物体表面の形状測定装置、その形状測定方法及び部品キット
【課題】干渉測定および非干渉測定の両方を通して物体表面の高さマップを定める装置を提供する。
【解決手段】本発明は、表面の高さマップを定める装置であって、表面が測定される物体の位置決め手段と、光源と、受けた光を電気信号に変換する光検出器と、光源からの光を表面に向け、表面からの光を光検出器に向ける第１の光学系と、第１の光学系と表面との間に配置されるビームスプリッタと、参照ミラーと、ビームスプリッタとミラーとの間に配置され、ビームスプリッタからの光をミラーに向けると共に、ミラーからの光をビームスプリッタに向ける第２の光学系と、走査手段と、光検出器からの信号を高さマップに変換するように構成された処理手段とを備え、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであり、光源と第１の光学系との間に、制御可能な偏光コントローラが配置される、装置に関する。
【解決手段】本発明は、表面の高さマップを定める装置であって、表面が測定される物体の位置決め手段と、光源と、受けた光を電気信号に変換する光検出器と、光源からの光を表面に向け、表面からの光を光検出器に向ける第１の光学系と、第１の光学系と表面との間に配置されるビームスプリッタと、参照ミラーと、ビームスプリッタとミラーとの間に配置され、ビームスプリッタからの光をミラーに向けると共に、ミラーからの光をビームスプリッタに向ける第２の光学系と、走査手段と、光検出器からの信号を高さマップに変換するように構成された処理手段とを備え、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであり、光源と第１の光学系との間に、制御可能な偏光コントローラが配置される、装置に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体表面の形状を測定する装置、その方法及び部品キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
本装置は、例えば干渉モードで動作するように構成されると共に、物体の高さマップを特定するように構成された、いわゆる形状測定装置として既知である。この形状測定装置は、顕微鏡の対物レンズの倍率に関係なく、極端に高い高さ分解能が求められる測定作業に最もよく適する。しかし、形状測定装置の干渉モードでは、低倍率の対物レンズと共に使用される場合、比較的平滑な表面の測定に制限され得る。
【０００３】
しかし、非干渉モードで動作する形状測定装置も従来技術に属する。この形状測定装置は、共焦点顕微鏡の実施形態において光学切片顕微鏡として使用でき、または構造化照明顕微鏡（ＳＩＭ）の実施形態において光学切片顕微鏡として使用できる顕微鏡を備えている。共焦点顕微鏡または構造化照明顕微鏡（ＳＩＭ）は、低倍率範囲内での構造化表面の高さプロファイルの測定によりよく適し、一般に、急な傾斜を測定する場合によりよい結果を提供する。通常、非干渉光学切片顕微鏡は、高さ分解能の低減を犠牲にして、低倍率範囲の場合により高速の測定を提供する。
【０００４】
上記両種類の形状測定装置は、例えばレンズのようないくつかの共通の構成要素を備える。特に、レンズの場合、これは高価な構成要素に関係している。非干渉モードでは、干渉計を従来の撮像顕微鏡として使用され得る。
【０００５】
したがって、米国特許出願公開第２００７／０１６５２４１号には、高価な構成要素を使用して、干渉モードおよび非干渉モードの両方で使用されるように構成された形状測定装置が開示されている。より詳細には、この文献には、表面の高さマップを特定する装置であって、測定対象の表面を有する物体を位置決めする位置決め手段と、光源と、受けた光を電気信号に変換するように構成された光学検出器と、光源からの光を表面に向け、表面から反射された光を光検出器に向ける第１の光学手段と、第１の光学手段と表面との間に配置されるビームスプリッタと、参照ミラー(reference mirror)と、ビームスプリッタとミラーとの間に配置され、ビームスプリッタからの光をミラーに向けると共に、ミラーからの光をビームスプリッタに向ける第２の光学手段と、少なくとも物体と対物レンズの焦点面との距離を補正する走査手段と、走査動作を実行するように走査手段を制御し、光検出器から信号を受信するように構成された処理ユニットを備え、処理ユニットが、光検出器から受信した信号を高さマップに変換するように構成される、装置が開示されている。
【０００６】
この従来技術の文献では、一方は干渉モードの測定に使用されるように構成され、他方は非干渉モードの測定に使用されるように構成された２種類の対物レンズが使用される。これら種類の装置に使用されるのは対物レンズだけではなく、第１の光学手段内にレンズが存在することに留意されたい。
【０００７】
したがって、この従来技術による装置は、２つの対物レンズを必要とする装置を開示しており、高額投資が必要になり、また装置にかなりの容積が必要になることに繋がる。さらに、この従来技術による装置が、干渉測定用に少なくとも１つおよび非干渉測定用に少なくとも１つの、合計少なくとも２つの対物レンズを備えることにより、顕微鏡においてそれ自体一般的なように、ターンテーブルにより提供される、対物レンズを交換する機構が必要になる。これ自体は、非常に厳しい精度範囲により必要になる、対物レンズの位置決めに求められる精密性を考慮して、複雑な構造である。非干渉測定装置としての使用では、光源と第１の光学手段との間に配置され、光源により発せられた光にパターンを適用するパターン手段を使用する必要があることに留意する。しかし、視覚顕微鏡として使用する場合、これらパターン手段は必要ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１６５２４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に鑑みて、本発明は、上述した従来技術による問題が回避される干渉モードと非干渉モードの測定が可能な形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記で参照した種類の物体表面の形状測定装置であって、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであり、光源と光学手段との間に、偏光装置が配置され、処理装置が偏光装置を制御するように構成される、装置を提供する。
【００１１】
本発明は、偏光された光の特性を利用して、光の偏光角度の制御下でスイッチとして動作する構成要素により、光路内への光学構成要素の包含または光路からの構成要素の除外を可能にする。つまり、非干渉モードにおいて、偏光装置は、第１の偏光角度を有する偏光された光が偏光ビームスプリッタを透過し、参照ミラーを含む光路の分岐路が使用されないように、光源により発せられる光の偏光角度を偏光する。かかる偏光ビームスプリッタを透過した光は、主光路を伝搬し、この光は装置の非干渉モードで使用される。また、干渉モードにおいて、偏光装置は、２つの偏光角度のうちの第１の偏光角度を有する光が偏光ビームスプリッタを透過し、第２の偏光角度を有する光が参照ミラーに送られ、参照ミラーを含む分岐光路が使用されるように、光源により発せられる光の偏光角度を偏光する。これにより干渉モードの構成が得られる。
【００１２】
偏光された光の使用を要約すると、参照ミラーへ送れる光をオン、オフして、装置の干渉モード構成と非干渉モード構成との「切り替え」を可能にすることである。しかし、光検出器上に適切な干渉パターンを得るために、検光用偏光子(analysing polarizer)が、光学手段と光検出器との間に配置されている。装置が干渉モードで動作する場合、２つの異なる偏光を有する光線が当該検光用偏光子に到達する。検光用偏光子は、測定ビームおよび参照ビームの両方の偏光を同じ偏光軸に合わせる。
