以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。
Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態である形状計測装置について説明する。
(First Embodiment)
The shape measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
形状計測装置１は、入射光学系２と、干渉光学系３と、検出部４と、を備える。
The shape measuring device 1 includes an incident optical system 2, an interference optical system 3, and a detection unit 4.
入射光学系２は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、第１偏光ビームスプリッタ２３と、第１反射鏡２４（第１反射部材）と、第２反射鏡２５（第２反射部材）と、第２偏光ビームスプリッタ２６と、ビームスプリッタ２７と、有する。
The incident optical system 2 includes a light source 21, a beam expander 22, a first polarization beam splitter 23, a first reflecting mirror 24 (first reflecting member), a second reflecting mirror 25 (second reflecting member), and the like. It has a second polarization beam splitter 26 and a beam splitter 27.
光源２１は、可干渉光ＣＬを出射する。光源２１は、例えばレーザー光源である。
The light source 21 emits the coherent light CL. The light source 21 is, for example, a laser light source.
ビームエキスパンダ２２は、一対のレンズ２２ａ，２２ｂにより構成され、光源２１から出射された可干渉光ＣＬの径を拡大すると共に、平行光に変換する。
The beam expander 22 is composed of a pair of lenses 22a and 22b, expands the diameter of the coherent light CL emitted from the light source 21, and converts it into parallel light.
第１偏光ビームスプリッタ２３は、第１偏光ビームスプリッタ２３に入射される直線偏光の可干渉光ＣＬの偏光角に応じて、第１偏光ビームスプリッタ２３を透過する光と第１偏光ビームスプリッタ２３により反射される光とに分割（分光）する。以下、第１偏光ビームスプリッタ２３を透過した光を第１入射光ＩＬ１とし、第１偏光ビームスプリッタ２３により反射された光を第２入射光ＩＬ２とする。第１入射光ＩＬ１の偏光状態はＰ偏光であり、第２入射光ＩＬ２の偏光状態はＳ偏光である。
The first polarized beam splitter 23 is composed of the light transmitted through the first polarized beam splitter 23 and the first polarized beam splitter 23 according to the polarization angle of the linearly polarized interfering light CL incident on the first polarized beam splitter 23. Divide (split) into reflected light. Hereinafter, the light transmitted through the first polarizing beam splitter 23 is referred to as the first incident light IL1, and the light reflected by the first polarizing beam splitter 23 is referred to as the second incident light IL2. The polarization state of the first incident light IL1 is P polarization, and the polarization state of the second incident light IL2 is S polarization.
第１反射鏡２４は、第１偏光ビームスプリッタ２３を透過した第１入射光ＩＬ１を第２偏光ビームスプリッタ２６の方向へ反射する。第１反射鏡２４の角度は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度に設定されている。
The first reflecting mirror 24 reflects the first incident light IL1 transmitted through the first polarizing beam splitter 23 in the direction of the second polarizing beam splitter 26. The angle of the first reflecting mirror 24 is set to an angle at which the first incident light IL1 can be incident perpendicularly to the surface to be inspected 100.
第２反射鏡２５は、第１偏光ビームスプリッタ２３により反射された第２入射光ＩＬ２を第２偏光ビームスプリッタ２６の方向へ反射する。第２反射鏡２５の角度は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度に設定されている。第２反射鏡２５には、第１移動部材である第１ピエゾ素子５１が設けられている。
The second reflecting mirror 25 reflects the second incident light IL2 reflected by the first polarizing beam splitter 23 in the direction of the second polarizing beam splitter 26. The angle of the second reflecting mirror 25 is set to an angle at which the second incident light IL2 can be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ. The second reflecting mirror 25 is provided with a first piezo element 51, which is a first moving member.
第１ピエゾ素子５１は、後述する制御部４４からの信号により制御され、第２反射鏡２５を微小に動かすことができる。第１ピエゾ素子５１は、第２反射鏡２５の位置を移動することで第２反射鏡２５により反射された第２入射光ＩＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第１ピエゾ素子５１は、第１偏光ビームスプリッタ２３により反射された第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ１と、第２反射鏡２５により反射された第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ２と、の両方の光軸方向へ第２反射鏡２５を移動させる。つまり、第１ピエゾ素子５１は、矢印Ｂ１の方向（例えば矢印Ｂ１のうち第１偏光ビームスプリッタ２３と第２偏光ビームスプリッタ２６に近づく方向）へ第２反射鏡２５を移動させる。なお、他の例として、第１ピエゾ素子５１は、第２反射鏡２５の法線と直交ではない方向に第２反射鏡２５を移動させても良い。これにより、斜め光の位相を変調させることができる。ここで、斜め光とは、第２入射光ＩＬ２と、被検面１００から反射した第２反射光ＲＬ２と、の光のことである。
The first piezo element 51 is controlled by a signal from the control unit 44 described later, and the second reflecting mirror 25 can be moved minutely. The first piezo element 51 changes the optical path length of the second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 25 by moving the position of the second reflecting mirror 25. In the present embodiment, for example, the first piezo element 51 has an optical axis A1 of the second incident light IL2 reflected by the first polarized beam splitter 23 and a second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 25. The second reflector 25 is moved in the directions of both the optical axis A2 and the optical axis A2. That is, the first piezo element 51 moves the second reflecting mirror 25 in the direction of the arrow B1 (for example, the direction of the arrow B1 that approaches the first polarizing beam splitter 23 and the second polarizing beam splitter 26). As another example, the first piezo element 51 may move the second reflecting mirror 25 in a direction not orthogonal to the normal line of the second reflecting mirror 25. This makes it possible to modulate the phase of the oblique light. Here, the oblique light is the light of the second incident light IL2 and the second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100.
第２偏光ビームスプリッタ２６は、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２をビームスプリッタ２７の方向へ導く。第１反射鏡２４により反射された第１入射光ＩＬ１は第２偏光ビームスプリッタ２６を透過し、第２反射鏡２５により反射された第２入射光ＩＬ２は第２偏光ビームスプリッタ２６により反射される。
The second polarization beam splitter 26 guides the first incident light IL1 and the second incident light IL2 in the direction of the beam splitter 27. The first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 24 passes through the second polarized beam splitter 26, and the second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 25 is reflected by the second polarized beam splitter 26. ..
ビームスプリッタ２７は、第２偏光ビームスプリッタ２６から入射される第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を被検面１００の方向へ反射する。
The beam splitter 27 reflects the first incident light IL1 and the second incident light IL2 incident from the second polarizing beam splitter 26 toward the surface to be inspected 100.
ビームスプリッタ２７により反射された第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する。そして、被検面１００に入射した第１入射光ＩＬ１（垂直光）は、被検面１００にて反射して、第１反射光ＲＬ１としてビームスプリッタ２７に戻る。ビームスプリッタ２７により反射された第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して、第１入射光ＩＬ１とは異なる所定の入射角度θにより入射する。つまり、第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して斜めに入射する。そして、被検面１００に入射した第２入射光ＩＬ２（斜め入射光）は、被検面１００から反射して、第２反射光ＲＬ２（斜め反射光）としてビームスプリッタ２７に戻る。
The first incident light IL1 reflected by the beam splitter 27 is vertically incident on the surface to be inspected 100. Then, the first incident light IL1 (vertical light) incident on the test surface 100 is reflected by the test surface 100 and returns to the beam splitter 27 as the first reflected light RL1. The second incident light IL2 reflected by the beam splitter 27 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ different from that of the first incident light IL1. That is, the second incident light IL2 is obliquely incident on the surface to be inspected 100. Then, the second incident light IL2 (diagonal incident light) incident on the test surface 100 is reflected from the test surface 100 and returns to the beam splitter 27 as the second reflected light RL2 (diagonal reflected light).
ここで、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θは、計測する形状に要求される要求感度と、計測する計測ダイナミックレンジと、に応じて設定する。斜め光の角度が大きくなるほど、ダイナミックレンジが小さくなり感度が高くなる。例えば、垂直光と、垂直光と斜め光の入射角度θの差が小さい斜め光と、の組み合わせほど、ダイナミックレンジが大きくなり感度が低くなる。なお、被検面１００への入射は、垂直光と斜め光の組み合わせに限らず、二つの入射光が互いに異なる入射角度であれば、被検面１００に対して二つの入射光の両方とも斜めに入射しても良い。二つの入射光の両方とも斜めに入射する場合には、垂直光と斜め光の組み合わせよりも、ダイナミックレンジおよび感度を光学系の収差との関係を考慮して設計が可能である。
Here, the angle of incidence θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 is set according to the required sensitivity required for the shape to be measured and the measurement dynamic range to be measured. The larger the angle of the oblique light, the smaller the dynamic range and the higher the sensitivity. For example, the combination of vertical light and diagonal light having a smaller difference in incident angle θ between vertical light and diagonal light has a larger dynamic range and lower sensitivity. The incident on the surface to be inspected 100 is not limited to the combination of vertical light and oblique light, and if the two incident lights have different angles of incidence, both of the two incident lights are oblique to the surface to be inspected 100. May be incident on. When both of the two incident lights are obliquely incident, the dynamic range and sensitivity can be designed in consideration of the relationship with the aberration of the optical system rather than the combination of the vertical light and the oblique light.
干渉光学系３は、ビームスプリッタ２７と、リレーレンズ３１と、第３偏光ビームスプリッタ３２と、第３反射鏡３３（第３反射部材）と、ウェッジプレート３４（補正部材）と、第４反射鏡３５（第４反射部材）と、第４偏光ビームスプリッタ３６と、偏光子３７（偏光部材）と、集光レンズ３８と、結像レンズ３９と、を有する。なお、第３偏光ビームスプリッタ３２と、第４反射鏡３５と、第４偏光ビームスプリッタ３６と、により光軸一致部材を構成する。
The interference optical system 3 includes a beam splitter 27, a relay lens 31, a third polarizing beam splitter 32, a third reflecting mirror 33 (third reflecting member), a wedge plate 34 (correcting member), and a fourth reflecting mirror. It has a 35 (fourth reflecting member), a fourth polarizing beam splitter 36, a splitter 37 (polarizing member), a condenser lens 38, and an imaging lens 39. The third polarizing beam splitter 32, the fourth reflecting mirror 35, and the fourth polarizing beam splitter 36 constitute an optical axis matching member.
ビームスプリッタ２７は、入射光学系２と共通の光学要素である。被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、ビームスプリッタ２７を透過する。
The beam splitter 27 is an optical element common to the incident optical system 2. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 pass through the beam splitter 27.
リレーレンズ３１は、ビームスプリッタ２７側の第１リレーレンズ３１ａと第３偏光ビームスプリッタ３２側の第２リレーレンズ３１ｂから構成されている。リレーレンズ３１は、ビームスプリッタ２７を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を第３偏光ビームスプリッタ３２へ導く。第２リレーレンズ３１ｂと第３偏光ビームスプリッタ３２との間の距離は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が第４偏光ビームスプリッタ３６の分割面３６ａに集光される距離に設定されている。
The relay lens 31 is composed of a first relay lens 31a on the beam splitter 27 side and a second relay lens 31b on the third polarization beam splitter 32 side. The relay lens 31 guides the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the beam splitter 27 to the third polarizing beam splitter 32. The distance between the second relay lens 31b and the third polarizing beam splitter 32 is set to the distance at which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are focused on the split surface 36a of the fourth polarizing beam splitter 36. ing.
リレーレンズ３１により導かれた第１反射光ＲＬ１は、第３偏光ビームスプリッタ３２を透過する。リレーレンズ３１により導かれた第２反射光ＲＬ２は、第３偏光ビームスプリッタ３２によりウェッジプレート３４の方向へ反射される。
The first reflected light RL1 guided by the relay lens 31 passes through the third polarization beam splitter 32. The second reflected light RL2 guided by the relay lens 31 is reflected toward the wedge plate 34 by the third polarization beam splitter 32.
第３反射鏡３３は、第３偏光ビームスプリッタ３２を透過した第１反射光ＲＬ１を第４偏光ビームスプリッタ３６の方向へ反射する。第３反射鏡３３の角度は、第４偏光ビームスプリッタ３６の分割面３６ａにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度に設定されている。第３反射鏡３３には、第２移動部材である第２ピエゾ素子５２が設けられている。
The third reflecting mirror 33 reflects the first reflected light RL1 transmitted through the third polarizing beam splitter 32 in the direction of the fourth polarizing beam splitter 36. The angle of the third reflecting mirror 33 is set to an angle at which the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other on the split surface 36a of the fourth polarizing beam splitter 36. The third reflecting mirror 33 is provided with a second piezo element 52, which is a second moving member.
第２ピエゾ素子５２は、制御部４４からの信号により制御され、第３反射鏡３３を微小に動かすことができる。第２ピエゾ素子５２は、第３反射鏡３３の位置を移動することで第３反射鏡３３により反射された第１反射光ＲＬ１の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第２ピエゾ素子５２は、第３偏光ビームスプリッタ３２を透過した第１反射光ＲＬ１の光軸Ａ３と、第３反射鏡３３により反射された第１反射光ＲＬ１の光軸Ａ４と、の両方の光軸方向へ第３反射鏡３３を移動させる。つまり、第２ピエゾ素子５２は、矢印Ｂ２の方向（例えば矢印Ｂ２のうち第３偏光ビームスプリッタ３２と第４偏光ビームスプリッタ３６から遠ざかる方向）へ第３反射鏡３３を移動させる。なお、他の例として、第２ピエゾ素子５２は、第３反射鏡３３の法線と直交ではない方向に第３反射鏡３３を移動させても良い。これにより、垂直光の位相を変調させることができる。ここで、垂直光とは、第１入射光ＩＬ１と、第１反射光ＲＬ１と、の光のことである。
The second piezo element 52 is controlled by a signal from the control unit 44, and the third reflecting mirror 33 can be moved minutely. The second piezo element 52 changes the optical path length of the first reflected light RL1 reflected by the third reflecting mirror 33 by moving the position of the third reflecting mirror 33. In the present embodiment, for example, the second piezo element 52 is the light of the optical axis A3 of the first reflected light RL1 transmitted through the third polarized beam splitter 32 and the light of the first reflected light RL1 reflected by the third reflecting mirror 33. The third reflecting mirror 33 is moved in the optical axis directions of both the axis A4 and the axis A4. That is, the second piezo element 52 moves the third reflecting mirror 33 in the direction of the arrow B2 (for example, the direction away from the third polarizing beam splitter 32 and the fourth polarizing beam splitter 36 in the arrow B2). As another example, the second piezo element 52 may move the third reflecting mirror 33 in a direction not orthogonal to the normal line of the third reflecting mirror 33. This makes it possible to modulate the phase of vertical light. Here, the vertical light is the light of the first incident light IL1 and the first reflected light RL1.
ウェッジプレート３４は、斜め反射光である第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート３４は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のうち、第２反射光ＲＬ２が通過する光路、つまり、第３偏光ビームスプリッタ３２と第４反射鏡３５との間に配置される。言い換えると、ウェッジプレート３４は、第１反射光ＲＬ１が通過する位置には配置されない。なお、ウェッジプレート３４の形状とウェッジプレート３４による第２反射光ＲＬ２の変形補正については後述する。
The wedge plate 34 corrects the deformation of the second reflected light RL2, which is the obliquely reflected light. The wedge plate 34 is arranged between the optical path through which the second reflected light RL2 of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 passes, that is, between the third polarizing beam splitter 32 and the fourth reflecting mirror 35. .. In other words, the wedge plate 34 is not arranged at a position through which the first reflected light RL1 passes. The shape of the wedge plate 34 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 34 will be described later.
第４反射鏡３５は、ウェッジプレート３４を透過した第２反射光ＲＬ２を第４偏光ビームスプリッタ３６の方向へ反射する。第４反射鏡３５の角度及び位置は、第４偏光ビームスプリッタ３６の分割面３６ａにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度及び位置に設定されている。
The fourth reflecting mirror 35 reflects the second reflected light RL2 transmitted through the wedge plate 34 in the direction of the fourth polarizing beam splitter 36. The angle and position of the fourth reflecting mirror 35 are set at the angle and position where the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other on the split surface 36a of the fourth polarizing beam splitter 36.
第４偏光ビームスプリッタ３６は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を偏光子３７の方向へ導く。第３反射鏡３３により反射された第１反射光ＲＬ１は第４偏光ビームスプリッタ３６を透過し、第４反射鏡３５により反射された第２反射光ＲＬ２は第４偏光ビームスプリッタ３６により反射される。第４偏光ビームスプリッタ３６の位置は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が第４偏光ビームスプリッタ３６の分割面３６ａにそれぞれ集光する位置に設定されている。これにより、被検面１００が分割面３６ａに結像される。第４偏光ビームスプリッタ３６の角度は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度に設定されている。このため、第４偏光ビームスプリッタ３６の分割面３６ａにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２がそれぞれ結像されると共に、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する。
The fourth polarizing beam splitter 36 guides the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 in the direction of the splitter 37. The first reflected light RL1 reflected by the third reflecting mirror 33 passes through the fourth polarized beam splitter 36, and the second reflected light RL2 reflected by the fourth reflecting mirror 35 is reflected by the fourth polarized beam splitter 36. .. The position of the fourth polarizing beam splitter 36 is set to a position where the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are focused on the split surface 36a of the fourth polarizing beam splitter 36, respectively. As a result, the surface to be inspected 100 is imaged on the divided surface 36a. The angle of the fourth polarization beam splitter 36 is set to an angle at which the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other. Therefore, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are imaged on the dividing surface 36a of the fourth polarized beam splitter 36, respectively, and the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are aligned with each other. Match.
偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing element 37 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned coincide with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
集光レンズ３８は、偏光子３７を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を開口絞り５３の開口部５３ａの位置に集光させる。
The condenser lens 38 concentrates the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the polarizing element 37 at the position of the opening 53a of the aperture diaphragm 53.
結像レンズ３９は、後述する撮像素子４１の撮像面４１ａ（受光面）に被検面１００を結像させる。
The image pickup lens 39 forms an image on the image subject surface 100 on the image pickup surface 41a (light receiving surface) of the image pickup element 41 described later.
開口絞り５３は、撮像面４１ａの手前の位置であって、集光レンズ３８と結像レンズ３９との間に配置される。開口絞り５３は、開口部５３ａを有している。開口部５３ａは、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を通過させ、ノイズ光を遮断する。
The aperture diaphragm 53 is located in front of the image pickup surface 41a and is arranged between the condenser lens 38 and the image pickup lens 39. The opening diaphragm 53 has an opening 53a. The opening 53a allows the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 to pass through and blocks noise light.
検出部４は、撮像素子４１及び情報処理装置４２を有する。
The detection unit 4 includes an image pickup device 41 and an information processing device 42.
撮像素子４１として、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを用いることができる。結像レンズ３９を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２により、撮像素子４１の撮像面４１ａに干渉縞を形成する。撮像素子４１は、撮像面４１ａに形成された干渉縞を検出する。
As the image pickup element 41, an image sensor such as a CCD sensor or a CMOS sensor can be used. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the image pickup lens 39 form interference fringes on the image pickup surface 41a of the image pickup element 41. The image pickup device 41 detects the interference fringes formed on the image pickup surface 41a.
撮像素子４１により検出された干渉縞の情報は、情報処理装置４２に出力される。情報処理装置４２は演算能力を有する、例えばパーソナルコンピュータ等である。
The information on the interference fringes detected by the image pickup device 41 is output to the information processing device 42. The information processing device 42 has a computing power, for example, a personal computer or the like.
情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部４４を有する。干渉縞解析部４３は、撮像素子４１により検出された干渉縞の強度分布から干渉縞の位相分布φを解析する。なお、縞解析法の一つとして、縞走査法（フリンジスキャン法）を適応できる。縞走査法については後述する。
The information processing device 42 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 44. The interference fringe analysis unit 43 analyzes the phase distribution φ of the interference fringes from the intensity distribution of the interference fringes detected by the image pickup device 41. The fringe scanning method (fringe scanning method) can be applied as one of the fringe analysis methods. The fringe scanning method will be described later.
制御部４４は、第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２を信号により制御する。制御部４４は、縞走査のために、１回の干渉縞の検出につき、斜め光の位相と垂直光の位相を変調させるための信号を第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２へ出力する。例えば、１回の干渉縞の検出につき、斜め光の位相を「－π／４」ずつ変調させ、垂直光の位相を「＋π／４」ずつ変調させる。言い換えると、第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２を用いて、第２反射鏡２５と第３反射鏡３３を互いに異なる方向へ移動する。そして、干渉縞（干渉位相信号）の位相が「π／２」ずつシフトする。
The control unit 44 controls the first piezo element 51 and the second piezo element 52 by a signal. The control unit 44 outputs a signal for modulating the phase of the oblique light and the phase of the vertical light to the first piezo element 51 and the second piezo element 52 for each interference fringe detection for fringe scanning. .. For example, the phase of oblique light is modulated by "−π / 4" and the phase of vertical light is modulated by “+ π / 4” for each detection of interference fringes. In other words, the first piezo element 51 and the second piezo element 52 are used to move the second reflecting mirror 25 and the third reflecting mirror 33 in different directions from each other. Then, the phase of the interference fringe (interference phase signal) is shifted by "π / 2".
次に、図２～図４を参照して、ウェッジプレート３４による第２反射光ＲＬ２の変形補正について説明する。
Next, the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 34 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
まず、図２と図３を参照して、第２反射光ＲＬ２の変形について説明する。例えば、被検面１００が円形である例を用いて説明する。第２入射光ＩＬ２のように被検面１００へ斜めに入射すると、第２反射光ＲＬ２の第２反射ビーム径ＲＢ２が斜入射光軸と被検面法線とを含む面内で縮んでしまう。図３に示すビーム径では、反射によって縮んでしまう第２反射ビーム径ＲＢ２は楕円形になる。一方、第１入射光ＩＬ１のように被検面１００へ垂直に入射すると、第１反射光ＲＬ１の第１反射ビーム径は縮まず、被検面１００と同じ径である。このため、第２反射ビーム径ＲＢ２は、第１反射ビーム径と異なる。従って、変形してしまった第２反射ビーム径ＲＢ２を、第１反射ビーム径と同じビーム径に補正するウェッジプレート３４が必要となる。なお、図３において、「ＩＢ２」は、第２入射光ＩＬ２の第２入射ビーム径である。
First, the deformation of the second reflected light RL2 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. For example, an example in which the surface to be inspected 100 is circular will be described. When the light is obliquely incident on the surface to be inspected 100 like the second incident light IL2, the second reflected beam diameter RB2 of the second reflected light RL2 shrinks in the plane including the obliquely incident optical axis and the normal to the surface to be inspected. .. At the beam diameter shown in FIG. 3, the second reflected beam diameter RB2, which shrinks due to reflection, becomes elliptical. On the other hand, when the light is vertically incident on the surface to be inspected 100 like the first incident light IL1, the diameter of the first reflected beam of the first reflected light RL1 does not shrink and is the same diameter as the surface to be inspected 100. Therefore, the second reflected beam diameter RB2 is different from the first reflected beam diameter. Therefore, a wedge plate 34 that corrects the deformed second reflected beam diameter RB2 to the same beam diameter as the first reflected beam diameter is required. In FIG. 3, "IB2" is the diameter of the second incident beam of the second incident light IL2.
次いで、図４を参照して、ウェッジプレート３４の形状とウェッジプレート３４による第２反射光ＲＬ２の変形補正について説明する。ウェッジプレート３４の形状は、以下の「数９」式から設定され、楔形状となる。そして、設定されたウェッジプレート３４を透過すると第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。以下、詳述する。
Next, with reference to FIG. 4, the shape of the wedge plate 34 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 34 will be described. The shape of the wedge plate 34 is set from the following "Equation 9" formula and becomes a wedge shape. Then, when the wedge plate 34 is transmitted through the set wedge plate 34, the deformation of the second reflected light RL2 is corrected. The details will be described below.
まず、ウェッジプレート３４の角度を「α」とし、ウェッジプレート３４からの出射角度を「β」とし、ウェッジプレート３４への入射角度を「γ」とする。入射ビーム光軸と直交する線（ウェッジプレート３４に入射する入射ビーム径）を「ｄｉｎ」とし、出射ビーム光軸と直交する線（ウェッジプレート３４から出射する出射ビーム径）を「ｄｏｕｔ」とし、ウェッジプレート３４内のプレート内ビーム光軸と直交する線を「Ｓ１」（入射側）と「Ｓ２」（出射側）とする。ウェッジプレート３４の面Ｙと直交する法線を「Ｙａ」とし、ウェッジプレート３４内のビーム光軸（ｄ１）と面Ｙの法線Ｙａとのなす第１角度を「δ」とし、面Ｙにおける点Ｙ１から点Ｙ２までの第１線を「Ｐ」とする。ウェッジプレート３４の面Ｚと直交する法線を「Ｚａ」とし、面Ｚにおける点Ｚ１から点Ｚ２までの第２線を「Ｌ」とする。
First, the angle of the wedge plate 34 is "α", the exit angle from the wedge plate 34 is "β", and the angle of incidence on the wedge plate 34 is "γ". The line orthogonal to the optical axis of the incident beam (the diameter of the incident beam incident on the wedge plate 34) is defined as "d in ", and the line orthogonal to the optical axis of the emitted beam (the diameter of the emitted beam emitted from the wedge plate 34) is defined as "d out ". The lines orthogonal to the optical axis of the beam in the plate in the wedge plate 34 are referred to as "S1" (incident side) and "S2" (emission side). The normal line orthogonal to the surface Y of the wedge plate 34 is defined as "Ya", and the first angle formed by the beam optical axis (d1) in the wedge plate 34 and the normal line Ya of the surface Y is defined as "δ". The first line from the point Y1 to the point Y2 is referred to as "P". The normal line orthogonal to the surface Z of the wedge plate 34 is referred to as "Za", and the second line from the point Z1 to the point Z2 on the surface Z is referred to as "L".
そうすると、入射ビーム光軸と直交する線ｄｉｎと第１線Ｐとのなす角度は入射角度γになる。第１線Ｐとウェッジプレート３４内のビーム光軸と直交する線Ｓ１とのなす角度は第１角度δになる。ウェッジプレート３４内のビーム光軸（ｄ１）と面Ｚの法線Ｚａとのなす第２角度は「α－δ」になる。第２線Ｌと出射側のウェッジプレート３４内のビーム光軸と直交する線Ｓ２との間とのなす角度は第２角度（α－δ）になる。
Then, the angle formed by the line din orthogonal to the optical axis of the incident beam and the first line P becomes the incident angle γ. The angle formed by the first line P and the line S1 orthogonal to the beam optical axis in the wedge plate 34 is the first angle δ. The second angle formed by the beam optical axis (d1) in the wedge plate 34 and the normal Za of the surface Z is “α-δ”. The angle formed between the second line L and the line S2 orthogonal to the beam optical axis in the wedge plate 34 on the exit side is the second angle (α-δ).
そして、出射ビーム径ｄｏｕｔは、以下のように表される。
The emitted beam diameter d out is expressed as follows.
出射側の線Ｓ２は、以下のように表される。
The line S2 on the emission side is represented as follows.
入射ビーム径ｄｉｎは、以下のように表される。
The incident beam diameter di in is expressed as follows.
入射側の線Ｓ１は、以下のように表される。
The line S1 on the incident side is represented as follows.
そして、入射側の線Ｓ１と出射側の線Ｓ２を下記のように置き換える。
Then, the line S1 on the incident side and the line S2 on the outgoing side are replaced as follows.
更に、「数１」式は、以下のように書き換えられる。
Further, the "number 1" equation is rewritten as follows.
更にまた、「数３」式は、以下のように書き換えられる。
Furthermore, the "number 3" equation can be rewritten as follows.
そして、「数５」式の、Ｌを「数６」式に、Ｐを「数７」式に下記のように置き換える。
Then, in the "number 5" formula, L is replaced with the "number 6" formula, and P is replaced with the "number 7" formula as follows.
結局、「数８」式は、以下のように表される。
After all, the "number 8" equation is expressed as follows.
次に、縞走査法について説明する。
Next, the fringe scanning method will be described.
縞走査法は、垂直光の位相と斜め光の位相との少なくとも一方の位相を変調させることにより、最低３ステップ分（３ステップ法、３バケット法）の干渉縞を検出する。そして、干渉縞に含まれている位相情報を縞走査法により解析することにより、干渉縞の位相ψを求めることができる。このため、被検面１００の形状の計測を行うことができる。以下、詳述する。
The fringe scanning method detects interference fringes for at least three steps (three-step method, three-bucket method) by modulating at least one phase of the vertical light phase and the oblique light phase. Then, the phase ψ of the interference fringes can be obtained by analyzing the phase information included in the interference fringes by the fringe scanning method. Therefore, the shape of the surface to be inspected 100 can be measured. The details will be described below.
まず、第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２を用いて、第２反射鏡２５と第３反射鏡３３を動かし、垂直光と斜め光の光路長を変化させる。これにより、第１入射光ＩＬ１及び第１反射光ＲＬ１と、第２入射光ＩＬ２及び第２反射光ＲＬ２と、の位相が変調され、干渉縞の位相ψが「π／２」ずつシフトする。以下、干渉縞の位相ψが「π／２」ずつシフトした５ステップ分（５ステップ法、５バケット法）の干渉縞を検出する例を示す。
First, the first piezo element 51 and the second piezo element 52 are used to move the second reflecting mirror 25 and the third reflecting mirror 33 to change the optical path lengths of vertical light and oblique light. As a result, the phases of the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 and the second incident light IL2 and the second reflected light RL2 are modulated, and the phase ψ of the interference fringes is shifted by "π / 2". Hereinafter, an example of detecting interference fringes for 5 steps (5-step method, 5-bucket method) in which the phase ψ of the interference fringes is shifted by “π / 2” will be shown.
５ステップ分の干渉縞の強度分布Ｉは、以下のように表される。
The intensity distribution I of the interference fringes for 5 steps is expressed as follows.
そして、５ステップ法の式は、以下のように表される。
The formula of the 5-step method is expressed as follows.
「数１１」式は、以下のように書き換えられる。
これにより、干渉縞の位相ψを求める。そして、被検面１００への入射角度（ここでは、垂直入射と入射角度θ）の情報を用いて、干渉縞の位相ψを長さに変換すれば被検面１００の形状を求めることができる。なお、仮想の絶対平面を基準とする。
The "number 11" equation can be rewritten as follows.
As a result, the phase ψ of the interference fringes is obtained. Then, the shape of the inspected surface 100 can be obtained by converting the phase ψ of the interference fringes into a length using the information of the incident angle to the inspected surface 100 (here, the vertical incident and the incident angle θ). .. The virtual absolute plane is used as a reference.
