(57)【要約】【課題】測定面１８の傾きに伴う反射光Ｌ1の光軸のズレを容易に調整することが可能で、安定した測定を行うことが可能な形状測定装置および形状測定装置の光軸調整方法を提供することを目的としている。【解決手段】レーザ光Ｌ0＋Ｌ1を分割してそれぞれ測定面１８と参照面２０とに照射した後、再び混合して出射し、混合光Ｌ0＋Ｌ1を再び分割してそれぞれ調整面３０と反射面３１とに照射し、調整面３０を移動させることにより調整面３０に照射された測定光Ｌ1の反射光の光軸と反射面３１に照射された参照光Ｌ0の反射光の光軸とを合わせることにより、測定光Ｌ1と参照光Ｌ0の光軸調整作業を容易に行うことが可能となる。【選択図】図１
2005164322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を分割してそれぞれ測定面と参照面とに照射した後、再び混合して出射する第一の偏光ビームスプリッタと、前記第一の偏光ビームスプリッタと前記参照面との間に配置された第一の四分の一波長板と、前記第一の偏光ビームスプリッタと前記測定面との間に配置された第二の四分の一波長板と、前記第一の偏光ビームスプリッタから出射された混合光を受光して干渉させかつ干渉強度変化に基づいて測定対象物表面の変位を測定する受光部とを備えた形状測定装置において、
前記第一の偏光ビームスプリッタと受光部との間に光軸調整部を備え、前記光軸調整部は、前記第一の偏光ビームスプリッタから出射された混合光を再び分割してそれぞれ調整面と反射面とに照射した後、再び混合して出射する第二の偏光ビームスプリッタと、前記第二の偏光ビームスプリッタと前記調整面との間に配置された第三の四分の一波長板と、前記第二の偏光ビームスプリッタと前記反射面との間に配置された第四の四分の一波長板とを備えたことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
第一の偏光ビームスプリッタと第二の偏光ビームスプリッタとの間に前記第一の偏光ビームスプリッタから出射された混合光を集光する集光レンズを備えたことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項３】
第三の四分の一波長板と調整面との間と第四の四分の一波長板と反射面との間とにそれぞれ集光レンズを備えたことを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
【請求項４】
第一の偏光ビームスプリッタと第二の偏光ビームスプリッタとの間に二分の一波長板を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
レーザ光を分割してそれぞれ測定面と参照面とに照射した後、再び混合して出射し、前記混合光を再び分割してそれぞれ調整面と反射面とに照射し、前記調整面を移動させることにより前記調整面に照射された測定光の反射光の光軸と前記反射面に照射された参照光の反射光の光軸とを合わせることを特徴とする形状測定装置の光軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品や金型等の表面形状や半導体製造用のウェハや磁気記録ディスク等の薄板材の平坦度や厚み等を測定する形状測定装置および形状測定装置の光軸調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学部品や金型等の非球面物体の表面形状を高精度に測定する方法として、３次元形状測定機の利用が広く知られている。
【０００３】
一般に３次元形状測定機は、接触型または非接触型のプローブを被測定物に近づけ、両者がほぼ一定の距離またはほぼ一定の力になるようプローブ位置を制御し、被測定物の表面に沿って移動させ、プローブと基準面の位置関係から被測定物の表面形状を測定するものであり、このような３次元測定機のひとつとして、レーザ測長器と基準平面ミラーを利用した３次元形状測定機があった。
【０００４】
ここで、従来の３次元形状測定機について、図７を用いて説明する。
【０００５】
図７は、従来の３次元形状測定機の概略構成図である。
【０００６】
図７において、石定盤５１上に設置されたレンズ等の被測定物５２の測定面５２ａに、移動体５３に取り付けられたプローブ５５の先端を追従させて、被測定物５２の表面形状を測定するように構成されている。詳細には、被測定物５２が搭載されている石定盤５１には、支持部を介してＸ参照ミラー５６、Ｙ参照ミラー５７、Ｚ参照ミラー５８が配置されている。
