(57)【要約】【課題】  被測定物を移動させても光路差が変化しない表面形状測定装置の提供。【解決手段】  光の波長程度の凹凸がある表面形状を測定する装置において、照明光源１０と、対物レンズ２１と、被測定物４０と共役関係に配置された参照ミラー３２と、被測定物４０と参照ミラー３２からの反射光を重ね合わせるためのハーフミラー３１と、結像面にカラービデオカメラ２３を備え、被測定物４０と参照ミラー３２及びハーフミラー３１を一体的に移動可動な被測定物干渉ユニット３０にすることにより、被測定物４０を移動させても光路差が変化しないようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の波長程度の凹凸がある表面形状を測定する装置において、照明光源と、対物レンズと、被測定物と共役関係に配置された参照ミラーと、被測定物と参照ミラーからの反射光を重ね合わせるためのハーフミラーと、結像面にカラービデオカメラを備え、前記被測定物と参照ミラー及びハーフミラーを一体的に移動可動な被測定物干渉ユニットにしたことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
請求項１において、参照ミラーの反射膜の形状をリング状に形成し、被測定物と参照ミラー及びハーフミラーを一体的に回転可能な被測定物干渉ユニットにしたことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項３】
請求項１と請求項２において、被測定物干渉ユニット内部の被測定物と参照ミラー及びハーフミラーの３部品の相対的な調整について、少なくても一つの部品について光軸方向の調整機構を備え、また少なくても一つの部品について傾きの調整機構を備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項４】
請求項１と請求項２において、カラービデオカメラの画像から被測定物表面の凹凸高さ計算をする画像処理装置を備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、光の波長程度の凹凸がある表面形状を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  公知例として、例えば特開平１０−０６２１３９に自動的に微細な立体形状を高速かつ再現性良く測定する装置が開示されている。対物レンズと参照ミラーが一体的に構成されており、Ｚ方向精密ステージで被測定物との相対距離を変化させて、画像処理手段で干渉画像を複数入力して解析し、被測定物の立体形状を算出することが記述されている。【０００３】  特開２００３−１４８９２１にミロー型二光束干渉計と白色光源の波長可変光源あるいは波長選択フィルタとを利用して、対象物の微小な表面形状を高精度かつ迅速に測定する装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−０６２１３９（図１）
【特許文献２】特開２００３−１４８９２１（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の特許文献１と特許文献２の二光束干渉対物レンズを用いた顕微鏡装置は、被測定物の測定範囲が対物レンズの視野より広い場合、被測定物を移動させる必要があり、この移動に伴って顕微鏡装置の剛性の弱さから二光束の光路差が変化してしまう問題があった。すなわち、被測定物の表面形状に１対１に対応した干渉色が得られているのに、被測定物を移動させることで干渉色が変化してしまい、あたかも被測定物の高さが変化したかのようになってしまう問題があった。本発明はこれを解決し、被測定物を移動させても光路差が変化しない表面形状測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は上記の課題を解決するために、請求項１に示すように、光の波長程度の凹凸がある表面形状を測定する装置において、照明光源と、対物レンズと、被測定物と共役関係に配置された参照ミラーと、被測定物と参照ミラーからの反射光を重ね合わせるためのハーフミラーと、結像面にカラービデオカメラを備え、前記被測定物と参照ミラー及びハーフミラーを一体的に移動可動な被測定物干渉ユニットにしたことを特徴とする表面形状の測定方法を採用した。