次に、従来の干渉計において、ダイナミックレンジを制限する理由について、発明者は以下のように分析する。
Next, the inventor analyzes the reason for limiting the dynamic range in the conventional interferometer as follows.
まず、従来の干渉計測（マッハツェンダー干渉計、フィゾー干渉計、トワイマン・グリーン（マイケルソン）干渉計等）は、高精度である（例えば数１０ｐｍを計測可能である）一方で、ダイナミックレンジが比較的小さいため、例えば飛行機や建築物や歯車等の部品の形状を計測することが困難である。また、飛行機等の形状を計測可能な形状計測装置が求められている。
First, conventional interferometry (Mach-Zehnder interferometer, Fizeau interferometer, Twyman-Green (Michelson) interferometer, etc.) is highly accurate (for example, it can measure several tens of pm), but its dynamic range is compared. Due to its small size, it is difficult to measure the shape of parts such as airplanes, buildings, and gears. Further, there is a demand for a shape measuring device capable of measuring the shape of an airplane or the like.
次いで、干渉計測においてダイナミックレンジを制限する理由は、以下のとおりである。
Next, the reason for limiting the dynamic range in the interference measurement is as follows.
一つは、不連続な面を有する形状（特に歯車等の部品）では、被検面において隣接する計測点の間でその高低差（ｇａｐ）が光源波長の半波長より大きくなると、形状を確定できなくなる。つまり、干渉縞は周期性があるので、このような不連続の面においては干渉縞の区別ができなくなり、形状を確定できない。
One is that in a shape having a discontinuous surface (particularly a part such as a gear), the shape is determined when the height difference (gap) between adjacent measurement points on the surface to be inspected becomes larger than half the wavelength of the light source. become unable. That is, since the interference fringes have periodicity, the interference fringes cannot be distinguished on such a discontinuous surface, and the shape cannot be determined.
もう一つは、傾斜が大きい形状では、従来の干渉計は傾斜に対する感度が比較的高く、干渉計のイメージセンサの１Pixel内に干渉縞の本数が増えるので、干渉縞が細かくなってしまう。干渉縞が細かくなりすぎると、撮像素子（イメージセンサ）による干渉縞の記録が困難になる。
The other is that in a shape with a large inclination, the conventional interferometer has a relatively high sensitivity to the inclination, and the number of interference fringes increases in one Pixel of the image sensor of the interferometer, so that the interference fringes become finer. If the interference fringes become too fine, it becomes difficult for the image sensor (image sensor) to record the interference fringes.
これらの制限は、従来の干渉計（例えば特開平１１－０９４５１５号公報）に開示されているように、被検面と参照面との差により干渉縞を形成していたことによる。また、従来のシェアリング干渉計（WIKIPEDIA、“Shearing interferometer”、［online］、［平成３１年１０月１日検索］、インターネット<ＵＲＬ：https://en.wikipedia.org./wiki/Shearing_interferometer>）は、参照面を有していないが、形状の情報が欠落してしまう。なお、シェアリング干渉計では、光源から発生する光が所定厚さの一つのプレートの表面と裏面でそれぞれ反射され、反射された二つの光は被検面に対して同一角度により入射される。
These restrictions are due to the fact that interference fringes are formed by the difference between the test surface and the reference surface, as disclosed in a conventional interferometer (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-094515). In addition, the conventional sharing interferometer (WIKIPEDIA, “Shearing interferometer”, [online], [Search on October 1, 2019], Internet <URL: https://en.wikipedia.org./wiki/Shearing_interferometer> ) Does not have a reference surface, but shape information is lost. In the sharing interferometer, the light generated from the light source is reflected on the front surface and the back surface of one plate having a predetermined thickness, and the two reflected lights are incident on the surface to be inspected at the same angle.
そこで、発明者は、被検面１００に対して感度が異なる二つの波面を入射させ、被検面１００にて反射した二つの波面を干渉させれば、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができるとの知見に至った。なお、波面が異なれば位相も異なる。
Therefore, the inventor can expand the measurement dynamic range of the test surface 100 by incident two wavefronts having different sensitivities on the test surface 100 and interfering with the two wavefronts reflected by the test surface 100. It came to the finding that it can be done. If the wavefront is different, the phase is also different.
より詳細には、二つの波面の位相ψは、以下のように表される。
ここで、「ｋ」は感度係数であり、「Ｗ」は被検面である。
More specifically, the phase ψ of the two wavefronts is expressed as follows.
Here, "k" is a sensitivity coefficient and "W" is a surface to be inspected.
この二つの波面を干渉させると、この干渉縞の位相分布φは、以下の式で表される。
When these two wavefronts interfere with each other, the phase distribution φ of the interference fringes is expressed by the following equation.
そして、感度係数「ｋ」を選定して、「数１４」式の条件を成立させることにより、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
Then, by selecting the sensitivity coefficient “k” and satisfying the condition of the “number 14” equation, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置１では、入射光学系２により、光源２１から発生する可干渉光ＣＬが第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割される。更に、入射光学系２により、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して互いに異なる角度により入射される。言い換えると、入射光学系２により、第１入射光ＩＬ１は被検面１００へ垂直に入射され、第２入射光ＩＬ２は被検面１００へ入射角度θだけ斜めに入射される。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 1 according to the present embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by the incident optical system 2. Further, the incident optical system 2 causes the first incident light IL1 and the second incident light IL2 to be incident on the surface to be inspected 100 at different angles. In other words, the incident optical system 2 causes the first incident light IL1 to be vertically incident on the test surface 100, and the second incident light IL2 to be obliquely incident on the test surface 100 by an incident angle θ.
このとき、第１入射光ＩＬ１の位相ψ１は、以下のように表される。
「１」は入射角度が垂直であることを意味する。
At this time, the phase ψ 1 of the first incident light IL1 is expressed as follows.
"1" means that the incident angle is vertical.
更に、第２入射光ＩＬ２の位相ψ２は、以下のように表される。
Further, the phase ψ 2 of the second incident light IL2 is expressed as follows.
そして、干渉光学系３により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させ、干渉縞を検出部４（撮像素子４１）にて検出する。検出部４（干渉縞解析部４３）での解析によって、「数１４」の式を用いた干渉縞の位相分布φは、以下のように表される。
ここで、入射角度θの設計により必要な計測感度を得られる。「Ｗ（ｘ，ｙ）」は被検面１００の形状である。
Then, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are made to interfere with each other by the interference optical system 3, and the interference fringes are detected by the detection unit 4 (image sensor 41). By the analysis by the detection unit 4 (interference fringe analysis unit 43), the phase distribution φ of the interference fringes using the equation of “Equation 14” is expressed as follows.
Here, the required measurement sensitivity can be obtained by designing the incident angle θ. “W (x, y)” is the shape of the surface to be inspected 100.
このように、形状計測装置１では、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。
As described above, in the shape measuring device 1, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2, and the first incident light IL1 and the second incident light IL2 have different angles. The light is incident on the surface to be inspected 100. Then, the shape measuring device 1 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
このため、形状計測装置１は、従来の干渉計よりも、不連続の面のような高低差の変動がある形状や傾斜等の表面の凹凸に対する感度が低減される。このため、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。なお、入射光学系２と干渉光学系３は、反射部材及び屈折部材だけで構成されている。
Therefore, the shape measuring device 1 is less sensitive to surface irregularities such as shapes and inclinations having fluctuations in height difference such as discontinuous surfaces, as compared with conventional interferometers. Therefore, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded. The incident optical system 2 and the interference optical system 3 are composed of only a reflecting member and a refracting member.
更に、第１偏光ビームスプリッタ２３により、可干渉光ＣＬは第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割される。このため、可干渉光ＣＬの分割に、ハーフミラーのような一般的なビームスプリッタよりも第１偏光ビームスプリッタ２３を用いることにより、光量の利用効率の低下を抑制することができる。なお、偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
Further, the coherent light CL is split into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by the first polarizing beam splitter 23. Therefore, by using the first polarizing beam splitter 23 rather than a general beam splitter such as a half mirror for splitting the coherent light CL, it is possible to suppress a decrease in the utilization efficiency of the amount of light. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
ウェッジプレート３４は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。このため、第１反射光ＲＬ１と、ウェッジプレート３４を通過した第２反射光ＲＬ２と、を同一のビーム径にて干渉させることができる。変形例として、ウェッジプレート３４は、第２反射光ＲＬ２が通過する光路ではなく、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のうち第１反射光ＲＬ１が通過する光路に配置されても良い。これにより、第１反射ビーム径を、第２反射ビーム径ＲＢ２と同じ径に補正できる。但し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は変形した状態であるので、計測結果の座標の修正が必要である。このため、変形した第２反射光ＲＬ２が通過する光路にウェッジプレート３４を配置した方が、座標の修正が不要である分、優位性がある。
The wedge plate 34 corrects the deformation of the second reflected light RL2. Therefore, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the wedge plate 34 can be made to interfere with each other with the same beam diameter. As a modification, the wedge plate 34 may be arranged not in the optical path through which the second reflected light RL2 passes, but in the optical path through which the first reflected light RL1 of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 passes. Thereby, the diameter of the first reflected beam can be corrected to the same diameter as the diameter of the second reflected beam RB2. However, since the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are in a deformed state, it is necessary to correct the coordinates of the measurement result. Therefore, it is advantageous to arrange the wedge plate 34 in the optical path through which the deformed second reflected light RL2 passes because the coordinates do not need to be corrected.
第２反射鏡２５に第１ピエゾ素子５１を設け、第３反射鏡３３に第２ピエゾ素子５２を設けた。これにより、垂直光と斜め光の縞走査を行うことができる。即ち、第２反射鏡２５を移動させることにより斜め光の位相ψ２が変調され、第３反射鏡３３を移動させることにより垂直光の位相ψ１が変調される。このように、第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２により容易に光の位相を変調することができる。なお、四つの反射鏡２４，２５，３３，３５及び被検面１００のうちいずれか一つにピエゾ素子を設ければ縞走査を行うことができる。
The second reflecting mirror 25 is provided with the first piezo element 51, and the third reflecting mirror 33 is provided with the second piezo element 52. This makes it possible to perform fringe scanning of vertical light and oblique light. That is, by moving the second reflecting mirror 25, the phase ψ 2 of the oblique light is modulated, and by moving the third reflecting mirror 33, the phase ψ 1 of the vertical light is modulated. In this way, the phase of light can be easily modulated by the first piezo element 51 and the second piezo element 52. If a piezo element is provided on any one of the four reflecting mirrors 24, 25, 33, 35 and the surface to be inspected 100, fringe scanning can be performed.
更に、第２反射鏡２５の移動により、斜め光の位相ψ２を「－π／４」変調させる。また、第３反射鏡３３の移動により、垂直光の位相ψ１を「＋π／４」変調させる。そうすると、干渉縞の位相ψが「π／２」になる。ここで、第１偏光ビームスプリッタ２３、第３偏光ビームスプリッタ３２の製造誤差等により消光比が無限ではないので、ノイズ光が発生することがある。ノイズ光の偏光状態もＰ偏光とＳ偏光に分割される。ノイズ光のうち被検面１００に斜めに入射する斜入射ビームは、四つの反射鏡２４，２５，３３，３５のうち、第２反射鏡２５と第３反射鏡３３により反射されるので、その位相はゼロになる。ノイズ光のうち被検面１００に垂直に入射する垂直入射ビームは、四つの反射鏡２４，２５，３３，３５のうち、第１反射鏡２４と第４反射鏡３５により反射されるので、その位相はゼロになる。そして、二つのノイズ光が撮像素子４１にて検出されるが、干渉縞解析部４３における縞走査法にて、位相がゼロであるので除去される。このため、第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２を設けることにより、ノイズ光を除去することができる。
Further, the movement of the second reflecting mirror 25 modulates the phase ψ 2 of the oblique light by “−π / 4”. Further, the movement of the third reflecting mirror 33 modulates the phase ψ 1 of the vertical light by “+ π / 4”. Then, the phase ψ of the interference fringe becomes “π / 2”. Here, since the extinction ratio is not infinite due to manufacturing errors of the first polarization beam splitter 23 and the third polarization beam splitter 32, noise light may be generated. The polarization state of noise light is also divided into P-polarization and S-polarization. Of the noise light, the obliquely incident beam obliquely incident on the surface to be inspected 100 is reflected by the second reflecting mirror 25 and the third reflecting mirror 33 among the four reflecting mirrors 24, 25, 33, 35. The phase becomes zero. Of the noise light, the vertically incident beam vertically incident on the surface to be inspected 100 is reflected by the first reflecting mirror 24 and the fourth reflecting mirror 35 among the four reflecting mirrors 24, 25, 33, 35. The phase becomes zero. Then, two noise lights are detected by the image pickup device 41, but are removed because the phase is zero by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43. Therefore, noise light can be removed by providing the first piezo element 51 and the second piezo element 52.
ここで、第２反射鏡２５と第３反射鏡３３の移動する方向は互いに異なれば良いので、移動する方向は上述した方向とは逆であっても良い。第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２は、第１反射鏡２４と第４反射鏡３５に設けても良く、互いに異なる方向へ移動させる。更に、第１ピエゾ素子５１と第２ピエゾ素子５２は、第１反射鏡２４と第２反射鏡２５、又は、第３反射鏡３３と第４反射鏡３５に設ける場合を除き、第１反射鏡２４と第３反射鏡３３に設けても良いし、第２反射鏡２５と第４反射鏡３５に設けても良い。ただし、同一の方向へ移動させる。これにより干渉縞の位相ψが「π／２」ずつシフトする。なお、同一の方向へ動かすと、ノイズ光の位相はゼロではなくなるが、ノイズ光とノイズ光ではない信号光との位相は異なるので、縞走査法によりノイズ光は除去される。また、ピエゾ素子をマイクロメータに代えても良い。
Here, since the moving directions of the second reflecting mirror 25 and the third reflecting mirror 33 may be different from each other, the moving direction may be opposite to the above-mentioned direction. The first piezo element 51 and the second piezo element 52 may be provided on the first reflecting mirror 24 and the fourth reflecting mirror 35, and are moved in different directions from each other. Further, the first piezo element 51 and the second piezo element 52 are the first reflecting mirrors except when they are provided in the first reflecting mirror 24 and the second reflecting mirror 25, or the third reflecting mirror 33 and the fourth reflecting mirror 35. It may be provided in the 24 and the third reflecting mirror 33, or may be provided in the second reflecting mirror 25 and the fourth reflecting mirror 35. However, move in the same direction. As a result, the phase ψ of the interference fringes shifts by "π / 2". If the light is moved in the same direction, the phase of the noise light is not zero, but the phase of the noise light and the signal light that is not the noise light are different, so that the noise light is removed by the fringe scanning method. Further, the piezo element may be replaced with a micrometer.
光軸一致部材は、第３偏光ビームスプリッタ３２と、ウェッジプレート３４と、第４反射鏡３５と、第４偏光ビームスプリッタ３６と、により構成される。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。更に、第４偏光ビームスプリッタ３６を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と集光レンズ３８と結像レンズ３９と撮像素子４１と開口絞り５３の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
The optical axis matching member includes a third polarization beam splitter 32, a wedge plate 34, a fourth reflector 35, and a fourth polarization beam splitter 36. As a result, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned with each other. Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the fourth polarizing beam splitter 36 are aligned, the splitter 37, the condenser lens 38, the imaging lens 39, and the image pickup element 41 By changing the position of the opening aperture 53, the imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
ここで、第２リレーレンズ３１ｂと第３偏光ビームスプリッタ３２との間の距離を図１よりも長くすると、第１反射光ＲＬ１は第３反射鏡３３に集光され、第２反射光ＲＬ２は第４反射鏡３５に集光される。このように、集光位置を変更することができるので、光学系の設計に自由度がある。また、第４偏光ビームスプリッタ３６の分割面３６ａに第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が集光しないため、この分の第４偏光ビームスプリッタ３６の位置の調整が不要となる。なお、集光位置を変更しても、第４偏光ビームスプリッタ３６の角度設定にて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２との光軸を一致させることができる。
Here, when the distance between the second relay lens 31b and the third polarized beam splitter 32 is longer than in FIG. 1, the first reflected light RL1 is focused on the third reflecting mirror 33, and the second reflected light RL2 is The light is focused on the fourth reflecting mirror 35. Since the light collection position can be changed in this way, there is a degree of freedom in the design of the optical system. Further, since the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are not focused on the split surface 36a of the fourth polarizing beam splitter 36, it is not necessary to adjust the position of the fourth polarized beam splitter 36 by this amount. Even if the focusing position is changed, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by setting the angle of the fourth polarizing beam splitter 36.
開口絞り５３により、ノイズ光を遮断することができる。また、開口部５３ａの径を変更することにより、ノイズ光を完全に遮断することもできる。なお、開口絞り５３は、縞走査法によりノイズ光を除去できれば設けなくても良い。
Noise light can be blocked by the aperture stop 53. Further, by changing the diameter of the opening 53a, noise light can be completely blocked. The aperture diaphragm 53 may not be provided as long as noise light can be removed by the fringe scanning method.
（第２実施形態）
次に、図５を参照して、第２実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の偏光状態・入射角度とする。
(Second Embodiment)
Next, the shape measuring device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same polarization state and incident angle as in the first embodiment.
形状計測装置２０１は、入射光学系２２０と、干渉光学系２３０と、検出部４と、を備える。
The shape measuring device 201 includes an incident optical system 220, an interference optical system 230, and a detection unit 4.
入射光学系２２０は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、ビームスプリッタ２２１と、第１偏光ビームスプリッタ２２２と、第１反射鏡２２３（第１反射部材）と、第２反射鏡２２４（第２反射部材）と、第２偏光ビームスプリッタ２２５と、を有する。なお、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２のみを説明し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は干渉光学系２３０にて説明する。
The incident optical system 220 includes a light source 21, a beam expander 22, a beam splitter 221, a first polarization beam splitter 222, a first reflecting mirror 223 (first reflecting member), and a second reflecting mirror 224 (second reflecting member). It has a reflective member) and a second polarization beam splitter 225. Only the first incident light IL1 and the second incident light IL2 will be described, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 will be described by the interference optical system 230.
ビームスプリッタ２２１は、ビームエキスパンダ２２を通過した可干渉光ＣＬを透過させる。
The beam splitter 221 transmits the coherent light CL that has passed through the beam expander 22.
第１偏光ビームスプリッタ２２２は、第１偏光ビームスプリッタ２３と同様に、第１偏光ビームスプリッタ２２２を透過する光（第１入射光ＩＬ１）と、第１偏光ビームスプリッタ２２２により反射される光（第２入射光ＩＬ２）と、に分割する。
Similar to the first polarization beam splitter 23, the first polarization beam splitter 222 includes light transmitted through the first polarization beam splitter 222 (first incident light IL1) and light reflected by the first polarization beam splitter 222 (first polarization beam splitter 222). 2 Incident light IL2) and split into.
第１反射鏡２２３は、第１偏光ビームスプリッタ２２２を透過した第１入射光ＩＬ１を第２偏光ビームスプリッタ２２５の方向へ反射する。第１反射鏡２２３の角度は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度に設定されている。第１反射鏡２２３には、第１移動部材である第１ピエゾ素子２５１が設けられている。
The first reflecting mirror 223 reflects the first incident light IL1 transmitted through the first polarizing beam splitter 222 in the direction of the second polarizing beam splitter 225. The angle of the first reflecting mirror 223 is set to an angle at which the first incident light IL1 can be incident perpendicularly to the surface to be inspected 100. The first reflecting mirror 223 is provided with a first piezo element 251 which is a first moving member.
第１ピエゾ素子２５１は、後述する制御部２４４からの信号により制御され、第１反射鏡２２３を微小に動かすことができる。第１ピエゾ素子２５１は、第１反射鏡２２３の位置を移動することで第１反射鏡２２３により反射された第１入射光ＩＬ１の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第１ピエゾ素子２５１は、第１偏光ビームスプリッタ２２２を透過した第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ２１と、第１反射鏡２２３により反射された第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ２２と、の両方の光軸方向へ第１反射鏡２２３を移動させる。つまり、第１ピエゾ素子２５１は、矢印Ｂ２１の方向（例えば矢印Ｂ２１のうち第１偏光ビームスプリッタ２２２と第２偏光ビームスプリッタ２２５から遠ざかる方向）へ第１反射鏡２２３を移動させる。なお、他の例として、第１ピエゾ素子２５１は、第１反射鏡２２３の法線と直交ではない方向に第１反射鏡２２３を移動させても良い。これにより、垂直光の位相を変調させることができる。
The first piezo element 251 is controlled by a signal from the control unit 244 described later, and the first reflecting mirror 223 can be moved minutely. The first piezo element 251 changes the optical path length of the first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 223 by moving the position of the first reflecting mirror 223. In the present embodiment, for example, the first piezo element 251 is the optical axis A21 of the first incident light IL1 transmitted through the first polarized beam splitter 222 and the light of the first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 223. The first reflector 223 is moved in the optical axis directions of both the axis A22 and the axis A22. That is, the first piezo element 251 moves the first reflecting mirror 223 in the direction of the arrow B21 (for example, in the direction of the arrow B21 away from the first polarizing beam splitter 222 and the second polarizing beam splitter 225). As another example, the first piezo element 251 may move the first reflecting mirror 223 in a direction not orthogonal to the normal line of the first reflecting mirror 223. This makes it possible to modulate the phase of vertical light.
第２反射鏡２２４は、第１偏光ビームスプリッタ２２２により反射された第２入射光ＩＬ２を後述するウェッジプレート２３１の方向へ反射する。第２反射鏡２２４により反射された第２入射光ＩＬ２はウェッジプレート２３１を透過する。第２反射鏡２２４の角度は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度に設定されている。第２反射鏡２２４には、第２移動部材である第２ピエゾ素子２５２が設けられている。
The second reflecting mirror 224 reflects the second incident light IL2 reflected by the first polarizing beam splitter 222 in the direction of the wedge plate 231 described later. The second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 224 passes through the wedge plate 231. The angle of the second reflecting mirror 224 is set to an angle at which the second incident light IL2 can be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ. The second reflecting mirror 224 is provided with a second piezo element 252, which is a second moving member.
第２ピエゾ素子２５２は、制御部２４４からの信号により制御され、第２反射鏡２２４を微小に動かすことができる。第２ピエゾ素子２５２は、第２反射鏡２２４の位置を移動することで第２反射鏡２２４により反射された第２入射光ＩＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第２ピエゾ素子２５２は、第１偏光ビームスプリッタ２２２により反射された第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ２３と、第２反射鏡２２４により反射された第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ２４と、の両方の光軸方向へ第２反射鏡２２４を移動させる。つまり、第２ピエゾ素子２５２は、矢印Ｂ２２の方向（例えば矢印Ｂ２２のうち第１偏光ビームスプリッタ２２２と第２偏光ビームスプリッタ２２５に近づく方向）へ第２反射鏡２２４を移動させる。なお、他の例として、第２ピエゾ素子２５２は、第２反射鏡２２４の法線と直交ではない方向に第２反射鏡２２４を移動させても良い。これにより、斜め光の位相を変調させることができる。
The second piezo element 252 is controlled by a signal from the control unit 244, and the second reflecting mirror 224 can be moved minutely. The second piezo element 252 changes the optical path length of the second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 224 by moving the position of the second reflecting mirror 224. In the present embodiment, for example, the second piezo element 252 has an optical axis A23 of the second incident light IL2 reflected by the first polarized beam splitter 222 and a second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 224. The second reflector 224 is moved in the direction of both the optical axis A24 and the optical axis. That is, the second piezo element 252 moves the second reflecting mirror 224 in the direction of the arrow B22 (for example, the direction of the arrow B22 that approaches the first polarizing beam splitter 222 and the second polarizing beam splitter 225). As another example, the second piezo element 252 may move the second reflecting mirror 224 in a direction not orthogonal to the normal line of the second reflecting mirror 224. This makes it possible to modulate the phase of the oblique light.
第２偏光ビームスプリッタ２２５は、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を被検面１００の方向へ導く。第１反射鏡２２３により反射された第１入射光ＩＬ１は第２偏光ビームスプリッタ２２５を透過し、ウェッジプレート２３１を透過した第２入射光ＩＬ２は第２偏光ビームスプリッタ２２５により反射される。
The second polarization beam splitter 225 guides the first incident light IL1 and the second incident light IL2 toward the surface to be inspected 100. The first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 223 is transmitted through the second polarizing beam splitter 225, and the second incident light IL2 transmitted through the wedge plate 231 is reflected by the second polarizing beam splitter 225.
第２偏光ビームスプリッタ２２５を透過した第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。第２偏光ビームスプリッタ２２５により反射された第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 transmitted through the second polarization beam splitter 225 is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertical incident). The second incident light IL2 reflected by the second polarization beam splitter 225 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident). Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
干渉光学系２３０は、ビームスプリッタ２２１と、第１偏光ビームスプリッタ２２２と、第１反射鏡２２３と、第２反射鏡２２４と、第２偏光ビームスプリッタ２２５と、ウェッジプレート２３１（補正部材）と、ウォラストンプリズム群２３２（光軸一致部材）と、偏光子３７と、結像レンズ３９と、を有する。なお、ビームスプリッタ２２１と、第１偏光ビームスプリッタ２２２と、第１反射鏡２２３と、第２反射鏡２２４と、第２偏光ビームスプリッタ２２５と、は入射光学系２２０と共通の光学要素である。
The interference optical system 230 includes a beam splitter 221, a first polarizing beam splitter 222, a first reflecting mirror 223, a second reflecting mirror 224, a second polarizing beam splitter 225, and a wedge plate 231 (correction member). It has a Wollaston prism group 232 (optical axis matching member), a splitter 37, and an imaging lens 39. The beam splitter 221, the first polarizing beam splitter 222, the first reflecting mirror 223, the second reflecting mirror 224, and the second polarizing beam splitter 225 are optical elements common to the incident optical system 220.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１は、第２偏光ビームスプリッタ２２５を透過する。被検面１００から反射した第２反射光ＲＬ２は、第２偏光ビームスプリッタ２２５により第２反射鏡２２４の方向へ反射される。
The first reflected light RL1 reflected from the surface to be inspected 100 passes through the second polarization beam splitter 225. The second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 is reflected in the direction of the second reflecting mirror 224 by the second polarizing beam splitter 225.
第１反射鏡２２３は、第２偏光ビームスプリッタ２２５を透過した第１反射光ＲＬ１を第１偏光ビームスプリッタ２２２の方向へ反射する。第１反射光ＲＬ１が再び第１反射鏡２２３により反射されると、垂直光の位相は更に変調される。
The first reflecting mirror 223 reflects the first reflected light RL1 transmitted through the second polarizing beam splitter 225 in the direction of the first polarizing beam splitter 222. When the first reflected light RL1 is reflected again by the first reflecting mirror 223, the phase of the vertical light is further modulated.
ウェッジプレート２３１は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート２３１は、第２反射鏡２２４と第２偏光ビームスプリッタ２２５との間に配置される。ウェッジプレート２３１の配置条件と形状、及び、ウェッジプレート２３１による第２反射光ＲＬ２の変形補正は、第１実施形態のウェッジプレート３４と同様であるので説明を省略する。
The wedge plate 231 corrects the deformation of the second reflected light RL2. The wedge plate 231 is arranged between the second reflecting mirror 224 and the second polarizing beam splitter 225. Since the arrangement conditions and shapes of the wedge plate 231 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 231 are the same as those of the wedge plate 34 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
第２偏光ビームスプリッタ２２５により反射された第２反射光ＲＬ２はウェッジプレート２３１を透過する。第２反射鏡２２４は、ウェッジプレート２３１を透過した第２反射光ＲＬ２を第１偏光ビームスプリッタ２２２の方向へ反射する。第２反射光ＲＬ２が再び第２反射鏡２２４により反射されると、斜め光の位相は更に変調される。
The second reflected light RL2 reflected by the second polarization beam splitter 225 passes through the wedge plate 231. The second reflecting mirror 224 reflects the second reflected light RL2 transmitted through the wedge plate 231 toward the first polarizing beam splitter 222. When the second reflected light RL2 is reflected again by the second reflecting mirror 224, the phase of the oblique light is further modulated.
第１偏光ビームスプリッタ２２２は、第１反射鏡２２３により反射された第１反射光ＲＬ１を透過させ、第２反射鏡２２４により反射された第２反射光ＲＬ２をビームスプリッタ２２１の方向へ反射する。
The first polarized beam splitter 222 transmits the first reflected light RL1 reflected by the first reflecting mirror 223, and reflects the second reflected light RL2 reflected by the second reflecting mirror 224 toward the beam splitter 221.
ビームスプリッタ２２１は、第１偏光ビームスプリッタ２２２から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２をウォラストンプリズム群２３２の方向へ反射する。
The beam splitter 221 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the first polarizing beam splitter 222 in the direction of the Wollaston prism group 232.
ウォラストンプリズム群２３２は、ビームスプリッタ２２１から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の進行方向を修正して、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。ウォラストンプリズム群２３２は、第１ウォラストンプリズム２３２ａと第２ウォラストンプリズム２３２ｂを有する。第１ウォラストンプリズム２３２ａは、第２ウォラストンプリズム２３２ｂと間隔を空けて配置される。
The Wollaston prism group 232 modifies the traveling directions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the beam splitter 221 to align the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2. .. The Wollaston prism group 232 includes a first Wollaston prism 232a and a second Wollaston prism 232b. The first Wollaston prism 232a is arranged at a distance from the second Wollaston prism 232b.
第１ウォラストンプリズム２３２ａは、第１反射光ＲＬ１の光軸を第２反射光ＲＬ２側へ屈折させ、第２反射光ＲＬ２の光軸を第１反射光ＲＬ１側へ屈折させる。第２ウォラストンプリズム２３２ｂは、第１ウォラストンプリズム２３２ａから入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。
The first Wollaston prism 232a refracts the optical axis of the first reflected light RL1 toward the second reflected light RL2, and refracts the optical axis of the second reflected light RL2 toward the first reflected light RL1. The second Wollaston prism 232b aligns the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the first Wollaston prism 232a.
偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing element 37 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned coincide with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
検出部４の情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部２４４を有する。制御部２４４は、第１ピエゾ素子２５１と第２ピエゾ素子２５２を信号により制御する。制御部２４４は、縞走査のために、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させるための信号を第１ピエゾ素子２５１と第２ピエゾ素子２５２へ出力する。例えば、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相を「＋π／４」ずつ変調させ、斜め光の位相を「－π／４」ずつ変調させる。言い換えると、第１ピエゾ素子２５１と第２ピエゾ素子２５２を用いて、第１反射鏡２２３と第２反射鏡２２４を互いに異なる方向へ移動する。そして、干渉縞（干渉位相信号）の位相が「π／２」ずつシフトする。なお、垂直光の位相は、第１反射鏡２２３により２回反射されることで、「＋π／４」変調される。また、斜め光の位相は、第２反射鏡２２４により２回反射されることで「－π／４」変調される。
The information processing device 42 of the detection unit 4 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 244. The control unit 244 controls the first piezo element 251 and the second piezo element 252 by a signal. The control unit 244 outputs a signal for modulating the phase of the vertical light and the phase of the oblique light to the first piezo element 251 and the second piezo element 252 for each interference fringe detection for fringe scanning. .. For example, the phase of vertical light is modulated by "+ π / 4" and the phase of oblique light is modulated by "-π / 4" for each detection of interference fringes. In other words, the first piezo element 251 and the second piezo element 252 are used to move the first reflecting mirror 223 and the second reflecting mirror 224 in different directions from each other. Then, the phase of the interference fringe (interference phase signal) is shifted by "π / 2". The phase of the vertical light is modulated by "+ π / 4" by being reflected twice by the first reflecting mirror 223. Further, the phase of the oblique light is modulated by "−π / 4" by being reflected twice by the second reflecting mirror 224.
なお、縞走査法の説明は、第１実施形態の、「第１ピエゾ素子５１」を「第２ピエゾ素子２５２」とし、「第２ピエゾ素子５２」を「第１ピエゾ素子２５１」とし、「第２反射鏡２５」を「第２反射鏡２２４」とし、「第３反射鏡３３」を「第１反射鏡２２３」とすれば、同様なので説明を省略する。
In the description of the fringe scanning method, the "first piezo element 51" is referred to as the "second piezo element 252" and the "second piezo element 52" is referred to as the "first piezo element 251" in the first embodiment. If the "second reflecting mirror 25" is referred to as the "second reflecting mirror 224" and the "third reflecting mirror 33" is referred to as the "first reflecting mirror 223", the same description will be omitted.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置２０１では、ビームスプリッタ２２１から被検面１００までの間において、第１入射光ＩＬ１と第１反射光ＲＬ１の光路が共通し、第２入射光ＩＬ２と第２反射光ＲＬ２の光路が共通する。これにより、ビームスプリッタ２２１から被検面１００までの間では、入射光学系２２０と干渉光学系２３０において、ビームスプリッタ２２１と第１偏光ビームスプリッタ２２２と第１反射鏡２２３と第２反射鏡２２４との光学素子を共有することができる。このため、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、で別々にビームスプリッタや偏光ビームスプリッタや反射鏡等を設ける場合と比較して、光学素子の点数を減少することができる。更に、入射光学系２２０と干渉光学系２３０をシンプルな光学系にすることができる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 201 according to the present embodiment, the optical path of the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 is common between the beam splitter 221 and the surface to be inspected 100, and the second incident light IL2 and the second reflected light IL2. The optical path of the optical RL2 is common. As a result, between the beam splitter 221 and the surface to be inspected 100, in the incident optical system 220 and the interference optical system 230, the beam splitter 221 and the first polarizing beam splitter 222, the first reflecting mirror 223, and the second reflecting mirror 224 are used. Optical elements can be shared. Therefore, as compared with the case where the first incident light IL1 and the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are separately provided with a beam splitter, a polarizing beam splitter, a reflecting mirror, and the like. The number of optical elements can be reduced. Further, the incident optical system 220 and the interference optical system 230 can be made into a simple optical system.
更に、形状計測装置２０１では、光軸一致部材としてのウォラストンプリズム群２３２により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
Further, in the shape measuring device 201, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by the Wollaston prism group 232 as the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
そして、形状計測装置２０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置２０１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
Then, in the shape measuring device 201, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2. , The first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the surface to be inspected 100 at different angles. Then, the shape measuring device 201 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
更に、ウォラストンプリズム群２３２を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the Wollaston prism group 232 are aligned, the positions of the polarizing element 37, the imaging lens 39, and the imaging element 41 can be changed. The imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
そして、形状計測装置２０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、第１偏光ビームスプリッタ２２２により第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に可干渉光ＣＬが分割される。更に、ウェッジプレート２３１により第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。更にまた、第１ピエゾ素子２５１と第２ピエゾ素子２５２を用いて、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させる。更に、撮像素子４１にて検出される二つのノイズ光は、どちらも第１反射鏡２２３と第２反射鏡２２４によりそれぞれ一回ずつ反射される。このため、どちらのノイズ光もその位相はゼロになるので、干渉縞解析部４３における縞走査法によりノイズ光は除去される。このため、形状計測装置２０１は、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。ただし、光軸一致部材が相違する点、及び、第１実施形態のリレーレンズ３１と開口絞り５３を有さない点で、第１実施形態に係る形状計測装置１の効果とは相違する。
In the shape measuring device 201, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the first polarizing beam splitter 222 causes the first incident light IL1 and the second incident light IL2 to have the interfering light CL. It is split. Further, the wedge plate 231 corrects the deformation of the second reflected light RL2. Furthermore, the first piezo element 251 and the second piezo element 252 are used to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light. Further, the two noise lights detected by the image pickup device 41 are both reflected once by the first reflecting mirror 223 and the second reflecting mirror 224. Therefore, since the phase of both noise lights becomes zero, the noise light is removed by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43. Therefore, the shape measuring device 201 can obtain the same effect as the shape measuring device 1 according to the first embodiment. However, it differs from the effect of the shape measuring device 1 according to the first embodiment in that the optical axis matching member is different and the relay lens 31 and the aperture diaphragm 53 of the first embodiment are not provided.
ここで、第２実施形態の別の形態（変形例２－１）として、図６に示すように、光軸一致部材をプリズム群２３３とする形状計測装置２０２の例を示す。なお、図５の形状計測装置２０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
Here, as another embodiment (modification example 2-1) of the second embodiment, as shown in FIG. 6, an example of the shape measuring device 202 in which the optical axis matching member is the prism group 233 is shown. The same components as those of the shape measuring device 201 of FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
プリズム群２３３は、ビームスプリッタ２２１から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の進行方向を修正して、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。プリズム群２３３は、ウォラストンプリズム２３３ａとウォークオフプリズム２３３ｂを有する。ウォラストンプリズム２３３ａは、ウォークオフプリズム２３３ｂと間隔を空けて配置される。
The prism group 233 corrects the traveling directions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the beam splitter 221 so that the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are aligned with each other. The prism group 233 has a Wollaston prism 233a and a walk-off prism 233b. The Wollaston prism 233a is arranged at a distance from the walk-off prism 233b.
ウォラストンプリズム２３３ａは、第１反射光ＲＬ１を直進させ、第２反射光ＲＬ２の光軸を第１反射光ＲＬ１側へ屈折させる。ウォークオフプリズム２３３ｂは、第１ウォラストンプリズム２３２ａから入射される第１反射光ＲＬ１を直進させる。ウォークオフプリズム２３３ｂは、第２反射光ＲＬ２の光軸を更に第１反射光ＲＬ１側へ屈折させる。そして、ウォークオフプリズム２３３ｂは、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。
The Wollaston prism 233a advances the first reflected light RL1 straight and refracts the optical axis of the second reflected light RL2 toward the first reflected light RL1. The walk-off prism 233b directs the first reflected light RL1 incident from the first Wollaston prism 232a in a straight line. The walk-off prism 233b further refracts the optical axis of the second reflected light RL2 toward the first reflected light RL1. Then, the walk-off prism 233b aligns the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2.
結像レンズ３９から撮像面４１ａまでの途中に配置された偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing element 37 arranged on the way from the imaging lens 39 to the imaging surface 41a matches the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
このように、形状計測装置２０２では、光軸一致部材としてのプリズム群２３３により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
In this way, in the shape measuring device 202, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by the prism group 233 as the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
このため、形状計測装置２０２は、第２実施形態の形状計測装置２０１と光軸一致部材が異なるものの、第２実施形態の形状計測装置２０１と同様の効果を得ることができる。
Therefore, although the shape measuring device 202 is different from the shape measuring device 201 of the second embodiment in the optical axis matching member, the same effect as that of the shape measuring device 201 of the second embodiment can be obtained.
更に、プリズム群２３３を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、結像レンズ３９と偏光子３７と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the prism group 233 are aligned, interference fringes can be obtained by changing the positions of the imaging lens 39, the polarizing element 37, and the image pickup element 41. The image formation position of can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
第２実施形態の別の形態（変形例２－２）として、図７に示すように、光軸一致部材を光軸一致用ビームスプリッタ２３４と第１ルーフプリズム２３４ｂと第２ルーフプリズム２３４ｆにより構成する形状計測装置２０３の例を示す。なお、図５の形状計測装置２０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
As another embodiment of the second embodiment (modification example 2-2), as shown in FIG. 7, the optical axis matching member is composed of a beam splitter 234 for optical axis matching, a first roof prism 234b, and a second roof prism 234f. An example of the shape measuring device 203 to be used is shown. The same components as those of the shape measuring device 201 of FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
光軸一致用ビームスプリッタ２３４は、ビームスプリッタ２２１から入射される第１反射光ＲＬ１を透過させ、ビームスプリッタ２２１から入射される第２反射光ＲＬ２を第２ルーフプリズム２３４ｆの方向へ反射する。なお、第１ルーフプリズム２３４ｂと第２ルーフプリズム２３４ｆのそれぞれから戻ってくる第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は後述する。
The beam splitter 234 for optical axis matching transmits the first reflected light RL1 incident from the beam splitter 221 and reflects the second reflected light RL2 incident from the beam splitter 221 in the direction of the second roof prism 234f. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 returning from each of the first roof prism 234b and the second roof prism 234f will be described later.
第１ルーフプリズム２３４ｂは、透過面２３４ｃと二つの反射面２３４ｄ，２３４ｅを有する。二つの反射面２３４ｄ，２３４ｅのなす角度（頂角）は、第１ルーフプリズム２３４ｂにより反射された第１反射光ＲＬ１の光軸が光軸一致用ビームスプリッタ２３４の分割面２３４ａにて、第２反射光ＲＬ２の光軸と一致する角度である。例えば、頂角は、「９０度－（θ１／２）」である。角度「θ１」は、ビームスプリッタ２２１により反射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２とのなす角度である。ビームスプリッタ２２１から光軸一致用ビームスプリッタ２３４を介して入射される第１反射光ＲＬ１は、透過面２３４ｃを透過すると共に、二つの反射面２３４ｄ，２３４ｅの接点により光軸一致用ビームスプリッタ２３４の方向へ反射される。
The first roof prism 234b has a transmission surface 234c and two reflection surfaces 234d and 234e. The angle (apical angle) formed by the two reflecting surfaces 234d and 234e is such that the optical axis of the first reflected light RL1 reflected by the first roof prism 234b is the second on the split surface 234a of the beam splitter 234 for optical axis matching. It is an angle that coincides with the optical axis of the reflected light RL2. For example, the apex angle is "90 degrees- (θ1 / 2)". The angle “θ1” is an angle formed by the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected by the beam splitter 221. The first reflected light RL1 incident from the beam splitter 221 through the beam splitter 234 for optical axis matching passes through the transmission surface 234c, and the contact points of the two reflecting surfaces 234d and 234e of the beam splitter 234 for optical axis matching. Reflected in the direction.
第２ルーフプリズム２３４ｆは、透過面２３４ｇと二つの反射面２３４ｈ，２３４ｉを有する。二つの反射面２３４ｈ，２３４ｉのなす角度（頂角）は、第２ルーフプリズム２３４ｆにより反射された第２反射光ＲＬ２の光軸が光軸一致用ビームスプリッタ２３４の分割面２３４ａにて、第１反射光ＲＬ１の光軸と一致する角度である。この頂角は第１ルーフプリズム２３４ｂと同様であるので説明を省略する。ビームスプリッタ２２１から光軸一致用ビームスプリッタ２３４を介して入射される第２反射光ＲＬ２は、透過面２３４ｇを透過すると共に、一つの反射面２３４ｈによりもう一つの反射面２３４ｉの方向へ反射される。一つの反射面２３４ｈにより反射された第２反射光ＲＬ２は、もう一つの反射面２３４ｉにより光軸一致用ビームスプリッタ２３４の方向へ反射される。
The second roof prism 234f has a transmission surface 234g and two reflection surfaces 234h and 234i. The angle (apical angle) formed by the two reflecting surfaces 234h and 234i is such that the optical axis of the second reflected light RL2 reflected by the second roof prism 234f is the first on the split surface 234a of the beam splitter 234 for optical axis matching. It is an angle that coincides with the optical axis of the reflected light RL1. Since this apex angle is the same as that of the first roof prism 234b, the description thereof will be omitted. The second reflected light RL2 incident from the beam splitter 221 through the beam splitter 234 for optical axis matching passes through the transmission surface 234 g and is reflected by one reflection surface 234h in the direction of the other reflection surface 234i. .. The second reflected light RL2 reflected by one reflecting surface 234h is reflected by the other reflecting surface 234i in the direction of the beam splitter 234 for optical axis matching.
光軸一致用ビームスプリッタ２３４に戻って、第１ルーフプリズム２３４ｂから戻ってくる第１反射光ＲＬ１は光軸一致用ビームスプリッタ２３４により偏光子３７の方向へ反射され、第２ルーフプリズム２３４ｆから戻ってくる第２反射光ＲＬ２は光軸一致用ビームスプリッタ２３４を透過する。そして、光軸一致用ビームスプリッタ２３４の分割面２３４ａにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する。
The first reflected light RL1 returning from the first roof prism 234b returning to the beam splitter 234 for optical axis matching is reflected in the direction of the splitter 37 by the beam splitter 234 for optical axis matching, and returns from the second roof prism 234f. The incoming second reflected light RL2 passes through the beam splitter 234 for optical axis matching. Then, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other on the split surface 234a of the beam splitter 234 for optical axis matching.
偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing element 37 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned coincide with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
このように、形状計測装置２０３では、光軸一致部材としての光軸一致用ビームスプリッタ２３４等により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
As described above, in the shape measuring device 203, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by the beam splitter 234 for optical axis matching as the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
このため、形状計測装置２０３は、第２実施形態の形状計測装置２０１と光軸一致部材が異なるものの、第２実施形態の形状計測装置２０１と同様の効果を得ることができる。
Therefore, although the shape measuring device 203 has a different optical axis matching member from the shape measuring device 201 of the second embodiment, the same effect as that of the shape measuring device 201 of the second embodiment can be obtained.
更に、光軸一致用ビームスプリッタ２３４から偏光子３７の方向へ出射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。なお、第１ルーフプリズム２３４ｂと第２ルーフプリズム２３４ｆは、ルーフミラーとしても良い。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 emitted from the beam splitter 234 for optical axis matching in the direction of the polarizing element 37 are aligned, the polarizing element 37, the imaging lens 39, and the imaging lens 39 are imaged. By changing the position of the element 41, the imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes. The first roof prism 234b and the second roof prism 234f may be used as roof mirrors.
更に、第２実施形態の別の形態（変形例２－３）として、図８に示すように、光軸一致部材を一つのウォラストンプリズム２３５と結像レンズ２３９により構成し、干渉光学系２３０に偏光子２３７を有する形状計測装置２０４の例を示す。なお、図５の形状計測装置２０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
Further, as another embodiment of the second embodiment (modification example 2-3), as shown in FIG. 8, the optical axis matching member is composed of one Wollaston prism 235 and an imaging lens 239, and the interference optical system 230. An example of a shape measuring device 204 having a polarizing element 237 is shown. The same components as those of the shape measuring device 201 of FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
ウォラストンプリズム２３５は、第１反射光ＲＬ１を直進させ、第２反射光ＲＬ２の光軸を第１反射光ＲＬ１側へ屈折させる。
The Wollaston prism 235 advances the first reflected light RL1 straight and refracts the optical axis of the second reflected light RL2 toward the first reflected light RL1.
偏光子２３７は、ウォラストンプリズム２３５を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１の光軸と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致したとき、互いに干渉させることができる。
The splitter 237 matches the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the Wollaston prism 235. As a result, when the optical axis of the first reflected light RL1 and the optical axis of the second reflected light RL2 coincide with each other, they can interfere with each other.
結像レンズ２３９は、偏光子２３７を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のそれぞれの光軸を、撮像面４１ａにて一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が、撮像面４１ａにて干渉する。
The imaging lens 239 aligns the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the polarizing element 237 on the imaging surface 41a. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other on the image pickup surface 41a.
このように、形状計測装置２０４では、一つのウォラストンプリズム２３５と結像レンズ２３９の両方により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。これにより、第２実施形態の形状計測装置２０１よりも一つのウォラストンプリズムを減らすことができる。偏光子２３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
In this way, in the shape measuring device 204, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by both the one Wollaston prism 235 and the imaging lens 239. As a result, one Wollaston prism can be reduced as compared with the shape measuring device 201 of the second embodiment. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 237, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
更にまた、形状計測装置２０４は、第２実施形態の形状計測装置２０１と光軸一致部材が異なるものの、第２実施形態の形状計測装置２０１と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, although the shape measuring device 204 is different from the shape measuring device 201 of the second embodiment in the optical axis matching member, the same effect as that of the shape measuring device 201 of the second embodiment can be obtained.
（第３実施形態）
次に、図９を参照して、第３実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の入射角度とする。
(Third Embodiment)
Next, with reference to FIG. 9, the shape measuring device according to the third embodiment will be described. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same incident angles as those in the first embodiment.
形状計測装置３０１は、入射光学系３２０と、干渉光学系３３０と、検出部４と、を備える。
The shape measuring device 301 includes an incident optical system 320, an interference optical system 330, and a detection unit 4.
入射光学系３２０は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、ビームスプリッタ３２１と、第１ハーフミラー３２２（第１反射部材）と、第１反射鏡３２３（第２反射部材）と、を有する。なお、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２のみを説明し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は干渉光学系３３０にて説明する。
The incident optical system 320 includes a light source 21, a beam expander 22, a beam splitter 321 and a first half mirror 322 (first reflecting member), and a first reflecting mirror 323 (second reflecting member). Only the first incident light IL1 and the second incident light IL2 will be described, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 will be described by the interference optical system 330.
ビームスプリッタ３２１は、ビームエキスパンダ２２を通過した可干渉光ＣＬを透過させる。
The beam splitter 321 transmits the coherent light CL that has passed through the beam expander 22.
第１ハーフミラー３２２は、第１ハーフミラー３２２に入射される可干渉光ＣＬを、第１ハーフミラー３２２により反射される光（第１入射光ＩＬ１）と、第１ハーフミラー３２２を透過する光（第２入射光ＩＬ２）と、に分割する。より詳細には、第１入射光ＩＬ１は、第１ハーフミラー３２２の表面３２２ａを透過すると共に、第１ハーフミラー３２２の裏面３２２ｂにより被検面１００の方向へ反射される。そして、裏面３２２ｂにより反射された第１入射光ＩＬ１は、再び表面３２２ａを透過する。第２入射光ＩＬ２は、表面３２２ａと裏面３２２ｂを透過するが、裏面３２２ｂを透過するとき屈折される。第１ハーフミラー３２２の裏面３２２ｂの角度は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度に設定されている。第１ハーフミラー３２２は、第１反射鏡３２３と間隔を空けて配置する。第１ハーフミラー３２２には、第１移動部材である第１ピエゾ素子３５１が設けられている。
The first half mirror 322 transmits the interfering light CL incident on the first half mirror 322 to the light reflected by the first half mirror 322 (first incident light IL1) and the light transmitted through the first half mirror 322. (Second incident light IL2) and. More specifically, the first incident light IL1 passes through the front surface 322a of the first half mirror 322 and is reflected by the back surface 322b of the first half mirror 322 toward the surface to be inspected 100. Then, the first incident light IL1 reflected by the back surface 322b passes through the front surface 322a again. The second incident light IL2 is transmitted through the front surface 322a and the back surface 322b, but is refracted when transmitted through the back surface 322b. The angle of the back surface 322b of the first half mirror 322 is set to an angle at which the first incident light IL1 can be vertically incident on the surface to be inspected 100. The first half mirror 322 is arranged at a distance from the first reflecting mirror 323. The first half mirror 322 is provided with a first piezo element 351 which is a first moving member.
第１ピエゾ素子３５１は、後述する制御部３４４からの信号により制御され、第１ハーフミラー３２２を微小に動かすことができる。第１ピエゾ素子３５１は、第１ハーフミラー３２２の位置を移動することで第１ハーフミラー３２２により反射された第１入射光ＩＬ１の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第１ピエゾ素子３５１は、ビームスプリッタ３２１を透過した第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ３１と、第１ハーフミラー３２２により反射された第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ３２と、の両方の光軸方向へ第１ハーフミラー３２２を移動させる。つまり、第１ピエゾ素子３５１は、矢印Ｂ３１の方向（例えば矢印Ｂ３１のうちビームスプリッタ３２１と被検面１００から遠ざかる方向）へ第１ハーフミラー３２２を移動させる。なお、他の例として、第１ピエゾ素子３５１は、第１ハーフミラー３２２の法線と直交ではない方向に第１ハーフミラー３２２を移動させても良い。これにより、垂直光の位相を変調させることができる。
The first piezo element 351 is controlled by a signal from the control unit 344 described later, and the first half mirror 322 can be moved minutely. The first piezo element 351 changes the optical path length of the first incident light IL1 reflected by the first half mirror 322 by moving the position of the first half mirror 322. In the present embodiment, for example, the first piezo element 351 has an optical axis A31 of the first incident light IL1 transmitted through the beam splitter 321 and an optical axis A32 of the first incident light IL1 reflected by the first half mirror 322. The first half mirror 322 is moved in both optical axis directions. That is, the first piezo element 351 moves the first half mirror 322 in the direction of the arrow B31 (for example, the direction away from the beam splitter 321 and the test surface 100 in the arrow B31). As another example, the first piezo element 351 may move the first half mirror 322 in a direction not orthogonal to the normal of the first half mirror 322. This makes it possible to modulate the phase of vertical light.
第１反射鏡３２３は、第１ハーフミラー３２２を透過した第２入射光ＩＬ２を第１ハーフミラー３２２の方向へ反射する。第１反射鏡３２３により反射された第２入射光ＩＬ２は再び第１ハーフミラー３２２を透過する。第１反射鏡３２３の角度と第１ハーフミラー３２２の裏面３２２ｂの屈折率は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度と屈折率に設定されている。第１反射鏡３２３には、第２移動部材である第２ピエゾ素子３５２が設けられている。
The first reflecting mirror 323 reflects the second incident light IL2 transmitted through the first half mirror 322 in the direction of the first half mirror 322. The second incident light IL2 reflected by the first reflecting mirror 323 passes through the first half mirror 322 again. The angle of the first reflecting mirror 323 and the refractive index of the back surface 322b of the first half mirror 322 are set to an angle and a refractive index at which the second incident light IL2 can be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ. Has been done. The first reflecting mirror 323 is provided with a second piezo element 352, which is a second moving member.
第２ピエゾ素子３５２は、制御部３４４からの信号により制御され、第１反射鏡３２３を微小に動かすことができる。第２ピエゾ素子３５２は、第１反射鏡３２３の位置を移動することで第１反射鏡３２３により反射された第２入射光ＩＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第２ピエゾ素子３５２は、第１ハーフミラー３２２を透過した第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ３３と、第１反射鏡３２３により反射された第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ３４と、の両方の光軸方向へ第１反射鏡３２３を移動させる。つまり、第２ピエゾ素子３５２は、矢印Ｂ３２の方向（例えば矢印Ｂ３２のうちビームスプリッタ３２１と被検面１００に近づく方向）へ第１反射鏡３２３を移動させる。なお、他の例として、第２ピエゾ素子３５２は、第１反射鏡３２３の法線と直交ではない方向に第１反射鏡３２３を移動させても良い。これにより、斜め光の位相を変調させることができる。
The second piezo element 352 is controlled by a signal from the control unit 344, and the first reflecting mirror 323 can be moved minutely. The second piezo element 352 changes the optical path length of the second incident light IL2 reflected by the first reflecting mirror 323 by moving the position of the first reflecting mirror 323. In the present embodiment, for example, the second piezo element 352 has an optical axis A33 of the second incident light IL2 transmitted through the first half mirror 322 and an optical axis of the second incident light IL2 reflected by the first reflecting mirror 323. The first reflector 323 is moved in both the optical axis directions of A34 and A34. That is, the second piezo element 352 moves the first reflector 323 in the direction of the arrow B32 (for example, the direction of the arrow B32 that approaches the beam splitter 321 and the test surface 100). As another example, the second piezo element 352 may move the first reflecting mirror 323 in a direction not orthogonal to the normal line of the first reflecting mirror 323. This makes it possible to modulate the phase of the oblique light.
第１ハーフミラー３２２に戻って、第１反射鏡３２３により反射された第２入射光ＩＬ２は、裏面３２２ｂと表面３２２ａを透過するが、裏面３２２ｂを透過するとき屈折される。
Returning to the first half mirror 322, the second incident light IL2 reflected by the first reflecting mirror 323 passes through the back surface 322b and the front surface 322a, but is refracted when it passes through the back surface 322b.
第１ハーフミラー３２２により反射された第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。第１反射鏡３２３により反射され第１ハーフミラー３２２を透過した第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 reflected by the first half mirror 322 is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertical incident). The second incident light IL2 reflected by the first reflecting mirror 323 and transmitted through the first half mirror 322 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident). Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
干渉光学系３３０は、ビームスプリッタ３２１、第１ハーフミラー３２２と、第１反射鏡３２３と、第２ハーフミラー３３１と、ウェッジプレート３３２（補正部材）と、第２反射鏡３３３と、結像レンズ３９と、を有する。なお、ビームスプリッタ３２１と、第１ハーフミラー３２２と、第１反射鏡３２３と、は入射光学系３２０と共通の光学要素である。また、第２ハーフミラー３３１と、第２反射鏡３３３と、により光軸一致部材を構成する。
The interference optical system 330 includes a beam splitter 321, a first half mirror 322, a first reflecting mirror 323, a second half mirror 331, a wedge plate 332 (correction member), a second reflecting mirror 333, and an imaging lens. 39 and. The beam splitter 321 and the first half mirror 322 and the first reflecting mirror 323 are optical elements common to the incident optical system 320. Further, the second half mirror 331 and the second reflecting mirror 333 constitute an optical axis matching member.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１は、再び第１ハーフミラー３２２の表面３２２ａを透過すると共に、裏面３２２ｂによりビームスプリッタ３２１の方向へ反射される。そして、裏面３２２ｂにより反射された第１反射光ＲＬ１は、表面３２２ａを透過する。第１反射光ＲＬ１が第１ハーフミラー３２２により反射されると、垂直光の位相は更に変調される。
The first reflected light RL1 reflected from the surface to be inspected 100 passes through the front surface 322a of the first half mirror 322 again and is reflected by the back surface 322b in the direction of the beam splitter 321. Then, the first reflected light RL1 reflected by the back surface 322b passes through the front surface 322a. When the first reflected light RL1 is reflected by the first half mirror 322, the phase of the vertical light is further modulated.
被検面１００から反射した第２反射光ＲＬ２は、再び第１ハーフミラー３２２の表面３２２ａと裏面３２２ｂを透過するが、裏面３２２ｂを透過するとき屈折される。第１ハーフミラー３２２を透過した第２反射光ＲＬ２は、第１反射鏡３２３によりビームスプリッタ３２１の方向へ反射され、再び第１ハーフミラー３２２を透過するが、裏面３２２ｂを透過するとき屈折される。第２反射光ＲＬ２が再び第１反射鏡３２３により反射されると、斜め光の位相は更に変調される。
The second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 passes through the front surface 322a and the back surface 322b of the first half mirror 322 again, but is refracted when it passes through the back surface 322b. The second reflected light RL2 transmitted through the first half mirror 322 is reflected by the first reflecting mirror 323 in the direction of the beam splitter 321 and again transmitted through the first half mirror 322, but is refracted when transmitted through the back surface 322b. .. When the second reflected light RL2 is reflected again by the first reflecting mirror 323, the phase of the oblique light is further modulated.
ビームスプリッタ３２１は、第１ハーフミラー３２２から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を第２ハーフミラー３３１の方向へ反射する。
The beam splitter 321 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the first half mirror 322 in the direction of the second half mirror 331.
第２ハーフミラー３３１は、ビームスプリッタ３２１から入射される第１反射光ＲＬ１を反射し、ビームスプリッタ３２１から入射される第２反射光ＲＬ２を透過させる。より詳細には、第１反射光ＲＬ１は、第２ハーフミラー３３１の表面３３１ａを透過すると共に、第２ハーフミラー３３１の裏面３３１ｂにより結像レンズ３９の方向へ反射される。そして、裏面３３１ｂにより反射された第１反射光ＲＬ１は、再び表面３３１ａを透過する。第２反射光ＲＬ２は、表面３２２ａと裏面３２２ｂを透過するが、裏面３３１ｂを透過するとき屈折される。第２ハーフミラー３３１の裏面３３１ｂの角度は、第１反射光ＲＬ１が表面３２２ａにより反射されるとき、第１反射光ＲＬ１と裏面３３１ｂを透過する第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度に設定されている。第２ハーフミラー３３１は、第２反射鏡３３３と間隔を空けて配置する。
The second half mirror 331 reflects the first reflected light RL1 incident from the beam splitter 321 and transmits the second reflected light RL2 incident from the beam splitter 321. More specifically, the first reflected light RL1 is transmitted through the front surface 331a of the second half mirror 331 and is reflected toward the imaging lens 39 by the back surface 331b of the second half mirror 331. Then, the first reflected light RL1 reflected by the back surface 331b passes through the front surface 331a again. The second reflected light RL2 is transmitted through the front surface 322a and the back surface 322b, but is refracted when transmitted through the back surface 331b. The angle of the back surface 331b of the second half mirror 331 is such that when the first reflected light RL1 is reflected by the front surface 322a, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the back surface 331b coincide with each other. It is set. The second half mirror 331 is arranged at a distance from the second reflecting mirror 333.
