(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、
上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、
上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、
上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、
この可動偏光板の透過波面収差を測定し、この可動偏光板の回転位置に対応して上記透過波面収差を補正することを特徴とする干渉計装置。
【請求項２】
上記可動偏光板を、透過光軸と直交する面に対し僅かに傾けて配置したことを特徴とする請求項１記載の干渉計装置。
【請求項３】
同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、
上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、
上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、
上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、
上記基準板からの反射光と上記被検体からの反射光から形成する干渉縞を撮像する撮像素子を、上記可動偏光板の回転に応じて回転させることにより、この可動偏光板の透過波面収差による測定誤差を補正することを特徴とする干渉計装置。
【請求項４】
上記可動偏光板を上記基準板が保持される基準板ホルダー又は上記被検体が保持される試料保持部へ取り付けたことを特徴とする請求項１乃至３記載の干渉計装置。
【請求項５】
上記被検体面の反射率に一致する可動偏光板の回転位置が判断できる反射率目盛を付したことを特徴とする請求項１乃至４記載の干渉計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準板及び被検体からの反射光により生じる干渉縞をフィゾー型干渉計等を利用して観察・解析する干渉計装置で、基準板と被検体の反射率を合せるための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８には、従来のフィゾー型の干渉計装置の構成が示されており、図示されるように、レーザ光を透過させるハーフ（半透過）ミラー１、コリメータレンズ２が配置され、このコリメータレンズ２の後側に、基準板３、そして被検体４が配置される。一方、ハーフミラー１を介し被検面をＴＶカメラ６の撮像面に結像するための結像レンズが配置される。
【０００３】
このような構成によれば、ハーフミラー１を通過したレーザ光は、一部が基準板３の基準面（後面）３Ａで反射され（参照光となる）、また被検体４の表面でも反射されることになり、これらの反射光により干渉縞が生じる。これらの反射光は、ハーフミラー１を介してＴＶカメラ６へ入射され、このＴＶカメラ６で捉えられた干渉縞はモニタ等に映し出されて観察され、或いは解析用データとして利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の干渉計装置では、コントラストの高い干渉縞を得るために、干渉縞を形成する段階で両者の光の強度が等しくなるように、上記基準板３の反射率と被検体４の反射率を合せることが必要となることから、両者の反射率合せが煩雑となり、最適な状態の干渉縞の観察ができない場合も生じるという問題があった。そこで、一般的には、高、中、低の反射率の被検体４に対応して、基準板３も高、中、低の反射率のものを用意し、又は低反射率の基準板３を使用して、基準板３と被検体４の間にＮＤフィルターや減衰板等を入れることにより、この基準板３と被検体４から反射する光量を合せることが行われる。
【０００５】
しかし、ある特定の反射率の被検体については、コントラストが最大になるような良好な干渉縞が得られるが、反射率が異なるにつれ、必ずしも良好な干渉縞が得られなくなる。しかも、上記前者の解決方法では、高価な基準板３を３種類用意しているにも拘わらず、更に異なる反射率の基準板３を多数枚用意しなければならない。また、後者の解決方法では、反射率の異なる各種のＮＤフィルターや減衰板が必要となる。