１１０と、を備える。差動式レーザ干渉計１３００では、移動台１１０を図１３中のＸ軸方向に移動することができる。ここで、測長時の基点（原点）は偏光ビームスプリッタ１０２のＯ点である。
【０００４】
差動式レーザ干渉計１３００の光学系は、両面鏡Ｍを移動台１１０上に載せ、この移動台１１０の移動量を差動に測る光学系である。例えば、両面鏡Ｍが移動台１１０とともに右へ微小距離αだけ変位したとする。すると、一方の光路はαだけ短くなる。他方の光路はαだけ長くなる。したがって、干渉光には２αの光路差が反映される。この配置のレーザ干渉計の光学系では、感度を２倍にすることができるだけでなく、光学系が左右対称に構成されているので、温度変化に伴う基板の熱膨張量の影響を相殺して、著しく軽減できる（非特許文献２、３）。
【０００５】
いま、図１３中破線Ｒ１で示した線が固定されているとする。この状態で、干渉計の基板１０９が熱膨張し、偏光ビームスプリッタ１０２のＯ点の位置がΔだけ右へ伸びて移動したとすると、Ｒ２の位置ではその２倍の２Δだけ右へ移動する。基板１０９が熱膨張する前のＲ１とＯ、ＯとＲ２との間の光路長をＬとすると、偏光ビームスプリッタ１０２から見て左側の光路長はＬ＋Δとなる。このとき、すでにＯ点が右へΔだけずれているので、偏光ビームスプリッタ１０２から見て右側の光路長もＬ＋Δとなる。
【０００６】
偏光ビームスプリッタ１０２の左右の光路で光路長が等しく変化しているので、左右の光路長の差を求めると、Ｏ点から見た光路長の変化Δは相殺される。さらに、図１３においては光路長が上下にも伸びるが、左右の光路で等量ずつ伸びが生じるので、左右の光路長の差は変わらない。このように、基板１０９の熱膨張は、差動式レーザ干渉計１３００における被測定物の移動量の測定には影響を及ぼさない。以上のことから、差動式レーザ干渉計１３００は、時間経過があっても極めて安定な測長が可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「測長用マイケルソン干渉計における光路差変化の数学的機能」、機械の研究、58、12（2006）1238/1244．
【非特許文献２】「光路差増倍の差動式レーザ干渉計」、精密機械、48、12(1982)25/29．
【非特許文献３】「光路差増倍の差動式レーザ干渉計(続報)―表示値の安定性と信頼性―」、精密機械、49、12(1983)87/91．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、被測定物の厚みムラを測りたいというニーズがある。厚みムラとは、例えば、扁平薄板の部材における場所ごとの厚みの違いをいう。差動式レーザ干渉計１３００において、例えば、両面鏡Ｍを被測定物とみなしてみる。差動式レーザ干渉計１３００は、両面鏡Ｍの両側に光をそれぞれ当てて、各面で反射された反射光の干渉を見ている。２つの光の光路に光路差が生じているとすれば、干渉光は被測定物（両面鏡Ｍ）の厚みムラを反映しているように思われるであろう。
【０００９】
しかしながら、差動式レーザ干渉計１３００は偏光ビームスプリッタ１０２のＯ点から左右に分かれた「光路長の変化量の差」を２倍の感度で測長できるだけである。被測定物の厚みムラを測るときには、両方の光路長が不規則かつ同時に伸びたり縮んだりする。被測定物の一方の面が変化せず、他方の面の光路が短くなった場合には、左右の光路長差に被測定物の厚み変化が反映される（図１４（Ａ））。しかし、両方の面の光路が伸びた場合（図１４（Ｄ））及び両方の面の光路が短くなった場合（図１４（Ｃ））には、厚み変化が干渉光に十分反映されない。また、図１４（Ｂ）のように、一方の光路が伸び、他方の光路が短くなると、被測定物の厚みの変化はなくても、干渉光には光路長の差（の２倍）が反映されてしまう。このため、図１３に示す差動式レーザ干渉計１３００は、基板の熱膨張量を左右で相殺して著しく軽減する光学系ではあるが、被測定物の厚みムラを直接には測定できない。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、基板の熱膨張に起因する測定誤差を低減し、かつ、被測定物の厚みムラの測定を可能とする厚みムラ測定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】
【００１１】
本発明にかかる第１の厚みムラ測定装置は、
おもて面とその反対側面であるうら面との間に所定の厚みを有する被測定物に対し、場所による厚みの変化を測定する厚みムラ測定装置であって、
干渉性の高い光を発する光源と、
前記光源から出射された光を、測定光となる第１光線と参照光となる第２光線とに分離する光線分離手段と、
前記第１光線を前記被測定物の前記おもて面で一旦反射させ、この反射光を前記被測定物の前記うら面に導き、かつ、前記おもて面側の反射点とはちょうど反対側の位置にて反射されるように前記第１光線を導光する第１導光手段と、