ウェッジプレート３３２は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート３３２は、第２ハーフミラー３３１と第２反射鏡３３３との間に配置される。ウェッジプレート３３２の配置条件と形状、及び、ウェッジプレート３３２による第２反射光ＲＬ２の変形補正は、第１実施形態のウェッジプレート３４と同様であるので説明を省略する。
The wedge plate 332 corrects the deformation of the second reflected light RL2. The wedge plate 332 is arranged between the second half mirror 331 and the second reflecting mirror 333. Since the arrangement conditions and shapes of the wedge plate 332 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 332 are the same as those of the wedge plate 34 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
第２ハーフミラー３３１を透過した第２反射光ＲＬ２はウェッジプレート３３２を透過する。第２反射鏡３３３は、ウェッジプレート３３２を透過した第２反射光ＲＬ２を結像レンズ３９の方向へ反射する。第２反射鏡３３３により反射された第２反射光ＲＬ２は再びウェッジプレート３３２を透過するが、裏面３３１ｂを透過するとき屈折される。第２反射鏡３３３の角度と第２ハーフミラー３３１の裏面３３１ｂの屈折率は、第２反射光ＲＬ２が再び裏面３３１ｂを透過するとき、裏面３３１ｂにより反射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度と屈折率に設定されている。
The second reflected light RL2 transmitted through the second half mirror 331 is transmitted through the wedge plate 332. The second reflecting mirror 333 reflects the second reflected light RL2 transmitted through the wedge plate 332 in the direction of the imaging lens 39. The second reflected light RL2 reflected by the second reflecting mirror 333 passes through the wedge plate 332 again, but is refracted when it passes through the back surface 331b. The angle of the second reflecting mirror 333 and the refractive index of the back surface 331b of the second half mirror 331 are the first reflected light RL1 and the second reflection reflected by the back surface 331b when the second reflected light RL2 passes through the back surface 331b again. The optical axis of the optical RL2 is set to the same angle and the refractive index.
第２ハーフミラー３３１に戻って、第２反射鏡３３３により反射された第２反射光ＲＬ２は、再び裏面３３１ｂと表面３３１ａを透過するが、裏面３３１ｂを透過するとき屈折される。そして、第２ハーフミラー３３１の裏面３３１ｂにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致すると共に互いに干渉する。
Returning to the second half mirror 331, the second reflected light RL2 reflected by the second reflecting mirror 333 passes through the back surface 331b and the front surface 331a again, but is refracted when it passes through the back surface 331b. Then, on the back surface 331b of the second half mirror 331, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other and interfere with each other.
検出部４の情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部３４４を有する。制御部３４４は、第１ピエゾ素子３５１と第２ピエゾ素子３５２を信号により制御する。制御部３４４は、縞走査のために、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させるための信号を第１ピエゾ素子３５１と第２ピエゾ素子３５２へ出力する。例えば、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相を「＋π／４」ずつ変調させ、斜め光の位相を「－π／４」ずつ変調させる。言い換えると、第１ピエゾ素子３５１と第２ピエゾ素子３５２を用いて、第１ハーフミラー３２２と第１反射鏡３２３を互いに異なる方向へ移動する。そして、干渉縞（干渉位相信号）の位相が「π／２」ずつシフトする。なお、垂直光の位相は、第１ハーフミラー３２２により２回反射されることで、「＋π／４」変調される。また、斜め光の位相は、第１反射鏡３２３により２回反射されることで「－π／４」変調される。
The information processing device 42 of the detection unit 4 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 344. The control unit 344 controls the first piezo element 351 and the second piezo element 352 by a signal. The control unit 344 outputs a signal for modulating the phase of the vertical light and the phase of the oblique light to the first piezo element 351 and the second piezo element 352 for each interference fringe detection for fringe scanning. .. For example, the phase of vertical light is modulated by "+ π / 4" and the phase of oblique light is modulated by "-π / 4" for each detection of interference fringes. In other words, the first piezo element 351 and the second piezo element 352 are used to move the first half mirror 322 and the first reflecting mirror 323 in different directions from each other. Then, the phase of the interference fringe (interference phase signal) is shifted by "π / 2". The phase of the vertical light is "+ π / 4" modulated by being reflected twice by the first half mirror 322. Further, the phase of the oblique light is modulated by "−π / 4" by being reflected twice by the first reflecting mirror 323.
なお、縞走査法の説明は、第１実施形態の、「第１ピエゾ素子５１」を「第２ピエゾ素子３５２」とし、「第２ピエゾ素子５２」を「第１ピエゾ素子３５１」とし、「第２反射鏡２５」を「第１反射鏡３２３」とし、「第３反射鏡３３」を「第１ハーフミラー３２２」とすれば、同様なので説明を省略する。
In the description of the fringe scanning method, the "first piezo element 51" is referred to as "second piezo element 352" and the "second piezo element 52" is referred to as "first piezo element 351" in the first embodiment. If the "second reflecting mirror 25" is referred to as the "first reflecting mirror 323" and the "third reflecting mirror 33" is referred to as the "first half mirror 322", the same description will be omitted.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置３０１では、ビームスプリッタ３２１から被検面１００までの間において、第１入射光ＩＬ１と第１反射光ＲＬ１の光路が共通し、第２入射光ＩＬ２と第２反射光ＲＬ２の光路が共通する。これにより、ビームスプリッタ３２１から被検面１００までの間では、入射光学系３２０と干渉光学系３３０において、ビームスプリッタ３２１と第１ハーフミラー３２２と第１反射鏡３２３との光学素子を共有することができる。このため、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、で別々にビームスプリッタやハーフミラーや反射鏡等を設ける場合と比較して、光学素子の点数を減少することができる。更に、入射光学系３２０と干渉光学系３３０をシンプルな光学系にすることができる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 301 according to the present embodiment, the optical path of the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 is common between the beam splitter 321 and the surface to be inspected 100, and the second incident light IL2 and the second reflected light IL2. The optical path of the optical RL2 is common. As a result, between the beam splitter 321 and the surface to be inspected 100, the beam splitter 321 and the first half mirror 322 and the first reflecting mirror 323 share the optical elements in the incident optical system 320 and the interference optical system 330. Can be done. Therefore, as compared with the case where a beam splitter, a half mirror, a reflecting mirror, etc. are separately provided for the first incident light IL1 and the second incident light IL2, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2, optics are used. The number of elements can be reduced. Further, the incident optical system 320 and the interference optical system 330 can be made into a simple optical system.
更に、形状計測装置３０１では、光軸一致部材は、第２ハーフミラー３３１と、第２反射鏡３３３と、により構成される。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。また、偏光ビームスプリッタを用いないため、偏光子３７等の偏光部材が無くても、光軸を一致させた第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を、互いに干渉させることができる。このため、偏光部材が無くても、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
Further, in the shape measuring device 301, the optical axis matching member is composed of a second half mirror 331 and a second reflecting mirror 333. As a result, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned with each other. Further, since the polarization beam splitter is not used, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 having their optical axes aligned can interfere with each other even without a polarizing member such as a polarizing element 37. Therefore, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a even without the polarizing member.
そして、形状計測装置３０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置３０１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
The shape measuring device 301 divides the coherent light CL generated from the light source 21 into the first incident light IL1 and the second incident light IL2, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment. , The first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the surface to be inspected 100 at different angles. Then, the shape measuring device 301 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
更に、第２ハーフミラー３３１から結像レンズ３９の方向へ出射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致されていると共に干渉しているので、結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 emitted from the second half mirror 331 in the direction of the imaging lens 39 are aligned and interfere with each other, the image is captured with the imaging lens 39. By changing the position of the element 41, the imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
更にまた、ノイズ光の除去について説明する。形状計測装置３０１では、偏光ビームスプリッタに代えて第１ハーフミラー３２２により可干渉光ＣＬを分割する。第１ハーフミラー３２２についてもノイズ光が発生することがある。第１ハーフミラー３２２により反射されるべき一方のノイズ光と、第１ハーフミラー３２２を透過すべき他方のノイズ光と、はどちらも第１ハーフミラー３２２と第１反射鏡３２３によりそれぞれ一回ずつ反射される。このため、どちらのノイズ光もその位相はゼロになるので、撮像素子４１にて検出される二つのノイズ光は、形状計測装置１と同様に、干渉縞解析部４３における縞走査法にて除去することができる。
Furthermore, the removal of noise light will be described. In the shape measuring device 301, the coherent light CL is split by the first half mirror 322 instead of the polarizing beam splitter. Noise light may also be generated on the first half mirror 322. One noise light to be reflected by the first half mirror 322 and the other noise light to be transmitted through the first half mirror 322 are both once by the first half mirror 322 and once by the first reflecting mirror 323. Be reflected. Therefore, since the phase of both noise lights becomes zero, the two noise lights detected by the image pickup device 41 are removed by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43 as in the shape measuring device 1. can do.
そして、形状計測装置３０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、ウェッジプレート３３２により第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。更にまた、第１ピエゾ素子３５１と第２ピエゾ素子３５２を用いて、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させる。このため、形状計測装置３０１は、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。ただし、光軸一致部材が相違する点、及び、第１実施形態のリレーレンズ３１と偏光子３７と開口絞り５３を有さない点で、第１実施形態に係る形状計測装置１の効果とは相違する。
Then, in the shape measuring device 301, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the deformation of the second reflected light RL2 is corrected by the wedge plate 332. Furthermore, the first piezo element 351 and the second piezo element 352 are used to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light. Therefore, the shape measuring device 301 can obtain the same effect as the shape measuring device 1 according to the first embodiment. However, the effect of the shape measuring device 1 according to the first embodiment is that the optical axis matching member is different and the relay lens 31, the polarizing element 37, and the aperture diaphragm 53 of the first embodiment are not provided. It's different.
ここで、第３実施形態の別の形態（変形例３－１）として、図１０に示すように、ウェッジプレート３３２の位置を変更し、光軸一致部材をウォラストンプリズム群３３４とし、干渉光学系３３０に偏光子３７と開口絞り３５３を有する形状計測装置３０２の例を示す。なお、図９の形状計測装置３０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
Here, as another embodiment (modification example 3-1) of the third embodiment, as shown in FIG. 10, the position of the wedge plate 332 is changed, the optical axis matching member is set to the Wollaston prism group 334, and the interference optics is set. An example of a shape measuring device 302 having a polarizing element 37 and an aperture stop 353 in the system 330 is shown. The same components as those of the shape measuring device 301 in FIG. 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
第１ハーフミラー３２２は、第３実施形態よりも第１反射鏡３２３と間隔を空けて配置する。第１ハーフミラー３２２を透過した第２入射光ＩＬ２は後述するウェッジプレート３３２を透過する。第１反射鏡３２３は、ウェッジプレート３３２を透過した第２入射光ＩＬ２を第１ハーフミラー３２２の方向へ反射する。第１反射鏡３２３により反射された第２入射光ＩＬ２は再びウェッジプレート３３２と第１ハーフミラー３２２を透過する。
The first half mirror 322 is arranged at a distance from the first reflecting mirror 323 as compared with the third embodiment. The second incident light IL2 transmitted through the first half mirror 322 passes through the wedge plate 332 described later. The first reflecting mirror 323 reflects the second incident light IL2 transmitted through the wedge plate 332 in the direction of the first half mirror 322. The second incident light IL2 reflected by the first reflecting mirror 323 passes through the wedge plate 332 and the first half mirror 322 again.
ウェッジプレート３３２は、第１ハーフミラー３２２と第１反射鏡３２３との間に配置される。その他の説明は、第３実施形態のウェッジプレート３３２と同様であるから説明を省略する。
The wedge plate 332 is arranged between the first half mirror 322 and the first reflecting mirror 323. Since the other description is the same as that of the wedge plate 332 of the third embodiment, the description thereof will be omitted.
第１ハーフミラー３２２を透過した第２反射光ＲＬ２は、ウェッジプレート３３２を透過する。そして、第２反射光ＲＬ２は、第１反射鏡３２３によりビームスプリッタ３２１の方向へ反射され、再びウェッジプレート３３２と第１ハーフミラー３２２を透過する。
The second reflected light RL2 transmitted through the first half mirror 322 is transmitted through the wedge plate 332. Then, the second reflected light RL2 is reflected by the first reflecting mirror 323 in the direction of the beam splitter 321 and passes through the wedge plate 332 and the first half mirror 322 again.
ビームスプリッタ３２１は、第１ハーフミラー３２２から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２をウォラストンプリズム群３３４の方向へ反射する。
The beam splitter 321 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the first half mirror 322 in the direction of the Wollaston prism group 334.
ウォラストンプリズム群３３４は、ビームスプリッタ３２１から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の進行方向を修正して、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。ウォラストンプリズム群３３４は、第１ウォラストンプリズム３３４ａと第２ウォラストンプリズム３３４ｂを有する。第１ウォラストンプリズム３３４ａは、第２ウォラストンプリズム３３４ｂと間隔を空けて配置される。
The Wollaston prism group 334 corrects the traveling directions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the beam splitter 321 so that the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are aligned with each other. .. The Wollaston prism group 334 has a first Wollaston prism 334a and a second Wollaston prism 334b. The first Wollaston prism 334a is arranged at a distance from the second Wollaston prism 334b.
第１ウォラストンプリズム３３４ａは、第１反射光ＲＬ１の光軸を第２反射光ＲＬ２側へ屈折させ、第２反射光ＲＬ２の光軸を第１反射光ＲＬ１側へ屈折させる。第２ウォラストンプリズム３３４ｂは、第１ウォラストンプリズム３３４ａから入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。
The first Wollaston prism 334a refracts the optical axis of the first reflected light RL1 toward the second reflected light RL2, and refracts the optical axis of the second reflected light RL2 toward the first reflected light RL1. The second Wollaston prism 334b aligns the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the first Wollaston prism 334a.
偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。ウォラストンプリズム群３３４により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光状態が変わるため偏光子３７が必要になる。
The polarizing element 37 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned coincide with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Since the polarization states of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are changed by the Wollaston prism group 334, the polarizing element 37 is required.
開口絞り３５３は、結像レンズ３９と撮像面４１ａの間に配置される。開口絞り３５３は、開口部３５３ａを有している。開口部３５３ａは、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を通過させ、ノイズ光を遮断する。
The aperture diaphragm 353 is arranged between the imaging lens 39 and the imaging surface 41a. The opening diaphragm 353 has an opening 353a. The opening 353a passes the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2, and blocks noise light.
このように、形状計測装置３０２では、光軸一致部材としてウォラストンプリズム群３３４等により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
In this way, in the shape measuring device 302, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by the Wollaston prism group 334 or the like as the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
このため、形状計測装置３０２は、第３実施形態の形状計測装置３０１とウェッジプレート３３２の位置及び光軸一致部材が異なり偏光子３７を有するものの、第３実施形態の形状計測装置３０１と同様の効果を得ることができる。
Therefore, the shape measuring device 302 is the same as the shape measuring device 301 of the third embodiment, although the position of the wedge plate 332 and the optical axis matching member are different from those of the shape measuring device 301 of the third embodiment and the shape measuring device 302 has a polarizing element 37. The effect can be obtained.
更に、ウォラストンプリズム群３３４を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the Wollaston prism group 334 are aligned, the positions of the polarizing element 37, the imaging lens 39, and the imaging element 41 can be changed. The imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
更にまた、開口絞り３５３により、ノイズ光を遮断することができる。また、開口部３５３ａの径を変更することにより、ノイズ光を完全に遮断することもできる。なお、開口絞り３５３は、縞走査法によりノイズ光を除去できれば設けなくても良い。
Furthermore, noise light can be blocked by the aperture stop 353. Further, by changing the diameter of the opening 353a, noise light can be completely blocked. The aperture diaphragm 353 may not be provided as long as noise light can be removed by the fringe scanning method.
（第４実施形態）
次に、図１１を参照して、第４実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の偏光状態・入射角度とする。
(Fourth Embodiment)
Next, with reference to FIG. 11, the shape measuring device according to the fourth embodiment will be described. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same polarization state and incident angle as in the first embodiment.
形状計測装置４０１は、入射光学系４２０と、干渉光学系４３０と、検出部４と、を備える。
The shape measuring device 401 includes an incident optical system 420, an interference optical system 430, and a detection unit 4.
入射光学系４２０は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、ハーフミラー４２１と、偏光ビームスプリッタ４２２と、第１の１／４波長板４２３（垂直入射側）と、第１反射鏡４２４（第１反射部材）と、第２の１／４波長板４２５（斜め入射側）と、第２反射鏡４２６（第２反射部材）と、を有する。なお、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２のみを説明し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は干渉光学系４３０にて説明する。
The incident optical system 420 includes a light source 21, a beam expander 22, a half mirror 421, a polarization beam splitter 422, a first 1/4 wavelength plate 423 (vertical incident side), and a first reflecting mirror 424 (first reflecting mirror 424). It has a first reflecting member), a second 1/4 wave plate 425 (diagonally incident side), and a second reflecting mirror 426 (second reflecting member). Only the first incident light IL1 and the second incident light IL2 will be described, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 will be described by the interference optical system 430.
ハーフミラー４２１は、ビームエキスパンダ２２を通過した可干渉光ＣＬを、偏光ビームスプリッタ４２２の方向へ反射する。
The half mirror 421 reflects the coherent light CL that has passed through the beam expander 22 in the direction of the polarizing beam splitter 422.
偏光ビームスプリッタ４２２は、第１偏光ビームスプリッタ２３と同様に、偏光ビームスプリッタ４２２を透過する光（第１入射光ＩＬ１）と、偏光ビームスプリッタ４２２により反射される光（第２入射光ＩＬ２）と、に分割する。
Similar to the first polarization beam splitter 23, the polarization beam splitter 422 includes light transmitted through the polarization beam splitter 422 (first incident light IL1) and light reflected by the polarization beam splitter 422 (second incident light IL2). Divide into ,.
第１の１／４波長板４２３は、偏光ビームスプリッタ４２２の第１反射鏡４２４側に配置される。第１の１／４波長板４２３は、第１の１／４波長板４２３を透過する光の偏向角を４５度回転させる。偏光ビームスプリッタ４２２を透過した第１入射光ＩＬ１は、第１の１／４波長板４２３を透過する。
The first 1/4 wave plate 423 is arranged on the first reflecting mirror 424 side of the polarizing beam splitter 422. The first 1/4 wave plate 423 rotates the deflection angle of the light transmitted through the first 1/4 wave plate 423 by 45 degrees. The first incident light IL1 transmitted through the polarizing beam splitter 422 passes through the first 1/4 wave plate 423.
第１反射鏡４２４は、第１の１／４波長板４２３を透過した第１入射光ＩＬ１を偏光ビームスプリッタ４２２の方向へ反射する。第１反射鏡４２４の角度は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度に設定されている。ここでは、第１反射鏡４２４の角度は、第１の１／４波長板４２３を透過した第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ４１と直交する角度に設定されている。第１反射鏡４２４により反射された第１入射光ＩＬ１は再び第１の１／４波長板４２３を透過する。このため、第１入射光ＩＬ１の偏向角は更に４５度回転されるので、第１入射光ＩＬ１の偏光状態はＰ偏光からＳ偏光に変換される。言い換えると、第１入射光ＩＬ１は、第１の１／４波長板４２３を２回通過しているため、その偏向角は９０度回転し、その偏光状態はＰ偏光からＳ偏光に変換される。第１反射鏡４２４には、第１移動部材である第１ピエゾ素子４５１が設けられている。
The first reflecting mirror 424 reflects the first incident light IL1 transmitted through the first 1/4 wave plate 423 in the direction of the polarizing beam splitter 422. The angle of the first reflecting mirror 424 is set to an angle at which the first incident light IL1 can be incident perpendicularly to the surface to be inspected 100. Here, the angle of the first reflecting mirror 424 is set to an angle orthogonal to the optical axis A41 of the first incident light IL1 transmitted through the first 1/4 wave plate 423. The first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 424 passes through the first 1/4 wave plate 423 again. Therefore, since the deflection angle of the first incident light IL1 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the first incident light IL1 is converted from P polarization to S polarization. In other words, since the first incident light IL1 has passed through the first 1/4 wave plate 423 twice, its deflection angle is rotated by 90 degrees, and its polarization state is converted from P polarization to S polarization. .. The first reflecting mirror 424 is provided with a first piezo element 451 which is a first moving member.
第１ピエゾ素子４５１は、後述する制御部４４４からの信号により制御され、第１反射鏡４２４を微小に動かすことができる。第１ピエゾ素子４５１は、第１反射鏡４２４の位置を移動することで第１反射鏡４２４により反射された第１入射光ＩＬ１の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第１ピエゾ素子４５１は、第１の１／４波長板４２３を透過した第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ４１の光軸方向へ第１反射鏡４２４を移動させる。つまり、第１ピエゾ素子４５１は、矢印Ｂ４１の方向（例えば矢印Ｂ４１のうち第１の１／４波長板４２３から遠ざかる方向）へ第１反射鏡４２４を移動させる。なお、他の例として、第１ピエゾ素子４５１は、第１反射鏡４２４の法線と直交ではない方向に第１反射鏡４２４を移動させても良い。これにより、垂直光の位相を変調させることができる。
The first piezo element 451 is controlled by a signal from the control unit 444 described later, and the first reflecting mirror 424 can be moved minutely. The first piezo element 451 changes the optical path length of the first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 424 by moving the position of the first reflecting mirror 424. In the present embodiment, for example, the first piezo element 451 moves the first reflecting mirror 424 in the optical axis direction of the optical axis A41 of the first incident light IL1 that has passed through the first 1/4 wave plate 423. That is, the first piezo element 451 moves the first reflecting mirror 424 in the direction of the arrow B41 (for example, the direction away from the first 1/4 wave plate 423 of the arrow B41). As another example, the first piezo element 451 may move the first reflecting mirror 424 in a direction not orthogonal to the normal line of the first reflecting mirror 424. This makes it possible to modulate the phase of vertical light.
第２の１／４波長板４２５は、偏光ビームスプリッタ４２２の第２反射鏡４２６側に配置される。第２の１／４波長板４２５は、第２の１／４波長板４２５を透過する光の偏向角を４５度回転させる。偏光ビームスプリッタ４２２により反射された第２入射光ＩＬ２は、第２の１／４波長板４２５と後述するウェッジプレート４３１を透過する。
The second 1/4 wave plate 425 is arranged on the second reflecting mirror 426 side of the polarizing beam splitter 422. The second quarter wave plate 425 rotates the deflection angle of the light transmitted through the second quarter wave plate 425 by 45 degrees. The second incident light IL2 reflected by the polarization beam splitter 422 passes through the second quarter wave plate 425 and the wedge plate 431 described later.
第２反射鏡４２６は、ウェッジプレート４３１を透過した第２入射光ＩＬ２を再びウェッジプレート４３１の方向へ反射する。第２反射鏡４２６の角度は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度に設定されている。ここでは、第２反射鏡４２６の角度は、第２の１／４波長板４２５を透過した光軸Ａ４３と直交しない角度に設定されている。第２反射鏡４２６により反射された第２入射光ＩＬ２は再びウェッジプレート４３１と第２の１／４波長板４２５を透過する。このため、第２入射光ＩＬ２の偏向角は更に４５度回転されるので、第２入射光ＩＬ２の偏光状態はＳ偏光からＰ偏光に変換される。言い換えると、第２入射光ＩＬ２は、第２の１／４波長板４２５を２回通過しているため、その偏向角は９０度回転し、その偏光状態はＳ偏光からＰ偏光に変換される。第２反射鏡４２６には、第２移動部材である第２ピエゾ素子４５２が設けられている。
The second reflecting mirror 426 reflects the second incident light IL2 transmitted through the wedge plate 431 toward the wedge plate 431 again. The angle of the second reflecting mirror 426 is set to an angle at which the second incident light IL2 can be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ. Here, the angle of the second reflecting mirror 426 is set to an angle not orthogonal to the optical axis A43 transmitted through the second 1/4 wave plate 425. The second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 426 passes through the wedge plate 431 and the second quarter wave plate 425 again. Therefore, since the deflection angle of the second incident light IL2 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the second incident light IL2 is converted from S polarization to P polarization. In other words, since the second incident light IL2 has passed through the second 1/4 wave plate 425 twice, its deflection angle is rotated by 90 degrees, and its polarization state is converted from S polarization to P polarization. .. The second reflecting mirror 426 is provided with a second piezo element 452, which is a second moving member.
第２ピエゾ素子４５２は、制御部４４４からの信号により制御され、第２反射鏡４２６を微小に動かすことができる。第２ピエゾ素子４５２は、第２反射鏡４２６の位置を移動することで第２反射鏡４２６により反射された第２入射光ＩＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、第２ピエゾ素子４５２は、第２の１／４波長板４２５を透過した第２入射光ＩＬ２の光軸Ａ４３の光軸方向へ第２反射鏡４２６を移動させる。つまり、第２ピエゾ素子４５２は、矢印Ｂ４２の方向（例えば矢印Ｂ４２のうち第２の１／４波長板４２５へ近づく方向）へ第２反射鏡４２６を移動させる。なお、他の例として、第２ピエゾ素子４５２は、第２反射鏡４２６の法線と直交ではない方向に第２反射鏡４２６を移動させても良い。これにより、斜め光の位相を変調させることができる。
The second piezo element 452 is controlled by a signal from the control unit 444, and the second reflecting mirror 426 can be moved minutely. The second piezo element 452 changes the optical path length of the second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 426 by moving the position of the second reflecting mirror 426. In the present embodiment, for example, the second piezo element 452 moves the second reflecting mirror 426 in the optical axis direction of the optical axis A43 of the second incident light IL2 that has passed through the second 1/4 wave plate 425. That is, the second piezo element 452 moves the second reflecting mirror 426 in the direction of the arrow B42 (for example, the direction of the arrow B42 approaching the second 1/4 wave plate 425). As another example, the second piezo element 452 may move the second reflecting mirror 426 in a direction not orthogonal to the normal line of the second reflecting mirror 426. This makes it possible to modulate the phase of the oblique light.
偏光ビームスプリッタ４２２に戻って、再び第１の１／４波長板４２３を透過した第１入射光ＩＬ１は、偏光ビームスプリッタ４２２により被検面１００側へ反射される。再び第２の１／４波長板４２５を透過した第２入射光ＩＬ２は偏光ビームスプリッタ４２２を透過する。
Returning to the polarizing beam splitter 422, the first incident light IL1 that has passed through the first 1/4 wave plate 423 again is reflected by the polarizing beam splitter 422 toward the surface to be inspected 100. The second incident light IL2 that has passed through the second 1/4 wave plate 425 again passes through the polarizing beam splitter 422.
偏光ビームスプリッタ４２２により反射された第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。偏光ビームスプリッタ４２２を透過した第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 reflected by the polarizing beam splitter 422 is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertical incident). The second incident light IL2 transmitted through the polarizing beam splitter 422 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ. Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
干渉光学系４３０は、ハーフミラー４２１と、偏光ビームスプリッタ４２２と、第１の１／４波長板４２３と、第１反射鏡４２４と、第２の１／４波長板４２５と、第２反射鏡４２６と、ウェッジプレート４３１（補正部材）と、ウォラストンプリズム群４３２（光軸一致部材）と、偏光子３７と、結像レンズ３９と、を有する。なお、ハーフミラー４２１と、偏光ビームスプリッタ４２２と、第１の１／４波長板４２３と、第１反射鏡４２４と、第２の１／４波長板４２５と、第２反射鏡４２６と、は入射光学系４２０と共通の光学要素である。
The interference optical system 430 includes a half mirror 421, a polarization beam splitter 422, a first 1/4 wave plate 423, a first reflecting mirror 424, a second 1/4 wave plate 425, and a second reflecting mirror. It has a 426, a wedge plate 431 (correction member), a Wollaston prism group 432 (optical axis matching member), a splitter 37, and an imaging lens 39. The half mirror 421, the polarization beam splitter 422, the first 1/4 wave plate 423, the first reflecting mirror 424, the second 1/4 wave plate 425, and the second reflecting mirror 426 are It is an optical element common to the incident optical system 420.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１は、偏光ビームスプリッタ４２２により第１反射鏡４２４の方向へ反射される。偏光ビームスプリッタ４２２により反射された第１反射光ＲＬ１は、第１の１／４波長板４２３を透過して、第１反射鏡４２４により偏光ビームスプリッタ４２２の方向へ反射される。第１反射鏡４２４により反射された第１反射光ＲＬ１は、再び第１の１／４波長板４２３を透過する。このため、第１反射光ＲＬ１は、第１の１／４波長板４２３を２回通過しているため、その偏向角は９０度回転し、その偏光状態はＳ偏光からＰ偏光に変換される。そして、再び第１の１／４波長板４２３を透過した第１反射光ＲＬ１は、偏光ビームスプリッタ４２２を透過する。第１反射光ＲＬ１が再び第１反射鏡４２４により反射されると、垂直光の位相は更に変調される。
The first reflected light RL1 reflected from the surface to be inspected 100 is reflected in the direction of the first reflecting mirror 424 by the polarizing beam splitter 422. The first reflected light RL1 reflected by the polarizing beam splitter 422 passes through the first 1/4 wave plate 423 and is reflected by the first reflecting mirror 424 toward the polarizing beam splitter 422. The first reflected light RL1 reflected by the first reflecting mirror 424 passes through the first 1/4 wave plate 423 again. Therefore, since the first reflected light RL1 has passed through the first 1/4 wave plate 423 twice, its deflection angle is rotated by 90 degrees, and its polarization state is converted from S polarization to P polarization. .. Then, the first reflected light RL1 that has passed through the first 1/4 wave plate 423 again passes through the polarizing beam splitter 422. When the first reflected light RL1 is reflected again by the first reflecting mirror 424, the phase of the vertical light is further modulated.
被検面１００から反射した第２反射光ＲＬ２は、偏光ビームスプリッタ４２２と第２の１／４波長板４２５を透過する。第２反射光ＲＬ２の偏向角は４５度回転される。
The second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 passes through the polarization beam splitter 422 and the second 1/4 wave plate 425. The deflection angle of the second reflected light RL2 is rotated by 45 degrees.
ウェッジプレート４３１は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート４３１は、第２の１／４波長板４２５と第２反射鏡４２６との間に配置される。ウェッジプレート４３１の配置条件と形状、及び、ウェッジプレート４３１による第２反射光ＲＬ２の変形補正は、第１実施形態のウェッジプレート３４と同様であるから説明を省略する。
The wedge plate 431 corrects the deformation of the second reflected light RL2. The wedge plate 431 is arranged between the second 1/4 wave plate 425 and the second reflecting mirror 426. Since the arrangement conditions and shapes of the wedge plate 431 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 431 are the same as those of the wedge plate 34 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
第２反射鏡４２６は、第２の１／４波長板４２５とウェッジプレート４３１を透過した第２反射光ＲＬ２をウェッジプレート４３１の方向へ反射する。第２反射鏡４２６により反射された第２反射光ＲＬ２は再びウェッジプレート４３１と第２の１／４波長板４２５を透過する。このため、第２反射光ＲＬ２の偏向角は更に４５度回転されるので、第２反射光ＲＬ２の偏光状態はＰ偏光からＳ偏光に変換される。そして、再び第２の１／４波長板４２５を透過した第２反射光ＲＬ２は、偏光ビームスプリッタ４２２によりハーフミラー４２１の方向へ反射される。第２反射光ＲＬ２が再び第２反射鏡４２６により反射されると、斜め光の位相は更に変調される。
The second reflecting mirror 426 reflects the second reflected light RL2 transmitted through the second 1/4 wave plate 425 and the wedge plate 431 toward the wedge plate 431. The second reflected light RL2 reflected by the second reflecting mirror 426 passes through the wedge plate 431 and the second 1/4 wave plate 425 again. Therefore, since the deflection angle of the second reflected light RL2 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the second reflected light RL2 is converted from P polarization to S polarization. Then, the second reflected light RL2 that has passed through the second 1/4 wave plate 425 again is reflected in the direction of the half mirror 421 by the polarizing beam splitter 422. When the second reflected light RL2 is reflected again by the second reflecting mirror 426, the phase of the oblique light is further modulated.
