JP2674244B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定物体（基板）上に形成された凹凸パタ
ーンの表面形状測定装置に関するものであり、特にサー
フェイスマウント型のプリント基板等に印刷された微小
なクリーム半田の断面形状を測定する装置に関するもの
である。
ーンの表面形状測定装置に関するものであり、特にサー
フェイスマウント型のプリント基板等に印刷された微小
なクリーム半田の断面形状を測定する装置に関するもの
である。
従来におけるこの種の装置は、例えば第４図に示すも
のが知られている。
のが知られている。
レーザー光源40からの平行光束は、ビーム整形光学系
41によりスリット状に整形されて、不図示のステージに
載置された基板Baを斜入射する。
41によりスリット状に整形されて、不図示のステージに
載置された基板Baを斜入射する。
この基板Baは、所定のパターンが形成されたプリント
基板等であって、これを反射したスリット光は結像光学
系42により検出面43に達する。
基板等であって、これを反射したスリット光は結像光学
系42により検出面43に達する。
ここで、この検出面43は、結像光学系42に関して基板
Baのスリット光の照射領域と共役となっており、この検
出面43には、スリット光が照射した領域内において基板
Baの表面上の凹凸形状に対応した凹凸の像が形成され
る。そして、この位置には不図示の２次元CCDカメラが
配置されており、この凹凸の像が２次元CCDカメラに写
し出され、この画像を解析することにより基板等の被検
物体表面の断面形状を計測することができる。
Baのスリット光の照射領域と共役となっており、この検
出面43には、スリット光が照射した領域内において基板
Baの表面上の凹凸形状に対応した凹凸の像が形成され
る。そして、この位置には不図示の２次元CCDカメラが
配置されており、この凹凸の像が２次元CCDカメラに写
し出され、この画像を解析することにより基板等の被検
物体表面の断面形状を計測することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕 この検出面43において、Ｙ方向は基板BaのＹ方向の位
置に対応しており、このＹ方向に垂直な方向は試料の凹
凸の高さに対応している。
置に対応しており、このＹ方向に垂直な方向は試料の凹
凸の高さに対応している。
さて、２次元CCDカメラの２次元CCDの分解能は、例え
ば500（縦）×500（横）程度の画素数を有しており、
今、100mm（縦）×100mm（横）の大きさの基板BaのＹ方
向の凹凸形状を一度に測定しようとすると、検出方向で
あるＹ方向の分解能は、100mm/500＝0.2mm程度しか得ら
れない事になる。
ば500（縦）×500（横）程度の画素数を有しており、
今、100mm（縦）×100mm（横）の大きさの基板BaのＹ方
向の凹凸形状を一度に測定しようとすると、検出方向で
あるＹ方向の分解能は、100mm/500＝0.2mm程度しか得ら
れない事になる。
例えば、プリント基板上に印刷されたの微小なクリー
ム半田は、200μｍ（縦）×500μｍ（横）×200μｍ
（高さ）程度の大きさを有しているため、このクリーム
半田の断面形状の検出には、少なくとも20μｍ程度の分
解能が必要となる。
ム半田は、200μｍ（縦）×500μｍ（横）×200μｍ
（高さ）程度の大きさを有しているため、このクリーム
半田の断面形状の検出には、少なくとも20μｍ程度の分
解能が必要となる。
このため、検出に必要な20μｍの分解能を確保するに
は、20μｍ（分解能）×500（画素数）＝10mm程度の検
出幅しか得られない。
は、20μｍ（分解能）×500（画素数）＝10mm程度の検
出幅しか得られない。
よって、Ｙ方向における100mm幅の基板Baの断面形状
を検出するには、ステージを10mm毎に10回移動させなけ
ればならなく、さらに縦横ともに20μｍの分解能を維持
しながら、基板表面全体を２次元的に検出するには、上
記の動作を繰り返しながら、ステージをＸ方向へ20μｍ
毎に移動させなければならない。
を検出するには、ステージを10mm毎に10回移動させなけ
ればならなく、さらに縦横ともに20μｍの分解能を維持
しながら、基板表面全体を２次元的に検出するには、上
記の動作を繰り返しながら、ステージをＸ方向へ20μｍ
毎に移動させなければならない。
ここで、２次元CCDが画像を取り出すために要する時
間は、通常16.7m sec程度の必要である。すると、２次
元CCDにおいて、検出方向の任意の１画素の位置で高さ
方向の500画素分の画像を得るために要する時間は、16.