【０００７】
プローブ５５が設けられた移動体５３には、Ｘステージ５９およびＹステージ６０が設けられており、被測定物５２の測定面５２ａの表面形状に追従してＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動体５３とプローブ５５を走査できる構成となっている。
【０００８】
さらに、移動体５３にはレーザ測長光学系５４が設けられており、光干渉法によりＸ参照ミラー５６を基準としたプローブ５５のＸ座標、Ｙ参照ミラー５７を基準としたプローブ５５のＹ座標、Ｚ参照ミラー５８を基準としたプローブ５５のＺ座標がそれぞれ測長されることにより、被測定物５２の表面形状を測定していた（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００９】
また、半導体製造用のウェハや磁気記録ディスク等の薄板材の平坦度や厚み等を測定する厚み変動測定装置が益々必要となってきている。その理由は、ウェハ表面に半導体素子や回路を作製するには、写真製版技術や印刷技術、各種の微細加工技術等を適用した加工処理が行われるが、このような加工処理を行うウェハは、表面の平坦度を高めることが重要である。ウェハ表面の平坦度が劣ると、写真製版の際に素子や回路のパターンが不鮮明に作製されたり、ウェハ表面にパターン状に印刷される材料の輪郭が不明確になったりし、特に半導体素子や回路の高密度化あるいは大型化が進むほどこの問題が顕著になる。
【００１０】
また、半導体製造工程では、ウェハの全表面を平坦な支持面に真空吸着等の手段で密着させて支持して各種加工を行うことが多く、ウェハの平坦度や厚みにバラツキがあると、ウェハを平坦な支持面に密着させて支持した際に、厚みのバラツキがそのままウェハ表面の平坦度のバラツキとして現れる。そこで、ウェハの平坦度や厚みにバラツキが生じないようにすることが要求され、製造されたウェハの厚み変動が大きいか否かを正確かつ能率的に測定し、評価することが必要となっている。
【００１１】
ここで、従来のウェハの厚み変動測定装置について、図８を用いて説明する。
【００１２】
図８は、シリコン等からなる半導体ウェハの厚み変動測定装置の概略構成図である。
【００１３】
図８において、厚み変動測定装置は、架台１上にウェハ保持ステージ２とセンサ移動ステージ３とを備えている。
【００１４】
ウェハ保持ステージ２は、ダイレクトドライブモータ４と内周にウェハ５を保持する環状のスピンドル６とからなっており、スピンドル６はダイレクトドライブモータ４によってＸＹ軸面内で回転駆動される。
【００１５】
センサ移動ステージ３は、モータ７とモータ７により回転するボールねじ８とプローブ９とからなっており、モータ７を回転させることによりプローブ９をＸ軸方向に移動させ、スピンドル６に取り付けられたウェハ５の表面の平坦度を検出することにより、ウェハ５の厚み変動を測定していた。図８においては、片面側のみにプローブ９を示しているが、プローブ９はウェハ５の両面側に備えている。（例えば、特許文献３参照。）。
【００１６】
従来の３次元形状測定機と厚み変動測定装置とに共通していることは、被測定物の表面にプローブを走査させ、プローブの動きをレーザ光による測定光学系で測定していることであり、プローブ９の測定光学系を一例として、図９を用いて説明する。
【００１７】
図９は、プローブの測定光学系を示す図である。
【００１８】
ウェハ５の両面側のプローブ９は、それぞれ測定光学系１０と受光部１１とを有するとともに、一つのレーザ出力装置１２から出力された光で動作する。
【００１９】
レーザ出力装置１２は、周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザが用いられ、光の振動方向が垂直な成分（以下、Ｓ偏光という）である参照光Ｌ0と光の振動方向が水平な成分（以下、Ｐ偏光という）である測定光Ｌ1とが混合された出力光Ｌ0＋Ｌ1を出力する。レーザ出力装置１２から出力された出力光Ｌ0＋Ｌ1は、複数のミラー１３およびアイソレータ１４を経て、ビームスプリッタ１５で２方向に分割される。分割された出力光Ｌ0＋Ｌ1は、さらに複数のミラー１３を経て、ウェハ５の両面側の測定光学系１０へと供給される。
【００２０】