ハーフミラー４２１に戻って、偏光ビームスプリッタ４２２から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２はハーフミラー４２１を透過する。
Returning to the half mirror 421, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the polarizing beam splitter 422 pass through the half mirror 421.
ウォラストンプリズム群４３２は、ハーフミラー４２１から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の進行方向を修正して、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。ウォラストンプリズム群４３２は、第１ウォラストンプリズム４３２ａと第２ウォラストンプリズム４３２ｂを有する。第１ウォラストンプリズム４３２ａは、第２ウォラストンプリズム４３２ｂと間隔を空けて配置される。
The Wollaston prism group 432 modifies the traveling directions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the half mirror 421 so that the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are aligned with each other. .. The Wollaston prism group 432 has a first Wollaston prism 432a and a second Wollaston prism 432b. The first Wollaston prism 432a is arranged at a distance from the second Wollaston prism 432b.
第１ウォラストンプリズム４３２ａは、第１反射光ＲＬ１の光軸を第２反射光ＲＬ２側へ屈折させ、第２反射光ＲＬ２の光軸を第１反射光ＲＬ１側へ屈折させる。第２ウォラストンプリズム４３２ｂは、第１ウォラストンプリズム４３２ａから入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させる。
The first Wollaston prism 432a refracts the optical axis of the first reflected light RL1 toward the second reflected light RL2, and refracts the optical axis of the second reflected light RL2 toward the first reflected light RL1. The second Wollaston prism 432b aligns the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the first Wollaston prism 432a.
偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing element 37 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned coincide with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
検出部４の情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部４４４を有する。制御部４４４は、第１ピエゾ素子４５１と第２ピエゾ素子４５２を信号により制御する。制御部４４４は、縞走査のために、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させるための信号を第１ピエゾ素子４５１と第２ピエゾ素子４５２へ出力する。例えば、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相を「＋π／４」ずつ変調させ、斜め光の位相を「－π／４」ずつ変調させる。言い換えると、第１ピエゾ素子４５１と第２ピエゾ素子４５２を用いて、第１反射鏡４２４と第２反射鏡４２６を互いに異なる方向へ移動する。そして、干渉縞（干渉位相信号）の位相が「π／２」ずつシフトする。なお、垂直光の位相は、第１反射鏡４２４により２回反射されることで、「＋π／４」変調される。また、斜め光の位相は、第２反射鏡４２６により２回反射されることで「－π／４」変調される。
The information processing device 42 of the detection unit 4 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 444. The control unit 444 controls the first piezo element 451 and the second piezo element 452 by a signal. The control unit 444 outputs a signal for modulating the phase of the vertical light and the phase of the oblique light to the first piezo element 451 and the second piezo element 452 for each interference fringe detection for fringe scanning. .. For example, the phase of vertical light is modulated by "+ π / 4" and the phase of oblique light is modulated by "-π / 4" for each detection of interference fringes. In other words, the first piezo element 451 and the second piezo element 452 are used to move the first reflecting mirror 424 and the second reflecting mirror 426 in different directions from each other. Then, the phase of the interference fringe (interference phase signal) is shifted by "π / 2". The phase of the vertical light is modulated by "+ π / 4" by being reflected twice by the first reflecting mirror 424. Further, the phase of the oblique light is modulated by "−π / 4" by being reflected twice by the second reflecting mirror 426.
なお、縞走査法については、第１実施形態の、「第１ピエゾ素子５１」を「第２ピエゾ素子４５２」とし、「第２ピエゾ素子５２」を「第１ピエゾ素子４５１」とし、「第２反射鏡２５」を「第２反射鏡４２６」とし、「第３反射鏡３３」を「第１反射鏡４２４」とすれば、同様なので説明を省略する。
Regarding the fringe scanning method, in the first embodiment, the "first piezo element 51" is referred to as the "second piezo element 452", the "second piezo element 52" is referred to as the "first piezo element 451", and the "first piezo element 451" is used. If the "2 reflecting mirror 25" is referred to as the "second reflecting mirror 426" and the "third reflecting mirror 33" is referred to as the "first reflecting mirror 424", the same description will be omitted.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置４０１では、ハーフミラー４２１から被検面１００までの間において、第１入射光ＩＬ１と第１反射光ＲＬ１の光路が共通し、第２入射光ＩＬ２と第２反射光ＲＬ２の光路が共通する。これにより、ハーフミラー４２１から被検面１００までの間では、入射光学系４２０と干渉光学系４３０において、ハーフミラー４２１と偏光ビームスプリッタ４２２と第１の１／４波長板４２３と第１反射鏡４２４と第２の１／４波長板４２５と第２反射鏡４２６との光学素子を共有することができる。このため、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、で別々にハーフミラーや偏光ビームスプリッタや反射鏡等を設ける場合と比較して、光学素子の点数を減少することができる。更に、入射光学系４２０と干渉光学系４３０をシンプルな光学系にすることができる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 401 according to the present embodiment, the optical path of the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 is common between the half mirror 421 and the surface to be inspected 100, and the second incident light IL2 and the second reflected light IL2. The optical path of the optical RL2 is common. As a result, between the half mirror 421 and the surface to be inspected 100, in the incident optical system 420 and the interference optical system 430, the half mirror 421, the polarization beam splitter 422, the first 1/4 wavelength plate 423, and the first reflecting mirror are used. The optical element of the 424, the second 1/4 wave plate 425, and the second reflecting mirror 426 can be shared. Therefore, as compared with the case where the first incident light IL1 and the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are separately provided with a half mirror, a polarizing beam splitter, a reflecting mirror, and the like. The number of optical elements can be reduced. Further, the incident optical system 420 and the interference optical system 430 can be made into a simple optical system.
更に、形状計測装置４０１では、光軸一致部材としてのウォラストンプリズム群４３２により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
Further, in the shape measuring device 401, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by the Wollaston prism group 432 as the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
そして、形状計測装置４０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置４０１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
Then, in the shape measuring device 401, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2. , The first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the surface to be inspected 100 at different angles. Then, the shape measuring device 401 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
更に、ウォラストンプリズム群４３２を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the Wollaston prism group 432 are aligned, the positions of the polarizing element 37, the imaging lens 39, and the imaging element 41 can be changed. The imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
更にまた、ノイズ光の除去について説明する。形状計測装置４０１では、偏光ビームスプリッタ４２２にて発生するノイズ光の偏光状態もＰ偏光とＳ偏光に分割される。Ｐ偏光のノイズ光は第２反射鏡４２６に１回反射され、Ｓ偏光のノイズ光は第１反射鏡４２４に１回反射される。このため、二つのノイズ光の位相はゼロではない。しかし、撮像素子４１にて検出される二つのノイズ光は、ノイズ光ではない信号光との位相は異なる。従って、干渉縞解析部４３における縞走査法によりノイズ光を除去することができる。なお、第２反射鏡４２６に反射されたＰ偏光のノイズ光は、第２の１／４波長板４２５でＰ偏光からＳ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッタ４２２によりハーフミラー４２１の方向へ反射される。また、第１反射鏡４２４に反射されたＳ偏光のノイズ光は、第１の１／４波長板４２３でＳ偏光からＰ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッタ４２２を透過する。つまり、どちらのノイズ光も被検面１００に入射しない。
Furthermore, the removal of noise light will be described. In the shape measuring device 401, the polarization state of the noise light generated by the polarization beam splitter 422 is also divided into P polarization and S polarization. The P-polarized noise light is reflected once by the second reflecting mirror 426, and the S-polarized noise light is reflected once by the first reflecting mirror 424. Therefore, the phases of the two noise lights are not zero. However, the two noise lights detected by the image sensor 41 have different phases from the signal light which is not the noise light. Therefore, noise light can be removed by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43. Since the P-polarized noise light reflected by the second reflecting mirror 426 is converted from P-polarized to S-polarized by the second 1/4 wave plate 425, the polarization beam splitter 422 moves toward the half mirror 421. Be reflected. Further, the S-polarized noise light reflected by the first reflecting mirror 424 is converted from S-polarized to P-polarized by the first 1/4 wave plate 423, so that it passes through the polarization beam splitter 422. That is, neither noise light is incident on the surface to be inspected 100.
そして、形状計測装置４０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、偏光ビームスプリッタ４２２により第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に可干渉光ＣＬが分割される。更に、ウェッジプレート４３１により第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。更にまた、第１ピエゾ素子４５１と第２ピエゾ素子４５２を用いて、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させる。このため、形状計測装置４０１は、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。ただし、光軸一致部材が相違する点、及び、第１実施形態のリレーレンズ３１と開口絞り５３を有さない点で、第１実施形態に係る形状計測装置１の効果とは相違する。
In the shape measuring device 401, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL is split into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by the polarizing beam splitter 422. The light. Further, the wedge plate 431 corrects the deformation of the second reflected light RL2. Furthermore, the first piezo element 451 and the second piezo element 452 are used to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light. Therefore, the shape measuring device 401 can obtain the same effect as the shape measuring device 1 according to the first embodiment. However, it differs from the effect of the shape measuring device 1 according to the first embodiment in that the optical axis matching member is different and the relay lens 31 and the aperture diaphragm 53 of the first embodiment are not provided.
ここで、第４実施形態の別の形態（変形例４－１）として、図１２に示すように、光軸一致部材を一つのプリズム４３３とする形状計測装置４０２の例を示す。なお、図１１の形状計測装置４０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
Here, as another embodiment (modification example 4-1) of the fourth embodiment, as shown in FIG. 12, an example of the shape measuring device 402 in which the optical axis matching member is one prism 433 is shown. The same components as those of the shape measuring device 401 of FIG. 11 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
プリズム４３３は、ハーフミラー４２１から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のそれぞれの光軸を一致させるために、表面４３３ａと裏面４３３ｂの角度がそれぞれ異なる角度に設定されている。表面４３３ａと裏面４３３ｂの角度は、第１反射光ＲＬ１が表面４３３ａにより反射されるとき、第１反射光ＲＬ１と表面４３３ａを透過する第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度に設定されている。
In the prism 433, the angles of the front surface 433a and the back surface 433b are set to different angles in order to align the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the half mirror 421. The angle between the front surface 433a and the back surface 433b is set to an angle at which the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the surface 433a coincide with each other when the first reflected light RL1 is reflected by the front surface 433a. There is.
プリズム４３３は、ハーフミラー４２１から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を偏光子３７の方向へ反射する。より詳細には、第１反射光ＲＬ１は、表面４３３ａにより偏光子３７の方向へ反射される。第２反射光ＲＬ２は、表面４３３ａを透過して、裏面４３３ｂにより偏光子３７の方向へ反射され、再び表面４３３ａを透過する。そして、表面４３３ａにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する。
The prism 433 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the half mirror 421 in the direction of the splitter 37. More specifically, the first reflected light RL1 is reflected by the surface 433a in the direction of the polarizing element 37. The second reflected light RL2 passes through the front surface 433a, is reflected by the back surface 433b in the direction of the polarizing element 37, and passes through the front surface 433a again. Then, on the surface 433a, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other.
偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing element 37 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned coincide with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
このように、形状計測装置４０２では、光軸一致部材としての一つのプリズム４３３により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
In this way, in the shape measuring device 402, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by one prism 433 as the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
このため、形状計測装置４０２は、第４実施形態の形状計測装置４０１と光軸一致部材が異なるものの、第４実施形態の形状計測装置４０１と同様の効果を得ることができる。
Therefore, although the shape measuring device 402 is different from the shape measuring device 401 of the fourth embodiment in the optical axis matching member, the same effect as that of the shape measuring device 401 of the fourth embodiment can be obtained.
更に、プリズム４３３を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the prism 433 are aligned, if the positions of the polarizing element 37, the imaging lens 39, and the image pickup element 41 are changed, the interference fringes can be generated. The image pickup position can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
（第５実施形態）
次に、図１３を参照して、第５実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の偏光状態・入射角度とする。
(Fifth Embodiment)
Next, with reference to FIG. 13, the shape measuring device according to the fifth embodiment will be described. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same polarization state and incident angle as in the first embodiment.
形状計測装置５０１は、入射光学系５２０と、干渉光学系５３０と、検出部４と、を備える。入射光学系５２０は、図１とは配置が異なるだけで第１実施形態の入射光学系２と同一であり、更に補助レンズ５６０が設けられている。
The shape measuring device 501 includes an incident optical system 520, an interference optical system 530, and a detection unit 4. The incident optical system 520 is the same as the incident optical system 2 of the first embodiment except that the arrangement is different from that of FIG. 1, and an auxiliary lens 560 is further provided.
ビームスプリッタ２７と被検面１００との間には、補助レンズ５６０が設けられている。つまり、補助レンズ５６０は、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、が通過する光路に設けられている。補助レンズ５６０は、被検面１００が球面又は非球面（自由曲面）のときに用いる。
An auxiliary lens 560 is provided between the beam splitter 27 and the surface to be inspected 100. That is, the auxiliary lens 560 is provided in the optical path through which the first incident light IL1 and the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 pass. The auxiliary lens 560 is used when the surface to be inspected 100 is spherical or aspherical (free curved surface).
補助レンズ５６０の詳細について説明する。補助レンズ５６０は、被検面１００である球面又は非球面（自由曲面）の母球面の曲率半径の大きさと口径に応じて、補助レンズ５６０の開口数（ＮＡ）と配置を決定する。ここで、母球面とは、非球面（自由曲面）との差分の傾斜が最も小さくなる球面である。なお、球面の場合は、そのものの球面が母球面になる。
The details of the auxiliary lens 560 will be described. The auxiliary lens 560 determines the numerical aperture (NA) and arrangement of the auxiliary lens 560 according to the size and diameter of the radius of curvature of the spherical surface or the aspherical surface (free curved surface) of the spherical surface (free curved surface) which is the surface to be inspected 100. Here, the mother sphere is a sphere having the smallest slope of the difference from the aspherical surface (free curved surface). In the case of a spherical surface, the spherical surface itself becomes the mother spherical surface.
補助レンズ５６０の開口数は、必要な測定領域を全てカバーする大きさに設定する。補助レンズ５６０は、補助レンズ５６０の集光点と母球面の曲率半径の中心が一致する位置に配置される。補助レンズ５６０の配置では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２による被検面１００と撮像素子４１の結像位置も考慮する。
The numerical aperture of the auxiliary lens 560 is set to a size that covers the entire required measurement area. The auxiliary lens 560 is arranged at a position where the focusing point of the auxiliary lens 560 and the center of the radius of curvature of the mother spherical surface coincide with each other. In the arrangement of the auxiliary lens 560, the imaging position of the surface 100 to be inspected by the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 and the image pickup element 41 is also taken into consideration.
ビームスプリッタ２７により被検面１００の方向へ反射された第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２は、補助レンズ５６０を通過して、被検面１００へ入射する。ビームスプリッタ２７により反射された第１入射光ＩＬ１は、補助レンズ５６０を介して、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。ビームスプリッタ２７により反射された第２入射光ＩＬ２は、補助レンズ５６０を介して、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 and the second incident light IL2 reflected in the direction of the test surface 100 by the beam splitter 27 pass through the auxiliary lens 560 and are incident on the test surface 100. The first incident light IL1 reflected by the beam splitter 27 is vertically incident on the surface to be inspected 100 via the auxiliary lens 560 (vertical incident). The second incident light IL2 reflected by the beam splitter 27 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident) via the auxiliary lens 560. Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
干渉光学系５３０は、補助レンズ５６０と、ビームスプリッタ２７と、第３偏光ビームスプリッタ３２と、第３反射鏡３３と、ウェッジプレート３４（補正部材）と、第４反射鏡３５と、第４偏光ビームスプリッタ３６と、結像レンズ３９と、偏光子３７と、を有する。なお、補助レンズ５６０と、ビームスプリッタ２７と、は入射光学系５２０と共通の光学要素である。また、干渉光学系５３０は、第１実施形態の干渉光学系３と基本的に同一である。
The interference optical system 530 includes an auxiliary lens 560, a beam splitter 27, a third polarization beam splitter 32, a third reflector 33, a wedge plate 34 (correction member), a fourth reflector 35, and a fourth polarization. It has a beam splitter 36, an imaging lens 39, and a polarizing element 37. The auxiliary lens 560 and the beam splitter 27 are optical elements common to the incident optical system 520. Further, the interference optical system 530 is basically the same as the interference optical system 3 of the first embodiment.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、補助レンズ５６０を介して、ビームスプリッタ２７を透過する。ビームスプリッタ２７を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第３偏光ビームスプリッタ３２に入射する。
The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 pass through the beam splitter 27 via the auxiliary lens 560. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the beam splitter 27 are incident on the third polarizing beam splitter 32.
第４偏光ビームスプリッタ３６を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸は一致している。第４偏光ビームスプリッタ３６を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、結像レンズ３９により撮像面４１ａに結像される。結像レンズ３９から撮像面４１ａまでの途中に配置された偏光子３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the fourth polarizing beam splitter 36 are aligned. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the fourth polarizing beam splitter 36 are imaged on the imaging surface 41a by the imaging lens 39. The polarizing element 37 arranged on the way from the imaging lens 39 to the imaging surface 41a matches the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置５０１では、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、補助レンズ５６０を介して、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により球面又は非球面（自由曲面）の被検面１００に入射させる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 501 according to the present embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2, and the first incident light IL1 and the first incident light IL1 and the first incident light IL1 are divided through the auxiliary lens 560. 2 Incident light IL2 is incident on a spherical or aspherical (free curved surface) surface to be inspected 100 at different angles.
そして、形状計測装置５０１では、補助レンズ５６０を設けることにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、球面又は非球面（自由曲面）の被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。つまり、被検面１００が球面又は非球面（自由曲面）であっても形状の計測を行うことができる。なお、球面又は非球面（自由曲面）の母球面が、平面と捉えられるような曲率半径であれば補助レンズ５６０を用いなくても良い。
Then, in the shape measuring device 501, by providing the auxiliary lens 560, the subject surface 100 of a spherical surface or an aspherical surface (free curved surface) is based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. The shape of is measured. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded. That is, the shape can be measured even if the surface to be inspected 100 is a spherical surface or an aspherical surface (free curved surface). If the mother spherical surface of a spherical surface or an aspherical surface (free curved surface) has a radius of curvature that can be regarded as a plane, the auxiliary lens 560 may not be used.
更に、その他の効果として、形状計測装置５０１の構成は、リレーレンズ３１と集光レンズ３８を有さない点で第１実施形態の形状計測装置１とは相違するが、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。
Further, as another effect, the configuration of the shape measuring device 501 is different from the shape measuring device 1 of the first embodiment in that it does not have the relay lens 31 and the condenser lens 38, but it relates to the first embodiment. The same effect as that of the shape measuring device 1 can be obtained.
ここで、図１４に示すように、ビームスプリッタ２７と補助レンズ５６０との間にリレーレンズ５６１を設けても良い。リレーレンズ５６１の配置を適宜に設定することにより、被検面１００までの光路長を変更したり、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の集光位置を変更したりすることができる。
Here, as shown in FIG. 14, a relay lens 561 may be provided between the beam splitter 27 and the auxiliary lens 560. By appropriately setting the arrangement of the relay lens 561, the optical path length up to the surface to be inspected 100 can be changed, and the condensing positions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be changed.
また、図１５に示すように、第１偏光ビームスプリッタ２３と第１反射鏡２４と第２反射鏡２５と第２偏光ビームスプリッタ２６を、一つのプリズム５７０に集約しても良い。これにより、入射光学系２の光学要素を減少することができ、構成を簡素化することができる。
（第６実施形態）
Further, as shown in FIG. 15, the first polarizing beam splitter 23, the first reflecting mirror 24, the second reflecting mirror 25, and the second polarizing beam splitter 26 may be integrated into one prism 570. As a result, the optical elements of the incident optical system 2 can be reduced, and the configuration can be simplified.
(Sixth Embodiment)
次に、図１６を参照して、第６実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の偏光状態・入射角度とする。
Next, with reference to FIG. 16, the shape measuring device according to the sixth embodiment will be described. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same polarization state and incident angle as in the first embodiment.
形状計測装置６０１は、入射光学系６２０と、干渉光学系６３０と、検出部４と、を備える。
The shape measuring device 601 includes an incident optical system 620, an interference optical system 630, and a detection unit 4.
入射光学系６２０は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、偏光ビームスプリッタ６２１と、第１反射鏡６２２（第１反射部材）と、第２反射鏡６２３（第２反射部材）と、ビームスプリッタ６２４と、リレーレンズ６２５と、を有する。なお、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２のみを説明し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は干渉光学系６３０にて説明する。
The incident optical system 620 includes a light source 21, a beam expander 22, a polarization beam splitter 621, a first reflecting mirror 622 (first reflecting member), a second reflecting mirror 623 (second reflecting member), and a beam splitter. It has a 624 and a relay lens 625. Only the first incident light IL1 and the second incident light IL2 will be described, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 will be described by the interference optical system 630.
偏光ビームスプリッタ６２１は、第１偏光ビームスプリッタ２３と同様に、偏光ビームスプリッタ６２１を透過する光（第１入射光ＩＬ１）と、偏光ビームスプリッタ６２１により反射される光（第２入射光ＩＬ２）と、に分割する。偏光ビームスプリッタ６２１を透過した第１入射光ＩＬ１は、後述するウェッジプレート６３１を透過する。
Similar to the first polarization beam splitter 23, the polarization beam splitter 621 includes light transmitted through the polarization beam splitter 621 (first incident light IL1) and light reflected by the polarization beam splitter 621 (second incident light IL2). Divide into ,. The first incident light IL1 transmitted through the polarizing beam splitter 621 passes through the wedge plate 631 described later.
第１反射鏡６２２は、ウェッジプレート６３１を透過した第１入射光ＩＬ１をビームスプリッタ６２４の方向へ反射する。第１反射鏡６２２の角度は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度に設定されている。
The first reflecting mirror 622 reflects the first incident light IL1 transmitted through the wedge plate 631 in the direction of the beam splitter 624. The angle of the first reflecting mirror 622 is set to an angle at which the first incident light IL1 can be incident perpendicularly to the surface to be inspected 100.
第２反射鏡６２３は、偏光ビームスプリッタ６２１により反射された第２入射光ＩＬ２をビームスプリッタ６２４の方向へ反射する。第２反射鏡６２３の角度は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度に設定されている。
The second reflecting mirror 623 reflects the second incident light IL2 reflected by the polarizing beam splitter 621 in the direction of the beam splitter 624. The angle of the second reflecting mirror 623 is set to an angle at which the second incident light IL2 can be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ.
ビームスプリッタ６２４は、第１反射鏡６２２により反射された第１入射光ＩＬ１を透過させ、第２反射鏡６２３により反射された第２入射光ＩＬ２をリレーレンズ６２５の方向へ反射する。
The beam splitter 624 transmits the first incident light IL1 reflected by the first reflecting mirror 622, and reflects the second incident light IL2 reflected by the second reflecting mirror 623 in the direction of the relay lens 625.
リレーレンズ６２５は、ビームスプリッタ６２４側の第１リレーレンズ６２５ａと被検面１００側の第２リレーレンズ６２５ｂから構成されている。リレーレンズ６２５は、ビームスプリッタ６２４から入射される第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２の光路長を調整すると共に、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を被検面１００へ導く。
The relay lens 625 is composed of a first relay lens 625a on the beam splitter 624 side and a second relay lens 625b on the test surface 100 side. The relay lens 625 adjusts the optical path lengths of the first incident light IL1 and the second incident light IL2 incident from the beam splitter 624, and guides the first incident light IL1 and the second incident light IL2 to the surface to be inspected 100.
ここで、ビームスプリッタ６２４と第１リレーレンズ６２５ａと第２リレーレンズ６２５ｂと被検面１００の相互の距離を調整することにより、ビームスプリッタ６２４から被検面１００までの距離を調整することができる。更に、ビームスプリッタ６２４と第１リレーレンズ６２５ａとの間の距離を調整することにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の集光位置を調整することができる。なお、ビームスプリッタ６２４と第１リレーレンズ６２５ａとの間の距離は、第１反射光ＲＬ１が第２反射鏡６２３に集光される距離に設定され、第２反射光ＲＬ２が第１反射鏡６２２に集光される距離に設定されている。
Here, the distance from the beam splitter 624 to the test surface 100 can be adjusted by adjusting the mutual distance between the beam splitter 624, the first relay lens 625a, the second relay lens 625b, and the test surface 100. .. Further, by adjusting the distance between the beam splitter 624 and the first relay lens 625a, the focusing positions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be adjusted. The distance between the beam splitter 624 and the first relay lens 625a is set to the distance at which the first reflected light RL1 is focused on the second reflecting mirror 623, and the second reflected light RL2 is the first reflecting mirror 622. It is set to the distance to be focused on.
リレーレンズ６２５により被検面１００に導かれた第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。リレーレンズ６２５により被検面１００に導かれた第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 guided to the test surface 100 by the relay lens 625 is vertically incident on the test surface 100 (vertical incident). The second incident light IL2 guided to the test surface 100 by the relay lens 625 is incident on the test surface 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident). Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
ここで、被検面１００には、移動部材であるピエゾ素子６５０が設けられている。ピエゾ素子６５０は、制御部６４４からの信号により制御され、被検面１００を微小に動かすことができる。ピエゾ素子６５０は、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、ピエゾ素子６５０は、入射される第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ６０の光軸方向に沿って被検面１００を移動させる。つまり、ピエゾ素子６５０は、矢印Ｂ６０の方向へ被検面１００を移動させる。なお、他の例として、ピエゾ素子６５０は、被検面１００に対して垂直に入射する第１入射光ＩＬ１と直交ではない方向に被検面１００を移動させても良い。これにより、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させることができる。
Here, the surface to be inspected 100 is provided with a piezo element 650, which is a moving member. The piezo element 650 is controlled by a signal from the control unit 644, and the surface to be inspected 100 can be moved minutely. The piezo element 650 changes the optical path lengths of the first incident light IL1 and the second incident light IL2. In the present embodiment, for example, the piezo element 650 moves the surface to be inspected 100 along the optical axis direction of the optical axis A60 of the incident first incident light IL1. That is, the piezo element 650 moves the surface to be inspected 100 in the direction of the arrow B60. As another example, the piezo element 650 may move the test surface 100 in a direction not orthogonal to the first incident light IL1 that is perpendicular to the test surface 100. This makes it possible to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light.
干渉光学系６３０は、偏光ビームスプリッタ６２１と、第１反射鏡６２２と、第２反射鏡６２３と、ビームスプリッタ６２４と、リレーレンズ６２５と、ウェッジプレート６３１と、偏光子３７と、集光レンズ３８と、結像レンズ３９と、を有する。なお、偏光ビームスプリッタ６２１と、第１反射鏡６２２と、第２反射鏡６２３と、ビームスプリッタ６２４と、リレーレンズ６２５と、は入射光学系６２０と共通の光学要素である。また、偏光ビームスプリッタ６２１と、第１反射鏡６２２と、第２反射鏡６２３と、ビームスプリッタ６２４と、により光軸一致部材を構成する。
The interference optical system 630 includes a polarizing beam splitter 621, a first reflecting mirror 622, a second reflecting mirror 623, a beam splitter 624, a relay lens 625, a wedge plate 631, a polarizing element 37, and a condenser lens 38. And an imaging lens 39. The polarizing beam splitter 621, the first reflecting mirror 622, the second reflecting mirror 623, the beam splitter 624, and the relay lens 625 are optical elements common to the incident optical system 620. Further, a polarization beam splitter 621, a first reflecting mirror 622, a second reflecting mirror 623, and a beam splitter 624 constitute an optical axis matching member.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、リレーレンズ６２５を通過して、ビームスプリッタ６２４に戻る。第１反射光ＲＬ１は、ビームスプリッタ６２４により第２反射鏡６２３の方向へ反射され、第２反射光ＲＬ２は、ビームスプリッタ６２４を透過する。
The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 pass through the relay lens 625 and return to the beam splitter 624. The first reflected light RL1 is reflected by the beam splitter 624 in the direction of the second reflecting mirror 623, and the second reflected light RL2 is transmitted through the beam splitter 624.
ビームスプリッタ６２４により反射された第１反射光ＲＬ１は、第２反射鏡６２３に集光される。第２反射鏡６２３は、ビームスプリッタ６２４により反射された第１反射光ＲＬ１を、偏光ビームスプリッタ６２１の方向へ反射する。
The first reflected light RL1 reflected by the beam splitter 624 is focused on the second reflecting mirror 623. The second reflecting mirror 623 reflects the first reflected light RL1 reflected by the beam splitter 624 in the direction of the polarizing beam splitter 621.
ビームスプリッタ６２４を透過した第２反射光ＲＬ２は、第１反射鏡６２２に集光される。第１反射鏡６２２は、ビームスプリッタ６２４を透過した第２反射光ＲＬ２を、ウェッジプレート６３１の方向へ反射する。
The second reflected light RL2 transmitted through the beam splitter 624 is focused on the first reflecting mirror 622. The first reflecting mirror 622 reflects the second reflected light RL2 transmitted through the beam splitter 624 in the direction of the wedge plate 631.
ウェッジプレート６３１は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート６３１は、第１反射鏡６２２と偏光ビームスプリッタ６２１との間に配置される。ウェッジプレート６３１の配置条件と形状、及び、ウェッジプレート６３１による第２反射光ＲＬ２の変形補正は、第１実施形態のウェッジプレート３４と同様であるから説明を省略する。
The wedge plate 631 corrects the deformation of the second reflected light RL2. The wedge plate 631 is arranged between the first reflector 622 and the polarization beam splitter 621. Since the arrangement conditions and shapes of the wedge plate 631 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 631 are the same as those of the wedge plate 34 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
第１反射鏡６２２により反射された第２反射光ＲＬ２は、ウェッジプレート６３１を透過する。
The second reflected light RL2 reflected by the first reflecting mirror 622 passes through the wedge plate 631.