前記被測定物の前記うら面にて反射された後の前記第１光線と、参照光である前記第２光線と、を干渉させて干渉縞を発生させる干渉縞生成手段と、
前記干渉縞生成手段により生成された干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、を備え、
前記第１光線が前記被測定物の異なる位置で反射されるように前記被測定物を相対移動させたときの前記干渉縞の変化に基づいて前記被測定物の厚み変化を測定する
ことを特徴とする。
【００１２】
上述の厚みムラ測定装置は、
前記光線分離手段は偏光ビームスプリッタであり、
前記第１導光手段は、
前記偏光ビームスプリッタにて反射されることおよび前記偏光ビームスプリッタを透過することのいずれか一方を経た前記第１光線を円偏光に変換する第１の１／４波長板と、
前記円偏光となった第１光線を前記被測定物の前記おもて面に入射させるとともに前記被測定物の前記おもて面で反射された前記第１光線を再度前記第１の１／４波長板に戻すように配置された１つ以上のミラーからなる第１ミラー群と、
前記第１の１／４波長板を再通過した後、前記偏光ビームスプリッタで反射されることおよび前記偏光ビームスプリッタを透過することのいずれか他方を経た前記第１光線を円偏光に変換する第２の１／４波長板と、
前記第２の１／４波長板にて円偏光となった前記第１光線を前記被測定物の前記うら面に入射させるとともに前記被測定物の前記うら面で反射された前記第１光線を再度前記第２の１／４波長板に戻すように配置された１つ以上のミラーからなる第２ミラー群と、を備え、
前記第２の１／４波長板を再通過した後、前記偏光ビームスプリッタで反射されることおよび前記偏光ビームスプリッタを透過することのいずれか一方を経た前記第１光線を前記干渉縞生成手段に導く
ことを特徴とする厚みムラ測定装置であってもよい。
【００１３】
また、上述の厚みムラ測定装置は、
前記第２光線を、一面に平坦面を有する任意の参照鏡にて反射することにより参照光とする
ことを特徴とする厚みムラ測定装置であってもよい。
【００１４】
さらに、上述の厚みムラ測定装置は、
表裏両面に参照鏡を有するとともに、前記被測定物の直上または直下に配設された参照体と、
前記第２光線が前記第１光線の直上または直下において前記第１光線に対応する光路を通り、かつ、前記参照体の両面にて反射されるように前記第２光線を導光する第２導光手段と、をさらに具備し、
前記第１光線の光路と前記第２光線の光路との差を、前記被測定物の厚みの変化量に対応させる
ことを特徴とする厚みムラ測定装置であってもよい。
【００１５】
また、上述の厚みムラ測定装置は、
前記被測定物の前記おもて面に入射する光の光路と、前記うら面に入射する光の光路とが、前記光源と前記被測定物とを結んだ線に関して線対称である
ことを特徴とする厚みムラ測定装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の厚みムラ測定装置によれば、基板の熱膨張に起因する測定誤差を低減し、かつ、被測定物の厚みムラを高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置において、光源から出射された光のうちＶ波の光路を説明する図である。
【図３】実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置において、光源から出射された光のうちＨ波の光路を説明する図である。
【図４】実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置が被測定物の厚みムラを測定する原理を説明する図である。
【図５】実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置の変形例の構成を示す図である。
【図６】実施の形態２にかかる厚みムラ測定装置の構成を示す斜視図である。
【図７】実施の形態２にかかる厚みムラ測定装置において、光源から出射された光のうちＶ波の光路を説明する図である。
【図８】実施の形態２にかかる厚みムラ測定装置において、光源から出射された光のうちＨ波の光路を説明する図である。
【図９】実施の形態２にかかる光学干渉の偏光ビームスプリッタ周辺を、図７及び図８中のＩＸ方向から見た側面図である。
【図１０】実施の形態２にかかる厚みムラ測定装置の被測定物Ｗ、移動台、及び両面鏡を、図７及び図８中のＸ方向から見た側面図である。
【図１１】実施の形態２にかかる厚みムラ測定装置の偏光ビームスプリッタ、偏光板、及び干渉縞検出手段を、図７及び図８中のＸＩ方向から見た側面図である。
【図１２】実施の形態２にかかる厚みムラ測定装置の偏光ビームスプリッタ、及び直角プリズムを、図７及び図８中のＸＩＩ方向から見た側面図である。
【図１３】従来の差動式レーザ干渉計の構成を示す模式図である。