【００１３】
米国特許第５１２２６４８号にも、干渉モードおよび非干渉モードの両方で使用されるように構成された形状測定装置が記載されている。この文献に記載されている形状測定装置は、対物レンズ内に同心状に配置された小型の参照ミラーを備えるが、このミラーは、非干渉モードでは対物レンズ内に挿入されたスクリーンにより覆われる。そのようなミラーを機械的に覆うことは、機械的に厄介な解決策である。これに対し、本発明は、簡易な構成で低コストの形状測定装置を提供する。
【００１４】
好ましい実施形態によれば、偏光装置は偏光子を備え、発せられた光の偏光角度の制御は、偏光子の回転により実行される。この実施形態は、偏光装置に単純で容易に制御可能な構成を提供し、好ましくは、偏光されていない光を生成するように構成された光源と共に使用される。
【００１５】
光源が偏光された光を生成するように構成される場合、好ましくは、偏光装置は回転可能な二分の一波長板を備え、発せられた光の偏光角度の制御は、二分の一波長板の回転により実行される。この実施形態は、制御可能な偏光子に単純で容易に制御可能な構成を提供する。
【００１６】
好ましくは、上記で参照した種類の偏光装置は、光軸を中心に回転可能であり、回転角度が二分の一波長板の半分であるクリーンアップ偏光子を備える。この場合、偏光子は偏光コントラスト比の向上を目的とする。クリーンアップ偏光子は、光が干渉計の参照ビームに向けられないように、高偏光コントラスト比が望まれる非干渉モードで特に重要である。
【００１７】
さらに別の実施形態は、偏光された光を生成するように構成された光源および液晶偏光器を備える偏光装置を提供し、発せられた光の偏光角度の制御は、液晶偏光器の制御により実行される。容易に利用可能な液晶ディスプレイの原理は、実際の液晶が間に存在する透明壁の制御可能な偏光特性を利用することであり、偏光装置として容易に適応可能である。ＬＣｏＳディスプレイでは、この透明壁は反射背板に接着される。これにより、光学素子全体が反射素子として使用される。液晶偏光器は、液晶ディスプレイの部分である液晶偏光コントローラ配列であってもよい。しかし、照明ＬＥＤ配列、透過型ＬＣＤ、ＬＣｏＳマイクロディスプレイ（ＮＬＣｏＳ、ＦＬＣｏＳ、ＬＣＰＧ ＳＬＭ）、ＤＭＤマイクロディスプレイ投射エンジン、固定パターンディスプレイ（fixed pattern display）、またはミラー走査ストライプ投射システムを使用することも可能である。
【００１８】
別の好ましい実施形態によれば、液晶偏光器は複数のセルを有する。これにより、干渉コントラストを制御することが可能になる。この特徴の別の効果は、液晶偏光器をＳＩＭ構成でのパターン生成器として使用可能なことである。
【００１９】
好ましくは、偏光装置は、発せられた光の偏光角度を連続的に変更可能に構成される。これにより、試料の反射特性を補償するように、参照ビームとなる光と測定ビーム（物体表面に反射する光）となる光との比率を制御することができる。それに加えて、この方法により、干渉対物レンズ内のビームスプリッタのスプリット比を微調整することにより、干渉コントラストを最適化することができる。本発明による方法では、光検出器が受ける光のパワーが参照ビームと測定ビームとで等しくバランスされるように、入力偏光角度を入念に選択することにより、微調整することができる。
【００２０】
本装置を視覚顕微鏡として使用する場合には、パターン生成手段は必要ない。非干渉モードで使用する場合には、そのようなパターン生成フィルタが必要であり、好ましい実施形態は、光源と光学手段との間に配置され、光源により発せられた光にパターンを生成するパターン生成手段を提供する。
【００２１】
装置を非干渉のモードで使用する場合には、パターン生成器が光検出器上のパターンを認識可能である必要がある。このパターン生成器は干渉モードでの測定および「通常の撮像顕微鏡」としての使用を妨げることがあるため、このパターン生成器は、好ましくは、アクティブ状態と非アクティブ状態とに切り替え可能である。アクティブ状態が、光が偏光干渉対物レンズの参照ミラーに向けられない設定を除くすべての偏光設定を含むことに留意する。
【００２２】
別の好ましい実施形態によれば、装置は視覚顕微鏡として使用されるように構成される。
【００２３】
別の好ましい実施形態は、前記偏光ビームスプリッタは、前記光学手段と物体表面との間の光軸に対して直交する方向に分光可能な半透明ミラーを有し、前記参照ミラーは、当該直交する方向に設けられていることである。したがって、マイケルソン構成の干渉計が得られる。
【００２４】
別の好ましい実施形態は、前記参照ミラーは、前記偏光ビームスプリッタと前記光学手段との間に設けられ、前記偏光ビームスプリッタは、主面が前記参照ミラーと物体表面との間の光軸に垂直な状態で配置されるワイヤグリッド型であることである。したがって、ミロー構成の干渉計が得られる。
【００２５】
さらに別の好ましい実施形態は、干渉形状測定装置を本発明による装置に変える部品キットであって、前記干渉形状測定装置内にあるビームスプリッタと交換可能な偏光ビームスプリッタと、前記光源と前記光学手段との間に設けられるように構成された偏光装置と、前記光学手段と前記光検出器との間に配置されるように構成された検出用偏光子と、前記偏光装置を制御し、前記干渉形状測定装置内にある処理装置に取って代わるように構成された処理装置と、を有する、部品キットを提供する。この部品キットにより、干渉形状測定装置のユーザは、この装置を、すぐ上に記載したように２つのモードで使用可能な装置に変えることができる。これは、少額の投資で多用途の形状測定装置を得る魅力的な方法である。
【００２６】
最後に、形状測定装置を使用して物体表面の高さマップを定める好ましい方法は、干渉方法および非干渉方法のうちの第１の方法を通して上記表面の高さマップを定めるステップと、装置を、第１の方法を実行するように構成された第１の状態から、干渉方法および非干渉方法のうちの第２の方法を実行するように構成された第２の状態に変換するステップと、第２の方法を通して上記表面の高さマップを定めるステップとを含み、装置の状態を変換するステップは、当該装置で使用される光の偏光角度を補正するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による形状測定装置の構成要素を示す図である。
【図２】偏光装置の構成要素を示す図である。
【図３】（Ａ）は、非干渉モードでの第１の実施形態による形状測定装置を示す図である。（Ｂ）は、マイケルソン型干渉計の構成を有する、干渉モードでの第１の実施形態による形状測定装置を示す図である。
【図４】（Ａ）は、非干渉モードでの第２の実施形態による形状測定装置を示す図である。（Ｂ）は、ミロー型干渉計の構成を有する、干渉モードでの第２の実施形態による形状測定装置を示す図である。
【図５】偏光装置の他の態様を示す図である。
【図６】偏光装置の他の態様を示す図である。
【図７】マイケルソン構成の構成を有する第３の実施形態を示す図である。
【図８】パターン生成手段を有する形状測定装置の構成要素を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
続けて、本発明について図面を用いて説明する。
【００２９】