従って、両者共に、コストがかかると共に、取付け、取外し等の煩わしい作業が伴うことになる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体の反射率により基準板や減衰板を交換することなく、コントラストが最大となる良好な干渉縞が得られる干渉計装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、この可動偏光板の透過波面収差を測定し、この可動偏光板の回転位置に対応して上記透過波面収差を補正することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記可動偏光板を、透過光軸と直交する面に対し僅かに傾けて配置したことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、上記基準板からの反射光と上記被検体からの反射光から形成する干渉縞を撮像する撮像素子を、上記可動偏光板の回転に応じて回転させることにより、この可動偏光板の透過波面収差による測定誤差を補正することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、上記可動偏光板を上記基準板が保持される基準板ホルダー又は上記被検体が保持される試料保持部へ取り付けたことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、被検体面の反射率に一致する可動偏光板の回転位置が判断できる反射率目盛を付したことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、例えば偏光板等の偏光変換手段によって、光源光が直線偏光へ変換され、この直線偏光が基準板、被検体へ出射され、これらの基準面及び被検面からの反射光により干渉縞が形成される。この被検面から反射する光量は、上記基準板と被検体の間に配置された可動偏光板を回転させることによって調整される。例えば、光源から見て前側に低反射率の基準板、後側に高反射率の被検体を配置する場合は、上記可動偏光板により光量を絞ることにより、干渉縞を形成する両者の光強度を合せることが可能で、コントラストの良好な干渉縞を観察することができる。
【０００９】
上記の可動偏光板は、光軸に垂直の位置から僅かに傾けて配置すれば、偏光板から直接反射する光が撮像面にノイズとして影響しないようにすることができる。
【００１０】
また、上記可動偏光板に透過波面収差が存在する場合には、その収差が偏光板の回転に応じて干渉縞に影響し、測定誤差となる。従って、この透過波面収差データを予め測定してメモリ等に記憶させ、この収差を可動偏光板の回転位置に対応して補正することにより、偏光板の存在により生じる収差の影響を除去することができる。そして、上記の透過波面収差を回転させる補正は、観察のための撮像素子を上記可動偏光板の回転に応じて回転させることによって補正することも可能である。
【００１１】
更に、上記可動偏光板は基準板ホルダーや試料台等へ回転可能に取り付けることができ、このとき、可動偏光板の支持部等に反射率目盛を付ければ、被検体の反射率で可動偏光板の回転位置を測定前に設定することができ、反射率が分っている被検体を測定する場合、反射率合せの設定が容易となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５には、実施形態の第１例に係る干渉計装置の構成が示されており、まず図１により全体構成を説明する。図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１０の出力側に、レーザ光を直線偏光に変換する偏光板１１が配置され、この偏光板１１の後側に発散レンズＬ1 、ピンホール部１２が配置される。このピンホール部１２の後側には、ハーフ（半透過）ミラー１４が設けられ、またこのハーフミラー１４の透過光を平行光束にするためのコリメータレンズＬ2 が配置される。
【００１３】
上記コリメータレンズＬ2 の後側に、基準板１５が配置され、この基準板１５として低反射率（例えば４％程度）のものが使用される。そして、この基準板１５の後側に、被検体１６が配置されることになるが、第１例では、この基準板１５と被検体１６の間に、回転可能な状態で可動偏光板１７が設けられる。
【００１４】
図２には、装置の基準板部に配置した上記可動偏光板１７が示されている。この基準板部１８では、上側の基準板ホルダー１９に緩衝材２０等を介して上記基準板１５が取り付けられ、下側の偏光板ホルダー（コントラスト調整リング）２１に上記可動偏光板１７がスペーサ２２Ａ及び緩衝材２２Ｂを介して取り付けられる。そして、上記偏光板ホルダー２１は基準板ホルダー１９に対し回転できるようにネジ結合等で取り付けられ、これによって可動偏光板１７が光軸中心に回転して、コントラスト調整機能を果たすことになる。
【００１５】
このような可動偏光板１７によれば、その偏光方向が光源側の偏光板１１の偏光面と一致した状態では、光量減少を最小限として光源光（直線偏光）を通過させるが、この状態から時計方向又は反時計方向に回転させると、光透過量が回転量に応じて減少することになる。従って、この可動偏光板１７の回転角度を変えることにより、被検体１６からの反射してくる光の強度を調整することができ、これによって、上記基準板１５から反射してくる光の強度に適合させることが可能となる。