偏光ビームスプリッタ６２１は、第２反射鏡６２３により反射された第１反射光ＲＬ１を透過させ、ウェッジプレート６３１を透過した第２反射光ＲＬ２を偏光子３７の方向へ反射する。偏光ビームスプリッタ６２１の角度は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度に設定されている。このため、偏光ビームスプリッタ６２１の分割面６２１ａにて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する。そして、偏光子３７により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。
The polarizing beam splitter 621 transmits the first reflected light RL1 reflected by the second reflecting mirror 623, and reflects the second reflected light RL2 transmitted through the wedge plate 631 in the direction of the polarizing element 37. The angle of the polarization beam splitter 621 is set to an angle at which the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other. Therefore, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other on the split surface 621a of the polarizing beam splitter 621. Then, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other by the polarizing element 37.
検出部４の情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部６４４を有する。制御部６４４は、ピエゾ素子６５０を信号により制御する。制御部６４４は、縞走査のために、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させるための信号をピエゾ素子６５０へ出力する。ピエゾ素子６５０は被検面１００のみに設けられているため、１回の干渉縞の検出につき、垂直光と斜め光の光路長差を付ける必要がある。このため、これを考慮して、第１実施形態よりも大きい所定値ずつ、ピエゾ素子６５０によって被検面１００を移動する。そして、干渉縞（干渉位相信号）の位相が設定された所定値に基づいてシフトされる。なお、縞走査法については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。
The information processing device 42 of the detection unit 4 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 644. The control unit 644 controls the piezo element 650 by a signal. The control unit 644 outputs a signal for modulating the phase of the vertical light and the phase of the oblique light to the piezo element 650 for each detection of the interference fringes for the fringe scanning. Since the piezo element 650 is provided only on the surface to be inspected 100, it is necessary to make an optical path length difference between vertical light and oblique light for one detection of interference fringes. Therefore, in consideration of this, the surface to be inspected 100 is moved by the piezo element 650 by a predetermined value larger than that of the first embodiment. Then, the phase of the interference fringe (interference phase signal) is shifted based on the set predetermined value. Since the fringe scanning method is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置６０１では、偏光ビームスプリッタ６２１から被検面１００までの間において、第１入射光ＩＬ１と第２反射光ＲＬ２の光路が共通し、第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１の光路が共通する。つまり、第１入射光ＩＬ１及び第１反射光ＲＬ１の第１光路と、第２入射光ＩＬ２及び第２反射光ＲＬ２の第２光路と、は共通する共通光路となる。これにより、偏光ビームスプリッタ６２１から被検面１００までの間では、偏光ビームスプリッタ６２１と第１反射鏡６２２と第２反射鏡６２３とビームスプリッタ６２４とリレーレンズ６２５との光学素子を、入射光学系６２０と干渉光学系６３０により共有することができる。このため、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、で別々に偏光ビームスプリッタや反射鏡やビームスプリッタ等を設ける場合と比較して、光学素子の点数を減少することができる。更に、入射光学系６２０と干渉光学系６３０をシンプルな光学系にすることができる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 601 according to the present embodiment, the optical paths of the first incident light IL1 and the second reflected light RL2 are common between the polarizing beam splitter 621 and the surface to be inspected 100, and the second incident light IL2 and the first The optical path of the reflected light RL1 is common. That is, the first optical path of the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 and the second optical path of the second incident light IL2 and the second reflected light RL2 are common optical paths. As a result, between the polarizing beam splitter 621 and the surface to be inspected 100, the optical elements of the polarizing beam splitter 621, the first reflecting mirror 622, the second reflecting mirror 623, the beam splitter 624, and the relay lens 625 are combined with the incident optical system. It can be shared with the 620 by the interfering optical system 630. Therefore, as compared with the case where the first incident light IL1 and the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are separately provided with a polarizing beam splitter, a reflecting mirror, a beam splitter, and the like. The number of optical elements can be reduced. Further, the incident optical system 620 and the interference optical system 630 can be made into a simple optical system.
更に、このような共通光路となるため、外乱による振動の影響を除去することができる。以下、説明する。例えば、第２反射鏡６２３が外乱により振動を受けているものとする。このとき、第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１は、第２反射鏡６２３により反射される。一方、第１入射光ＩＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第２反射鏡６２３により反射されない。つまり、第１入射光ＩＬ１及び第１反射光ＲＬ１と、第２入射光ＩＬ２及び第２入射光ＩＬ２と、のどちらも一回だけ第２反射鏡６２３を通る。このため、互いに同じ振動を受けているので、振動による位相差は同じになる。このように、第１光路と第２光路を共通光路とすることにより、干渉縞は外乱による振動の影響を受けにくい。なお、第１反射鏡６２２が外乱により振動を受けている場合も、第１反射鏡６２２と第２反射鏡６２３の両方が外乱により振動を受けている場合も、同様である。
Further, since such a common optical path is provided, the influence of vibration due to disturbance can be eliminated. This will be described below. For example, it is assumed that the second reflecting mirror 623 is vibrated by disturbance. At this time, the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 are reflected by the second reflecting mirror 623. On the other hand, the first incident light IL1 and the second reflected light RL2 are not reflected by the second reflecting mirror 623. That is, both the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 and the second incident light IL2 and the second incident light IL2 pass through the second reflecting mirror 623 only once. Therefore, since they are subjected to the same vibration, the phase difference due to the vibration is the same. As described above, by making the first optical path and the second optical path a common optical path, the interference fringes are less susceptible to vibration due to disturbance. The same applies to the case where the first reflecting mirror 622 is vibrated by the disturbance and the case where both the first reflecting mirror 622 and the second reflecting mirror 623 are vibrated by the disturbance.
次に、共通光路でのノイズ光について説明する。偏光ビームスプリッタ６２１にて発生するノイズ光の偏光状態もＰ偏光とＳ偏光に分割される。なお、第２反射鏡６２３が外乱により振動を受けているものとする。そうすると、ノイズ光のうち被検面１００に垂直に入射する垂直入射ビームは、二つの反射鏡６２２，６２３のうち、第１反射鏡６２２のみにより反射されるので、被検面１００への往復により外乱による振動を一回も受けず位相は変化しない。ノイズ光のうち被検面１００に斜めに入射する斜入射ビームは、二つの反射鏡６２２，６２３のうち、第２反射鏡６２３のみにより反射されるので、被検面１００への往復により外乱による振動を二回受けることとなり位相が二回も変化する。なお、ノイズ光ではない信号光は外乱による振動を一回受けるので、振動による位相が一回だけ変化する。このため、信号光とノイズ光とは外乱による振動によって位相の変化が異なる。従って、干渉縞解析部４３における縞走査法によりノイズ光を除去することができるし、撮像素子４１の露光時間を長くすることや、多数枚の干渉縞強度の平均によってノイズ光の影響を抑えることができる。なお、第１反射鏡６２２が外乱により振動を受けている場合も同様である。また、ノイズ光の影響を抑えるために、ピエゾ素子等を用いて外乱として振動を与えても良い。
Next, the noise light in the common optical path will be described. The polarization state of the noise light generated by the polarization beam splitter 621 is also divided into P polarization and S polarization. It is assumed that the second reflecting mirror 623 is vibrated by the disturbance. Then, among the noise light, the vertically incident beam perpendicularly incident on the test surface 100 is reflected only by the first reflecting mirror 622 of the two reflecting mirrors 622 and 623, so that it is reciprocated to and from the test surface 100. It is not subjected to vibration due to disturbance even once and its phase does not change. Of the noise light, the obliquely incident beam that is obliquely incident on the test surface 100 is reflected only by the second reflecting mirror 623 of the two reflecting mirrors 622 and 623. It receives vibration twice and the phase changes twice. Since the signal light that is not noise light receives vibration due to disturbance once, the phase due to vibration changes only once. Therefore, the phase change of the signal light and the noise light is different due to the vibration caused by the disturbance. Therefore, the noise light can be removed by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43, the exposure time of the image pickup device 41 can be lengthened, and the influence of the noise light can be suppressed by averaging the intensities of a large number of interference fringes. Can be done. The same applies when the first reflecting mirror 622 is vibrated by disturbance. Further, in order to suppress the influence of noise light, vibration may be applied as a disturbance by using a piezo element or the like.
更にまた、形状計測装置６０１では、共通光路となっているが、光軸一致部材により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。偏光子３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
Furthermore, although the shape measuring device 601 has a common optical path, the optical axis of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be aligned by the optical axis matching member. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 37, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
そして、形状計測装置６０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置６０１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
The shape measuring device 601 divides the coherent light CL generated from the light source 21 into the first incident light IL1 and the second incident light IL2, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment. , The first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the surface to be inspected 100 at different angles. Then, the shape measuring device 601 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
更に、偏光ビームスプリッタ６２１を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致しているので、偏光子３７と集光レンズ３８と結像レンズ３９と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the polarizing beam splitter 621 are aligned, the positions of the splitter 37, the condenser lens 38, the imaging lens 39, and the image pickup element 41 are aligned. If it is changed, the imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
そして、形状計測装置６０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、偏光ビームスプリッタ６２１により第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に可干渉光ＣＬが分割される。更に、ウェッジプレート６３１により第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。更にまた、ピエゾ素子６５０を用いて、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させる。このため、形状計測装置６０１は、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。ただし、光軸一致部材が相違する点、及び、第１実施形態のリレーレンズ３１と二つのピエゾ素子５１，５２と開口絞り５３を有さない点で、第１実施形態に係る形状計測装置１の効果とは相違する。
In the shape measuring device 601 although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL is split into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by the polarizing beam splitter 621. The light. Further, the wedge plate 631 corrects the deformation of the second reflected light RL2. Furthermore, the piezo element 650 is used to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light. Therefore, the shape measuring device 601 can obtain the same effect as the shape measuring device 1 according to the first embodiment. However, the shape measuring device 1 according to the first embodiment is different in that the optical axis matching member is different, and that the relay lens 31 of the first embodiment, the two piezo elements 51, 52, and the aperture stop 53 are not provided. It is different from the effect of.
ここで、第６実施形態とは別の形態（変形例６－１）として、図１７に示すように、ピエゾ素子６５０と偏光子３７を、一つの１／４波長板６３２と一つの偏光子６３７（偏光部材）に代える形状計測装置６０２の例を示す。または、偏光板３７と撮像素子４１の代わりに、偏光カメラを用いることも本発明の実施形態である。なお、図１６の形状計測装置６０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
Here, as a form different from the sixth embodiment (modification example 6-1), as shown in FIG. 17, the piezo element 650 and the polarizing element 37 are combined with one 1/4 wave plate 632 and one polarizing element. An example of a shape measuring device 602 that replaces 637 (polarizing member) is shown. Alternatively, it is also an embodiment of the present invention to use a polarizing camera instead of the polarizing plate 37 and the image pickup element 41. The same components as those of the shape measuring device 601 of FIG. 16 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
１／４波長板６３２は、偏光ビームスプリッタ６２１と撮像面４１ａとの間に配置される。偏光ビームスプリッタ６２１を通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、１／４波長板６３２を透過する。１／４波長板６３２は、１／４波長板６３２を透過する光を円偏光に変換する。
The 1/4 wave plate 632 is arranged between the polarizing beam splitter 621 and the imaging surface 41a. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the polarizing beam splitter 621 pass through the 1/4 wave plate 632. The 1/4 wave plate 632 converts the light transmitted through the 1/4 wave plate 632 into circularly polarized light.
偏光子６３７は、１／４波長板６３２と撮像面４１ａとの間に配置される。偏光子６３７は、光軸が一致された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２が互いに干渉する。偏光子６３７は、後述する制御部６４４からの信号により、回転制御される。
The splitter 637 is arranged between the 1/4 wave plate 632 and the imaging surface 41a. The splitter 637 matches the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 whose optical axes are aligned with each other. As a result, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. The stator 637 is rotationally controlled by a signal from the control unit 644, which will be described later.
制御部６４４は、偏光子６３７を信号により制御する。例えば、１回の干渉縞の検出につき、偏光子６３７を回転させる。これにより、偏光子６３７を透過する第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の相対位相差を変調させることができる。つまり、偏光角を変化させることにより、検出される干渉縞の位相を変調させることができる。例えば、０度、４５度、９０度、１３５度の偏光角の干渉縞を検出することができる。なお、縞走査法については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。また、偏光板を一定な回転速度で回転し、撮像素子４１の露光開始時間、露光時間の長さを制御することで、異なる位相の干渉縞を記録することが可能である。
The control unit 644 controls the polarizing element 637 by a signal. For example, the stator 637 is rotated for each interference fringe detection. As a result, the relative phase difference between the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the polarizing element 637 can be modulated. That is, the phase of the detected interference fringes can be modulated by changing the polarization angle. For example, it is possible to detect interference fringes having polarization angles of 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees. Since the fringe scanning method is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted. Further, by rotating the polarizing plate at a constant rotation speed and controlling the exposure start time and the length of the exposure time of the image pickup element 41, it is possible to record interference fringes having different phases.
このように、形状計測装置６０２では、偏光子２３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。更に、１／４波長板６３２を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を、偏光子６３７を回転させることにより、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の相対位相差も用いながら互いに干渉させる。これにより、検出される干渉縞の位相を変調させることができるので、複数の干渉縞を縞走査法にて解析して被検面１００の形状の計測を行うことができる。
As described above, in the shape measuring device 602, since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 237, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a. Further, the relative phase difference between the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 is also used by rotating the polarizing element 637 for the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the 1/4 wave plate 632. While interfering with each other. As a result, the phase of the detected interference fringes can be modulated, so that a plurality of interference fringes can be analyzed by the fringe scanning method to measure the shape of the surface to be inspected 100.
更にまた、形状計測装置６０２は、第６実施形態の形状計測装置６０１と一つの１／４波長板６３２と一つの偏光子６３７が異なるものの、第６実施形態の形状計測装置６０１と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, the shape measuring device 602 has the same effect as the shape measuring device 601 of the sixth embodiment, although the shape measuring device 601 of the sixth embodiment is different from the shape measuring device 601 of the sixth embodiment and one quarter wave plate 632 and one polarizing element 637. Can be obtained.
更に、第６実施形態の別の形態（変形例６－２）として、図１８に示すように、リレーレンズ６２５を補助レンズ６６０に代え、ピエゾ素子６５０と偏光子３７と撮像素子４１を、一つの１／４波長板６３３と一つの偏光カメラ６４５に代える形状計測装置６０３の例を示す。なお、図１６の形状計測装置６０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。なお、１／４波長板６３３は、「変形例６－１」の１／４波長板６３２と同様なので説明を省略する。
Further, as another embodiment of the sixth embodiment (modification example 6-2), as shown in FIG. 18, the relay lens 625 is replaced with the auxiliary lens 660, and the piezo element 650, the polarizing element 37, and the image pickup element 41 are replaced with one. An example of a shape measuring device 603 that replaces one 1/4 wave plate 633 and one polarizing camera 645 is shown. The same components as those of the shape measuring device 601 of FIG. 16 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Since the 1/4 wave plate 633 is the same as the 1/4 wave plate 632 of "Modification 6-1", the description thereof will be omitted.
補助レンズ６６０は、ビームスプリッタ６２４と被検面１００との間に設けられている。つまり、補助レンズ６６０は、第５実施形態の補助レンズ５６０と同様に、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、が通過する光路に設けられている。なお、補助レンズ６６０の詳細は、第５実施形態の補助レンズ５６０と同様であるから説明を省略する。
The auxiliary lens 660 is provided between the beam splitter 624 and the test surface 100. That is, the auxiliary lens 660 is in the optical path through which the first incident light IL1 and the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 pass, similarly to the auxiliary lens 560 of the fifth embodiment. It is provided. Since the details of the auxiliary lens 660 are the same as those of the auxiliary lens 560 of the fifth embodiment, the description thereof will be omitted.
ビームスプリッタ６２４を通過した第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２は、補助レンズ６６０を通過して、被検面１００へ入射する。ビームスプリッタ６２４を透過した第１入射光ＩＬ１は、補助レンズ６６０を介して、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。ビームスプリッタ６２４により反射された第２入射光ＩＬ２は、補助レンズ６６０を介して、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。
The first incident light IL1 and the second incident light IL2 that have passed through the beam splitter 624 pass through the auxiliary lens 660 and are incident on the surface to be inspected 100. The first incident light IL1 transmitted through the beam splitter 624 is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertically incident) via the auxiliary lens 660. The second incident light IL2 reflected by the beam splitter 624 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident) via the auxiliary lens 660.
偏光カメラ６４５は、撮像素子４１に代えて配置されている。偏光カメラ６４５とは、隣接する四つの画素に異なる方向の偏光子（例えば、０度、４５度、９０度、１３５度）を形成しているカメラである。偏光カメラ６４５による一回の撮影（検出）で得た一枚の画像から、四つの異なる位相の干渉縞を得ることができる。例えば、０度、４５度、９０度、１３５度の偏光角の干渉縞を検出することができる。なお、縞走査法については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。
The polarizing camera 645 is arranged in place of the image sensor 41. The polarized camera 645 is a camera in which four adjacent pixels have polarizing elements in different directions (for example, 0 degree, 45 degree, 90 degree, 135 degree). Four different phase interference fringes can be obtained from one image obtained by one shooting (detection) by the polarizing camera 645. For example, it is possible to detect interference fringes having polarization angles of 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees. Since the fringe scanning method is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
このように、形状計測装置６０３では、一回の撮影により得られた四つの異なる位相の干渉縞を縞走査法にて解析して被検面１００の形状の計測を行うことができる。このため、形状計測装置６０３では、第５実施形態に係る形状計測装置５０１とは光学系が異なるものの、補助レンズ６６０を設けることにより、第５実施形態の形状計測装置５０１と同様の効果を得ることができる。
As described above, the shape measuring device 603 can measure the shape of the surface to be inspected 100 by analyzing the interference fringes having four different phases obtained by one shooting by the fringe scanning method. Therefore, although the shape measuring device 603 has a different optical system from the shape measuring device 501 according to the fifth embodiment, by providing the auxiliary lens 660, the same effect as that of the shape measuring device 501 of the fifth embodiment can be obtained. be able to.
更にまた、形状計測装置６０３では、一回の撮影により四つの異なる位相の干渉縞を得られるため、ピエゾ素子や偏光子を用いる場合と比較して、干渉縞を撮影する撮影時間を短縮することができる。更に、干渉縞を検出するとき、偏光カメラ６４５を用いれば、ピエゾ素子６５０や偏光子６３７の制御が不要となる。
Furthermore, since the shape measuring device 603 can obtain interference fringes of four different phases by one shooting, the shooting time for shooting the interference fringes can be shortened as compared with the case of using a piezo element or a polarizing element. Can be done. Further, when the interference fringes are detected, if the polarizing camera 645 is used, the control of the piezo element 650 and the polarizing element 637 becomes unnecessary.
そして、形状計測装置６０３は、第６実施形態の形状計測装置６０１と一つの１／４波長板６３３と偏光カメラ６４５と補助レンズ６６０が異なるものの、第６実施形態の形状計測装置６０１と同様の効果を得ることができる。
The shape measuring device 603 is the same as the shape measuring device 601 of the sixth embodiment, although the shape measuring device 601 of the sixth embodiment, one quarter wave plate 633, the polarizing camera 645, and the auxiliary lens 660 are different. The effect can be obtained.
（第７実施形態）
次に、図１９を参照して、第７実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の入射角度とする。
(7th Embodiment)
Next, with reference to FIG. 19, the shape measuring device according to the seventh embodiment will be described. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same incident angles as those in the first embodiment.
形状計測装置７０１は、入射光学系７２０と、干渉光学系７３０と、検出部４と、を有する。
The shape measuring device 701 includes an incident optical system 720, an interference optical system 730, and a detection unit 4.
入射光学系７２０は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、ビームスプリッタ７２１と、ウェッジプレート７２２（補正部材、光軸一致部材）と、を有する。なお、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２のみを説明し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は干渉光学系７３０にて説明する。
The incident optical system 720 includes a light source 21, a beam expander 22, a beam splitter 721, and a wedge plate 722 (correction member, optical axis matching member). Only the first incident light IL1 and the second incident light IL2 will be described, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 will be described by the interference optical system 730.
ビームスプリッタ７２１は、ビームエキスパンダ２２を通過した可干渉光ＣＬを透過させる。
The beam splitter 721 transmits the coherent light CL that has passed through the beam expander 22.
ウェッジプレート７２２は、ウェッジプレート７２２に入射される可干渉光ＣＬを、ウェッジプレート７２２の表面７２２ａと裏面７２２ｂによりそれぞれ反射される二つの光（第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２）に分割する。より詳細には、第１入射光ＩＬ１は、ウェッジプレート７２２の表面７２２ａにより被検面１００の方向へ反射される。第２入射光ＩＬ２は、表面７２２ａを透過し、裏面７２２ｂにより被検面１００の方向へ反射され、再び表面７２２ａを透過する。第２入射光ＩＬ２は、表面７２２ａを透過するときに屈折される。
The wedge plate 722 divides the coherent light CL incident on the wedge plate 722 into two lights (first incident light IL1 and second incident light IL2) reflected by the front surface 722a and the back surface 722b of the wedge plate 722, respectively. do. More specifically, the first incident light IL1 is reflected by the surface 722a of the wedge plate 722 toward the surface to be inspected 100. The second incident light IL2 passes through the front surface 722a, is reflected by the back surface 722b in the direction of the surface to be inspected 100, and passes through the front surface 722a again. The second incident light IL2 is refracted as it passes through the surface 722a.
ここで、ウェッジプレート７２２の詳細について、ウェッジプレート７２２と被検面１００に入射する第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２との関係を説明する。表面７２２ａの角度は、第１入射光ＩＬ１が被検面１００に対して垂直に入射する角度に設定されている。ウェッジプレート７２２の屈折率は、表面７２２ａを透過する第２入射光ＩＬ２の角度により、その第２入射光ＩＬ２の径を変形させる屈折率に設定されている。また、裏面７２２ｂの角度とウェッジプレート７２２の屈折率は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２がる所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度と屈折率に設定されている。
Here, regarding the details of the wedge plate 722, the relationship between the wedge plate 722 and the first incident light IL1 and the second incident light IL2 incident on the surface to be inspected 100 will be described. The angle of the surface 722a is set to an angle at which the first incident light IL1 is vertically incident on the surface to be inspected 100. The refractive index of the wedge plate 722 is set to a refractive index that deforms the diameter of the second incident light IL2 depending on the angle of the second incident light IL2 transmitted through the surface 722a. Further, the angle of the back surface 722b and the refractive index of the wedge plate 722 are set to an angle and a refractive index that allow the second incident light IL2 to be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ.
表面７２２ａにより反射された第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。裏面７２２ｂにより反射された第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 reflected by the surface 722a is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertical incident). The second incident light IL2 reflected by the back surface 722b is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident). Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
ここで、被検面１００には、移動部材であるピエゾ素子７５０が設けられている。ピエゾ素子７５０は、制御部７４４からの信号により制御され、被検面１００を微小に動かすことができる。ピエゾ素子７５０は、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、ピエゾ素子７５０は、入射される第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ７０の光軸方向に沿って被検面１００を移動させる。つまり、ピエゾ素子７５０は、矢印Ｂ７０の方向へ被検面１００を移動させる。なお、他の例として、ピエゾ素子７５０は、被検面１００に対して垂直に入射する第１入射光ＩＬ１と直交ではない方向に被検面１００を移動させても良い。これにより、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させることができる。
Here, the surface to be inspected 100 is provided with a piezo element 750 which is a moving member. The piezo element 750 is controlled by a signal from the control unit 744, and the surface to be inspected 100 can be moved minutely. The piezo element 750 changes the optical path lengths of the first incident light IL1 and the second incident light IL2. In the present embodiment, for example, the piezo element 750 moves the surface to be inspected 100 along the optical axis direction of the optical axis A70 of the incident first incident light IL1. That is, the piezo element 750 moves the test surface 100 in the direction of the arrow B70. As another example, the piezo element 750 may move the test surface 100 in a direction not orthogonal to the first incident light IL1 that is perpendicular to the test surface 100. This makes it possible to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light.
干渉光学系７３０は、ビームスプリッタ７２１と、ウェッジプレート７２２と、結像レンズ３９と、を有する。なお、ビームスプリッタ７２１と、ウェッジプレート７２２と、は入射光学系７２０と共通の光学要素である。
The interference optical system 730 includes a beam splitter 721, a wedge plate 722, and an imaging lens 39. The beam splitter 721 and the wedge plate 722 are optical elements common to the incident optical system 720.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、ウェッジプレート７２２の表面７２２ａと裏面７２２ｂによりそれぞれ反射される。より詳細には、第１反射光ＲＬ１は、表面７２２ａを透過し、裏面７２２ｂによりビームスプリッタ７２１の方向へ反射され、再び表面７２２ａを透過する。第１反射光ＲＬ１は、表面７２２ａを透過するときに屈折される。第２反射光ＲＬ２は、表面７２２ａによりビームスプリッタ７２１の方向へ反射される。
The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 are reflected by the front surface 722a and the back surface 722b of the wedge plate 722, respectively. More specifically, the first reflected light RL1 passes through the front surface 722a, is reflected by the back surface 722b toward the beam splitter 721, and passes through the front surface 722a again. The first reflected light RL1 is refracted when it passes through the surface 722a. The second reflected light RL2 is reflected by the surface 722a in the direction of the beam splitter 721.
ここで、ウェッジプレート７２２の詳細について、ウェッジプレート７２２と被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２との関係を説明する。まず、ウェッジプレート７２２の屈折率は、表面７２２ａを透過する第１反射光ＲＬ１の角度により、その第１反射光ＲＬ１の径を変形させる屈折率に設定されている。更に、その屈折率は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のそれぞれの径が同じになる屈折率に設定されている。次に、表面７２２ａと裏面７２２ｂの角度は、第２反射光ＲＬ２が表面７２２ａにより反射されるとき、第２反射光ＲＬ２と再び表面７２２ａを透過する第１反射光ＲＬ１の光軸が一致する角度に設定されている。なお、表面７２２ａと裏面７２２ｂの角度と、ウェッジプレート７２２の屈折率と、は上述の第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２との関係と併せて設定される。
Here, with respect to the details of the wedge plate 722, the relationship between the wedge plate 722, the first reflected light RL1 reflected from the surface to be inspected 100, and the second reflected light RL2 will be described. First, the refractive index of the wedge plate 722 is set to a refractive index that deforms the diameter of the first reflected light RL1 depending on the angle of the first reflected light RL1 transmitted through the surface 722a. Further, the refractive index is set to a refractive index at which the diameters of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are the same. Next, the angle between the front surface 722a and the back surface 722b is an angle at which the optical axes of the second reflected light RL2 and the first reflected light RL1 transmitted through the surface 722a again coincide with each other when the second reflected light RL2 is reflected by the surface 722a. Is set to. The angle between the front surface 722a and the back surface 722b and the refractive index of the wedge plate 722 are set together with the relationship between the first incident light IL1 and the second incident light IL2 described above.
ビームスプリッタ７２１は、ウェッジプレート７２２から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を結像レンズ３９の方向へ反射する。
The beam splitter 721 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the wedge plate 722 toward the imaging lens 39.
開口絞り７５３は、結像レンズ３９と撮像面４１ａの間に設けられている。開口絞り７５３は、開口部５３ａを有している。開口部７５３ａは、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を通過させ、ノイズ光を遮断する。
The aperture diaphragm 753 is provided between the imaging lens 39 and the imaging surface 41a. The opening diaphragm 753 has an opening 53a. The opening 753a passes the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2, and blocks noise light.
検出部４の情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部７４４を有する。制御部７４４は、ピエゾ素子７５０を信号により制御する。その他の制御部７４４は、第６実施形態の制御部６４４と同様であるため説明を省略する。なお、縞走査法については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。
The information processing device 42 of the detection unit 4 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 744. The control unit 744 controls the piezo element 750 by a signal. Since the other control units 744 are the same as the control unit 644 of the sixth embodiment, the description thereof will be omitted. Since the fringe scanning method is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置７０１では、ビームスプリッタ７２１から被検面１００までの間において、第６実施形態の形状計測装置６０１と同様に、第１光路と第２光路は共通する共通光路となる。これにより、ビームスプリッタ７２１から被検面１００までの間では、ウェッジプレート７２２の光学素子を入射光学系７２０と干渉光学系７３０により共有することができる。このため、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、で別々に反射鏡やビームスプリッタ等を設ける場合と比較して、光学素子の点数を減少することができる。更に、入射光学系７２０と干渉光学系７３０をシンプルな光学系にすることができる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 701 according to the present embodiment, the first optical path and the second optical path have a common common optical path between the beam splitter 721 and the test surface 100, as in the shape measuring device 601 of the sixth embodiment. Become. Thereby, the optical element of the wedge plate 722 can be shared by the incident optical system 720 and the interference optical system 730 between the beam splitter 721 and the test surface 100. Therefore, the number of optical elements is higher than that in the case where the first incident light IL1 and the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are separately provided with a reflecting mirror, a beam splitter, or the like. Can be reduced. Further, the incident optical system 720 and the interference optical system 730 can be made into a simple optical system.
更に、一つのウェッジプレート７２２により、可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割する共に、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度が調整される。更にまた、一つのウェッジプレート７２２により、第２反射光ＲＬ２の変形を補正し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のビーム径を同じにすることができる。更に、一つのウェッジプレート７２２により、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させることができる。このように、多機能の一つのウェッジプレート７２２により、光学素子の点数を大幅に減少することができる。
Further, the coherent light CL is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by one wedge plate 722, and the incident angles of the first incident light IL1 and the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100. Is adjusted. Furthermore, the deformation of the second reflected light RL2 can be corrected by one wedge plate 722, and the beam diameters of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 can be made the same. Further, one wedge plate 722 can align the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2. As described above, the number of optical elements can be significantly reduced by the one multifunctional wedge plate 722.
更に、形状計測装置７０１では、第６実施形態と同様に共通光路となるため、外乱による振動の影響を除去することができる。以下、説明する。例えば、ウェッジプレート７２２が外乱により振動を受けているものとする。このとき、第１入射光ＩＬ１と第２反射光ＲＬ２は、表面７２２ａにより反射される。一方、第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１は、裏面７２２ｂにより反射される。つまり、第１入射光ＩＬ１及び第１反射光ＲＬ１と、第２入射光ＩＬ２及び第２入射光ＩＬ２と、のどちらも一回だけ表面７２２ａと裏面７２２ｂを通る。このため、互いに同じ振動を受けているので、振動による位相差は同じになる。このように、第１光路と第２光路を共通光路とすることにより、干渉縞は外乱による振動の影響を受けにくい。なお、ウェッジプレート７２２の変形を外乱とする場合も同様である。
Further, since the shape measuring device 701 has a common optical path as in the sixth embodiment, the influence of vibration due to disturbance can be eliminated. This will be described below. For example, it is assumed that the wedge plate 722 is vibrated by disturbance. At this time, the first incident light IL1 and the second reflected light RL2 are reflected by the surface 722a. On the other hand, the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 are reflected by the back surface 722b. That is, both the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 and the second incident light IL2 and the second incident light IL2 pass through the front surface 722a and the back surface 722b only once. Therefore, since they are subjected to the same vibration, the phase difference due to the vibration is the same. As described above, by making the first optical path and the second optical path a common optical path, the interference fringes are less susceptible to vibration due to disturbance. The same applies when the deformation of the wedge plate 722 is regarded as a disturbance.
