白色光幹涉測量裝置的製作方法

2023-05-18 09:32:42 3

本發明涉及一種白色光幹涉測量裝置，特別涉及一種能夠減少因測量工件的配置方向的不同而產生的測量值的差異、並能夠提高測量精度和測量效率的白色光幹涉測量裝置。

背景技術：
以往，在使用因光的幹涉而產生的幹涉條紋的強度信息精確地測量測量工件的三維形狀的幹涉測量裝置中，廣泛公知有光源使用寬帶光（白色光）的白色光幹涉測量裝置。例如在圖8中示出了日本特開2011－85413號公報（以下稱作專利文獻1）所公開的白色光幹涉測量裝置的概略結構。圖8的白色光幹涉測量裝置包括幹涉物鏡20、射出白色光束8的白色光源6和使白色光束8反射的分束器16，該幹涉物鏡20使由分束器16反射的白色光束8在光軸O的方向上會聚而照射於測量工件2，並且使從測量工件2反射得到的測量光束與從向測量工件2會聚的白色光束8分支得到的參照光束相干涉。另外，附圖標記10、22、24、26分別表示準直透鏡、幹涉光束、成像透鏡、感光元件。在此，使用圖9的（A）、（B）說明通過使用白色光的幹涉來在高度方向（Z方向）上獲得較高的解析度的技術。另外，圖9的（A）表示Z方向上的構成白色光的每個波長的幹涉條紋的強度分布，圖9的（B）表示Z方向上的由各波長合成的幹涉條紋的強度分布。如圖9的（A）所示，在幹涉物鏡20的Z方向的焦點位置（Z＝0）處，各波長的幹涉條紋的最大值重合，隨著自焦點位置離開，各波長的相位逐漸偏移。因此，如圖9的（B）所示，在焦點位置合成的幹涉條紋的強度最大，隨著自焦點位置離開，幹涉條紋的強度一邊振蕩一邊逐漸變小。因而，在白色光幹涉測量裝置中，通過檢測在幹涉物鏡20的視野內的各位置處強度達到最大的Z方向的位置，能夠高精度地測量幹涉物鏡20的視野內的測量工件2的三維形狀。但是，發明人等發現，在利用如圖8所示的白色光幹涉測量裝置測量測量工件2的情況下，因測量工件2的配置方向不同，測量值有可能產生差異。例如，在將如圖10所示的由細小的線L（寬度數μm）與間隙S（寬度數μm）構成的樣品（以下稱為L/S樣品LSS）作為測量工件2進行測量的情況下，在圖10的（A）的例如使L/S樣品LSS的P方向與白色光幹涉測量裝置的特定方向（例如X方向）一致時和使L/S樣品LSS的Q方向與白色光幹涉測量裝置的特定方向（例如X方向）一致時，測量值產生差異（光學解析度或感光元件尺寸程度的差異）。為了解決上述問題，考慮在配置有測量工件2的位置設置使測量工件2旋轉的機構，利用該機構來調整測量工件2的配置。但是，在該情況下，產生了裝置的成本上升和用於配置調整的測量效率降低的問題。

技術實現要素：
本發明是為了解決上述問題點而做成的，其課題在於提供一種能夠減少因測量工件的配置方向的不同而產生的測量值的差異、並能夠提高測量精度和測量效率的白色光幹涉測量裝置。本申請的技術方案1的發明是通過以下技術來解決上述問題的發明：一種白色光幹涉測量裝置，其包括幹涉物鏡、出射白色光束的白色光源和使該白色光束反射的分束器，該幹涉物鏡使由該分束器反射的該白色光束在光軸的方向上會聚而照射於測量工件，並且使從該測量工件反射得到的測量光束與從向該測量工件會聚的該白色光束分支得到的參照光束相干涉，該白色光幹涉測量裝置在上述白色光源與上述幹涉物鏡之間具有將向該幹涉物鏡入射的上述白色光束校正為圓偏振光的偏振光校正部件。在本申請的技術方案2的發明中，上述偏振光校正部件包括在上述白色光束的反射面上形成有電介質膜的上述分束器、配置於上述白色光源與該分束器之間的偏光板以及配置於該分束器與上述幹涉物鏡之間的1/4波片。在本申請的技術方案3的發明中，上述偏振光校正部件包括形成為無偏振分束器的上述分束器和配置於上述白色光源與該分束器之間的偏光板及1/4波片。在本申請的技術方案4的發明中，使上述分束器為立方分束器。在本申請的技術方案5的發明中，使上述分束器為玻璃粘合分束器。