JP2008151640A - Measurement device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement device capable of measuring even minute irregularities on the surface of an object to be inspected, even if a femtosecond laser beam is used, while making the best use of the laser beam. <P>SOLUTION: The measurement device is equipped with a deflecting member (an X-axis deflection element 21 and a Y-axis deflection element 24) having a reflecting surface (212), a drive section (a drive circuit 23) for rotating/driving the deflecting member around an axis (a rotating shaft 215) inside the reflecting surface or along the vicinity of the reflecting surface, a radiation section (a beam splitter 12) for radiating measurement light to the object to be measured via the reflecting surface, and a light receiving section (a photo detector 14) for receiving return light of the measurement light reflected by the object to be inspected. The radiation section radiates the measurement light to the deflecting member at the position of the axis or near the axis, and the shape of the object to be measured is measured by information from the light receiving section. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばフェムト秒レーザー光などを使用して被検物の３次元形状を非接触で計測する計測装置に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus that measures the three-dimensional shape of a test object in a non-contact manner using, for example, femtosecond laser light.

フェムト秒レーザー光を使用した計測装置として、例えば、フェムト秒レーザー光を二つに分け、一方のレーザー光を参照光とし、他方のレーザー光を拡大光学系によってビーム径を拡大した後、照射光として被検物に照射し、この被検物から反射してくる戻り光（反射光）の位相と参照光の位相とを比較し、両者の位相の位相差を求めて、被検物までの距離を計測する計測装置が提案されている（特許文献１）。   As a measuring device using femtosecond laser light, for example, the femtosecond laser light is divided into two parts, one laser light is used as a reference light, and the other laser light is enlarged by a magnifying optical system, and then irradiated with light. The phase of the return light (reflected light) reflected from the test object is compared with the phase of the reference light, and the phase difference between the two is obtained to obtain the test object. A measuring device for measuring a distance has been proposed (Patent Document 1).

上記計測装置は、波長安定性が非常に優れていて、高精度の計測が可能となる、フェムト秒レーザー光の特性を生かしたもので、被検物に照射されるレーザー光（照射光）としてはビーム径を拡大したビームを使用している。   The above measuring device uses the characteristics of femtosecond laser light, which is very excellent in wavelength stability and enables high-precision measurement. As laser light (irradiation light) irradiated to the test object Uses a beam with an enlarged beam diameter.

ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（２００５）Ｎｏ．８Ｐ．１０３〜１０８OPTRONICS (2005) No. 8P. 103-108

上記計測装置を使用して被検物の３次元形状を計測する場合、ビーム径を拡大していることから被検物表面の微細な凹凸を含めて精度良く計測することは非常に困難である。被検物表面の微細な凹凸まで高精度で計測するには、例えばビーム径を縮小したビーム（照射光）を使用することが考えられるが、このとき問題となるのが、照射光を被検物表面に走査させ、該被検物表面から反射してくる戻り光（反射光）を照射光の光路上を通って位相計などを装備した測定部に導く光学系の部分である。この光学系の部分でも、特に、照射光を振って被検物表面に走査させる一方、被検物表面から戻ってくる戻り光（反射光）を反射させて照射光の光路上に導くミラー部分である。   When measuring the three-dimensional shape of the test object using the above measuring device, it is very difficult to accurately measure the fine unevenness of the test object surface because the beam diameter is enlarged. . In order to measure fine irregularities on the surface of the test object with high accuracy, it is conceivable to use, for example, a beam (irradiation light) with a reduced beam diameter. It is a part of an optical system that scans the surface of an object and guides return light (reflected light) reflected from the surface of the test object to a measurement unit equipped with a phase meter and the like through an optical path of irradiation light. Even in this optical system part, in particular, a mirror part that scans the surface of the test object by shaking the irradiation light and reflects the return light (reflected light) returning from the surface of the test object to guide it on the optical path of the irradiation light. It is.

ミラー部分では被検物に行く照射光や被検物から戻ってきた戻り光（反射光）が入射・反射を繰り返す箇所であり、ミラー部分の回転によりこれら参照光、戻り光（反射光）の入射・反射箇所が異なる（ずれると）と高精度の計測が困難となる。   In the mirror part, the irradiation light going to the test object and the return light (reflected light) returning from the test object are repeatedly incident and reflected. The rotation of the mirror part causes these reference light and return light (reflected light) to be reflected. If the incident / reflected points are different (shifted), high-precision measurement becomes difficult.

ビーム径を拡大した場合では、ミラー部分上の照射光、戻り光（反射光）の入射・反射箇所はある程度の拡がりをもっており、ミラー部分の回転により入射・反射箇所がずれてもそれ程問題にはならないが、ビーム径を絞ると、事情は一転し、フェムト秒レーザー光を使用したことのメリットを生かすことが出来なくなってしまうおそれがある。   When the beam diameter is enlarged, the incident / reflected part of the irradiated light and return light (reflected light) on the mirror part has a certain extent, and even if the incident / reflected part shifts due to the rotation of the mirror part, there is no problem. However, if the beam diameter is reduced, the situation will change, and there is a possibility that the merit of using the femtosecond laser beam cannot be utilized.

本発明は、フェムト秒レーザー光を使用してもそのメリットを生かすことが出来て、被検物の表面の微細な凹凸でも高精度の計測が可能な、計測装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a measuring apparatus that can take advantage of femtosecond laser light and can perform high-precision measurement even with fine irregularities on the surface of a test object. .