測定光学系１０では、出力光Ｌ0＋Ｌ1が第一の集光レンズ１６で絞り込まれたあと、分岐混合部となる偏光ビームスプリッタ１７に入射される。偏光ビームスプリッタ１７ではＰ偏光である測定光Ｌ1は透過するが、Ｓ偏光である参照光Ｌ0は直角方向に反射する。第一の集光レンズ１６は、出力光Ｌ0＋Ｌ1を絞り込むことで、測定光Ｌ1をウェハ５の表面に集光させて照射する。但し、実施の形態としてはウェハ５の表面に直接に集光させるのではなく、触針反射器１８の反射面に集光させている。
【００２１】
偏光ビームスプリッタ１７で直角方向に反射した参照光Ｌ0は、第一の四分の一波長板１９を通過した後、測定面である触針反射器１８の反射面と垂直な方向に配置された参照面２０で反射し、再び第一の四分の一波長板１９を通過して偏光ビームスプリッタ１７に入射する。参照光Ｌ0は、四分の一波長板１９を２回通過することによりＳ偏光からＰ偏光に変化するため、参照面２０で反射した参照光Ｌ0は偏光ビームスプリッタ１７を透過する。
【００２２】
一方、偏光ビームスプリッタ１７を透過した測定光Ｌ1は、第二の四分の一波長板２１を通過した後、触針反射器１８の反射面で反射し、再び第二の四分の一波長板２１を通過して偏光ビームスプリッタ１７に入射する。測定光Ｌ1は、第二の四分の一波長板２１を２回通過することによりＰ偏光からＳ偏光に変化するため、触針反射器１８の反射面で反射した測定光Ｌ1は偏光ビームスプリッタ１７で直角方向に反射され、参照光Ｌ0と同じ方向に進むことになる。従って、偏光ビームスプリッタ１７からは、参照光Ｌ0と測定光Ｌ1との混合光Ｌ0＋Ｌ1が出力される。
【００２３】
なお、偏光ビームスプリッタ１７から参照面２０までの距離は、偏光ビームスプリッタ１７から触針反射器１８までの距離と略同じに設定されている。但し、光の行程が測定光Ｌ1では触針反射器１８までの距離によって変わり、参照光Ｌ0では変わらないので、両方の光の行程差あるいは位相差が生じている。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１７から出力される混合光Ｌ0＋Ｌ1は、複数のミラー２２、コリメートレンズ２３、第二の集光レンズ２４を経て、受光部１１に入力される。コリメートレンズ２３は混合光Ｌ0＋Ｌ1を平行光にし、第二の集光レンズ２４は混合光Ｌ0＋Ｌ1を受光部１１の受光面に集光させる。
【００２５】
受光部１１では、測定光学系１０からの測定光Ｌ1と参照光Ｌ0が干渉する。すなわち、参照光Ｌ0は偏光ビームスプリッタ１７と参照面２０の距離が変化しないが、測定光Ｌ1は偏光ビームスプリッタ１７とウェハ５表面の距離がウェハ５の凹凸にしたがって変化するので、この距離変化に応じて測定光Ｌ1と参照光Ｌ0の干渉信号が発生する。この干渉信号を電気信号に変換し、カウントすることでウェハ５の平坦度を測定する。また、左右の測定光学系１０による平坦度の測定データを加算することによりウェハ５の厚さ変動を測定する。
【特許文献１】特開平４−２９９２０６号公報
【特許文献２】特開平１０−１７０２４３号公報
【特許文献３】特開２０００−２８３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上記に示したような従来の方法では、測定面の傾きが大きくなった場合に、測定光が測定面で反射した反射光の光軸が変化して参照光と干渉しなくなるため、測定面の傾きが変化するたびに測定光の光軸を確認し、参照光との干渉が不十分であれば光軸を調整する作業が必要であった。従来、この作業は参照面の角度を変えることにより参照光の光軸を測定光の光軸に合わせるという方法で行っていたが、参照面は装置の中心部近くであったり、色々な部品が装着された狭い場所であったりしたため、作業が極めて困難であった。
【００２７】
また、この測定光学系では参照光を基準としているにもかかわらず、測定面の傾きが変化するたびに少しずつ参照光の光軸が変化するため、受光部に入射する光軸に位置ズレが発生し、測定が不可能になる可能性もあった。
【００２８】
本発明は、測定面の傾きに伴う反射光の光軸のズレを容易に調整することが可能で、安定した測定を行うことが可能な形状測定装置および形状測定装置の光軸調整方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するために本発明は、レーザ光を分割してそれぞれ測定面と参照面とに照射した後、再び混合して出射する第一の偏光ビームスプリッタと、前記第一の偏光ビームスプリッタと前記参照面との間に配置された第一の四分の一波長板と、前記第一の偏光ビームスプリッタと前記測定面との間に配置された第二の四分の一波長板と、前記第一の偏光ビームスプリッタから出射された混合光を受光して干渉させかつ干渉強度変化に基づいて測定対象物表面の変位を測定する受光部とを備えた形状測定装置において、