【図１４】従来の差動式レーザ干渉計において、被測定物の厚みが変化した場合の光路差の変化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[実施の形態１]
図１に示すように、本発明の実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置１００は、光源１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２ａ、１０２ｂと、１／４波長板１０３ａ〜１０３ｄと、ミラー１０４ａ〜１０４ｄと、平面鏡１０５ａ、１０５ｂと、偏光板１０６と、干渉縞検出手段１０７と、コンピュータ１０８と、基板１０９と、移動台１１０と、を備える。
【００１９】
光源１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２ａ、１０２ｂと、１／４波長板１０３ａ〜１０３ｄと、ミラー１０４ａ〜１０４ｄと、偏光板１０６と、干渉縞検出手段１０７と、は基板１０９上に固定して配置されている。基板１０９は、低熱膨張係数の材料により作製されている。基板１０９の熱膨張により、基板１０９上の各部品の配置が変わり、それに伴い厚みムラ測定装置１００の光路長も変わることで測定誤差が生じる。このような熱膨張による測定誤差を小さくするため、低熱膨張の材料で基板１０９を作製することが望ましい。
【００２０】
厚みムラ測定装置１００の被測定物Ｗは、基板１０９上に設けられた移動台１１０の上に配置される。移動台１１０は、図１中のＺ軸方向及びＹ軸方向に被測定物Ｗを動かすことが可能である。これにより、被測定物Ｗの様々な場所の厚みを測定することが可能となる。
【００２１】
図１に示すように、偏光ビームスプリッタ１０２ａと偏光ビームスプリッタ１０２ｂとは、偏光膜が形成された偏光分離面同士が平行となるように接着されている。１／４波長板１０３ａは偏光ビームスプリッタ１０２ａのミラー１０４ａ側の面に接着され、１／４波長板１０３ｂは偏光ビームスプリッタ１０２ａのミラー１０４ｃ側の面に接着されている。１／４波長板１０３ｃは偏光ビームスプリッタ１０２ｂの平面鏡１０５ａ側の面に接着され、１／４波長板１０３ｄは偏光ビームスプリッタ１０２ｂの平面鏡１０５ｂ側の面に接着されている。
【００２２】
光源１０１は、干渉性の高い光を発する。干渉計の光源としては、干渉性の高い光を発する光源を用いることが好ましく、例えば、半導体レーザやＨｅ−Ｎｅレーザを用いる。光源１０１からは、ｐ偏光成分とｓ偏光成分を含む光が出射される。
【００２３】
光の光路を順に説明する。光源１０１から出射された光は、まず偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射する。偏光ビームスプリッタ１０２ａ（光線分離手段）に入射した光は、偏光方向が紙面垂直方向（Ｚ軸方向）の光と、偏光方向が紙面水平方向（Ｚ軸に垂直な方向）の光と、に分離される。本明細書中では、説明の都合上、偏光方向がＺ軸方向の光をＶ波と、偏光方向がＺ軸に垂直な方向の光をＨ波と、呼ぶことにする。偏光ビームスプリッタ１０２ａへの光線の入射面に対して、Ｈ波はｐ偏光であり、Ｖ波はｓ偏光である。Ｈ波は偏光ビームスプリッタ１０２ａを透過して直進し、Ｖ波は偏光ビームスプリッタ１０２ａにより反射されて光路が直角に曲げられる。偏光ビームスプリッタ１０２ａは、偏光分離手段の一例である。
【００２４】
図２を用いて、光源１０１から出射された光のうちＶ波（第１光線）の光路について説明する。
偏光ビームスプリッタ１０２ａにより反射されたＶ波は、１／４波長板１０３ａ（第１の１／４波長板）に入射し、円偏光の光となって出射される。１／４波長板１０３ａ〜１０３ｄは、直交する偏光成分の間に位相差π／２を生じさせる複屈折素子である。
【００２５】
１／４波長板１０３ａから出射された光は、ミラー１０４ａにより反射されて光路が直角に曲げられ、ミラー１０４ｂに入射する。ミラー１０４ｂに入射した光は、ミラー１０４ｂにより反射されて光路が直角に曲げられ、被測定物Ｗのおもて面Ｓ１へと入射する。ミラー１０４ａ及びミラー１０４ｂは、第１ミラー群を構成する。なお、ミラー１０４ａ〜１０４ｄは光を反射する素子であればよく、ミラーの代わりにプリズムを用いてもよい。
【００２６】
被測定物Ｗのおもて面Ｓ１へと入射した光は、おもて面Ｓ１により反射される。おもて面Ｓ１により反射された光は、来た光路を逆に戻り、ミラー１０４ｂ及びミラー１０４ａにより反射されて、１／４波長板１０３ａに入射する。１／４波長板１０３ａに入射した円偏光の光は、Ｈ波となって１／４波長板１０３ａから出射され、偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射する。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射したＨ波は、そのまま偏光ビームスプリッタ１０２ａを透過し、１／４波長板１０３ｂ（第２の１／４波長板）に入射する。１／４波長板１０３ｂに入射したＨ波は、円偏光の光となって出射される。