7m sec/500（画素）＝33.3μsecとなる。そして、被検
出面のXY方向において、20μｍの分解能を維持しながら
画像処理には、ステージ等の移動時間を除いて、 の長い検出時間を要することになる。
間は、通常16.7m sec程度の必要である。すると、２次
元CCDにおいて、検出方向の任意の１画素の位置で高さ
方向の500画素分の画像を得るために要する時間は、16.
7m sec/500（画素）＝33.3μsecとなる。そして、被検
出面のXY方向において、20μｍの分解能を維持しながら
画像処理には、ステージ等の移動時間を除いて、 の長い検出時間を要することになる。
このように、従来の装置では、大きな被検物体に対し
高分解能で被検物体表面の凹凸形状を計測するには、XY
方向でのビーム走査を複数回に分割するための機構が必
要であるのみならず、検出に要する時間が極めて長かっ
た。
高分解能で被検物体表面の凹凸形状を計測するには、XY
方向でのビーム走査を複数回に分割するための機構が必
要であるのみならず、検出に要する時間が極めて長かっ
た。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであ
り、極めて僅かな時間で被測定物体の表面形状を高い分
解能で測定できる高性能な断面形状測定装置を提供する
ことを目的としている。
り、極めて僅かな時間で被測定物体の表面形状を高い分
解能で測定できる高性能な断面形状測定装置を提供する
ことを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明は、第1A図及び
第1B図に示す如く、被測定面Baに対し光束を斜入斜させ
て、この被測定面Baからの反射光を検出手段15によって
検出することにより、被測定面Baの凹凸形状を測定する
表面形状測定装置において、 平面光束供給手段（1,2）と、この平行光束供給手段
（1,2）からの平行光束を被測定面Baで集光して照射す
る照射対物レンズ（5,7）と、平行光束供給手段（1,2）
と該照射対物レンズ（5,7）との間に設けられて集光光
束を被測定面Baで主走査する主走査手段４と、被測定面
Baからの正反射光を集光して平行光束にする集光対物レ
ンズ（8,10）と、この集光対物レンズ（8,10）を通して
主走査方向と対応する方向と直交する方向に集光作用を
有して、集光対物レンズ（8,10）からの平行光束を集光
する集光光学系13とを有し、 検出手段15は、この集光対物レンズ（8,10）のほぼ瞳
位置もしくは瞳共役に設けられると共にこの集光光学系
13の焦点位置に設けられて集光光の変位量を検出するも
のである。
第1B図に示す如く、被測定面Baに対し光束を斜入斜させ
て、この被測定面Baからの反射光を検出手段15によって
検出することにより、被測定面Baの凹凸形状を測定する
表面形状測定装置において、 平面光束供給手段（1,2）と、この平行光束供給手段
（1,2）からの平行光束を被測定面Baで集光して照射す
る照射対物レンズ（5,7）と、平行光束供給手段（1,2）
と該照射対物レンズ（5,7）との間に設けられて集光光
束を被測定面Baで主走査する主走査手段４と、被測定面
Baからの正反射光を集光して平行光束にする集光対物レ
ンズ（8,10）と、この集光対物レンズ（8,10）を通して
主走査方向と対応する方向と直交する方向に集光作用を
有して、集光対物レンズ（8,10）からの平行光束を集光
する集光光学系13とを有し、 検出手段15は、この集光対物レンズ（8,10）のほぼ瞳
位置もしくは瞳共役に設けられると共にこの集光光学系
13の焦点位置に設けられて集光光の変位量を検出するも
のである。
この上記の基本構成に基づいて、主走査手段４の振れ
角の原点は、前記照射対物レンズ（5,7）及び集光対物
レンズ（8,10）に関して、前記集光対物レンズの瞳とほ
ぼ共役に配されていることが望ましい。
角の原点は、前記照射対物レンズ（5,7）及び集光対物
レンズ（8,10）に関して、前記集光対物レンズの瞳とほ
ぼ共役に配されていることが望ましい。
そして、この被測定面Baの主走査方向に対して垂直方
向に副走査するための副走査手段（20）を配置すること
によって、被測定面Baの凹凸形状を２次元に検出するこ
とができる。
