JP3813286B2

JP3813286B2 - Interferometer device

Info

Publication number: JP3813286B2
Application number: JP04160597A
Authority: JP
Inventors: 正美米田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JPH10221010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準板及び被検体からの反射光により生じる干渉縞をフィゾー型干渉計等を利用して観察・解析する干渉計装置で、基準板と被検体の反射率を合せるための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８には、従来のフィゾー型の干渉計装置の構成が示されており、図示されるように、レーザ光を透過させるハーフ（半透過）ミラー１、コリメータレンズ２が配置され、このコリメータレンズ２の後側に、基準板３、そして被検体４が配置される。一方、ハーフミラー１を介し被検面をＴＶカメラ６の撮像面に結像するための結像レンズが配置される。
【０００３】
このような構成によれば、ハーフミラー１を通過したレーザ光は、一部が基準板３の基準面（後面）３Ａで反射され（参照光となる）、また被検体４の表面でも反射されることになり、これらの反射光により干渉縞が生じる。これらの反射光は、ハーフミラー１を介してＴＶカメラ６へ入射され、このＴＶカメラ６で捉えられた干渉縞はモニタ等に映し出されて観察され、或いは解析用データとして利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の干渉計装置では、コントラストの高い干渉縞を得るために、干渉縞を形成する段階で両者の光の強度が等しくなるように、上記基準板３の反射率と被検体４の反射率を合せることが必要となることから、両者の反射率合せが煩雑となり、最適な状態の干渉縞の観察ができない場合も生じるという問題があった。そこで、一般的には、高、中、低の反射率の被検体４に対応して、基準板３も高、中、低の反射率のものを用意し、又は低反射率の基準板３を使用して、基準板３と被検体４の間にＮＤフィルターや減衰板等を入れることにより、この基準板３と被検体４から反射する光量を合せることが行われる。
【０００５】
しかし、ある特定の反射率の被検体については、コントラストが最大になるような良好な干渉縞が得られるが、反射率が異なるにつれ、必ずしも良好な干渉縞が得られなくなる。しかも、上記前者の解決方法では、高価な基準板３を３種類用意しているにも拘わらず、更に異なる反射率の基準板３を多数枚用意しなければならない。また、後者の解決方法では、反射率の異なる各種のＮＤフィルターや減衰板が必要となる。従って、両者共に、コストがかかると共に、取付け、取外し等の煩わしい作業が伴うことになる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体の反射率により基準板や減衰板を交換することなく、コントラストが最大となる良好な干渉縞が得られる干渉計装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、この可動偏光板の透過波面収差を測定し、この可動偏光板の回転位置に対応して上記透過波面収差を補正することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記可動偏光板を、透過光軸と直交する面に対し僅かに傾けて配置したことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、上記基準板からの反射光と上記被検体からの反射光から形成する干渉縞を撮像する撮像素子を、上記可動偏光板の回転に応じて回転させることにより、この可動偏光板の透過波面収差による測定誤差を補正することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、上記可動偏光板を上記基準板が保持される基準板ホルダー又は上記被検体が保持される試料保持部へ取り付けたことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、被検体面の反射率に一致する可動偏光板の回転位置が判断できる反射率目盛を付したことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、例えば偏光板等の偏光変換手段によって、光源光が直線偏光へ変換され、この直線偏光が基準板、被検体へ出射され、これらの基準面及び被検面からの反射光により干渉縞が形成される。この被検面から反射する光量は、上記基準板と被検体の間に配置された可動偏光板を回転させることによって調整される。例えば、光源から見て前側に低反射率の基準板、後側に高反射率の被検体を配置する場合は、上記可動偏光板により光量を絞ることにより、干渉縞を形成する両者の光強度を合せることが可能で、コントラストの良好な干渉縞を観察することができる。
【０００９】
上記の可動偏光板は、光軸に垂直の位置から僅かに傾けて配置すれば、偏光板から直接反射する光が撮像面にノイズとして影響しないようにすることができる。
【００１０】
また、上記可動偏光板に透過波面収差が存在する場合には、その収差が偏光板の回転に応じて干渉縞に影響し、測定誤差となる。従って、この透過波面収差データを予め測定してメモリ等に記憶させ、この収差を可動偏光板の回転位置に対応して補正することにより、偏光板の存在により生じる収差の影響を除去することができる。そして、上記の透過波面収差を回転させる補正は、観察のための撮像素子を上記可動偏光板の回転に応じて回転させることによって補正することも可能である。
【００１１】
更に、上記可動偏光板は基準板ホルダーや試料台等へ回転可能に取り付けることができ、このとき、可動偏光板の支持部等に反射率目盛を付ければ、被検体の反射率で可動偏光板の回転位置を測定前に設定することができ、反射率が分っている被検体を測定する場合、反射率合せの設定が容易となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５には、実施形態の第１例に係る干渉計装置の構成が示されており、まず図１により全体構成を説明する。図１において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１０の出力側に、レーザ光を直線偏光に変換する偏光板１１が配置され、この偏光板１１の後側に発散レンズＬ1 、ピンホール部１２が配置される。このピンホール部１２の後側には、ハーフ（半透過）ミラー１４が設けられ、またこのハーフミラー１４の透過光を平行光束にするためのコリメータレンズＬ2 が配置される。