【００２８】
１／４波長板１０３ｂから出射された光は、ミラー１０４ｃにより反射されて光路が直角に曲げられ、ミラー１０４ｄに入射する。ミラー１０４ｄに入射した光は、ミラー１０４ｄにより反射されて光路が直角に曲げられ、被測定物Ｗのうら面Ｓ２へと入射する。ミラー１０４ｃ及びミラー１０４ｄは、第２ミラー群を構成する。
【００２９】
被測定物Ｗのうら面Ｓ２へと入射した光は、うら面Ｓ２により反射される。被測定物Ｗ上において、おもて面Ｓ１側の反射点とはちょうど反対側の位置にて反射されることになる。うら面Ｓ２により反射された光は、来た光路を逆に戻り、ミラー１０４ｄ及びミラー１０４ｃにより反射されて、１／４波長板１０３ｂに入射する。１／４波長板１０３ｂに入射した円偏光の光は、Ｖ波となって１／４波長板１０３ｂから出射され、偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射する。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１０２ａと、１／４波長板１０３ａ、１０３ｂと、ミラー１０４ａ〜１０４ｄと、が、第１導光手段を構成する。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ａにより反射されて、偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂにより反射されて光路が直角に曲げられ、偏光板１０６に入射する。この光が被測定物Ｗの厚みムラを示す測定光となる。
【００３１】
次に、図３を用いて、光源１０１から出射された光のうちＨ波（第２光線）の光路について説明する。
偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射したＨ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ａを透過して、偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射したＨ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂを透過して、１／４波長板１０３ｃに入射する。１／４波長板１０３ｃに入射したＨ波は、円偏光の光となって出射される。
【００３２】
１／４波長板１０３ｃから出射された光は、平面鏡１０５ａにより反射されて、逆方向から１／４波長板１０３ｃに入射する。１／４波長板１０３ｃに入射した円偏光の光は、Ｖ波となって出射される。１／４波長板１０３ｃから出射されたＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂにより反射されて、１／４波長板１０３ｄに入射する。１／４波長板１０３ｄに入射したＶ波は、円偏光の光となって出射される。
【００３３】
１／４波長板１０３ｄから出射された光は、平面鏡１０５ｂにより反射されて、逆方向から１／４波長板１０３ｄに入射する。１／４波長板１０３ｄに入射した円偏光の光は、Ｈ波となって出射される。１／４波長板１０３ｄから出射されたＨ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂを透過して、そのまま偏光板１０６に入射する。この光が、干渉計で干渉縞を生成するときの参照光となる。平面鏡１０５ａ及び平面鏡１０５ｂは、平坦面を有する参照鏡として機能している。
【００３４】
偏光板１０６は、入射した光のうち、特定の偏光方向の成分だけを透過させる。偏光板１０６は、干渉縞生成手段として機能する。偏光板１０６に入射する測定光はＶ波であり、参照光はＨ波である。測定光と参照光とは偏光方向が異なるため、そのままでは干渉しない。そこで、偏光板１０６を用いて、測定光及び参照光から共通する偏光成分を取り出すことにより、干渉光を生成する。
【００３５】
厚みムラ測定装置１００において、測定光はＶ波で、参照光はＨ波である。この場合には、偏光板１０６を、光軸に垂直な面内において透過軸をＶ波とＨ波の偏光方向から傾けて配置することにより、測定光と参照光との干渉光を生成することができる。この構成により、測定光及び参照光から共通する偏光成分を取り出して、干渉光を生成することができる。
【００３６】
偏光板１０６は、高分子のフィルムで吸収によってフィルタリングするものでも、ワイヤーグリッドで反射によってフィルタリングするものでもいずれでも構わない。何れの場合でも、簡単な構成により干渉光を生成することができる。
また、偏光板１０６の透過軸を、紙面垂直方向から光軸を中心として４５°傾けて固定することにより、測定光と参照光の透過率を等しくできる。これにより、効率よく干渉光を生成することができる。
