JP4494438B2 - Laser scanning interferometer - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ走査干渉計に関し、特に、横分解能が高く、高精細、高コントラストで干渉波形（干渉縞）と被検体測定面の表面形状とを同時に１つの画面に表示して確認することが可能なレーザ走査干渉計に関する。 The present invention relates to a laser scanning interferometer, and in particular, displays and confirms an interference waveform (interference fringes) and a surface shape of an object measurement surface simultaneously on a single screen with high lateral resolution, high definition, and high contrast. Relates to a laser scanning interferometer capable of
金属やガラス、プラスチック等の表面形状を正確に確認するための手段として干渉計が広く知られている。例えば、フィゾー干渉計は、透明なガラス板からなる平面原器と被検体とを所定の位置関係に配置した状態で平面原器側から測定光を照射し、平面原器裏面の参照面で反射した参照光と被検体の測定面で反射した測定光とをＣＣＤ等の受光部で受光し、参照光と測定光とのズレにより生じる干渉波形を表示部に表示し、この干渉波形の状態によって被検体測定面の表面形状、平面度を評価するように形成されている。 An interferometer is widely known as a means for accurately confirming the surface shape of metal, glass, plastic or the like. For example, a Fizeau interferometer irradiates measurement light from the planar master side with the planar prototype made of a transparent glass plate and the subject placed in a predetermined positional relationship, and reflects it on the reference surface on the back of the planar prototype The received reference light and the measurement light reflected by the measurement surface of the subject are received by a light receiving unit such as a CCD, and an interference waveform caused by a deviation between the reference light and the measurement light is displayed on the display unit. It is formed so as to evaluate the surface shape and flatness of the subject measurement surface.
このような干渉計の応用例として、１回の測定可能範囲より大きい領域の被検体を測定するときに用いられる開口合成法が知られている。この開口合成方法は、被検体の隣接する部分を一部が重なるようにして複数の小領域に分割し、この小領域ごとに測定して測定結果をデータ処理し、これらをつなぎ合わせて被検体全体の表面形状とするようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、従来の干渉計で得られる干渉波形の横分解能精度は、参照光及び測定光を受光する受光部の分解能によって制限されるため、この分解能を超えての細かな領域での高精細の干渉波形を表示部に表示することはできず、被検体測定面の広い範囲を高精細で横分解能が高い測定を行うことはできないという問題がある。 However, since the lateral resolution accuracy of the interference waveform obtained with a conventional interferometer is limited by the resolution of the light receiving unit that receives the reference light and measurement light, high-definition interference in a fine region exceeding this resolution is possible. There is a problem that the waveform cannot be displayed on the display unit, and it is impossible to perform measurement with a high resolution and a high lateral resolution over a wide range of the subject measurement surface.
また、横分解能が低いことから、被検体測定面の横方向に急激な高さ方向の高低差がある場合、干渉縞はきわめて細かくなるはずであるが、横分解能が低いため、その高低差に追従して干渉縞を表示することができず、細かな領域の高低差をカットした干渉波形として表示されることになる。これは細かな部分を測定できないことを意味している。このことは、面全体の平均的な平面度は測定できるが微細な構造を無視していることになり、また、測定できる範囲が限定されることになり、被険体測定面を正確に捉えているとはいえない。 Also, since the horizontal resolution is low, if there is a sudden height difference in the horizontal direction of the measurement surface, the interference fringes should be very fine. The interference fringes cannot be displayed following the display, and are displayed as an interference waveform in which the height difference of a fine area is cut. This means that detailed parts cannot be measured. This means that the average flatness of the entire surface can be measured but the fine structure is ignored, and the range that can be measured is limited. I cannot say that.
さらに、測定精度が受光部のレンズによって制限を受けることである。被検体の１回の測定可能範囲を広い領域に設定しようとすると、レンズの倍率を小さくしなければならない。しかし、レンズの倍率を小さくすれば、横分解能が低下して被検体測定面の表面形状を正確に捉えることができなくなるため、測定方向に凹凸の高低差があったとしても、レンズ倍率によっては、それを検出して測定することはできない。 Furthermore, the measurement accuracy is limited by the lens of the light receiving unit. In order to set a single measurable range of the subject in a wide area, the magnification of the lens must be reduced. However, if the magnification of the lens is reduced, the lateral resolution is reduced and the surface shape of the subject measurement surface cannot be accurately captured, so even if there are irregularities in the measurement direction, depending on the lens magnification , It can not be detected and measured.
また、表示部に干渉波形を表示しているとき、横分解能が低いので細かな凹凸を十分に確認できないという問題もある。前述のような高低差の激しい部分が存在する被検体の場合には、干渉波形と実測面の形状とを同時に確認できることが望ましく、小さなごみや傷が測定面にある場合も、これらを同時に確認できることが望ましい。しかし、従来の干渉計ではこれらの確認を行うことができないため、干渉計とは別個に測定面形状を確認する装置を用意しなければならない。測定面の形状を別個の装置で確認するためには、同じ被検体を各装置にそれぞれセットしなおして確認することになり、時間も手間もかかってコスト高となる。 In addition, when the interference waveform is displayed on the display unit, there is a problem that fine unevenness cannot be sufficiently confirmed because of low lateral resolution. In the case of a subject where there is a significant difference in height as described above, it is desirable to be able to confirm the interference waveform and the shape of the measured surface at the same time, even if there are small debris or scratches on the measured surface. It is desirable to be able to do it. However, since the conventional interferometer cannot perform these confirmations, a device for confirming the measurement surface shape must be prepared separately from the interferometer. In order to confirm the shape of the measurement surface with a separate device, the same subject must be set again in each device, which is time consuming and labor intensive.
加えて、精度を高く保ったままでは、測定可能な範囲が限定されてしまうという問題もある。精度の問題を問わなければ前記開口合成法で処理することができるが、データ処理や複雑な操作が必要となるという欠点がある。さらに、フィゾー干渉計に代表される従来の干渉計では、測定範囲が広い大きな被検体を測定する場合は、被険体よりも大きな参照面が必要となり、参照面の製作が極めて困難となっている。 In addition, there is also a problem that the measurable range is limited while maintaining high accuracy. If there is no problem with accuracy, processing can be performed by the aperture synthesis method, but there is a drawback that data processing and complicated operations are required. Furthermore, with conventional interferometers typified by Fizeau interferometers, when measuring a large subject with a wide measurement range, a reference surface that is larger than the subject is required, making it difficult to manufacture the reference surface. Yes.
そこで本発明は、横分解能が極めて高く、高精細、高コントラストの干渉波形を得ることができ、測定面の急激な高低差や緩やかな変化にも追従でき、しかも、干渉波形と測定面の表面形状とを同時に、大きな範囲を横分解能が極めて高い状態で計測することができ、一つの画面上で確認することができ、開口合成法に頼ることなく測定可能範囲を拡張することもでき、機能の向上だけでなく、汎用性、操作性の大幅な向上も図れるとともに、参照板の製作も容易なレーザ走査干渉計を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has an extremely high lateral resolution, can obtain a high-definition, high-contrast interference waveform, can follow a sudden height difference or a gradual change in the measurement surface, and further, the interference waveform and the surface of the measurement surface. At the same time, a large range can be measured with extremely high lateral resolution and can be confirmed on a single screen, and the measurable range can be expanded without relying on aperture synthesis. It is an object of the present invention to provide a laser scanning interferometer that can greatly improve versatility and operability in addition to improving the above-described characteristics, and can easily manufacture a reference plate.
上記目的を達成するため、本発明のレーザ走査干渉計は、平行に配置した参照板の参照面及び被検体の被観察面に走査光を照査して前記参照面から反射された参照光と前記被観察面から反射された被観察面光との干渉により生じる干渉縞の画像を得る干渉光学系を備えた干渉計において、前記干渉光学系は、レーザ光を平行光束として出力するレーザ光源部と、該レーザ光源部からのレーザ光を反射して走査光に変換する走査ミラーと、該走査ミラーからの走査光を前記参照面及び被観察面に垂直に照射するテレセントリックｆθレンズと、該テレセントリックｆθレンズ１６の焦点面近傍に配置された前記参照面及び被観察面からの反射光を前記テレセントリックｆθレンズにより平行光束に変換し、前記走査ミラーで反射させた後に前記レーザ光源部からのレーザ光と分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで分離した前記反射光を集光する結像レンズと、前記テレセントリックｆθレンズの焦点面と共役の位置に設置したスリットもしくはピンホールと、前記結像レンズにより集光されて前記スリットもしくはピンホールを通過した前記反射光の光量を計測する受光素子とを有し、該受光素子で計測した光量をＡ／Ｄ変換して前記走査ミラーの走査角度に対応した１次元のデータを記憶する演算手段と、該演算手段に記憶した前記１次元のデータを一つの走査線の干渉波形として時系列に配置した２次元の干渉縞として表示する表示手段とを備え、前記参照面は、走査光の走査方向の長さは走査光の走査幅に対応した長さであり、走査方向に対して直交する方向の幅は被検体の幅よりも狭く、かつ、走査ビーム径より大きい幅寸法である。 In order to achieve the above object, a laser scanning interferometer according to the present invention is configured such that the reference light reflected from the reference surface by checking the scanning light on the reference surface of the reference plate arranged in parallel and the surface to be observed of the subject is In an interferometer having an interference optical system that obtains an image of interference fringes generated by interference with light to be observed reflected from the surface to be observed, the interference optical system includes a laser light source unit that outputs laser light as a parallel light beam, , the scanning mirror into a scanning light by reflecting the laser light from the laser light source unit, a telecentric fθ lens which irradiates vertically scanning light from the scanning mirror to the reference plane and the observation plane, the telecentric fθ It said reference surface is arranged in the vicinity of the focal plane of the lens 16 and the reflected light of the observed surface or we converted into parallel light flux by the telecentric fθ lens, the record in after being reflected by the scanning mirror A beam splitter for separating the laser beam from the laser light source unit, said an imaging lens for focusing the separated the reflected light by the beam splitter, a slit or pinhole was disposed at the position of the focal plane conjugate of the telecentric fθ lens When, and a light receiving element that measures the amount of light passing through the slit or pinhole is condensed the reflection light by the imaging lens, the scanning light amount measured by the light receiving element to a / D conversion a calculating means for storing the one-dimensional data corresponding to the scanning angle of the mirror, the display as a two-dimensional interference fringes are arranged in time series the one-dimensional data stored in said calculating means as an interference waveform of one scan line The reference surface has a length in the scanning direction of the scanning light corresponding to a scanning width of the scanning light, and a width in a direction perpendicular to the scanning direction is The width is narrower than the width of the subject and larger than the scanning beam diameter .