更にまた、形状計測装置７０１では、偏光ビームスプリッタを用いないため、偏光子３７等の偏光部材が無くても、光軸を一致させた第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を、互いに干渉させることができる。このため、偏光部材が無くても、撮像面４１ａに干渉縞を形成することができる。
Furthermore, since the shape measuring device 701 does not use a polarizing beam splitter, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 having their optical axes aligned interfere with each other even without a polarizing member such as a polarizing element 37. Can be made to. Therefore, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a even without the polarizing member.
そして、形状計測装置７０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置７０１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
Then, in the shape measuring device 701, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2. , The first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the surface to be inspected 100 at different angles. Then, the shape measuring device 701 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
更に、ビームスプリッタ７２１により反射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、その光軸が一致されていると共に干渉しているので、結像レンズ３９と開口絞り７５３と撮像素子４１の位置を変更すれば、干渉縞の結像位置を自由に変更することができる。つまり、干渉縞の結像位置に自由度がある。
Further, since the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected by the beam splitter 721 are aligned with each other and interfere with each other, the imaging lens 39, the aperture aperture 753, and the image pickup element 41 By changing the position, the imaging position of the interference fringes can be freely changed. That is, there is a degree of freedom in the imaging position of the interference fringes.
更にまた、開口絞り７５３により、ノイズ光を遮断することができる。また、開口部７５３ａの径を変更することにより、ノイズ光を完全に遮断することもできる。なお、開口絞り７５３は、縞走査法によりノイズ光を除去できれば設けなくても良い。
Furthermore, noise light can be blocked by the aperture stop 753. Further, by changing the diameter of the opening 753a, noise light can be completely blocked. The aperture diaphragm 753 may not be provided as long as noise light can be removed by the fringe scanning method.
そして、形状計測装置７０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、ウェッジプレート７２２により第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に可干渉光ＣＬが分割される。更に、ウェッジプレート７２２により第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。更にまた、ピエゾ素子７５０を用いて、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させる。このため、形状計測装置７０１は、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。ただし、光軸一致部材が相違する点、及び、第１実施形態のリレーレンズ３１と偏光子３７と二つのピエゾ素子５１，５２を有さない点で、第１実施形態に係る形状計測装置１の効果とは相違する。
In the shape measuring device 701, although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the interfering light CL is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by the wedge plate 722. .. Further, the wedge plate 722 corrects the deformation of the second reflected light RL2. Furthermore, the piezo element 750 is used to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light. Therefore, the shape measuring device 701 can obtain the same effect as the shape measuring device 1 according to the first embodiment. However, the shape measuring device 1 according to the first embodiment is different in that the optical axis matching member is different and does not have the relay lens 31, the polarizing element 37, and the two piezo elements 51 and 52 of the first embodiment. It is different from the effect of.
ここで、第７実施形態の別の形態（変形例７－１）として、図２０に示すように、一つのウェッジプレート７２２を、一つのハーフミラー７２３と一つの反射鏡７２４と一つのウェッジプレート７３１に代える形状計測装置７０２の例を示す。なお、図１９の形状計測装置７０１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
Here, as another embodiment (modification example 7-1) of the seventh embodiment, as shown in FIG. 20, one wedge plate 722, one half mirror 723, one reflector 724, and one wedge plate. An example of the shape measuring device 702 to replace 731 is shown. The same components as those of the shape measuring device 701 in FIG. 19 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
入射光学系７２０は、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、ビームスプリッタ７２１と、ハーフミラー７２３と、反射鏡７２４と、を有する。
The incident optical system 720 includes a light source 21, a beam expander 22, a beam splitter 721, a half mirror 723, and a reflecting mirror 724.
ハーフミラー７２３は、ハーフミラー７２３に入射される可干渉光ＣＬを、ハーフミラー７２３を透過する光（第１入射光ＩＬ１）と、ハーフミラー７２３により反射される光（第２入射光ＩＬ２）と、に分割する。より詳細には、第１入射光ＩＬ１は、ハーフミラー７２３の表面７２３ａと裏面７２３ｂを透過するが、裏面７２３ｂを透過するとき屈折される。ハーフミラー７２３を透過した第１入射光ＩＬ１は、後述するウェッジプレート７３１を透過する。第２入射光ＩＬ２は、表面７２３ａを透過すると共に、ハーフミラー７２３の裏面７２３ｂにより被検面１００の方向へ反射される。そして、裏面７２３ｂにより反射された第２入射光ＩＬ２は、再び表面７２３ａを透過する。ハーフミラー７２３の裏面７２３ｂの角度は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が所定の入射角度θにより斜めに入射できる角度に設定されている。ハーフミラー７２３は、反射鏡７２４と間隔を空けて配置する。
The half mirror 723 uses the interfering light CL incident on the half mirror 723 as the light transmitted through the half mirror 723 (first incident light IL1) and the light reflected by the half mirror 723 (second incident light IL2). Divide into ,. More specifically, the first incident light IL1 is transmitted through the front surface 723a and the back surface 723b of the half mirror 723, but is refracted when it is transmitted through the back surface 723b. The first incident light IL1 transmitted through the half mirror 723 passes through the wedge plate 731 described later. The second incident light IL2 is transmitted through the front surface 723a and is reflected toward the test surface 100 by the back surface 723b of the half mirror 723. Then, the second incident light IL2 reflected by the back surface 723b passes through the front surface 723a again. The angle of the back surface 723b of the half mirror 723 is set to an angle at which the second incident light IL2 can be obliquely incident on the surface to be inspected 100 by a predetermined incident angle θ. The half mirror 723 is arranged at a distance from the reflecting mirror 724.
反射鏡７２４は、ウェッジプレート７３１を透過した第１入射光ＩＬ１を被検面１００の方向へ反射する。反射鏡７２４により反射された第１入射光ＩＬ１は再びウェッジプレート７３１を透過する。反射鏡７２４の角度とハーフミラー７２３の裏面７２３ｂの屈折率は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度と屈折率に設定されている。
The reflector 724 reflects the first incident light IL1 transmitted through the wedge plate 731 toward the surface to be inspected 100. The first incident light IL1 reflected by the reflector 724 passes through the wedge plate 731 again. The angle of the reflecting mirror 724 and the refractive index of the back surface 723b of the half mirror 723 are set to the angle and the refractive index at which the first incident light IL1 can be vertically incident on the surface to be inspected 100.
ハーフミラー７２３に戻って、再びウェッジプレート７３１を透過した第１入射光ＩＬ１は、裏面７２３ｂと表面７２３ａを透過するが、裏面７２３ｂを透過するとき屈折される。
Returning to the half mirror 723, the first incident light IL1 that has passed through the wedge plate 731 again passes through the back surface 723b and the front surface 723a, but is refracted when it passes through the back surface 723b.
反射鏡７２４により反射されハーフミラー７２３を透過した第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。ハーフミラー７２３により反射された第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。
The first incident light IL1 reflected by the reflecting mirror 724 and transmitted through the half mirror 723 is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertically incident). The second incident light IL2 reflected by the half mirror 723 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident).
干渉光学系７３０は、ビームスプリッタ７２１と、ハーフミラー７２３と、反射鏡７２４と、ウェッジプレート７３１と、結像レンズ３９と、を有する。なお、ビームスプリッタ７２１と、ハーフミラー７２３と、反射鏡７２４と、は入射光学系７２０と共通の光学要素である。また、ハーフミラー７２３と、反射鏡７２４と、により光軸一致部材を構成する。
The interference optical system 730 includes a beam splitter 721, a half mirror 723, a reflecting mirror 724, a wedge plate 731, and an imaging lens 39. The beam splitter 721, the half mirror 723, and the reflector 724 are optical elements common to the incident optical system 720. Further, the half mirror 723 and the reflecting mirror 724 constitute an optical axis matching member.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１は、表面７２３ａを透過し、裏面７２３ｂによりビームスプリッタ７２１の方向へ反射され、再び表面７２３ａを透過する。被検面１００にて反射した第２反射光ＲＬ２は、表面７２３ａと裏面７２３ｂを透過するが、裏面７２３ｂを透過するとき屈折される。
The first reflected light RL1 reflected from the surface to be inspected 100 is transmitted through the front surface 723a, is reflected by the back surface 723b in the direction of the beam splitter 721, and is transmitted through the front surface 723a again. The second reflected light RL2 reflected by the surface to be inspected 100 passes through the front surface 723a and the back surface 723b, but is refracted when transmitted through the back surface 723b.
ウェッジプレート７３１は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート７３１は、ハーフミラー７２３と反射鏡７２４との間に配置される。ウェッジプレート７３１の配置条件と形状、及び、ウェッジプレート７３１による第２反射光ＲＬ２の変形補正は、第１実施形態のウェッジプレート３４と同様であるので説明を省略する。
The wedge plate 731 corrects the deformation of the second reflected light RL2. The wedge plate 731 is arranged between the half mirror 723 and the reflector 724. Since the arrangement conditions and shapes of the wedge plate 731 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 731 are the same as those of the wedge plate 34 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
ハーフミラー７２３を透過した第２反射光ＲＬ２は、ウェッジプレート７３１を透過し、反射鏡７２４によりビームスプリッタ７２１の方向へ反射され、再びウェッジプレート７３１とハーフミラー７２３を透過する。第２反射光ＲＬ２は、ウェッジプレート７３１を透過するとき、第２反射光ＲＬ２の変形が補正され、裏面７２３ｂを透過するとき再び屈折される。
The second reflected light RL2 transmitted through the half mirror 723 passes through the wedge plate 731, is reflected by the reflecting mirror 724 in the direction of the beam splitter 721, and passes through the wedge plate 731 and the half mirror 723 again. The second reflected light RL2 is corrected for deformation of the second reflected light RL2 when it passes through the wedge plate 731, and is refracted again when it passes through the back surface 723b.
ハーフミラー７２３の裏面７２３ｂの角度は、第１反射光ＲＬ１が裏面７２３ｂにより反射されるとき、第１反射光ＲＬ１と裏面７２３ｂを透過する第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度に設定されている。反射鏡７２４の角度とハーフミラー７２３の裏面７２３ｂの屈折率は、第２反射光ＲＬ２が再び裏面７２３ｂを透過するとき、裏面７２３ｂにより反射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する角度と屈折率に設定されている。
The angle of the back surface 723b of the half mirror 723 is set to an angle at which the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the back surface 723b coincide with each other when the first reflected light RL1 is reflected by the back surface 723b. ing. The angle of the reflector 724 and the refractive index of the back surface 723b of the half mirror 723 are the light of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected by the back surface 723b when the second reflected light RL2 passes through the back surface 723b again. The angle and refractive index are set so that the axes match.
なお、表面７２３ａと裏面７２３ｂの角度と、反射鏡７２４の角度と、ハーフミラー７２３の屈折率と、は上述の記載と併せて設定される。
The angle between the front surface 723a and the back surface 723b, the angle of the reflecting mirror 724, and the refractive index of the half mirror 723 are set in combination with the above description.
ビームスプリッタ７２１は、ハーフミラー７２３から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を結像レンズ３９の方向へ反射する。
The beam splitter 721 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the half mirror 723 in the direction of the imaging lens 39.
このように、形状計測装置７０２では、一つのウェッジプレート７２２を、一つのハーフミラー７２３と一つの反射鏡７２４と一つのウェッジプレート７３１に代えても、ハーフミラー７２３の裏面７２３ｂにて第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸を一致させると共に干渉させる。
As described above, in the shape measuring device 702, even if one wedge plate 722 is replaced with one half mirror 723, one reflecting mirror 724, and one wedge plate 731, the first reflection is performed by the back surface 723b of the half mirror 723. The optical axes of the light RL1 and the second reflected light RL2 are aligned and interfered with each other.
このため、形状計測装置７０２は、第７実施形態とハーフミラー７２３と反射鏡７２４とウェッジプレート７３１が異なるものの、第７実施形態の形状計測装置７０１と同様の効果を得ることができる。
Therefore, although the shape measuring device 702 is different from the seventh embodiment, the half mirror 723, the reflecting mirror 724, and the wedge plate 731, the same effect as that of the shape measuring device 701 of the seventh embodiment can be obtained.
更に、形状計測装置７０２では、第７実施形態と同様に共通光路となるため、外乱による振動の影響を除去することができる。以下、説明する。例えば、ハーフミラー７２３が外乱により振動を受けているものとする。このとき、第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１は、ハーフミラー７２３により反射される。一方、第１入射光ＩＬ１と第２反射光ＲＬ２は、ハーフミラー７２３により反射されない。つまり、第１入射光ＩＬ１及び第１反射光ＲＬ１と、第２入射光ＩＬ２及び第２入射光ＩＬ２と、のどちらも一回だけハーフミラー７２３を通る。このため、互いに同じ振動を受けているので、振動による位相差は同じになる。このように、第１光路と第２光路を共通光路とすることにより、干渉縞は外乱による振動の影響を受けにくい。なお、反射鏡７２４が外乱により振動を受けている場合も、ハーフミラー７２３と反射鏡７２４の両方が外乱により振動を受けている場合も、同様である。
Further, since the shape measuring device 702 has a common optical path as in the seventh embodiment, the influence of vibration due to disturbance can be eliminated. This will be described below. For example, it is assumed that the half mirror 723 is subjected to vibration due to disturbance. At this time, the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 are reflected by the half mirror 723. On the other hand, the first incident light IL1 and the second reflected light RL2 are not reflected by the half mirror 723. That is, both the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 and the second incident light IL2 and the second incident light IL2 pass through the half mirror 723 only once. Therefore, since they are subjected to the same vibration, the phase difference due to the vibration is the same. As described above, by making the first optical path and the second optical path a common optical path, the interference fringes are less susceptible to vibration due to disturbance. The same applies when the reflecting mirror 724 is vibrated by disturbance and when both the half mirror 723 and the reflecting mirror 724 are vibrated by disturbance.
次に、共通光路でのノイズ光について説明する。形状計測装置７０２では、偏光ビームスプリッタに代えてハーフミラー７２３により可干渉光ＣＬを分割する。ハーフミラー７２３についてもノイズ光が発生することがある。なお、ハーフミラー７２３が外乱により振動を受けているものとする。そうすると、ハーフミラー７２３により反射されるべき一方のノイズ光は、反射鏡７２４のみにより反射されるので、被検面１００への往復により外乱による振動を一回も受けず位相は変化しない。ハーフミラー７２３を透過すべき他方のノイズ光は、ハーフミラー７２３のみにより反射されるので、被検面１００への往復により外乱による振動を二回受けることとなり位相が二回も変化する。なお、ノイズ光ではない信号光は外乱による振動を一回受けるので、振動による位相が一回だけ変化する。このため、信号光とノイズ光とは外乱による振動によって位相の変化が異なる。従って、干渉縞解析部４３における縞走査法によりノイズ光を除去することができるし、撮像素子４１の露光時間を長くすることや、多数枚の干渉縞強度の平均によってノイズ光の影響を抑えることができる。なお、反射鏡７２４が外乱により振動を受けている場合も同様である。また、ノイズ光の影響を抑えるために、ピエゾ素子等を用いて外乱として振動を与えても良い。
Next, the noise light in the common optical path will be described. In the shape measuring device 702, the coherent light CL is split by a half mirror 723 instead of a polarizing beam splitter. Noise light may also be generated on the half mirror 723. It is assumed that the half mirror 723 is subjected to vibration due to disturbance. Then, since one of the noise lights to be reflected by the half mirror 723 is reflected only by the reflecting mirror 724, the phase does not change due to the reciprocation to the test surface 100 without receiving any vibration due to disturbance. Since the other noise light to be transmitted through the half mirror 723 is reflected only by the half mirror 723, it is subjected to vibration due to disturbance twice due to the round trip to the test surface 100, and the phase changes twice. Since the signal light that is not noise light receives vibration due to disturbance once, the phase due to vibration changes only once. Therefore, the phase change of the signal light and the noise light is different due to the vibration caused by the disturbance. Therefore, the noise light can be removed by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43, the exposure time of the image pickup device 41 can be lengthened, and the influence of the noise light can be suppressed by averaging the intensities of a large number of interference fringes. Can be done. The same applies when the reflector 724 is vibrated by disturbance. Further, in order to suppress the influence of noise light, vibration may be applied as a disturbance by using a piezo element or the like.
（第８実施形態）
次に、図２１を参照して、第８実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第１実施形態と同様の偏光状態・入射角度とする。
(8th Embodiment)
Next, with reference to FIG. 21, the shape measuring device according to the eighth embodiment will be described. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified. Further, the first incident light IL1, the second incident light IL2, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 have the same polarization state and incident angle as in the first embodiment.
形状計測装置８０１は、入射光学系８２０と、干渉光学系８３０と、検出部４と、を備える。
The shape measuring device 801 includes an incident optical system 820, an interference optical system 830, and a detection unit 4.
入射光学系８２０は、第４実施形態の入射光学系４２０と同様に、光源２１と、ビームエキスパンダ２２と、ハーフミラー４２１と、偏光ビームスプリッタ４２２と、第１の１／４波長板４２３（垂直入射側）と、第１反射鏡４２４（第１反射部材）と、第２の１／４波長板４２５（斜め入射側）と、第２反射鏡４２６（第２反射部材）と、を有する。このため、以下の説明において、第４実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略又は簡略化する。
The incident optical system 820 includes a light source 21, a beam expander 22, a half mirror 421, a polarization beam splitter 422, and a first 1/4 wavelength plate 423 (similar to the incident optical system 420 of the fourth embodiment). It has a vertically incident side), a first reflecting mirror 424 (first reflecting member), a second 1/4 wavelength plate 425 (diagonally incident side), and a second reflecting mirror 426 (second reflecting member). .. Therefore, in the following description, the same components as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
入射光学系８２０は、第３の１／４波長板８２１を有する点と、第２反射鏡４２６に第２ピエゾ素子４５２が設けられていない点と、で第４実施形態の入射光学系４２０とは相違する。また、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２のみを説明し、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は干渉光学系８３０にて説明する。
The incident optical system 820 has a third 1/4 wave plate 821 and the second reflecting mirror 426 is not provided with the second piezo element 452. Is different. Further, only the first incident light IL1 and the second incident light IL2 will be described, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 will be described by the interference optical system 830.
偏光ビームスプリッタ４２２を透過した第１入射光ＩＬ１は、第１の１／４波長板４２３と後述するウェッジプレート８３１を透過する。
The first incident light IL1 transmitted through the polarizing beam splitter 422 passes through the first 1/4 wave plate 423 and the wedge plate 831 described later.
第１反射鏡４２４は、ウェッジプレート８３１を透過した第１入射光ＩＬ１を偏光ビームスプリッタ４２２の方向へ反射する。第１反射鏡４２４には、移動部材であるピエゾ素子８５０が設けられている。
The first reflecting mirror 424 reflects the first incident light IL1 transmitted through the wedge plate 831 in the direction of the polarizing beam splitter 422. The first reflecting mirror 424 is provided with a piezo element 850 which is a moving member.
ピエゾ素子８５０は、後述する制御部８４４からの信号により制御され、第１反射鏡４２４を微小に動かすことができる。ピエゾ素子８５０は、第１反射鏡４２４の位置を移動することで第１反射鏡４２４により反射された第１入射光ＩＬ１と第２反射光ＲＬ２の光路長を変化させる。本実施形態では、例えば、ピエゾ素子８５０は、第１の１／４波長板４２３を透過した第１入射光ＩＬ１の光軸Ａ４１の光軸方向へ第１反射鏡４２４を移動させる。つまり、ピエゾ素子８５０は、矢印Ｂ４１の方向（例えば矢印Ｂ４１のうち第１の１／４波長板４２３から遠ざかる方向）へ第１反射鏡４２４を移動させる。なお、他の例として、ピエゾ素子８５０は、第１反射鏡４２４の法線と直交ではない方向に第１反射鏡４２４を移動させても良い。これにより、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させることができる。
The piezo element 850 is controlled by a signal from the control unit 844 described later, and the first reflecting mirror 424 can be moved minutely. The piezo element 850 changes the optical path lengths of the first incident light IL1 and the second reflected light RL2 reflected by the first reflecting mirror 424 by moving the position of the first reflecting mirror 424. In the present embodiment, for example, the piezo element 850 moves the first reflecting mirror 424 in the optical axis direction of the optical axis A41 of the first incident light IL1 that has passed through the first 1/4 wave plate 423. That is, the piezo element 850 moves the first reflecting mirror 424 in the direction of the arrow B41 (for example, the direction away from the first 1/4 wave plate 423 of the arrow B41). As another example, the piezo element 850 may move the first reflecting mirror 424 in a direction not orthogonal to the normal line of the first reflecting mirror 424. This makes it possible to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light.
偏光ビームスプリッタ４２２により反射された第２入射光ＩＬ２は、第２の１／４波長板４２５を透過する。
The second incident light IL2 reflected by the polarization beam splitter 422 passes through the second quarter wave plate 425.
第２反射鏡４２６は、第２の１／４波長板４２５を透過した第２入射光ＩＬ２を再び第２の１／４波長板４２５の方向へ反射する。
The second reflecting mirror 426 reflects the second incident light IL2 transmitted through the second 1/4 wave plate 425 again in the direction of the second 1/4 wave plate 425.
第３の１／４波長板８２１は、偏光ビームスプリッタ４２２の被検面１００側に配置される。第３の１／４波長板８２１は、第３の１／４波長板８２１を透過する光の偏向角を４５度回転させる。偏光ビームスプリッタ４２２により反射された第１入射光ＩＬ１と、偏光ビームスプリッタ４２２を透過した第２入射光ＩＬ２と、は第３の１／４波長板８２１を透過する。
The third quarter wave plate 821 is arranged on the test surface 100 side of the polarization beam splitter 422. The third quarter wave plate 821 rotates the deflection angle of the light transmitted through the third quarter wave plate 821 by 45 degrees. The first incident light IL1 reflected by the polarizing beam splitter 422 and the second incident light IL2 transmitted through the polarizing beam splitter 422 pass through the third quarter wave plate 821.
第３の１／４波長板８２１を透過した第１入射光ＩＬ１は、被検面１００に対して垂直に入射する（垂直入射）。第３の１／４波長板８２１を透過した第２入射光ＩＬ２は、被検面１００に対して所定の入射角度θにより入射する（斜め入射）。なお、第２入射光ＩＬ２の被検面１００への入射角度θと、要求感度及び計測ダイナミックレンジと、の関係は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
The first incident light IL1 transmitted through the third 1/4 wave plate 821 is vertically incident on the surface to be inspected 100 (vertical incident). The second incident light IL2 transmitted through the third 1/4 wave plate 821 is incident on the surface to be inspected 100 at a predetermined incident angle θ (diagonal incident). Since the relationship between the incident angle θ of the second incident light IL2 on the surface to be inspected 100 and the required sensitivity and the measurement dynamic range is the same as in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
干渉光学系８３０は、ハーフミラー４２１と、偏光ビームスプリッタ４２２と、第１の１／４波長板４２３と、第１反射鏡４２４と、第２の１／４波長板４２５と、第２反射鏡４２６と、第３の１／４波長板８２１と、ウェッジプレート８３１（補正部材）と、偏光子８３７と、結像レンズ８３９と、を有する。なお、ハーフミラー４２１と、偏光ビームスプリッタ４２２と、第１の１／４波長板４２３と、第１反射鏡４２４と、第２の１／４波長板４２５と、第２反射鏡４２６と、第３の１／４波長板８２１と、は入射光学系８２０と共通の光学要素である。
The interference optical system 830 includes a half mirror 421, a polarization beam splitter 422, a first 1/4 wave plate 423, a first reflector 424, a second 1/4 wave plate 425, and a second reflector. It has a 426, a third 1/4 wave plate 821, a wedge plate 831 (correction member), a splitter 837, and an imaging lens 839. The half mirror 421, the polarization beam splitter 422, the first 1/4 wave plate 423, the first reflecting mirror 424, the second 1/4 wave plate 425, the second reflecting mirror 426, and the first The 1/4 wave plate 821 of No. 3 is an optical element common to the incident optical system 820.
被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、再び第３の１／４波長板８２１を透過する。このため、第１反射光ＲＬ１の偏向角は更に４５度回転されるので、第１反射光ＲＬ１の偏光状態はＳ偏光からＰ偏光に変換される。言い換えると、第１反射光ＲＬ１は、第３の１／４波長板８２１を２回通過しているため、その偏向角は９０度回転し、その偏光状態はＳ偏光からＰ偏光に変換される。更に、第２反射光ＲＬ２の偏向角は更に４５度回転されるので、第２反射光ＲＬ２の偏光状態はＰ偏光からＳ偏光に変換される。言い換えると、第２反射光ＲＬ２は、第３の１／４波長板８２１を２回通過しているため、その偏向角は９０度回転し、その偏光状態はＰ偏光からＳ偏光に変換される。
The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the surface to be inspected 100 pass through the third 1/4 wave plate 821 again. Therefore, since the deflection angle of the first reflected light RL1 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the first reflected light RL1 is converted from S polarization to P polarization. In other words, since the first reflected light RL1 has passed through the third 1/4 wave plate 821 twice, its deflection angle is rotated by 90 degrees, and its polarization state is converted from S polarization to P polarization. .. Further, since the deflection angle of the second reflected light RL2 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the second reflected light RL2 is converted from P polarization to S polarization. In other words, since the second reflected light RL2 has passed through the third 1/4 wave plate 821 twice, its deflection angle is rotated by 90 degrees, and its polarization state is converted from P polarization to S polarization. ..
第３の１／４波長板８２１を透過した第１反射光ＲＬ１は、偏光ビームスプリッタ４２２と第２の１／４波長板４２５を透過する。第１反射光ＲＬ１の偏向角は４５度回転される。第２反射鏡４２６は、第２の１／４波長板４２５を透過した第１反射光ＲＬ１を偏光ビームスプリッタ４２２の方向へ反射する。第２反射鏡４２６により反射された第１反射光ＲＬ１は再び第２の１／４波長板４２５を透過する。このため、第１反射光ＲＬ１の偏向角は更に４５度回転されるので、第１反射光ＲＬ１の偏光状態はＰ偏光からＳ偏光に変換される。そして、再び第２の１／４波長板４２５を透過した第１反射光ＲＬ１は、偏光ビームスプリッタ４２２によりハーフミラー４２１の方向へ反射される。
The first reflected light RL1 transmitted through the third 1/4 wave plate 821 passes through the polarization beam splitter 422 and the second 1/4 wave plate 425. The deflection angle of the first reflected light RL1 is rotated by 45 degrees. The second reflecting mirror 426 reflects the first reflected light RL1 transmitted through the second 1/4 wave plate 425 in the direction of the polarizing beam splitter 422. The first reflected light RL1 reflected by the second reflecting mirror 426 passes through the second 1/4 wave plate 425 again. Therefore, since the deflection angle of the first reflected light RL1 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the first reflected light RL1 is converted from P polarization to S polarization. Then, the first reflected light RL1 that has passed through the second 1/4 wave plate 425 again is reflected in the direction of the half mirror 421 by the polarizing beam splitter 422.
第３の１／４波長板８２１を透過した第２反射光ＲＬ２は、偏光ビームスプリッタ４２２により第１の１／４波長板４２３の方向へ反射される。偏光ビームスプリッタ４２２により反射された第２反射光ＲＬ２は、第１の１／４波長板４２３とウェッジプレート８３１を透過する。第２反射光ＲＬ２の偏向角は４５度回転される。
The second reflected light RL2 transmitted through the third 1/4 wave plate 821 is reflected by the polarizing beam splitter 422 in the direction of the first 1/4 wave plate 423. The second reflected light RL2 reflected by the polarization beam splitter 422 passes through the first 1/4 wave plate 423 and the wedge plate 831. The deflection angle of the second reflected light RL2 is rotated by 45 degrees.
ウェッジプレート８３１は、第２反射光ＲＬ２の変形を補正する。ウェッジプレート８３１は、第１の１／４波長板４２３と第１反射鏡４２４の間に配置される。ウェッジプレート８３１の配置条件と形状、及び、ウェッジプレート８３１による第２反射光ＲＬ２の変形補正は、第１実施形態のウェッジプレート３４と同様であるから説明を省略する。
The wedge plate 831 corrects the deformation of the second reflected light RL2. The wedge plate 831 is arranged between the first 1/4 wave plate 423 and the first reflecting mirror 424. Since the arrangement conditions and shapes of the wedge plate 831 and the deformation correction of the second reflected light RL2 by the wedge plate 831 are the same as those of the wedge plate 34 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
第１反射鏡４２４は、第１の１／４波長板４２３とウェッジプレート８３１を透過した第２反射光ＲＬ２をウェッジプレート８３１の方向へ反射する。このとき、斜め光の位相を変調させることができる。第１反射鏡４２４により反射された第２反射光ＲＬ２は再びウェッジプレート８３１と第１の１／４波長板４２３を透過する。このため、第２反射光ＲＬ２の偏向角は更に４５度回転されるので、第２反射光ＲＬ２の偏光状態はＳ偏光からＰ偏光に変換される。そして、再び第１の１／４波長板４２３を透過した第２反射光ＲＬ２は、偏光ビームスプリッタ４２２を透過する。
The first reflecting mirror 424 reflects the second reflected light RL2 transmitted through the first 1/4 wave plate 423 and the wedge plate 831 in the direction of the wedge plate 831. At this time, the phase of the oblique light can be modulated. The second reflected light RL2 reflected by the first reflecting mirror 424 passes through the wedge plate 831 and the first 1/4 wave plate 423 again. Therefore, since the deflection angle of the second reflected light RL2 is further rotated by 45 degrees, the polarization state of the second reflected light RL2 is converted from S polarization to P polarization. Then, the second reflected light RL2 that has passed through the first 1/4 wave plate 423 again passes through the polarizing beam splitter 422.
ハーフミラー４２１に戻って、偏光ビームスプリッタ４２２から入射される第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２はハーフミラー４２１を透過する。
Returning to the half mirror 421, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 incident from the polarizing beam splitter 422 pass through the half mirror 421.
偏光子８３７は、ハーフミラー４２１を透過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光方向（偏光角）を一致させる。これにより、第１反射光ＲＬ１の光軸と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致したとき、互いに干渉させることができる。
The splitter 837 makes the polarization directions (polarization angles) of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 transmitted through the half mirror 421 coincide with each other. As a result, when the optical axis of the first reflected light RL1 and the optical axis of the second reflected light RL2 coincide with each other, they can interfere with each other.
