JP2911283B2 - 非接触段差測定方法及びその装置 - Google Patents
非接触段差測定方法及びその装置Info
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- JP2911283B2 JP2911283B2 JP3349255A JP34925591A JP2911283B2 JP 2911283 B2 JP2911283 B2 JP 2911283B2 JP 3349255 A JP3349255 A JP 3349255A JP 34925591 A JP34925591 A JP 34925591A JP 2911283 B2 JP2911283 B2 JP 2911283B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は試料上に形成されてい
る段差を、試料に接触することなく測定する非接触段差
測定方法およびその装置に関し、特にその測定精度の向
上を図ったものに関するものである。
る段差を、試料に接触することなく測定する非接触段差
測定方法およびその装置に関し、特にその測定精度の向
上を図ったものに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図９(a) は通常の非接触で段差を測定す
る際に用いられる光学顕微鏡の概略構成図であり、図
中、２１は照明用光源、２２は観測対象である試料であ
り、例えば図示しないステージに搭載されている。２３
は試料２２と対向する対物レンズ、２４は接眼レンズ、
２５は接眼レンズ２４と対物レンス２３との間の光路に
配置された中間レンズ、２６は照明用光源２１前方に設
けられた集光レンズである。また２７ａ，２７ｂは各レ
ンズ間に設けられたミラーであり、ミラー２７ａは接眼
レンズ２４と中間レンズ２５間の光線を屈折させ、２７
ｂは中間レンズ２５と対物レンズ２３間の光線を屈折せ
ず、光源２１からの光線のみを屈折させるものである。
る際に用いられる光学顕微鏡の概略構成図であり、図
中、２１は照明用光源、２２は観測対象である試料であ
り、例えば図示しないステージに搭載されている。２３
は試料２２と対向する対物レンズ、２４は接眼レンズ、
２５は接眼レンズ２４と対物レンス２３との間の光路に
配置された中間レンズ、２６は照明用光源２１前方に設
けられた集光レンズである。また２７ａ，２７ｂは各レ
ンズ間に設けられたミラーであり、ミラー２７ａは接眼
レンズ２４と中間レンズ２５間の光線を屈折させ、２７
ｂは中間レンズ２５と対物レンズ２３間の光線を屈折せ
ず、光源２１からの光線のみを屈折させるものである。
【０００３】次に動作原理について説明する。試料２２
を照射する照明光を顕微鏡内部の照明用光源２１で発生
させて集光レンズ２６で集光し、これをミラー２７ｂで
反射させて試料２２に照射する。すると、試料２２から
の反射光が対物レンズ２３，中間レンズ２５，ミラー２
７ａ，接眼レンズ２４からなる光学系に生じ、試料２２
を所望の倍率に拡大して観察することができる。
を照射する照明光を顕微鏡内部の照明用光源２１で発生
させて集光レンズ２６で集光し、これをミラー２７ｂで
反射させて試料２２に照射する。すると、試料２２から
の反射光が対物レンズ２３，中間レンズ２５，ミラー２
７ａ，接眼レンズ２４からなる光学系に生じ、試料２２
を所望の倍率に拡大して観察することができる。
【０００４】従来このような光学顕微鏡を用いて、図中
矢印で示されるように試料２２と対物レンズ２３間の距
離を調整して試料２２の測定対象となる各区画、例えば
図９(b) のＡ，Ｃに対して焦点合わせを行い、フォーカ
ス時の試料２２と対物レンズ２３間の距離の（上下座標
の差）をダイアルゲージ等を用いて測定することで区画
Ａ，Ｃ間の段差の大きさｔを測定していた。
矢印で示されるように試料２２と対物レンズ２３間の距
離を調整して試料２２の測定対象となる各区画、例えば
図９(b) のＡ，Ｃに対して焦点合わせを行い、フォーカ
ス時の試料２２と対物レンズ２３間の距離の（上下座標
の差）をダイアルゲージ等を用いて測定することで区画
Ａ，Ｃ間の段差の大きさｔを測定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の非接触段差測定
方法およびその装置は以上のように構成されているの
で、対物，接眼レンズの組み合わせ方によって、その際
の焦点深度（被写体深度）が異なる。例えば、１０倍の
対物レンズではその焦度深度が１０μｍであり、２０倍
の対物レンズでは３．５μｍと大きく異なり、この焦度
深度の差は試料の座標位置を決定する際の誤差の差とな
って表われ、均一な測定制度が得られないという問題点
があった。また、段差が対物レンズの焦点深度よりも小
さいときは測定不能になるという問題点があった。
方法およびその装置は以上のように構成されているの
で、対物，接眼レンズの組み合わせ方によって、その際
の焦点深度（被写体深度）が異なる。例えば、１０倍の
対物レンズではその焦度深度が１０μｍであり、２０倍
の対物レンズでは３．５μｍと大きく異なり、この焦度
深度の差は試料の座標位置を決定する際の誤差の差とな
って表われ、均一な測定制度が得られないという問題点