【００１６】
また、上記可動偏光板１７は、図示されるように基準板部１８の中心軸に垂直な面Ｆに対し、平行ではなく、スペーサ２２Ａ及び緩衝材２２Ｂの厚みを変えることにより少し傾けて配置している。即ち、この可動偏光板１７を上記面Ｆと平行に配置すると、当該偏光板１７からの直接の反射光が後述する撮像素子へ入射し、干渉縞像に影響（ノイズ）を与えるので、可動偏光板１７を垂直面Ｆに対し僅かに傾斜させ、その反射光が撮像素子へ到達しないようにしている。
【００１７】
図１において、上述した可動偏光板１７には、当該偏光板１７の回転角度を検出するためのエンコーダ２３が取り付けられ、このエンコーダ２３には、角度検出器２４が接続される。また、上記ハーフミラー１４を介し被検面をＴＶカメラ２５の撮像面に結像するための結像レンズＬ3 が配置される。また、このＴＶカメラ２５には、干渉縞を表示するＴＶモニタ２６が接続されると共に、メモリ２７を有するコンピュータ２８と解析画像等を表示するためのディスプレイ２９が接続される。
【００１８】
上記のコンピュータ２８は、上記基準板１５を不図示のピエゾ素子等を用いて光軸方向に僅かに移動させるような縞走査法等に基づいて、ＴＶカメラ２５で得られた干渉縞から被検体１６の表面の状態を解析すると共に、上記可動偏光板１７の透過波面収差による測定誤差の補正処理を行う。即ち、この可動偏光板１７は基準板１５と被検体１６との間に配置されることから、測定結果は被検体１６の表面の形状に可動偏光板１７の透過波面収差が加わったものとなる。そこで、実施形態例では、この可動偏光板１７の透過波面収差を予め測定しておき、このデータをメモリ２７内に記憶し、その後に実際の測定値からメモリ２７内の透過波面データを差し引いて補正することで、測定精度を高めている。
【００１９】
この透過波面収差の補正は、上記可動偏光板１７が固定状態であれば、メモリ２７内のデータを単純に差し引けばよいが、本発明ではこの可動偏光板１７を回転させることから、単に差し引いただけでは正確な測定ができない。そこで、本例では、詳細は後述するが、透過波面収差のデータも回転させた状態に変換して、測定値から差し引く演算を行っている。
【００２０】
図３には、上記図２の基準板部１８の外観が示されており、例えば基準板ホルダー１９の外周に、４，５，１０（％）等の被検体１６の反射率目盛３１を付し、偏光板ホルダー（コントラスト調整リング）２１の外周に、三角指標３２を付すことができる。これによれば、観察・解析する被検面の反射率となるように指標３２を反射率目盛３１に合せることにより、可動偏光板１７のセット、即ちコントラスト調整が簡単となる。
【００２１】
上記の被検面の反射率と回転角度の関係は、次のようになる。例えば、基準面１５Ａの反射率を０．０４（低反射基準板）、その他を透過と考え（基準面１５Ａの反対面は通常反射防止コートが施されている）、透過率０．９６であるとし、上記偏光板１１の偏光面と可動偏光板１７の偏光面との成す角度をθ、この角度θが０度のときの可動偏光板１７の透過率をＴ、被検体１６の反射率をＲとすると、観察（撮像）の時点で、被検体１６から反射する光の強度と基準面１５Ａから反射する光の強度が等しく、コントラストが良好な干渉縞が得られるときは、次の数式１が成立する。
【数式１】
（０．９６×ｃｏｓ2θ×Ｔ）2 ×Ｒ＝０．０４
【００２２】
ここで、可動偏光板１７の上記角度θ＝０のときの可動偏光板１７での透過光の損失を理想的に０であるとすると、上記透過率Ｔ＝１（１００％）となる。従って、Ｔ＝１とすると、上記数式１は、次の数式２となる。
【数式２】
θ＝ｃｏｓ-1（（０．０４÷Ｒ）1/2÷０．９６）1/2
【００２３】
上記数式２によれば、被検体１６の面の反射率により角度θを調整すれば、コントラストの良好な干渉縞が得られることが分かる。例えばＲ＝０．０５のとき角度θ＝１５度、Ｒ＝０．１のとき角度θ＝３６度、Ｒ＝０．２のとき角度θ＝４７度、Ｒ＝０．４のとき角度θ＝５５度、Ｒ＝０．８のとき角度θ＝６１度となる。但し、この場合、上記Ｒが０．０４３以下のときには、角度θを０度に合せるしかなく、反射率Ｒに対しての調整範囲は、約４〜１００％となる。
【００２４】
第１例は以上の構成からなり、このような干渉計装置によれば、レーザ１０から出力されたレーザ光は、偏光板１１により直線偏光に変換され、この直線偏光がハーフミラー１４を通過し、コリメータレンズＬ2 を介して基準板１５へ入射する。また、この基準板１５を透過した光は、可動偏光板１７を介して被検体１６の被検面に到達しており、基準面１５Ａ及び被検面からの反射光がハーフミラー１４で反射され、結像レンズＬ3 を介してＴＶカメラ２５へ導かれる。従って、上記ＴＶカメラ２５では、上記基準面１５Ａと被検体１６の被検面による光反射により生じた干渉縞が撮像されることになり、この干渉縞はＴＶモニタ２６に表示されると共に、コンピュータ２８により干渉縞の解析が行われる。この解析結果は、ディスプレイ２９に表示される。