前記第一の偏光ビームスプリッタと受光部との間に光軸調整部を備え、前記光軸調整部は、前記第一の偏光ビームスプリッタから出射された混合光を再び分割してそれぞれ調整面と反射面とに照射した後、再び混合して出射する第二の偏光ビームスプリッタと、前記第二の偏光ビームスプリッタと前記調整面との間に配置された第三の四分の一波長板と、前記第二の偏光ビームスプリッタと前記反射面との間に配置された第四の四分の一波長板とを備えたことにより、測定光を調整面に照射して調整面で光軸を調整することが可能であり、基準としている参照光の光軸を変更することがなく、測定光と参照光の干渉を安定させることが可能であり、安定した測定を行うことが可能となるとともに、調整面を作業の容易な場所に持ってくることが可能となる。
【００３０】
また、第一の偏光ビームスプリッタと第二の偏光ビームスプリッタとの間に前記第一の偏光ビームスプリッタから出射された混合光を集光する集光レンズを備えたことにより、調整面に当たる測定光の面積が少なくなり、調整面および反射面のうねり等により発生する波面収差の問題を少なくすることが可能である。
【００３１】
また、第三の四分の一波長板と調整面の間と第四の四分の一波長板と反射面の間とにそれぞれ集光レンズを備えたことにより、集光レンズの焦点距離を短くすることが可能であり、集光部のスポット径を小さくすることが可能となり、波面収差の問題を更に少なくするとともにあおり量を大きくすることが可能である。
【００３２】
また、第一の偏光ビームスプリッタと第二の偏光ビームスプリッタとの間に二分の一波長板を備えたことにより、測定光の光軸を調整する調整面を作業の容易な場所に設置することが可能となる。
【００３３】
さらに、レーザ光を分割してそれぞれ測定面と参照面とに照射した後、再び混合して出射し、前記混合光を再び分割してそれぞれ調整面と反射面とに照射し、前記調整面を移動させることにより前記調整面に照射された測定光の反射光の光軸と前記反射面に照射された参照光の反射光の光軸とを合わせることにより、測定光と参照光の光軸調整作業を容易に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、測定光を調整面に照射して調整面で光軸を調整することが可能であり、基準としている参照光の光軸を変更することがなく、測定光と参照光の干渉を安定させることが可能であり、安定した測定を行うことが可能となるとともに、調整面を作業の容易な場所に持ってくることが可能となる。
【００３５】
また、第一の偏光ビームスプリッタと第二の偏光ビームスプリッタとの間に前記第一の偏光ビームスプリッタから出力された混合光を集光する集光レンズを備えたことにより、調整面に当たる測定光の面積が少なくなり、調整面および反射面のうねり等により発生する波面収差の問題を少なくすることが可能である。
【００３６】
また、第三の四分の一波長板と調整面の間と第四の四分の一波長板と反射面の間とにそれぞれ集光レンズを備えたことにより、集光レンズの焦点距離を短くすることが可能であり、集光部のスポット径を小さくすることが可能となり、波面収差の問題を更に少なくするとともにあおり量を大きくすることが可能である。
【００３７】
また、第一の偏光ビームスプリッタと第二の偏光ビームスプリッタとの間に二分の一波長板を備えたことにより、測定光の光軸を調整する調整面を作業の容易な場所に設置することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
【００３９】
まず、本発明の第一の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００４０】
図１は、本発明の第一の実施の形態におけるプローブの測定光学系を示す図である。図１において図９と同一物については同一番号を付し説明を省略する。
【００４１】
図１において従来と異なる点は、コリメートレンズ２３と第二の集光レンズ２４との間に光軸調整部２５を設けた点である。
【００４２】
光軸調整部２５は、ミラー２２と、二分の一波長板３５と、測定光Ｌ1を調整面３０に照射するとともに参照光Ｌ0を反射面３１に照射する第二の偏光ビームスプリッタ３２と、第二の偏光ビームスプリッタ３２と調整面３０との間に測定光Ｌ1が透過する第三の四分の一波長板３３と、第二の偏光ビームスプリッタ３２と反射面３１との間に参照光Ｌ0が透過する第四の四分の一波長板３４とを備えている。
【００４３】
