(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数の異なる基準光と測定光とを生成してビームスプリッタを介して測定光を被測定物に照射し、基準光をミラーに反射させて前記被測定物からの反射光と前記ミラーに反射させた基準光の干渉光を得て、前記被測定物の表面状態を測定しあるいは表面欠陥を検出するための光ヘテロダイン干渉測定方法において、
前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであり、
前記基準光は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光のいずれか一方であり、前記測定光は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光のいずれか他方であり、
前記被測定物からの反射光と前記ミラーに反射させた基準光とを前記ビームスプリッタから偏光板を通して得て受光素子で前記干渉光の電気信号を得るものであって、前記基準光および前記測定光のうち前記ビームスプリッタを透過する透過光側を遮断した状態で前記受光素子から得られる前記電気信号のレベルが最小となるように前記偏光板を回転させて偏光板の軸を設定し、前記被測定物の表面状態を測定しあるいは前記表面欠陥を検出する光ヘテロダイン干渉測定方法。
【請求項２】
さらに、Ｓ偏光光の照射光からＰ偏光光の反射光をあるいはその逆にＰ偏光光の照射光からＳ偏光光の反射光を得るための第１および第２のλ／４波長板を有し、前記被測定物はディスクであり、前記測定光は、前記ディスクに前記第１のλ／４波長板を介して照射され、前記測定光の反射光が前記第１のλ／４波長板を介して前記ビームスプリッタに戻され、前記基準光は、前記ミラーに前記第２のλ／４波長板を介して照射され、前記基準光の反射光が前記第２のλ／４波長板を介して前記ビームスプリッタに戻され、前記表面欠陥として前記ディスクの突起あるいは凹欠陥を検出する請求項１記載の光ヘテロダイン干渉測定方法。
【請求項３】
前記基準光は前記ビームスプリッタを透過する透過光であり、前記偏光板の軸の角度は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光の間の斜め４５゜に初期設定されていて、前記受光素子はＡＰＤであり、前記電気信号のレベルは、前記ＡＰＤの出力端子にオシロスコープを接続して観測され、前記電気信号のレベルが最小となるように前記偏光板の軸の角度が選択される請求項２記載の光ヘテロダイン干渉測定方法。
【請求項４】
周波数の異なる基準光と測定光とを生成してビームスプリッタを介して測定光を被測定物に照射し、基準光をミラーに反射させて前記被測定物からの反射光と前記ミラーに反射させた基準光の干渉光を得て、前記被測定物の表面状態を測定しあるいは表面欠陥を検出するための光ヘテロダイン干渉測定装置において、
前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであり、
前記基準光は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光のいずれか一方であり、前記測定光は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光のいずれか他方であり、
前記被測定物からの反射光と前記ミラーに反射させた基準光とを前記ビームスプリッタから受ける偏光板と、
この偏光板を通して前記測定光と前記基準光とを受光する受光素子と、
前記基準光あるいは前記測定光のうち前記ビームスプリッタを透過する透過光側を遮断するための光遮断機構と、
前記偏光板を回転可能に支持して前記偏光板の回転を固定することができる偏光板回転機構とを備え、
前記光遮断機構により前記透過光を遮断した状態で前記受光素子から得られる電気信号のレベルが最小となるように前記偏光板を回転させて偏光板の軸を設定する光ヘテロダイン干渉測定装置。
【請求項５】
