測定の仕組み

 ここではFlatMasterの測定原理をご紹介します。
 2機種ともフィゾー式の干渉計ですが、レーザー光を照射する角度が異なります。そのため、干渉縞からサンプルの表面形状を解析する仕組みもそれぞれです。

干渉計の仕組み

干渉計とは

干渉計は、光の干渉現象を利用して測定物表面の形状を求める装置です。
同一光源から出た光は、①参照平面で反射する光と、②参照平面を通り抜けて測定物表面で反射する光に分かれます。この2つの光が重なって、互いに強めあったり弱めあったりする光の干渉現象を起こします。このとき、参照平面と測定物表面の各点との距離(光路長差)の違いにより、干渉縞が生じます。

フィゾー式干渉計の仕組み模式図

干渉縞

干渉縞は地図のような等高線図を表しています。一本の暗い、または明るい縞は高さの同じところを示しています。隣り合う縞の間の高低差は一定です。この高低差を縞感度(Sensitivity)と呼んでいます。例えば縞感度1.5μm/fringeで測定していれば、暗い縞とその隣の暗い縞の間には、1.5μmの高低差があるとわかります。この干渉縞をCCDピクセルに読み込んで、平面度を解析します。

フリンジスキャン(縞走査法)

一枚の干渉縞写真から大まかな表面形状は判断できますが、目視では①分解能が低く、②形状判定が難しいため、より詳細な解析を行うには不十分です。

この問題を解決して干渉縞からサンプルの表面形状を解析するには、様々な手法があります。代表的なものにフリンジスキャン(縞走査法)があり、FlatMasterでは独自のフリンジスキャン方式を採用しています。

フリンジスキャン(縞走査法)とは

フリンジスキャン(縞走査法)とは、 得られた干渉縞からサンプル表面の表面形状をより正確に解析するための技術です。 干渉縞の明暗を正弦波状に変調させて、CCDに画像を取り込みます。各ピクセルの明暗が周期的に変化し、走査して見えるため、縞走査法と呼ばれています。

このとき干渉縞の明暗を変調させるには、参照平面とサンプル表面の関係・もしくは両者とレーザーの関係に何らかの変化を与え、位相差を変化させる必要があります。その方式は以下の3つに分類できます。

フリンジスキャンの方式と特徴
①Gap変動方式

従来からある一般的なフリンジスキャン方法。
参照平面とサンプル表面の距離(Gap)を変化させる方式。
様々な干渉計に採用されている。

②入射角変動方式

Tropel独自のフリンジスキャン方法。FlatMaster-Industrialに採用。
参照平面とサンプル表面に対するレーザーの入射角を変化させる方式。

粗面でも反射光を得やすいのが特長。高精度な表面形状の測定が可能。

③波長変調(FSI)方式

Tropel独自のフリンジスキャン方法。FlatMaster MSPに採用。
レーザーの波長を変化させる方式。

平面度だけでなく、高さや平行度まで測定できるのが特長。
高精度な表面形状の測定が可能。

斜入射干渉計であるFlatMaster-Industrialと、垂直入射干渉計であるFlatMaster MSPでは、それぞれ測定の仕組みと特長が異なります。詳しくはそれぞれの測定の仕組みをご覧下さい。

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