(57)【要約】      （修正有）【課題】直線度や曲線に沿った面の凹凸をナノメータからサブナノメータの精度で測定する方法および装置を提供する。【解決手段】直交２周波レーザを光源とした２組のシヤリング干渉計を両者の一方の光束が一致するごとく組み合わせて３点から成るシヤリング干渉計を構成し、３点間つまり２つの光路差を計り被測定面の凹凸と被側面の移動に伴う誤差を同時に測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交２周波レーザ光源と該レーザ光源の光束を互に平行な第１、第２の光束に分離する手段と該第１の光束の異常光線の射出光が該第２の光束の異常線と一致するごとくサバール板に入射せしめて３本の射出光束をつくり、該３本の射出光を試料面で反射せしめた後、試料面での反射光束を前記サバール板で再び重ねることにより２組のヘテロダイン干渉光学系を構成する手段を有すると共に前記３点を点間の間隔が等しくなるごとく曲線上に並べる手段を有することを特徴とする平面度測定法および測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線の真の直線（基準線）からのずれや一つの曲線例えば円弧に沿った面の平面からのずれ、即ち直線度や平面度をナノメートルからサブナノメートルの精度で測定する手段の提供に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
干渉計で直線性や平面度を測定する場合、試料の機械的振動または、温度変化や外乱に伴う光路の屈折率の変化が大きな誤差要因となるが、これらを近似的にキャンセルできる手法として、平行な２光束で試料面の２点を照射して２点間の高さの差を測定し、この高さの差を積分することにより直線度や平面度を求めるシヤリング干渉計を用いた測定手法が有効であった。またシヤリング干渉計を組合わせた３点シヤリング干渉計が開発されていたが直線状の走引きであるため平面と言いながら被測定対象は直線に限られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シヤリング干渉計で直線度や平面度を測定する場合、試料面か干渉光学系のどちらかを動かして測定する必要がある。試料面か干渉光学系のどちらかを動かす際、ステージのわずかなチルトは避けられず、これがナノメートルやサブナノメートルの感度を持つヘテロダイン干渉計においては大きな測定誤差を発生させる要因となる。本発明はこの試料面か干渉光学系の移動の際に発生するチルトによる誤差を除去することが可能な平面度測定装置を提供しようとする物である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
直交２周波レーザ光を用い、このレーザの光を互いに平行な第１と第２の２つの光束に分離分割し、方解石等からつくられるサバール板に第１の光束の異常光線（ウオークオフを行ない、屈折の法則に従わない）と第２の光束の常光線（屈折の法則に従がう）の射出光が射出点、射出方向が一致するように入射させる。するとサバール板からは、該一致した光束と、第１の光束の常光線および第２の光束の異常光線から成る３本の光束が射出される。該３本の光束を試料面にあて、その反射光を再度サバール板で合成すると２組の反射光束が得られるがそれぞれの光束の直交する偏光間に生ずる２組の光ヘテロダイン信号の位相差は３点の間の２つの光路の長さの差の情報を含んでいるのでこの長さの差を用いて曲線に沿った試料面の凹凸の状態を知ることができる。該曲線はサバール板の射出光を３個のパラレルプレートや組合せ鏡で光路を曲げることによってつくることが出来る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。直交２周波レーザ４から出た光はビーム分割器１８で分割され、反射光は偏光子２０を通過後、光検知器６で受光され参照信号となる。ビーム分割器１８の透過光は、平行平面板３の２つの平面で反則されることにより、互いに平行な第１の光束１１と第２の光束１２に分離され、方解石等の偏光素子１に垂直入射する。