向に副走査するための副走査手段（20）を配置すること
によって、被測定面Baの凹凸形状を２次元に検出するこ
とができる。
また、集光対物レンズ（8,10）と検出手段15との間
に、この集光対物レンズ（8,10）を通して主走査方向に
対応する方向と垂直な方向に母線を持つ円柱レンズを複
数有して構成されて、この集光対物レンズ（8,10）の瞳
をリレーするリレー光学系（12,14）を配置する。この
とき、集光光学系15は、リレー光学系（12,14）と前記
検出手段15との間もしくは前記リレー光学系内に配置さ
れて少なくとも１枚以上の円柱レンズで構成されること
がより好ましい。
に、この集光対物レンズ（8,10）を通して主走査方向に
対応する方向と垂直な方向に母線を持つ円柱レンズを複
数有して構成されて、この集光対物レンズ（8,10）の瞳
をリレーするリレー光学系（12,14）を配置する。この
とき、集光光学系15は、リレー光学系（12,14）と前記
検出手段15との間もしくは前記リレー光学系内に配置さ
れて少なくとも１枚以上の円柱レンズで構成されること
がより好ましい。
本発明は、被検出面に照射する光束を所定の分解能と
なるように光束径を絞り込み、この絞り込まれた光束を
被検物体表面の所定の範囲で１次元的に主走査し、被検
物体表面からの正反射光を検出方向に集光させて、この
集光光の変位量を一次元的に検出するようにしたので、
被検物体の凹凸断面形状を高速かつ光分解能に計測でき
る。
なるように光束径を絞り込み、この絞り込まれた光束を
被検物体表面の所定の範囲で１次元的に主走査し、被検
物体表面からの正反射光を検出方向に集光させて、この
集光光の変位量を一次元的に検出するようにしたので、
被検物体の凹凸断面形状を高速かつ光分解能に計測でき
る。
第1A図は本実施例の検出方向の概略的な構成を示す側
面図であり、第1B図は本実施例の走査方向の概略的な構
成を示す正面図である。
面図であり、第1B図は本実施例の走査方向の概略的な構
成を示す正面図である。
図示の如く、基板Baは、副走査手段として副走査する
XYステージ20上に載置されており、このXYステージ20は
モーター等を有するステージ駆動系21により、XY方向を
２次元的に移動可能である。そして、このXYステージ20
は、不図示ではあるが、各方向の位置を検出するための
干渉計，エンコーダ等のステージ位置検出系を有してい
る。
XYステージ20上に載置されており、このXYステージ20は
モーター等を有するステージ駆動系21により、XY方向を
２次元的に移動可能である。そして、このXYステージ20
は、不図示ではあるが、各方向の位置を検出するための
干渉計，エンコーダ等のステージ位置検出系を有してい
る。
そして、基板Baの左側上方には照射光学系が光束を所
定の入射角で斜入射させるように配置されており、基板
Baの右側上方には基板表面を正反射する光束を検出する
ための検出光学系が配置されている。
定の入射角で斜入射させるように配置されており、基板
Baの右側上方には基板表面を正反射する光束を検出する
ための検出光学系が配置されている。
まず、照射光学系を説明すると、レーザー１から平行
光束は、ビームエクスパンダ２で所望のビーム径に拡大
され、反射ミラー３、主走査手段としてのガルバノミラ
ー（振動鏡）４を反射する。そして、第1A図に示す如
く、カルバノミラー（振動鏡）４からの光束を斜入射さ
せるための反射ミラー６を間に挟んで、照射対物レンズ
としての第１テレセントリックｆ・θ光学系（5,7）が
配置されており、これを介した光束は主光線が光軸と平
行となるように基板上でスポット状に集光される。
光束は、ビームエクスパンダ２で所望のビーム径に拡大
され、反射ミラー３、主走査手段としてのガルバノミラ
ー（振動鏡）４を反射する。そして、第1A図に示す如
く、カルバノミラー（振動鏡）４からの光束を斜入射さ
せるための反射ミラー６を間に挟んで、照射対物レンズ
としての第１テレセントリックｆ・θ光学系（5,7）が
配置されており、これを介した光束は主光線が光軸と平
行となるように基板上でスポット状に集光される。
ここで、第１テレセントリックｆ・θ光学系（5,7）
により形成されるスポット光の径ωは、第１テレセント
リックｆ・θ光学系（5,7）の焦点距離fT1、この１テレ