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の計測装置は、反射面を有する偏向部材と、前記反射面内または前記反射面近傍に沿った軸中心に前記偏向部材を回動駆動する駆動部と、前記反射面を介して被検物に測定光を照射する照射部と、前記測定光が前記被検物で反射した戻り光を受光する受光部と、を備え、前記照射部は前記軸の位置または前記軸の近傍の前記偏向部材へ前記測定光を照射し、前記受光部からの情報により前記被検物の形状を測定することを特徴とする。   The measuring apparatus according to claim 1 of the present invention that achieves the above object includes a deflecting member having a reflecting surface, and a drive that rotationally drives the deflecting member about an axis in the reflecting surface or along the vicinity of the reflecting surface. And an irradiation unit that irradiates the test object with the measurement light through the reflection surface, and a light receiving unit that receives the return light reflected by the measurement object. The measurement light is irradiated to the deflection member in the vicinity of the axis or in the vicinity of the axis, and the shape of the test object is measured based on information from the light receiving unit.

前記偏向部材としては、例えば、Ｘ軸偏向素子２１とＹ軸偏向素子２４（図１参照）などがある。   Examples of the deflection member include an X-axis deflection element 21 and a Y-axis deflection element 24 (see FIG. 1).

前記駆動部としては、例えば、クーロン力を利用してＸ軸偏向素子２１の微小ミラー２１２、Ｙ軸偏向素子２４の微小ミラー２４２を回動する駆動回路２３（図６参照）などがある。   Examples of the drive unit include a drive circuit 23 (see FIG. 6) that rotates the micro mirror 212 of the X-axis deflection element 21 and the micro mirror 242 of the Y-axis deflection element 24 using Coulomb force.

前記照射部としては、例えば、レーザー光源１１からのレーザ光を基準光（参照光）と被検物Ｔに照射する測定光（プローブ光）とに分割して、該測定光をＸ軸偏向素子２１の反射面２１４に導くビームスプリッタ１２などがある。   As the irradiation unit, for example, the laser light from the laser light source 11 is divided into standard light (reference light) and measurement light (probe light) for irradiating the object T, and the measurement light is X-axis deflecting element. There is a beam splitter 12 that leads to the reflection surface 214 of 21.

前記受光部としては、例えば、フォトディテクタ１４（図１参照）などがある。   Examples of the light receiving unit include a photodetector 14 (see FIG. 1).

本発明の請求項２に記載の計測装置には、前記戻り光の少なくとも一部を分岐する分岐部をさらに備え、前記受光部は前記測定光の前記偏向部材から前記被検物へ至る光路を逆に進む前記戻り光の少なくとも一部を受光するように配置されていることを特徴とする。   The measuring apparatus according to claim 2 of the present invention further includes a branching part that branches at least a part of the return light, and the light receiving part has an optical path from the deflecting member of the measuring light to the test object. It is arranged so as to receive at least a part of the return light traveling in the reverse direction.

前記分岐部としては、例えば、前記被検物と前記受光部との間の光路に配置されたＹ軸偏向素子２４、Ｘ軸偏向素子２１、ビームスプリッタ１２などがある。   Examples of the branching unit include a Y-axis deflecting element 24, an X-axis deflecting element 21, and a beam splitter 12 arranged in the optical path between the test object and the light receiving unit.

本発明の請求項３に記載の計測装置は、前記偏向部材が、前記軸の軸方向両端位置で前記反射面に接して回転可能に支持する一対の支持軸を有することを特徴とする。   The measuring apparatus according to claim 3 of the present invention is characterized in that the deflecting member has a pair of support shafts rotatably supported in contact with the reflecting surface at both axial end positions of the shaft.

本発明の請求項４に記載の計測装置は、前記偏向部材が、一対の前記反射面を有し、一方の前記反射面に入射して反射する光路を含む面内に他方の前記反射面の前記軸が含まれることを特徴とする。   In the measuring device according to claim 4 of the present invention, the deflecting member has a pair of the reflecting surfaces, and the other reflecting surface is included in a plane including an optical path that is incident on and reflected by one of the reflecting surfaces. The axis is included.

本発明の請求項５に記載の計測装置は、前記測定光がフェムト秒レーザー光であることを特徴とする。   The measuring apparatus according to claim 5 of the present invention is characterized in that the measurement light is femtosecond laser light.

本発明によれば、被検物の表面の微細な凹凸でも高精度の計測が可能である。   According to the present invention, high-precision measurement is possible even with minute irregularities on the surface of the test object.

以下、本発明の計測装置の一実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１は本発明の計測装置の一実施形態を示す機能ブロック図、図２は図１に示すＸ軸偏向素子の、プローブ光が該Ｘ軸偏向素子に入射する方向からみた上面図、図３は図２の３−３線に沿う断面図、図４は図２の４−４線に沿う断面図、図５はプローブ光が被検物上を走査する状態を説明する説明図、図６は図１に示すＸ軸偏向素子とＹ軸偏向素子を駆動する駆動回路のブロック図である。   FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of the measuring apparatus of the present invention, FIG. 2 is a top view of the X-axis deflection element shown in FIG. 1 as seen from the direction in which probe light enters the X-axis deflection element, and FIG. Is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 in FIG. 2, FIG. 5 is an explanatory view for explaining a state in which the probe light scans on the test object, and FIG. FIG. 2 is a block diagram of a drive circuit that drives the X-axis deflection element and the Y-axis deflection element shown in FIG. 1.