在本申請的技術方案6的發明中，白色光幹涉測量裝置包括配設於上述白色光源與分束器之間的準直透鏡和配設於上述分束器與感光元件之間的成像透鏡。在本申請的技術方案7的發明中，上述幹涉物鏡直接在上述白色光源和感光元件的位置處聚焦。根據本發明，能夠減少因測量工件的配置方向的不同而產生的測量值的差異，能夠提高測量精度和測量效率。附圖說明參照附圖說明優選實施例，其中類似的構件用相同的附圖標記表示，並且，其中：圖1是本發明的第1實施方式的白色光幹涉測量裝置的概略示意圖。圖2是本發明的第1實施方式的白色光幹涉測量裝置的幹涉物鏡的概略示意圖（米洛（Mirau）型（A）、麥可遜（Michelson）型（B））。圖3是表示線柵偏振片的動作的示意圖。圖4是表示具有偏光板、1/4波片的顯微鏡裝置的示意圖。圖5是本發明的第2實施方式的白色光幹涉測量裝置的概略示意圖。圖6是本發明的第3實施方式的白色光幹涉測量裝置的概略示意圖。圖7是本發明的第4實施方式的白色光幹涉測量裝置的概略示意圖。圖8是以往技術的白色光幹涉測量裝置的概略示意圖。圖9是用於說明白色光幹涉測量裝置的Z方向解析度的示意圖。圖10是表示在以往技術的白色光幹涉測量裝置中，因配置方向的不同而使測量值產生差異的測量工件的一個例子的示意圖（俯視圖（A）與沿著P方向的剖視圖（B））。附圖標記說明2、102…測量工件；6、106、206、306、406…白色光源；8、108、208、308、408…白色光束；10、110、210、310…準直透鏡；16、66、116、216、316、416…分束器；20、120、220、320、420…幹涉物鏡；22、122、222、322、422…幹涉光束；24、74、124、224、324…成像透鏡；26、76、126、226、326、426…感光元件；64、69、114、214、314、414…偏光板；68、118、218、318、418…1/4波片；100…白色光幹涉測量裝置；104…鏡筒；112、212、312、412…偏振光校正部。具體實施方式以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式的一個例子。首先，主要使用圖1、圖2說明第1實施方式的白色光幹涉測量裝置的結構。白色光幹涉測量裝置100在鏡筒104內包括白色光源106、準直透鏡110、作為偏振光校正部件的偏振光校正部112、幹涉物鏡120、成像透鏡124以及感光元件126。另外，測量工件102例如在未圖示的XY載置臺上能夠沿Z方向被二維掃描。而且，鏡筒104能夠在未圖示的Z載置臺上移動。XY載置臺與Z載置臺固定在未圖示的架臺上，被依然未圖示的控制裝置控制。即，白色光幹涉測量裝置100能夠不限定於幹涉物鏡120的視野地測量測量工件102的三維形狀。另外，XY載置臺不是必需結構，也可以利用Z載置臺使測量工件移動。如圖1所示，上述白色光源106出射白色光束108。白色光源106例如形成為能夠放射自然光的滷素光源。白色光束108是漫射光束，光波的正交的兩個偏振分量（用空心虛線箭頭表示的P偏振光Ppl和用空心箭頭表示的S偏振光Spl）的相位關係成為無規則的狀態（非偏振光）。如圖1所示，上述準直透鏡110將入射的白色光束108校準為平行光束。另外，從準直透鏡110出射時的白色光束108仍然保持為非偏振光。如圖1所示，上述偏振光校正部112配置在準直透鏡110與幹涉物鏡120之間，該偏振光校正部112包括偏光板114、分束器116以及1/4波片118。偏光板114將從準直透鏡110出射的非偏振光的白色光束108轉換為直線偏振光。即，利用偏光板114將P偏振光Ppl和S偏振光Spl預先做成產生了偏移的狀態。另外，偏光板114也可以配置在準直透鏡110與白色光源106之間。分束器116將成為直線偏振光的白色光束108向光軸O的幹涉物鏡120的方向反射。