図１に示す形状測定装置１は、大部分の構成要素が取り付けられる枠２を備える。形状測定装置１は、高さ（ｚ軸）に垂直な表面（ｘ軸およびｙ軸）における位置の関数として高さ（ｚ軸）が測定される物体３を位置決めするための位置決め手段としてのクランプ４または同様の手段を備える。別様に表現すると、装置１は、物体３の高さマップを特定するように構成される。形状測定装置１は、対物レンズ５と、光学手段としての光線分割ミラー６と、光源７と、偏光装置８とをさらに備え、これらはすべて枠２に接続される。さらに、形状測定装置１は、レンズ９と、検光用偏光子１０と、光検出器としてのカメラまたは感光素子１１と、処理装置としてのデジタル計算ユニット１２と、物体３と対物レンズ５の焦点面との間の距離を変更する走査手段１３と、を有している。また、対物レンズ５は、後述する偏光ビームスプリッタ２１と、参照ミラー２２を有している。光源７は、例えば構造化干渉測定において有用なパターン光線を生成するように構成された白色光の光源である。さらに、デジタル計算ユニット１２は、偏光装置８、走査手段１３による対物レンズ５の走査移動、およびカメラ１１のような制御可能な要素を制御すると共に、カメラ１１により記録された画像を処理するように構成される。
【００３０】
光源７から発せられた光は、制御可能な偏光装置８により偏光され、光線分割ミラー６に向けられ、光線分割ミラー６において、対物レンズ５に向けられる。対物レンズ５から、光はクランプ４に保持された物体３に到達し、物体３から反射して、対物レンズ５、光線分割ミラー６、レンズ９、検光用偏光子１０を通って伝搬してカメラ１１に到達する。カメラ１１において、光は電気信号に変換される。それにより、提供された電気信号はデジタル計算ユニット１２に供給され、デジタル計算ユニット１２において処理され、解析される。
【００３１】
また、偏光装置８は、干渉モードと非干渉モードに装置を切り替えるために使用される。図２に示すように偏光装置８は、例えば光軸を中心として回転可能な偏光子１５と、偏光子１５から下流に配置され、偏光子１５の光軸を中心として回転可能に取り付けられた二分の一波長板１６とを備える。この装置は、光源７により生成された偏光されていない光を、制御可能な偏光角度を有する光に変換するように構成される。偏光子１５から出た光は、図面から分かるように、単一の固定方向に偏光される。続く二分の一波長板１６は、光の偏光軸に、二分の一波長板１６の回転角度の２倍に等しい角度を加える。したがって、偏光装置８から出る光の偏光角度は、二分の一波長板１６の回転により制御することができる。上述したように、他の種類の偏光装置を使用してもよいことは明らかである。
【００３２】
図３Ａは、非干渉モードで動作する第１の実施形態を示す。非干渉モードは、参照ミラー２２に光を送らないモードになる。なお、対物レンズ５はレンズ２０を備えている。レンズ２０は、設計に応じて、他の構成のレンズまたは複数のレンズで代用してもよい。参照ミラー２２は、物体３と同様に、対物レンズの焦点面、または焦点面の近傍に配置される。偏光ビームスプリッタ２１は、所定の偏光角度の光を分光可能な半透明ミラーである。非干渉モードにおいて、偏光装置８により光線３１の偏光角度が、偏光ビームスプリッタ２１を透過する設定になるため、光線３１は偏光ビームスプリッタ２１を透過し、物体３で反射し、偏光ビームスプリッタ２１を再び透過する。次に、光線３１が、カメラ１１に入射し、そのカメラ１１で検出された情報がデジタル計算ユニット１２に送られる。光線３１の発光中、走査手段１３により対物レンズ５が走査される。デジタル計算ユニット１２において、物体３の高さの測定が、非干渉法により、例えば、物体３からカメラ１１に入射した信号に基づいて多数の垂直走査画像を解析することにより行われる。この構成では、参照ミラー２２は機能していない。非干渉モードの場合、空間コントラスト検出形状測定法、共焦点顕微鏡法、構造化照明光学切片顕微鏡法（ＳＩＭ）等の従来技術による方法を使用し得る。
【００３３】
図３Ｂは同じ実施形態であるが、干渉モードで動作する第１の実施形態を示す。干渉モードは、参照ミラー２２に光を送るモードになる。本実施形態では、偏光装置８により光線３２は２方向に偏光される。この光線３２は偏光ビームスプリッタ２１に衝突し、物体３に向けられる測定ビーム３４および参照ミラー２２に向けられる参照ビーム３３に分割される。この結果、生成される参照ビーム３３および測定ビーム３４のそれぞれは、参照ミラー２２、物体３から反射され、当該ビーム３３、３４は偏光ビームスプリッタ２１内で結合されて結合ビーム３５になり、カメラ１１に向けられる。少なくとも干渉モードで使用される場合、図１に示すように、光路内でカメラ１１に先行して検光用偏光子１０があり、この検光用偏光子１０において干渉パターンを形成する。カメラ１１に投射された画像の処理が、デジタル計算ユニット１２において従来技術においてそれ自体既知のように、続けて解析され処理される。参照ビーム３３と測定ビーム３４との間に角度的な隔たりがあることにより、装置内に組み込まれた干渉計の構成がマイケルソン干渉計の構成であることに留意する。
【００３４】
図４Ａは、非干渉モードで動作する第２の実施形態を示す。対物レンズ２５は、第１の実施形態と同様にレンズ２６を備える。偏光ビームスプリッタ２８は、ワイヤグリッド型である。この偏光ビームスプリッタ２８は、特定の偏光を有する光が使用される場合、衝突した光を参照ビームおよび測定ビームに分割するように構成されている。参照ミラー２７が、対物レンズ２５の光軸に配置される。非干渉モードにおいて、光線３６の偏光角度は、偏光装置８により偏光ビームスプリッタを透過する偏光軸と同一に設定される。よって光線３６は偏光ビームスプリッタ２８を透過し、物体３で反射され、偏光ビームスプリッタ２８を再び透過する。次に、光線３６が、カメラ１１に入射し、そのカメラ１１で検出された情報がデジタル計算ユニット１２に送られる。光線３６の発光中、走査手段１３により対物レンズ２５が走査される。デジタル計算ユニット１２において、物体３の高さの測定が、非干渉法により、例えば、投射試料画像により行われ、物体３からカメラ１１に入力された多数の画像が解析される。この構成では、参照ミラー２７は機能していない。
【００３５】
図４Ｂは、干渉モードで動作する第２の実施形態を示す。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２８に衝突する光線３７は、物体３に向けられる測定ビーム３９と参照ミラー２７に向けられる参照ビーム３８に分割される。これは、光線３７の偏光角度が、偏光装置８により両方向に偏光する構成要素を有することによる。結果として生成される参照ビーム３８および測定ビーム３９のそれぞれは、参照ミラー２７と、物体３で反射され、偏光ビームスプリッタ２８において結合されて光線４０になり、カメラ１１に向けられる。この実施形態でも、図１に示すように、光路内でカメラ１１に先行して検光用偏光子１０があり、この検光用偏光子１０において干渉パターンを形成できるようにする。ここでも、カメラ１１に投射された多数の垂直走査画像の処理が、デジタル計算ユニット１２において従来技術においてそれ自体既知の方法で続けて解析され処理される。この実施形態の装置内に組み込まれる干渉計の構成は、ミロー干渉計の構成である。
【００３６】
なお、上記実施の形態で記載した偏光装置８は、図５に示すように二分の一波長板１６の下流側に光軸を中心として回転可能なクリーンアップ偏光子４５を備えてもよい。この場合、クリーンアップ偏光子４５の回転角度は、二分の一波長板１６の回転角度の半分である。
【００３７】
また、図６に示すように光源７が、偏光された光を生成可能な偏光子４６を備えるようにし、偏光装置８が、光軸を中心として回転可能な偏光子４７を備えるようにしてもよい。この場合、光源７から発せられた光の偏光角度の制御は、偏光装置８の偏光子４７の回転により実行される。
【００３８】