本実施形態の計測装置には、図1に示すように、測定部１０と走査部２０と演算部３０とが装備される。   As shown in FIG. 1, the measurement apparatus of the present embodiment is equipped with a measurement unit 10, a scanning unit 20, and a calculation unit 30.

測定部１０は、フェムト秒レーザー光を発し、この位相と被検物Ｔからの戻り光（反射光）の位相を比較して、その位相差を演算部３０に出力する装置である。   The measuring unit 10 is a device that emits femtosecond laser light, compares the phase with the phase of return light (reflected light) from the test object T, and outputs the phase difference to the arithmetic unit 30.

具体的には、測定部１０は、フェムト秒レーザー光を発射するレーザー光源１１と、このレーザー光を基準光（参照光）と被検物Ｔに照射する測定光（プローブ光）とに分割するビームスプリッタ１２と、フォトディテクタ１３と、フォトディテクタ１４と、位相計１５とを備える。フォトディテクタ１３は、ビームスプリッタ１２によって分割され、反射された基準光を受光し電気信号に変換する。フォトディテクタ１４は、被検物Ｔから走査部２０を通って測定部１０のビームスプリッタ１２に入射し、反射された戻り光を受光して電気信号に変換する。位相計１５は、これらフォトディテクタ１３とフォトディテクタ１４から電気信号（出力）を入力して両者（基準光と戻り光）の位相差（位相データ）を求め、この位相データを演算部３０に出力する。   Specifically, the measurement unit 10 divides the laser light source 11 that emits femtosecond laser light into reference light (reference light) and measurement light (probe light) that irradiates the test object T. A beam splitter 12, a photo detector 13, a photo detector 14, and a phase meter 15 are provided. The photodetector 13 receives the reference light that is split and reflected by the beam splitter 12 and converts it into an electrical signal. The photodetector 14 enters the beam splitter 12 of the measurement unit 10 from the test object T through the scanning unit 20, receives the reflected return light, and converts it into an electrical signal. The phase meter 15 receives an electric signal (output) from the photo detector 13 and the photo detector 14 to obtain a phase difference (phase data) between the two (reference light and return light), and outputs the phase data to the arithmetic unit 30.

ビームスプリッタ１２は、レーザー光を基準光（参照光）と測定光（プローブ光）とに分割する一方、分割したプローブ光を透過させて走査部２０に導く、照射部として機能する。また、ビームスプリッタ１２は、被検物Ｔから走査部２０を通って戻ってきた戻り光をフォトディテクタ１４側に分岐する分岐部としても機能する。   The beam splitter 12 functions as an irradiation unit that divides laser light into reference light (reference light) and measurement light (probe light), and transmits the divided probe light to the scanning unit 20. The beam splitter 12 also functions as a branching unit that branches the return light returned from the test object T through the scanning unit 20 to the photodetector 14 side.

走査部２０は、プローブ光をプローブ光の進行方向に対して垂直な方向（ＸＹ方向）に走査する光学装置である。   The scanning unit 20 is an optical device that scans the probe light in a direction (XY direction) perpendicular to the traveling direction of the probe light.

具体的には、走査部２０は、プローブ光を被検物Ｔの表面に走査するためのＸ軸偏向素子２１及びＹ軸偏向素子２４と、これらＸ軸偏向素子２１とＹ軸偏向素子２４を駆動する駆動回路２６とを備える。Ｘ軸偏向素子２１とＹ軸偏向素子２４とは、同一構成で、同一機能なので、Ｙ軸偏向素子２４の説明は省略し、Ｘ軸偏向素子２１について説明する。   Specifically, the scanning unit 20 includes an X-axis deflection element 21 and a Y-axis deflection element 24 for scanning the probe light on the surface of the test object T, and the X-axis deflection element 21 and the Y-axis deflection element 24. And a driving circuit 26 for driving. Since the X-axis deflection element 21 and the Y-axis deflection element 24 have the same configuration and the same function, description of the Y-axis deflection element 24 is omitted, and the X-axis deflection element 21 will be described.

Ｘ軸偏向素子２１は、図２ないし図４に示すように、基板２１０と、この基板２１０内に２つのピボット２１１によって所定の角度範囲で回転振動（揺動）可能に装備された微小ミラー２１２とを備える。   As shown in FIGS. 2 to 4, the X-axis deflecting element 21 includes a substrate 210 and a minute mirror 212 provided in the substrate 210 so as to be capable of rotational vibration (oscillation) within a predetermined angular range by two pivots 211. With.