【００１３】
上記コリメータレンズＬ2 の後側に、基準板１５が配置され、この基準板１５として低反射率（例えば４％程度）のものが使用される。そして、この基準板１５の後側に、被検体１６が配置されることになるが、第１例では、この基準板１５と被検体１６の間に、回転可能な状態で可動偏光板１７が設けられる。
【００１４】
図２には、装置の基準板部に配置した上記可動偏光板１７が示されている。この基準板部１８では、上側の基準板ホルダー１９に緩衝材２０等を介して上記基準板１５が取り付けられ、下側の偏光板ホルダー（コントラスト調整リング）２１に上記可動偏光板１７がスペーサ２２Ａ及び緩衝材２２Ｂを介して取り付けられる。そして、上記偏光板ホルダー２１は基準板ホルダー１９に対し回転できるようにネジ結合等で取り付けられ、これによって可動偏光板１７が光軸中心に回転して、コントラスト調整機能を果たすことになる。
【００１５】
このような可動偏光板１７によれば、その偏光方向が光源側の偏光板１１の偏光面と一致した状態では、光量減少を最小限として光源光（直線偏光）を通過させるが、この状態から時計方向又は反時計方向に回転させると、光透過量が回転量に応じて減少することになる。従って、この可動偏光板１７の回転角度を変えることにより、被検体１６からの反射してくる光の強度を調整することができ、これによって、上記基準板１５から反射してくる光の強度に適合させることが可能となる。
【００１６】
また、上記可動偏光板１７は、図示されるように基準板部１８の中心軸に垂直な面Ｆに対し、平行ではなく、スペーサ２２Ａ及び緩衝材２２Ｂの厚みを変えることにより少し傾けて配置している。即ち、この可動偏光板１７を上記面Ｆと平行に配置すると、当該偏光板１７からの直接の反射光が後述する撮像素子へ入射し、干渉縞像に影響（ノイズ）を与えるので、可動偏光板１７を垂直面Ｆに対し僅かに傾斜させ、その反射光が撮像素子へ到達しないようにしている。
【００１７】
図１において、上述した可動偏光板１７には、当該偏光板１７の回転角度を検出するためのエンコーダ２３が取り付けられ、このエンコーダ２３には、角度検出器２４が接続される。また、上記ハーフミラー１４を介し被検面をＴＶカメラ２５の撮像面に結像するための結像レンズＬ3 が配置される。また、このＴＶカメラ２５には、干渉縞を表示するＴＶモニタ２６が接続されると共に、メモリ２７を有するコンピュータ２８と解析画像等を表示するためのディスプレイ２９が接続される。
【００１８】
上記のコンピュータ２８は、上記基準板１５を不図示のピエゾ素子等を用いて光軸方向に僅かに移動させるような縞走査法等に基づいて、ＴＶカメラ２５で得られた干渉縞から被検体１６の表面の状態を解析すると共に、上記可動偏光板１７の透過波面収差による測定誤差の補正処理を行う。即ち、この可動偏光板１７は基準板１５と被検体１６との間に配置されることから、測定結果は被検体１６の表面の形状に可動偏光板１７の透過波面収差が加わったものとなる。そこで、実施形態例では、この可動偏光板１７の透過波面収差を予め測定しておき、このデータをメモリ２７内に記憶し、その後に実際の測定値からメモリ２７内の透過波面データを差し引いて補正することで、測定精度を高めている。
【００１９】
この透過波面収差の補正は、上記可動偏光板１７が固定状態であれば、メモリ２７内のデータを単純に差し引けばよいが、本発明ではこの可動偏光板１７を回転させることから、単に差し引いただけでは正確な測定ができない。そこで、本例では、詳細は後述するが、透過波面収差のデータも回転させた状態に変換して、測定値から差し引く演算を行っている。
【００２０】
図３には、上記図２の基準板部１８の外観が示されており、例えば基準板ホルダー１９の外周に、４，５，１０（％）等の被検体１６の反射率目盛３１を付し、偏光板ホルダー（コントラスト調整リング）２１の外周に、三角指標３２を付すことができる。これによれば、観察・解析する被検面の反射率となるように指標３２を反射率目盛３１に合せることにより、可動偏光板１７のセット、即ちコントラスト調整が簡単となる。
【００２１】
上記の被検面の反射率と回転角度の関係は、次のようになる。例えば、基準面１５Ａの反射率を０．０４（低反射基準板）、その他を透過と考え（基準面１５Ａの反対面は通常反射防止コートが施されている）、透過率０．９６であるとし、上記偏光板１１の偏光面と可動偏光板１７の偏光面との成す角度をθ、この角度θが０度のときの可動偏光板１７の透過率をＴ、被検体１６の反射率をＲとすると、観察（撮像）の時点で、被検体１６から反射する光の強度と基準面１５Ａから反射する光の強度が等しく、コントラストが良好な干渉縞が得られるときは、次の数式１が成立する。
【数式１】
（０．９６×ｃｏｓ²θ×Ｔ）² ×Ｒ＝０．０４
【００２２】
ここで、可動偏光板１７の上記角度θ＝０のときの可動偏光板１７での透過光の損失を理想的に０であるとすると、上記透過率Ｔ＝１（１００％）となる。従って、Ｔ＝１とすると、上記数式１は、次の数式２となる。
【数式２】
θ＝ｃｏｓ^-1（（０．０４÷Ｒ）^1/2÷０．９６）^1/2
【００２３】
上記数式２によれば、被検体１６の面の反射率により角度θを調整すれば、コントラストの良好な干渉縞が得られることが分かる。例えばＲ＝０．０５のとき角度θ＝１５度、Ｒ＝０．１のとき角度θ＝３６度、Ｒ＝０．２のとき角度θ＝４７度、Ｒ＝０．４のとき角度θ＝５５度、Ｒ＝０．８のとき角度θ＝６１度となる。但し、この場合、上記Ｒが０．０４３以下のときには、角度θを０度に合せるしかなく、反射率Ｒに対しての調整範囲は、約４〜１００％となる。
【００２４】
第１例は以上の構成からなり、このような干渉計装置によれば、レーザ１０から出力されたレーザ光は、偏光板１１により直線偏光に変換され、この直線偏光がハーフミラー１４を通過し、コリメータレンズＬ2 を介して基準板１５へ入射する。また、この基準板１５を透過した光は、可動偏光板１７を介して被検体１６の被検面に到達しており、基準面１５Ａ及び被検面からの反射光がハーフミラー１４で反射され、結像レンズＬ3 を介してＴＶカメラ２５へ導かれる。従って、上記ＴＶカメラ２５では、上記基準面１５Ａと被検体１６の被検面による光反射により生じた干渉縞が撮像されることになり、この干渉縞はＴＶモニタ２６に表示されると共に、コンピュータ２８により干渉縞の解析が行われる。この解析結果は、ディスプレイ２９に表示される。
【００２５】
そして、上記の干渉縞観察では、可動偏光板１７を回転させることによりコントラストの調整が可能となる。即ち、上記基準板１５（基準面１５Ａ）として反射率４％のものを使用しているので、４％の反射率の被検体（被検面）１６を測定する場合は、図３において偏光板ホルダー２１の三角指標３２を中央の４％（θ＝０）に合せることにより、可動偏光板１７の透過光量を最大として、基準面１５Ａから反射する光の強度に被検面から反射してくる光の強度を合せることができる。これにより、良好なコントラストの干渉縞が観察される。