があった。また、段差が対物レンズの焦点深度よりも小
さいときは測定不能になるという問題点があった。
【０００６】また、焦点位置、すなわち試料の段差表面
の位置の決定は作業者が目視観察により行っていたた
め、作業者間誤差が発生し高精度に段差を測定すること
は不可能であった。
の位置の決定は作業者が目視観察により行っていたた
め、作業者間誤差が発生し高精度に段差を測定すること
は不可能であった。
【０００７】さらに、図９(b) に示されるように、測定
対象となる区画が区画Ｂのような段差の変化部を含む場
合には、焦点を合わせることが困難であるという問題点
があった。
対象となる区画が区画Ｂのような段差の変化部を含む場
合には、焦点を合わせることが困難であるという問題点
があった。
【０００８】なお、測定物に接することなくその段差を
測定するものとして、例えば、特開昭64−1903号公報に
示されるように、段差部を含む測定領域に測定光を入射
させてこれを反射光と干渉させたり、特開昭62−289704
号公報に示されるように、２波面に分割した平行光を入
射させこれらを干渉させて２波面合成を行ない、その時
の干渉縞の強度変化を電気信号に変換して段差を測定す
るようにしたものがあるが、このような構成では信号処
理が複雑であったり、特に段差が大きい場合や、測定対
象に曲面部分が含まれる場合には充分な反射光が得られ
ず、干渉縞が不完全となり、場合によっては測定が不可
能になるという不具合を有する。
測定するものとして、例えば、特開昭64−1903号公報に
示されるように、段差部を含む測定領域に測定光を入射
させてこれを反射光と干渉させたり、特開昭62−289704
号公報に示されるように、２波面に分割した平行光を入
射させこれらを干渉させて２波面合成を行ない、その時
の干渉縞の強度変化を電気信号に変換して段差を測定す
るようにしたものがあるが、このような構成では信号処
理が複雑であったり、特に段差が大きい場合や、測定対
象に曲面部分が含まれる場合には充分な反射光が得られ
ず、干渉縞が不完全となり、場合によっては測定が不可
能になるという不具合を有する。
【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、観察を行う対物，接眼レンズ等
の組み合わせによる焦点深度の誤差や、作業者間誤差を
排除し、いかなる場合でも高精度に段差表面の位置を検
出でき、測定誤差が小さく、しかも構成が容易な非接触
段差測定方法およびそれに適した装置を提供することを
目的とする。
ためになされたもので、観察を行う対物，接眼レンズ等
の組み合わせによる焦点深度の誤差や、作業者間誤差を
排除し、いかなる場合でも高精度に段差表面の位置を検
出でき、測定誤差が小さく、しかも構成が容易な非接触
段差測定方法およびそれに適した装置を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係る非接触段
差測定方法は、測定対象物表面に照射される第１の光
束、及び該測定対象物表面が所定位置に配置された際に
上記第１の光束の上記測定対象物表面からの反射光との
干渉により干渉縞を発生する第２の光束を作成する光束
作成手段を用い、上記第１の領域において干渉縞が発生
したときの上記測定対象物表面の位置と、上記第２の領
域において干渉縞が発生したときの上記測定対象物表面
の位置とを認識することにより上記測定対象物表面の段
差の大きさを測定するようにしたものである。
差測定方法は、測定対象物表面に照射される第１の光
束、及び該測定対象物表面が所定位置に配置された際に
上記第１の光束の上記測定対象物表面からの反射光との
干渉により干渉縞を発生する第２の光束を作成する光束
作成手段を用い、上記第１の領域において干渉縞が発生
したときの上記測定対象物表面の位置と、上記第２の領
域において干渉縞が発生したときの上記測定対象物表面
の位置とを認識することにより上記測定対象物表面の段
差の大きさを測定するようにしたものである。
【００１１】また、この発明に係る非接触段差測定装置
は、測定対象物表面に照射される第１の光束、及び該測
定対象物表面が所定位置に配置された際に上記第１の光
束の上記測定対象物表面からの反射光との干渉により干
渉縞を発生する第２の光束を作成する光束作成手段を有
し、上記測定対象物表面の上記第１の領域を上記所定位
置に配置したときの上記測定対象物の位置から、上記第
２の領域を上記所定位置に配置したときの上記測定対象
物の位置までの、上記測定対象物表面に対して垂直方向
の変位量から上記測定対象物の段差を測定するようにし
たものである。
は、測定対象物表面に照射される第１の光束、及び該測
定対象物表面が所定位置に配置された際に上記第１の光
束の上記測定対象物表面からの反射光との干渉により干
渉縞を発生する第２の光束を作成する光束作成手段を有
し、上記測定対象物表面の上記第１の領域を上記所定位
置に配置したときの上記測定対象物の位置から、上記第
２の領域を上記所定位置に配置したときの上記測定対象
物の位置までの、上記測定対象物表面に対して垂直方向
の変位量から上記測定対象物の段差を測定するようにし
たものである。
【００１２】また、上記光束作成手段の光源として白色
光源を用いるようにしたものである。