基板２１０は、例えばシリコンを主成分とする半導体材料を使用し、フォトリソグラフィなどの加工方法によって図２ないし図４に示すように略ボックス状に加工され且つ駆動回路２３の構成部品である集積回路などが形成される。基板２１０には、プローブ光が入射する側の面部に該プローブ光が通過する反射窓２１３が設けられ、また該面部と対向する側の面部に微小ミラー２１２が配置されている。この反射窓２１３は、微小ミラー２１２の反射面２１４を囲んで、該反射面２１４よりやや広い面積を有する開口である。プローブ光は、反射窓２１３を通って微小ミラー２１２の反射面２１４に向かい、該反射面２１４で反射して、再びこの反射窓２１３を通って、Ｙ軸偏向素子２４に向う。   The substrate 210 is an integrated circuit that uses a semiconductor material mainly composed of silicon, is processed into a substantially box shape as shown in FIGS. 2 to 4 and is a component of the drive circuit 23 by a processing method such as photolithography. Etc. are formed. In the substrate 210, a reflection window 213 through which the probe light passes is provided on the surface portion on which the probe light is incident, and a micro mirror 212 is disposed on the surface portion on the side facing the surface portion. The reflection window 213 is an opening that surrounds the reflection surface 214 of the micromirror 212 and has a slightly larger area than the reflection surface 214. The probe light passes through the reflection window 213 toward the reflection surface 214 of the micromirror 212, is reflected by the reflection surface 214, passes through the reflection window 213 again, and goes toward the Y-axis deflection element 24.

ピボット２１１は基板２１０に設けられた円錐形の部材である。図３及び図４に示すように、２つのピボット２１１は、反射窓２１３を挟んで基板２１０の両側に設けられ、それぞれの頂点が微小ミラー２１２の反射面２１４に当接している。   The pivot 211 is a conical member provided on the substrate 210. As shown in FIGS. 3 and 4, the two pivots 211 are provided on both sides of the substrate 210 with the reflection window 213 interposed therebetween, and the apexes thereof are in contact with the reflection surface 214 of the micromirror 212.

微小ミラー２１２は、２つのピボット２１１によって回転振動（揺動）可能に支持される。すなわち、微小ミラー２１２は、２つのピボット２１１の頂点どうしを結んだ直線を中心に回転振動（揺動）する。この直線は、反射面２１４の面内に位置する、微小ミラー２１２（反射面２１４）の軸としての回転軸２１５である。したがって、反射面２１４の回転軸２１５上に光が入射し、反射する場合には、微小ミラー２１２（反射面２１４）の回転によって光の入射・反射箇所は変化せず、常に回転軸２１５上にある。   The micro mirror 212 is supported by two pivots 211 so as to be capable of rotational vibration (oscillation). In other words, the micro mirror 212 oscillates (oscillates) around a straight line connecting the vertices of the two pivots 211. This straight line is a rotation axis 215 as an axis of the minute mirror 212 (reflection surface 214) located in the plane of the reflection surface 214. Therefore, when light enters and reflects on the rotation axis 215 of the reflection surface 214, the incident / reflection position of the light does not change due to the rotation of the minute mirror 212 (reflection surface 214), and always on the rotation axis 215. is there.

微小ミラー２１２は、上述の如く、プローブ光をＹ軸偏向素子２４に向けて反射するミラーであって、２つのピボット２１１により支持されており、そして回転軸２１５に沿って反射面２１４の両側に設けられた一対のヒンジ２１６によって基板２１０に接続している。この一対のヒンジ２１６は、微小ミラー２１２の回転時に該回転を許容するように捩れが可能な幅（回転軸２１５と直交する方向の寸法）及び厚さに設定されている。   As described above, the micro mirror 212 is a mirror that reflects the probe light toward the Y-axis deflection element 24, and is supported by the two pivots 211, and on both sides of the reflection surface 214 along the rotation axis 215. The pair of hinges 216 provided is connected to the substrate 210. The pair of hinges 216 is set to have a width (a dimension in a direction perpendicular to the rotation shaft 215) and a thickness capable of being twisted so as to allow the rotation when the micro mirror 212 is rotated.

プローブ光は、その光軸と反射面２１４の中央にある回転軸２１５とが交わる交点２１７を中心とする領域に入射し、ここで反射する。この交点２１７は、回転軸２１５上にあるので、微小ミラー２１２が回転しても、その位置は移動しない。従って、プローブ光はこの交点２１７を頂点とする安定した円錐の範囲に反射されるので、プローブ光の被検物Ｔの表面を走査する位置（測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・（図５参照））が、主走査方向及び副走査方向に外れるおそれがない。   The probe light is incident on a region centered at an intersection 217 where the optical axis and the rotation axis 215 at the center of the reflection surface 214 intersect, and is reflected here. Since this intersection point 217 is on the rotation axis 215, its position does not move even if the micromirror 212 rotates. Accordingly, since the probe light is reflected in a stable cone range having the intersection 217 as a vertex, the probe light scans the surface of the object T (measurement points S1, S2, S3... (FIG. 5 There is no risk of deviating in the main scanning direction and the sub-scanning direction.

また、被検物Ｔへのプローブ光と被検物Ｔからの戻り光は、微小ミラー２１２の回転によって位置が変動しない、反射面２１４の面内にある回転軸２１５上の交点２１７の箇所で入射・反射を繰り返すことになり、反射面２１４の回転のたびに反射面２１４上の光の入射・反射箇所がずれることがなく、被検物Ｔの表面の微細な凹凸を計測するためにビーム径を縮小させても何ら支障が生じない。   Further, the position of the probe light to the test object T and the return light from the test object T at the intersection point 217 on the rotation axis 215 in the plane of the reflection surface 214 where the position does not fluctuate due to the rotation of the micro mirror 212. In order to repeat the incidence and reflection, the incident and reflection portions of the light on the reflection surface 214 are not shifted each time the reflection surface 214 is rotated, and the beam is used to measure fine irregularities on the surface of the test object T. There is no problem even if the diameter is reduced.