【００２６】
ここで、被検面から反射する光は、基準面１５Ａで再度４％反射されることになるので、厳密には僅かに被検面から反射する光の強度が少ないが、実用的に問題となるものではない。これが、上記数式１．２が近似式となっている理由である。従って、上記基準板１５に中反射率のもの或いは高反射率のものを使用する場合は、上記式は成り立たないし、反射率Ｒに対しての調整範囲が少なくなり実用的でもない。
【００２７】
また、当該例では、図４に示す動作により上記可動偏光板１７の透過波面収差の補正が行われる。図４において、まずステップ１０１で、可動偏光板１７の透過波面収差の測定を行うが、この測定は光束の偏光方向に可動偏光板１７の偏光面を合せ光量を最大とし、面精度の高い基準被検体（例えばもう一つの基準板）を被検体１６の位置に配置して行う。このときの透過波面データを、補正データＷA としてメモリ２７内に記憶し、この測定時の可動偏光板１７の角度を原点とする。
【００２８】
なお、このステップ１０１では、上記可動偏光板１７を光路内に配置せず、基準板１５と基準被検体を用いた測定データを上記ＷA から差し引き、このデータを改めて補正データＷA としてもよく、これによれば更に測定精度を高めることができる。即ち、偏光板１７の透過波面収差を測定する際には、装置の持っている測定誤差を含めた形で測定されることになり、このような誤差を上記の操作で取り除くことができ、偏光板１７の透過波面収差のみの量が正確に抽出されることになる。
【００２９】
次に、ステップ１０２では、被検体１６を配置して可動偏光板１７を回転させ、干渉縞のコントラストが良好となる位置にセットし、ステップ１０３で、被検体１６の面測定を行い、この測定データをＷB とする。
【００３０】
次のステップ１０４では、回転した可動偏光板１７の角度をエンコーダ２３から検出し、上記の補正データＷA をこの回転角度分だけ回転させ、回転位置の補正データＷAθを求める。即ち、可動偏光板１７の回転中心に一致する透過波面データＷA の点を座標中心として回転させ、このデータを回転角度での補正データＷAθとする。通常、画像データから得られる測定データはＸＹ座標系であることから、この補正データＷAθとしては、回転したときの近傍のデータを使用する等の工夫が必要となる。そして、ステップ１０５では、被検面形状の算出がＷB −ＷAθ＝ＷX で行われる。なお、面精度については、最小自乗法による傾き補正が行われることは周知の通りである。
【００３１】
図５は、上記の透過波面収差の補正の概念を示したもので、図５（Ａ）に示されるように、上記ステップ１０１では、光束の偏光面Ｈ1 と可動偏光板１７の偏光面Ｈ2 が水平軸（Ｘ軸）に一致しており、例えば可動偏光板１７の回転中心Ｏから１５度の線上に補正点データｗａ（ＷA の中の一点）が存在するものとする。そして、図５（Ｂ）に示されるように、可動偏光板１７が３０度（θ）回転して良好な干渉縞のコントラストが得られたとすると、この３０度の角度での補正点データｗａθ（ＷAθの中の一点）が上記ステップ１０４で得られる。従って、ステップ１０５ではこの補正点データｗａθが被検面データＷB から差し引かれ、偏光板１７の透過波面収差が補正される。
【００３２】
図６には、実施形態の第２例が示されており、この第２例は上記の透過波面収差を補正するために撮像素子を回転させるようにしたものである。即ち、上記可動偏光板１７の回転に対応させて撮像素子を回転させれば、この可動偏光板１７の透過波面収差データの回転をなくすことができる。そこで、この第２例では、ＴＶカメラ２５を回転可能に支持し、モータ３４、ギヤ３５Ａ，３５Ｂ等で回転駆動するように構成し、またエンコーダ３６及び角度検出器３７でＴＶカメラ２５の回転角度を検出する。
【００３３】
このような第２例によれば、可動偏光板１７の回転角度と同一の角度だけＴＶカメラ２５を透過波面収差の回転方向へ回転させることにより、撮像面における透過波面収差の回転をなくすことができる。従って、上記図４のステップ１０１で求めた補正データＷA を被検面データＷB から差し引くだけで、透過波面収差が補正され、精度のよい測定が可能となる。
【００３４】
図７には、実施形態の第３例が示されており、この第３例は可動偏光板を試料台（被検体台）側へ取り付けたものである。図示されるように、被検体１６を載せる試料台３９は、バネ４０及び水平位置調整ネジ４１を伴って試料台支持部４２内に配置されており、上記試料台３９は上記水平位置調整ネジ４１によって水平に維持され、また傾き調整が可能となっている。
【００３５】
そして、上記試料台支持部４２に、ネジ結合等により回転自在に偏光板ホルダー（コントラスト調整リング）４４が取り付けられ、この偏光板ホルダー４４内に、スペーサ４５Ａ及び緩衝材４５Ｂを介して可動偏光板１７が設けられる。この可動偏光板１７の場合も、図２の場合と同様に、光軸に垂直な面Ｆに対し斜めとなるように配置される。このような第３例によっても、第１例と同様に、被検体１５の反射光量を調整することができ、良好なコントラストの干渉縞を観察することが可能となる。なお、この場合も、被検体１６の反射率目盛を上記支持部４２の外周に付すことができる。
【００３６】
上記実施形態例では、被検体１６の反射率目盛で可動偏光板１７をセットするようにしたが、反射率に対応した回転角を直接セットすることもできる。即ち、被検体１６の反射率に対する上記可動偏光板１７の回転角テーブルをメモリ内に格納したり、又は反射率から回転角を求める演算プログラムを用いたりして、被検体１６の反射率を入力することにより、可動偏光板１７の回転角を求める。そして、手動又は自動にて、算出された回転角に可動偏光板１７をセットすればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び３に係る発明によれば、直線偏光の光を光源として用い、可動偏光板を回転させることにより、被検体から反射する光量を調整するようにしたので、従来のように、被検体の反射率に応じて基準板を取り替える必要がなく、干渉縞の連続的なコントラスト調整が可能となる。従って、反射率の異なる多種の被検体であっても、基準面から反射してくる光の強度に被検面から反射してくる光の強度を容易に合せることができ、コントラストの良好な干渉縞を観察することが可能となる。しかも、従来に比べ低コストでコントラストの調整が可能となる。
【００３８】
また、被検体において反射コート等の表面処理を行う場合があるが、この場合では、表面処理前後の面状態の測定が同一装置、同一の基準板で実施できるので、表面処理前後の違いを評価するのに有効となるという利点もある。更に、上記可動偏光板の回転する透過波面収差を補正するようにしたので、偏光板の存在により生じる収差の影響を除去することが可能となる。
【００３９】