【００３７】
干渉縞検出手段１０７は、偏光板１０６によって生成された干渉縞を検出する。干渉光の強度変化を検出することにより、測定光の光路長と参照光の光路長との差の変化を検出する。干渉縞検出手段１０７としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光センサを用いる。
【００３８】
コンピュータ１０８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する一般的なコンピュータである。厚みムラ測定装置１００の制御用プログラムを、ＲＯＭ又はＲＡＭに格納することができる。この制御用プログラムを実行することにより、厚みムラ測定装置１００の動作の制御を行ったり、データの保存、表示、及び記録を行ったりする。また、干渉縞検出手段１０７により検出された干渉縞から、測定光の光路長と参照光の光路長との差の変化量を計算できる。
【００３９】
図４を用いて、厚みムラ測定装置１００が被測定物Ｗの厚みムラを測定する原理を説明する。
図４は、被測定物Ｗ上の４つの異なる点（ａ）〜（ｄ）での厚みムラを示した図である。被測定物Ｗの測定開始地点（ｓ０）での厚みがｔ０であったとする。干渉計の測長時の基点から見て、光路長は以下のように変化する。
【００４０】
（ａ）点での被測定物Ｗの厚みは、測定開始地点（ｓ０）での厚みｔ０よりも、おもて面Ｓ１及びうら面Ｓ２の両側で薄くなっているので、光路長は両側で長くなる。
（ｂ）点での被測定物Ｗの厚みは、測定開始地点（ｓ０）での厚みｔ０よりも、おもて面Ｓ１側が薄く、うら面Ｓ２側が厚くなっているので、光路長はおもて面Ｓ１側で長く、うら面Ｓ２側で短くなる。
【００４１】
（ｃ）点での被測定物Ｗの厚みは、測定開始地点（ｓ０）での厚みｔ０よりも、おもて面Ｓ１及びうら面Ｓ２の両側で厚くなっているので、光路長は両側で短くなる。
（ｄ）点での被測定物Ｗの厚みは、測定開始地点（ｓ０）での厚みｔ０よりも、おもて面Ｓ１側が厚く、うら面Ｓ２側が薄くなっているので、光路長はおもて面Ｓ１側で短く、うら面Ｓ２側で長くなる。
【００４２】
ここで、被測定物Ｗのおもて面Ｓ１側の光路長の変化量をΔＬ１、うら面Ｓ２側の光路長の変化量をΔＬ２と表す。このとき、被測定物Ｗの測定地点の厚みｔは、光路長の変化量ΔＬ１及びΔＬ２を用いて、式（１）により表される。
ｔ＝ｔ０−（ΔＬ１＋ΔＬ２）    ・・・（１）
【００４３】
測長の基点（原点）Ｏ１から見て、被測定物Ｗの両側で光路が長くなれば、厚みが薄くなったと判断され、両側で光路が短くなれば厚みが厚くなったと判断される。したがって、被測定物Ｗのある一つの断面のところでの厚みムラΔｔは、次の式（２）により表せる。
Δｔ＝ｔ−ｔ０＝−（ΔＬ１＋ΔＬ２）    ・・・（２）
【００４４】
以上、説明したように、本実施形態にかかる厚みムラ測定装置１００では、被測定物Ｗの厚みムラを光路長変化として直接検出できる。その結果、被測定物Ｗの厚みムラを非接触で、高分解能、高安定かつ高精度に測定することができる。
【００４５】
（変形例）
図５に示すように、厚みムラ測定装置１００において、被測定物Ｗの両側に集光レンズ５０１ａ、５０１ｂを設けてもよい。被測定物Ｗのおもて面Ｓ１が集光レンズ５０１ａの焦点、うら面Ｓ２が集光レンズ５０１ｂの焦点にくるように、集光レンズ５０１ａ、５０１ｂを配置する。集光レンズ５０１ａ、５０１ｂにより光線が絞られた状態で、被測定物Ｗに光が照射される。この構成により、被測定物Ｗが多少傾いて設置された場合であっても、厚みムラを正確に測定できる。
【００４６】
[実施の形態２]
本実施形態にかかる厚みムラ測定装置６００の厚みムラの測定原理は、実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置１００と基本的には同じである。厚みムラ測定装置６００においては、測定光の光路と参照光の光路が、両者の光路の長さが等しくなるように、二段構造の別々の段に配置されている。
【００４７】
図６に示すように、厚みムラ測定装置６００は、光源１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２ａ〜１０２ｅと、１／２波長板６０１ａ、６０１ｂと、直角プリズム６０２ａ、６０２ｂと、両面鏡６０３と、架台６０４と、１／４波長板１０３ａ〜１０３ｄと、ミラー１０４ａ〜１０４ｈと、偏光板１０６と、干渉縞検出手段１０７と、コンピュータ（不図示）と、を備える。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ１０２ｂと偏光ビームスプリッタ１０２ｃとは、偏光膜が形成された偏光分離面が同一平面上に乗るように接着されている。１／４波長板１０３ａは偏光ビームスプリッタ１０２ｂのミラー１０４ａ側の面に接着され、１／４波長板１０３ｂは偏光ビームスプリッタ１０２ｂのミラー１０４ｃ側の面に接着されている。１／４波長板１０３ｃは偏光ビームスプリッタ１０２ｃのミラー１０４ｅ側の面に接着され、１／４波長板１０３ｄは偏光ビームスプリッタ１０２ｃのミラー１０４ｇ側の面に接着されている。
