広視野レーザ顕微鏡によるナノ表面形状計測技術

3.　広視野レーザ干渉計

広視野レーザ顕微鏡を用いた3次元形状計測技術について紹介する。図1において太枠で囲われた広視野レーザ顕微鏡によって，Ref. plateと書かれた参照板越しに試験片を観察すると，フィゾー型の干渉計として用いることができる。この広視野レーザ「干渉計」を用いて，凹面の3次元形状を計測した例^8）を示す。

この凹部は，サブミクロン程度の形状精度が求められるレンズ金型を模して，0.3 mm厚の銅メッキ層に0.1 mm深さの球面を超精密切削・研磨によって作製したものである。凹部に被せるように参照板を置くと，凹部と参照板それぞれの表面（凹面側）での反射光が2光束干渉を起こす。計測結果は，図3（a）に示すように，球面と平面間で生じる光路差によってニュートンリング状になる。図3（b）はその一部を拡大したものである。この顕微鏡は，20000×16000画素で計測しているため，この図のような高密度な干渉縞の計測が可能となっている。

隣り合う干渉縞の高低差は使用したレーザ波長650 nmの半分である。この画像に二値化，細線化，縞のナンバリング処理を施すことで，等高線として扱うことができる。等高線と等高線の間は最小自乗法による多項式近似によって補間し凹面の3次元形状をプロットすると図3（c）のようになる。また，予め触針式の形状測定機で取得した形状データと比較すると，図3（d）のようにその平均誤差は約77 nmであり，精密なレンズ金型などの3次元形状計測に有用と考えている。