請求項２に係る発明によれば、上記可動偏光板を、透過光軸と直交する面に対し僅かに傾けて配置したので、偏光板表面からの反射光が観察像にノイズとして影響せず、良好な干渉縞が得られる。
【００４０】
請求項５に係る発明によれば、被検体の反射率目盛を付すようにしたので、上記可動偏光板を反射率目盛に合せるだけで、干渉縞のコントラストの調整が容易に行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の第１例に係る干渉計装置［図（Ａ）］及び可動偏光板［図（Ｂ）］の構成を示す図である。
【図２】第１例の基準板部での可動偏光板の配置状態を示す断面図である。
【図３】図２の基準板部の外周の構成を示す外観図である。
【図４】第１例での透過波面収差補正の動作を示すフローチャートである。
【図５】第１例の透過波面収差補正の概念を示す説明図である。
【図６】実施形態の第２例の構成を示す図である。
【図７】実施形態の第３例の構成を示す断面図である。
【図８】従来の干渉計装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１４ … ハーフミラー、
３，１５ … 基準板、
４，１６ … 被検体、
１１ … 偏光板、
１７ … 可動偏光板、
１９ … 基準板ホルダー、
２１ … 偏光板ホルダー、
２３，３６ … エンコーダ、
２４，３７ … 角度検出器、
２５ … ＴＶカメラ、
２７ … メモリ、
２８ … コンピュータ、
３１ … 反射率目盛、
３９ … 試料台。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an interferometer apparatus for observing and analyzing interference fringes generated by reflected light from a reference plate and a subject using a Fizeau interferometer or the like, and a configuration for matching the reflectance of the reference plate and the subject. .
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 shows the configuration of a conventional Fizeau interferometer device. As shown in the figure, a half (semi-transmissive) mirror 1 and a collimator lens 2 that transmit laser light are arranged, and this collimator lens. 2, the reference plate 3 and the subject 4 are arranged. On the other hand, an imaging lens for forming an image of the test surface on the imaging surface of the TV camera 6 via the half mirror 1 is arranged.
[0003]
According to such a configuration, part of the laser light that has passed through the half mirror 1 is reflected by the reference surface (rear surface) 3A of the reference plate 3 (becomes reference light), and is also reflected by the surface of the subject 4. Thus, interference fringes are generated by these reflected lights. These reflected lights are incident on the TV camera 6 via the half mirror 1, and the interference fringes captured by the TV camera 6 are projected and observed on a monitor or the like, or used as analysis data.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional interferometer apparatus, in order to obtain an interference fringe having a high contrast, the reflectance of the reference plate 3 and the object 4 are adjusted so that the intensities of both lights become equal at the stage of forming the interference fringe. Since it is necessary to match the reflectivities, there is a problem that the reflectivity matching between the two becomes complicated and the interference fringes in the optimum state cannot be observed. Therefore, generally, a reference plate 3 having a high, medium, and low reflectivity is prepared corresponding to the subject 4 having a high, medium, and low reflectivity, or a reference plate 3 having a low reflectivity is prepared. By using an ND filter and an attenuation plate or the like between the reference plate 3 and the subject 4, the amount of light reflected from the reference plate 3 and the subject 4 is matched.