【００２５】
そして、上記の干渉縞観察では、可動偏光板１７を回転させることによりコントラストの調整が可能となる。即ち、上記基準板１５（基準面１５Ａ）として反射率４％のものを使用しているので、４％の反射率の被検体（被検面）１６を測定する場合は、図３において偏光板ホルダー２１の三角指標３２を中央の４％（θ＝０）に合せることにより、可動偏光板１７の透過光量を最大として、基準面１５Ａから反射する光の強度に被検面から反射してくる光の強度を合せることができる。これにより、良好なコントラストの干渉縞が観察される。
【００２６】
ここで、被検面から反射する光は、基準面１５Ａで再度４％反射されることになるので、厳密には僅かに被検面から反射する光の強度が少ないが、実用的に問題となるものではない。これが、上記数式１．２が近似式となっている理由である。従って、上記基準板１５に中反射率のもの或いは高反射率のものを使用する場合は、上記式は成り立たないし、反射率Ｒに対しての調整範囲が少なくなり実用的でもない。
【００２７】
また、当該例では、図４に示す動作により上記可動偏光板１７の透過波面収差の補正が行われる。図４において、まずステップ１０１で、可動偏光板１７の透過波面収差の測定を行うが、この測定は光束の偏光方向に可動偏光板１７の偏光面を合せ光量を最大とし、面精度の高い基準被検体（例えばもう一つの基準板）を被検体１６の位置に配置して行う。このときの透過波面データを、補正データＷA としてメモリ２７内に記憶し、この測定時の可動偏光板１７の角度を原点とする。
【００２８】
なお、このステップ１０１では、上記可動偏光板１７を光路内に配置せず、基準板１５と基準被検体を用いた測定データを上記ＷA から差し引き、このデータを改めて補正データＷA としてもよく、これによれば更に測定精度を高めることができる。即ち、偏光板１７の透過波面収差を測定する際には、装置の持っている測定誤差を含めた形で測定されることになり、このような誤差を上記の操作で取り除くことができ、偏光板１７の透過波面収差のみの量が正確に抽出されることになる。
【００２９】
次に、ステップ１０２では、被検体１６を配置して可動偏光板１７を回転させ、干渉縞のコントラストが良好となる位置にセットし、ステップ１０３で、被検体１６の面測定を行い、この測定データをＷB とする。
【００３０】
次のステップ１０４では、回転した可動偏光板１７の角度をエンコーダ２３から検出し、上記の補正データＷA をこの回転角度分だけ回転させ、回転位置の補正データＷAθを求める。即ち、可動偏光板１７の回転中心に一致する透過波面データＷA の点を座標中心として回転させ、このデータを回転角度での補正データＷAθとする。通常、画像データから得られる測定データはＸＹ座標系であることから、この補正データＷAθとしては、回転したときの近傍のデータを使用する等の工夫が必要となる。そして、ステップ１０５では、被検面形状の算出がＷB −ＷAθ＝ＷX で行われる。なお、面精度については、最小自乗法による傾き補正が行われることは周知の通りである。
【００３１】
図５は、上記の透過波面収差の補正の概念を示したもので、図５（Ａ）に示されるように、上記ステップ１０１では、光束の偏光面Ｈ1 と可動偏光板１７の偏光面Ｈ2 が水平軸（Ｘ軸）に一致しており、例えば可動偏光板１７の回転中心Ｏから１５度の線上に補正点データｗａ（ＷA の中の一点）が存在するものとする。そして、図５（Ｂ）に示されるように、可動偏光板１７が３０度（θ）回転して良好な干渉縞のコントラストが得られたとすると、この３０度の角度での補正点データｗａθ（ＷAθの中の一点）が上記ステップ１０４で得られる。従って、ステップ１０５ではこの補正点データｗａθが被検面データＷB から差し引かれ、偏光板１７の透過波面収差が補正される。
【００３２】
図６には、実施形態の第２例が示されており、この第２例は上記の透過波面収差を補正するために撮像素子を回転させるようにしたものである。即ち、上記可動偏光板１７の回転に対応させて撮像素子を回転させれば、この可動偏光板１７の透過波面収差データの回転をなくすことができる。そこで、この第２例では、ＴＶカメラ２５を回転可能に支持し、モータ３４、ギヤ３５Ａ，３５Ｂ等で回転駆動するように構成し、またエンコーダ３６及び角度検出器３７でＴＶカメラ２５の回転角度を検出する。
【００３３】
このような第２例によれば、可動偏光板１７の回転角度と同一の角度だけＴＶカメラ２５を透過波面収差の回転方向へ回転させることにより、撮像面における透過波面収差の回転をなくすことができる。従って、上記図４のステップ１０１で求めた補正データＷA を被検面データＷB から差し引くだけで、透過波面収差が補正され、精度のよい測定が可能となる。