さらに、Ｓ偏光光の照射光からＰ偏光光の反射光をあるいはその逆にＰ偏光光の照射光からＳ偏光光の反射光を得るための第１および第２のλ／４波長板を有し、前記被測定物はディスクであり、前記測定光は、前記ディスクに前記第１のλ／４波長板を介して照射され、前記測定光の反射光が前記第１のλ／４波長板を介して前記ビームスプリッタに戻され、前記基準光は、前記ミラーに前記第２のλ／４波長板を介して照射され、前記基準光の反射光が前記第２のλ／４波長板を介して前記ビームスプリッタに戻され、前記表面欠陥の検出として前記ディスクの突起あるいは凹欠陥を検出する請求項４記載の光ヘテロダイン干渉測定装置。
【請求項６】
さらにオシロスコープを有し、前記偏光板の軸の角度は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光の間の斜め４５゜に初期設定されていて、前記受光素子はＡＰＤであり、前記電気信号のレベルは、前記ＡＰＤの出力端子に前記オシロスコープを接続して観測され、前記電気信号のレベルが最小となる位置で前記偏光板の軸の角度が固定される請求項５記載の光ヘテロダイン干渉測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置に関し、詳しくは、磁気ディスクやその基板（サブストレート）などの表面欠陥検査装置あるいはウエハなどの表面検査装置、ウエハ等のフラットネス測定（平坦度測定）など、対象物（ワーク）の突起あるいは凹欠陥、凹凸欠陥あるいは相対変位量を測定する光ヘテロダイン干渉測定装置において、干渉光におけるノイズを低減して測定精度を向上させることができるような光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ヘテロダイン干渉測定法は、わずかに周波数の異なる(数kHz〜数百MHz)基準光と測定光とを生成して測定光を被測定物に照射し、測定物体からの反射光と基準光を干渉させ、従来の干渉法の直流的な干渉縞に交流のオフセット周波数(ビート周波数)を与えて、この交流信号の位相変化から物体の変位等を測定するものである。
この測定法は、光源の光量変動の影響を受けにくいので、低反射率の物体、特に、磁気ディスクやその基板（サブストレート）の突起あるいは凹欠陥などの状態を検出（測定）するのに適している。
磁気ディスクやその基板（サブストレート）表面の突起欠陥検査を光ヘテロダイン干渉測定装置を用いて行うものとして出願人の出願による特開２００３−２０７４５７号が公知である（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２０７４５７号公報
【０００３】
また、対象物の相対変位量を測定するものとして静電容量センサが利用されるが、静電容量センサ等による測定の場合には、通常、基準位置からワークの表面までの距離を測定することになるので、基準位置部材を支持するフレームの温度変化による膨張、収縮、そして経年変化により基準位置に誤差が生じ、これによって精度の高い測定をすることが難しい問題がある。そこで、光ヘテロダイン干渉測定装置を利用したフラットネス測定等の各種の測定が行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気ディスクやその基板（サブストレート）表面の突起検査あるいは凹凸欠陥検査では、高記録密度の要求からますます低い突起や凹欠陥の検出が要求されてきてる。また、ウエハ等のフラットネス測定や厚さ測定も同様であり、検査精度の向上の要請が強い。
このような状況において光ヘテロダイン干渉測定装置の測定精度について検討してみると、測定精度を向上させるには干渉光において如何にノイズを低減するかに依存していると言える。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、干渉光におけるノイズを低減して測定精度を向上させることができる光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するためのこの発明の光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置の特徴は、周波数の異なる基準光と測定光とを生成してビームスプリッタを介して測定光を被測定物に照射し、基準光をミラーに反射させて被測定物からの反射光とミラーに反射させた基準光の干渉光を得て、被測定物の表面状態を測定しあるいは表面欠陥を検出するための光ヘテロダイン干渉測定方法において、
ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであり、
基準光がＳ偏光光およびＰ偏光光のいずれか一方であり、測定光がＳ偏光光およびＰ偏光光のいずれか他方であり、
被測定物からの反射光とミラーに反射させた基準光とをビームスプリッタから偏光板を通して得て受光素子で干渉光の電気信号を得るものであって、基準光および測定光のうちビームスプリッタを透過する透過光側を遮断した状態で受光素子から得られる電気信号のレベルが最小となるように偏光板を回転させて偏光板の軸を設定し、被測定物の表面状態を測定しあるいは表面欠陥を検出するものである。
【発明の効果】
【０００６】
このようにこの発明にあっては、周波数の異なる基準光と測定光とを生成してビームスプリッタを介して測定光を被測定物に照射する光ヘテロダイン干渉測定方法において、ビームスプリッタへ照射される透過光側を遮断し、反射する側の光ビームだけとし、これの透過方向への漏れ光の受光素子での受光が最小になるように、偏光板の軸を設定するようにしているので、受光素子から得られる干渉光の電気信号における漏れ光により発生するノイズレベルを低減することができる。
その結果、被測定物の表面状態を測定しあるいは表面欠陥を検出するための光ヘテロダイン干渉測定方法およびその測定装置において、その測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、この発明の光ヘテロダイン干渉測定方法を適用した一実施例のディスク表面の凹凸欠陥検査装置の説明図であり、図２は、その偏光板の測定光の通過状態を示す説明図、図３は、そのオシロスコープによる測定波形の説明図である。
図１において、１０は凹凸欠陥検査装置であって、１は、検査対象となるディスク、２は光ヘテロダイン干渉測定装置、３は、オシロスコープ、４は偏光板回転機構、５は基準光遮断機構、６はＤ／Ａ変換回路（Ｄ／Ａ）、７は検査データ処理装置、８は、ディスク１をＲθ（あるいはＸＹ）移動させる検査テーブルである。  検査データ処理装置７は、検査テーブル８を駆動してディスク１をスパイラル走査をして凹凸欠陥について電気信号を光ヘテロダイン干渉測定装置２から得て、それをＤ／Ａ変換してデータ処理をして凹部欠陥あるいは凸欠陥（突起）を検出し、検出された座標値とともに記憶し、そのデータをプリントアウトし、あるいは欠陥データを表示するデータ処理装置である。
光ヘテロダイン干渉検査装置２は、レーザ光源２０と、偏光ビームスプリッタ２１，音響光学素子（ＡＯＭ）２２ａ，２２ｂ、ミラー２３ａ、２３ｂ、偏光ビームスプリッタ２４，２５、λ／４波長板２６ａ，２６ｂ、対物レンズ２７ａ，２７ｂ、参照ミラー２８、偏光板２９、ＡＰＤ（アバランシェ・ホト・ダイオード）３０とからなる。
なお、参照ミラー２８とディスク１とは光学的に等しい位置に置かれている。
【０００８】
レーザ光源２０は、所定の波長のレーザ光を発生し、偏光ビームスプリッタ２１に照射する。偏光ビームスプリッタ２１は、レーザ光源２０から受けたビーム光を偏光面が９０゜相違するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分岐して、それぞれを音響光学素子（ＡＯＭ）２２ａ，２２ｂに送出する。
音響光学素子（ＡＯＭ）２２ａは、Ｓ偏光成分を所定の周波数ｆａで変調してミラー２３ａを経て測定光Ｍとして偏光ビームスプリッタ２４へと照射する。音響光学素子（ＡＯＭ）２２ｂは、Ｐ偏光成分を所定の周波数ｆｂで変調してミラー２３ｂを経て基準光Ｒとして偏光ビームスプリッタ２４へと照射する。
基準光遮断機構５は、ミラー２３ｂと偏光ビームスプリッタ２４の光路の間に遮光板５ａを挿入して基準光Ｒを遮断しあるいはそれを解除する。基準光遮断機構５の遮光する駆動は、手動でもよいし、検査データ処理装置７からの制御信号をアクチュエータが受けて基準光Ｒの遮断、通過の動作をするものであってもよい。
【０００９】
偏光ビームスプリッタ２４に照射されそれぞれに変調された偏光ビーム（基準光Ｒ，測定光Ｍ）は、偏光ビームスプリッタ２５にそれぞれ照射され、そのうちＳ偏光成分の所定の周波数ｆａで変調された測定光Ｍは、ここで入射角４５゜で９０゜方向を変えて反射してλ／４波長板２６ａ，対物レンズ２７ａを経て測定光Ｍ（正規光）としてディスク１に照射される。この測定光Ｍは、ディスク１の表面で反射されて対物レンズ２７ａを通過してλ／４波長板２６ａに戻り，偏光ビームスプリッタ２５へとＰ偏光となって帰ってくる。そして、そのまま直進して偏光板２９を経てＡＰＤ３０に入射する。
