(57)【要約】【目的】大きな面積を有する平面の面の凹凸をナノメータからサブナノメータの感度で短時間で計測する。【構成】回転プリズムで高速走引を行なう３点シヤリングヘテロダイン干渉計ユニットを縦、横方向にそれぞれ複数個ならべ、試料平面を搭載する移動ステージのスライド運動を単純化することにより全体にわたる走引効率の向上を画ることにより測定時間の短縮を行なう装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交２周波レーザを光源とし２つのシヤー量の大きいシヤリングヘテロダイン干渉計のそれぞれの片方の光束腕の光束を一致させることにより構成される３点シヤリングヘテロダイン干渉計の３つの光束を、該３つの光束の中心軸を含む面内にあり、該３つの光束の中の中央の光束の中心軸と直交する方向を軸として回転する透明な平行平板を通過せしめた後試料平面上に収束させ、該光束の収束点を前記回転する透明な平行平板（回転プリズム）で回転走引する機構を含む３点シヤリングヘテロダイン干渉計ユニット（３点干渉計ユニット）を複数個、各ユニットの回転走引で出来る線分を縦および横の２つの方向の複数の平行線上に並べることを特徴とする高速平面度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面の真の平面からのずれや凹凸をナノメータの感度で極めて短かい時間内で測定を行なう装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２個のシヤー量の大きいシヤリングヘテロダイン干渉計を組合せ隣り合った光束の偏光方位が直交しかつ周波数が異なる３個の光束を持つ３点ヘテロダイン干渉計および可動光学腕を用いた走引機構で高速走引を行なって測定の高速化を行なった装置が提案されていた。この形式の平面度測定計には可動光学腕による走引の他に移動ステージによるスライド走引との併用が必要であるが、該高速化を行なった装置においては、縦、横のスライド走引のうちどちらかのスライド走引はジグザグ運動となり、これは移動ステージの往復運動となり、移動方向を速く反転させる機構の実現には多大の困難を伴なう。
本発明は移動ステージのジグザグ運動に伴なう移動方向の反転を必要としない、単調な運動で測定のために必要な処理ができる高速平面度測定装置を提供しようとするものである。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
試料平面上における３点シヤリングヘテロダイン干渉計の３つの光束の収束点を回転する平行平板で３つの収束点を結ぶ方向に対し直交した方向に走引すると、３本の線分となる。今、平行平板を一辺の長さがｄの四角柱状のガラスプリズムであり該ガラスの屈折率を１．５とすると走引線分の長さは約０．６ｄとなる。さらに前記の３つの光束の収束点の間隔は１０μｍ〜５０μｍであるのが一般であるので走引線分を１本の線と見做すことができる。以下回転する平行平板を回転プリズムと呼ぶ。
３点シヤリングヘテロダイン干渉計の光学系と前記の走引線分をつくる回転プリズムから形成される走引３点シヤリングヘテロダイン干渉計ユニットを回転プリズムの走引線分の長さの和が試料平面の一辺の長さと等しくなるよう複数個並べて配置し、移動ステージを前記回転プリズムの走引線分に直交した方向にゆっくりスライド走引すれば３点シヤリングヘテロダイン干渉計の原理により、前記の試料平面の一辺全体に恒って前記のスライド走引の方向、例えば横方向の試料面の凹凸の形状と移動ステージのスライド走引機構のゆらぎが分離して計測される。
以上の回転プリズムの走引線分の方向と直交した方向に対し等価な３点シヤリングヘテロダイン干渉計ユニットの配列、移動ステージのスライド走引を行なえば他の方向、例えば試料面の他の一辺全体に恒る縦方向の凹凸形状と移動ステージのスライド走引機構のゆらぎが計測される。
横、縦両方向共、移動ステージのスライド走引は回転プリズムによる走引の速さに比して非常にゆっくりした単調なものとなる。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の要素である回転プリズム走引機構を含む３点シヤリングヘテロダイン干渉計ユニットを中心とした実施の形態を示すものであり、図２は上記ユニットの配置ならびに平面試料を搭載してスライドさせる移動ステージの関係を示すものである。以下上記のユニットを３点干渉計ユニットと呼ぶ。
【０００５】
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源１６の光は光音響子１７で２つの光束Ａ、Ｂに分離される。Ａを光音響子の０
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本実施の形態ではシヤー量の大きいシヤリング干渉計の光学系として偏光分岐素子を用いた光学系を用い、さらに該素子としてロシヨンプリズムを用いている。