また、以上の偏光装置８は、光源７から発せられた光の偏光角度を連続して変更できてもよい。
【００３９】
図７は、光源７の偏光装置８に液晶ユニット５０が設けられたマイケルソン構成を有する第３の実施形態を示す。この液晶ユニット５０により、ユニット５０から出る光の偏光角度を制御することができる。本実施形態では、光源７は、偏光子５１を含むため、偏光された光を生成するように構成される。液晶ユニット５０は、当分野においてそれ自体既知のように、光量を調整可能な相当数の別個のセルを備える。これにより、物体３の表面にわたる光の分布を制御して、物体３の反射における局所差を補正することができる。この実施形態がＳＩＭモードで使用される場合、液晶ユニット５０を使用して、ＳＩＭプロセスで使用されるパターンを生成することができる。例えば図８に示すようにこの場合のパターン生成手段６０は、光源７と光学手段としての光線分割ミラー６との間に配置され、光源７により発せられた光に所定のパターンを生成する。また、当該パターン生成手段８０は、アクティブ状態と非アクティブ状態とに切り替え可能であってもよい。この実施形態のその他の構成要素は、前の実施形態におけるものと同様である。この実施形態をミロー構成で使用してもよいことは明らかである。
【００４０】
以上の形状測定装置１は、視覚顕微鏡としても使用されるようにしてもよい。
【００４１】
さらに、一般的な干渉モードのみの干渉形状測定装置を上述の干渉モードと非干渉モードを有する形状測定装置に変える部品キットとして、例えば干渉形状測定装置内にあるビームスプリッタと交換可能な偏光ビームスプリッタ２１と、光源７と光学手段としての光線分割ミラー６との間に設けられるように構成された偏光装置８と、光線分割ミラー６と光検出器としてのカメラ１１との間に配置されるように構成された検光用偏光子１０と、偏光装置８の偏光角度を制御可能で、干渉形状測定装置内にある処理装置に取って代わるように構成された処理装置としてのデジタル計算ユニット１２と、を有する部品キットを構成してもよい。
【００４２】
添付の特許請求の範囲内に開示される本発明の範囲内で、上で開示された実施形態からの多くの逸脱を行い得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 形状測定装置
２ 枠
３ 物体
４ クランプ
５、２５ 対物レンズ
６ 光線分割ミラー
７ 光源
８ 偏光装置
９、２０、２６ レンズ
１０ 検光用偏光子
１１ カメラ
１２ デジタル計算ユニット
１５ 偏光子
１６ 二分の一波長板
２１、２８ 偏光ビームスプリッタ
２２、２７ 参照ミラー
３１、３２、３６、３７、４０ 光線
３３、３８ 参照ビーム
３４、３９ 測定ビーム
３５ 結合ビーム
５０ 液晶ユニット
５１ 偏光子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体表面の形状を測定する装置、その方法及び部品キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
本装置は、例えば干渉モードで動作するように構成されると共に、物体の高さマップを特定するように構成された、いわゆる形状測定装置として既知である。この形状測定装置は、顕微鏡の対物レンズの倍率に関係なく、極端に高い高さ分解能が求められる測定作業に最もよく適する。しかし、形状測定装置の干渉モードでは、低倍率の対物レンズと共に使用される場合、比較的平滑な表面の測定に制限され得る。
【０００３】
しかし、非干渉モードで動作する形状測定装置も従来技術に属する。この形状測定装置は、共焦点顕微鏡の実施形態において光学切片顕微鏡として使用でき、または構造化照明顕微鏡（ＳＩＭ）の実施形態において光学切片顕微鏡として使用できる顕微鏡を備えている。共焦点顕微鏡または構造化照明顕微鏡（ＳＩＭ）は、低倍率範囲内での構造化表面の高さプロファイルの測定によりよく適し、一般に、急な傾斜を測定する場合によりよい結果を提供する。通常、非干渉光学切片顕微鏡は、高さ分解能の低減を犠牲にして、低倍率範囲の場合により高速の測定を提供する。
【０００４】
上記両種類の形状測定装置は、例えばレンズのようないくつかの共通の構成要素を備える。特に、レンズの場合、これは高価な構成要素に関係している。非干渉モードでは、干渉計を従来の撮像顕微鏡として使用され得る。
【０００５】
したがって、米国特許出願公開第２００７／０１６５２４１号には、高価な構成要素を使用して、干渉モードおよび非干渉モードの両方で使用されるように構成された形状測定装置が開示されている。より詳細には、この文献には、表面の高さマップを特定する装置であって、測定対象の表面を有する物体を位置決めする位置決め手段と、光源と、受けた光を電気信号に変換するように構成された光学検出器と、光源からの光を表面に向け、表面から反射された光を光検出器に向ける第１の光学手段と、第１の光学手段と表面との間に配置されるビームスプリッタと、参照ミラー(reference mirror)と、ビームスプリッタとミラーとの間に配置され、ビームスプリッタからの光をミラーに向けると共に、ミラーからの光をビームスプリッタに向ける第２の光学手段と、少なくとも物体と対物レンズの焦点面との距離を補正する走査手段と、走査動作を実行するように走査手段を制御し、光検出器から信号を受信するように構成された処理ユニットを備え、処理ユニットが、光検出器から受信した信号を高さマップに変換するように構成される、装置が開示されている。
【０００６】
この従来技術の文献では、一方は干渉モードの測定に使用されるように構成され、他方は非干渉モードの測定に使用されるように構成された２種類の対物レンズが使用される。これら種類の装置に使用されるのは対物レンズだけではなく、第１の光学手段内にレンズが存在することに留意されたい。
【０００７】
したがって、この従来技術による装置は、２つの対物レンズを必要とする装置を開示しており、高額投資が必要になり、また装置にかなりの容積が必要になることに繋がる。さらに、この従来技術による装置が、干渉測定用に少なくとも１つおよび非干渉測定用に少なくとも１つの、合計少なくとも２つの対物レンズを備えることにより、顕微鏡においてそれ自体一般的なように、ターンテーブルにより提供される、対物レンズを交換する機構が必要になる。これ自体は、非常に厳しい精度範囲により必要になる、対物レンズの位置決めに求められる精密性を考慮して、複雑な構造である。非干渉測定装置としての使用では、光源と第１の光学手段との間に配置され、光源により発せられた光にパターンを適用するパターン手段を使用する必要があることに留意する。しかし、視覚顕微鏡として使用する場合、これらパターン手段は必要ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１６５２４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に鑑みて、本発明は、上述した従来技術による問題が回避される干渉モードと非干渉モードの測定が可能な形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記で参照した種類の物体表面の形状測定装置であって、ビームスプリッタが偏光ビームスプリッタであり、光源と光学手段との間に、偏光装置が配置され、処理装置が偏光装置を制御するように構成される、装置を提供する。
【００１１】