光源を用いるようにしたものである。
【００１３】また、白色光により生じた干渉縞の色調を
電気信号に変換する光強度検出手段を設け、干渉縞の特
定の色調を検知して、測定対象物表面の各観測領域にお
ける上記所定位置の変位量を決定するようにしたもので
ある。
電気信号に変換する光強度検出手段を設け、干渉縞の特
定の色調を検知して、測定対象物表面の各観測領域にお
ける上記所定位置の変位量を決定するようにしたもので
ある。
【００１４】また、上記光強度検出手段に加えて、測定
対象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位手段と、
上記光強度検出手段出力を受け、この出力に基づき上記
変位手段を制御する制御手段とを設けたものである。
対象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位手段と、
上記光強度検出手段出力を受け、この出力に基づき上記
変位手段を制御する制御手段とを設けたものである。
【００１５】
【作用】この発明においては、各観測領域における測定
対象物表面までの所定位置を、光束作成手段により作成
された第１及び第２の光束により所定の位置にて生じる
干渉縞を認識して判定し、各観測領域における、観測面
に対して垂直方向の変位量から上記測定対象物表面の段
差の大きさを算出するようにしたから、簡単な構成で高
精度に段差の大きさを測定することができる。
対象物表面までの所定位置を、光束作成手段により作成
された第１及び第２の光束により所定の位置にて生じる
干渉縞を認識して判定し、各観測領域における、観測面
に対して垂直方向の変位量から上記測定対象物表面の段
差の大きさを算出するようにしたから、簡単な構成で高
精度に段差の大きさを測定することができる。
【００１６】また、干渉縞を発生させるための観察光に
白色光源を用い、干渉縞の干渉色を観察して各観測領域
における測定対象物表面までの垂直方向の変位量を決定
することで、より高精度に段差を検出することができ
る。
白色光源を用い、干渉縞の干渉色を観察して各観測領域
における測定対象物表面までの垂直方向の変位量を決定
することで、より高精度に段差を検出することができ
る。
【００１７】また、光強度検出手段を設け、白色光によ
り生じた干渉縞の色調を電気信号に変換し、特定の色調
を検知して各観測領域における各上下位置を検知するよ
うにしたから、段差検出時の作業者間誤差を完全に排除
することができる。
り生じた干渉縞の色調を電気信号に変換し、特定の色調
を検知して各観測領域における各上下位置を検知するよ
うにしたから、段差検出時の作業者間誤差を完全に排除
することができる。
【００１８】また、上記光強度検出手段に加えて、測定
対象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位手段を設
け、上記光強度検出手段出力に応じて上記測定対象物表
面の位置を変位させて自動的に段差位置を検出するよう
に構成したから、高精度かつ高速に段差を測定すること
ができる。
対象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位手段を設
け、上記光強度検出手段出力に応じて上記測定対象物表
面の位置を変位させて自動的に段差位置を検出するよう
に構成したから、高精度かつ高速に段差を測定すること
ができる。
【００１９】
【実施例】以下、この発明の一実施例による非接触性段
差測定装置を図について説明する。図１はこの装置に用
いられる光学顕微鏡の対物レンズとして取り付けられる
干渉型対物レンズの原理を示した図であり、図におい
て、１は干渉型対物レンズ、２は反射参照鏡、３は干渉
型対物レンズ１と試料面４との間に設けられた半透鏡で
ある。また図２は発生した干渉縞の一例を示す写真図で
ある。
差測定装置を図について説明する。図１はこの装置に用
いられる光学顕微鏡の対物レンズとして取り付けられる
干渉型対物レンズの原理を示した図であり、図におい
て、１は干渉型対物レンズ、２は反射参照鏡、３は干渉
型対物レンズ１と試料面４との間に設けられた半透鏡で
ある。また図２は発生した干渉縞の一例を示す写真図で
ある。
【００２０】次に図１を参照して本発明の焦点位置認識
の原理について説明する。矢印で示すように、干渉型対
物レンズ１の左上側から入射した光は、対物レンズ１中
を通過し、半透鏡３で２光路に分割される。分割された
光路の一方は試料面４へ向かい、他方の光路は反射参照
鏡２へ向かう。そして、それぞれ試料面４及び反射参照
鏡２で反射された光は再び半透鏡２を通過、あるいは反
射した後に合流し、同一光路に戻って対物レンズ１を経
た後に反射されていく。そして、試料の表面４をピント
位置、すなわち半透鏡３を通過し再び半透鏡３に入射す
る光の光路長と、半透鏡３により反射されて参照鏡を経
て再び半透鏡３に入射する光の光路長が等しくなる位置
に合わせると、光の干渉により２倍波となり図２に示す
ような干渉縞が発生する。この干渉縞は観察波長λに対
して、λ／２（０．２〜０．３μｍ）の周期で発生す
る。なお上記ピント位置からずれると干渉縞は発生しに
くくなる。
の原理について説明する。矢印で示すように、干渉型対
物レンズ１の左上側から入射した光は、対物レンズ１中