前記の２つの光束Ａ、Ｂはロシヨンプリズム５でそれぞれ偏光方位によって２つの光束に分岐される。分岐点は分岐角が１０−３から１０−４ラジアンであることから、実質的にはプリズムの表面で行なわれる。（従ってロシヨンプリズムは１個でもよい）光束Ａから分岐された２つの光束のうちの１つの光束と光束Ｂから分岐された２つの光束のうちの１つの光束が合致するようビーム分割ロム３で光束の合波が行なわれ、３本の光束となり、シヤー量の大きい３点シヤリングヘテロダイン干渉計の光学系を形成する。本形態図では３つの光束のうち中央と両
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発生を防止する役目を持つ。
【０００６】
３つの光束は進行方向がわずかに異なる平行光束群であるが、この光束を前焦点が前記の光束分岐点、後焦点が試料平面２である集光レンズ４を通すと中心軸が平行で試料平面上で収束する収れん光となる。
この３つの収れん光をモータ２１で回転される回転プリズム１を通すと、３つの試料平面２の上の収束点は３本の回転プリズムの走引で出来る走引線分となる。回転プリズムの回転軸２０にはエンコーダ２２が取りつけられ、該走引線分上の光束の刻々の収束点が読み取られる。
【０００７】
該走引線分上の各点の光は試料平面で反射し、入射光束の光路を逆行してビーム分割プリズム６で光路が曲げられ偏光子２３で光の電界の重ね合わせが行なわれた後レンズ７、８でピンホール１１に結像され、不要な光が取除かれ、光検知器９、１０で光ヘテロダイン電気信号に変換される。この光ヘテロダイン電気信号はフイルター回路１２、１３で処理されたのち、偏光子２５、検知器２４で得
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相差計１４、１５で求められる。３点シヤリングヘテロダイン干渉計で位相差が意味を持つのは、回転プリズムによりくり返して画かれる走引線分上の光束の収束点が同じ場所に位置した時のみであるので、エンコーダ２２で収束点の位置をたしかめ、その点（空間と時間）の２組の位相差を求める。図１で点線で囲んだ所が３点干渉計ユニットである。
【０００８】
２組の位相差を求めながら前記回転プリズムの走引線分に直交した方向に試料平面を移動ステージでスライド走引を行なうと３点シヤリングヘテロダイン干渉計の原理により該方向の試料平面の凹凸の量つまり平面度と移動ステージのスライドによるゆらぎの量を独立に求めることができる。従って図２に示すごとく回転プリズムの走引線分（この走引は一定方向に行なわれるので矢印を持つ線分で示す）が並ぶように３点干渉計ユニットを縦横に並べ移動ステージ４０の上に搭載された試料４１の面に光束を入射しながらＸ方向に移動ステージのスライドを行ない次いで−Ｙ方向にスライドを行なう。Ｘ方向にスライドを行なっている間は３点干渉計ユニット群Ｖが動作して試料平面のＸ方向の凹凸が、−Ｙ方向のときは３点干渉計ユニット群Ｈが動作して試料平面のＹ方向の凹凸が測定されることになる。
【０００９】
【発明の効果】
回転プリズムでの走引線分をつくる３点シヤリングヘテロダイン干渉計ユニットを複数個縦横に並べて配置して、他にもうけられた縦横にスライドする移動ステージに搭載された試料平面を走引する方式を採用し移動ステージの動きを単純化することにより、ナノメータレベルの試料平面の凹凸の測定に関し測定時間の大巾な短縮が行なわれ平面度修正の工作現場への適用等、精密平面度測定の実施範囲の拡大が行なわれることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の主要構成要索の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の総合マウントの実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１　　　回転プリズム
２　　　試料平面
３　　　ビーム分割ロム
４　　　集光レンズ
５　　　ロシヨンプリズム
６　　　ビーム分割プリズム
７、８　　　集光レンズ
９、１０、２４　　　光検知器
１１　　　ピンホール
１２、１３　　　フイルター回路
１４、１５　　　位相差計
１６　　　直交２周波レーザ光源
１７　　　光音響子
１８　　　全反射プリズム
１９　　　平面鏡
２０　　　回転軸
２１　　　モータ
２２　　　エンコーダ
２３、２５　　　偏光子
３０　　　３点干渉計ユニット
４０　　　移動ステージ
４１　　　試料
Ｌ　　　回転プリズム走引線分
Ｘ　　　横軸
Ｙ　　　縦軸
Ｖ　　　３点干渉計ユニット群（縦）
Ｈ　　　３点干渉計ユニット群（横）
０ｔｈ．　　　０次回折光束
１ｓｔ．　　　１次回析光束
【図１】
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【図２】
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