在分束器116的白色光束108的反射面上蒸鍍（形成）有電介質膜，分束器116可以為普通的照明光學系統所用的構件。因此，當利用分束器116反射白色光束108時，P偏振光Ppl的衰減多於S偏振光Spl的衰減，使P偏振光Ppl與S偏振光Spl產生偏移。但是，由於利用偏光板114預先做成P偏振光Ppl與S偏振光Spl產生了偏移的狀態，因此能夠減少分束器116的反射對偏振分量的偏移的影響。1/4波片118是使正交的兩個偏振分量之間產生90度的相位差的雙折射元件。因此，1/4波片118能夠將形成為直線偏振光的白色光束108在被分束器116反射後轉換為圓偏振光Cpl（帶空心箭頭的環）的白色光束108。即，偏振光校正部112能夠將向幹涉物鏡120入射的白色光束108校正為P偏振光Ppl與S偏振光Spl沒有偏移的狀態的圓偏振光。如圖1所示，上述幹涉物鏡120將經由1/4波片118被分束器116反射的白色光束108在光軸O的方向上會聚而照射於測量工件102。在此，如圖2的（A）、（B）所示，幹涉物鏡120包括物鏡OL、參照鏡RM以及分束器BS（或稜鏡PS）。物鏡OL將平行光束（白色光束108）會聚而照射於測量工件102。因此，向測量工件102會聚的白色光束108成為P偏振光Ppl與S偏振光Spl沒有偏移的狀態。分束器BS（或稜鏡PS）使向測量工件102會聚的平行光束（白色光束108）的一部分反射而產生參照光束（即，參照光束是從會聚的白色光束108分支得到的）。參照鏡RM配置在參照光束的焦點位置並反射參照光束。反射的參照光束在分束器BS（或稜鏡PS）的位置與作為從測量工件102反射得到的光束的測量光束耦合。通過測量光束與參照光束耦合而得到的幹涉光束122沿著光軸O向分束器116的方向返回。另外，圖2的（A）是參照鏡RM與分束器BS配置在光軸O上的米洛型的幹涉物鏡120，能夠主要在為高倍率時使用。圖2的（B）是參照鏡RM相對於光軸O配置於外側、稜鏡PS配置在光軸O上的麥可遜型的幹涉物鏡120，與米洛型相比，能夠主要在為低倍率時使用。如圖1所示，上述成像透鏡124對透過分束器116的幹涉光束122進行成像。上述感光元件126是像素二維排列的感光元件，接收由成像透鏡124成像的幹涉條紋。另外，幹涉光束122產生的幹涉條紋可以說是因測量工件102與參照鏡RM的形狀的不同而產生的條紋。因此，在本實施方式中，通過使向測量工件102會聚的白色光束108為圓偏振光且為質量較高的照明光束，能夠獲得均質的幹涉光束122。即，在本實施方式中，將向測量工件102會聚的白色光束108校正為圓偏振光並非為了避免在從幹涉物鏡120到感光元件126之間產生雜射光、反射光，而是為了獲得質量較高的照明光束。即使產生了如上所述的雜射光、反射光，在利用了白色光幹涉原理的本實施方式的白色光幹涉測量裝置100中也不會對幹涉條紋的對比度帶來較大的影響，能夠以較高的解析度實現測量工件102的計測（因此，也具有使用後述的立方分束器的第2實施方式的存在意義）。在此，以往技術的圖8所示的分束器16一般是與本實施方式的分束器116相同地在其反射面蒸鍍有電介質膜的結構。因此，在以往技術中，向幹涉物鏡20入射的白色光束8的P偏振光Ppl與S偏振光Spl產生了偏移。在不對其校正而偏移的狀態下，測量如圖10所示的L/S樣品LSS時，認為會產生與如圖3所示那樣的對線柵偏振片WG照射光的情況相同的現象（線柵偏振片WG使入射光束ILF的P偏振光Ppl透過，在反射光束OLF中僅含有S偏振光Spl）。即，在以往技術中，在向L/S樣品LSS照射的白色光束8中，P偏振光Ppl與S偏振光Spl已經存在有偏移，因此認為，從L/S樣品LSS反射得到的測量光束的強度產生了由L/S樣品LSS的配置方向的不同引起的測量值的差異。與此相對，在本實施方式中，雖然是與以往技術相同地在分束器116上蒸鍍有電介質膜那樣的結構，但是能利用偏振光校正部112的偏光板114和1/4波片118使P偏振光Ppl與S偏振光Spl沒有偏移的圓偏振光的白色光束108入射於幹涉物鏡120。