さらに、本発明のレーザ走査干渉計は、前記走査光が被観察面を１回走査する毎に、走査光の走査方向及び走査光の光軸のそれぞれに直交する方向に、走査光の走査幅に対応する量だけ被観察面を移動させる移動手段を備えていることを特徴としている。 Furthermore, the laser scanning interferometer according to the present invention is configured so that each time the scanning light scans the surface to be observed once, the scanning width of the scanning light in a direction orthogonal to the scanning direction of the scanning light and the optical axis of the scanning light. It is characterized in that only has a moving means for moving an observed surface amount corresponding to.
また、前記参照面及び前記被観察面は、前記テレセントリックｆθレンズの開口数に対応したレーザ光のビームウエストの範囲内に配置されていることが好ましく、前記参照面の走査光反射面は平面以外のもので、例えば曲面や球面であってもよい。 Also, the reference surface and the object to be observed surface, said that you have placed within range of the beam waist of the laser light corresponding to the numerical aperture of the telecentric fθ lenses are preferred, scanning light reflection surface of the reference surface is a plane For example, it may be a curved surface or a spherical surface.
また、前記参照面を含む光学系及び前記被観察面の少なくともいずれか一方を走査光の光軸に直交する方向に移動可能に形成することにより、小さな参照面で大きな被観察面を測定することができる。さらに、前記被観察面及び前記参照面が液中に配置されていても被観察面を測定することができる。 Further, by movably formed before the at least one optical system and said observation target surface containing hexane Thermen in a direction perpendicular to the optical axis of the scanning light, measures the greater the observed surface in a small reference surface be able to. Furthermore, even if the observed surface and the reference surface are arranged in the liquid, the observed surface can be measured.
本発明のレーザ走査干渉計は、レーザ光源からのレーザ光を平行光束としてビームスプリッタを介して走査ミラーに導き、該走査ミラーで前記レーザ光を走査光に変換してテレセントリックｆθレンズに入射させ、該テレセントリックｆθレンズの焦点面近傍に近接配置した参照面及び被観察面からの反射光を前記テレセントリックｆθレンズにより平行光束に変換し、前記走査ミラーで反射させた後に前記ビームスプリッタでレーザ光源からのレーザ光と分離し、結像レンズによって集光して前記テレセントリックｆθレンズの焦点面と共役の位置に設置したスリットを通過させ、該スリットを通過した前記反射光の光量を受光素子で計測し、計測した光量信号をＡ／Ｄ変換して前記走査ミラーの角度に対応した時系列データとして演算手段に取り込んで配置することにより干渉波形を取得することができ、レーザ光による走査光で参照面と被観察面とを走査することから、走査するレーザ光の光点サイズでの分解能、例えば２万×１．６万ドットの約３億画素程度の分解能が得られる。したがって、受光部の分解能にとらわれずに高精細、高コントラストの干渉波形を得ることができる。これにより、横分解能を高めることができるので、高低差の急激な部分も、高低差が緩やかな部分も干渉波形として確実に検出することができる。さらに、参照面と被観察面とからの反射光を、テレセントリックｆθレンズの焦点面と共役の位置に設置したスリットを通過させることにより、余分な反射光をカットしてピントの合った光だけが受光素子に受光されることから、横分解能の向上、高精細化、高コントラスト化を促進することができる。 The laser scanning interferometer of the present invention guides laser light from a laser light source as a parallel beam to a scanning mirror via a beam splitter, converts the laser light into scanning light by the scanning mirror, and makes it incident on a telecentric fθ lens. Reflected light from a reference surface and an observation surface arranged close to the focal plane of the telecentric fθ lens is converted into a parallel light beam by the telecentric fθ lens, reflected by the scanning mirror, and then reflected from a laser light source by the beam splitter. Separated from the laser beam, condensed by an imaging lens, passed through a slit located at a position conjugate with the focal plane of the telecentric fθ lens, and the amount of the reflected light passing through the slit was measured by a light receiving element; A / D conversion is performed on the measured light quantity signal to calculate the time series data corresponding to the angle of the scanning mirror. The interference waveform can be acquired by capturing and arranging, and since the reference surface and the surface to be observed are scanned with the scanning light by the laser light, the resolution at the light spot size of the laser light to be scanned, for example, 20,000 × A resolution of about 300 million pixels of 16,000 dots can be obtained. Therefore, a high-definition and high-contrast interference waveform can be obtained without being restricted by the resolution of the light receiving unit. As a result, the lateral resolution can be increased, so that a steep part with a height difference and a part with a gentle height difference can be reliably detected as an interference waveform. Furthermore, by passing the reflected light from the reference surface and the surface to be observed through a slit located at a conjugate position with the focal plane of the telecentric fθ lens, the extra reflected light is cut and only the focused light is obtained. Since the light is received by the light receiving element, it is possible to promote improvement in lateral resolution, higher definition, and higher contrast.
さらに、走査光は、干渉波形を発生させるのと同時に、被観察面の表面形状も高精細に捉えていくから、これを画像信号として送り出すことにより、干渉波形と被検体測定面形状の画像とを同時に１つの画面上に表示することができる。また、走査光による被観察面の走査範囲は適宜に設定することが可能であるから、被観察面の測定可能範囲を任意に選定でき、開口合成法等に頼ることなく、一度の作業で広範囲の測定結果を求めることができる。したがって、干渉計としての機能を高め、汎用性と操作性とを向上させることができる。 Furthermore, since the scanning light generates an interference waveform and simultaneously captures the surface shape of the observation surface with high definition, by sending this as an image signal, the interference waveform and the image of the object measurement surface shape Can be simultaneously displayed on one screen. In addition, since the scanning range of the surface to be observed by the scanning light can be set as appropriate, the measurable range of the surface to be observed can be arbitrarily selected, and a wide range can be achieved in one operation without relying on the aperture synthesis method. Measurement results can be obtained. Therefore, the function as an interferometer can be improved, and versatility and operability can be improved.
また、前記移動手段で参照面及び被観察面を所定量だけ移動させることにより、すなわち、走査ミラーによる走査方向を主走査方向とし、該主走査方向及び光軸のそれぞれに直交する方向を副走査方向とし、前記走査ミラーで主走査方向にレーザ光（走査光）を走査した後、前記参照面及び被観察面を主走査方向の１走査ピッチに対応する量だけ副走査方向に移動させてから次の主走査方向の走査を行うことを順次繰り返すことで２次元の干渉波形を取得することができる。 Further, the reference means and the surface to be observed are moved by a predetermined amount by the moving means, that is, the scanning direction by the scanning mirror is set as the main scanning direction, and the direction perpendicular to the main scanning direction and the optical axis is sub-scanned. After the laser beam (scanning light) is scanned in the main scanning direction by the scanning mirror, the reference surface and the surface to be observed are moved in the sub scanning direction by an amount corresponding to one scanning pitch in the main scanning direction. A two-dimensional interference waveform can be acquired by sequentially repeating the scanning in the next main scanning direction.
さらに、１回の干渉波形を取得した後、前記参照面移動手段で参照面をレーザ光の波長以下の量だけ光軸方向に移動させて再びレーザ光による走査を行うことにより、位相シフト法によって被観察面をより確実に測定することができる。 Further, after obtaining one interference waveform, the reference plane is moved by the reference plane moving means in the optical axis direction by an amount equal to or less than the wavelength of the laser beam, and scanning with the laser beam is performed again. The surface to be observed can be measured more reliably.
また、参照面及び前記被観察面をテレセントリックｆθレンズの開口数に対応したレーザ光のビームウエストの範囲内に配置することにより、走査光自身が持つビームウエストで、走査光の現在位置に隣接する被観察面の形状を順次走査していくから、被観察面に急激な高低差があったとしても表面形状に追従して検出していくことができ、しかも、ビームウエスト内であればピントの合った状態で被観察面の変化を検出していくことができるので、小さな高低差や小さなごみ等が付着しているような場合でも、これらを光点サイズ以下のサイズで検出、表示して確認することができ、一定分解能での測定を進めることができる。 Further, by arranging the reference surface and the surface to be observed within the range of the beam waist of the laser light corresponding to the numerical aperture of the telecentric fθ lens, the scanning light itself has a beam waist adjacent to the current position of the scanning light. Since the shape of the surface to be observed is scanned sequentially, even if there is a sudden height difference on the surface to be observed, it can be detected by following the surface shape, and if it is within the beam waist, Since changes in the surface to be observed can be detected in a matched state, even if there are small differences in height or small dust, these are detected and displayed at a size below the spot size. It can be confirmed, and measurement with a constant resolution can proceed.
さらに、テレセントリックｆθレンズを交換可能とすることにより、被観察面の状態や測定範囲等の各種条件に応じたテレセントリックｆθレンズを選択使用することができ、より確実な干渉波形を取得することができる。また、波長が異なる複数のレーザ光を同時に使用して測定することにより、被観察面の状態をより正確に確認することができる。 Furthermore, by making the telecentric fθ lens replaceable, a telecentric fθ lens can be selectively used according to various conditions such as the state of the surface to be observed and the measurement range, and a more reliable interference waveform can be acquired. . Moreover, the state of the surface to be observed can be more accurately confirmed by simultaneously using a plurality of laser beams having different wavelengths.
図１及び図２は、本発明のレーザ走査干渉計の第１形態例を示すもので、図１はレーザ走査干渉計の全体構成を示す概略斜視図、図２は同じく要部の説明図である。 1 and 2 show a first embodiment of the laser scanning interferometer of the present invention. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the laser scanning interferometer, and FIG. is there.