なお、λ／４波長板２６ａ，２６ｂは、反射波がＰ偏光からＳ偏光へあるいはその逆になるように往きには直線偏光を円偏光に変換し、帰りにはその逆になる。そのようにそれぞれの１／４波長板の軸角度が設定されている。
【００１０】
そこで、Ｐ偏光成分の所定の周波数ｆｂで変調された参照光ｒは、偏光ビームスプリッタ２５を直進してλ／４波長板２６ｂ，対物レンズ２７ｂを経て基準光Ｒとして参照ミラー２８に照射される。この基準光Ｒの反射光は、対物レンズ２７ｂを通過してλ／４波長板２６ｂ，偏光ビームスプリッタ２５へとＳ偏光となって戻り、ここで９０゜方向を変えて反射して偏光板２９を経てＡＰＤ３０に入射する。
偏光板２９は、通常４５゜に設定されていて、反射したＰ偏光成分の測定光Ｍと反射したＳ偏光成分の基準光Ｒとを各々偏光板通過前の１／２の出力で通過させる。そのためこの偏光板２９は透過率が高いビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用している。
その結果、Ｐ光成分の測定光ＭとＳ偏光成分の基準光Ｒとが偏光板２９を通過して、光干渉フィルタとなるＡＰＤ３０に干渉光として受光される。このとき、ＡＰＤ３０において干渉光が電気信号として出力される。
【００１１】
Ｓ偏光成分の測定光Ｍは、偏光ビームスプリッタ２５で９０゜方向を変えて反射されるので、その際に偏光ビームスプリッタ２５を透過して直進する漏れ光Ｌが発生する。それは、基準光Ｒと同様にλ／４波長板２６ｂ，対物レンズ２７ｂを経て参照ミラー２８に照射される。この正規光の漏れ光Ｌの成分は、基準光と同様なＰ偏光成分であり、通常は２％程度は生じる。
偏光ビームスプリッタ２５を透過するこの漏れ光Ｌは、偏光ビームスプリッタ２５の反射面の形状誤差等から直線偏光から円偏光が生じ、そのうち透過させる基準光Ｒと同じＰ偏光成分となって現れる。
一方、基準光Ｒは直進するのでここでの漏れ光Ｌは少なく、参照ミラー３８から反射後の基準光Ｒが偏光ビームスプリッタ２５で９０゜方向を変えて反射する際の漏れ光Ｌは、ＡＰＤ３０側ではない。この点にこの発明は着目している。
偏光ビームスプリッタ２５を直進した測定光Ｍの漏れ光Ｌ（Ｐ偏光成分）は、λ／４波長板２６ｂを透過して参照ミラー２８に照射され、参照ミラー２８で反射して基準光Ｒと同じくＳ偏光成分となって帰ってくる。それが偏光ビームスプリッタ２５で９０゜方向を変えて反射されると、これが戻りの測定光Ｍと重なり、測定光Ｍにノイズとなって現れてくる。そこで、ここでは、この偏光ビームスプリッタ２５を透過する、直進する測定光Ｍの漏れ光Ｌを低減させる。
【００１２】
偏光板回転機構４は、円板状の偏光板２９の保持する内側リング部材４１と、これの外側に固定状態で設けられた外側リング部材４２（図１ではこれらリング部材を断面図として示す。図２（ａ），（ｂ）参照）とを有し、内側リング部材４１は、外側リング部材４２に沿って回動する。
４３は、内側リング部材４１に結合し、外側リング部材４２の溝開口（図示せず）を貫通して内側リング部材４１を回転させ、偏光板２９を回動させる操作レバーである。この操作レバー４３に対して反対側には、内側リング部材４１を外側リング部材４２に固定して回転できないようにする止めねじ４４が設けられている。
【００１３】
図２（ａ）に示すように、偏光板２９の軸角度を４５゜としたときには、ディスク１で反射したＰ偏光成分の測定光Ｍ（縦実線矢印）と参照ミラー２８で反射した漏れ光Ｌの反射光としてのＳ偏光成分（横点線矢印）とが偏光板２９を通過すると、図２（ｂ）に示すように、ＡＰＤ３０の受光面３０ａでそれぞれに受けることになる。
点線矢印が偏光板２９を通過した漏れ光Ｌの反射光としてのＳ偏光成分であり、実線が偏光板２９を通過したＰ偏光成分の測定光Ｍである。なお、図では、漏れ光Ｌの成分を多少誇張して大きく示してある。