本発明は、偏光された光の特性を利用して、光の偏光角度の制御下でスイッチとして動作する構成要素により、光路内への光学構成要素の包含または光路からの構成要素の除外を可能にする。つまり、非干渉モードにおいて、偏光装置は、第１の偏光角度を有する偏光された光が偏光ビームスプリッタを透過し、参照ミラーを含む光路の分岐路が使用されないように、光源により発せられる光の偏光角度を偏光する。かかる偏光ビームスプリッタを透過した光は、主光路を伝搬し、この光は装置の非干渉モードで使用される。また、干渉モードにおいて、偏光装置は、２つの偏光角度のうちの第１の偏光角度を有する光が偏光ビームスプリッタを透過し、第２の偏光角度を有する光が参照ミラーに送られ、参照ミラーを含む分岐光路が使用されるように、光源により発せられる光の偏光角度を偏光する。これにより干渉モードの構成が得られる。
【００１２】
偏光された光の使用を要約すると、参照ミラーへ送れる光をオン、オフして、装置の干渉モード構成と非干渉モード構成との「切り替え」を可能にすることである。しかし、光検出器上に適切な干渉パターンを得るために、検光用偏光子(analysing polarizer)が、光学手段と光検出器との間に配置されている。装置が干渉モードで動作する場合、２つの異なる偏光を有する光線が当該検光用偏光子に到達する。検光用偏光子は、測定ビームおよび参照ビームの両方の偏光を同じ偏光軸に合わせる。
【００１３】
米国特許第５１２２６４８号にも、干渉モードおよび非干渉モードの両方で使用されるように構成された形状測定装置が記載されている。この文献に記載されている形状測定装置は、対物レンズ内に同心状に配置された小型の参照ミラーを備えるが、このミラーは、非干渉モードでは対物レンズ内に挿入されたスクリーンにより覆われる。そのようなミラーを機械的に覆うことは、機械的に厄介な解決策である。これに対し、本発明は、簡易な構成で低コストの形状測定装置を提供する。
【００１４】
好ましい実施形態によれば、偏光装置は偏光子を備え、発せられた光の偏光角度の制御は、偏光子の回転により実行される。この実施形態は、偏光装置に単純で容易に制御可能な構成を提供し、好ましくは、偏光されていない光を生成するように構成された光源と共に使用される。
【００１５】
光源が偏光された光を生成するように構成される場合、好ましくは、偏光装置は回転可能な二分の一波長板を備え、発せられた光の偏光角度の制御は、二分の一波長板の回転により実行される。この実施形態は、制御可能な偏光子に単純で容易に制御可能な構成を提供する。
【００１６】
好ましくは、上記で参照した種類の偏光装置は、光軸を中心に回転可能であり、回転角度が二分の一波長板の半分であるクリーンアップ偏光子を備える。この場合、偏光子は偏光コントラスト比の向上を目的とする。クリーンアップ偏光子は、光が干渉計の参照ビームに向けられないように、高偏光コントラスト比が望まれる非干渉モードで特に重要である。
【００１７】
さらに別の実施形態は、偏光された光を生成するように構成された光源および液晶偏光器を備える偏光装置を提供し、発せられた光の偏光角度の制御は、液晶偏光器の制御により実行される。容易に利用可能な液晶ディスプレイの原理は、実際の液晶が間に存在する透明壁の制御可能な偏光特性を利用することであり、偏光装置として容易に適応可能である。ＬＣｏＳディスプレイでは、この透明壁は反射背板に接着される。これにより、光学素子全体が反射素子として使用される。液晶偏光器は、液晶ディスプレイの部分である液晶偏光コントローラ配列であってもよい。しかし、照明ＬＥＤ配列、透過型ＬＣＤ、ＬＣｏＳマイクロディスプレイ（ＮＬＣｏＳ、ＦＬＣｏＳ、ＬＣＰＧ ＳＬＭ）、ＤＭＤマイクロディスプレイ投射エンジン、固定パターンディスプレイ（fixed pattern display）、またはミラー走査ストライプ投射システムを使用することも可能である。
【００１８】
別の好ましい実施形態によれば、液晶偏光器は複数のセルを有する。これにより、干渉コントラストを制御することが可能になる。この特徴の別の効果は、液晶偏光器をＳＩＭ構成でのパターン生成器として使用可能なことである。
【００１９】
好ましくは、偏光装置は、発せられた光の偏光角度を連続的に変更可能に構成される。これにより、試料の反射特性を補償するように、参照ビームとなる光と測定ビーム（物体表面に反射する光）となる光との比率を制御することができる。それに加えて、この方法により、干渉対物レンズ内のビームスプリッタのスプリット比を微調整することにより、干渉コントラストを最適化することができる。本発明による方法では、光検出器が受ける光のパワーが参照ビームと測定ビームとで等しくバランスされるように、入力偏光角度を入念に選択することにより、微調整することができる。
【００２０】
本装置を視覚顕微鏡として使用する場合には、パターン生成手段は必要ない。非干渉モードで使用する場合には、そのようなパターン生成フィルタが必要であり、好ましい実施形態は、光源と光学手段との間に配置され、光源により発せられた光にパターンを生成するパターン生成手段を提供する。
【００２１】
装置を非干渉のモードで使用する場合には、パターン生成器が光検出器上のパターンを認識可能である必要がある。このパターン生成器は干渉モードでの測定および「通常の撮像顕微鏡」としての使用を妨げることがあるため、このパターン生成器は、好ましくは、アクティブ状態と非アクティブ状態とに切り替え可能である。アクティブ状態が、光が偏光干渉対物レンズの参照ミラーに向けられない設定を除くすべての偏光設定を含むことに留意する。
【００２２】
別の好ましい実施形態によれば、装置は視覚顕微鏡として使用されるように構成される。
【００２３】
別の好ましい実施形態は、前記偏光ビームスプリッタは、前記光学手段と物体表面との間の光軸に対して直交する方向に分光可能な半透明ミラーを有し、前記参照ミラーは、当該直交する方向に設けられていることである。したがって、マイケルソン構成の干渉計が得られる。
【００２４】
別の好ましい実施形態は、前記参照ミラーは、前記偏光ビームスプリッタと前記光学手段との間に設けられ、前記偏光ビームスプリッタは、主面が前記参照ミラーと物体表面との間の光軸に垂直な状態で配置されるワイヤグリッド型であることである。したがって、ミロー構成の干渉計が得られる。
【００２５】
さらに別の好ましい実施形態は、干渉形状測定装置を本発明による装置に変える部品キットであって、前記干渉形状測定装置内にあるビームスプリッタと交換可能な偏光ビームスプリッタと、前記光源と前記光学手段との間に設けられるように構成された偏光装置と、前記光学手段と前記光検出器との間に配置されるように構成された検出用偏光子と、前記偏光装置を制御し、前記干渉形状測定装置内にある処理装置に取って代わるように構成された処理装置と、を有する、部品キットを提供する。この部品キットにより、干渉形状測定装置のユーザは、この装置を、すぐ上に記載したように２つのモードで使用可能な装置に変えることができる。これは、少額の投資で多用途の形状測定装置を得る魅力的な方法である。
【００２６】
最後に、形状測定装置を使用して物体表面の高さマップを定める好ましい方法は、干渉方法および非干渉方法のうちの第１の方法を通して上記表面の高さマップを定めるステップと、装置を、第１の方法を実行するように構成された第１の状態から、干渉方法および非干渉方法のうちの第２の方法を実行するように構成された第２の状態に変換するステップと、第２の方法を通して上記表面の高さマップを定めるステップとを含み、装置の状態を変換するステップは、当該装置で使用される光の偏光角度を補正するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による形状測定装置の構成要素を示す図である。
【図２】偏光装置の構成要素を示す図である。
【図３】（Ａ）は、非干渉モードでの第１の実施形態による形状測定装置を示す図である。（Ｂ）は、マイケルソン型干渉計の構成を有する、干渉モードでの第１の実施形態による形状測定装置を示す図である。