微小ミラー２１２は、例えば、光の反射率の高いアルミニウムを主成分とする金属からなり、導電性があり、また厚さが約１００μｍに設定され、プローブ光を反射する反射面２１４の１辺が、プローブ光のビーム径の約２倍の約２ｍｍ四方の大きさに設定されている。微小ミラー２１２は、その質量が非常に小さいので、回転振動による振動は殆ど発生せず、よって、被検物Ｔに向うプローブ光の方向も振動しない。このことからも、プローブ光の被検物Ｔの表面を走査する位置（測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・）が、主走査方向及び副走査方向に外れるおそれがない。   The micro mirror 212 is made of, for example, a metal whose main component is aluminum having a high light reflectivity, is conductive, has a thickness of about 100 μm, and has one side of the reflecting surface 214 that reflects the probe light. The size is set to about 2 mm square, which is about twice the beam diameter of the probe light. Since the micromirror 212 has a very small mass, vibration due to rotational vibration hardly occurs, and therefore the direction of the probe light toward the object T does not vibrate. Also from this, there is no possibility that the positions (measurement points S1, S2, S3...) Of the probe light that scan the surface of the test object T are deviated in the main scanning direction and the sub scanning direction.

微小ミラー２１２と対向する基板２１０の表面箇所には、一対の駆動電極２１８が設けられている。一対の駆動電極２１８が設けられる位置は、反射窓２１３の両側で、回転軸２１５に対して線対称な位置である。駆動電極２１８は、交番電圧が印加される電極である。駆動電極２１８に交番電圧が印加されると、駆動電極２１８と微小ミラー２１２との間に働くクーロン力により、図４に示すように、微小ミラーは矢印Ａ１の方向に回転振動（揺動）する。   A pair of drive electrodes 218 are provided on the surface portion of the substrate 210 facing the micromirror 212. The positions where the pair of drive electrodes 218 are provided are positions symmetrical with respect to the rotation axis 215 on both sides of the reflection window 213. The drive electrode 218 is an electrode to which an alternating voltage is applied. When an alternating voltage is applied to the drive electrode 218, the micromirrors oscillate (oscillate) in the direction of the arrow A1, as shown in FIG. 4, due to the Coulomb force acting between the drive electrode 218 and the micromirror 212. .

図４には微小ミラー２１２が回転振動している様子が表されている。図中、破線が最も大きく振れている微小ミラー２１２の位置を表している。プローブ光が微小ミラー２１２に入射しているときに微小ミラー２１２が矢印Ａ１の方向に回転振動すると、プローブ光は微小ミラー２１２の反射面２１４で反射して、矢印Ａ２の方向に振動しながら、Ｙ軸偏向素子２４に向かう。微小ミラー２１２が矢印Ａ１の方向に回転振動すると、プローブ光は、図５に示すように、被検物Ｔ上を主走査方向に移動する。   FIG. 4 shows a state in which the minute mirror 212 is rotating and vibrating. In the drawing, the broken line represents the position of the minute mirror 212 that is most greatly swung. When the micro mirror 212 is rotated and oscillated in the direction of the arrow A1 while the probe light is incident on the micro mirror 212, the probe light is reflected by the reflecting surface 214 of the micro mirror 212 and oscillates in the direction of the arrow A2. It goes to the Y-axis deflection element 24. When the micromirror 212 rotates and vibrates in the direction of the arrow A1, the probe light moves in the main scanning direction on the test object T as shown in FIG.

Ｙ軸偏向素子２４は、Ｘ軸偏向素子２１の反射面２１２を反射したプローブ光が進行する光路上に配置されていて（図１参照）、その微小ミラー２４２（図６参照）の不図示の反射面内に該反射面の回転軸が含まれる。この不図示の反射面には、一対の円錐状のピボットの頂点が当接しており、このピボットの頂点間を結ぶ直線が該反射面内に含まれる回転軸となっていることは上述したＸ軸偏向素子２１の反射面２１２と同様である。   The Y-axis deflection element 24 is arranged on the optical path along which the probe light reflected by the reflection surface 212 of the X-axis deflection element 21 travels (see FIG. 1), and the micromirror 242 (see FIG. 6) is not shown. The axis of rotation of the reflecting surface is included in the reflecting surface. The vertex of a pair of conical pivots is in contact with the reflecting surface (not shown), and the straight line connecting the vertices of the pivot is the rotational axis included in the reflecting surface. This is the same as the reflection surface 212 of the axial deflection element 21.

Ｙ軸偏向素子２４に向うプローブ光は、その光軸とＹ軸偏向素子２４の微小ミラー２４２（図６参照）の不図示の反射面にある回転軸との交点に入射する。Ｘ軸偏向素子２１の微小ミラー２１２で反射したプローブ光が図４の矢印Ａ２の方向に振動すると、そのプローブ光の入射位置はＹ軸偏向素子２４の不図示の回転軸上を往復振動する。そして、Ｙ軸偏向素子２４の微小ミラー２４２がＸ軸偏向素子２１の微小ミラー２１２と同様に回転振動すると、その反射光は被検物Ｔに向かい、図５に示すように、被検物Ｔ上を副走査方向に移動する。主走査方向と副走査方向とは、互いに直交する方向で、Ｘ軸偏向素子２１とＹ軸偏向素子２４とでプローブ光を被検物Ｔ上でラスタースキャンさせる。   The probe light directed to the Y-axis deflection element 24 is incident on the intersection of the optical axis and the rotation axis on the reflection surface (not shown) of the micromirror 242 (see FIG. 6) of the Y-axis deflection element 24. When the probe light reflected by the micro mirror 212 of the X-axis deflection element 21 vibrates in the direction of arrow A2 in FIG. 4, the incident position of the probe light reciprocates on the rotation axis (not shown) of the Y-axis deflection element 24. When the micromirror 242 of the Y-axis deflecting element 24 rotates and vibrates similarly to the micromirror 212 of the X-axis deflecting element 21, the reflected light travels toward the test object T, and as shown in FIG. Move up in the sub-scanning direction. The main scanning direction and the sub-scanning direction are orthogonal to each other, and the X-axis deflection element 21 and the Y-axis deflection element 24 cause the probe light to be raster scanned on the object T.