偏光ビームスプリッタ１７から出力されたＰ偏光である参照光Ｌ0とＳ偏光である測定光Ｌ1との混合光Ｌ0+Ｌ1は、二分の一波長板３５を通過することにより偏光面が９０度回転し、参照光Ｌ0はＳ偏光に、測定光Ｌ1はＰ偏光になる。
【００４４】
二分の一波長板３５を通過した混合光Ｌ0+Ｌ1の内、第二の偏光ビームスプリッタ３２を透過したＰ偏光である測定光Ｌ1は第三の四分の一波長板３３を通過した後、調整面３０で反射し、再び第三の四分の一波長板３３を通過して第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射する。測定光Ｌ1は、第三の四分の一波長板３３を２回通過することによりＰ偏光からＳ偏光に変化するため、調整面３０で反射した測定光Ｌ1は第二の偏光ビームスプリッタ３２で直角方向に反射する。
【００４５】
一方、二分の一波長板３５を通過した混合光Ｌ0+Ｌ1の内、第二の偏光ビームスプリッタ３２で直角方向に反射したＳ偏光である参照光Ｌ0は第四の四分の一波長板３４を通過した後、反射面３１で反射し、再び第四の四分の一波長板３４を通過して第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射する。参照光Ｌ0は、第四の四分の一波長板３４を２回通過することによりＳ偏光からＰ偏光に変化するため、反射面３１で反射した参照光Ｌ0は第二の偏光ビームスプリッタ３２を透過し、測定光Ｌ1と同じ方向に進むことになる。従って、第二の偏光ビームスプリッタ３２からは、参照光Ｌ0と測定光Ｌ1との混合光Ｌ0＋Ｌ1が出力される。
【００４６】
第二の偏光ビームスプリッタ３２から出力された混合光Ｌ0+Ｌ1は、第二の集光レンズ２４により集光され、受光部１１に入力される。なお、調整面３０および反射面３１には平面反射鏡やコーナキューブを用いることが可能である。
【００４７】
上記構成を用い、測定面である触針反射器の反射面の傾きが大きくなった場合に、測定光の光軸を確認し、参照光との干渉が不十分であれば調整面３０を調整する。
【００４８】
本発明の第一の実施の形態によれば、測定光学系で基準としている参照光Ｌ0の光軸を変更することなく測定することが可能であり、測定光Ｌ1の光軸のズレを調整面３０で容易に調整することが可能となり、安定した測定を行うことが可能となる。
【００４９】
また、光軸調整部２５に集光レンズを用いていないため、経済的でコンパクトな装置を実現することが可能である。
【００５０】
次に、本発明の第二の実施の形態について、図２を用いて説明する。
【００５１】
図２は、本発明の第二の実施の形態におけるプローブの測定光学系を示す図である。図２において図１と同一物については同一番号を付し説明を省略する。
【００５２】
図２において第一の実施の形態と異なる点は、二分の一波長板３５と第二の偏光ビームスプリッタ３２との間に第三の集光レンズ３６を備え、第二のビームスプリッタ３２と第二の集光レンズ２４との間に第二のコリメートレンズ３７を備えている点である。
【００５３】
二分の一波長板３５を通過した混合光Ｌ0+Ｌ1は、第三の集光レンズ３６により、測定光Ｌ1を調整面３０の表面に集光し、参照光Ｌ0を反射面３１の表面に集光する。
【００５４】
上記構成を用い、測定面である触針反射器の反射面の傾きが大きくなった場合に、測定光の光軸を確認し、参照光との干渉が不十分であれば調整面３０を調整する。
【００５５】
本発明の第二の実施の形態によれば、測定光学系で基準としている参照光Ｌ0の光軸を変更することなく測定することが可能であり、測定光Ｌ1の光軸のズレを調整面３０で容易に調整することが可能となり、安定した測定を行うことが可能となる。
【００５６】
さらに、第一の実施の形態に比べて波面収差が発生しにくくなり、より高精度に調整を行うことが可能となる。
【００５７】
次に、本発明の第三の実施の形態について、図３から図６を用いて説明する。
【００５８】
図３は、本発明の第三の実施の形態におけるプローブの測定光学系を示す図である。図３において図１と同一物については同一番号を付し説明を省略する。
【００５９】
図３において第一の実施の形態と異なる点は、第三の四分の一波長板３３と調整面３０との間に第三の集光レンズ３８を備え、第四の四分の一波長板３４と反射面３１間に第四の集光レンズ３９を備えている点である。
【００６０】