【００４９】
偏光ビームスプリッタ１０２ｃの光源１０１側には、１／２波長板６０１ｂが接着されている。１／２波長板６０１ｂには、直角プリズム６０２ｂが接着されている。直角プリズム６０２ｂの上面には、偏光ビームスプリッタ１０２ａが接着されている。偏光ビームスプリッタ１０２ａは、偏光ビームスプリッタ１０２ｂを光源１０１からの光線の入射軸を中心に反時計回りに９０°回転させたものと同じ状態で固定されている。
【００５０】
すなわち、偏光ビームスプリッタ１０２ａは、他の偏光ビームスプリッタ１０２ｂ〜１０２ｅとは光線の入射面が異なっている。よって、偏光ビームスプリッタ１０２ａの入射面は、他の偏光ビームスプリッタ１０２ｂ〜１０２ｅの入射面と直交している。この場合、偏光ビームスプリッタ１０２ａから見たｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂから見るとｓ偏光となり、逆に、偏光ビームスプリッタ１０２ａから見たｓ偏光は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂから見るとｐ偏光となる。しかし、説明の都合上、実施の形態１と同様に、平面図（図７及び図８）において偏光が紙面垂直方向（Ｚ軸方向）の光をＶ波、偏光が紙面水平方向（Ｚ軸に垂直な方向）の光をＨ波、と呼ぶこととする。なお、図７および図８では、平面図において重なって隠れている部品を破線で示している。
【００５１】
偏光ビームスプリッタ１０２ｄと偏光ビームスプリッタ１０２ｅとは、偏光膜が形成された偏光分離面を含む平面同士が直交するように接着されている。偏光ビームスプリッタ１０２ｄには、偏光板１０６と反対側の面に１／２波長板６０１ａが接着されている。１／２波長板６０１ａの偏光ビームスプリッタ１０２ｄと反対側には、直角プリズム６０２ａが接着されている。
【００５２】
光源１０１から出射された光は、まず偏光ビームスプリッタ１０２ａに入射する。図９は、厚みムラ測定装置６００の偏光ビームスプリッタ１０２ａ〜１０２ｅ周辺を、図７及び図８中のＩＸ方向から見た側面図である。図９に示すように、偏光ビームスプリッタ１０２ａ（光線分離手段）に入射した光は、Ｖ波（Ｚ軸方向）とＨ波（Ｚ軸に垂直な方向）とに分離される。Ｖ波は偏光ビームスプリッタ１０２ａを透過して直進する。Ｈ波は偏光ビームスプリッタ１０２ａにより反射されて光路が直角に曲げられ、下方に向かい、直角プリズム６０２ｂに入射する。
【００５３】
図７を用いて、光源１０１から出射された光のうちＶ波（第２光線）の光路について説明する。
偏光ビームスプリッタ１０２ａを透過したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂにより反射されて、光路が直角に曲げられる。偏光ビームスプリッタ１０２ｂにより反射されたＶ波は、１／４波長板１０３ａに入射し、円偏光の光となって出射される。
１／４波長板１０３ａから出射された光は、ミラー１０４ａ、ミラー１０４ｂと順番に反射されて、両面鏡６０３の面Ｓ３へと入射する。図１０は、厚みムラ測定装置６００の被測定物Ｗ、移動台１１０、両面鏡６０３を、図７中の白抜き矢印Ｘ方向から見た側面図である。図１０に示すように、基板１０９上に両面鏡６０３を固定するための架台６０４が配設されている。両面鏡６０３は、移動台１１０の上に配置された被測定物Ｗのさらに上方に、架台６０４により固定されている（図７及び図８においては、説明の都合上、架台６０４は図示していない）。両面鏡６０３は、表裏両面に参照鏡を有し、参照体として機能する。
【００５４】
両面鏡６０３の面Ｓ３へと入射した光は、面Ｓ３により反射される。面Ｓ３により反射された光は、来た光路を逆に戻り、ミラー１０４ｂ、ミラー１０４ａと順番に反射されて、１／４波長板１０３ａに入射する。１／４波長板１０３ａに入射した円偏光の光は、Ｈ波となって１／４波長板１０３ａから出射され、偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射する。
【００５５】
偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射したＨ波は、そのまま偏光ビームスプリッタ１０２ｂを透過し、１／４波長板１０３ｂに入射する。１／４波長板１０３ｂに入射したＨ波は、円偏光の光となって出射される。
１／４波長板１０３ｂから出射された光は、ミラー１０４ｃ、ミラー１０４ｄと順番に反射されて、両面鏡６０３の面Ｓ４へと入射する。
【００５６】