セントリック光学系（5,7）に入射する平行光束径φ、
レーザー光の波長λで決定され、 となる。そして、このビーム径ωが走査位置の分解能と
対応することになる。
により形成されるスポット光の径ωは、第１テレセント
リックｆ・θ光学系（5,7）の焦点距離fT1、この１テレ
セントリック光学系（5,7）に入射する平行光束径φ、
レーザー光の波長λで決定され、 となる。そして、このビーム径ωが走査位置の分解能と
対応することになる。
さて、ガルバノミラー４は、第１テレセントリックｆ
・θ光学系（5,7）の瞳位置（5,7）の瞳位置（前側焦点
位置）に設けられ、振動駆動系22からの駆動信号（駆動
のフイートバック信号）によってこの振角の原点Ｏが矢
印方向に振動することにより、基板上のスポット光は、
矢印で示す如く、所定の範囲を１次元的にＹ方向に主走
査される。
・θ光学系（5,7）の瞳位置（5,7）の瞳位置（前側焦点
位置）に設けられ、振動駆動系22からの駆動信号（駆動
のフイートバック信号）によってこの振角の原点Ｏが矢
印方向に振動することにより、基板上のスポット光は、
矢印で示す如く、所定の範囲を１次元的にＹ方向に主走
査される。
このようにして照射系からの照射光は、基板Baを正反
射して検出光学系に導かれる。
射して検出光学系に導かれる。
次に、検出光学系について説明する。
反射ミラー９を間に挟んで集光対物レンズとしての第
２テレセントリックｆ・θ光学系（8,10）が配置されて
いる。そして、これにより集光作用を受けて再び平行光
束となり、この光学系（8,10）の瞳位置（後側焦点位
置）に配置された絞り11を通過する。
２テレセントリックｆ・θ光学系（8,10）が配置されて
いる。そして、これにより集光作用を受けて再び平行光
束となり、この光学系（8,10）の瞳位置（後側焦点位
置）に配置された絞り11を通過する。
この絞り11は、基板Ba上から発生するノイズ光（回折
光，散乱光等）を遮光する機能を有している。
光，散乱光等）を遮光する機能を有している。
尚、第２テレセントリックｆ・θ光学系の瞳位置は第
１テレセントリックｆ・θ光学系（5,7）と第２テレセ
ントリックｆ・θ光学系（8,10）とに関してガルバノミ
ラー４と共役になっている。
１テレセントリックｆ・θ光学系（5,7）と第２テレセ
ントリックｆ・θ光学系（8,10）とに関してガルバノミ
ラー４と共役になっている。
また、基板Baの表面は、第１テレセントリックｆ・θ
光学系（5,7）の後側焦点位置に配置されると共に、第
２テレセントリックｆ・θ光学系（8,10）の前側焦点位
置に配置されている。
光学系（5,7）の後側焦点位置に配置されると共に、第
２テレセントリックｆ・θ光学系（8,10）の前側焦点位
置に配置されている。
さて、第1B図に示す如く、ガルバノミラー４の主走査
により平行光束が移動する紙面方向のＹ方向（第２テレ
セントリックｆ・θ光学系を通して主走査方向に対応す
る方向）に屈折力を持つ円柱レンズ（シリンドリカルレ
ンズ）で構成されるリレー光学系（12,14）が配置され
ている。そして、このリレー光学系（12,14）により、
紙面方向における第２テレセントリックｆ・θ光学系
（8,10）の瞳がリレーされ、この位置に検出手段として
の検出器15が配置されている。
により平行光束が移動する紙面方向のＹ方向（第２テレ
セントリックｆ・θ光学系を通して主走査方向に対応す
る方向）に屈折力を持つ円柱レンズ（シリンドリカルレ
ンズ）で構成されるリレー光学系（12,14）が配置され
ている。そして、このリレー光学系（12,14）により、
紙面方向における第２テレセントリックｆ・θ光学系
（8,10）の瞳がリレーされ、この位置に検出手段として
の検出器15が配置されている。
一方、第1A図に示す如く、このリレー光学系（12,1
4）の間に、ガルバノミラー４の主走査により平行光束
が移動するＹ方向に対し垂直なＺ方向（第２テレセント
リックｆ・θ光学系を通して主走査方向に対応する方向
と直交する方向）に、集光作用を有する集光光学系とし
ての円柱レンズ13が配置されている。
4）の間に、ガルバノミラー４の主走査により平行光束
が移動するＹ方向に対し垂直なＺ方向（第２テレセント
リックｆ・θ光学系を通して主走査方向に対応する方向