因此，即使測量工件102是圖3所示的線柵偏振片WG那樣的構件，也能夠減少因其配置方向的不同而使測量值產生差異的情況。因而，不需要使測量工件102旋轉的機構、利用該機構對測量工件102進行調整的工序，而且能夠提高測量精度和測量效率。另外，在本實施方式中，分束器116是與以往相同的結構即可，由於不是特殊的分束器，因此能夠便宜地構成白色光幹涉測量裝置100。另外，在以圖像觀察為主的顯微鏡裝置中，如圖4所示，存在有組合配置偏光板64、69、1/4波片68、並使圓偏振光的照明光束IF入射於測量工件的技術。具體地說，在圖4中，在物鏡OL與測量工件之間配置1/4波片68，並且在成像透鏡74的跟前追加配置偏光板（分析儀）69。但是，這種配置的目的是為了切斷直接且嚴重地影響利用感光元件76觀察的圖像那樣的、主要來自（不是本實施方式的幹涉物鏡120）物鏡表面的（相位反轉了的）反射光束RL。即，如圖4所示的顯微鏡裝置的構思、基於該構思的構成也與本實施方式這樣的利用白色光幹涉原理的技術不同。列舉第1實施方式說明了本發明，但是本發明並不限定於第1實施方式。即，當然能夠進行不脫離本發明的主旨的範圍內的改進和設計的變更。例如，在第1實施方式中，偏振光校正部112包括了形成有電介質膜的分束器116、配置於準直透鏡110與分束器116之間的偏光板114以及配置於分束器116與幹涉物鏡120之間的1/4波片118，但是本發明並不限定於此。例如，也可以像圖5所示的第2實施方式那樣。另外，在此，說明與第1實施方式不同的偏振光校正部212，關於除此以外的說明，為了避免重複而省略。在第2實施方式中，如圖5所示，偏振光校正部212包括形成為無偏振分束器的分束器216和配置於分束器216與準直透鏡210之間的偏光板214及1/4波片218（偏光板214及1/4波片218也可以配置於白色光源206與準直透鏡210之間）。另外，分束器216是立方分束器，在白色光束208的反射面上形成有金屬膜。即，利用偏光板214暫且將從準直透鏡210出射的非偏振光的白色光束208做成直線偏振光，並立即利用1/4波片218做成圓偏振光Cpl。由於在分束器216中沒有偏振，因此從分束器216出射的白色光束208也成為保持著圓偏振光Cpl的狀態。即，能夠使P偏振光Ppl與S偏振光Spl沒有偏移的白色光束208入射於幹涉物鏡220。在第2實施方式中，除了光軸O上的光學元件之外，也能利用從白色光源206到1/4波片218之間的結構來獲得效果，因此可以說僅需要調整照明系統，該調整較容易。另外，像圖6所示的第3實施方式那樣，形成為無偏振分束器的分束器316也可以為玻璃粘合分束器。在該情況下，也在白色光束308的反射面上形成有金屬膜。在第3實施方式的分束器316中，像立方分束器那樣，能夠減少由於其背面反射產生雜光（不需要的光）而導致由感光元件326接收的幹涉條紋的對比度降低的可能。在上述實施方式中，使用了準直透鏡和成像透鏡，但是也可以不使用這些透鏡而像圖7所示的第4實施方式那樣構成白色光幹涉測量裝置。在此，與第1實施方式不同，幹涉物鏡420直接在白色光源406和感光元件426的位置處聚焦。在第4實施方式中，由於能夠減少所使用的光學元件，因此能夠以更低的成本構成白色光幹涉測量裝置。本領域技術人員顯而易見的是，上述實施例僅是說明性的，表示本發明的應用原理。本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，能夠容易地設計出眾多的和各種各樣的其他安排。產業上的可利用性本發明能夠廣泛應用於利用分束器使白色光束反射並向幹涉物鏡入射的、利用白色光幹涉的圖像測量裝置（包括光學顯微鏡）。2012年3月16日提交的日本專利申請2012-59993號公報的說明書、附圖和權利要求書的全部內容通過引用合併在此。