両面鏡６０３の面Ｓ４へと入射した光は、面Ｓ４により反射される。面Ｓ４により反射された光は、来た光路を逆に戻り、ミラー１０４ｄ及びミラー１０４ｃにより反射されて、１／４波長板１０３ｂに入射する。１／４波長板１０３ｂに入射した円偏光の光は、Ｖ波となって１／４波長板１０３ｂから出射され、偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射する。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１０２ｂと、１／４波長板１０３ａ、１０３ｂと、ミラー１０４ａ〜１０４ｄと、が、第２導光手段を構成する。
【００５７】
偏光ビームスプリッタ１０２ｂに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｂにより反射されて、偏光ビームスプリッタ１０２ｄに入射する。偏光ビームスプリッタ１０２ｄに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｄにより反射されて光路が直角に曲げられ、１／２波長板６０１ａに入射する。１／２波長板６０１ａ及びｂは、直交する偏光成分の間に位相差πを生じさせる複屈折素子である。１／２波長板６０１ａに入射したＶ波は、Ｈ波となって１／２波長板６０１ａから出射される。
【００５８】
図１１は、厚みムラ測定装置６００の偏光ビームスプリッタ１０２ｄ、１０２ｅ、偏光板１０６、及び干渉縞検出手段１０７を、図７中のＸＩ方向から見た側面図である。図１１に示すように、１／２波長板６０１ａから出射されたＨ波は、直角プリズム６０２ａに入射し、面Ｓ５、面Ｓ６の順番で反射されて、入射した方向と逆方向に出射される。直角プリズム６０２ａから出射されたＨ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｅを透過して、偏光板１０６に入射する。この光が、干渉計が干渉縞を生成するときの参照光となる。
【００５９】
図８を用いて、光源１０１から出射された光のうちＨ波（第１光線）の光路について説明する。光源１０１から出射された光のうちＨ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ａにより反射されて光路が直角に曲げられ、下方に向かい、直角プリズム６０２ｂに入射する。
【００６０】
図９に示すように、直角プリズム６０２ｂに入射したＨ波は、直角プリズム６０２ｂにより反射されて光路が直角に曲げられ、１／２波長板６０１ｂに入射する。１／２波長板６０１ｂに入射したＨ波は、Ｖ波となって１／２波長板６０１ｂから出射される。１／２波長板６０１ｂから出射されたＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｃにより反射されて光路が直角に曲げられる。
【００６１】
図６及び図８を参照しながら、偏光ビームスプリッタ１０２ｃにより反射されたＶ波の光路を説明する。偏光ビームスプリッタ１０２ｃにより反射されたＶ波は、１／４波長板１０３ｃ（第１の１／４波長板）に入射し、円偏光の光となって出射される。
図８に示すように、１／４波長板１０３ｃから出射された光は、ミラー１０４ｅ、ミラー１０４ｆと順番に反射されて、被測定物Ｗのおもて面Ｓ１へと入射する。ミラー１０４ｅ及びミラー１０４ｆは、第１ミラー群を構成する。
【００６２】
被測定物Ｗのおもて面Ｓ１へと入射した光は、おもて面Ｓ１により反射される。おもて面Ｓ１により反射された光は、来た光路を逆に戻り、ミラー１０４ｆ、ミラー１０４ｅと順番に反射されて、１／４波長板１０３ｃに入射する。１／４波長板１０３ｃに入射した円偏光の光は、Ｈ波となって１／４波長板１０３ｃから出射され、偏光ビームスプリッタ１０２ｃに入射する。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ１０２ｃに入射したＨ波は、そのまま偏光ビームスプリッタ１０２ｃを透過し、１／４波長板１０３ｄ（第２の１／４波長板）に入射する。１／４波長板１０３ｄに入射したＨ波は、円偏光の光となって出射される。
１／４波長板１０３ｄから出射された光は、ミラー１０４ｇ、ミラー１０４ｈと順番に反射されて、被測定物Ｗのうら面Ｓ２へと入射する。ミラー１０４ｇ及びミラー１０４ｈは、第２ミラー群を構成する。
【００６４】
被測定物Ｗのうら面Ｓ２へと入射した光は、うら面Ｓ２により反射される。被測定物Ｗ上において、おもて面Ｓ１側の反射点とはちょうど反対側の位置にて反射されることになる。うら面Ｓ２により反射された光は、来た光路を逆に戻り、ミラー１０４ｈ及びミラー１０４ｇにより反射されて、１／４波長板１０３ｄに入射する。１／４波長板１０３ｄに入射した円偏光の光は、Ｖ波となって１／４波長板１０３ｄから出射され、偏光ビームスプリッタ１０２ｃに入射する。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１０２ｃと、１／４波長板１０３ｃ、１０３ｄと、ミラー１０４ｅ〜１０４ｈと、が、第１導光手段を構成する。