[0005]
However, a good interference fringe with a maximum contrast can be obtained for an object having a certain reflectance, but a good interference fringe cannot always be obtained as the reflectance differs. In addition, in the former solution, although three types of expensive reference plates 3 are prepared, a large number of reference plates 3 having different reflectances must be prepared. In the latter solution, various ND filters and attenuation plates having different reflectances are required. Therefore, both of them are costly and involve troublesome operations such as attachment and removal.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an interferometer capable of obtaining a good interference fringe with a maximum contrast without exchanging a reference plate or an attenuation plate depending on the reflectance of the subject. To provide an apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides light source light to a reference plate and a subject arranged on the same optical axis, and interference fringes are generated by light reflection on each surface of the reference plate and the subject. A light source unit that emits linearly polarized light to the reference plate and the subject using a polarization conversion unit that converts the light source light into linearly polarized light or a linearly polarized light source, and the reference plate And a movable polarizing plate that is rotatably arranged in the optical path between the subject and the subject and changes the amount of transmitted light by the rotation, and is reflected from the subject by rotating the movable polarizing plate. The amount of light can be adjusted, the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate is measured, and the transmitted wavefront aberration is corrected corresponding to the rotational position of the movable polarizing plate .
The invention according to claim 2 is characterized in that the movable polarizing plate is disposed slightly inclined with respect to a plane orthogonal to the transmission optical axis.
The invention according to claim 3 is an interferometer apparatus that applies light source light to a reference plate and a subject arranged on the same optical axis, and forms interference fringes by light reflection of each surface of the reference plate and the subject. A light source unit that emits linearly polarized light to the reference plate and the subject using a polarization conversion unit that converts the light source light into linearly polarized light or a linearly polarized light source, and between the reference plate and the subject It is arranged rotatably in the optical path, and includes a movable polarizing plate that changes the amount of transmitted light by this rotation.By rotating the movable polarizing plate, the amount of light reflected from the subject can be adjusted, and By rotating the imaging device that captures interference fringes formed from the reflected light from the reference plate and the reflected light from the subject according to the rotation of the movable polarizing plate, the transmission wavefront aberration of the movable polarizing plate to correct for measurement error And wherein the door.
The invention according to claim 4 is characterized in that the movable polarizing plate is attached to a reference plate holder for holding the reference plate or a sample holder for holding the subject.
The invention according to claim 5 is characterized in that a reflectance scale is provided for determining the rotational position of the movable polarizing plate that matches the reflectance of the subject surface.
[0008]
According to the above configuration, the light source light is converted into linearly polarized light by a polarization conversion means such as a polarizing plate, and this linearly polarized light is emitted to the reference plate and the subject and reflected from the reference surface and the test surface. Interference fringes are formed by light. The amount of light reflected from the test surface is adjusted by rotating a movable polarizing plate disposed between the reference plate and the subject. For example, when placing a low-reflectance reference plate on the front side and a high-reflectance subject on the rear side when viewed from the light source, the light intensity of both forming interference fringes by reducing the amount of light with the movable polarizing plate Therefore, interference fringes with good contrast can be observed.
[0009]
If the above-mentioned movable polarizing plate is disposed slightly tilted from a position perpendicular to the optical axis, light directly reflected from the polarizing plate can be prevented from affecting the imaging surface as noise.
[0010]
Further, when there is a transmitted wavefront aberration in the movable polarizing plate, the aberration affects the interference fringes according to the rotation of the polarizing plate, resulting in a measurement error. Therefore, by measuring the transmitted wavefront aberration data in advance and storing it in a memory or the like, and correcting this aberration in accordance with the rotational position of the movable polarizing plate, the influence of the aberration caused by the presence of the polarizing plate can be removed. it can. The correction for rotating the transmitted wavefront aberration can also be performed by rotating the imaging element for observation according to the rotation of the movable polarizing plate.
[0011]
Further, the movable polarizing plate can be rotatably attached to a reference plate holder, a sample stage, etc. At this time, if a reflectance scale is provided on a support portion of the movable polarizing plate, the movable polarizing plate can be made according to the reflectance of the subject. Can be set before measurement, and when measuring an object whose reflectance is known, it is easy to set the reflectance.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 5 show the configuration of an interferometer apparatus according to a first example of the embodiment. First, the overall configuration will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a polarizing plate 11 for converting laser light into linearly polarized light is disposed on the output side of the He—Ne laser 10, and a diverging lens L 1 and a pinhole portion 12 are disposed on the rear side of the polarizing plate 11. On the rear side of the pinhole portion 12, a half (semi-transmissive) mirror 14 is provided, and a collimator lens L2 for converting the transmitted light of the half mirror 14 into a parallel light beam is disposed.
[0013]
A reference plate 15 is disposed on the rear side of the collimator lens L2, and the reference plate 15 having a low reflectance (for example, about 4%) is used. The subject 16 is arranged behind the reference plate 15. In the first example, the movable polarizing plate 17 is rotatable between the reference plate 15 and the subject 16. Provided.
[0014]
FIG. 2 shows the movable polarizing plate 17 disposed on the reference plate portion of the apparatus. In this reference plate portion 18, the reference plate 15 is attached to an upper reference plate holder 19 via a buffer material 20 or the like, and the movable polarizing plate 17 is attached to a lower polarizing plate holder (contrast adjustment ring) 21 with a spacer 22A. And the buffer material 22B. The polarizing plate holder 21 is attached by screw coupling or the like so as to be rotatable with respect to the reference plate holder 19, whereby the movable polarizing plate 17 is rotated about the optical axis, thereby performing a contrast adjustment function.
[0015]
According to such a movable polarizing plate 17, in the state where the polarization direction coincides with the polarization plane of the polarizing plate 11 on the light source side, the light source light (linearly polarized light) is allowed to pass through with a minimum reduction in the amount of light. When rotating clockwise or counterclockwise, the light transmission amount decreases according to the rotation amount. Therefore, the intensity of the light reflected from the subject 16 can be adjusted by changing the rotation angle of the movable polarizing plate 17, whereby the intensity of the light reflected from the reference plate 15 is adjusted. It becomes possible to adapt.