と直交する方向）に、集光作用を有する集光光学系とし
ての円柱レンズ13が配置されている。
この円柱レンズ13は、リレー光学系（13,15）に関し
て第２テレセントリックｆ・θ光学系（8,10）の瞳（後
側焦点位置）と共役となる位置に配置された検出器15に
紙面方向の平行光束を集光させている。
て第２テレセントリックｆ・θ光学系（8,10）の瞳（後
側焦点位置）と共役となる位置に配置された検出器15に
紙面方向の平行光束を集光させている。
よって、基板Baの表面が平坦であれば、ガルバノミラ
ー４の主走査に伴って検出器15には、入射角が変化する
スリット状の光束が達する。
ー４の主走査に伴って検出器15には、入射角が変化する
スリット状の光束が達する。
尚、リレー光学系及び集光光学系を構成する円柱レン
ズは、集光作用を持つ方向と直交した方向に母線を有し
ている。
ズは、集光作用を持つ方向と直交した方向に母線を有し
ている。
ところで、今、基板表面に凹凸のパターンが形成され
ていると、第２図に示す如く、ガルバノミラー４により
主走査される光束が基板に入射する入射平面内におい
て、この凹凸の形状に応じて基板を正反射する主光線の
射出方向が、点線で示す方向から実線で示す方向へ平行
に変位する。このため、第1A図に示した如く、この変位
に伴い検出器15上での集光位置がＺ方向に１次元的に変
位する。
ていると、第２図に示す如く、ガルバノミラー４により
主走査される光束が基板に入射する入射平面内におい
て、この凹凸の形状に応じて基板を正反射する主光線の
射出方向が、点線で示す方向から実線で示す方向へ平行
に変位する。このため、第1A図に示した如く、この変位
に伴い検出器15上での集光位置がＺ方向に１次元的に変
位する。
ここで、基板Baに対する入射角をθ１、基板Baに対す
る反射角をθ２とすると、反射の法則により、θ１＝θ
２となる。そして、基板Baの凸部の高さをｈ、基板Baに
対する入射角θ１と基板に対する反射角θ２をθとし、
検出光学系の結像倍率をβとするとき、検出光の集光位
置の変化量Δｚは次式にて与えられる。
る反射角をθ２とすると、反射の法則により、θ１＝θ
２となる。そして、基板Baの凸部の高さをｈ、基板Baに
対する入射角θ１と基板に対する反射角θ２をθとし、
検出光学系の結像倍率をβとするとき、検出光の集光位
置の変化量Δｚは次式にて与えられる。
Δｚ＝2hβSinθ ……（２） そして、この検出光学系の結像倍率βは、第２テレセ
ントリック光学系（8,10）の焦点距離をfT2、円柱レン
ズ13の焦点距離をfCとするとき、 β＝fC/fT2 ……（３） となる。
ントリック光学系（8,10）の焦点距離をfT2、円柱レン
ズ13の焦点距離をfCとするとき、 β＝fC/fT2 ……（３） となる。
よって、この（２）式より（３）式は、 となり、この検出光の集光位置の変位量Δｚを検出器15
により検出すれば、基板の凹凸の形状の高さｈを定量的
に検出することができる。
により検出すれば、基板の凹凸の形状の高さｈを定量的
に検出することができる。
尚、基板面の凹凸形状等により正反射光が遮られる場
合や検出方向での所望の分解能が得られない場合がある
ため、基板面に対するスポット光の入射角を適切に設定
しなければならない。
合や検出方向での所望の分解能が得られない場合がある
ため、基板面に対するスポット光の入射角を適切に設定
しなければならない。
本発明の構成は、基板面に対して斜入射するスポット
光を照射する第１テレセントリックｆ・θ光学系と、こ
の基板面から反射する正反射光を集光する第２テレセン
トリックｆ・θ光学系とを有しているため、スポット光
が基板面に入射する入射角の調整は、基板面に対する両
光学系の光軸の傾きを変えることにより容易に達成され
る。
光を照射する第１テレセントリックｆ・θ光学系と、こ
の基板面から反射する正反射光を集光する第２テレセン
トリックｆ・θ光学系とを有しているため、スポット光
が基板面に入射する入射角の調整は、基板面に対する両
光学系の光軸の傾きを変えることにより容易に達成され
る。
さて、第２図に示す如く、信号処理手段30により、検
出器15により光電検出される集光光の位置信号S1は、ガ
ルバノミラー４による主走査及びステージ20による副走
査に同期して取り込まれる。