【０００６】  また、請求項２に示すように、請求項１において、参照ミラーの反射膜の形状をリング状に形成し、被測定物と参照ミラー及びハーフミラーを一体的に回転可能な被測定物干渉ユニットにしたことを特徴とする表面形状の測定方法を採用した。【０００７】  また、請求項３に示すように、請求項１と請求項２において、被測定物干渉ユニット内部の被測定物と参照ミラー及びハーフミラーの３部品の相対的な調整について、少なくても一つの部品について光軸方向の調整機構を備え、また少なくても一つの部品について傾きの調整機構を備えたことを特徴とする表面形状の測定方法を採用した。【０００８】  また、請求項４に示すように、請求項１と請求項２において、カラービデオカメラの画像から被測定物の凹凸高さ計算をする画像処理装置を備えたことを特徴とする表面形状の測定方法を採用した。
【発明の効果】
【０００９】  本発明は以下に記載する効果を発揮する。【００１０】  従来例の二光束干渉対物レンズを用いた顕微鏡装置は、被測定物を移動させると二光朿の光路差が変化してしまう問題があったが、請求項１では被測定物と参照ミラー及びハーフミラーを一体的に移動可動な被測定物干渉ユニットにしたため、光路差の変化が発生しなくなった。従って、被測定物の測定視野が移動しても被測定物の凹凸に対応した干渉色の変化はなく、被測定物の測定範囲全体に渡って干渉色が被測定物に固定された状態で測定が可能になった。また、被測定物の移動ステージも高精度なステージを必要としなくなった。なお、移動ステージを含めた顕微鏡装置の剛性の弱さは、フォーカスの変化として影響が残るが、焦点深度の範囲であり問題にならない。【００１１】  請求項２では、参照ミラーの反射膜の形状をリング状に形成し、被測定物と参照ミラー及びハーフミラーを一体的に回転可能な被測定物干渉ユニットにすることによって、リング状の測定範囲全体に渡って、干渉色が被測定物に固定された状態で測定が可能になった。【００１２】  請求項３では、被測定物干渉ユニット内部の被測定物と参照ミラー及びハーフミラーの３部品の相対的な調整について、少なくても一つの部品について光軸方向の調整機構を備え、また少なくても一つの部品について傾きの調整機構を備えることによって、被測定物を設置したとき、参照ミラーと被測定物を波長程度の精度で共役関係になるように調整することを可能にした。【００１３】  請求項４では、被測定物に固定された干渉色をカラービデオカメラで撮像し、画像処理装置で干渉色から被測定物の凹凸の高さ計算及び表示を行うことによって、被測定物の凹凸を視覚的に分かり易くし検査を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  本発明において発明を実施するための最良の形態は、請求項２を実施した場合であり、下記の実施例２が最良の形態である。
【実施例１】
【００１５】  請求項１に対する実施例１の装置の概略を図１に示す。照明光源１０からの光束は、集光レンズ１１、ビームスプリッタ１２、対物レンズ２１を経由して被測定物干渉ユニット３０に至る。被測定物干渉ユニット３０内部で光束は、参照ミラー３２を経由してハーフミラー３１に至る。ここでハーフミラー３１を透過した一方の光束は被測定物４０で反射し再びハーフミラー３１を透過する。他方の光束は、ハーフミラー３１で反射し、参照ミラー３２の反射膜３３で反射し、再びハーフミラー３１で反射する。両者の光束はハーフミラー３１で重ね合わされ、参照ミラー３２に至る。被測定物干渉ユニット３０で重ね合わされた二光束は、対物レンズ２１、ビームスプリッタ１２、結像レンズ２２を通過して、カラービデオカメラ２３に二光束の干渉した像を結像する。干渉像発生の原理は、従来例と同様に被測定物４０からカラービデオカメラ２３までの光路長と、反射膜３３からカラービデオカメラ２３までの光路長の光路差によって発生するが、被測定物干渉ユニット３０が移動しても、被測定物干渉ユニット３０による二光束の光路差は一定であるため、被測定物４０の凹凸に対応した干渉色は変化することなく測定することができる。数値例として、対物レンズ２１の仕様が倍率２０倍、開口数０．４、作動距離１０ｍｍ、視野径φ１ｍｍ、瞳径φ８ｍｍのものを用いたとき、反射膜３３をφ３ｍｍに設定すると、移動ステージ４１で被測定物ユニット３０を移動させることで、被測定物のφ３ｍｍの範囲を測定する装置として利用可能である。なお、反射膜３３の大きさ制限は、被測定物干渉ユニット３０の移動によって、対物レンズ２１の瞳が遮蔽されないようにする必要がある。