第二の偏光ビームスプリッタ３２を透過したＰ偏光である測定光Ｌ1は第三の四分の一波長板３３を通過した後、第三の集光レンズ３８により調整面３０で集光されて反射し、再び第三の集光レンズ３８を通過して平行光となり、第三の四分の一波長板３３を通過して第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射する。
【００６１】
一方、第二の偏光ビームスプリッタ３２で直角方向に反射したＳ偏光である参照光Ｌ0は第四の四分の一波長板３４を通過した後、第四の集光レンズ３９により反射面３１で集光されて反射し、再び第四の集光レンズ３９を通過して平行光となり、第四の四分の一波長板３４を通過して第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射する。
【００６２】
調整面３０で反射された測定光Ｌ1と反射面３１で反射された参照光Ｌ0は、第二の偏光ビームスプリッタ３２により混合光Ｌ0＋Ｌ1として出力され、第二の集光レンズ２４により集光され、受光部１１に入力される。
【００６３】
図４は、本発明の第三の実施の形態における光軸調整部２５の部分詳細図である。
【００６４】
基準となる参照光Ｌ0は、参照面２０、複数のミラー２２、コリメートレンズ２３等、装置に固定されている機能部品を通過し、図４の点線で示すように、第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射し、直角方向に反射して第四の四分の一波長板３４、第四の集光レンズ３９を通り反射面３１で反射される。反射した参照光Ｌ0は、第二の偏光ビームスプリッタ３２を透過して第二の偏光ビームスプリッタ３２から出力される。従って、参照光Ｌ0は常に各部品の中心部を通るように調整され配置されている。
【００６５】
一方、測定光Ｌ1の光軸はズレが発生しやすく、原因としては、触針反射器１８をプローブ９に装着する際のバラツキ、触針反射器１８を製造する際の反射面の取付けバラツキ、ウェハ５を装着する際のバラツキ等が考えられるが、触針反射器１８を製造する際の反射面の取付けバラツキが最も大きいな原因と考えられる。従って、接触子の磨耗等により触針反射器１８を取り替えるたびに測定光の光軸を調整する必要が発生していた。
【００６６】
本発明の第三の実施の形態においては、例えば、図４の実線で示すように測定光Ｌ1にズレが発生して第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射してきた際には、調整面３０をあおることにより、測定光Ｌ1の光軸を第二の偏光ビームスプリッタ３２の中心部に移動させるように反射させ、測定光Ｌ1の光軸を参照光Ｌ0の光軸に一致させる。
【００６７】
従って、従来では参照面２０の角度を変更し参照光Ｌ0の光軸を測定光Ｌ1の光軸に合わせるという方法で調整を行っていたが、本発明の実施の形態では、基準となる参照光Ｌ0の光軸を変更することなく、参照光Ｌ0と測定光Ｌ1とが干渉するように調整することが可能となるため、安定した測定を行うことが可能となる。
【００６８】
なお、図４では第三の実施の形態として説明を行ったが、第一の実施の形態および第二の実施の形態においても同じであることは言うまでもない。
【００６９】
図５および図６は、本発明の第三の実施の形態における概略構成の斜視図である。
【００７０】
各機能部品の動作は上記で記述した通りであるが、偏光ビームスプリッタ１７を中心とした測定光学系１０は、ウェハの厚み変動測定装置では、被測定物であるウェハ５やウェハ５を保持して回転するスピンドル６に近い所に置かなければならなく、３次元形状測定機であれば、装置の中心部であるプローブ５５の装着部となる。
【００７１】
従来の測定光学系１０では、参照面２０の角度を変更することにより参照光Ｌ0の光軸を測定光Ｌ1の光軸に合わせるという方法で調整を行っていたが、参照面２０が設置されている場所は狭い上に色々な部品が装着されており、装置の中心部近くで調整しなければならなく、調整作業が極めて困難であった。
【００７２】
本発明の第三の実施の形態においては、図５および図６で示すように、第二の偏光ビームスプリッタ３２を中心とした光軸調整部２５を別に設けており、調整面３０を調整作業が容易な場所に設置することが可能であり、調整作業を容易に行うことが可能となる。
【００７３】
また、調整面３０を手動で調整する場合には、調整面３０を見ながら調整作業が可能な位置に調整面３０を設置し、調整作業を遠隔操作で行う場合には、操作部を操作の容易な位置に設置すればよい。
【００７４】