なお、被検物Ｔの表面を反射した光のうち、一部の光（戻り光）はプローブ光と同じ光路上をＹ軸偏向素子２４、Ｘ軸偏向素子２１を通って走査部２０から測定部１０に至り、該測定部１０のビームスプリッタ１２に入射し、該ビームスプリッタ１２を反射してフォトディテクタ１４によって受光される。   Of the light reflected from the surface of the test object T, a part of the light (return light) is measured from the scanning unit 20 through the Y-axis deflection element 24 and the X-axis deflection element 21 on the same optical path as the probe light. It reaches the unit 10, enters the beam splitter 12 of the measuring unit 10, reflects off the beam splitter 12, and is received by the photodetector 14.

Ｘ軸偏向素子２１の微小ミラー２１２とＹ軸偏向素子２４の微小ミラー２４２（図６参照）とは、駆動回路２３によって駆動される。この駆動回路２３は、被検物Ｔ上のプローブ光が主走査と副走査とを行うように、Ｘ軸偏向素子２１の微小ミラー２１２とＹ軸偏向素子２４の微小ミラー２４２を駆動する回路で、図６に示すように、同期回路２３１と、主走査回路２３２と、副走査回路２３３と、４つの電圧源２３４，２３５，２３６，２３７とが設けられている。   The micro mirror 212 of the X-axis deflection element 21 and the micro mirror 242 (see FIG. 6) of the Y-axis deflection element 24 are driven by the drive circuit 23. The drive circuit 23 is a circuit that drives the micro mirror 212 of the X-axis deflection element 21 and the micro mirror 242 of the Y-axis deflection element 24 so that the probe light on the test object T performs main scanning and sub scanning. As shown in FIG. 6, a synchronization circuit 231, a main scanning circuit 232, a sub-scanning circuit 233, and four voltage sources 234, 235, 236, and 237 are provided.

同期回路２３１は、主走査回路２３２と副走査回路２３３とを同期して駆動する回路で、その同期タイミングを表す同期パルスを演算部３０に出力する。   The synchronization circuit 231 is a circuit that drives the main scanning circuit 232 and the sub-scanning circuit 233 in synchronization, and outputs a synchronization pulse representing the synchronization timing to the arithmetic unit 30.

主走査回路２３２は、プローブ光が被検物Ｔの測定点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４・・・・を通り過ぎるような掃引信号（以降、この信号を主走査信号と称す）を、一対の電圧源２３４，２３５に出力する回路である。この一対の電圧源２３４，２３５は、Ｘ軸偏向素子２１の一対の駆動電極２１８に、主走査信号を増幅した交番電圧を出力する。この交番電圧が印加されると、微小ミラー２１２は、プローブ光が被検物Ｔ上を主走査する角度（図４の矢印Ａ１の方向）に回転振動する。   The main scanning circuit 232 uses a pair of voltages as a sweep signal (hereinafter, this signal is referred to as a main scanning signal) such that the probe light passes the measurement points S1, S2, S3, S4,. This is a circuit for outputting to the sources 234 and 235. The pair of voltage sources 234 and 235 output an alternating voltage obtained by amplifying the main scanning signal to the pair of drive electrodes 218 of the X-axis deflection element 21. When this alternating voltage is applied, the micromirror 212 rotates and vibrates at an angle (in the direction of arrow A1 in FIG. 4) at which the probe light scans on the object T.

副走査回路２３３は、主走査回路２３２の出力信号が１回の主走査を経過するごとに、プローブ光が図５に示す被検物Ｔの測定点Ｓ１，Ｓ１１，Ｓ２１・・・・を通り過ぎるような掃引信号（以降、この信号を副走査信号と称す）を、一対の電圧源２３６，２３７に出力する回路である。一対の電圧源２３６，２３７は、Ｙ軸偏向素子２４の一対の駆動電極２４８に、副走査信号を増幅した交番電流を出力する。一対の駆動電極２４８に、この交番電流が印加されると、微小ミラー２４２は、プローブ光が被検物上を副走査する角度に回転振動（揺動）する。   Each time the output signal of the main scanning circuit 232 passes one main scanning, the sub-scanning circuit 233 passes the probe light through the measurement points S1, S11, S21,. This is a circuit that outputs such a sweep signal (hereinafter, this signal is referred to as a sub-scan signal) to a pair of voltage sources 236 and 237. The pair of voltage sources 236 and 237 outputs an alternating current obtained by amplifying the sub scanning signal to the pair of drive electrodes 248 of the Y-axis deflection element 24. When this alternating current is applied to the pair of drive electrodes 248, the micromirror 242 oscillates (oscillates) at an angle at which the probe light is sub-scanned on the object.