【００６５】
偏光ビームスプリッタ１０２ｃに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｃにより反射されて、偏光ビームスプリッタ１０２ｅに入射する。偏光ビームスプリッタ１０２ｅに入射したＶ波は、偏光ビームスプリッタ１０２ｅにより反射されて光路が直角に曲げられ、偏光板１０６に入射する。この光が、被測定物Ｗの厚みムラを示す測定光となる。
【００６６】
偏光板１０６を用いて、測定光及び参照光から共通する偏光成分を取り出すことにより、干渉縞が生成される。干渉縞検出手段１０７により、偏光板１０６によって生成された干渉縞を検出する。
【００６７】
図１２は、厚みムラ測定装置６００の偏光ビームスプリッタ１０２ａ、ミラー１０４ａ、１０４ｃ、１０４ｅ、１０４ｇ、１／４波長板１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、及び直角プリズム６０２ｂを、図７及び図８中のＸＩＩ方向から見た側面図である。
【００６８】
厚みムラ測定装置６００において、測定光では、「被測定物Ｗの厚みムラ」と「熱膨張量」との和が光路長変化として検出される。参照光では、「熱膨張量」のみが光路長変化として検出される。ここで、被測定物Ｗのおもて面Ｓ１側の光路長の変化量をΔＬ１、うら面Ｓ２側の光路長の変化量をΔＬ２、基板１０９の熱膨張に起因する光路長の変化量をΔＳと表す。
【００６９】
このとき、測定光の光路長の変化量ΔＬｍは、光路長の変化量ΔＬ１、ΔＬ２、及び基板１０９の熱膨張に起因する光路長の変化量ΔＳを用いて、式（３）により表される。
ΔＬｍ＝（ΔＬ１＋ΔＬ２）＋ΔＳ  ・・・（３）
【００７０】
参照光の光路長の変化量ΔＬｒは、基板１０９の熱膨張に起因する光路長の変化量ΔＳを用いて、式（４）により表される。
ΔＬｒ＝ΔＳ    ・・・（４）
【００７１】
よって、熱膨張量による変化量を差し引いた後の被測定物Ｗの厚みムラΔｔは、式（５）により表せる。
Δｔ＝−（ΔＬｍ―ΔＬｒ）＝−（ΔＬ１＋ΔＬ２）  ・・・（５）
【００７２】
本実施形態にかかる厚みムラ測定装置６００では、測定長の光路長変化から被測定物Ｗの厚みムラと基板１０９の熱膨張量の和を検出し、参照光の光路長変化から基板１０９の熱膨張量を検出する。測定長の光路長変化から参照光の光路長変化を差し引くことにより、基板１０９の熱膨張量を差し引いて被測定物Ｗの厚みムラを検出することができる。これにより、基板１０９の熱膨張の影響を受けずに、被測定物Ｗの厚みムラのみを精度よく検出することができる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本明細書においては、実施の形態１にかかる厚みムラ測定装置１００について、参照光をＨ波、測定光をＶ波として、偏光ビームスプリッタ１０２はＨ波を透過し、Ｖ波を反射するものとして説明した。しかし、参照光をＶ波、測定光をＨ波とし、偏光ビームスプリッタ１０２はＶ波を透過し、Ｈ波を反射するものとした場合でも、本発明は同様に成立する。
【００７４】
また、本発明では、測定光及び参照光の偏光方向が、図１におけるＸＹ平面に平行な方向及び垂直な方向に限定されるものではない。測定光の偏光方向と参照光の偏光方向とは互いに直交していれば、実施の形態と同様に本発明は成立する。
【符号の説明】
【００７５】
１００、６００  厚みムラ測定装置
１０１  光源
１０２ａ〜１０２ｅ  偏光ビームスプリッタ
１０３ａ〜１０３ｄ  １／４波長板
１０４ａ〜１０４ｈ  ミラー
１０６  偏光板
１０７  干渉縞検出手段
１０８  コンピュータ
１０９  基板
１１０  移動台
６０１ａ、６０１ｂ  １／２波長板
６０２ａ、６０２ｂ  直角プリズム
６０３  両面鏡
６０４  架台
１３００  差動式レーザ干渉計
【図１】
2015081781.tif 000003
【図２】
2015081781.tif 000004
【図３】
2015081781.tif 000005
【図４】
2015081781.tif 000006
【図５】
2015081781.tif 000007
【図６】
2015081781.tif 000008
【図７】
2015081781.tif 000009
【図８】
2015081781.tif 000010
【図９】
2015081781.tif 000011
【図１０】
2015081781.tif 000012
【図１１】
2015081781.tif 000013
【図１２】
2015081781.tif 000014
【図１３】
2015081781.tif 000015
【図１４】
2015081781.tif 000016