結像レンズ８３９は、開口絞り８５３の開口部８５３ａを介して、撮像素子４１の撮像面４１ａ（受光面）に被検面１００を結像させる。結像レンズ８３９にて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する。
The image pickup lens 839 forms an image of the subject surface 100 on the image pickup surface 41a (light receiving surface) of the image pickup element 41 via the opening portion 853a of the aperture stop 853. In the imaging lens 839, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other.
開口絞り８５３は、結像レンズ８３９と撮像面４１ａの間に配置される。開口絞り８５３は、開口部８５３ａを有している。開口部８５３ａは、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を通過させ、ノイズ光を遮断する。
The aperture diaphragm 853 is arranged between the imaging lens 839 and the imaging surface 41a. The opening diaphragm 853 has an opening 853a. The opening 853a passes the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2, and blocks noise light.
検出部４の情報処理装置４２は、干渉縞解析部４３及び制御部８４４を有する。制御部８４４は、ピエゾ素子８５０を信号により制御する。制御部８４４は、縞走査のために、１回の干渉縞の検出につき、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させるための信号をピエゾ素子８５０へ出力する。ピエゾ素子８５０は第１反射鏡４２４のみに設けられているため、１回の干渉縞の検出につき、垂直光と斜め光の光路長差を付ける必要がある。このため、これを考慮して、第１実施形態よりも大きい所定値ずつ、ピエゾ素子８５０によって第１反射鏡４２４を移動する。そして、干渉縞（干渉位相信号）の位相が設定された所定値に基づいてシフトされる。なお、縞走査法については、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。
The information processing device 42 of the detection unit 4 has an interference fringe analysis unit 43 and a control unit 844. The control unit 844 controls the piezo element 850 by a signal. The control unit 844 outputs a signal for modulating the phase of the vertical light and the phase of the oblique light to the piezo element 850 for each detection of the interference fringes for the fringe scanning. Since the piezo element 850 is provided only in the first reflecting mirror 424, it is necessary to make an optical path length difference between vertical light and oblique light for one detection of interference fringes. Therefore, in consideration of this, the first reflecting mirror 424 is moved by the piezo element 850 by a predetermined value larger than that of the first embodiment. Then, the phase of the interference fringe (interference phase signal) is shifted based on the set predetermined value. Since the fringe scanning method is the same as that of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置８０１では、ハーフミラー４２１から被検面１００までの間において、第６実施形態の形状計測装置６０１と同様に、第１光路と第２光路は共通する共通光路となる。これにより、ハーフミラー４２１から被検面１００までの間では、ハーフミラー４２１と偏光ビームスプリッタ４２２と第１の１／４波長板４２３と第１反射鏡４２４と第２の１／４波長板４２５と第２反射鏡４２６と第３の１／４波長板８２１の光学素子を入射光学系８２０と干渉光学系８３０により共有することができる。このため、第１入射光ＩＬ１及び第２入射光ＩＬ２と、第１反射光ＲＬ１及び第２反射光ＲＬ２と、で別々にビームスプリッタやハーフミラーや反射鏡等を設ける場合と比較して、光学素子の点数を減少することができる。更に、入射光学系８２０と干渉光学系８３０をシンプルな光学系にすることができる。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 801 according to the present embodiment, the first optical path and the second optical path have a common common optical path between the half mirror 421 and the surface to be inspected 100, as in the shape measuring device 601 of the sixth embodiment. Become. As a result, between the half mirror 421 and the surface to be inspected 100, the half mirror 421, the polarization beam splitter 422, the first 1/4 wavelength plate 423, the first reflector 424, and the second 1/4 wavelength plate 425. And the optical element of the second reflecting mirror 426 and the third 1/4 wave plate 821 can be shared by the incident optical system 820 and the interference optical system 830. Therefore, as compared with the case where a beam splitter, a half mirror, a reflecting mirror, etc. are separately provided for the first incident light IL1 and the second incident light IL2, and the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2, optics are used. The number of elements can be reduced. Further, the incident optical system 820 and the interference optical system 830 can be made into a simple optical system.
更に、形状計測装置８０１では、第６実施形態と同様に共通光路となるため、外乱による振動の影響を除去することができる。以下、説明する。例えば、第２反射鏡４２６が外乱により振動を受けているものとする。このとき、第２入射光ＩＬ２と第１反射光ＲＬ１は、第２反射鏡４２６により反射される。一方、第１入射光ＩＬ１と第２反射光ＲＬ２は、第２反射鏡４２６により反射されない。つまり、第１入射光ＩＬ１及び第１反射光ＲＬ１と、第２入射光ＩＬ２及び第２入射光ＩＬ２と、のどちらも一回だけ第２反射鏡４２６を通る。このため、互いに同じ振動を受けているので、振動による位相差は同じになる。このように、第１光路と第２光路を共通光路とすることにより、干渉縞は外乱による振動の影響を受けにくい。なお、第１反射鏡４２４が外乱により振動を受けている場合も、第１反射鏡４２４と第２反射鏡４２６の両方が外乱により振動を受けている場合も、同様である。
Further, since the shape measuring device 801 has a common optical path as in the sixth embodiment, the influence of vibration due to disturbance can be eliminated. This will be described below. For example, it is assumed that the second reflecting mirror 426 is vibrated by disturbance. At this time, the second incident light IL2 and the first reflected light RL1 are reflected by the second reflecting mirror 426. On the other hand, the first incident light IL1 and the second reflected light RL2 are not reflected by the second reflecting mirror 426. That is, both the first incident light IL1 and the first reflected light RL1 and the second incident light IL2 and the second incident light IL2 pass through the second reflecting mirror 426 only once. Therefore, since they are subjected to the same vibration, the phase difference due to the vibration is the same. As described above, by making the first optical path and the second optical path a common optical path, the interference fringes are less susceptible to vibration due to disturbance. The same applies to the case where the first reflecting mirror 424 is vibrated by the disturbance and the case where both the first reflecting mirror 424 and the second reflecting mirror 426 are vibrated by the disturbance.
次に、共通光路でのノイズ光について説明する。形状計測装置８０１では、偏光ビームスプリッタ４２２にて発生するノイズ光の偏光状態もＰ偏光とＳ偏光に分割される。なお、第１反射鏡４２４と第２反射鏡４２６の両方が外乱により振動を受けているものとする。そうすると、Ｐ偏光のノイズ光は第２反射鏡４２６に一回反射され、Ｓ偏光のノイズ光は第１反射鏡４２４に一回反射されるので、どちらのノイズ光も外乱による振動を一回ずつ受ける。なお、ノイズ光ではない信号光は外乱による振動を第１反射鏡４２４と第２反射鏡４２６でそれぞれ一回ずつ受けるので、振動による位相が二回変化する。このため、信号光とノイズ光とは外乱による振動によって位相の変化が異なる。従って、干渉縞解析部４３における縞走査法によりノイズ光を除去することができるし、撮像素子４１の露光時間を長くすることや、多数枚の干渉縞強度の平均によってノイズ光の影響を抑えることができる。また、ノイズ光の影響を抑えるために、ピエゾ素子等を用いて外乱として振動を与えても良い。なお、第２反射鏡４２６に反射されたＰ偏光のノイズ光は、第２の１／４波長板４２５でＰ偏光からＳ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッタ４２２によりハーフミラー４２１の方向へ反射される。また、第１反射鏡４２４に反射されたＳ偏光のノイズ光は、第１の１／４波長板４２３でＳ偏光からＰ偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッタ４２２を透過する。つまり、どちらのノイズ光も被検面１００に入射しない。
Next, the noise light in the common optical path will be described. In the shape measuring device 801, the polarization state of the noise light generated by the polarization beam splitter 422 is also divided into P polarization and S polarization. It is assumed that both the first reflecting mirror 424 and the second reflecting mirror 426 are vibrated by the disturbance. Then, the P-polarized noise light is reflected once by the second reflecting mirror 426, and the S-polarized noise light is reflected once by the first reflecting mirror 424. Therefore, both noise lights vibrate once due to disturbance. receive. Since the signal light that is not noise light receives vibration due to disturbance once for each of the first reflecting mirror 424 and the second reflecting mirror 426, the phase due to the vibration changes twice. Therefore, the phase change of the signal light and the noise light is different due to the vibration caused by the disturbance. Therefore, the noise light can be removed by the fringe scanning method in the interference fringe analysis unit 43, the exposure time of the image pickup device 41 can be lengthened, and the influence of the noise light can be suppressed by averaging the intensities of a large number of interference fringes. Can be done. Further, in order to suppress the influence of noise light, vibration may be applied as a disturbance by using a piezo element or the like. Since the P-polarized noise light reflected by the second reflecting mirror 426 is converted from P-polarized to S-polarized by the second 1/4 wave plate 425, the polarization beam splitter 422 moves toward the half mirror 421. Be reflected. Further, the S-polarized noise light reflected by the first reflecting mirror 424 is converted from S-polarized to P-polarized by the first 1/4 wave plate 423, so that it passes through the polarization beam splitter 422. That is, neither noise light is incident on the surface to be inspected 100.
更にまた、形状計測装置８０１では、結像レンズ８３９にて、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の光軸が一致する。偏光子８３７により第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の偏光角が一致するので、撮像面４１ａにて干渉縞を形成することができる。
Furthermore, in the shape measuring device 801 in the imaging lens 839, the optical axes of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 coincide with each other. Since the polarization angles of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are matched by the polarizing element 837, interference fringes can be formed on the image pickup surface 41a.
開口絞り８５３により、ノイズ光を遮断することができる。また、開口部８５３ａの径を変更することにより、ノイズ光を完全に遮断することもできる。なお、開口絞り８５３は、縞走査法によりノイズ光を除去できれば設けなくても良い。
Noise light can be blocked by the aperture stop 853. Further, by changing the diameter of the opening 853a, noise light can be completely blocked. The aperture diaphragm 853 may not be provided as long as noise light can be removed by the fringe scanning method.
そして、形状計測装置８０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、光源２１から発生する可干渉光ＣＬを第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割し、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２を互いに異なる角度により被検面１００に入射させる。そして、形状計測装置８０１では、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を干渉させた干渉縞に基づいて、被検面１００の形状が計測される。このため、形状計測装置１と同様に、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
Then, in the shape measuring device 801 although the optical system is different from that of the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 is divided into the first incident light IL1 and the second incident light IL2. , The first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the surface to be inspected 100 at different angles. Then, the shape measuring device 801 measures the shape of the surface to be inspected 100 based on the interference fringes in which the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 interfere with each other. Therefore, similarly to the shape measuring device 1, the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded.
そして、形状計測装置８０１では、第１実施形態に係る形状計測装置１とは光学系が異なるものの、偏光ビームスプリッタ４２２により第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に可干渉光ＣＬが分割される。更に、ウェッジプレート８３１により第２反射光ＲＬ２の変形が補正される。更にまた、ピエゾ素子８５０を用いて、垂直光の位相と斜め光の位相を変調させる。このため、形状計測装置８０１は、第１実施形態に係る形状計測装置１と同様の効果を得ることができる。ただし、第１実施形態のリレーレンズ３１と光軸一致部材を有さない点で、第１実施形態に係る形状計測装置１の効果とは相違する。
Although the shape measuring device 801 has a different optical system from the shape measuring device 1 according to the first embodiment, the coherent light CL is split into the first incident light IL1 and the second incident light IL2 by the polarizing beam splitter 422. The light. Further, the wedge plate 831 corrects the deformation of the second reflected light RL2. Furthermore, the piezo element 850 is used to modulate the phase of vertical light and the phase of oblique light. Therefore, the shape measuring device 801 can obtain the same effect as the shape measuring device 1 according to the first embodiment. However, it differs from the effect of the shape measuring device 1 according to the first embodiment in that it does not have the relay lens 31 of the first embodiment and the optical axis matching member.
（第９実施形態）
図２２と図２３を参照して、第９実施形態である形状計測装置について説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る形状計測装置１と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
(9th Embodiment)
A shape measuring device according to a ninth embodiment will be described with reference to FIGS. 22 and 23. In the following description, the same components as those of the shape measuring device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
形状計測装置９０１は、図２２に示すように、入射光学系９２０と、干渉光学系９３０と、検出部４と、を備える。
As shown in FIG. 22, the shape measuring device 901 includes an incident optical system 920, an interference optical system 930, and a detection unit 4.
入射光学系９２０は、光源２１と、音響光学変調素子（Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、略称ＡＯＭ）９２１と、反射鏡９２２と、ビームスプリッタ９２３と、ハーフミラー９２４と、を有する。
The incident optical system 920 includes a light source 21, an acousto-optic modulator (abbreviated as AOM) 921, a reflecting mirror 922, a beam splitter 923, and a half mirror 924.
音響光学変調素子９２１は、可干渉光ＣＬの強度変調をもたらす光変調器であり、入射される可干渉光ＣＬを互いに異なる波長を有するゼロ次光と一次光に分割して出射する。ゼロ次光は、入射された可干渉光ＣＬと同じ第１波長λ１を有する光であり、一次光は、入射された可干渉光ＣＬが変調された第２波長λ２を有する光である。第２波長λ２は、制御部９４４からの信号により予め設定された波長に変調される。以下、ゼロ次光を第１入射光ＩＬ１とし、一次光を第２入射光ＩＬ２とする。
The acoustic-optical modulation element 921 is an optical modulator that causes intensity modulation of the interfering light CL, and emits the incident interfering light CL by dividing it into zero-order light and primary light having different wavelengths from each other. The zero-order light is light having the same first wavelength λ 1 as the incident coherent light CL, and the primary light is light having a second wavelength λ 2 to which the incident coherent light CL is modulated. .. The second wavelength λ 2 is modulated to a preset wavelength by a signal from the control unit 944. Hereinafter, the zero-order light is referred to as the first incident light IL1, and the primary light is referred to as the second incident light IL2.
反射鏡９２２は、音響光学変調素子９２１から入射される第１入射光ＩＬ１をビームスプリッタ９２３の方向へ反射する。反射鏡９２２の角度は、被検面１００に対して第１入射光ＩＬ１が垂直に入射できる角度に設定されている。
The reflector 922 reflects the first incident light IL1 incident from the acoustic-optical modulation element 921 toward the beam splitter 923. The angle of the reflector 922 is set to an angle at which the first incident light IL1 can be incident perpendicularly to the surface to be inspected 100.
ビームスプリッタ９２３は、反射鏡９２２により反射された第１入射光ＩＬ１を透過させ、音響光学変調素子９２１から入射される第２入射光ＩＬ２をハーフミラー９２４の方向へ反射する。ビームスプリッタ９２３の角度は、被検面１００に対して第２入射光ＩＬ２が垂直に入射できる角度に設定されている。ビームスプリッタ９２３を通過した第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２は、ハーフミラー９２４を透過して被検面１００の同一部分に対して垂直に入射する。
The beam splitter 923 transmits the first incident light IL1 reflected by the reflecting mirror 922, and reflects the second incident light IL2 incident from the acoustic-optical modulation element 921 toward the half mirror 924. The angle of the beam splitter 923 is set to an angle at which the second incident light IL2 can be incident perpendicularly to the surface to be inspected 100. The first incident light IL1 and the second incident light IL2 that have passed through the beam splitter 923 pass through the half mirror 924 and are vertically incident on the same portion of the test surface 100.
ここで、二つの波長λ１，λ２の差は、計測する形状に要求される要求精度と、計測ダイナミックレンジと、に応じて設定する。二つの波長λ１，λ２の差が大きくなるほど、ダイナミックレンジが小さくなり精度が高くなる。一方、二つの波長λ１，λ２の差が小さくなるほど、ダイナミックレンジが大きくなり精度が低くなる。
Here, the difference between the two wavelengths λ 1 and λ 2 is set according to the required accuracy required for the shape to be measured and the measurement dynamic range. The larger the difference between the two wavelengths λ 1 and λ 2 , the smaller the dynamic range and the higher the accuracy. On the other hand, the smaller the difference between the two wavelengths λ 1 and λ 2 , the larger the dynamic range and the lower the accuracy.
干渉光学系９３０は、ハーフミラー９２４と、集光レンズ９３１と、チョッパー９３２と、駆動部９３３と、を有する。なお、ハーフミラー９２４は、入射光学系９２０と共通の光学要素である。
The interference optical system 930 includes a half mirror 924, a condenser lens 931, a chopper 932, and a drive unit 933. The half mirror 924 is an optical element common to the incident optical system 920.
ハーフミラー９２４は、被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を集光レンズ９３１の方向へ反射する。
The half mirror 924 reflects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the test surface 100 in the direction of the condenser lens 931.
集光レンズ９３１は、ハーフミラー９２４により反射された第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２をチョッパー９３２の位置に集光させる。つまり、集光レンズ９３１は、集光レンズ９３１の集光点とチョッパー９３２の位置とが一致する位置に配置されていると共に、集光レンズ９３１の開口数（ＮＡ）が調整されている。
The condenser lens 931 concentrates the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected by the half mirror 924 at the position of the chopper 932. That is, the condenser lens 931 is arranged at a position where the condenser point of the condenser lens 931 and the position of the chopper 932 coincide with each other, and the numerical aperture (NA) of the condenser lens 931 is adjusted.
チョッパー９３２は、図２３に示すように、遮蔽部９３２ａと開放部９３２ｂを有する。遮蔽部９３２ａと開放部９３２ｂの比率は、検出する干渉縞の時間的な周波数に基づき設定される。例えば、図２３に示す（ａ）～（ｆ）のいずれか一つのチョッパー９３２を用いる。チョッパー９３２は、円板の中心を軸として、所定の回転周期で駆動部９３３（例えばモータ、図２２参照）により回転される。チョッパー９３２の回転周期は、後述する制御部９４４からの信号により制御される。チョッパー９３２の回転周期は、検出する干渉縞の周期に同調される、又は、整数倍に設定される、若しくは、整数倍の分の一に設定される。第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、遮蔽部９３２ａにより遮蔽され、開放部９３２ｂを通過する。開放部９３２ｂを通過した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２は、後述する撮像素子９４１の撮像面９４１ａ（受光面）に干渉する。
As shown in FIG. 23, the chopper 932 has a shielding portion 932a and an opening portion 932b. The ratio of the shielding portion 932a to the opening portion 932b is set based on the temporal frequency of the interference fringes to be detected. For example, one of the choppers 932 shown in FIGS. 23 (a) to (f) is used. The chopper 932 is rotated by a drive unit 933 (for example, a motor, see FIG. 22) at a predetermined rotation cycle about the center of the disk as an axis. The rotation cycle of the chopper 932 is controlled by a signal from the control unit 944 described later. The rotation cycle of the chopper 932 is synchronized with the cycle of the interference fringes to be detected, set to an integral multiple, or set to a fraction of an integral multiple. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are shielded by the shielding portion 932a and pass through the opening portion 932b. The first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 that have passed through the open portion 932b interfere with the image pickup surface 941a (light receiving surface) of the image pickup device 941 described later.
検出部４は、撮像素子９４１及び情報処理装置４２を有する。撮像素子９４１は、第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２を、時間軸で動く干渉縞として検出している。情報処理装置４２は、干渉縞解析部９４３及び制御部９４４を有する。干渉縞解析部９４３は、撮像素子９４１により検出された干渉縞を電気信号に変換して、ヘテロダイン干渉法を用いることによって干渉縞の位相分布φを解析する。なお、ヘテロダイン干渉法については後述する。
The detection unit 4 includes an image pickup device 941 and an information processing device 42. The image pickup device 941 detects the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 as interference fringes moving on the time axis. The information processing device 42 has an interference fringe analysis unit 943 and a control unit 944. The interference fringe analysis unit 943 converts the interference fringes detected by the image pickup element 941 into an electric signal, and analyzes the phase distribution φ of the interference fringes by using the heterodyne interferometry. The heterodyne interferometry will be described later.
制御部９４４は、音響光学変調素子９２１と駆動部９３３を信号により制御する。制御部９４４は、要求精度とダイナミックレンジに応じて、二つの波長λ１，λ２の差を設定するための信号を音響光学変調素子９２１へ出力する。制御部９４４は、チョッパー９３２の回転周期の設定のための信号を駆動部９３３へ出力する。
The control unit 944 controls the acoustic-optical modulation element 921 and the drive unit 933 by signals. The control unit 944 outputs a signal for setting the difference between the two wavelengths λ 1 and λ 2 to the acoustic-optical modulation element 921 according to the required accuracy and the dynamic range. The control unit 944 outputs a signal for setting the rotation cycle of the chopper 932 to the drive unit 933.
次に、ヘテロダイン干渉法について説明する。
Next, the heterodyne interferometry will be described.
ヘテロダイン干渉法は、被検面１００に入射する互いに異なる第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２の位相差と、被検面１００から反射した第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２の位相差と、を比較して、相対的な位相差を求め、形状を計測する。ヘテロダイン干渉法は、検出された干渉縞を電気信号に変換して、相対的な位相差を求める。
In the heterodyne interferometry, the phase difference between the first incident light IL1 and the second incident light IL2 incident on the test surface 100 and the positions of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 reflected from the test surface 100 are different. Compare with the phase difference to obtain the relative phase difference and measure the shape. In the heterodyne interferometry, the detected interference fringes are converted into an electric signal to obtain the relative phase difference.
ここで、互いに異なる光の位相差は、互いに異なる光の波長や周波数の差である。なお、二つの波長λ１，λ２の波面収差は、被検面１００の形状変化より遥かに小さいため、無収差と仮定する。
Here, the phase difference of light different from each other is the difference in wavelength and frequency of light different from each other. Since the wavefront aberrations of the two wavelengths λ 1 and λ 2 are much smaller than the shape change of the surface to be inspected 100, it is assumed to be aberration-free.
第１波長λ１を有する第１反射光ＲＬ１の位相ψ１と、第２波長λ２を有する第２反射光ＲＬ２の位相ψ２は、以下のように表される。
ここで、「Ｗ」は被検面である。
The phase ψ 1 of the first reflected light RL1 having the first wavelength λ 1 and the phase ψ 2 of the second reflected light RL 2 having the second wavelength λ 2 are expressed as follows.
Here, "W" is the surface to be inspected.
そして、二つの波長λ１，λ２の干渉縞の強度分布Ｉは、以下のように表される。
ここで、「ｃ」は光速であり、「ｔ」は時間であり、「ｄ」は基準面（理想平面や球面）からの乖離量である。
The intensity distribution I of the interference fringes of the two wavelengths λ 1 and λ 2 is expressed as follows.
Here, "c" is the speed of light, "t" is time, and "d" is the amount of deviation from the reference plane (ideal plane or spherical surface).
なお、波長が下記の「数２０」式相当の干渉計測に相当するものとする。
In addition, it is assumed that the wavelength corresponds to the interference measurement corresponding to the following "Equation 20" formula.
このように、相対的な位相差を求め、形状を計測する。なお、仮想の絶対平面や球面を基準とする。
In this way, the relative phase difference is obtained and the shape is measured. It should be noted that the reference is a virtual absolute plane or sphere.
次に、本実施形態の特徴を説明する。本実施形態に係る形状計測装置９０１では、入射光学系９２０により光源２１から発生する可干渉光ＣＬが、互いに異なる波長を有する第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２に分割される。ここで、互いに異なる波長は、互いに波面も位相も異なる。第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２のビーム径は同一であり、光軸も一致している。また、偏光ビームスプリッタを用いないため、偏光子３７等の偏光部材が不要である。このため、互いに異なる波長を有する第１反射光ＲＬ１と第２反射光ＲＬ２とで干渉し、チョッパー９３２を介して撮像面９４１ａに干渉縞が形成される。
Next, the features of this embodiment will be described. In the shape measuring device 901 according to the present embodiment, the coherent light CL generated from the light source 21 by the incident optical system 920 is divided into a first incident light IL1 and a second incident light IL2 having different wavelengths from each other. Here, wavelengths different from each other have different wavefronts and phases from each other. The beam diameters of the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 are the same, and the optical axes are also the same. Further, since a polarizing beam splitter is not used, a polarizing member such as a polarizing element 37 is unnecessary. Therefore, the first reflected light RL1 and the second reflected light RL2 having different wavelengths interfere with each other, and interference fringes are formed on the image pickup surface 941a via the chopper 932.
更に、第９実施形態では、第１実施形態と同様に、「数１３」と「数１４」により、感度係数「ｋ」を選定して、「数１４」式の条件を成立させれば、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。そして、干渉縞解析部９４３にてヘテロダイン干渉法により被検面１００の形状が計測される。このように、形状計測装置９０１は、被検面１００の計測ダイナミックレンジを拡大することができる。
Further, in the ninth embodiment, as in the first embodiment, if the sensitivity coefficient "k" is selected by the "number 13" and the "number 14" and the condition of the "number 14" formula is satisfied, the condition is satisfied. The measurement dynamic range of the surface to be inspected 100 can be expanded. Then, the shape of the test surface 100 is measured by the interference fringe analysis unit 943 by the heterodyne interferometry. In this way, the shape measuring device 901 can expand the measurement dynamic range of the surface to be inspected 100.
更にまた、チョッパー９３２の遮蔽部９３２ａと開放部９３２ｂの比率は、検出する干渉縞の時間的な周波数に基づき設定される。更に、チョッパー９３２の回転周期は、検出する干渉縞の周期に同調される、又は、整数倍に設定される、若しくは、整数倍の分の一に設定される。ここで、要求精度と計測ダイナミックレンジに合わせて、二つの波長λ１，λ２に差を付けるので、要求精度を高くするために二つの波長λ１，λ２の差を大きくすると、干渉縞の変化が速くなる。そして、本実施形態のようにチョッパー９３２を有することにより、仮に撮像素子９４１の検出速度が遅く干渉縞の変化が速くなったとしても、撮像素子９４１により干渉縞を検出することができる。なお、撮像素子９４１の検出速度が、干渉縞の変化に対応できれば、チョッパー９３２を有していなくても良い。
Furthermore, the ratio of the shielding portion 932a to the opening portion 932b of the chopper 932 is set based on the temporal frequency of the detected interference fringes. Further, the rotation cycle of the chopper 932 is synchronized with the cycle of the interference fringes to be detected, set to an integral multiple, or set to a fraction of an integral multiple. Here, the two wavelengths λ 1 and λ 2 are different according to the required accuracy and the measurement dynamic range. Therefore, if the difference between the two wavelengths λ 1 and λ 2 is increased in order to improve the required accuracy, the interference fringes Changes faster. By having the chopper 932 as in the present embodiment, even if the detection speed of the image pickup device 941 is slow and the change of the interference fringes is fast, the interference fringes can be detected by the image pickup element 941. If the detection speed of the image pickup device 941 can cope with the change in the interference fringes, the chopper 932 may not be provided.
被検面のダイナミックレンジの拡大は、上述の各実施形態に限定されない。例えば、各実施形態では、第１入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２の二つの入射光を被検面１００に入射させる例を示したが、三つ以上の入射光を被検面１００に入射させ、このうち被検面１００から反射する二つの反射光を干渉させ、干渉縞を形成させても良い。
The expansion of the dynamic range of the surface to be inspected is not limited to each of the above-described embodiments. For example, in each embodiment, an example is shown in which two incident lights of the first incident light IL1 and the second incident light IL2 are incident on the test surface 100, but three or more incident lights are incident on the test surface 100. Of these, the two reflected lights reflected from the surface to be inspected 100 may interfere with each other to form interference fringes.
具体的には、図２４に示すように、互いに入射角度θ１１，θ１２，θ１３が異なる三つの入射光を被検面１００に入射させる。この三つの入射光のうち、被検面１００から反射した第１入射角度θ１１（垂直）と第２入射角度θ１２の二つの反射光を干渉させ、干渉縞を形成させる。更に、第２入射角度θ１２と第３入射角度θ１３の二つの反射光を干渉させて、干渉縞を形成させる。そして、第１入射角度θ１１（垂直）と第２入射角度θ１２の二つの反射光から求まる干渉縞の解析結果と、第２入射角度θ１２と第３入射角度θ１３の二つの反射光から求まる干渉縞の解析結果と、を用いて、被検面１００の形状の計測を行う。
Specifically, as shown in FIG. 24, three incident lights having different incident angles θ 11 , θ 12 and θ 13 are incident on the surface to be inspected 100. Of these three incident lights, the two reflected lights of the first incident angle θ 11 (vertical) and the second incident angle θ 12 reflected from the test surface 100 are interfered with each other to form an interference fringe. Further, the two reflected lights of the second incident angle θ 12 and the third incident angle θ 13 are made to interfere with each other to form an interference fringe. Then, the analysis result of the interference fringes obtained from the two reflected lights of the first incident angle θ 11 (vertical) and the second incident angle θ 12 , and the two reflected lights of the second incident angle θ 12 and the third incident angle θ 13 . The shape of the surface to be inspected 100 is measured by using the analysis result of the interference fringes obtained from the above.
このように被検面１００の形状の計測を行うことにより、第１実施形態等のように二つの反射光から求まる被検面１００の形状計測よりも、ダイナミックレンジが大きく感度が高い被検面１００の形状の計測を行うことができる。同様に、第９実施形態においても、互いに波長が異なる三つ以上の入射光を被検面１００に入射させれば、同様の効果を得ることができる。なお、その他の縞走査等については、第１実施形態等と同様のため説明を省略する。
By measuring the shape of the test surface 100 in this way, the dynamic range is larger and the sensitivity is higher than the shape measurement of the test surface 100 obtained from the two reflected lights as in the first embodiment or the like. It is possible to measure 100 shapes. Similarly, in the ninth embodiment, the same effect can be obtained by incident three or more incident lights having different wavelengths on the test surface 100. Since other fringe scanning and the like are the same as those in the first embodiment and the like, the description thereof will be omitted.
補助レンズ５６０，６６０は、被検面１００のすぐ手前に設ける例を示したが、これに限定されない。要するに、補助レンズは、入射光と反射光の両方が通過する光路上に設ければ良い。
An example in which the auxiliary lenses 560 and 660 are provided immediately in front of the test surface 100 is shown, but the present invention is not limited to this. In short, the auxiliary lens may be provided on an optical path through which both incident light and reflected light pass.
各実施形態では、第1入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２は、互いに異なる入射角度、又は、互いに異なる波長を有する例を示したが、これに限定されない。第1入射光ＩＬ１と第２入射光ＩＬ２は、互いに異なる入射角度、及び、互いに異なる波長を有していても良い。
In each embodiment, the first incident light IL1 and the second incident light IL2 have shown an example in which they have different incident angles or different wavelengths from each other, but the present invention is not limited thereto. The first incident light IL1 and the second incident light IL2 may have different incident angles and different wavelengths from each other.