調整面３０を手動で調整する場合の調整作業が容易な場所として、装置の上面が考えられる。装置上面に調整面３０を設置するためには、図６で示すように、第二の偏光ビームスプリッタ３２の偏光面を９０度回転させて設置することにより、第二の偏光ビームスプリッタ３２に入射された測定光Ｌ1は装置上面方向に反射されるため、調整面３０を装置上面に設置することが可能となる。
【００７５】
なお、図５および図６では第三の実施の形態として説明を行ったが、第一の実施の形態および第二の実施の形態においても同じであることは言うまでもない。
【００７６】
本発明の第三の実施の形態によれば、測定光学系で基準としている参照光Ｌ0の光軸を変更することなく測定することが可能であり、測定光Ｌ1の光軸のズレを調整面３０で容易に調整することが可能となり、安定した測定を行うことが可能となる。
【００７７】
さらに、第二の実施の形態に比べてあおり量を大きくしても光軸の変化量が少ないため、光軸の微調整が可能となり、より高精度に調整を行うことが可能となる。
【００７８】
また、本発明の実施の形態においては、二分の一波長板３５を設けて説明を行ったが、二分の一波長板３５を設けなくてもよい。
【００７９】
しかし、図５において二分の一波長板３５を設けなかった場合、偏光ビームスプリッタ１７から出力されたＰ偏光である参照光Ｌ0は第二の偏光ビームスプリッタ３２を透過し、Ｓ偏光である測定光Ｌ1は偏光ビームスプリッタＢ３２で反射する。従って、調整面３０と反射面３１とを入れ替えることにより測定光Ｌ1の光軸を調整することは可能であるが、一般的には測定面側となり調整作業が困難になる可能性が考えられる。
【００８０】
また、二分の一波長板３５を必要に応じて挿入することにより、複数のミラーで複雑な光路になった場合でも、調整面３０を自由に調整の容易な場所に持ってくることが可能となる。
【００８１】
さらに、二分の一波長板は、偏光波の波面を偏光ビームスプリッタに対し垂直に入射させる効果もあるので、可能なかぎり装着することが望ましい。
【００８２】
また、本発明の実施の形態においては、コリメートレンズ２３と集光レンズ２４との間に光軸調整部２５を設けたが、偏光ビームスプリッタ１７と受光部１１との間であればいずれの場所に設けてもよい。
【００８３】
また、本発明の実施の形態においては、マイケルソン干渉計を用いて説明を行ったが、周波数が異なりかつ互いに偏光が直交しているレーザ光で測定するヘテロダイン干渉計を用いてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の形状測定装置は、光学部品や金型等の非球面物体の表面形状を測定する３次元形状測定機等にも適用でき、これらの被測定面の位置情報を得る形状測定装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第一の実施の形態におけるプローブの測定光学系を示す図
【図２】本発明の第二の実施の形態におけるプローブの測定光学系を示す図
【図３】本発明の第三の実施の形態におけるプローブの測定光学系を示す図
【図４】本発明の第三の実施の形態における光軸調整部の部分詳細図
【図５】本発明の第三の実施の形態における概略構成の斜視図
【図６】本発明の第三の実施の形態における概略構成の斜視図
【図７】従来の３次元形状測定機の概略構成図
【図８】半導体ウェハの厚み変動測定装置の概略構成図
【図９】プローブの測定光学系を示す図
【符号の説明】
【００８６】
５    薄板材（ウェハ）
１０  測定光学系
１１  受光部
１６  第一の集光レンズ
１７  偏光ビームスプリッタ
１８  触針反射器（測定面）
１９  第一の四分の一波長板
２０  参照面
２１  第二の四分の一波長板
２２  ミラー
２３  コリメートレンズ
２４  第二の集光レンズ
２５  光軸調整部
３０  調整面
３１  反射面
３２  第二の偏光ビームスプリッタ
３３  第三の四分の一波長板
３４  第四の四分の一波長板
３５  二分の一波長板
Ｌ0   参照光
Ｌ1   測定光
【図１】
2005164322.tif 000003
【図２】
2005164322.tif 000004
【図３】
2005164322.tif 000005
【図４】
2005164322.tif 000006
【図５】
2005164322.tif 000007
【図６】
2005164322.tif 000008
【図７】
2005164322.tif 000009
【図８】
2005164322.tif 000010
【図９】
2005164322.tif 000011