【００３４】
図７には、実施形態の第３例が示されており、この第３例は可動偏光板を試料台（被検体台）側へ取り付けたものである。図示されるように、被検体１６を載せる試料台３９は、バネ４０及び水平位置調整ネジ４１を伴って試料台支持部４２内に配置されており、上記試料台３９は上記水平位置調整ネジ４１によって水平に維持され、また傾き調整が可能となっている。
【００３５】
そして、上記試料台支持部４２に、ネジ結合等により回転自在に偏光板ホルダー（コントラスト調整リング）４４が取り付けられ、この偏光板ホルダー４４内に、スペーサ４５Ａ及び緩衝材４５Ｂを介して可動偏光板１７が設けられる。この可動偏光板１７の場合も、図２の場合と同様に、光軸に垂直な面Ｆに対し斜めとなるように配置される。このような第３例によっても、第１例と同様に、被検体１５の反射光量を調整することができ、良好なコントラストの干渉縞を観察することが可能となる。なお、この場合も、被検体１６の反射率目盛を上記支持部４２の外周に付すことができる。
【００３６】
上記実施形態例では、被検体１６の反射率目盛で可動偏光板１７をセットするようにしたが、反射率に対応した回転角を直接セットすることもできる。即ち、被検体１６の反射率に対する上記可動偏光板１７の回転角テーブルをメモリ内に格納したり、又は反射率から回転角を求める演算プログラムを用いたりして、被検体１６の反射率を入力することにより、可動偏光板１７の回転角を求める。そして、手動又は自動にて、算出された回転角に可動偏光板１７をセットすればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び３に係る発明によれば、直線偏光の光を光源として用い、可動偏光板を回転させることにより、被検体から反射する光量を調整するようにしたので、従来のように、被検体の反射率に応じて基準板を取り替える必要がなく、干渉縞の連続的なコントラスト調整が可能となる。従って、反射率の異なる多種の被検体であっても、基準面から反射してくる光の強度に被検面から反射してくる光の強度を容易に合せることができ、コントラストの良好な干渉縞を観察することが可能となる。しかも、従来に比べ低コストでコントラストの調整が可能となる。
【００３８】
また、被検体において反射コート等の表面処理を行う場合があるが、この場合では、表面処理前後の面状態の測定が同一装置、同一の基準板で実施できるので、表面処理前後の違いを評価するのに有効となるという利点もある。更に、上記可動偏光板の回転する透過波面収差を補正するようにしたので、偏光板の存在により生じる収差の影響を除去することが可能となる。
【００３９】
請求項２に係る発明によれば、上記可動偏光板を、透過光軸と直交する面に対し僅かに傾けて配置したので、偏光板表面からの反射光が観察像にノイズとして影響せず、良好な干渉縞が得られる。
【００４０】
請求項５に係る発明によれば、被検体の反射率目盛を付すようにしたので、上記可動偏光板を反射率目盛に合せるだけで、干渉縞のコントラストの調整が容易に行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の第１例に係る干渉計装置［図（Ａ）］及び可動偏光板［図（Ｂ）］の構成を示す図である。
【図２】第１例の基準板部での可動偏光板の配置状態を示す断面図である。
【図３】図２の基準板部の外周の構成を示す外観図である。
【図４】第１例での透過波面収差補正の動作を示すフローチャートである。
【図５】第１例の透過波面収差補正の概念を示す説明図である。
【図６】実施形態の第２例の構成を示す図である。
【図７】実施形態の第３例の構成を示す断面図である。
【図８】従来の干渉計装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１４  …  ハーフミラー、
３，１５  …  基準板、
４，１６  …  被検体、
１１  …  偏光板、
１７  …  可動偏光板、
１９  …  基準板ホルダー、
２１  …  偏光板ホルダー、
２３，３６  …  エンコーダ、
２４，３７  …  角度検出器、
２５  …  ＴＶカメラ、
２７  …  メモリ、
２８  …  コンピュータ、
３１  …  反射率目盛、
３９  …  試料台。
【図１】
0003813286.tif 000002
【図２】
0003813286.tif 000003
【図３】
0003813286.tif 000004
【図４】
0003813286.tif 000005
【図５】
0003813286.tif 000006
【図６】
0003813286.tif 000007
【図７】
0003813286.tif 000008
【図８】
0003813286.tif 000009