出器15により光電検出される集光光の位置信号S1は、ガ
ルバノミラー４による主走査及びステージ20による副走
査に同期して取り込まれる。
すなわち、この検出器15により得られた集光光の位置
信号S1と、ガルバノミラー４からの角度信号S2と、ステ
ージ20からのステージの位置信号S3とは信号処理手段30
中の演算部31に同期入力される。
信号S1と、ガルバノミラー４からの角度信号S2と、ステ
ージ20からのステージの位置信号S3とは信号処理手段30
中の演算部31に同期入力される。
そして、この演算部31は、この検出器15により得られ
た集光光の位置の信号S1と、ガルバノミラー４の角度
（基板面でのＸ方向のスポット光の走査位置）の信号S2
と、ステージの位置信号S3とに基づいて、スポット光の
走査毎に逐次、スポット光の反射位置の３次元的な座標
を検出したり、あるいはスポット光の走査位置毎にこの
スポット光の反射位置を逐次積分をして基板表面の凹凸
の体積を算出したりする。そして、この検出信号は画像
処理部32中の記憶部に格納されて、画像処理部32は、こ
の格納された計測情報をに基づいて画像処理を実行し、
基板表面の凹凸形状の計測結果をCRTモニター等の表示
部33を通して画像表示させることができる。
た集光光の位置の信号S1と、ガルバノミラー４の角度
（基板面でのＸ方向のスポット光の走査位置）の信号S2
と、ステージの位置信号S3とに基づいて、スポット光の
走査毎に逐次、スポット光の反射位置の３次元的な座標
を検出したり、あるいはスポット光の走査位置毎にこの
スポット光の反射位置を逐次積分をして基板表面の凹凸
の体積を算出したりする。そして、この検出信号は画像
処理部32中の記憶部に格納されて、画像処理部32は、こ
の格納された計測情報をに基づいて画像処理を実行し、
基板表面の凹凸形状の計測結果をCRTモニター等の表示
部33を通して画像表示させることができる。
尚、信号処理系に欠陥検出部を設け、この欠陥検出部
に、参照データを予め記憶されておき、演算部32から出
力された基板の３次元的な座標情報及び体積情報と、こ
の参照データとを比較して、基板Baの欠陥を検出して、
画像処理部34へ出力するような構成にしても良い。
に、参照データを予め記憶されておき、演算部32から出
力された基板の３次元的な座標情報及び体積情報と、こ
の参照データとを比較して、基板Baの欠陥を検出して、
画像処理部34へ出力するような構成にしても良い。
さて、本発明による基板表面の凹凸形状の検出時間
は、円柱レンズ13によりＺ方向に１次元的に集光される
光重心の変位量Δｚを検出する検出器15の応答時間に主
に依存することになる。
は、円柱レンズ13によりＺ方向に１次元的に集光される
光重心の変位量Δｚを検出する検出器15の応答時間に主
に依存することになる。
本発明の１次検出器15としては、半導体検出素子（PS
D）,1次元CCDアレイ等が適用されていおり、このPSDは2
MHz程度の応答性を有している。そして、１次元CCDアレ
イは１画素当たり20MHz程度の応答性を有しており、今
基板Baの高さ方向に対応するＺ方向に100個の素子が配
列されているとすると、１素子当たり20MHz/100画素＝
0.2MHzの応答時間を要する。
D）,1次元CCDアレイ等が適用されていおり、このPSDは2
MHz程度の応答性を有している。そして、１次元CCDアレ
イは１画素当たり20MHz程度の応答性を有しており、今
基板Baの高さ方向に対応するＺ方向に100個の素子が配
列されているとすると、１素子当たり20MHz/100画素＝
0.2MHzの応答時間を要する。
このため、Ｘ方向に副走査するステージ20の移動時間
等の除いて、100mm（縦）×100mm（横）の大きさの基板
Baを20μｍの分解能で基板表面の凹凸形状検出を行う
と、PSDでは、 １次元CCDアレイでは、 程度の検出時間で基板表面の凹凸形状を検出することが
可能となる。
等の除いて、100mm（縦）×100mm（横）の大きさの基板
Baを20μｍの分解能で基板表面の凹凸形状検出を行う
と、PSDでは、 １次元CCDアレイでは、 程度の検出時間で基板表面の凹凸形状を検出することが
可能となる。
よって、第４図で示した従来の装置の検出時間と比較