本形態例に示すレーザ走査干渉計は、レーザ光源部１１を構成するレーザ光源１２から出力されたレーザ光をコリメータレンズ１３で平行レーザ光束Ｂとし、この平行レーザ光束Ｂをビームスプリッタ１４で反射させて進路を変え、モータ１５ａによって回転する走査ミラー１５に導く。平行レーザ光束Ｂは、矢印Ｔ方向に回転する走査ミラー１５で反射することによって走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・に変換されてテレセントリックｆθレンズ１６に入射する。各走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、該テレセントリックｆθレンズ１６を通過し、その焦点面近傍に近接配置された参照ガラス１７の参照面１７ａ及び被検体１８の被観察面１８ａにそれぞれ向かい、前記参照面１７ａ及び前記被観察面１８ａにて反射する。参照面１７ａ及び被観察面１８ａで反射した反射光である参照光１７ｒ及び測定光１８ｒは、前記テレセントリックｆθレンズ１６を逆方向に通過して反射平行光束Ｂｒとなり、前記走査ミラー１５で反射して前記ビームスプリッタ１４に向かう。反射平行光束Ｂｒは、ビームスプリッタ１４を通過することによってレーザ光源部１１からの平行レーザ光束Ｂと分離し、ミラー１９で反射して結像レンズ２０に入射される。結像レンズ２０で集光された反射平行光束Ｂｒは、前記テレセントリックｆθレンズ１６の焦点面と共役の位置に設置したピンホール板２１のスリットあるいはピンホール２１ａを通過してホトマル等の受光素子２２に入射する。受光素子２２は、入射した反射平行光束Ｂｒの光量を計測して光電変換を行い、光量に対応した光量信号を演算手段を含む制御部２３に送信する。制御部２３は、受光素子２２から得た光量信号をＡ／Ｄ変換するとともに前記走査ミラー１５の回転角度に対応した時系列データとして取得し、参照光１７ｒ及び測定光１８ｒの干渉状態に応じた明暗データとしてそれぞれ記憶し、記憶した時系列データを各走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の位置に対応したデータ処理を行ってディスプレイやプリンタ等の表示手段２４に明暗データを出力する。 In the laser scanning interferometer shown in this embodiment, the laser light output from the laser light source 12 constituting the laser light source unit 11 is converted into a parallel laser light beam B by the collimator lens 13, and the parallel laser light beam B is reflected by the beam splitter 14. Then, the path is changed and guided to the scanning mirror 15 rotated by the motor 15a. The parallel laser beam B is reflected by the scanning mirror 15 rotating in the direction of the arrow T to be converted into scanning light B1, B2, B3... And enters the telecentric fθ lens 16. Each scanning light beam B1, B2, B3 passes through the telecentric fθ lens 16 and faces the reference surface 17a of the reference glass 17 and the observation surface 18a of the subject 18 which are arranged close to the focal plane thereof, respectively. Reflected by the surface 17a and the surface to be observed 18a. The reference light 17r and the measurement light 18r, which are reflected light reflected by the reference surface 17a and the observed surface 18a, pass through the telecentric fθ lens 16 in the reverse direction to become a reflected parallel light beam Br, which is reflected by the scanning mirror 15. Go to the beam splitter 14. The reflected parallel light beam Br is separated from the parallel laser light beam B from the laser light source unit 11 by passing through the beam splitter 14, reflected by the mirror 19, and incident on the imaging lens 20. The reflected parallel light beam Br condensed by the imaging lens 20 passes through the slit or pinhole 21a of the pinhole plate 21 installed at a position conjugate with the focal plane of the telecentric fθ lens 16 and is a light receiving element 22 such as a photomultiplier. Is incident on. The light receiving element 22 measures the light amount of the incident reflected parallel light beam Br, performs photoelectric conversion, and transmits a light amount signal corresponding to the light amount to the control unit 23 including a calculation unit. The control unit 23 performs A / D conversion on the light amount signal obtained from the light receiving element 22 and obtains it as time-series data corresponding to the rotation angle of the scanning mirror 15, and according to the interference state of the reference light 17r and the measurement light 18r. The data is stored as light / dark data, and the stored time-series data is subjected to data processing corresponding to the positions of the scanning lights B1, B2, B3, and the light / dark data is output to the display means 24 such as a display or a printer.
前記参照ガラス１７及び被検体１８は、前記参照面１７ａと前記被観察面１８ａとを対向させた状態でステージ２５の上に設置されている。ステージ２５は、前記走査ミラー１５による走査方向を主走査方向（Ｘ）とし、該主走査方向（Ｘ）及び光軸（Ｂｃ）のそれぞれに直交する方向を副走査方向（Ｙ）としたときに、前記走査ミラー１５で主走査方向（Ｘ）にレーザ光（走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）を走査した後、前記参照ガラス１７及び被検体１８を主走査方向（Ｘ）の１走査ピッチに相当する距離、即ち走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の副走査方向（Ｙ）の光点寸法に対応する量だけ参照ガラス１７及び被検体１８を副走査方向（Ｙ）に移動させる機能を有している。したがって、１回の主走査方向（Ｘ）の走査を行った後にステージ２５を作動させて副走査方向（Ｙ）に参照ガラス１７及び被検体１８を移動させることを順次繰り返すことにより、被観察面１８ａを２次元で走査することができ、被観察面１８ａの状態を２次元で取得し、表示手段２４に２次元の干渉波形を表示することが可能となる。また、レーザ光束Ｂ（走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）の光軸（Ｂｃ）方向に参照ガラス１７及び被検体１８を移動させるためのＰＺＴ等の圧電素子２６が設けられている。 The reference glass 17 and the subject 18 are installed on the stage 25 with the reference surface 17a and the observation surface 18a facing each other. When the scanning direction by the scanning mirror 15 is a main scanning direction (X) and the direction perpendicular to the main scanning direction (X) and the optical axis (Bc) is a sub-scanning direction (Y), the stage 25 After the scanning mirror 15 scans the laser beam (scanning beams B1, B2, B3) in the main scanning direction (X), the reference glass 17 and the subject 18 correspond to one scanning pitch in the main scanning direction (X). A function of moving the reference glass 17 and the subject 18 in the sub-scanning direction (Y) by an amount corresponding to the distance of the light beam, that is, the light spot size in the sub-scanning direction (Y) of the scanning lights B1, B2, and B3. . Therefore, after the scanning in the main scanning direction (X) is performed once, the stage 25 is operated to sequentially move the reference glass 17 and the subject 18 in the sub scanning direction (Y), thereby sequentially observing the surface to be observed. 18 a can be scanned two-dimensionally, the state of the surface to be observed 18 a can be acquired two-dimensionally, and a two-dimensional interference waveform can be displayed on the display means 24. Further, a piezoelectric element 26 such as PZT for moving the reference glass 17 and the subject 18 in the direction of the optical axis (Bc) of the laser beam B (scanning light B1, B2, B3) is provided.
次に、このレーザ走査干渉計の操作手順を説明する。まず、参照ガラス１７と被検体１８とを対にしてステージ２５上に設置し、適宜な入力手段を介して制御部２３に指令を与え、レーザ光源１２を発光させるとともにモータ１５ａを回転させる。これにより、モータ１５ａが走査ミラー１５を図１に示す矢印Ｔの方向に回転させ、レーザ光源部１１からの平行レーザ光束Ｂを順次走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・に変換し、テレセントリックｆθレンズ１６を通して参照ガラス１７と被検体１８とに向かわせ、図１に示す矢印Ｘの方向（主走査方向Ｘ）に走査していく。 Next, the operation procedure of this laser scanning interferometer will be described. First, the reference glass 17 and the subject 18 are placed in pairs on the stage 25, and a command is given to the control unit 23 through appropriate input means to cause the laser light source 12 to emit light and to rotate the motor 15a. Accordingly, the motor 15a rotates the scanning mirror 15 in the direction of the arrow T shown in FIG. 1, and sequentially converts the parallel laser beam B from the laser light source unit 11 into the scanning lights B1, B2, B3. Scanning in the direction of the arrow X shown in FIG. 1 (main scanning direction X) is directed to the reference glass 17 and the subject 18 through the lens 16.
この走査光Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３による走査が進むと、各走査位置ごとに参照ガラス１７の参照面１７ａで反射した参照光１７ｒと被検体１８の被観察面１８ａで反射した測定光１８ｒとが順次発生する。両反射光１７ｒ，１８ｒは、往路を戻ってテレセントリックｆθレンズ１６で再び平行光束（反射平行光束Ｂｒ）となり、走査ミラー１５で反射してビームスプリッタ１４を通過してレーザ光源部１１からの平行レーザ光束Ｂと分岐し、ビームスプリッタ１４を直進してミラー１９で進路を変えて結像レンズ２０を通り、ピンホール板２１のピンホール２１ａで両反射光１７ｒ，１８ｒの内の余分な光がカットされ、ピントの合った光だけが受光素子２２に投影される。これにより、コントラストの強い光が受光素子２２に伝えられ、制御部２３の内部メモリに前記時系列データとして記憶され、データ処理後に表示手段２４に表示される。表示手段２４に表示する像を変倍したいとき、通常は、テレセントリックｆθレンズ１６を倍率の異なるものと変換するが、制御部２３内でのデータ処理で行うことも可能である。 As the scanning with the scanning lights B1, B2, and B3 proceeds, the reference light 17r reflected by the reference surface 17a of the reference glass 17 and the measurement light 18r reflected by the observation surface 18a of the subject 18 are sequentially provided for each scanning position. appear. The two reflected lights 17r and 18r return to the outward path to become a parallel light beam (reflected parallel light beam Br) again by the telecentric fθ lens 16, and are reflected by the scanning mirror 15 and pass through the beam splitter 14 to be parallel laser from the laser light source unit 11. Branches with the light beam B, travels straight through the beam splitter 14, changes the path by the mirror 19, passes through the imaging lens 20, and excess light in both the reflected light 17 r and 18 r is cut by the pinhole 21 a of the pinhole plate 21. Only the focused light is projected onto the light receiving element 22. Thereby, light with strong contrast is transmitted to the light receiving element 22, stored as the time-series data in the internal memory of the control unit 23, and displayed on the display unit 24 after data processing. When the image displayed on the display unit 24 is to be scaled, the telecentric fθ lens 16 is usually converted to one having a different magnification, but it is also possible to perform the data processing within the control unit 23.
主走査方向Ｘの１本目のラインの走査が終了すると、制御部２３がステージ２５の駆動部に指令を送り、ステージ２５を１走査ピッチに相当する量だけ副走査方向Ｙに移動させる。このステージ２５の副走査方向Ｙへの移動と走査ミラー１５の回転による主走査方向Ｘの走査とにより、被観察面１８ａは、新たに設定された２本目のラインにて走査される。この２本目のラインの走査によって各走査点毎に順次発生した参照光１７ｒ及び測定光１８ｒは、１本目の走査ラインのときと同様に、往路を戻って受光素子２２に投影される。以後同様の走査を順次繰り返し、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの所定範囲の走査を行えば、表示手段２４には、参照光１７ｒと測定光１８ｒとの干渉状態によって発生した干渉波形が表示される。主走査方向Ｘの走査範囲は、走査ミラー１５の原点検出部からの検出信号を制御部２３に送り、走査ミラー１５による走査光の有効範囲を制御することで任意に設定することができ、副走査方向Ｙの走査範囲は、ステージ２５のＹ軸方向への移動量を制御することで任意に設定することができる。さらに、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙにおいて、走査点の一部が重なるように設定することにより、更に詳細な測定を行うことが可能である。 When the scanning of the first line in the main scanning direction X is completed, the control unit 23 sends a command to the drive unit of the stage 25 to move the stage 25 in the sub-scanning direction Y by an amount corresponding to one scanning pitch. By the movement of the stage 25 in the sub-scanning direction Y and the scanning in the main scanning direction X by the rotation of the scanning mirror 15, the surface to be observed 18a is scanned with the newly set second line. The reference light 17r and the measurement light 18r that are sequentially generated at each scanning point by scanning the second line return to the forward path and are projected onto the light receiving element 22 as in the case of the first scanning line. Thereafter, when the same scanning is sequentially repeated and scanning within a predetermined range in the main scanning direction X and the sub-scanning direction Y is performed, the display unit 24 displays the interference waveform generated by the interference state between the reference light 17r and the measurement light 18r. Is done. The scanning range in the main scanning direction X can be arbitrarily set by sending a detection signal from the origin detection unit of the scanning mirror 15 to the control unit 23 and controlling the effective range of scanning light by the scanning mirror 15. The scanning range in the scanning direction Y can be arbitrarily set by controlling the amount of movement of the stage 25 in the Y-axis direction. Furthermore, in the main scanning direction X and the sub-scanning direction Y, it is possible to perform more detailed measurement by setting so that part of the scanning points overlap.