演算部３０は、測定部１０からの位相データと走査部２０からの同期パルスとを入力して、測定点毎に走査部１０から被検物Ｔの測定点までの距離を演算する回路で、求めた距離データは外部のＣＡＤ／ＣＡＭ装置などに出力する。演算部３０には演算回路３１が設けられている。この演算回路３１は、同期パルスから各測定点Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・の主走査方向の位置座標（Ｘ座標）と副走査方向の位置座標（Ｙ座標）とを求め、各測定点のＸ座標とＹ座標に、位相データがあらわす各測定点の距離データをＺ座標として対応させる回路である。   The calculation unit 30 is a circuit that inputs the phase data from the measurement unit 10 and the synchronization pulse from the scanning unit 20 and calculates the distance from the scanning unit 10 to the measurement point of the test object T for each measurement point. The obtained distance data is output to an external CAD / CAM device or the like. The arithmetic unit 30 is provided with an arithmetic circuit 31. This arithmetic circuit 31 obtains the position coordinates (X coordinate) in the main scanning direction and the position coordinates (Y coordinate) in the sub-scanning direction of each measurement point S1, S2, S3. This is a circuit for associating the X coordinate and the Y coordinate with the distance data of each measurement point represented by the phase data as the Z coordinate.

以上のように構成された本実施形態の計測装置によれば、微小ミラー２１２の反射面２１４に円錐状の２つのピボット２１１の頂点を当てて、これらピボット２１１で反射面２１４を支持して、ピボット２１１間を結ぶ直線である回転軸２１５を反射面２１４の面内に位置させるようにしてあり、また微小ミラー２４２についても同じようにしてあり、そして、微小ミラー２１２の回転により位置が変動しない反射面２１４の面内にある回転軸２１５上の箇所、微小ミラー２４２の回転により位置が変動しない反射面の面内にある回転軸上の箇所に、プローブ光や被検物Ｔを反射して走査部２０に戻った戻り光が入射し、反射するようにしてあるので、被検物上の測定点の主走査方向と副走査方向の位置の誤差が非常に少ない距離計測ができ、また被検物Ｔの表面の微細な凹凸を計測するために光のビーム径を縮小しても計測誤差は非常に少なく、被検物Ｔの３次元形状を高精度で計測することが可能となる。   According to the measuring apparatus of the present embodiment configured as described above, the apex of two conical pivots 211 is applied to the reflecting surface 214 of the micromirror 212, and the reflecting surface 214 is supported by these pivots 211, The rotation axis 215, which is a straight line connecting the pivots 211, is positioned in the plane of the reflecting surface 214, and the same applies to the minute mirror 242, and the position does not vary due to the rotation of the minute mirror 212. The probe light and the test object T are reflected at a location on the rotation axis 215 in the plane of the reflection surface 214 and a location on the rotation axis in the plane of the reflection surface where the position does not vary due to the rotation of the micromirror 242. Since the return light that has returned to the scanning unit 20 is incident and reflected, distance measurement can be performed with very little error in the position of the measurement point on the object in the main scanning direction and the sub-scanning direction. Further, even if the beam diameter of the light is reduced in order to measure fine irregularities on the surface of the test object T, the measurement error is very small, and the three-dimensional shape of the test object T can be measured with high accuracy. Become.

また、微小ミラー２１２の回転により位置が変動しない反射面２１４の面内にある回転軸２１５上の箇所、微小ミラー２４２の回転により位置が変動しない反射面の面内にある回転軸上の箇所に、プローブ光や戻り光が入射し、反射するようにした、極めて簡単で且つ容易に精度を出しやすい構成を採用していることから、反射面上のプローブ光や戻り光の入射・反射箇所のずれを信号処理により対処するようにした場合に比してコストがかからない。   Further, at a location on the rotation axis 215 in the plane of the reflection surface 214 where the position does not change due to the rotation of the micro mirror 212, and a location on the rotation axis within the plane of the reflection surface where the position does not change due to the rotation of the micro mirror 242. Because the probe light and return light are incident and reflected, the structure is extremely simple and easy to obtain accuracy. Compared with the case where the deviation is dealt with by signal processing, the cost does not increase.

本発明の計測装置は上記実施形態に示すものに限定されるものではない。   The measuring device of the present invention is not limited to the one shown in the above embodiment.

微小ミラー２１２，２４２（反射面２１４）を回転振動（揺動）可能に支持するために支持軸として円錐状のピボット２１１を使用した場合を示したが、これに限定されず、例えば三角柱状のピボットを使用し、三つの頂点のうち、何れかの頂点を反射面に当てるようにしてもよい。   Although the case where the conical pivot 211 is used as the support shaft to support the micromirrors 212 and 242 (reflection surface 214) so as to be capable of rotational vibration (oscillation) is shown, the present invention is not limited to this. A pivot may be used so that any one of the three vertices hits the reflecting surface.

何れにしても、微小ミラー２１２，２４２の反射面の面内に回転軸が位置するように微小ミラー２１２，２４２を回転振動（揺動）可能に支持する構造であればピボットに限定されるものではない。   In any case, if the structure is such that the micromirrors 212 and 242 are supported so as to be able to rotate and oscillate (oscillate) so that the rotation axis is located within the reflection surface of the micromirrors 212 and 242, it is limited to the pivot. is not.