【実施例２】
【００１６】  請求項２に対する実施例２の装置の概略を図２及び図３に示す。図２は、参照ミラー３２と反射膜３３の形状を示していて、反射膜３３は、パイプの断面のようなリング状の測定範囲に対応した形状である。図３は被測定物干渉ユニット３０の構成とその回転を示している。被測定物干渉ユニット３０の参照ミラー３２の反射膜３３と、被測定物４０の測定範囲は、ハーフミラー３１によって共役関係にあり、被測定物干渉ユニット３０は回転ステージ４２に設置されて、回転軸４３を中心として回転する。固定された対物レンズの視野が、被測定物干渉ユニット３０の回転によって、被測定物４０のリング状の測定範囲全体を回転走査することができ、測定範囲の凹凸に対応した干渉色を測定することができる。数値例として、実施例１と同じ仕様の対物レンズを用いて、リング状の反射膜の幅を２ｍｍ程度にすることができる。
【実施例３】
【００１７】  請求項３対する実施例３の装置の概略を図４に示す。図４は、被測定物干渉ユニット３０内部の被測定物４０と参照ミラー３２及びハーフミラー３１の３部品の相対的な調整を行う部品として、被測定物４０を設置する被測定物ホルダー３４、ハーフミラー３１を設置するハーフミラーホルダー３５、参照ミラー３２の傾きの調整を行う傾き調整部材３６、参照ミラーの光軸方向の調整を行う参照ミラーホルダー３８を示している。被測定物ホルダー３４とハーフミラーホルダー３５は、ネジ結合で被測定物４０の着脱を容易にし、また光軸方向の調整も可能な構造である。ハーフミラーホルダー３５と傾き調整部材３６は、３点支持ネジ３７で傾きの調整が可能な構造である。傾き調整部材３６と参照ミラーホルダー３８は、ネジ結合で光軸方向の調整が可能な構造である。被測定物４０の着脱により、被測定物４０と参照ミラー３２の共役関係に誤差が生じるが、上記傾きの調整と光軸方向の調整により、共役関係を再調整することが可能である。【００１８】  請求項４について画像処理装置は図示しないが、実施例１と実施例２のいずれに対しても合わせて実施可能であり、画像処理装置によって被測定物４０の凹凸に対応した干渉色から高さを計算し表示することができる。干渉色は赤緑青の３色からなるが、被測定物４０の凹凸すなわち光路差の変化に対して、各色の振幅と位相差が変化する。光路差の変化に対する各色の振幅変化は、白黒ビデオカメラによる白色干渉の変化と同様であり、光路差が無いところで最大振幅が得られ、光路差が数波長になると振幅は減衰する。各色の周期はそれぞれの波長で異なり、光路差が大きくなると、各色の位相差も大きくなる。高さ計算は、振幅変化のある数波長の範囲で、各色の強度から光路差を推測計算することで可能になる。また、あらかじめ被測定物４０の代わりに傾斜した平面ミラーを設置して数波長の干渉縞を発生させ高さ計算を校正することができる。【００１９】  他の実施形態としては次のようなものがある。
実施例１から実施例３において、対物レンズ２１の下側に被測定物干渉ユニット３０を配置したが、光学的な上下関係を逆にした倒立型顕微鏡の配置にしても本発明の効果が得られることは当然である。また、実施例２において、参照ミラー３２の反射膜３３をリング状にしたが、反射膜３３を直線形状や矩形形状など被測定物４０の測定範囲に対応した形状にしても、本発明の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の表面形状測定装置の略図である。
【図２】実施例２の参照ミラーと反射膜の略図である。
【図３】実施例２の被測定物干渉ユニットの略図である。
【図４】実施例３の被測定物干渉ユニットの略図である。
【符号の説明】
１０  照明光源
１１  集光レンズ
１２  ビームスプリッタ
２１  対物レンズ
２２  結像レンズ
２３  カラービデオカメラ
３０  被測定物干渉ユニット
３１  ハーフミラー
３２  参照ミラー
３３  反射膜
３４  被測定物ホルダー
３５  ハーフミラーホルダー
３６  傾斜調整部材
３７  ３点支持ネジ
３８  参照ミラーホルダー
４０  被測定物
４１  移動ステージ
４２  回転ステージ
４３  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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