図２に示すように、レーザ光源部１１からの平行レーザ光束Ｂが走査ミラー１５の回転で参照ガラス１７と被検体１８とを走査するときには、走査する光点Ｂｐが参照ガラス１７の参照面１７ａと被検体１８の被観察面１８ａとの間に位置するように、参照ガラス１７と被検体１８とを設置する。この光点Ｂｐは、走査光の光軸Ｂｃに直交する平面に対してビームウエストＬ２を有している。したがって、光点Ｂｐが参照ガラス１７の参照面１７ａと被検体１８の被観察面１８ａとの間を走査していくと、ビームウエストＬ２の範囲内に位置する被観察面１８ａの凹凸は、全てピントの合った状態で走査され、コントラストの強い反射光（測定光１８ｒ）として検出される。なお、図２（Ｂ）では、参照ガラス１７及び被検体１８の厚さ方向のそれぞれ１／２の位置の間をビームウエストＬ２としている。実際の光学的な値は、テレセントリックｆθレンズ１６のＮＡにもよるが、一般的には０．５〜２００μｍである。 As shown in FIG. 2, when the parallel laser beam B from the laser light source unit 11 scans the reference glass 17 and the subject 18 by the rotation of the scanning mirror 15, the scanning light spot Bp is the reference surface 17 a of the reference glass 17. The reference glass 17 and the subject 18 are placed so as to be positioned between the subject and the observation surface 18 a of the subject 18. This light spot Bp has a beam waist L2 with respect to a plane orthogonal to the optical axis Bc of the scanning light. Therefore, when the light spot Bp scans between the reference surface 17a of the reference glass 17 and the observation surface 18a of the subject 18, all the unevenness of the observation surface 18a located within the range of the beam waist L2 is obtained. Scanning is performed in focus and is detected as reflected light (measurement light 18r) having a strong contrast. In FIG. 2B, the beam waist L <b> 2 is defined between ½ positions in the thickness direction of the reference glass 17 and the subject 18. The actual optical value is generally 0.5 to 200 μm although it depends on the NA of the telecentric fθ lens 16.
光点Ｂｐの走査により、ビームウエストＬ２内の被観察面１８ａの形状に応じた方向に光束Ｂが反射するので、この反射光（測定光１８ｒ）は、被観察面１８ａの表面形状画像検出信号となって受光素子２２から制御部２３に伝えられる。すなわち、被観察面１８ａからの測定光１８ｒとして検出されるのと同時に、表面形状の検出信号となって制御部２３に伝えられる。制御部２３に伝えられた信号は、ビームウエストＬ２内の検出信号であるから、ピントの合った像として表示手段２４に表示することができる。したがって、被観察面１８ａにごみが付着していたり、傷が付いていたりしたとしても、これらを表示手段２４の画面上で確認することが可能となる。 By scanning the light spot Bp, the light beam B is reflected in a direction corresponding to the shape of the surface to be observed 18a in the beam waist L2, so that the reflected light (measurement light 18r) is a surface shape image detection signal of the surface to be observed 18a. Is transmitted from the light receiving element 22 to the control unit 23. That is, at the same time as the measurement light 18r from the surface 18a to be observed, it is transmitted to the control unit 23 as a surface shape detection signal. Since the signal transmitted to the control unit 23 is a detection signal in the beam waist L2, it can be displayed on the display unit 24 as a focused image. Therefore, even if dust adheres to the surface to be observed 18a or is scratched, it can be confirmed on the screen of the display means 24.
一方、本形態例における参照面１７ａは完全な平面であるから一定の反射光（参照光１７ｒ）となるが、測定光１８ｒは、被観察面１８ａの表面形状、例えば傾斜角度θに沿って変化した反射光となる。この両反射光１７ｒ，１８ｒがビームウエストＬ２内で発生していれば、両反射光１７ｒ，１８ｒは、光点Ｂｐの位置（テレセントリックｆθレンズ１６の焦点面）と共役に設置されているピンホール２１ａを通過し、ピントの合ったコントラストの強い光として受光素子２２に投影される。受光素子２２に投影された光は、光点Ｂｐの現在位置における各点の明暗信号として制御部２３から表示手段２４に伝えられて表示される。 On the other hand, since the reference surface 17a in the present embodiment is a perfect plane, it becomes a constant reflected light (reference light 17r), but the measurement light 18r changes along the surface shape of the surface to be observed 18a, for example, the inclination angle θ. Reflected light. If both the reflected lights 17r and 18r are generated in the beam waist L2, the both reflected lights 17r and 18r are pinholes that are installed conjugate with the position of the light spot Bp (the focal plane of the telecentric fθ lens 16). The light passes through 21a and is projected onto the light receiving element 22 as focused and strong contrast light. The light projected on the light receiving element 22 is transmitted from the control unit 23 to the display means 24 as a brightness signal of each point at the current position of the light spot Bp and displayed.
したがって、表示手段２４は、この明暗信号からなる干渉波形と、前記表面形状画像とを同時に表示することができる。しかも、表示される干渉波形は、測定面全体を一度に照射して得られた干渉波形ではなく、光点Ｂｐが走査方向に移動した位置ごとに順次発生した反射光が重なってできた干渉波形であり、光点Ｂｐの現在位置で発生している干渉状態だけによって生じた干渉波形となる。さらに、光点Ｂｐのサイズを基準とし、走査ピッチの分解能で被観察面１８ａの高低差の変化を検出していくことができるから、極めて横分解能の高い干渉画像を表示手段２４に表示することができる。 Therefore, the display means 24 can simultaneously display the interference waveform made up of this brightness signal and the surface shape image. In addition, the displayed interference waveform is not an interference waveform obtained by irradiating the entire measurement surface at once, but an interference waveform formed by overlapping reflected light sequentially generated at each position where the light spot Bp moves in the scanning direction. It is an interference waveform generated only by the interference state occurring at the current position of the light spot Bp. Furthermore, since the change in the height difference of the surface to be observed 18a can be detected with the resolution of the scanning pitch on the basis of the size of the light spot Bp, an interference image with extremely high lateral resolution is displayed on the display means 24. Can do.
また、制御部２３からの指令で前記圧電素子２６を作動させることにより、位相シフト法によって被観察面１８ａの形状が凸状か凹状かを判断することができる。例えば、圧電素子２６の動作振幅を干渉波形における縞と縞との高さ方向の間隔λ／２を４分割するものとすれば、（λ／２）×（１／４）＝λ／８となり、４分割したときのそれぞれの表示画面を観察することができるようになることから、λ／８ごとの高さ方向の位相を確認することができ、被観察面１８ａの凹凸状態を確認することができる。さらに、前述のように、コントラストの明瞭な干渉波形を得ることができるので、被観察面１８ａの凹凸状態をより確実に判定することができる。 Further, by operating the piezoelectric element 26 in response to a command from the control unit 23, it is possible to determine whether the shape of the observed surface 18a is convex or concave by the phase shift method. For example, if the operation amplitude of the piezoelectric element 26 is divided into four in the interval λ / 2 between the fringes in the interference waveform, (λ / 2) × (1/4) = λ / 8. Since each of the display screens when divided into four can be observed, the phase in the height direction for each λ / 8 can be confirmed, and the uneven state of the surface to be observed 18a can be confirmed. Can do. Furthermore, as described above, since an interference waveform with clear contrast can be obtained, the uneven state of the surface to be observed 18a can be more reliably determined.
図３（Ａ）は、被検体１８の被観察面１８ａに存在する凹部１８ｂの範囲を測定するときの被観察面１８ａの平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における走査線Ｓ５に沿った断面図である。図３（Ａ）における符号Ｓ１〜Ｓ７は、走査ミラー１５及びステージ２５の作動によって得られる主走査方向Ｘの各走査線を表しており、本例では、被観察面１８ａを走査線Ｓ１〜Ｓ７に沿って走査することにより、前記凹部１８ｂの全体形状を確認するようにしている。 FIG. 3A is a plan view of the surface 18a to be observed when measuring the range of the recess 18b existing on the surface 18a to be observed, and FIG. 3B is a scan in FIG. 3A. It is sectional drawing along line S5. Symbols S1 to S7 in FIG. 3A represent the respective scanning lines in the main scanning direction X obtained by the operation of the scanning mirror 15 and the stage 25. In this example, the surface to be observed 18a is scanned with the scanning lines S1 to S7. The overall shape of the recess 18b is confirmed by scanning along the line.
走査線Ｓ５において、走査開始位置Ｐａから操作終了位置Ｐｂまで主走査方向Ｘに走査すると、走査開始位置Ｐａに対応する被観察面１８ａの位置ＱａはビームウエストＬ２の範囲内にあり、この位置Ｑａで反射した測定光１８ｒは、図示しない参照ガラス１７の参照面１７ａからの反射光（参照光１７ｒ）と共に受光素子２２に向かう。このとき、位置Ｑａは被観察面１８ａの平面部に存在するため、測定光１８ｒは入射方向に向かって反射する。 When scanning is performed in the main scanning direction X from the scanning start position Pa to the operation end position Pb on the scanning line S5, the position Qa of the observed surface 18a corresponding to the scanning start position Pa is within the range of the beam waist L2, and this position Qa The measurement light 18r reflected by the light travels toward the light receiving element 22 together with the reflected light (reference light 17r) from the reference surface 17a of the reference glass 17 (not shown). At this time, since the position Qa exists in the flat portion of the surface to be observed 18a, the measurement light 18r is reflected in the incident direction.