[0016]
Further, the movable polarizing plate 17 is not parallel to the plane F perpendicular to the central axis of the reference plate portion 18 as shown in the drawing, but is slightly inclined by changing the thickness of the spacer 22A and the buffer material 22B. ing. That is, when the movable polarizing plate 17 is arranged in parallel with the plane F, the direct reflected light from the polarizing plate 17 enters an image pickup device described later and affects the interference fringe image (noise). The plate 17 is slightly inclined with respect to the vertical plane F so that the reflected light does not reach the image sensor.
[0017]
In FIG. 1, an encoder 23 for detecting the rotation angle of the polarizing plate 17 is attached to the movable polarizing plate 17 described above, and an angle detector 24 is connected to the encoder 23. Further, an imaging lens L3 for forming an image of the test surface on the imaging surface of the TV camera 25 through the half mirror 14 is disposed. The TV camera 25 is connected to a TV monitor 26 for displaying interference fringes, and a computer 28 having a memory 27 and a display 29 for displaying an analysis image and the like.
[0018]
The computer 28 detects the object from the interference fringes obtained by the TV camera 25 based on a fringe scanning method or the like in which the reference plate 15 is slightly moved in the optical axis direction using a piezoelectric element (not shown). 16 is analyzed, and measurement error correction processing due to transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate 17 is performed. That is, since the movable polarizing plate 17 is disposed between the reference plate 15 and the subject 16, the measurement result is obtained by adding the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate 17 to the shape of the surface of the subject 16. . Therefore, in the embodiment, the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate 17 is measured in advance, this data is stored in the memory 27, and then the transmitted wavefront data in the memory 27 is subtracted from the actual measured value. By correcting, the measurement accuracy is increased.
[0019]
For correction of the transmitted wavefront aberration, if the movable polarizing plate 17 is in a fixed state, the data in the memory 27 may be simply subtracted. However, since the movable polarizing plate 17 is rotated in the present invention, it is simply subtracted. It is not possible to make an accurate measurement simply by using the Therefore, in this example, although the details will be described later, the transmission wavefront aberration data is also converted into a rotated state and subtracted from the measured value.
[0020]
FIG. 3 shows the appearance of the reference plate portion 18 of FIG. 2. For example, the reflectance scale 31 of the subject 16 such as 4, 5, 10 (%) is attached to the outer periphery of the reference plate holder 19. Then, a triangular index 32 can be attached to the outer periphery of the polarizing plate holder (contrast adjustment ring) 21. According to this, by setting the index 32 to the reflectance scale 31 so that the reflectance of the test surface to be observed / analyzed is set, the setting of the movable polarizing plate 17, that is, the contrast adjustment is simplified.
[0021]
The relationship between the reflectance of the test surface and the rotation angle is as follows. For example, the reflectance of the reference surface 15A is 0.04 (low reflection reference plate), the other is considered to be transmissive (the surface opposite to the reference surface 15A is usually provided with an antireflection coating), and the transmittance is 0.96. The angle between the polarizing plane of the polarizing plate 11 and the polarizing plane of the movable polarizing plate 17 is θ, the transmittance of the movable polarizing plate 17 is T when the angle θ is 0 degree, and the reflectance of the subject 16 is Assuming R, the intensity of the light reflected from the subject 16 and the intensity of the light reflected from the reference surface 15A are equal at the time of observation (imaging) and an interference fringe with good contrast is obtained. Is established.
[Formula 1]
(0.96 × cos ² θ × T) ² × R = 0.04
[0022]
Here, if the loss of light transmitted through the movable polarizing plate 17 when the angle θ = 0 of the movable polarizing plate 17 is ideally zero, the transmittance T = 1 (100%). Therefore, when T = 1, the above formula 1 becomes the following formula 2.
[Formula 2]
θ = cos ⁻¹ ((0.04 ÷ R) ^1/2 ÷ 0.96) ^1/2
[0023]
According to Equation 2, it can be seen that interference fringes with good contrast can be obtained by adjusting the angle θ according to the reflectance of the surface of the subject 16. For example, when R = 0.05, the angle θ = 15 degrees, when R = 0.1, the angle θ = 36 degrees, when R = 0.2, the angle θ = 47 degrees, and when R = 0.4, the angle θ = When 55 degrees and R = 0.8, the angle θ = 61 degrees. However, in this case, when R is 0.043 or less, the angle θ can only be adjusted to 0 degree, and the adjustment range for the reflectance R is about 4 to 100%.
[0024]
The first example is configured as described above. According to such an interferometer device, the laser light output from the laser 10 is converted into linearly polarized light by the polarizing plate 11, and this linearly polarized light passes through the half mirror 14. Then, the light enters the reference plate 15 through the collimator lens L2. The light transmitted through the reference plate 15 reaches the test surface of the subject 16 via the movable polarizing plate 17, and the reflected light from the reference surface 15A and the test surface is reflected by the half mirror 14. Then, the light is guided to the TV camera 25 through the imaging lens L3. Accordingly, in the TV camera 25, interference fringes generated by light reflection by the reference surface 15A and the test surface of the subject 16 are imaged, and the interference fringes are displayed on the TV monitor 26 and the computer. Interference fringes are analyzed by 28. This analysis result is displayed on the display 29.
[0025]
In the interference fringe observation, the contrast can be adjusted by rotating the movable polarizing plate 17. That is, since the reference plate 15 (reference surface 15A) having a reflectance of 4% is used, when measuring the subject (test surface) 16 having a reflectance of 4%, the polarizing plate in FIG. By adjusting the triangular index 32 of the holder 21 to 4% (θ = 0) in the center, the amount of light transmitted through the movable polarizing plate 17 is maximized, and the intensity of light reflected from the reference surface 15A is reflected from the test surface. The light intensity can be matched. Thereby, interference fringes with good contrast are observed.