このとき、第１と第２の平行な２光束、１１と１２の間隔は、偏光素子１の垂直入射光に対するウオークオフの量、即ち垂直人射光の常光線と異常光線の射出点での位置のずれ量、Ｘと等しくなるように平行平面板３を設定する。偏光素子１では、第１と第２の２光束はそれぞれ常光線と異常光線に分離されるが、上記平行平面板３の設定により、第１の光束１１の異常光線と第２の光束１２の常光線は偏光素子１の射出点に於いて重なった光線となる。従って、偏光素子１の出力光は、試料２の面上の等間隔Ｘだけ離れたｎ−１、ｎ、ｎ＋１の３点を同時に照射することとなる。この時ｎ−１点は第１の光束１１の常光線が照射し、ｎ点は第１光束１１の異常光線と第２の光束１２の常光線が照射し、ｎ＋１点は第２の光束１２の異常光線が照射する。試料２の３点を照射した光は照射時と同じ光路を逆行し、偏光素子１において第１の光束１１の常光線と異常光線、および第２の光束１２の常光線と異常光線がそれぞれ再び重ねられる。重ねられた第１と第２の光束、１１と１２はビーム分割器１９でそれぞれ分割され、偏光子２２、２１を通り光検知器１０、７で受光され測定信号となる。光検知器１０、７で受光された測定信号と光検知器６で受光された参照信号との位相差はそれぞれ位相差計１６、１５によりもとめられ、この出力がそれぞれ高さの差の情報ΔＺＡ、ΔＺＢとなる。このように本発明は、第１の光束１１により試料２のＸだけ離れた２点、ｎ−１、ｎ点における高さの差ΔＺＡを測定する第１のヘテロダイン方式シヤリング干渉計と、第２の光束１２により試料２のＸだけ離れた２点、ｎ、ｎ＋１点における高さの差ΔＺＢを測定する第２のヘテロダイン方式シヤリング干渉計により構成される。また３領域分離のパラレルプレートや組合せ鏡２４により前記の３点の照射点は曲線上に並べられる。
【０００６】
試料をＸだけスライドする度に測定を行うと、ｎ回目の測定で試料２は図１のように基準面２３に対しＴｎ／ｘのチルトを持つものとする。この時、第１のヘテロダイン方式シヤリング干渉計で得られるｎ回目の測定データΔＺＡ（ｎ）は式１のごとく、試料２のＸだけ離れた２点、ｎ−１、ｎ点における真の高さＺｎ−１、Ｚｎの差、ΔＺｎ−１と試料チルトによる高さ変化分Ｔｎとの和となり、第２のヘテロダイン方式シヤリング干渉計で得られるｎ回目の測定データΔＺＢ（ｎ）は式１のごとく、試料２のＸだけ離れた２点、ｎ、ｎ＋１点における真の高さＺｎ、Ｚｎ＋１の差、ΔＺｎとＴｎとの和となる。ＴｎはΔＺｎ−１が既知であると式２でもとめられるので、ΔＺｎは式３で求めることができる。即ち、ΔＺｎはｎ回目の測定データΔＺｎ（ｎ）、ΔＺＢ（ｎ）と一つ前の演算結果ΔＺｎ−１より求めることができる。このように本発明では、試料面の移動の際に発生するチルトによる誤差Ｔｎを補正しつつ、試料２の真の高さの差ΔＺｎを実時間で求めることができる。求められたΔＺｎは積分され、試料の直線度や曲線に沿った平面度が求められる。
【０００７】
【発明の効果】
シヤリング干渉計においで試料面または干渉光学系の移動の際に発生する試料面または干渉光学系自身のチルトによる誤差を補正することにより、直線度は平面度をナノメートルからサブナノメートルの精度で求めることが可能となる。直線度あるいは平面度をナノメートルからサブナノメートルの精度で求めることにより、鏡面等の高品質化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１、                サバール板
２、                試料平面
３、                平行平面板
４                  直交２周波レーザ
６、７、１０、      光検知器
１１、              第１の光束
１２、              第２の光束
１５、１６、        位相差計
１８、１９、        ビーム分割器
２０、２１、２２、  偏光子
２３、              基準面
２４、              パラレルプレートあるいは組合せ鏡
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【図１】
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