走査ミラー１５の作動で光点Ｂｐが位置Ｐａから位置Ｐ１に移動すると、被観察面１８ａ上では位置Ｑ１に移動する。この被観察面１８ａ上での位置Ｑ１は、被観察面１８ａに存在する凹部１８ｂの開始端となっているので、その表面形状に応じて反射した測定光１８ｒが参照光１７ｒと共にピンホール２１ａを通って受光素子２２に向かう。受光素子２２には、測定光１８ｒが今まで（位置Ｑａから位置Ｑ１の直前まで）とは異なる状態で受光されることから、位置Ｐ１における参照光１７ｒ及び測定光１８ｒの干渉による明暗信号が制御部２３に取得され、位置Ｑ１で被観察面１８ａに変化が生じたことが認識される。 When the light spot Bp moves from the position Pa to the position P1 by the operation of the scanning mirror 15, it moves to the position Q1 on the surface to be observed 18a. Since the position Q1 on the surface to be observed 18a is the starting end of the recess 18b existing on the surface to be observed 18a, the measurement light 18r reflected according to the surface shape passes through the pinhole 21a together with the reference light 17r. The light passes through the light receiving element 22. Since the measurement light 18r is received by the light receiving element 22 in a state different from that until now (from the position Qa to immediately before the position Q1), the light / dark signal due to the interference of the reference light 17r and the measurement light 18r at the position P1 is controlled. It is acquired by the unit 23 and it is recognized that a change has occurred in the observed surface 18a at the position Q1.
さらに、光点Ｂｐが位置Ｐ１から位置Ｐ２、Ｐ３へと順次移動していくと、被観察面１８ａ上では、位置Ｑ２、Ｑ３に移動することになる。位置Ｑ１から位置Ｑ３にかけては、凹部１８ｂ内の高低差の急な範囲Ｑｃとなっており、位置Ｑ３は凹部１８ｂの一番深い部分であるが、ビームウエストＬ２の範囲内であって、光点Ｂｐのサイズで検出できる高低差でもあるから、凹部１８ｂにおける位置Ｑ２及び位置Ｑ３が光点Ｂｐによってそれぞれ検出され、各位置Ｑ２．Ｑ３の形状に応じたそれぞれの測定光１８ｒが各参照光１７ｒと共にピンホール２１ａを通って受光素子２２に向かい、それぞれの明暗信号が制御部２３に時系列データとして記憶される。 Furthermore, when the light spot Bp sequentially moves from the position P1 to the positions P2 and P3, the light spot Bp moves to the positions Q2 and Q3 on the surface to be observed 18a. From the position Q1 to the position Q3, there is a steep range Qc of the height difference in the concave portion 18b, and the position Q3 is the deepest portion of the concave portion 18b, but is within the range of the beam waist L2, Since the height difference is also detectable by the size of Bp, the position Q2 and the position Q3 in the recess 18b are detected by the light spot Bp, respectively, and each position Q2. Each measurement light 18r corresponding to the shape of Q3 passes through the pinhole 21a to the light receiving element 22 together with each reference light 17r, and each light / dark signal is stored in the control unit 23 as time series data.
以下、同様にして光点Ｂｐが位置Ｐ４から位置Ｐ８に向けて移動していくと、各位置Ｐ１〜Ｐ８に対応した被観察面１８ａ上の位置Ｑ４〜Ｑ８で反射した測定光１８ｒがそれぞれの参照光１７ｒと共に受光素子２２に受光され、高低差の急な範囲Ｑｃ及び高低差の緩やかな範囲Ｑｄを有する凹部１８ｂの形状に対応して発生した光の干渉による明暗信号が順次制御部２３に記憶されていく。また、光点Ｂｐが位置Ｐ８から操作終了位置Ｐｂに移動すると、位置Ｐ８を通過した後の被観察面１８ａが平面となっていることから、位置Ｐ８から操作終了位置Ｐｂの間では参照光１７ｒが走査開始時と同じように入射方向に向かって反射した状態になる。 Similarly, when the light spot Bp moves from the position P4 toward the position P8, the measurement light 18r reflected at the positions Q4 to Q8 on the observed surface 18a corresponding to the positions P1 to P8 is respectively changed. Light and dark signals due to the interference of light received by the light receiving element 22 together with the reference light 17r and generated corresponding to the shape of the concave portion 18b having the steep range Qc of the height difference and the gentle range Qd of the height difference are sequentially supplied to the control unit 23. It will be remembered. Further, when the light spot Bp moves from the position P8 to the operation end position Pb, the surface to be observed 18a after passing through the position P8 is a flat surface, so that the reference light 17r is between the position P8 and the operation end position Pb. Is reflected in the incident direction in the same manner as at the start of scanning.
このようにして光点Ｂｐが走査開始位置Ｐａから操作終了位置Ｐｂまで移動すると、その軌跡が走査線Ｓ５となり、この走査線Ｓ５の走査が終了すると、ステージ２５が作動して次の走査線Ｓ６の走査が行われる。このようにして走査線Ｓ１〜Ｓ７についての走査を順次実施し、各点における明暗信号が時系列データとして制御部２３のメモリに記憶されると、これらのデータが制御部２３から表示手段２４に送られ、表示手段２４に２次元の干渉波形が表示され、凹部１８ｂの全体を２次元の干渉波形として捉えることができる。また、凹部ではなく、被観察面１８ａ上の凸部についても、同様にして表示手段２４に干渉波形として表示することができる。さらに、被観察面１８ａ上に付着したごみ等は凸部として測定され、傷は凹部として測定される。なお、走査線の間隔や検出位置の間隔は、光点Ｂｐのサイズを考慮して任意に設定することができる。なお、一つの走査線の各測定点における明暗信号を取得するのと同時に制御部２３から表示手段２４にデータを送り、１次元の干渉波形として表示することも可能であり、各走査線の１次元データを順次表示して最終的に２次元の干渉波形を表示することもできる。 When the light spot Bp moves from the scan start position Pa to the operation end position Pb in this way, the locus becomes the scan line S5. When the scan of the scan line S5 is completed, the stage 25 is activated and the next scan line S6. Are scanned. Thus, the scanning lines S1 to S7 are sequentially scanned, and when the light and dark signals at each point are stored in the memory of the control unit 23 as time-series data, these data are transferred from the control unit 23 to the display means 24. The two-dimensional interference waveform is displayed on the display means 24, and the entire recess 18b can be regarded as a two-dimensional interference waveform. Further, not the concave portion but the convex portion on the observed surface 18a can be similarly displayed on the display means 24 as an interference waveform. Further, dust or the like attached on the surface to be observed 18a is measured as a convex portion, and a scratch is measured as a concave portion. Note that the interval between the scanning lines and the interval between the detection positions can be arbitrarily set in consideration of the size of the light spot Bp. Note that it is also possible to send data from the control unit 23 to the display means 24 and display it as a one-dimensional interference waveform at the same time as obtaining a light / dark signal at each measurement point of one scanning line. It is also possible to sequentially display the two-dimensional interference waveform by sequentially displaying the dimension data.
図４は、従来の一般的なフィゾー干渉計で任意の被検体を測定し、その表面形状を干渉波形として表示手段に表示した例を示している。この例によれば、図４における上下方向中央部を水平方向に見ていくと、中央部と左右の３箇所に、大きな島状となった３つの干渉波形が確認できる。この島状になった干渉波形は、被検体の表面に大きな形状変化のあることを表している。さらに、これらの大きな島状の干渉波形の間にも小さな干渉波形が確認できるが、これらの干渉波形の部分以外では際立った干渉波形は発生していない。この図４の例では、約３０万画素の分解能による受光部の像となっているため、干渉波形における縞と縞との間に生じる明るい部分と暗い部分とのコントラストが悪く、かつ、干渉縞のピッチが小さいので縞の境目が不明瞭で、縞の本数の計測及び表示が不可能な状態となっている。 FIG. 4 shows an example in which an arbitrary subject is measured with a conventional general Fizeau interferometer, and the surface shape is displayed as an interference waveform on the display means. According to this example, when the central portion in the vertical direction in FIG. 4 is viewed in the horizontal direction, three interference waveforms having large island shapes can be confirmed at the central portion and the three left and right portions. This island-like interference waveform indicates that there is a large shape change on the surface of the subject. Furthermore, although a small interference waveform can be confirmed between these large island-shaped interference waveforms, no conspicuous interference waveform is generated except for these interference waveform portions. In the example of FIG. 4, since the image of the light receiving portion has a resolution of about 300,000 pixels, the contrast between the bright and dark portions generated between the stripes in the interference waveform is poor, and the interference fringes Since the pitch of the stripes is small, the border between the stripes is unclear, and it is impossible to measure and display the number of stripes.
図５は、前記形態例で示した構成のレーザ走査干渉計を使用して図４と同じ被検体を、図４より高い倍率で測定し、その表面形状を２次元の干渉波形として表示手段に表示した例を示している。図５では、中央部左下に島状になった１つの干渉波形を確認できる。この干渉波形は、図４で中央に表れている干渉波形と同じ部位を拡大表示したものであり、この干渉波形の周辺には連続して干渉波形が発生していることが確認できる。つまり、図４で大きな島状の干渉波形として表れた部位の周辺は平坦部ではなく、連続した高低差のある表面形状となっていることが分かる。また、縞と縞との間に生じる明暗のコントラストは明瞭であり、縞の本数の計測に誤差は生じない。このときの走査方向は図５において水平方向であり、一つの走査線における測定面上での測定位置は２万箇所、これと直交する副走査方向の走査線の本数は１．６万本であり、画素数としては２万×１．６万で約３億画素となっている。 FIG. 5 shows the same object as in FIG. 4 measured at a higher magnification than that in FIG. 4 using the laser scanning interferometer having the configuration shown in the above embodiment, and the surface shape is displayed as a two-dimensional interference waveform on the display means. The displayed example is shown. In FIG. 5, one interference waveform having an island shape can be confirmed at the lower left of the central portion. This interference waveform is an enlarged display of the same part as the interference waveform appearing in the center in FIG. 4, and it can be confirmed that the interference waveform is continuously generated around the interference waveform. That is, it can be seen that the periphery of the portion that appears as a large island-shaped interference waveform in FIG. 4 is not a flat portion, but has a continuous surface shape with a level difference. Further, the contrast between light and dark that occurs between the stripes is clear, and no error occurs in the measurement of the number of stripes. The scanning direction at this time is the horizontal direction in FIG. 5. The number of measurement positions on the measurement surface in one scanning line is 20,000, and the number of scanning lines in the sub-scanning direction orthogonal to this is 16,000. Yes, the number of pixels is 20,000 × 16,000, which is about 300 million pixels.