[0026]
Here, the light reflected from the test surface is reflected again by 4% on the reference surface 15A. Strictly speaking, the intensity of the light reflected from the test surface is slightly less, but this is a practical problem. It will not be. This is the reason why the above formula 1.2 is an approximate formula. Accordingly, when a medium reflectance or a high reflectance is used for the reference plate 15, the above equation does not hold, and the adjustment range for the reflectance R is reduced, which is not practical.
[0027]
In this example, the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate 17 is corrected by the operation shown in FIG. In FIG. 4, first, in step 101, the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate 17 is measured. In this measurement, the polarization plane of the movable polarizing plate 17 is aligned with the polarization direction of the light beam to maximize the amount of light, and the reference has high surface accuracy. A test object (for example, another reference plate) is placed at the position of the test object 16. The transmitted wavefront data at this time is stored in the memory 27 as correction data WA, and the angle of the movable polarizing plate 17 at the time of measurement is set as the origin.
[0028]
In this step 101, the movable polarizing plate 17 is not arranged in the optical path, but the measurement data using the reference plate 15 and the reference object is subtracted from the WA, and this data may be used as the correction data WA again. According to this, the measurement accuracy can be further increased. That is, when the transmitted wavefront aberration of the polarizing plate 17 is measured, it is measured in a form including the measurement error of the apparatus, and such an error can be removed by the above operation. The amount of only the transmitted wavefront aberration of the plate 17 is accurately extracted.
[0029]
Next, in step 102, the subject 16 is arranged and the movable polarizing plate 17 is rotated to set it at a position where the contrast of the interference fringes is good. In step 103, the surface of the subject 16 is measured, and this measurement is performed. The data is WB.
[0030]
In the next step 104, the angle of the rotated movable polarizing plate 17 is detected from the encoder 23, the correction data WA is rotated by this rotation angle, and the correction data WAθ of the rotational position is obtained. That is, the transmission wavefront data WA that coincides with the rotation center of the movable polarizing plate 17 is rotated around the coordinate center, and this data is used as the correction data WAθ at the rotation angle. Usually, since the measurement data obtained from the image data is in the XY coordinate system, the correction data WAθ needs to be devised such as using data in the vicinity when rotated. In step 105, the shape of the test surface is calculated with WB-WAθ = WX. As for the surface accuracy, it is well known that inclination correction is performed by the method of least squares.
[0031]
FIG. 5 shows the concept of correcting the transmitted wavefront aberration. As shown in FIG. 5A, in step 101, the polarization plane H1 of the light beam and the polarization plane H2 of the movable polarizing plate 17 are changed. It is assumed that the correction point data wa (one point in WA) exists on a line of 15 degrees from the rotation center O of the movable polarizing plate 17, for example, which coincides with the horizontal axis (X axis). Then, as shown in FIG. 5B, if the movable polarizing plate 17 rotates 30 degrees (θ) to obtain a good interference fringe contrast, the correction point data waθ ( (One point in WAθ) is obtained in step 104 above. Accordingly, in step 105, the correction point data waθ is subtracted from the test surface data WB, and the transmitted wavefront aberration of the polarizing plate 17 is corrected.
[0032]
FIG. 6 shows a second example of the embodiment. In the second example, the image sensor is rotated in order to correct the transmitted wavefront aberration. That is, if the image pickup device is rotated in accordance with the rotation of the movable polarizing plate 17, the rotation of the transmitted wavefront aberration data of the movable polarizing plate 17 can be eliminated. Therefore, in this second example, the TV camera 25 is rotatably supported and is configured to be driven to rotate by the motor 34, gears 35A, 35B, etc., and the rotation angle of the TV camera 25 by the encoder 36 and the angle detector 37. Is detected.
[0033]
According to the second example, the rotation of the transmitted wavefront aberration on the imaging surface can be eliminated by rotating the TV camera 25 in the rotation direction of the transmitted wavefront aberration by the same angle as the rotation angle of the movable polarizing plate 17. it can. Therefore, by simply subtracting the correction data WA obtained in step 101 of FIG. 4 from the test surface data WB, the transmitted wavefront aberration is corrected and accurate measurement can be performed.
[0034]
FIG. 7 shows a third example of the embodiment, in which the movable polarizing plate is attached to the sample table (subject table) side. As shown in the figure, the sample stage 39 on which the subject 16 is placed is disposed in the sample stage support 42 with a spring 40 and a horizontal position adjusting screw 41, and the sample stage 39 is arranged in the horizontal position adjusting screw 41. Is kept horizontal and tilt adjustment is possible.
[0035]
A polarizing plate holder (contrast adjusting ring) 44 is rotatably attached to the sample table support portion 42 by screw coupling or the like, and a movable polarizing plate is inserted into the polarizing plate holder 44 via a spacer 45A and a buffer material 45B. 17 is provided. In the case of the movable polarizing plate 17 as well, as in the case of FIG. 2, the movable polarizing plate 17 is disposed so as to be inclined with respect to the plane F perpendicular to the optical axis. In the third example as well, similarly to the first example, the amount of reflected light of the subject 15 can be adjusted, and interference fringes with good contrast can be observed. In this case as well, the reflectance scale of the subject 16 can be attached to the outer periphery of the support portion 42.