して、本発明は1/6.7〜1/66.7程度となり、大幅に検出
時間の短縮を達成することができ、基板の断面形状を高
速で測定することができる。
して、本発明は1/6.7〜1/66.7程度となり、大幅に検出
時間の短縮を達成することができ、基板の断面形状を高
速で測定することができる。
本発明によれば、比較的に大きな基板であっても、こ
の基板表面の凹凸形状を、３次元的に高分解能かつ高速
に計測できるため極めて有効である。
の基板表面の凹凸形状を、３次元的に高分解能かつ高速
に計測できるため極めて有効である。
尚、主走査手段としてはガルバノミラーに限ることな
く、ポリゴンミラー（回転多面鏡）等を適用しても良
い。
く、ポリゴンミラー（回転多面鏡）等を適用しても良
い。
また、本発明の実施例ではステージ20を副走査手段と
しているが、ビームエクスパンダ２と第１テレセントリ
ック光学系との間に、こ主走査手段が設けられる第１テ
レセントリック光学系の瞳位置をリレーするリレー光学
系を配置し、このリレー光学系に関し主走査手段と共役
となるように副走査手段を配置しても良い。このとき、
副走査手段として、ガルバノミラー，ポリゴンミラー等
を適用しても良いことは言うまでもない。
しているが、ビームエクスパンダ２と第１テレセントリ
ック光学系との間に、こ主走査手段が設けられる第１テ
レセントリック光学系の瞳位置をリレーするリレー光学
系を配置し、このリレー光学系に関し主走査手段と共役
となるように副走査手段を配置しても良い。このとき、
副走査手段として、ガルバノミラー，ポリゴンミラー等
を適用しても良いことは言うまでもない。
第1A図は本実施例の概略的な構成を示す側面図であり、
第1B図は本実施例の概略的な構成を示す正面図である。
第２図は本実施例のプロック図である。第３図は凹凸表
面を有する基板に光束を照射することにより、正反射光
が変位する様子を示す図である。第４図は従来の装置の
概略的な構成を示す斜視図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……レーザー（光源）（平行光束供給手段） ２……ビームエクスパンダ（平行光束供給手段） ４……ガルバノミラー（主走査手段） 5,7……第１テレセントリックｆ・θ光学系（照射対物
レンズ） 9,11……第２テレセントリックｆ・θ光学系（集光対物
レンズ） 13,15……円柱レンズ（リレー光学系） 14……円柱レンズ（集光光学系） 16……検出器（検出手段）
第1B図は本実施例の概略的な構成を示す正面図である。
第２図は本実施例のプロック図である。第３図は凹凸表
面を有する基板に光束を照射することにより、正反射光
が変位する様子を示す図である。第４図は従来の装置の
概略的な構成を示す斜視図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １……レーザー（光源）（平行光束供給手段） ２……ビームエクスパンダ（平行光束供給手段） ４……ガルバノミラー（主走査手段） 5,7……第１テレセントリックｆ・θ光学系（照射対物
レンズ） 9,11……第２テレセントリックｆ・θ光学系（集光対物
レンズ） 13,15……円柱レンズ（リレー光学系） 14……円柱レンズ（集光光学系） 16……検出器（検出手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−259503（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−201208（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197751（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−254809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−230048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−124784（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】被測定面に対し光束を斜入射させて、前記