また、微小ミラー２１２を駆動するのに基板２１０に駆動電極２１８を配置し、微小ミラー２４２を駆動するのに基板に駆動電極２４８を配置し、これら駆動電極２１８，２４８に交番電圧を印加して、クーロン力により微小ミラー２１２，２４２を回転振動させた場合を示したが、これに限定されない。例えば、微小ミラー２１２，２４２の裏面（反射面と反対側の面）に駆動コイルを配置し、微小ミラー２１２，２４２の外部に磁石を配置して、駆動コイルに電流を流すことにより発生するローレンツ力によって微小ミラー２１２，２４２を回転振動させてもよい。   Further, the drive electrode 218 is disposed on the substrate 210 to drive the micromirror 212, the drive electrode 248 is disposed on the substrate to drive the micromirror 242, and an alternating voltage is applied to these drive electrodes 218 and 248. Although the case where the micromirrors 212 and 242 are rotationally oscillated by the Coulomb force is shown, the present invention is not limited to this. For example, a Lorentz generated by disposing a drive coil on the back surface (surface opposite to the reflecting surface) of the micromirrors 212 and 242 and disposing a magnet outside the micromirrors 212 and 242 and passing a current through the drive coil. The micromirrors 212 and 242 may be rotated and vibrated by force.

また、プローブ光としてフェムト秒レーザー光を使用した場合を示したが、他のレーザー光を使用してもよい。   Moreover, although the case where femtosecond laser light was used as probe light was shown, you may use another laser light.

本発明の計測装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one Embodiment of the measuring device of this invention. 図１に示すＸ軸偏向素子の、プローブ光が該Ｘ軸偏向素子に入射する方向からみた上面図である。FIG. 2 is a top view of the X-axis deflection element shown in FIG. 1 as seen from the direction in which probe light enters the X-axis deflection element. 図２の３−３線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the 3-3 line of FIG. 図２の４−４線に沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. プローブ光が被検物上を走査する状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the state which probe light scans on a test object. 図１に示すＸ軸偏向素子とＹ軸偏向素子を駆動する駆動回路のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a drive circuit that drives the X-axis deflection element and the Y-axis deflection element shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 測定部
１１ レーザー光源
１２ ビームスプリッタ
１３，１４ フォトディテクタ
１５ 位相計
２０ 走査部
２１ Ｘ軸偏向素子
２２ Ｙ軸偏向素子
２３ 駆動回路
３０ 演算部
２１２ 微小ミラー
２４２ 微小ミラー
２１４ 反射面
２１５ 回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement part 11 Laser light source 12 Beam splitter 13, 14 Photo detector 15 Phase meter 20 Scan part 21 X-axis deflection element 22 Y-axis deflection element 23 Drive circuit 30 Calculation part 212 Micro mirror 242 Micro mirror 214 Reflecting surface 215 Rotation axis

Claims (5)

反射面を有する偏向部材と、
前記反射面内または前記反射面近傍に沿った軸中心に前記偏向部材を回動駆動する駆動部と、
前記反射面を介して被検物に測定光を照射する照射部と、
前記測定光が前記被検物で反射した戻り光を受光する受光部と、を備え、
前記照射部は前記軸の位置または前記軸の近傍の前記偏向部材へ前記測定光を照射し、前記受光部からの情報により前記被検物の形状を測定することを特徴とする計測装置。 A deflection member having a reflective surface;
A drive unit that rotationally drives the deflection member about the axis in the reflection surface or along the vicinity of the reflection surface;
An irradiating unit that irradiates the test object with measurement light through the reflecting surface;
A light receiving portion for receiving the return light reflected by the test object by the measurement light,
The irradiation unit irradiates the measuring member with the measurement light on the position of the shaft or in the vicinity of the shaft, and measures the shape of the test object based on information from the light receiving unit. 請求項１に記載の計測装置において、
前記戻り光の少なくとも一部を分岐する分岐部をさらに備え、
前記受光部は前記測定光の前記偏向部材から前記被検物へ至る光路を逆に進む前記戻り光の少なくとも一部を受光するように配置されていることを特徴とする計測装置。 The measuring device according to claim 1,
A branching part for branching at least a part of the return light;
The measuring device, wherein the light receiving unit is arranged to receive at least a part of the return light that travels in the reverse direction along the optical path from the deflecting member of the measurement light to the test object. 請求項１又は２に記載の計測装置において、
前記偏向部材は、前記軸の軸方向両端位置で前記反射面に接して回転可能に支持する一対の支持軸を有することを特徴とする計測装置。 In the measuring device according to claim 1 or 2,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the deflecting member has a pair of support shafts rotatably supported in contact with the reflecting surface at both axial end positions of the shaft. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の計測装置において、
前記偏向部材は、一対の前記反射面を有し、一方の前記反射面に入射して反射する光路を含む面内に他方の前記反射面の前記軸が含まれることを特徴とする計測装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The deflecting member has a pair of the reflecting surfaces, and the axis of the other reflecting surface is included in a plane including an optical path that is incident on and reflected by one of the reflecting surfaces. 請求項１ないし４の何れか一項に記載の計測装置において、
前記測定光はフェムト秒レーザー光であることを特徴とする計測装置。 In the measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The measuring apparatus, wherein the measuring light is femtosecond laser light.

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