を通過し、半透鏡３で２光路に分割される。分割された
光路の一方は試料面４へ向かい、他方の光路は反射参照
鏡２へ向かう。そして、それぞれ試料面４及び反射参照
鏡２で反射された光は再び半透鏡２を通過、あるいは反
射した後に合流し、同一光路に戻って対物レンズ１を経
た後に反射されていく。そして、試料の表面４をピント
位置、すなわち半透鏡３を通過し再び半透鏡３に入射す
る光の光路長と、半透鏡３により反射されて参照鏡を経
て再び半透鏡３に入射する光の光路長が等しくなる位置
に合わせると、光の干渉により２倍波となり図２に示す
ような干渉縞が発生する。この干渉縞は観察波長λに対
して、λ／２（０．２〜０．３μｍ）の周期で発生す
る。なお上記ピント位置からずれると干渉縞は発生しに
くくなる。
【００２１】次に本発明の基本的な装置構成について説
明する。図３に示すように、光学顕微鏡５には干渉対物
レンズ６が取り付けられ、機械式のダイヤルゲージ等の
上下距離測定触子１０で顕微鏡５のステージの移動距離
を測定するように構成されている。
明する。図３に示すように、光学顕微鏡５には干渉対物
レンズ６が取り付けられ、機械式のダイヤルゲージ等の
上下距離測定触子１０で顕微鏡５のステージの移動距離
を測定するように構成されている。
【００２２】次に段差測定方法について説明する。顕微
鏡５のステージの上に試料２２を搭載し、試料２２と干
渉対物レンズ６間の距離を調整し、そのピント位置を上
述のような原理にて発生した干渉縞を認識することで検
出する。このとき例えばダイヤルゲージ１０をリセット
して基準値を得る。そして試料２２の観測位置を変えて
同様にピント合わせを行い、その時のステージの移動距
離をダイヤルゲージ１０で読み取り、上記基準値に対す
る変位度から試料面の段差を観測する。
鏡５のステージの上に試料２２を搭載し、試料２２と干
渉対物レンズ６間の距離を調整し、そのピント位置を上
述のような原理にて発生した干渉縞を認識することで検
出する。このとき例えばダイヤルゲージ１０をリセット
して基準値を得る。そして試料２２の観測位置を変えて
同様にピント合わせを行い、その時のステージの移動距
離をダイヤルゲージ１０で読み取り、上記基準値に対す
る変位度から試料面の段差を観測する。
【００２３】このように本実施例によれば、顕微鏡５に
干渉対物レンズ６を取付け、試料２２表面の段差測定を
行い、干渉縞の発生を認識することによりピント位置を
判定するようにしたから、容易な装置構成で、観察を行
う対物，接眼レンズ等の組み合わせによる焦点深度の誤
差及び作業者間誤差が排除され、高精度に段差表面の座
標位置を検出することができる。また、測定すべき段差
が比較的大きい場合や、測定部分に曲面が含まれている
場合でも、干渉縞が発生しピント合わせを行うことがで
きれば光学顕微鏡のステージの移動ストローク範囲であ
れば測定することができる。
干渉対物レンズ６を取付け、試料２２表面の段差測定を
行い、干渉縞の発生を認識することによりピント位置を
判定するようにしたから、容易な装置構成で、観察を行
う対物，接眼レンズ等の組み合わせによる焦点深度の誤
差及び作業者間誤差が排除され、高精度に段差表面の座
標位置を検出することができる。また、測定すべき段差
が比較的大きい場合や、測定部分に曲面が含まれている
場合でも、干渉縞が発生しピント合わせを行うことがで
きれば光学顕微鏡のステージの移動ストローク範囲であ
れば測定することができる。
【００２４】なお、上記実施例では干渉縞を発生させる
光源について、特にその限定を行わなかったが、その光
源として白色光を用いると、より高精度にそのピント位
置を合わせることができる。
光源について、特にその限定を行わなかったが、その光
源として白色光を用いると、より高精度にそのピント位
置を合わせることができる。
【００２５】以下、白色光を用いて干渉縞を発生させる
場合について図４及び図５を参照しつつ説明する。例え
ば波長がλ1 の単色光による干渉縞は、スクリーン上の
０点で極大の強度を持ち、この点を中心としてｋλ1 の
間隔で極大が繰り返される（ｋは定数）。上記波長λ1
とは異なる別の波長λ2 の光による干渉縞は波長λ1 の
ものとは一致せず、０点から離れるにつれて次第にずれ
てゆく。さらに異なる波長λ3についても同様に０点か
ら離れるにつれて次第にずれてゆく。すなわち、０点に
おいては全ての波長の光が極大となるが、０点から遠ざ
かるに従って互いにずれるため合成された光は色（干渉
色）のついた干渉縞となる。
場合について図４及び図５を参照しつつ説明する。例え
ば波長がλ1 の単色光による干渉縞は、スクリーン上の
０点で極大の強度を持ち、この点を中心としてｋλ1 の
間隔で極大が繰り返される（ｋは定数）。上記波長λ1
とは異なる別の波長λ2 の光による干渉縞は波長λ1 の
ものとは一致せず、０点から離れるにつれて次第にずれ
てゆく。さらに異なる波長λ3についても同様に０点か
ら離れるにつれて次第にずれてゆく。すなわち、０点に
おいては全ての波長の光が極大となるが、０点から遠ざ
かるに従って互いにずれるため合成された光は色（干渉
色）のついた干渉縞となる。
【００２６】そして複合光である白色光を用いた場合に
は、試料から反射してきた下側の光と、上側の光の位相