被測定面からの反射光を検出手段によって検出すること
により、前記被測定面の凹凸形状を測定する表面形状測
定装置において、 平行光束供給手段と、該平行光束供給手段からの平行光
束を前記被測定面で集光して照射する照射対物レンズ
と、前記平行光束供給手段と該照射対物レンズとの間に
設けられて前記集光光束を前記被測定面で主走査する主
走査手段と、前記被測定面からの正反射光を集光して平
行光束にする集光対物レンズと、該集光対物レンズを通
して主走査方向に対応する方向と垂直な方向に集光作用
を有して前記集光対物レンズからの平行光束を集光する
集光光学系とを有し、 前記検出手段は、前記集光対物レンズのほぼ瞳位置もし
くはほぼ略瞳共役に設けられると共に該集光光学系の焦
点位置に設けられて前記集光光の変位量を検出すること
を特徴とする表面形状測定装置。 - 【請求項２】前記主走査手段の振れ角の原点は、前記照
射対物レンズ及び集光対物レンズに関して、前記集光対
物レンズの瞳とほぼ共役であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の断面形状測定装置。 - 【請求項３】前記被測定面の前記主走査方向に対して垂
直方向に副走査するための副走査手段とを有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の断
面形状測定装置。 - 【請求項４】前記集光対物レンズと前記検出手段との間
に、前記集光対物レンズを通して主走査方向に対応する
方向と垂直な方向に母線を有する円柱レンズを複数有し
て構成されて前記集光対物レンズの瞳をリレーするリレ
ー光学系を配置し、 前記集光光学系は、前記リレー光学系と前記検出手段と
の間もしくは前記リレー光学系内に配置されて少なくと
も１枚以上の円柱レンズで構成されることを特徴とする
特許請求の範囲第３項記載の断面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31984389A JP2674244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31984389A JP2674244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 表面形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03180708A JPH03180708A (ja) | 1991-08-06 |
| JP2674244B2 true JP2674244B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=18114838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31984389A Expired - Fee Related JP2674244B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674244B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1989060B (zh) * | 2005-01-04 | 2011-02-16 | 三菱电机株式会社 | 电梯螺栓检测装置、电梯装置、及移动体的位置·速度检测装置 |
| JP2016017854A (ja) * | 2014-07-08 | 2016-02-01 | 株式会社栄興業 | 形状測定装置 |
| CN105136806B (zh) * | 2015-07-24 | 2017-08-25 | 合肥工业大学 | 基于空间载波的双方向剪切散斑干涉***及测量方法 |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP31984389A patent/JP2674244B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03180708A (ja) | 1991-08-06 |
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