【図４】（Ａ）は、非干渉モードでの第２の実施形態による形状測定装置を示す図である。（Ｂ）は、ミロー型干渉計の構成を有する、干渉モードでの第２の実施形態による形状測定装置を示す図である。
【図５】偏光装置の他の態様を示す図である。
【図６】偏光装置の他の態様を示す図である。
【図７】マイケルソン構成の構成を有する第３の実施形態を示す図である。
【図８】パターン生成手段を有する形状測定装置の構成要素を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
続けて、本発明について図面を用いて説明する。
【００２９】
図１に示す形状測定装置１は、大部分の構成要素が取り付けられる枠２を備える。形状測定装置１は、高さ（ｚ軸）に垂直な表面（ｘ軸およびｙ軸）における位置の関数として高さ（ｚ軸）が測定される物体３を位置決めするための位置決め手段としてのクランプ４または同様の手段を備える。別様に表現すると、装置１は、物体３の高さマップを特定するように構成される。形状測定装置１は、対物レンズ５と、光学手段としての光線分割ミラー６と、光源７と、偏光装置８とをさらに備え、これらはすべて枠２に接続される。さらに、形状測定装置１は、レンズ９と、検光用偏光子１０と、光検出器としてのカメラまたは感光素子１１と、処理装置としてのデジタル計算ユニット１２と、物体３と対物レンズ５の焦点面との間の距離を変更する走査手段１３と、を有している。また、対物レンズ５は、後述する偏光ビームスプリッタ２１と、参照ミラー２２を有している。光源７は、例えば構造化干渉測定において有用なパターン光線を生成するように構成された白色光の光源である。さらに、デジタル計算ユニット１２は、偏光装置８、走査手段１３による対物レンズ５の走査移動、およびカメラ１１のような制御可能な要素を制御すると共に、カメラ１１により記録された画像を処理するように構成される。
【００３０】
光源７から発せられた光は、制御可能な偏光装置８により偏光され、光線分割ミラー６に向けられ、光線分割ミラー６において、対物レンズ５に向けられる。対物レンズ５から、光はクランプ４に保持された物体３に到達し、物体３から反射して、対物レンズ５、光線分割ミラー６、レンズ９、検光用偏光子１０を通って伝搬してカメラ１１に到達する。カメラ１１において、光は電気信号に変換される。それにより、提供された電気信号はデジタル計算ユニット１２に供給され、デジタル計算ユニット１２において処理され、解析される。
【００３１】
また、偏光装置８は、干渉モードと非干渉モードに装置を切り替えるために使用される。図２に示すように偏光装置８は、例えば光軸を中心として回転可能な偏光子１５と、偏光子１５から下流に配置され、偏光子１５の光軸を中心として回転可能に取り付けられた二分の一波長板１６とを備える。この装置は、光源７により生成された偏光されていない光を、制御可能な偏光角度を有する光に変換するように構成される。偏光子１５から出た光は、図面から分かるように、単一の固定方向に偏光される。続く二分の一波長板１６は、光の偏光軸に、二分の一波長板１６の回転角度の２倍に等しい角度を加える。したがって、偏光装置８から出る光の偏光角度は、二分の一波長板１６の回転により制御することができる。上述したように、他の種類の偏光装置を使用してもよいことは明らかである。
【００３２】
図３Ａは、非干渉モードで動作する第１の実施形態を示す。非干渉モードは、参照ミラー２２に光を送らないモードになる。なお、対物レンズ５はレンズ２０を備えている。レンズ２０は、設計に応じて、他の構成のレンズまたは複数のレンズで代用してもよい。参照ミラー２２は、物体３と同様に、対物レンズの焦点面、または焦点面の近傍に配置される。偏光ビームスプリッタ２１は、所定の偏光角度の光を分光可能な半透明ミラーである。非干渉モードにおいて、偏光装置８により光線３１の偏光角度が、偏光ビームスプリッタ２１を透過する設定になるため、光線３１は偏光ビームスプリッタ２１を透過し、物体３で反射し、偏光ビームスプリッタ２１を再び透過する。次に、光線３１が、カメラ１１に入射し、そのカメラ１１で検出された情報がデジタル計算ユニット１２に送られる。光線３１の発光中、走査手段１３により対物レンズ５が走査される。デジタル計算ユニット１２において、物体３の高さの測定が、非干渉法により、例えば、物体３からカメラ１１に入射した信号に基づいて多数の垂直走査画像を解析することにより行われる。この構成では、参照ミラー２２は機能していない。非干渉モードの場合、空間コントラスト検出形状測定法、共焦点顕微鏡法、構造化照明光学切片顕微鏡法（ＳＩＭ）等の従来技術による方法を使用し得る。
【００３３】
図３Ｂは同じ実施形態であるが、干渉モードで動作する第１の実施形態を示す。干渉モードは、参照ミラー２２に光を送るモードになる。本実施形態では、偏光装置８により光線３２は２方向に偏光される。この光線３２は偏光ビームスプリッタ２１に衝突し、物体３に向けられる測定ビーム３４および参照ミラー２２に向けられる参照ビーム３３に分割される。この結果、生成される参照ビーム３３および測定ビーム３４のそれぞれは、参照ミラー２２、物体３から反射され、当該ビーム３３、３４は偏光ビームスプリッタ２１内で結合されて結合ビーム３５になり、カメラ１１に向けられる。少なくとも干渉モードで使用される場合、図１に示すように、光路内でカメラ１１に先行して検光用偏光子１０があり、この検光用偏光子１０において干渉パターンを形成する。カメラ１１に投射された画像の処理が、デジタル計算ユニット１２において従来技術においてそれ自体既知のように、続けて解析され処理される。参照ビーム３３と測定ビーム３４との間に角度的な隔たりがあることにより、装置内に組み込まれた干渉計の構成がマイケルソン干渉計の構成であることに留意する。
【００３４】
図４Ａは、非干渉モードで動作する第２の実施形態を示す。対物レンズ２５は、第１の実施形態と同様にレンズ２６を備える。偏光ビームスプリッタ２８は、ワイヤグリッド型である。この偏光ビームスプリッタ２８は、特定の偏光を有する光が使用される場合、衝突した光を参照ビームおよび測定ビームに分割するように構成されている。参照ミラー２７が、対物レンズ２５の光軸に配置される。非干渉モードにおいて、光線３６の偏光角度は、偏光装置８により偏光ビームスプリッタを透過する偏光軸と同一に設定される。よって光線３６は偏光ビームスプリッタ２８を透過し、物体３で反射され、偏光ビームスプリッタ２８を再び透過する。次に、光線３６が、カメラ１１に入射し、そのカメラ１１で検出された情報がデジタル計算ユニット１２に送られる。光線３６の発光中、走査手段１３により対物レンズ２５が走査される。デジタル計算ユニット１２において、物体３の高さの測定が、非干渉法により、例えば、投射試料画像により行われ、物体３からカメラ１１に入力された多数の画像が解析される。この構成では、参照ミラー２７は機能していない。
【００３５】
図４Ｂは、干渉モードで動作する第２の実施形態を示す。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２８に衝突する光線３７は、物体３に向けられる測定ビーム３９と参照ミラー２７に向けられる参照ビーム３８に分割される。これは、光線３７の偏光角度が、偏光装置８により両方向に偏光する構成要素を有することによる。結果として生成される参照ビーム３８および測定ビーム３９のそれぞれは、参照ミラー２７と、物体３で反射され、偏光ビームスプリッタ２８において結合されて光線４０になり、カメラ１１に向けられる。この実施形態でも、図１に示すように、光路内でカメラ１１に先行して検光用偏光子１０があり、この検光用偏光子１０において干渉パターンを形成できるようにする。ここでも、カメラ１１に投射された多数の垂直走査画像の処理が、デジタル計算ユニット１２において従来技術においてそれ自体既知の方法で続けて解析され処理される。この実施形態の装置内に組み込まれる干渉計の構成は、ミロー干渉計の構成である。