[0036]
In the above embodiment, the movable polarizing plate 17 is set at the reflectance scale of the subject 16, but the rotation angle corresponding to the reflectance can also be set directly. That is, the reflectance of the subject 16 is input by storing the rotational angle table of the movable polarizing plate 17 with respect to the reflectance of the subject 16 in a memory or using an arithmetic program for obtaining the rotational angle from the reflectance. Thus, the rotation angle of the movable polarizing plate 17 is obtained. And what is necessary is just to set the movable polarizing plate 17 to the calculated rotation angle manually or automatically.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and third aspects of the invention, the amount of light reflected from the subject is adjusted by rotating linearly polarized light as the light source and rotating the movable polarizing plate. Unlike the prior art, it is not necessary to replace the reference plate in accordance with the reflectance of the subject, and continuous contrast adjustment of interference fringes becomes possible. Therefore, even for various types of specimens with different reflectivities, the intensity of the light reflected from the test surface can be easily matched to the intensity of the light reflected from the reference surface, and interference with good contrast can be achieved. It is possible to observe stripes. In addition, contrast can be adjusted at a lower cost than in the past.
[0038]
In addition, surface treatment such as reflective coating may be performed on the subject. In this case, the surface condition before and after the surface treatment can be measured with the same device and the same reference plate, so the difference between before and after the surface treatment is evaluated. There is also an advantage that it becomes effective to do. Further, since the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate is corrected, it is possible to remove the influence of the aberration caused by the presence of the polarizing plate.
[0039]
According to the invention according to claim 2 , since the movable polarizing plate is disposed slightly inclined with respect to the plane orthogonal to the transmission optical axis, the reflected light from the polarizing plate surface does not affect the observation image as noise, Good interference fringes can be obtained.
[0040]
According to the fifth aspect of the invention, since the reflectance scale of the subject is attached, there is an advantage that the contrast of the interference fringes can be easily adjusted only by aligning the movable polarizing plate with the reflectance scale. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an interferometer device [FIG. (A)] and a movable polarizing plate [FIG. (B)] according to a first example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an arrangement state of a movable polarizing plate in a reference plate portion of a first example.
3 is an external view showing a configuration of an outer periphery of a reference plate portion in FIG. 2. FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of correcting transmitted wavefront aberration in the first example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a concept of transmitted wavefront aberration correction of the first example.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a second example of the embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a third example of the embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional interferometer apparatus.
[Explanation of symbols]
1,14 ... half mirror,
3, 15 ... Reference plate,
4, 16… subject,
11 ... Polarizing plate,
17 ... movable polarizing plate,
19… Reference plate holder,
21… Polarizing plate holder,
23, 36 ... Encoder,
24, 37 ... Angle detector,
25 ... TV camera,
27 ... memory,
28 ... Computer,
31 ... reflectance scale,
39: Sample stage.

Claims

同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、
上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、
上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、
上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、
この可動偏光板の透過波面収差を測定し、この可動偏光板の回転位置に対応して上記透過波面収差を補正することを特徴とする干渉計装置。 In an interferometer device that applies light source light to a reference plate and a subject arranged on the same optical axis, and forms interference fringes by light reflection of each surface of the reference plate and the subject.
A light source unit that emits linearly polarized light to the reference plate and the subject using a polarization conversion unit that converts the light source light into linearly polarized light or a linearly polarized light source;
A movable polarizing plate that is rotatably arranged in the optical path between the reference plate and the subject, and that changes the amount of transmitted light by this rotation,
By rotating the movable polarizing plate, it is possible to adjust the amount of light reflected from the subject ,
An interferometer apparatus that measures the transmitted wavefront aberration of the movable polarizing plate and corrects the transmitted wavefront aberration corresponding to the rotational position of the movable polarizing plate .

上記可動偏光板を、透過光軸と直交する面に対し僅かに傾けて配置したことを特徴とする請求項１記載の干渉計装置。2. The interferometer apparatus according to claim 1 , wherein the movable polarizing plate is disposed slightly inclined with respect to a plane orthogonal to the transmission optical axis.

同一光軸上に配置された基準板及び被検体に光源光を与え、この基準板及び被検体の各面の光反射で干渉縞を形成する干渉計装置において、
上記光源光を直線偏光へ変換する偏光変換手段又は直線偏光の光源を用いて、上記基準板及び被検体へ直線偏光の光を出射する光源部と、
上記基準板と上記被検体との間の光路中に回転可能に配置され、この回転によって透過光量を変化させる可動偏光板とを備え、
上記可動偏光板を回転させることにより、上記被検体から反射してくる光量を調整可能にすると共に、
上記基準板からの反射光と上記被検体からの反射光から形成する干渉縞を撮像する撮像素子を、上記可動偏光板の回転に応じて回転させることにより、この可動偏光板の透過波面収差による測定誤差を補正することを特徴とする干渉計装置。 In an interferometer device that applies light source light to a reference plate and a subject arranged on the same optical axis, and forms interference fringes by light reflection of each surface of the reference plate and the subject.
A light source unit that emits linearly polarized light to the reference plate and the subject using a polarization conversion unit that converts the light source light into linearly polarized light or a linearly polarized light source;
A movable polarizing plate that is rotatably arranged in the optical path between the reference plate and the subject, and that changes the amount of transmitted light by this rotation,
By rotating the movable polarizing plate, it is possible to adjust the amount of light reflected from the subject,
By rotating the imaging device that captures interference fringes formed from the reflected light from the reference plate and the reflected light from the subject according to the rotation of the movable polarizing plate, the transmission wavefront aberration of the movable polarizing plate An interferometer device that corrects a measurement error .

上記可動偏光板を上記基準板が保持される基準板ホルダー又は上記被検体が保持される試料保持部へ取り付けたことを特徴とする請求項１乃至３記載の干渉計装置。 4. The interferometer apparatus according to claim 1, wherein the movable polarizing plate is attached to a reference plate holder for holding the reference plate or a sample holder for holding the subject .

上記被検体面の反射率に一致する可動偏光板の回転位置が判断できる反射率目盛を付したことを特徴とする請求項１乃至４記載の干渉計装置。 5. The interferometer apparatus according to claim 1, further comprising a reflectance scale that can determine a rotational position of the movable polarizing plate that matches the reflectance of the subject surface .