が逆になり、焦点位置においては、合流した光は同一の
光路長となるため反射強度がゼロとなり、黒色の縞が現
れ図５に示すようになる。
は、試料から反射してきた下側の光と、上側の光の位相
が逆になり、焦点位置においては、合流した光は同一の
光路長となるため反射強度がゼロとなり、黒色の縞が現
れ図５に示すようになる。
【００２７】このように、白色光を用いて発生させた干
渉縞の色の変化、特に試料表面が光学的な焦点位置に合
致した際に発生する黒色の干渉縞を見て座標位置を判断
することによって、例えば観測光λ＝０．５５μｍとし
た場合、λ／２程度（０．２〜０．３μｍ）の精度で段
差を測定することができる。
渉縞の色の変化、特に試料表面が光学的な焦点位置に合
致した際に発生する黒色の干渉縞を見て座標位置を判断
することによって、例えば観測光λ＝０．５５μｍとし
た場合、λ／２程度（０．２〜０．３μｍ）の精度で段
差を測定することができる。
【００２８】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。この実施例では上記白色光を用いた干渉縞の色の変
化を電気信号に変換して焦点位置を判定するようにした
ものである。即ち図６に示すように、顕微鏡５上部に輝
度測定用カメラ７を配置するとともに、該カメラ７の出
力信号を主コントロールユニット８に入力し、干渉縞の
色調を変換して得られた電気信号をもとに焦点合わせを
行うようにしたものである。
る。この実施例では上記白色光を用いた干渉縞の色の変
化を電気信号に変換して焦点位置を判定するようにした
ものである。即ち図６に示すように、顕微鏡５上部に輝
度測定用カメラ７を配置するとともに、該カメラ７の出
力信号を主コントロールユニット８に入力し、干渉縞の
色調を変換して得られた電気信号をもとに焦点合わせを
行うようにしたものである。
【００２９】以下、この実施例における段差測定方法に
ついて説明する。光学顕微鏡５により観測される干渉縞
の色調はそれぞれの色に応じて輝度測定用カメラ７にて
電気信号に変換されて主コントロールユニット８に入力
される。そして主コントロールユニット８ではこの輝度
信号を受けて干渉縞の黒色に相当する電気信号を検知す
ることにより０点を検出し、ランプ表示や警告音等何ら
かの方法によりこれを作業者に知らせ、その時のステー
ジの座標位置を上下距離測定触子１０により読み取り、
距離測定ユニット１１にて実測値に換算する。そしてこ
のような作業を繰り返し、ある基準面からの上下位置の
距離から段差を測定する。
ついて説明する。光学顕微鏡５により観測される干渉縞
の色調はそれぞれの色に応じて輝度測定用カメラ７にて
電気信号に変換されて主コントロールユニット８に入力
される。そして主コントロールユニット８ではこの輝度
信号を受けて干渉縞の黒色に相当する電気信号を検知す
ることにより０点を検出し、ランプ表示や警告音等何ら
かの方法によりこれを作業者に知らせ、その時のステー
ジの座標位置を上下距離測定触子１０により読み取り、
距離測定ユニット１１にて実測値に換算する。そしてこ
のような作業を繰り返し、ある基準面からの上下位置の
距離から段差を測定する。
【００３０】このようにすることで、干渉縞による０点
検出が確実なものとなり、また作業者の目視による判断
でないため、作業者間誤差を確実に排除することがで
き、０点検出を高速に行うことができる。さらに主コン
トロールユニット８にて黒色の干渉色の識別時の閾値等
を容易に設定することができ０点検出精度、ひいては段
差検出精度の許容値の設定を容易に行うことができる。
検出が確実なものとなり、また作業者の目視による判断
でないため、作業者間誤差を確実に排除することがで
き、０点検出を高速に行うことができる。さらに主コン
トロールユニット８にて黒色の干渉色の識別時の閾値等
を容易に設定することができ０点検出精度、ひいては段
差検出精度の許容値の設定を容易に行うことができる。
【００３１】次に本発明の第３の実施例について説明す
る。この実施例では上記白色光を用いた干渉縞の色の変
化を電気信号に変換するとともに、この電気信号に基づ
いて自動的に焦点位置を判定するようにしたものであ
る。即ち図７に示すように、顕微鏡５の上部に輝度測定
用カメラ７を配置するとともに、ステージにステージ上
下駆動用モータ９を設け、主コントロールユニット８に
て干渉縞の色調を変換して得られた電気信号をもとに、
ステージ上下駆動用モータ９を駆動させるように構成さ
れている。
る。この実施例では上記白色光を用いた干渉縞の色の変
化を電気信号に変換するとともに、この電気信号に基づ
いて自動的に焦点位置を判定するようにしたものであ
る。即ち図７に示すように、顕微鏡５の上部に輝度測定
用カメラ７を配置するとともに、ステージにステージ上
下駆動用モータ９を設け、主コントロールユニット８に
て干渉縞の色調を変換して得られた電気信号をもとに、
ステージ上下駆動用モータ９を駆動させるように構成さ
れている。
【００３２】次にこの装置を用いた段差測定方法につい
て説明する。主コントロールユニット８にて上記輝度測
定用カメラ７の出力に基づき上下駆動用モータ９を連動
して駆動させ、輝度測定用カメラ７で検出した反射光強
度が“０”になる位置（焦点位置）を自動的に検出し、