図６は、図５の一部を拡大して示したもので、測定面上に２つの微細なごみが付着していることが確認できる。このように拡大表示しても干渉波形のコントラストは明瞭であり、図５では確認できなかったごみの付着も再現される。図６において、干渉波形を形成している明るい部分と暗い部分との境目を見ると、ひげ状の模様が多数確認できる。このような模様が表れるということから、被検体の測定面形状は、高さ方向にλ／２の高低が単純についているというだけではなく、微妙な高低が絡み合った状態で形成されていると判断できる。 FIG. 6 is an enlarged view of a part of FIG. 5, and it can be confirmed that two fine dusts are attached on the measurement surface. In this way, the contrast of the interference waveform is clear even when displayed in an enlarged manner, and the adhesion of dust that could not be confirmed in FIG. 5 is also reproduced. In FIG. 6, when looking at the boundary between the bright part and the dark part forming the interference waveform, many whisker-like patterns can be confirmed. Since such a pattern appears, it is determined that the measurement surface shape of the subject is formed not only that the height of λ / 2 is simply attached in the height direction but also in a state where the subtle heights are intertwined. it can.
図７は、前記ひげ状模様が表れる理由を説明する図であって、曲線３１の山の部分３１ａは、図６に示した干渉波形の明るい部分に相当し、谷の部分３１ｂは干渉波形の暗い部分に相当している。この明るい部分３１ａと暗い部分３１ｂとのコントラストを「１」と「０」とで表したとき、この「１」と「０」との繰り返しが干渉波形となり、「１」と「０」とが明瞭に再現されるほど干渉波形は高精細、高コントラストとなって被検体の測定精度が向上する。これは、横分解能を高めたことにより、計測可能となったためである。 FIG. 7 is a diagram for explaining the reason why the whisker-like pattern appears. The peak portion 31a of the curve 31 corresponds to the bright portion of the interference waveform shown in FIG. 6, and the valley portion 31b corresponds to the interference waveform. It corresponds to the dark part. When the contrast between the bright portion 31a and the dark portion 31b is expressed by “1” and “0”, the repetition of “1” and “0” becomes an interference waveform, and “1” and “0” are The more clearly reproduced, the higher the interference waveform becomes and the higher the contrast, and the measurement accuracy of the subject improves. This is because measurement can be performed by increasing the lateral resolution.
ここで、図６に示した干渉波形の明るい部分と暗い部分との境目に表れているひげ状の模様は、「１」と「０」との中間部のような状態となっていることから、山の部分３１ａと谷の部分３１ｂとの間は、滑らかな曲線３１ではなく、この部分にも微細な凹凸３１ｃが存在していると判断でき、この凹凸３１ｃが測定面で微妙に高低の絡み合った部分となる。このように、ひげ状の模様までも再現できるだけの横分解能を持つことが、高精細、高コントラストの干渉波形を得ることができる一つの条件となる。 Here, the beard-like pattern appearing at the boundary between the bright part and the dark part of the interference waveform shown in FIG. 6 is in a state like an intermediate part between “1” and “0”. It can be determined that there is not a smooth curve 31 between the peak portion 31a and the valley portion 31b, but there is a fine unevenness 31c in this portion, and the unevenness 31c is slightly higher or lower on the measurement surface. It becomes an intertwined part. Thus, having a horizontal resolution that can reproduce even a whisker-like pattern is one condition for obtaining a high-definition and high-contrast interference waveform.
図８は、被検体の測定面に微細な傷が付いているときに表示手段に表示される干渉波形の例を示すもので、測定面に発生している傷と干渉波形とが同時に同じ画面に表示されている。この例では、線状の傷がいくつかの干渉波形を横切るようにして発生していることがわかる。このように、被検体における測定面の形状だけでなく、細かな傷も干渉波形と同時に確認することができ、細かな傷の中までも干渉計測が可能となっている。 FIG. 8 shows an example of the interference waveform displayed on the display means when the measurement surface of the subject has a fine flaw, and the screen in which the flaw generated on the measurement surface and the interference waveform are the same at the same time. Is displayed. In this example, it can be seen that linear flaws occur across several interference waveforms. In this way, not only the shape of the measurement surface in the subject but also fine scratches can be confirmed simultaneously with the interference waveform, and interference measurement can be performed even within the fine scratches.
図９は干渉波形と被検体との関係を示す説明図であって、図９の（Ａ）部は図７で説明した曲線３１と同じように干渉波形の山部４１ａと谷部４１ｂとを表した曲線４１を示すもの、図９の（Ｂ）部は曲線４１に相当する干渉波形４２を平面図として示すもの、図９の（Ｃ）部は干渉波形４２に相当する部分の被検体１８を断面図として示すもので、（Ａ）部、（Ｃ）部共に、（Ｂ）部の走査線Ｓｎに沿ったものを表している。（Ｂ）部の干渉波形４２は、外側から内側に向かって３つの線４２ａ、４２ｂ、４２ｃで示されており、各線４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、（Ａ）部の曲線４１における谷部４１ｂに相当したものとなっている。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the interference waveform and the subject. The portion (A) in FIG. 9 shows the peaks 41a and valleys 41b of the interference waveform in the same manner as the curve 31 described in FIG. FIG. 9B shows the curve 41 shown, FIG. 9B shows the interference waveform 42 corresponding to the curve 41 as a plan view, and FIG. 9C shows the portion 18 of the subject 18 corresponding to the interference waveform 42. Is shown as a cross-sectional view, and both (A) and (C) represent parts along the scanning line Sn of (B). The interference waveform 42 in part (B) is indicated by three lines 42a, 42b, 42c from the outside to the inside, and each line 42a, 42b, 42c is formed on the valley 41b in the curve 41 in the part (A). It is equivalent.
このため、光点Ｂｐが走査線Ｓｎの走査開始位置Ｐａから操作終了位置Ｐｂまで走査していくと、位置Ｐ１，Ｐ２、・・・Ｐ６が山部４１ａから谷部４１ｂへ、あるいは、谷部４１ｂから山部４１ａへの変化点となる。また、位置Ｐ２とＰ３との間では測定面に存在する傷４３が走査される。各変化点を示す各位置Ｐ１〜Ｐ６は、被観察面１８ａ上でＱ１〜Ｑ６にそれぞれ該当し、この被観察面１８ａでは、位置Ｑ３からＱ４までの間は平坦部となっているが、この平坦部は、その両側の位置Ｑ２及びＱ５よりλ／２だけ高い形状となっている。また、位置Ｑ２及びＱ５は、位置Ｑ１及びＱ６よりλ／２だけ高い形状となっている。 Therefore, when the light spot Bp scans from the scanning start position Pa to the operation end position Pb of the scanning line Sn, the positions P1, P2,... P6 move from the peak portion 41a to the valley portion 41b or from the valley portion. It becomes a changing point from 41b to the peak 41a. Further, the scratch 43 existing on the measurement surface is scanned between the positions P2 and P3. Each position P1 to P6 indicating each change point corresponds to Q1 to Q6 on the observed surface 18a, and the observed surface 18a is a flat portion from the position Q3 to Q4. The flat portion has a shape higher by λ / 2 than the positions Q2 and Q5 on both sides thereof. Further, the positions Q2 and Q5 have a shape that is higher than the positions Q1 and Q6 by λ / 2.
このように、（Ａ）部では干渉波形４２が持つコントラストの差を山部４１ａと谷部４２ｂとで表し、（Ｂ）部では被観察面１８ａの高低差を平面的な広がりとして等高線のような干渉波形４２で表し、（Ｃ）部では被観察面１８ａの高低差を断面図として表したものとなっている。また、傷４３は、（Ａ）部では波状の小さな凹凸４１ｃで示され、（Ｂ）部では前述のひげ状の模様４２ｄで示されている。 Thus, in (A) part, the contrast difference of the interference waveform 42 is represented by the peak part 41a and the valley part 42b, and in (B) part, the difference in level of the surface 18a to be observed is expressed as a contour line. The interference waveform 42 is shown, and the height difference of the surface 18a to be observed is shown as a cross-sectional view in part (C). Further, the scratches 43 are indicated by wavy small irregularities 41c in the part (A), and indicated by the aforementioned beard-like pattern 42d in the part (B).
また、傷４３の走査方向の大きさ（長さ）は、前記走査ミラーの回転角をパルスで検出することにより測定することができる。すなわち、図９の最下段に示すパルス波形４４において、走査開始位置Ｐａを原点として傷４３の始まりまでの距離に相当する回転角Ｌ３の範囲で発生したパルスをカウントし、次いで、傷４３の始まりから終わりまでの距離に相当する回転角Ｌ４の範囲で発生したパルスをカウントするとともに、そのカウント結果を表示手段に表示することにより、傷４３の走査方向の大きさ（長さ）を表示画面上で知ることができる。このように、表示手段における表示画面には、被観察面１８ａの形状に応じた干渉波形４２だけでなく、傷４３の存在及び傷４３の大きさ（長さ）を表示することもできる。 The size (length) of the scratch 43 in the scanning direction can be measured by detecting the rotation angle of the scanning mirror with a pulse. That is, in the pulse waveform 44 shown at the bottom of FIG. 9, pulses generated in the range of the rotation angle L3 corresponding to the distance to the start of the scratch 43 with the scanning start position Pa as the origin are counted, and then the start of the scratch 43 The number of pulses generated in the range of the rotation angle L4 corresponding to the distance from the end to the end is counted, and the count result is displayed on the display means, whereby the size (length) of the scratch 43 in the scanning direction is displayed on the display screen. You can find out at Thus, not only the interference waveform 42 corresponding to the shape of the observed surface 18a but also the presence of the scratch 43 and the size (length) of the scratch 43 can be displayed on the display screen of the display means.
図１０は、ビームウエストと被検体との関係を説明するための図である。ビームウエストとは、レーザ光線が略同じ大きさのビーム径となっている領域で、略平行光束となっているところである。この領域の光軸方向の長さは、走査レンズのＮＡにより調節可能であるから、走査レンズの入射瞳径を変化させるようにしておくことで調節が可能である。 FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the beam waist and the subject. The beam waist is a region where laser beams have substantially the same beam diameter and is a substantially parallel light beam. Since the length of this region in the optical axis direction can be adjusted by the NA of the scanning lens, it can be adjusted by changing the entrance pupil diameter of the scanning lens.
まず、図１０の（Ａ１）において、前述のレーザ光源からのレーザ光束を、開口数（ＮＡ）をｎ１としたテレセントリックｆθレンズ１６ａで受けると、このレンズ１２ａを通過したレーザ光束Ｂｎ１によってビームウエストＢｗ１が作り出される。このビームウエストＢｗ１が一定になる領域をビームウエストＬ２ａとすると、ビームウエストＬ２ａ内での光点Ｂｐ１の大きさは略一定とみなせる。したがって、ビームウエストＬ２ａの領域内であれば、光点Ｂｐ１は同じ条件となり、干渉波形のコントラスト「１」、「０」は同じ条件で再現される。 First, in FIG. 10A1, when the laser beam from the laser light source is received by the telecentric fθ lens 16a having a numerical aperture (NA) of n1, the beam waist Bw1 is generated by the laser beam Bn1 that has passed through the lens 12a. Is produced. If the region where the beam waist Bw1 is constant is defined as the beam waist L2a, the size of the light spot Bp1 within the beam waist L2a can be regarded as substantially constant. Therefore, if it is within the region of the beam waist L2a, the light spot Bp1 has the same condition, and the contrast “1” and “0” of the interference waveform are reproduced under the same condition.
また、図１０の（Ａ２）は、図１０の（Ａ１）で使用したテレセントリックｆθレンズ１６ａよりも大きなＮＡを有するテレセントリックｆθレンズ１６ｂを用いた場合を示すもので、開口数（ＮＡ）を図１０の（Ａ１）の開口数ｎ１よりも大きいｎ２としたテレセントリックｆθレンズ１６ｂでレーザ光束を受けると、テレセントリックｆθレンズ１６ｂを通過したレーザ光束Ｂｎ２によって前記ビームウエストＢｗ１よりも小さなビームウエストＢｗ２が作り出される。このビームウエストＢｗ２においても、ビームウエストＬ２ｂの領域内での光点Ｂｐ２の大きさは略一定とみなせる。したがって、ビームウエストＬ２ｂの範囲内であれば光点Ｂｐ２は同じ条件となり、干渉波形のコントラスト「１」、「０」は同じ条件で再現される。但し、このようにＮＡが大きいテレセントリックｆθレンズ１６ｂにおけるビームウエストＬ２ｂの領域は、（Ａ１）で示したビームウエストＬ２ａに比べてきわめて短くなり、ビームウエストＬ２ｂの領域外部分（ビームウエストＢｗ２以外の部分）では干渉が発生しにくくなり、コントラストも低くなってしまうが、横分解能は高い状態が維持されるので、ビームウエストＢｗ２から多少外れてもコントラストは下がるが、干渉縞は発生しているので、従来よりは高精度な測定を行うことが可能である。 FIG. 10A2 shows a case where the telecentric fθ lens 16b having a larger NA than the telecentric fθ lens 16a used in FIG. 10A1 is used. The numerical aperture (NA) is shown in FIG. When the laser beam is received by the telecentric fθ lens 16b having n2 larger than the numerical aperture n1 of (A1), a beam waist Bw2 smaller than the beam waist Bw1 is created by the laser beam Bn2 that has passed through the telecentric fθ lens 16b. Also in this beam waist Bw2, the size of the light spot Bp2 within the region of the beam waist L2b can be regarded as substantially constant. Therefore, if it is within the range of the beam waist L2b, the light spot Bp2 has the same condition, and the contrast “1” and “0” of the interference waveform are reproduced under the same condition. However, the region of the beam waist L2b in the telecentric fθ lens 16b having such a large NA is extremely shorter than the beam waist L2a shown in (A1), and a portion outside the region of the beam waist L2b (a portion other than the beam waist Bw2). ), The interference is less likely to occur and the contrast is lowered. However, since the lateral resolution is maintained at a high level, the contrast decreases even if it is slightly deviated from the beam waist Bw2, but interference fringes are generated. It is possible to perform measurement with higher accuracy than before.
このようなことから、図１０の（Ｂ）に示すように、テレセントリックｆθレンズ１６の焦点距離及びＮＡを適切に選択することにより、ビームウエストＬ２を被検体１８に合わせて最適な状態に設定することができる。例えば、被検体１８が薄膜や塗料膜の場合は、図１０の（Ａ２）のように開口数ＮＡの大きなレンズ１２ｂを使用し、金属の加工面を被検体１８とする場合は、図１０の（Ａ１）のようにビームウエストＬ２の長いレンズ１２ａを使用すればよい。また、レンズ１２の開口数ＮＡを変えることでビームウエストＬ２を調整することができるから、被検体１８の必要とするところだけの干渉を求めることができる。例えば、図１０の（Ｂ）において、被検体１８の裏面がビームウエストＬ２の領域外になるように開口数ＮＡを設定することにより、裏面からの反射光による影響を排除して被観察面１８ａの反射光のみを有効な測定光として測定することが可能となり、測定時のノイズをカットして高精度の測定を行うことができる。さらに、図１０の（Ｃ）に示すように、被検体１８の被観察面１８ａが球面や曲面の場合でも、ビームウエストＬ２の範囲を適切に選定することにより、球面や曲面の表面状態を正確に確認することができる。 For this reason, as shown in FIG. 10B, by appropriately selecting the focal length and NA of the telecentric fθ lens 16, the beam waist L2 is set to an optimum state in accordance with the subject 18. be able to. For example, when the subject 18 is a thin film or paint film, the lens 12b having a large numerical aperture NA is used as shown in FIG. A lens 12a having a long beam waist L2 may be used as in (A1). Further, since the beam waist L2 can be adjusted by changing the numerical aperture NA of the lens 12, it is possible to obtain interference only where the subject 18 needs. For example, in FIG. 10B, the numerical aperture NA is set so that the back surface of the subject 18 is outside the region of the beam waist L2, thereby eliminating the influence of the reflected light from the back surface and the surface 18a to be observed. It is possible to measure only the reflected light as effective measurement light, and it is possible to perform measurement with high accuracy by cutting noise during measurement. Furthermore, as shown in FIG. 10C, even when the observation surface 18a of the subject 18 is a spherical surface or a curved surface, the surface state of the spherical surface or the curved surface can be accurately determined by appropriately selecting the range of the beam waist L2. Can be confirmed.
図１１は、本発明のレーザ走査干渉計の第２形態例を示す概略斜視図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示したレーザ走査干渉計の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。 FIG. 11 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the laser scanning interferometer of the present invention. In the following description, the same components as those of the laser scanning interferometer shown in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本形態例に示すレーザ走査干渉計は、まず、照射系として、出力するレーザ光の波長が異なる複数のレーザ光源部１１ａ，１１ｂと、各レーザ光源部１１ａ，１１ｂに対応してそれぞれ設けられ、各レーザ光源部１１ａ，１１ｂからのレーザ光、例えば赤色系のレーザ光Ｂａと緑色系のレーザ光Ｂｂとを同軸の平行レーザ光束Ｂにして前記走査ミラー１５に導く複数のビームスプリッタ１４ａ，１４ｂとを設けるとともに、受光系として、前記ビームスプリッタ１４ａ，１４ｂでレーザ光源部１１ａ，１１ｂからのレーザ光Ｂａ，Ｂｂと分離した反射光Ｂｒを、各レーザ光Ｂａ，Ｂｂの波長毎に分離するダイクロイックミラー２７と、該ダイクロイックミラー２７で分離した各波長の反射光Ｂａｒ，Ｂｂｒ毎にそれぞれ配置された複数の結像レンズ２０、ピンホール２１ａ、受光素子２２、制御部２３及び表示手段２４とを備えている。また、テレセントリックｆθレンズ１６には、各波長における屈折率を同一にするための色消しレンズを使用している。 The laser scanning interferometer shown in the present embodiment is first provided as an irradiation system corresponding to each of the laser light source units 11a and 11b having different wavelengths of laser light to be output and the laser light source units 11a and 11b, A plurality of beam splitters 14a, 14b that guide laser beams from the laser light source units 11a, 11b, for example, a red laser beam Ba and a green laser beam Bb to the scanning mirror 15 as a coaxial parallel laser beam B; As a light receiving system, a dichroic mirror that separates the reflected light Br separated from the laser beams Ba and Bb from the laser light source units 11a and 11b by the beam splitters 14a and 14b for each wavelength of the laser beams Ba and Bb. 27 and a plurality of image formations arranged for each reflected light Bar, Bbr of each wavelength separated by the dichroic mirror 27 Lens 20, the pinhole 21a, and a light receiving element 22, the control unit 23 and the display unit 24. The telecentric fθ lens 16 uses an achromatic lens for making the refractive index at each wavelength the same.
このように、２個以上の複数のレーザ光源部１１ａ，１１ｂからのレーザ光Ｂａ，Ｂｂを用いて被観察面の表面形状を同時に測定することにより、被観察面の状態をより正確に確認することができ、干渉波形が被観察面の凹部で発生したのか、凸部で発生したのかも容易に判断することができる。制御部２３や表示手段２４は、各１台で兼用することも可能である。 Thus, the state of the surface to be observed is more accurately confirmed by simultaneously measuring the surface shape of the surface to be observed using the laser beams Ba and Bb from the two or more laser light source units 11a and 11b. It is possible to easily determine whether the interference waveform is generated in the concave portion or the convex portion of the surface to be observed. The control unit 23 and the display unit 24 can be shared by one each.
図１２は、本発明のレーザ走査干渉計の第３形態例を示す要部の概略斜視図である。本形態例では、テレセントリックｆθレンズ１６と参照ガラス１７とを鏡胴３１によって一体的に保持するとともに、被検体１８を水平方向に移動可能なｘｙテーブル３２の上に設置した例を示している。また、本形態例では、参照ガラス１７は、前記主走査方向Ｘの走査幅に対応する長さＬｘとし、参照ガラス１７を通過する走査光のサイズに応じた幅Ｌｙと、適宜な高さＬｚとを有する直方体状に形成され、参照面１７ａは、主走査方向Ｘに長く、幅狭の長方形状となっている。従来の干渉計における参照板の大きさは、被険体と同じ大きさか、それより大きい面積が必要であり、このような大きさの参照板は製作が極めて困難で、莫大なコストがかかるという問題があったのに対し、参照板の長さＬｘは被険体の大きさの寸法が必要だが、幅Ｌｙ方向は、走査ビームの大きさがあればよく、参照板の製作が極めて容易になり、参照板の検証も容易で利点が大きい。さらに、このような幅狭の長方形状の参照板は、万が一製作誤差があった場合、その誤差は走査線方向のみの誤差の補正値でよく、計測プログラムに組み込むことが極めて容易で、高精度な参照板と同等なものとすることができる。具体的には、大型のもので６００〜１２００ｍｍを走査可能であるので、従来は不可能であった超大型の干渉計を製作することができる。また、大型のものについては、走査レンズの製作が難しくなるので、走査レンズの代わりに、走査ミラーとする走査光学系を製作することで、さらに、コストを下げることができるのは自明のことである。 FIG. 12 is a schematic perspective view of a main part showing a third embodiment of the laser scanning interferometer of the present invention. In this embodiment, an example is shown in which the telecentric fθ lens 16 and the reference glass 17 are integrally held by a lens barrel 31 and the subject 18 is installed on an xy table 32 that can move in the horizontal direction. In this embodiment, the reference glass 17 has a length Lx corresponding to the scanning width in the main scanning direction X, a width Ly corresponding to the size of the scanning light passing through the reference glass 17, and an appropriate height Lz. The reference surface 17a is long and narrow in the main scanning direction X and has a narrow rectangular shape. The size of the reference plate in the conventional interferometer needs to be the same size or larger than that of the object to be rubbed, and it is extremely difficult to manufacture a reference plate of such a size, which requires enormous costs. Although there was a problem, the length Lx of the reference plate needs to be the size of the object to be hardened, but the width Ly direction only requires the size of the scanning beam, and the reference plate can be manufactured very easily. Therefore, verification of the reference plate is easy and has great advantages. Furthermore, in the unlikely event that there is a manufacturing error in such a narrow rectangular reference plate, the error may be a correction value for the error only in the scanning line direction, and it is extremely easy to incorporate into the measurement program, with high accuracy. It may be equivalent to a reference plate. Specifically, since a large-sized one can scan 600 to 1200 mm, an ultra-large interferometer that has been impossible in the past can be manufactured. In addition, since it is difficult to manufacture a scanning lens for a large lens, it is obvious that the cost can be further reduced by manufacturing a scanning optical system as a scanning mirror instead of a scanning lens. is there.