【００３６】
なお、上記実施の形態で記載した偏光装置８は、図５に示すように二分の一波長板１６の下流側に光軸を中心として回転可能なクリーンアップ偏光子４５を備えてもよい。この場合、クリーンアップ偏光子４５の回転角度は、二分の一波長板１６の回転角度の半分である。
【００３７】
また、図６に示すように光源７が、偏光された光を生成可能な偏光子４６を備えるようにし、偏光装置８が、光軸を中心として回転可能な偏光子４７を備えるようにしてもよい。この場合、光源７から発せられた光の偏光角度の制御は、偏光装置８の偏光子４７の回転により実行される。
【００３８】
また、以上の偏光装置８は、光源７から発せられた光の偏光角度を連続して変更できてもよい。
【００３９】
図７は、光源７の偏光装置８に液晶ユニット５０が設けられたマイケルソン構成を有する第３の実施形態を示す。この液晶ユニット５０により、ユニット５０から出る光の偏光角度を制御することができる。本実施形態では、光源７は、偏光子５１を含むため、偏光された光を生成するように構成される。液晶ユニット５０は、当分野においてそれ自体既知のように、光量を調整可能な相当数の別個のセルを備える。これにより、物体３の表面にわたる光の分布を制御して、物体３の反射における局所差を補正することができる。この実施形態がＳＩＭモードで使用される場合、液晶ユニット５０を使用して、ＳＩＭプロセスで使用されるパターンを生成することができる。例えば図８に示すようにこの場合のパターン生成手段６０は、光源７と光学手段としての光線分割ミラー６との間に配置され、光源７により発せられた光に所定のパターンを生成する。また、当該パターン生成手段８０は、アクティブ状態と非アクティブ状態とに切り替え可能であってもよい。この実施形態のその他の構成要素は、前の実施形態におけるものと同様である。この実施形態をミロー構成で使用してもよいことは明らかである。
【００４０】
以上の形状測定装置１は、視覚顕微鏡としても使用されるようにしてもよい。
【００４１】
さらに、一般的な干渉モードのみの干渉形状測定装置を上述の干渉モードと非干渉モードを有する形状測定装置に変える部品キットとして、例えば干渉形状測定装置内にあるビームスプリッタと交換可能な偏光ビームスプリッタ２１と、光源７と光学手段としての光線分割ミラー６との間に設けられるように構成された偏光装置８と、光線分割ミラー６と光検出器としてのカメラ１１との間に配置されるように構成された検光用偏光子１０と、偏光装置８の偏光角度を制御可能で、干渉形状測定装置内にある処理装置に取って代わるように構成された処理装置としてのデジタル計算ユニット１２と、を有する部品キットを構成してもよい。
【００４２】
添付の特許請求の範囲内に開示される本発明の範囲内で、上で開示された実施形態からの多くの逸脱を行い得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 形状測定装置
２ 枠
３ 物体
４ クランプ
５、２５ 対物レンズ
６ 光線分割ミラー
７ 光源
８ 偏光装置
９、２０、２６ レンズ
１０ 検光用偏光子
１１ カメラ
１２ デジタル計算ユニット
１５ 偏光子
１６ 二分の一波長板
２１、２８ 偏光ビームスプリッタ
２２、２７ 参照ミラー
３１、３２、３６、３７、４０ 光線
３３、３８ 参照ビーム
３４、３９ 測定ビーム
３５ 結合ビーム
５０ 液晶ユニット
５１ 偏光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面の形状測定装置であって、
物体を位置決めする位置決め手段と、
光源と、
受けた光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光源からの光を前記物体の表面に向けると共に、前記表面から反射された光を前記光検出器に向ける光学手段と、
前記光学手段と前記表面との間に配置されたビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタからの光を反射させ前記ビームスプリッタに戻す参照ミラーと、
前記表面と対物レンズの焦点面との間の距離を変更する走査手段と、
前記走査手段を制御して走査動作を実行し、前記光検出器から受信した信号を処理して物体表面の形状を算出する処理装置と、を有し、
前記光源と前記光学手段との間には、前記光源からの光を所定の偏光角度に偏光可能な偏光装置が設けられ、
前記ビームスプリッタは、特定の偏光角度の偏光ビームを分光する偏光ビームスプリッタであり、
前記光学手段と前記光検出器との間には、異なる偏光角度の光を干渉するように偏光する検光用偏光子が設けられ、
前記処理装置は、前記偏光装置による光の偏光角度を制御可能である、形状測定装置。
【請求項２】
前記光源が、偏光された光を生成可能であり、
前記偏光装置は、光軸を中心として回転可能な偏光子を備え、
前記光源から発せられた光の偏光角度の制御は、前記偏光子の回転により実行されている、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記偏光装置は、偏光子及び回転可能な二分の一波長板を備え、
前記光源から発せられる光の偏光角度の制御は、前記二分の一波長板の回転により実行される、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記偏光装置は、前記二分の一波長板の前記光学手段側に光軸を中心として回転可能なクリーンアップ偏光子をさらに備え、
前記クリーンアップ偏光子の回転角度は前記二分の一波長板の回転角度の半分である、請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記光源は、偏光された光を生成可能であり、
前記偏光装置は、液晶偏光器を備え、
前記光源から発せられた光の偏光角度の制御は、前記液晶偏光器の制御により実行される、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記液晶偏光器は、光量を調整可能な複数のセルを有する、請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記偏光装置は、前記光源から発せられた光の偏光角度を連続的に変更可能に構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記光源と前記光学手段との間に配置され、前記光源により発せられた光に所定のパターンを生成するパターン生成手段を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記パターン生成手段が、アクティブ状態と非アクティブ状態とに切り替え可能である、請求項８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
視覚顕微鏡として使用されるように構成されている、請求項１〜９のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記偏光ビームスプリッタは、前記光学手段と物体表面との間の光軸に対して直交する方向に参照ビームを反射可能で、前記物体表面方向に測定ビームを透過可能な半透明ミラーを有し、
前記参照ミラーは、当該光軸に対して直交する方向に設けられている、請求項１〜１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記参照ミラーは、前記偏光ビームスプリッタと前記光学手段との間に設けられ、