その位置で上下駆動を自動的に停止して焦点位置の決定
を行なう。このとき上記上下駆動用モータ９にてステー
ジを上下いずれの方向に移動させるかは、上下距離測定
触子１０によりステージの移動方向と干渉縞の輝度信号
を主コントロールユニット８にてモニターして判定され
る。このような動作を繰り返し、試料上の各面に対して
焦点合わせを行う。そして、その時の試料台の上下位置
を距離測定触子１０を用いて主コントロールユニット８
に記憶してき、ある基準面からの上下位置の距離から段
差を測定することができる。
て説明する。主コントロールユニット８にて上記輝度測
定用カメラ７の出力に基づき上下駆動用モータ９を連動
して駆動させ、輝度測定用カメラ７で検出した反射光強
度が“０”になる位置（焦点位置）を自動的に検出し、
その位置で上下駆動を自動的に停止して焦点位置の決定
を行なう。このとき上記上下駆動用モータ９にてステー
ジを上下いずれの方向に移動させるかは、上下距離測定
触子１０によりステージの移動方向と干渉縞の輝度信号
を主コントロールユニット８にてモニターして判定され
る。このような動作を繰り返し、試料上の各面に対して
焦点合わせを行う。そして、その時の試料台の上下位置
を距離測定触子１０を用いて主コントロールユニット８
に記憶してき、ある基準面からの上下位置の距離から段
差を測定することができる。
【００３３】このように、輝度測定用カメラ７と上下駆
動用モータ９を組合せ、主コントロールユニット８にて
制御することで、ステージの上下位置の変化と反射光強
度の変化を連動して判断することが可能となるため、よ
り高精度な位置合わせができ、作業者が目視により判断
していた作業を高精度かつ自動的に、しかも迅速に行う
ことができる。
動用モータ９を組合せ、主コントロールユニット８にて
制御することで、ステージの上下位置の変化と反射光強
度の変化を連動して判断することが可能となるため、よ
り高精度な位置合わせができ、作業者が目視により判断
していた作業を高精度かつ自動的に、しかも迅速に行う
ことができる。
【００３４】また、必要であれば主コントロールユニッ
ト８にて例えば、平均値，最大（小）値や分布状態等の
統計処理を行い、図８に示すように、その処理結果をモ
ニターテレビ１２やプリンター（図示せず）等の表示装
置を設けて表示するようにしてもよい。
ト８にて例えば、平均値，最大（小）値や分布状態等の
統計処理を行い、図８に示すように、その処理結果をモ
ニターテレビ１２やプリンター（図示せず）等の表示装
置を設けて表示するようにしてもよい。
【００３５】なお、上記実施例では上下距離測定触子１
０としてダイヤルゲージを用いて説明したが、静電容量
センサ等を用いてその信号を距離測定用ユニット１１に
入力するようにしてもよい。
０としてダイヤルゲージを用いて説明したが、静電容量
センサ等を用いてその信号を距離測定用ユニット１１に
入力するようにしてもよい。
【００３６】また上記実施例では、顕微鏡５のステージ
を移動させて焦点位置を合わせるようにしたが、例えば
光学系を移動させる等して焦点位置を合わせるようにし
てもよく、要は試料の測定面と干渉対物レンズの距離を
変化させることができればよい。
を移動させて焦点位置を合わせるようにしたが、例えば
光学系を移動させる等して焦点位置を合わせるようにし
てもよく、要は試料の測定面と干渉対物レンズの距離を
変化させることができればよい。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、各観
測領域における測定対象物表面までの上下位置を、光束
作成手段により作成された第１及び第２の光束により所
定の位置にて生じる干渉縞を認識して判定し、各観測領
域における、観測面に対して垂直方向の変位量から上記
測定対象物表面の段差の大きさを算出するようにしたの
で、簡単な構成で高精度に段差の大きさを測定すること
ができ、段差測定の精度を向上させることができるとい
う効果がある。
測領域における測定対象物表面までの上下位置を、光束
作成手段により作成された第１及び第２の光束により所
定の位置にて生じる干渉縞を認識して判定し、各観測領
域における、観測面に対して垂直方向の変位量から上記
測定対象物表面の段差の大きさを算出するようにしたの
で、簡単な構成で高精度に段差の大きさを測定すること
ができ、段差測定の精度を向上させることができるとい
う効果がある。
【００３８】また、観察光に白色光源を用いて干渉縞の
干渉色を観察して焦点位置合わせを行うことで、より高
精度かつ容易に段差を測定することができる。
干渉色を観察して焦点位置合わせを行うことで、より高
精度かつ容易に段差を測定することができる。
【００３９】また、光強度検出手段を設け、白色光によ
り生じた干渉縞の色調を電気信号に変換し、特定の色調
を検知して各観測領域における測定対象物表面に対して
垂直方向の変位量を検知するようにしたので、段差検出
時の作業者間誤差を完全に排除することができ、信頼性
の向上を図ることができるという効果がある。
り生じた干渉縞の色調を電気信号に変換し、特定の色調
を検知して各観測領域における測定対象物表面に対して
垂直方向の変位量を検知するようにしたので、段差検出
時の作業者間誤差を完全に排除することができ、信頼性
の向上を図ることができるという効果がある。