本形態例に示すレーザ走査干渉計で被検体１８の被観察面１８ａを測定する際には、まず、参照ガラス１７及び被検体１８の位置調整を行った後、最初の走査光Ｘｓが操作開始点ｙ０を通る位置にｘｙテーブル３２を移動させる。主走査方向Ｘの１回の走査が終了したら、前記同様に、副走査方向Ｙに向かってｘｙテーブル３２を移動させ、操作開始点ｙ０から第１副走査方向ｙ１に沿ってｘｙテーブル３２を移動させる。第１副走査方向ｙ１の走査が終了したら、ｘｙテーブル３２を主走査方向Ｘの走査幅に対応した距離ｘ１だけｘ方向に移動させ、第２副走査方向ｙ２に沿ってｘｙテーブル３２を移動させる。 When measuring the observation surface 18a of the subject 18 with the laser scanning interferometer shown in this embodiment, first, after the position of the reference glass 17 and the subject 18 is adjusted, the first scanning light Xs starts operation. The xy table 32 is moved to a position passing through the point y0. When one scan in the main scanning direction X is completed, the xy table 32 is moved in the sub-scanning direction Y as described above, and the xy table 32 is moved along the first sub-scanning direction y1 from the operation start point y0. Let When the scanning in the first sub-scanning direction y1 is completed, the xy table 32 is moved in the x-direction by a distance x1 corresponding to the scanning width in the main scanning direction X, and the xy table 32 is moved along the second sub-scanning direction y2. .
このように、ｘｙテーブル３２を用いて被検体１８の測定を行うことにより、テレセントリックｆθレンズ１６及び参照ガラス１７の大きさを越えて、更に広い面積の被観察面１８ａを測定することが可能となる。また、テレセントリックｆθレンズ１６及び参照ガラス１７を被観察面１８ａに比べて小さくすることができるので、これらの製作も容易に行うことができ、大型のものでも製造コストの低減が図れる。 In this way, by measuring the subject 18 using the xy table 32, it is possible to measure the observation surface 18a having a wider area beyond the size of the telecentric fθ lens 16 and the reference glass 17. Become. Further, since the telecentric fθ lens 16 and the reference glass 17 can be made smaller than the surface to be observed 18a, they can be easily manufactured, and the manufacturing cost can be reduced even with a large lens.
さらに、参照ガラス１７の長手方向両側面を挟持した状態で鏡胴３１に取り付けることにより、参照ガラス１７の両端を支持した場合に発生する僅かな撓みの発生も防止することができ、これによっても測定精度の向上が図れる。また、前記ＰＺＴ等の圧電素子を介して参照ガラス１７を鏡胴３１に装着することにより、前述の位相シフト法による測定も可能となる。なお、参照面１７ａを円弧面などの適当な曲面で形成し、被検体１８を回転テーブルの中心に配置して回転させることにより、レンズ面のような球面を測定することも可能である。 Furthermore, by attaching to the lens barrel 31 with both longitudinal side surfaces of the reference glass 17 being sandwiched, it is possible to prevent the occurrence of slight bending that occurs when both ends of the reference glass 17 are supported. Measurement accuracy can be improved. Further, by attaching the reference glass 17 to the lens barrel 31 via the piezoelectric element such as PZT, the measurement by the above-described phase shift method is also possible. It is also possible to measure a spherical surface such as a lens surface by forming the reference surface 17a as an appropriate curved surface such as an arc surface and rotating the subject 18 at the center of the rotary table.
図１３及び図１４は、本発明のレーザ走査干渉計の第４形態例を示すもので、図１３は要部の正面図、図１４は同じく側面図である。本形態例は、液槽４１内の液中に置かれた被検体１８の測定を行うことができるレーザ走査干渉計であって、参照ガラス１７を円柱形状や角柱形状として光軸方向に大きく形成し、テレセントリックｆθレンズ１６に対向する上面１７ｂを液面上に突出させてテレセントリックｆθレンズ１６と一体的に鏡胴４２に組み付けている。 13 and 14 show a fourth embodiment of the laser scanning interferometer of the present invention. FIG. 13 is a front view of the main part, and FIG. 14 is a side view of the same. The present embodiment is a laser scanning interferometer capable of measuring the subject 18 placed in the liquid in the liquid tank 41, and the reference glass 17 is formed in a columnar shape or a prismatic shape in the direction of the optical axis. Then, the upper surface 17 b facing the telecentric fθ lens 16 protrudes above the liquid surface and is assembled to the lens barrel 42 integrally with the telecentric fθ lens 16.
このように形成したレーザ走査干渉計は、参照ガラス１７の下部を液中に浸漬し、参照面１７ａを液中の被観察面１８ａの近傍に配置し、前記同様のレーザ光による走査を行うことにより、液中の被観察面１８ａの状態を測定することができる。したがって、液中研磨を行っているときの被検体１８を液中から取り出さずに研磨面の状態を干渉計測により確認することができ、液中研磨の大幅な効率向上が図れる。 In the laser scanning interferometer formed in this way, the lower part of the reference glass 17 is immersed in the liquid, the reference surface 17a is disposed in the vicinity of the surface to be observed 18a in the liquid, and scanning is performed by the same laser light as described above. Thus, the state of the surface to be observed 18a in the liquid can be measured. Therefore, the state of the polished surface can be confirmed by interferometric measurement without taking out the subject 18 during submerged polishing from the submerged liquid, and the efficiency of submerged polishing can be greatly improved.
さらに、参照面１７ａは、参照ガラス１７の底面１７ｃの一部にのみ形成し、前記第３形態例と同様に、主走査方向に長く、幅狭な長方形状の参照面１７ａとすることにより、参照ガラス１７の製造を容易に行うことができる。さらに、参照ガラスの製作誤差及び液中での歪みの補正などを計測プログラムに組み込むことも容易に可能である。大面積の被観察面１８ａの測定にも対応可能で、測定時には、液槽４１を移動させて行ってもよく、鏡胴４２から上の光学系を水平方向に移動させて行うこともできる。また、参照面１７ａを被観察面１８ａと同じ大きさに形成して測定することも当然可能である。 Further, the reference surface 17a is formed only on a part of the bottom surface 17c of the reference glass 17, and, like the third embodiment, is a rectangular reference surface 17a that is long and narrow in the main scanning direction. The reference glass 17 can be easily manufactured. Furthermore, it is also possible to easily incorporate the manufacturing error of the reference glass and the correction of distortion in the liquid into the measurement program. The measurement can be performed on the surface to be observed 18a having a large area. At the time of measurement, the liquid tank 41 may be moved, or the upper optical system from the lens barrel 42 may be moved in the horizontal direction. It is also possible to measure the reference surface 17a by forming it to the same size as the surface to be observed 18a.
なお、各形態例では、光学系の基本的な要素のみを例示してあり、光学系中に通常設置される各種の部材、例えばビームエキスパンダ等については図示を省略して詳細な説明も省略しているが、従来からのこの種の光学系に設置される各種部材を適宜設置することが可能である。さらに、参照ガラス及び被検体は、平面状のものに限らず、例えばレンズのような球面状、曲面状のものを被検体とする場合も、同じ原理を利用して測定を行うことができる。また、ビームスプリッタの通過側にレーザ光源部を、反射側に受光素子等を配置することもできる。さらに、余分な光をカットするためにピンホールを用いたが、余分な光をカットすることができればピンホールではなくスリットを用いることもできる。 In each embodiment, only basic elements of the optical system are illustrated, and various members that are normally installed in the optical system, such as a beam expander, are not illustrated and detailed description is omitted. However, it is possible to appropriately install various members installed in this type of conventional optical system. Furthermore, the reference glass and the subject are not limited to planar ones, and for example, when the subject is a spherical or curved surface such as a lens, measurement can be performed using the same principle. Further, a laser light source unit can be disposed on the beam splitter side, and a light receiving element or the like can be disposed on the reflection side. Further, although pinholes are used to cut off excess light, slits can be used instead of pinholes as long as excess light can be cut.
１１…レーザ光源部、１２…レーザ光源、１３…コリメータレンズ、１４…ビームスプリッタ、１５…走査ミラー、１６…テレセントリックｆθレンズ、１７…参照ガラス、１７ａ…参照面、１８…被検体、１８ａ…被観察面、１９…ミラー、２０…結像レンズ、２１ａ…ピンホール、２２…受光素子、２３…制御部、２４…表示手段、２５…ステージ、２６…圧電素子、２７…ダイクロイックミラー、Ｂ…平行レーザ光束、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…走査光、Ｂｃ…光軸、Ｂｐ…光点、Ｂｒ…反射平行光束、Ｌ２…ビームウエスト、Ｓ１〜Ｓ７…走査線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser light source part, 12 ... Laser light source, 13 ... Collimator lens, 14 ... Beam splitter, 15 ... Scanning mirror, 16 ... Telecentric f (theta) lens, 17 ... Reference glass, 17a ... Reference surface, 18 ... Subject, 18a ... Subject Observation surface, 19 ... mirror, 20 ... imaging lens, 21a ... pinhole, 22 ... light receiving element, 23 ... control unit, 24 ... display means, 25 ... stage, 26 ... piezoelectric element, 27 ... dichroic mirror, B ... parallel Laser beam, B1, B2, B3 ... scanning light, Bc ... optical axis, Bp ... light spot, Br ... reflected parallel light beam, L2 ... beam waist, S1-S7 ... scanning line
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