前記偏光ビームスプリッタは、主面が前記参照ミラーと物体表面との間の光軸に垂直な状態で配置されるワイヤグリッド型である、請求項１〜１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１３】
干渉形状測定装置を請求項１〜１２のいずれか一項に記載の形状測定装置に変える部品キットであって、
前記干渉形状測定装置内にあるビームスプリッタと交換可能な偏光ビームスプリッタと、
前記光源と前記光学手段との間に設けられるように構成された偏光装置と、
前記光学手段と前記光検出器との間に配置されるように構成された検光用偏光子と、
前記偏光装置の偏光角度を制御可能で、前記干渉形状測定装置内にある処理装置に取って代わるように構成された処理装置と、を有する、部品キット。
【請求項１４】
干渉方法および非干渉方法のうちの第１の方法を通して物体表面の形状を求めるステップと、
形状測定装置を、前記第１の方法を実行するように構成された第１の状態から、前記干渉方法および前記非干渉方法のうちの第２の方法を実行するように構成された第２の状態に変えるステップと、
前記第２の方法を通して前記物体表面の形状を求めるステップと
を含む、形状測定装置を使用して物体表面の形状を求める方法であって、
前記形状測定装置の状態の変更は、当該装置で使用される光の偏光角度を変えることによって行われる、形状測定方法。
【請求項１】
物体表面の形状測定装置であって、
物体を位置決めする位置決め手段と、
光源と、
受けた光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光源からの光を前記物体の表面に向けると共に、前記表面から反射された光を前記光検出器に向ける光学手段と、
前記光学手段と前記表面との間に配置されたビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタからの光を反射させ前記ビームスプリッタに戻す参照ミラーと、
前記表面と対物レンズの焦点面との間の距離を変更する走査手段と、
前記走査手段を制御して走査動作を実行し、前記光検出器から受信した信号を処理して物体表面の形状を算出する処理装置と、を有し、
前記光源と前記光学手段との間には、前記光源からの光を所定の偏光角度に偏光可能な偏光装置が設けられ、
前記ビームスプリッタは、特定の偏光角度の偏光ビームを分光する偏光ビームスプリッタであり、
前記光学手段と前記光検出器との間には、異なる偏光角度の光を干渉するように偏光する検光用偏光子が設けられ、
前記処理装置は、前記偏光装置による光の偏光角度を制御可能である、形状測定装置。
【請求項２】
前記光源が、偏光された光を生成可能であり、
前記偏光装置は、光軸を中心として回転可能な偏光子を備え、
前記光源から発せられた光の偏光角度の制御は、前記偏光子の回転により実行されている、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記偏光装置は、偏光子及び回転可能な二分の一波長板を備え、
前記光源から発せられる光の偏光角度の制御は、前記二分の一波長板の回転により実行される、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記偏光装置は、前記二分の一波長板の前記光学手段側に光軸を中心として回転可能なクリーンアップ偏光子をさらに備え、
前記クリーンアップ偏光子の回転角度は前記二分の一波長板の回転角度の半分である、請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記光源は、偏光された光を生成可能であり、
前記偏光装置は、液晶偏光器を備え、
前記光源から発せられた光の偏光角度の制御は、前記液晶偏光器の制御により実行される、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記液晶偏光器は、光量を調整可能な複数のセルを有する、請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記偏光装置は、前記光源から発せられた光の偏光角度を連続的に変更可能に構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記光源と前記光学手段との間に配置され、前記光源により発せられた光に所定のパターンを生成するパターン生成手段を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記パターン生成手段が、アクティブ状態と非アクティブ状態とに切り替え可能である、請求項８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
視覚顕微鏡として使用されるように構成されている、請求項１〜９のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記偏光ビームスプリッタは、前記光学手段と物体表面との間の光軸に対して直交する方向に参照ビームを反射可能で、前記物体表面方向に測定ビームを透過可能な半透明ミラーを有し、
前記参照ミラーは、当該光軸に対して直交する方向に設けられている、請求項１〜１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記参照ミラーは、前記偏光ビームスプリッタと前記光学手段との間に設けられ、
前記偏光ビームスプリッタは、主面が前記参照ミラーと物体表面との間の光軸に垂直な状態で配置されるワイヤグリッド型である、請求項１〜１０のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項１３】
干渉形状測定装置を請求項１〜１２のいずれか一項に記載の形状測定装置に変える部品キットであって、
前記干渉形状測定装置内にあるビームスプリッタと交換可能な偏光ビームスプリッタと、
前記光源と前記光学手段との間に設けられるように構成された偏光装置と、
前記光学手段と前記光検出器との間に配置されるように構成された検光用偏光子と、
前記偏光装置の偏光角度を制御可能で、前記干渉形状測定装置内にある処理装置に取って代わるように構成された処理装置と、を有する、部品キット。
【請求項１４】
干渉方法および非干渉方法のうちの第１の方法を通して物体表面の形状を求めるステップと、
形状測定装置を、前記第１の方法を実行するように構成された第１の状態から、前記干渉方法および前記非干渉方法のうちの第２の方法を実行するように構成された第２の状態に変えるステップと、
前記第２の方法を通して前記物体表面の形状を求めるステップと
を含む、形状測定装置を使用して物体表面の形状を求める方法であって、
前記形状測定装置の状態の変更は、当該装置で使用される光の偏光角度を変えることによって行われる、形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図８】
【図３】
【図４】
【図７】
【図２】
【図５】
【図６】
【図８】
【図３】
【図４】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０７１３９（Ｐ２０１１−１０７１３９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５１９２（Ｐ２０１０−２５５１９２）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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