【００４０】また、上記光強度検手段に加えて、測定対
象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位手段を設
け、光強度検出手段出力に応じて測定対象物表面の位置
を変位させて自動的に焦点位置合わせを行うようにした
から、高精度かつ高速に段差を測定することができ、作
業効率の向上を図ることができるという効果がある。
象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位手段を設
け、光強度検出手段出力に応じて測定対象物表面の位置
を変位させて自動的に焦点位置合わせを行うようにした
から、高精度かつ高速に段差を測定することができ、作
業効率の向上を図ることができるという効果がある。
【図１】この発明の一実施例による非接触段差測定装置
の光学顕微鏡に取付けられる干渉型対物レンズの原理図
である。
の光学顕微鏡に取付けられる干渉型対物レンズの原理図
である。
【図２】図１の干渉対物レンズをにより発生する干渉縞
の一例を示す写真図である。
の一例を示す写真図である。
【図３】この発明の第１の実施例による非接触段差測定
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図４】白色光により干渉縞が発生する原理を説明する
ための図である。
ための図である。
【図５】白色光の合成波の強度分布の一例を示した図で
ある。
ある。
【図６】この発明の第２の実施例による非接触段差測定
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の第３の実施例による非接触段差測定
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の第３の実施例において、処理結果を
表示する装置を備えた非接触段差測定装置の構成を示す
図である。
表示する装置を備えた非接触段差測定装置の構成を示す
図である。
【図９】従来の非接触段差測定装置として用いられてい
た光学顕微鏡の構成を示す図である。
た光学顕微鏡の構成を示す図である。
１ 屈折レンズ ２ 反射参照鏡 ３ 半透鏡 ４ 試料面 ５ 光学顕微鏡 ６ 干渉型対物レンズ ７ 輝度測定用カメラ ８ 主コントロールユニット ９ 上下駆動用モータ １０ 上下距離測定触子 １１ 距離測定ユニット １２ モニターテレビ ２１ 照明用光源 ２２ 試料 ２３ 対物レンズ ２４ 接眼レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 9/00 - 11/30 102 G02B 21/00 - 21/02
Claims (6)
- 【請求項１】 測定対象物に直接接触することなく測定
対象物表面上の第１の領域と第２の領域の段差の大きさ
を測定する段差測定方法において、 測定対象物表面に照射される第１の光束、及び該測定対
象物表面が所定位置に配置された際に上記第１の光束の
上記測定対象物表面からの反射光との干渉により干渉縞
を発生する第２の光束を作成する光束作成手段を用い、 上記第１の領域において干渉縞が発生したときの上記測
定対象物表面の位置と、上記第２の領域において干渉縞
が発生したときの上記測定対象物表面の位置とを認識す
ることにより上記測定対象物表面の段差の大きさを測定
することを特徴とする非接触段差測定方法。 - 【請求項２】 測定対象物に直接接触することなく測定
対象物表面の第１の領域と第２の領域の段差の大きさを
測定する非接触段差測定装置において、 測定対象物表面に照射される第１の光束、及び該測定対
象物表面が所定位置に配置された際に上記第１の光束の
上記測定対象物表面からの反射光との干渉により干渉縞
を発生する第２の光束を作成する光束作成手段を備え、 上記測定対象物表面の上記第１の領域を上記所定位置に
配置したときの上記測定対象物の位置から、上記第２の
領域を上記所定位置に配置したときの上記測定対象物の
位置までの、上記測定対象物表面に対して垂直方向の変
位量から上記測定対象物の段差を測定することを特徴と
する非接触段差測定装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の非接触段差測定装置にお
いて、 上記光束作成手段の光源は白色光源であることを特徴と
する非接触段差測定装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の非接触段差測定装置にお
いて、 上記白色光により生じた干渉縞の色調を電気信号に変換
する光強度検出手段を備え、 上記干渉縞の特定の色調を検知して、上記測定対象物表
面の各観測領域における上記所定位置を決定することを
特徴とする非接触段差測定装置。 - 【請求項５】 請求項３記載の非接触段差測定装置にお
いて、 上記測定対象物表面の各観側領域における上記所定位置
の変位量を検知し、該変位量から上記測定対象物表面の
段差の大きさを算出する段差算出手段を備えたことを特
徴とする非接触段差測定装置。 - 【請求項６】 請求項３記載の非接触段差測定装置にお
いて、 上記測定対象物表面の位置を垂直方向に変位させる変位
手段と、 上記光強度検出手段出力を受け、該手段出力に基づき上
