JP3296566B2

JP3296566B2 - 干渉計の回折格子間の測定対象の固定

Info

Publication number: JP3296566B2
Application number: JP53723597A
Authority: JP
Inventors: プラッテン，ジェームズ・イー; ホーディン，リチャード・エス
Original assignee: トロペル・コーポレーション
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: DE69723068T2; EP0894239B1; EP0894239A1; WO1997039309A1; US5684594A; KR20000005525A; DE69723068D1; JP2002505735A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野テストビーム及び参照ビームを分離して且つ再度組み
合わせるべく配置されている一対の回折格子の間に位置
付けられた測定対象の表面を測定するための干渉計。

背景光軸上に配置されている一対の回折格子を用いる干渉
計は、測定対象の表面を測定するために、テストビーム
が測定対象の表面に入射し得るように、テストビーム及
び参照ビームを分離してさらに再度組み合わせることが
できる。このような装置は、円筒状表面及び円錐状表面
に容易に適用できるし、また円筒状形状又は円錐状形状
ではない他の表面にも適用可能である。測定されるべき
対象は、テストビームがグレーズ角度にて測定対象の表
面に入射するように、回折格子の間に位置付けられる。
そして、かような干渉計において最も容易に測定される
回転体の測定対象表面に対しては、測定対象表面の軸が
回折格子の光軸上に位置付けられる。

かような干渉計のオペレータは、多数の測定対象を測
定可能とするために、一連の類似の測定対象を同一測定
位置に位置付けることが必要となるであろう。さらに、
測定が可能な限り迅速に行われ得るように、測定対象を
測定位置に迅速に且つ正確に位置付けることが望まし
い。これは、一の簡単な操作で同時に測定対象の表面全
体をこのタイプの干渉計で測定する場合に特に重要であ
り、測定のため対象を位置づけるために必要とされる時
間が一連の測定に要求される総時間の大部分を占めるよ
うになる。

発明の概要我々は、オペレータが連続的に測定対象を干渉計内の
同一測定位置に迅速に位置付けることを可能とする測定
対象固定システムを開発した。我々のシステムは、異な
る寸法及び形状の測定対象に適応するし、一度位置付け
られた測定対象を測定位置に保持するための異なる方法
にも適応する。本発明の目的は、測定用の対象の位置付
け処理をスピードアップすること及び測定対象の位置付
けの正確さを改良することにある。これは、干渉計の要
求にも合致するものである。

我々の測定対象固定システムは、テストビーム及び参
照ビームを発生し且つ再度組み合わせる一対の回折格子
を有する干渉計に適用する。測定されるべき対象は、テ
ストビームが測定対象の表面上に入射し且つ参照ビーム
が測定対象を通過するように回折格子の間に位置付けら
れる。こうして、単一の干渉パターンによって、測定対
象の表面全体が測定可能となる。

我々は、干渉計の参照表面（refewrence surface）と
係合したり係合から外れたりするように移動可能な固定
具を用いるので、固定具は反復的に公知の位置に戻るこ
とができる。固定具は、干渉計内での測定位置に測定対
象を係合させ且つ位置付けることができる測定対象位置
付け表面を有する。測定対象の位置付けは、測定対象が
固定具の測定対象位置付け表面に係合して、固定具が干
渉計の参照表面に係合するときに、正確になされる。こ
うして、固定具を反復的に配備することによって、同様
の公称寸法の一連の測定対象を迅速に同一測定位置に位
置付けることができるようになる。

これを達成するための好ましい方法は、回折格子の間
で移動可能に配置された測定対象支持プラットホームを
用いることである。測定対象支持プラットフォームは、
テストビーム及び参照ビームを透過させて、且つ測定用
の対象を支持する窓を有する。窓プラットフォームは、
平面の傾斜を調節するように移動可能なステージ上に載
置される。該ステージはＸ軸方向及びＹ軸方向に移動す
る。この移動は、移動可能なプラットフォーム上に位置
付けられている測定対象を、干渉パターンを観察するこ
とによって、回折格子の光軸と正確に整合せしめること
ができる。固定具で位置付けられた測定対象は光軸と正
確に位置付けられると、固定具を再使用することによっ
て、同一位置に一連の類似の測定対象を位置付けること
ができる。窓プラットフォームは、固定具に対する参照
表面を与えることができ、固定具は、測定対象に対する
位置付け表面を与えることができる。このとき、測定対
象及び固定具の両者は窓プラットフォーム上に支持され
る。一方、支持なしに自由に立つことができない測定対
象は、測定位置に把持される。これは、垂直方向に調節
可能で、支持された測定対象の頂部と係合するように低
くされ得る把持プラットフォームによって成される。

図面図１は、本発明の測定対象固定システムに設けられて
いる回折格子干渉計の概略側面図である。

図２は、本発明により配置された窓プラットフォー
ム、位置付け固定具及び測定対象の概略側面図である。

図３は、図２の窓プラットフォーム、測定対象及び位
置付け固定具の概略平面図である。

図４は、図２の位置付け固定具の概略底面図である。

図５は、図２と同様の概略側面図であり、円錐形の測
定対象と窓プラットフォームに対して配置された対応す
る位置付け固定具を示す。

図６は、図５の位置付け固定具の概略底面図である。

図７及び図８は、図１に示す配置と同様の態様にて、
一対の窓の間に測定対象を把持するために配置された一
対の窓を示す概略側面図である。

図９から図11は、測定のために異なる測定対象を保持
するべく配置された支持窓を概略的に示す。

図12は、２つの異なる固定具配置範囲を有する窓プラ
ットフォームを概略的に示す。

図13は、図12の窓プラットフォームの２つのリセスに
嵌合するキーを有する位置付け固定具を概略的に示す。

詳細な説明我々の固定システムと一緒に用いるタイプの測定対象
を測定するための干渉計10は、図１に概略的に示されて
いる。好ましくは単色性の視準光源11は、一点鎖線で示
されている光軸15上に配置されている一対の回折格子12
及び13を貫通するように向けられる。単純に示すと、各
回折格子12及び13は、透過された光を参照ビーム20及び
テストビーム25に回折する同心状の環状のラインで形成
されている。参照ビーム20は、測定されるべき対象30の
脇を通過する０次回折次数のビームである。テストビー
ム25は、好ましくはグレーズ光角度にて測定対象30の表
面上に入射する１次回折次数のビームである。テストビ
ーム25は、測定対象30の表面から反射して、回折格子13
において参照ビーム20と再度組み合わせられる。こうし
て、イメージングシステム14によって見ることができる
干渉パターンを形成するので、測定対象30の表面が測定
できる。

実際には、情況はより込み入っている。ポジティブ及
びネガティブな１次回折次数のビームが発生してもよ
い。０次回折次数のビームは抑制されてもよい。２次回
折次数のビームが伴われるようになってもよい。格子は
ブレーズされて異なるピッチを与え且つ異なる形状に形
成されてもよい。測定対象30の表面は円筒形又は円錐形
とは異なっていてもよい。回折格子12及び13の間の測定
位置に測定対象30を固定する問題は、光学的なバリエー
ションにかかわらず、同様に残されている。

測定対象30は、参照ビーム及びテストビームを透過す
る窓16上で格子12及び13の間に支持されている。窓16
は、後述する理由により、好ましくは移動可能な窓プラ
ットフォーム21によって支持されている。プラットフォ
ーム21は、調節可能なアパーチャ32を含む。アパーチャ
32は、好ましくは格子12を透過した光の直径を調節する
虹彩装置である。

窓プラットフォーム21は、所望の移動を可能とするス
テージ22上に載置されている。概略的に示された移動装
置23〜27は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向での移動及びＸ軸運
動及びＹ軸運動が生じる平面の傾斜調節を与える。運動
コントローラ23〜27は、マイクロメータタイプの手動装
置であってもよく又はモータ駆動及びコンピュータ制御
されてもよい。

クランプ窓17は、測定対象30の上部を係合する場合に
用いることができる。これは、不安定な測定対象30又は
ある理由によって正確に直立に立つことができない測定
対象30を測定するために重要である。クランプはさら
に、水平方向に向けられている測定対象又は他の垂直で
ない位置にある測定対象を測定するために用いることが
できる。窓17は、クランププラットフォーム28上に支持
されている。クランププラットフォーム28は、ガイドロ
ッド29上で垂直に調節可能であり、止めねじ31によって
上昇した位置に保持され得る。クランププラットフォー
ム28の移動には、他の多くのバリエーションが可能であ
る。基本的に要求されることは、測定対象30をチェンジ
するためにプラットフォーム28を上昇させること、及び
クランプ窓17が測定するために位置付けられた測定対象
30と係合するようにプラットフォーム28を下降させるこ
とである。窓17の重さは、通常は、把持するに十分であ
るが、他の把持力を適用することもできる。窓17はさら
に、テストビーム及び参照ビームを上部の回折格子13ま
で透過させる。

光学軸15と整合するように、窓16上に測定対象30を位
置付けるための固定具40は、図２から図４に示されてい
る。窓プラットフォーム21の円周は、参照表面41を形成
する。固定具40は、表面42と係合する。固定具40は、窓
プラットフォーム21上でスライド可能で、表面42を参照
表面41及び窓プラットフォーム21の周囲と係合させたり
係合を外したりする。

固定具40はさらに、測定対象30と係合する位置付け表
面すなわち縁部43を有する。測定対象30の円筒状又は円
錐形の表面は、２本のライン又は４点のポイントに沿っ
て、固定具40の位置付け表面43と係合し得るが、他の多
くの変形もまた可能である。

固定具40は、概略的に示されているように、材料の単
一片であっても、いくつかのパーツのアセンブリであっ
ても良い。さらに、多くの形状を有していてもよく、異
なる形状の位置付け表面、縁部、又はポイントと係合し
ても良い。さらに、ライン、ポイント及びキーを含む多
種の方法にて、干渉計の参照表面と係合しても良い。窓
プラットフォーム21として示されている単純な円形の参
照表面41は、多くの異なる形態で置換可能で、干渉計の
参照表面として採用されている形状は、固定具40の形状
及び参照方面との接触位置に移動する係合表面42に影響
を与えるであろう。

測定対象30は、いくらか樽状であってもよく、又は円
筒形又は円錐形とは異なる他の形状の表面を有していて
もよい。かような変形は、固定具40上の異なる形状の位
置付け表面43によって達成される。単一の干渉計は、異
なる形状の測定対象を位置付けるために、異なる直径及
び形状の種々の固定具40を有していてもよい。この例
は、図５及び図６に示されている。図５及び図６におい
て、固定具45は、窓プラットフォーム21上に支持されて
いる測定対象50の対応する円錐形表面と係合して位置付
けるために円錐形状の位置付け表面46を有する。

図７は、安定して直立に立つことができない測定対象
55用のクランプ装置を概略的に示す。測定対象55は、丸
みを帯びた端部を有するので、直立に位置付けられ並び
に干渉計の光学軸と整合させられることが必要となる。
図６に示されているような固定具45は、測定対象55と係
合して測定対象55を窓16上の正確な直立位置に保持する
ように形状化された位置付け表面46を有する。ここで、
測定対象55は支持パッド56上に位置付けられている。次
いで、上部窓17は、測定対象55の上端部を係合把持する
ように下降される。測定対象55の上端部は、クランプ窓
17の下側上のクランプパッド57によって係合される。

把持することで利益を得る測定対象60の別の実施例
は、図８に概略的に示されている。測定対象60は、支持
窓16及びクランプ窓17内に形成されている穴すなわちリ
セス62内に突き立っている端部突出部61を有する。固定
具40又は45は、突出部61が開口部62に迅速に且つ信頼性
高く嵌合するように、測定対象60を位置付けることを目
的とする。

図９は、端部突出部64を有するが安定して直立する測
定対象65を概略的に示す。測定対象65は、窓16内の穴す
なわちリセス63内に端部突出部64を挿入することによっ
て、窓16上に位置付けられ得る。図７〜図９は、プラッ
トフォーム21及び28内の異なる窓を用いる可能性及び異
なる形状にされた測定対象を受け入れるための異なる形
状を窓及び固定具に与える可能性を示す。

支持窓16は、さらに、測定対象70を保持するための磁
石66を備えていてもよい。磁石66は、窓16の上面に又は
上面の上方に多種の態様にて配置されてよい。図10に示
した実施形態において、磁石66は、小さな自在継手すな
わちポールジョイント67上に載置されている。ポールジ
ョイント67は、調節された位置を保持するに十分なほど
摩擦によって動きが鈍くなっている。こうして、測定対
象70を磁石66上に正確に位置付けることができ、ジョイ
ント67によって直立位置に調節することができる。環境
に応じて、測定対象70は、磁石66によって支持されたま
ま測定可能であるか、又は図７及び図８に示すように上
部窓17によって所定位置に把持され得る。図６に示した
ように、固定具45は、測定対象70の円錐形表面をかよう
な位置付けに係合するように使用することができる。ジ
ョイント67の上に載置されているか又は窓16の表面上に
載置されている磁石66は、保持力及び移動抵抗を与える
ので、測定位置への測定対象の固定は迅速に且つ信頼性
高く行える。磁石上の支持されている測定対象は、位置
付け固定具又はオペレータの指を取り除くことによっ
て、測定位置から無理に移動させられることはない。

図11は、測定対象75が外面77に代えて又は外面77に加
えて、測定されるべき内面76を有することを示す。固定
具40による窓16上への測定対象75の位置付けは、内面又
は外面のいずれが測定されているかにかかわらず、同様
の方法でなされる。

図12及び図13は、窓プラットフォーム21の参照表面周
囲41内に形成されているノッチすなわちリセス71及び72
の配置を示す。これらは、固定具40の係合表面42から延
びている突出部すなわちキー73によって係合されてい
る。こうして、干渉計のオペレータの右手操作又は左手
操作を達成するため、窓プラットフォーム21上の固定具
40に対する２つの位置を可能とする。別の測定対象の位
置付けは、固定具40の２つの位置の間でわずかに異なっ
ていてもよい。同じ位置が反復して用いられる場合に
は、同じ寸法の測定対象が一貫して位置付けられるであ
ろう。

図13は、位置付けられるべき測定対象を磁石的に係合
するため、位置付け表面43に隣接して固定具40上に配置
された磁石80を示す。磁石80を使用することで、オペレ
ータは固定具位置付け表面43に対して測定対象を指圧で
保持する必要がなくなる。磁石80によって位置付け表面
43に対して保持されている測定対象は、固定具40によっ
て測定位置まで移動され得、固定具40が取り除かれる前
に上部窓70によって把持され得る。あるいは、磁石80
は、両矢印で示すように、磁石によう保持力を加えたり
除いたりするように、固定具40内で移動可能である。磁
石80が位置付け表面43に隣接する際に、測定対象は位置
付けられ得る。次いで、磁石80は、位置付け表面43から
取り除かれて、位置付けられた測定対象を移動すること
なく、固定具40を干渉計から取り除くことができる。磁
石に対する他の多くの使用の可能性は、測定対象に対す
る窓受け部や測定対象を位置付ける固定具を含み得る。

同じ公称寸法の多数の測定対象を連続して測定するた
めに、我々の固定システムを使用するオペレータは、以
下のように作業する。位置付けされるべき測定対象に嵌
合するか又は適合性のある位置付け表面43を有する固定
具40を選び、第１の測定対象を窓16上に位置付ける。こ
れは、測定対象を位置付け表面43に対して磁石的に又は
指圧のいずれかによって保持しながら、固定具40を参照
表面との係合位置に移動させることでなされる。正確な
直径の固定具が選ばれた場合には、測定対象は窓プラッ
トフォーム21の中心近くで干渉計10の光学軸15の近くに
置かれるべきである。測定対象を所定位置に把持する必
要がある場合には、窓クランプ17を測定対象の頂部と係
合するように下降させる。測定対象が端部突出部を有す
るか又は窓16上の特定の受け部がある場合には、これ
は、プラットフォーム21上に適当な窓を載置して、また
可能であれば干渉計10内にてクランププラットフォーム
28上に別の適当な窓を載置することであらかじめ選択さ
れる。

選ばれた測定対象が位置付けられて、選ばれた固定具
40が取り除かれたならば、ステージ22は、光学軸15を有
する測定対象と整合するように調節される。これは、イ
メージングシステム14によって作られた縞のパターンを
観察しながら、調節装置23〜27を手動によって移動させ
ることでなされる。さらに、これは、イメージングシス
テム14内に形成された干渉図形のコンピュータ分析に対
応するモータ駆動調節装置のコンピュータコントロール
によってなされてもよい。調節可能なアパーチャ32もま
た、この時、回折格子12を透過した不必要なイルミネー
ションを排除するように設定されてもよい。

測定対象が光学軸15との整合位置に調節された後、測
定対象の表面の測定は、干渉図形の光学的分析によって
迅速になされ、測定された測定対象は干渉計から取り除
かれる。これは、クランプが測定対象を直立位置に保持
することが必要であった場合には、測定対象を把持して
いるクランプを暖めることを必要とする。

既に使用された同じ固定具を再度配備して、第２の測
定のための第２の測定対象を位置付ける。一連の測定に
おける類似の測定対象は、同じ公称寸法を有するので、
固定具の再使用は、ステージ22を再度調節する必要なし
に、第２の測定対象を第１の測定対象が占めていた同じ
位置に正確に位置付ける。次いで第２の測定対象は、迅
速に測定されて取り除かれ、連続的にすべての測定対象
の測定が終了するまで、この工程が反復される。測定用
の次の測定対象の固定位置付けは、第１の測定対象が干
渉計の光学軸との調節された整合位置に置かれた後、迅
速に行われる。同じ位置付け固定具を反復して使用する
ことで、第１の測定対象と同じ位置で一連の各測定対象
を次々観察することができる。

異なる寸法又は形状の測定対象が測定されるべき場合
には、工程は反復される。窓16又は17における調節はあ
らかじめ定められ、正確な固定具が選ばれ、最初の測定
対象が位置付けられて正確に整合され、次いで、次の測
定対象を同じ固定具を再使用することで同じ位置に正確
に位置付ける。

干渉計10は、数秒間で正確に位置付けられた測定対象
の測定をなし得るので、我々の固定システムは同じ寸法
の一連の測定対象の測定工程のスピードアップを図るこ
とができる。さらに、これは、干渉計の機械的又は光学
的操作に影響を与えない簡単で廉価な構成部品で行うこ
とができる。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−177421（ＪＰ，Ａ) 特開平８−101029（ＪＰ，Ａ) 特開平６−129823（ＪＰ，Ａ) 特開平７−260419（ＪＰ，Ａ) 米国特許3436153（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/30 G01B 21/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】テストビーム及び参照ビームを発生し且つ
再度組み合わせるように配置されている一対の回折格子
を有する干渉計において、ａ上記テストビーム及び参照ビームの経路内の上記回
折格子の間に位置付けられている移動可能なステージ
と、ｂ上記移動可能なステージ上に載置されており、上記
テストビーム及び参照ビームが通過する窓を有する窓プ
ラットフォームと、ｃ上記窓プラットフォームの参照表面と係合可能な位
置決め表面を有する固定具と、を備え、ｄ上記固定具は、上記テストビームが測定対象に入射
する上記窓プラットフォーム内の測定位置に、測定対象
を係合させて位置付けるための位置付け表面を有し、ｅ上記固定具は、測定対象の表面の測定のために、上
記窓プラットフォーム上に位置付けられている測定対象
を残すように、干渉計から取り除かれ得る、ことを特徴とする干渉計。
【請求項２】請求項１の干渉計であって、前記固定具の
位置付け表面は、測定される測定対象と係合することを
特徴とする干渉計。
【請求項３】請求項１又は請求項２の干渉計であって、
固定られた位置に測定対象を保持するため、前記プラッ
トフォーム上に配置された測定対象受け部を有すること
を特徴とする干渉計。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか１の干渉計
であって、前記窓プラットフォーム上に支持されている
端部に対向する測定対象の端部を係合するためのクラン
プを含むことを特徴とする干渉計。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか１の干渉計
であって、前記窓プラットフォームは、前記テストビー
ム及び参照ビームの寸法を制限するために調節可能なア
パーチャを含むことを特徴とする干渉計。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか１の干渉計
であって、前記窓プラットフォームの参照表面は、測定
対象を支持する平面の下方にあり、前記固定具の位置付
け表面は測定対象を支持する平面の上方にあることを特
徴とする干渉計。
【請求項７】テストビーム及び参照ビームを発生させて
再度組み合わせる回折格子の間の測定位置に測定対象を
固定する方法であって、ａ干渉計の上記回折格子の間に、測定対象を支持する
ための移動可能なステージ上の窓プラットフォームを用
いる工程と、ｂ上記テストビームの経路上において、干渉計の光学
軸上の測定位置に測定対象を位置付けるように、測定対
象と上記窓プラットフォームとを係合するため、固定具
を用いる工程と、ｃ上記固定具で測定対象を位置付けることによって、
同じ寸法の測定対象を取り除き、次いで置き換える工程
と、ｄ測定対象の表面の測定中に、測定位置にある各測定
対象との係合位置から外すように上記固定具を移動させ
る工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】請求項７の方法であって、前記窓プラット
フォームと光学軸上の測定位置まで移動する測定対象と
を係合する前記固定具で、前記固定具及び測定対象を移
動させる工程と、次いで、測定対象を測定位置に残した
まま前記固定具を干渉計から取り除く工程と、を含むこ
とを特徴とする方法。
【請求項９】請求項７又は請求項８の方法であって、測
定対象を測定位置に支持するために、前記窓プラットフ
ォーム上の測定対象受け部を用いる工程を含むことを特
徴とする方法。
【請求項１０】請求項７〜請求項９のいずれか１の方法
であって、測定対象を測定位置に把持する工程と、測定
対象を干渉計から取り除くためクランプを暖める工程
と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】請求項９の方法であって、前記測定対象
受け部内の磁石を用いる工程を含むことを特徴とする方
法。