そこで、ＡＰＤ３０の出力端子３０ｂ（図１参照）とＤ／Ａ６との接続点にオシロスコープ３を接続し、基準光遮断機構５を動作させて、基準光Ｒを遮断する。そして、偏光板回転機構４の操作レバー４３により測定光ＭのＰ偏光成分を透過させ、反射した漏れ光ＬのＳ偏光成分を通さない方向、すなわち、図２（ａ）において、反時計方向に偏光板２９の軸を回転させて、オシロスコープ３で受光レベルを観測する。
【００１４】
図３は、オシロスコープ３上でのガラスディスクの受光レベルの観測波形であって、図３（ａ）は、偏光板２９を４５゜の角度に設定したときのＡＰＤ３０の出力波形である。
この場合にオシロスコープ３上で観測される波形は、基準光遮断機構５により基準光Ｒが遮断されているので、ＡＰＤ３０の出力は、測定光Ｍと漏れ光Ｌとの干渉光の検出となる。
そこで、偏光板回転機構４を反時計方向に手動操作で操作レバー４３を回転させて戻し、オシロスコープ３上での観測波形において干渉光Ｉがなくなるか、最小になる位置まで回転させる。その角度は、Ｐ偏光成分のみを通過させる偏光板２９の軸角度を０゜とした場合に時計方向に２０゜から４０゜の回転位置にある。そこで、漏れ光Ｌがノイズとならないような偏光板２９の最適な回転位置を求める。
【００１５】
その結果として偏光板２９の所定の回転位置で、図３（ａ）の波形は、図３（ｂ）のようにＡＰＤ３０の基準電圧のレベル変動に近い状態になる。もちろん、このときに軸角度をゼロにはしない。あくまでも測定光Ｍと基準光Ｒと干渉光Ｉがある程度以下のレベルで得られる範囲に設定する。
この状態で止めねじ４４を回転させて内側リング部材４１を外側リング部材４２に固定して偏光板２９の回転止めをして偏光板２９の軸角度を固定する。
そして、図３（ｂ）の状態で基準光遮断機構５の動作を解除して基準光Ｒを発生させると、結果として図３（ｃ）に示すような干渉信号（測定信号）を得ることができる。
ガラスディスクを磁性膜付きのディスクに換えて測定した場合が図３（ｄ）〜（ｅ）であり、それぞれが（ａ）〜（ｃ）の波形にそれぞれ対応している。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
以上説明してきたが、実施例では、偏光板回転機構４の操作レバー４３を手動操作で偏光板２９の最適な回転位置を求めているが、偏光板回転機構４に回転駆動機構を設けて、偏光板２９を電動駆動で回転するようにしてもよい。この場合には、図１の点線で示すように、データ処理装置７からの制御信号で基準光遮断機構５により基準光Ｒを遮断して状態で検査データ処理装置７でＡＰＤ３０の出力が最小となる回転位置を選択し、そこで、偏光板回転機構４の駆動を停止する。
また、実施例では、受光素子としてＡＰＤを用いているが、これは、ピンホトダイオード、ＣＣＤ、その他の受光素子が用いられてもよいことはもちろんである。
受光素子の手前に設けた偏光板は、その軸を４５゜としているが、偏光板の軸の初期設定は最初から２０゜あるいは４０゜の範囲に設定されていてもよい。それにより２０゜から時計方向にあるいは４０゜から反時計方向に回転させるようにすることができる。
さらに、実施例では、測定光側をＳ偏光光とし、基準光側をＰ偏光光としているが、これらは逆であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、この発明の光ヘテロダイン干渉測定方法を適用した一実施例のディスク表面の凹凸欠陥検査装置の説明図である。
【図２】図２は、その偏光板の測定光の通過状態を示す説明図である。
【図３】図３は、そのオシロスコープによる測定波形の説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…検査対象となるディスク、２…光ヘテロダイン干渉検査装置、
３…オシロスコープ、４…偏光板回転機構、
５…基準光遮断機構、６…Ｄ／Ａ変換回路（Ｄ／Ａ）、
７…検査データ処理装置、８…検査テーブル、
１０…凹凸欠陥検査装置、
２０…レーザ光源、２１…偏光ビームスプリッタ、
２２ａ，２２ｂ…音響光学素子（ＡＯＭ）、
２３ａ，２３ｂ…ミラー、
２４，２５…偏光ビームスプリッタ、
２６ａ，２６ｂ…λ／４波長板、
２７ａ，２７ｂ…対物レンズ、
２８…参照ミラー、２９…偏光板、
３０…ＡＰＤ（アバランシェ・ホト・ダイオード）。
【図１】
0004673770.tif 000002
【図２】
0004673770.tif 000003
【図３】
0004673770.tif 000004