記変位手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する非接触段差測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349255A JP2911283B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 非接触段差測定方法及びその装置 |
| EP19920306015 EP0545519B1 (en) | 1991-12-04 | 1992-06-30 | Non-contact measuring method for step difference and device therefor |
| DE1992618558 DE69218558T2 (de) | 1991-12-04 | 1992-06-30 | Berührungsloses Verfahren und Vorrichtung zur Höhendifferenzmessung von zwei Oberflächen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3349255A JP2911283B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 非接触段差測定方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157524A JPH05157524A (ja) | 1993-06-22 |
| JP2911283B2 true JP2911283B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=18402533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3349255A Expired - Fee Related JP2911283B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 非接触段差測定方法及びその装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0545519B1 (ja) |
| JP (1) | JP2911283B2 (ja) |
| DE (1) | DE69218558T2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5266551B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2013-08-21 | レーザーテック株式会社 | 表面形状測定装置、及び表面形状測定方法 |
| JP5607392B2 (ja) * | 2010-03-12 | 2014-10-15 | 株式会社ミツトヨ | 光干渉測定装置 |
| JP5904737B2 (ja) * | 2011-09-27 | 2016-04-20 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡システム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58208610A (ja) * | 1982-05-17 | 1983-12-05 | ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド | 物体の表面検査装置 |
| JPS6199805A (ja) * | 1984-10-23 | 1986-05-17 | Hitachi Ltd | 段差測定装置 |
| JPS641903A (en) * | 1987-06-24 | 1989-01-06 | Toshiba Corp | Apparatus for measuring depth |
-
1991
- 1991-12-04 JP JP3349255A patent/JP2911283B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-30 DE DE1992618558 patent/DE69218558T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-30 EP EP19920306015 patent/EP0545519B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69218558D1 (de) | 1997-04-30 |
| JPH05157524A (ja) | 1993-06-22 |
| EP0545519A2 (en) | 1993-06-09 |
| DE69218558T2 (de) | 1997-07-03 |
| EP0545519A3 (en) | 1993-10-06 |
| EP0545519B1 (en) | 1997-03-26 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |