JPH0447243B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0447243B2 JPH0447243B2 JP57057080A JP5708082A JPH0447243B2 JP H0447243 B2 JPH0447243 B2 JP H0447243B2 JP 57057080 A JP57057080 A JP 57057080A JP 5708082 A JP5708082 A JP 5708082A JP H0447243 B2 JPH0447243 B2 JP H0447243B2
- Authority
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- Japan
- Prior art keywords
- interference
- measurement
- photosensitive
- test
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/306—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、被検面上の任意の個所の面精度を高
精度で測定可能とする干渉による面形状の測定方
法に関するものである。
精度で測定可能とする干渉による面形状の測定方
法に関するものである。
従来から被検面の面精度を測定するには、フア
ブリーペロー干渉計のような繰り返し反射干渉計
が多く用いられている。この種の干渉計では、干
渉縞が表わす２面間の空気間隔は波長の1/2の等
高線となる。干渉縞を高い精度で読み取るには干
渉縞の直線からのごく微少な変位量をも検出する
ことが必要であり、そのためには参照面と被検面
とが成す角を小さくして、隣接する干渉縞の間隔
を広くする必要がある。しかしこの場合、干渉縞
と干渉縞との間の領域の形状は測定不可能であ
り、測定精度は高くても測定密度が低いことが難
点となる。
ブリーペロー干渉計のような繰り返し反射干渉計
が多く用いられている。この種の干渉計では、干
渉縞が表わす２面間の空気間隔は波長の1/2の等
高線となる。干渉縞を高い精度で読み取るには干
渉縞の直線からのごく微少な変位量をも検出する
ことが必要であり、そのためには参照面と被検面
とが成す角を小さくして、隣接する干渉縞の間隔
を広くする必要がある。しかしこの場合、干渉縞
と干渉縞との間の領域の形状は測定不可能であ
り、測定精度は高くても測定密度が低いことが難
点となる。
そこで本出願人は被検面の測定密度を高めるた
めに、第１図に示すような平面測定干渉装置を既
に提案している。即ち、被検面と、十分高精度に
研磨された参照面との２枚の光透過可能な反射面
１，２同志を対向させると共に微小角度を与えて
固定し、これらの反射面１，２の一方の側にレー
ザー源３を配置し、発光されたレーザー光をレン
ズ４により点光源としてコリメータレンズ５に導
き、このコリメータレンズ５によりレーザー光を
平行光束として反射面１，２に入射させる。する
と、レーザー光は２枚の反射面１，２間で反射を
繰り返し、望遠光学系６を経由して感光材料７の
上にフイネスの高い干渉縞パターンを結像させて
露光する。次に、反射面１，２の関係を保持した
まま、反射面１，２をレーザー光の光軸に対して
矢印Ａ方向に回転させると共に、光学系６は固定
し感光材料７を反射面１，２と反対方向の矢印Ｂ
方向に回転させて歪を除去し、感光材料７の上に
干渉縞パターンを重畳して記録する。この操作を
繰り返して最初に記録した干渉縞間に多数の干渉
縞を露光し、例えば第２図に示すように、あたか
も波長の1/20ごとの干渉縞Ｓを生じたかのような
パターンを形成して、高精度な面形状を読み取る
わけである。しかし、この装置は高精度に面形状
を測定し得るものではあるが、多重露光を短時間
中に行う手間や、感光材料７の現像処理及び解析
に時間がかかるなどの欠点がある。
めに、第１図に示すような平面測定干渉装置を既
に提案している。即ち、被検面と、十分高精度に
研磨された参照面との２枚の光透過可能な反射面
１，２同志を対向させると共に微小角度を与えて
固定し、これらの反射面１，２の一方の側にレー
ザー源３を配置し、発光されたレーザー光をレン
ズ４により点光源としてコリメータレンズ５に導
き、このコリメータレンズ５によりレーザー光を
平行光束として反射面１，２に入射させる。する
と、レーザー光は２枚の反射面１，２間で反射を
繰り返し、望遠光学系６を経由して感光材料７の
上にフイネスの高い干渉縞パターンを結像させて
露光する。次に、反射面１，２の関係を保持した
まま、反射面１，２をレーザー光の光軸に対して
矢印Ａ方向に回転させると共に、光学系６は固定
し感光材料７を反射面１，２と反対方向の矢印Ｂ
方向に回転させて歪を除去し、感光材料７の上に
干渉縞パターンを重畳して記録する。この操作を
繰り返して最初に記録した干渉縞間に多数の干渉
縞を露光し、例えば第２図に示すように、あたか
も波長の1/20ごとの干渉縞Ｓを生じたかのような
パターンを形成して、高精度な面形状を読み取る
わけである。しかし、この装置は高精度に面形状
を測定し得るものではあるが、多重露光を短時間
中に行う手間や、感光材料７の現像処理及び解析
に時間がかかるなどの欠点がある。
本発明は、上述の従来例の欠点を除去すると同
時に、実時間で被検面の任意の位置の面精度を高
精度に測定可能とする干渉による面形状の測定方
法を提供することにあり、その要旨は、略平行に
配置された参照面と被検面に交差する方向から平
行光束である測定光を入射させ、参照面と被検面
との空気間隔を固定したまま、これらを測定光の
光軸に対して該光軸に対する前記参照面と被検面
の傾きが変化する方向に回転し、透過光によつて
得られる干渉縞出力を感光面上に投影し、被検面
上の基準位置に対応する感光面上で得られる干渉
縞強度の大なる回転角度と、被検面上の任意の測
定位置に対応する感光面上で得られる干渉縞強度
の大なる回転角度とから、前記被検面の基準位置
から参照面までの間隔に基づいて前記基準位置に
対する測定位置の段差を求めることを特徴とする
干渉による面形状の測定方法である。
時に、実時間で被検面の任意の位置の面精度を高
精度に測定可能とする干渉による面形状の測定方
法を提供することにあり、その要旨は、略平行に
配置された参照面と被検面に交差する方向から平
行光束である測定光を入射させ、参照面と被検面
との空気間隔を固定したまま、これらを測定光の
光軸に対して該光軸に対する前記参照面と被検面
の傾きが変化する方向に回転し、透過光によつて
得られる干渉縞出力を感光面上に投影し、被検面
上の基準位置に対応する感光面上で得られる干渉
縞強度の大なる回転角度と、被検面上の任意の測
定位置に対応する感光面上で得られる干渉縞強度
の大なる回転角度とから、前記被検面の基準位置
から参照面までの間隔に基づいて前記基準位置に
対する測定位置の段差を求めることを特徴とする
干渉による面形状の測定方法である。
次に本発明を第３図以下に図示の実施例に基づ
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
第３図は本発明に係る方法を実現するための装
置の構成図であり、第１図の装置とほぼ同様の構
成となつている。なお、第１図の符号と同一の符
号は同一の部材を示すものとする。反射面１，２
は前述したように所定の空気間隔に保持したま
ま、回転可能な試料ステージ８上に載置し、この
試料ステージ８の回転角を読み取り得るようにす
る。また、感光面ステージ９上には感光面１０を
載置し、この感光面１０は例えばフオトダイオー
ドアレイ等から成り、多数の個所に対してその光
強度を検出することを可能とする。
置の構成図であり、第１図の装置とほぼ同様の構
成となつている。なお、第１図の符号と同一の符
号は同一の部材を示すものとする。反射面１，２
は前述したように所定の空気間隔に保持したま
ま、回転可能な試料ステージ８上に載置し、この
試料ステージ８の回転角を読み取り得るようにす
る。また、感光面ステージ９上には感光面１０を
載置し、この感光面１０は例えばフオトダイオー
ドアレイ等から成り、多数の個所に対してその光
強度を検出することを可能とする。
ここで理解を容易にするために、被検面となる
反射面１の基準となる位置X1に対し、測定位置
X2の表面には第４図に模式的に示すような微小
量の段差Δが存在するものとし、反射面１上の基
準位置X1における２つの反射面１，２間の間隔
をｄとする。いま、光源３から発光され、反射面
１の位置X1，X2に反射面１に対し角度θで入射
する２本の単色光I1，I2を考える。単色光I1及び
I2は、反射面１，２の間隔が距離ｄの個所X1及び
距離ｄ−Δの個所X2でそれぞれ反射を繰り返し
て干渉を起し、反射面１，２のユニツトを通過す
る。このときの干渉光の強度を試料ステージ８を
矢印Ａ方向に回転しながら、即ち角度θを変えな
がら測定すると、反射面１に段差Δが存在するた
めに、単色光I1，I2による干渉光S1，S2の強度変
化は等しくならず、第５図に示すように回転各θ
の異なる位置にピークがずれることになる。
反射面１の基準となる位置X1に対し、測定位置
X2の表面には第４図に模式的に示すような微小
量の段差Δが存在するものとし、反射面１上の基
準位置X1における２つの反射面１，２間の間隔
をｄとする。いま、光源３から発光され、反射面
１の位置X1，X2に反射面１に対し角度θで入射
する２本の単色光I1，I2を考える。単色光I1及び
I2は、反射面１，２の間隔が距離ｄの個所X1及び
距離ｄ−Δの個所X2でそれぞれ反射を繰り返し
て干渉を起し、反射面１，２のユニツトを通過す
る。このときの干渉光の強度を試料ステージ８を
矢印Ａ方向に回転しながら、即ち角度θを変えな
がら測定すると、反射面１に段差Δが存在するた
めに、単色光I1，I2による干渉光S1，S2の強度変
化は等しくならず、第５図に示すように回転各θ
の異なる位置にピークがずれることになる。
干渉光S1及びS2の強度が急激に変化する個所、
例えばそれぞれのピークの尾部の1/2になつたと
きの試料ステージ８の回転角度をそれぞれθ1，
θ2、そのときの単色光I1，I2の光軸に沿つた反射
面１，２間の距離をl1，l2とすれば、 ｄ＝l1 cosθ1 ……(1) ｄ−Δ＝l2 cosθ2 ……(2) となり、ピークが共に生ずるのはl1＝l2の場合で
あるから、(1)，(2)式より間隔ｄと段差Δの関係は
次の式で表される。
例えばそれぞれのピークの尾部の1/2になつたと
きの試料ステージ８の回転角度をそれぞれθ1，
θ2、そのときの単色光I1，I2の光軸に沿つた反射
面１，２間の距離をl1，l2とすれば、 ｄ＝l1 cosθ1 ……(1) ｄ−Δ＝l2 cosθ2 ……(2) となり、ピークが共に生ずるのはl1＝l2の場合で
あるから、(1)，(2)式より間隔ｄと段差Δの関係は
次の式で表される。
ｄ／cosθ1＝（ｄ−Δ）／cosθ2 ……(3)
従つて、段差Δは次のように求められることに
なる。
なる。
Δ＝ｄ（cosθ1−cosθ2）／cosθ1 ……(4)
以上の説明は反射面１中の２点X1，X2の凹凸
についての説明であるが、同様にして感光面１０
で多数の点を同時に計測し、基準となる面位置
X1からの凹凸量を(4)式を用いて計算することに
よつて、被検面である反射面１の各点の形状を計
測できることになる。かくすることにより、その
測定精度を測定光の波長1/100程度にまで向上で
きることが確認されている。
についての説明であるが、同様にして感光面１０
で多数の点を同時に計測し、基準となる面位置
X1からの凹凸量を(4)式を用いて計算することに
よつて、被検面である反射面１の各点の形状を計
測できることになる。かくすることにより、その
測定精度を測定光の波長1/100程度にまで向上で
きることが確認されている。
また、試料ステージ８を回転することにより、
感光面１０上に結像する像には歪が生ずるため
に、感光面ステージ９を試料ステージ８と反対の
矢印Ｂ方向に同じ角度だけ回転して歪を補正すれ
ば、測定値を正確に得ることができる。回転角が
微小の場合は光学系６は省略してもよく、この場
合は感光面１０の回転も不要である。
感光面１０上に結像する像には歪が生ずるため
に、感光面ステージ９を試料ステージ８と反対の
矢印Ｂ方向に同じ角度だけ回転して歪を補正すれ
ば、測定値を正確に得ることができる。回転角が
微小の場合は光学系６は省略してもよく、この場
合は感光面１０の回転も不要である。
以上説明したような簡単な操作で被検面の形状
を計測できるわけであるが、このために感光面１
０として二次元フオトダイオードアレイを用い
て、ダイオードアレイのそれぞれの番地の出力を
マイクロコンピユータに取り込み、(4)式を用いて
計算し被検面の形状を実時間で算出することも可
能である。また、間隔ｄの決定は、これを決定す
る特定の場合に注目して、試料ステージ８を回転
し、第６図に示すように干渉光S3及びS4の２つの
ピークから得られる角度θ3及びθ4を測定すれば、
間隔ｄを決定することができる。即ち、光源３の
波長をλとすれば、間隔ｄは、 ｄ＝λ／｛２（cosθ4−cosθ3）｝ (3) として求められる。
を計測できるわけであるが、このために感光面１
０として二次元フオトダイオードアレイを用い
て、ダイオードアレイのそれぞれの番地の出力を
マイクロコンピユータに取り込み、(4)式を用いて
計算し被検面の形状を実時間で算出することも可
能である。また、間隔ｄの決定は、これを決定す
る特定の場合に注目して、試料ステージ８を回転
し、第６図に示すように干渉光S3及びS4の２つの
ピークから得られる角度θ3及びθ4を測定すれば、
間隔ｄを決定することができる。即ち、光源３の
波長をλとすれば、間隔ｄは、 ｄ＝λ／｛２（cosθ4−cosθ3）｝ (3) として求められる。
また、従来の繰り返し干渉測定方法では、フイ
ネスの高い繰り返し干渉縞を形成するために、反
射面１，２の表面を高反射でしかも透過率の良い
面にしなければならなかつた。しかし、本発明で
は干渉光Ｓの最も急激に変化する個所、例えば第
５図に示すようなピーク位置の1/2の部分を捉え
れば、誘電体膜のような高反射率の膜を用いなく
とも、アルミニウム膜のような通常用いられてい
る反射膜でも良好な精度で角度の測定が可能であ
る。
ネスの高い繰り返し干渉縞を形成するために、反
射面１，２の表面を高反射でしかも透過率の良い
面にしなければならなかつた。しかし、本発明で
は干渉光Ｓの最も急激に変化する個所、例えば第
５図に示すようなピーク位置の1/2の部分を捉え
れば、誘電体膜のような高反射率の膜を用いなく
とも、アルミニウム膜のような通常用いられてい
る反射膜でも良好な精度で角度の測定が可能であ
る。
以上説明したように、本発明に係る干渉による
面形状の測定方法は、被検面と参照面とをほぼ平
行に固定したまま、これらを測定光の光軸に対し
て回転させ、被検面の各位置の光量変化を回転角
度に対比させて検出し、干渉縞のピークの例えば
１／２になる角度を読み取るという簡単な操作によ
つて、被検面の形状を高精度に測定することがで
きる。
面形状の測定方法は、被検面と参照面とをほぼ平
行に固定したまま、これらを測定光の光軸に対し
て回転させ、被検面の各位置の光量変化を回転角
度に対比させて検出し、干渉縞のピークの例えば
１／２になる角度を読み取るという簡単な操作によ
つて、被検面の形状を高精度に測定することがで
きる。
第１図は従来例の構成図、第２図は従来の計測
装置により得られる干渉縞の説明図、第３図以下
は本発明に係る干渉による面形状の測定方法の実
施例であり、第３図はこの方法を実現するための
装置の構成図、第４図は反射面の模式的な配置
図、第５図、第６図は測定方法の説明図である。 符号１，２は反射面、３は光源，５はコリメー
タレンズ、６は結像望遠光学系、８は試料ステー
ジ、９は感光面ステージ、１０は感光面である。
装置により得られる干渉縞の説明図、第３図以下
は本発明に係る干渉による面形状の測定方法の実
施例であり、第３図はこの方法を実現するための
装置の構成図、第４図は反射面の模式的な配置
図、第５図、第６図は測定方法の説明図である。 符号１，２は反射面、３は光源，５はコリメー
タレンズ、６は結像望遠光学系、８は試料ステー
ジ、９は感光面ステージ、１０は感光面である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 略平行に配置された参照面と被検面に交差す
る方向から平行光束である測定光を入射させ、参
照面と被検面との空気間隔を固定したまま、これ
らを測定光の光軸に対して該光軸に対する前記参
照面と被検面の傾きが変化する方向に回転し、透
過光によつて得られる干渉縞出力を感光面上に投
影し、被検面上の基準位置に対応する感光面上で
得られる干渉縞強度の大なる回転角度と、被検面
上の任意の測定位置に対応する感光面上で得られ
る干渉縞強度の大なる回転角度とから、前記被検
面の基準位置から参照面までの間隔に基づいて前
記基準位置に対する測定位置の段差を求めること
を特徴とする干渉による面形状の測定方法。 ２ 前記被検面の基準位置から参照面までの間隔
をｄ、測定位置の基準位置に対する段差をΔ、基
準位置から求められる干渉縞強度の大なる回転角
度をθ1、測定位置から求められる干渉縞の同様の
角度をθ2とするとき、前記段差を、 Δ＝ｄ（cosθ1−cosθ2）／cosθ1 として求める特許請求の範囲第１項記載の干渉に
よる面形状の測定方法。 ３ 被検面及び参照面と反対方向に前記感光面を
回転することにより、得られる干渉縞の歪を除去
する特許請求の範囲第１項記載の干渉による面形
状の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57057080A JPS58173417A (ja) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | 干渉による面形状の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57057080A JPS58173417A (ja) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | 干渉による面形状の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58173417A JPS58173417A (ja) | 1983-10-12 |
| JPH0447243B2 true JPH0447243B2 (ja) | 1992-08-03 |
Family
ID=13045495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57057080A Granted JPS58173417A (ja) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | 干渉による面形状の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58173417A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5472575B2 (ja) * | 2009-02-26 | 2014-04-16 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 対向面内所定位置における対向面間距離測定装置及び方法、及びそれらを用いた高平面度加工方法 |
-
1982
- 1982-04-05 JP JP57057080A patent/JPS58173417A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58173417A (ja) | 1983-10-12 |
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