JPH0357905A - 非接触型の表面形状測定装置 - Google Patents
非接触型の表面形状測定装置Info
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- JPH0357905A JPH0357905A JP19344089A JP19344089A JPH0357905A JP H0357905 A JPH0357905 A JP H0357905A JP 19344089 A JP19344089 A JP 19344089A JP 19344089 A JP19344089 A JP 19344089A JP H0357905 A JPH0357905 A JP H0357905A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
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- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は光の干渉を用いて球面又は非球面状の被測定物
の表面を超高精度に測定するための非接触型の表面形状
測定装置に関するものである.[従来の技術] 従来、トワイマン・グリーン干渉計のような光の干渉測
定法を用いた高精度の非接触式の表面形状測定装置が開
発されている.この種の干渉測定法の中でも、光路長を
少しずつ変えることにより得られた複数枚の干渉縞を用
いる縞走査法は特に精度が高く、高精度の金型、光学レ
ンズ、半導体ウェハー等の表面形状を測定するために使
用されている.ところで、干渉測定法は被測定物の表面
に可干渉光を照射し、その反射光と参照光との干渉を利
用するものであるから、被測定物の表面に光が垂直に入
射する必要がある.そこで、被測定物の前に光路補正レ
ンズを配して、被測定物の表面が球面又は非球面状であ
っても被測定物の表面にほぼ垂直に光を照射し、光の干
渉による測定を可能とすることが提案されている(特願
昭63258904号参照〉.このとき発生する干渉縞
は、光路補正レンズの表面形状からのズレとして被測定
物の球面又は非球面形状を測定したものとなる。
の表面を超高精度に測定するための非接触型の表面形状
測定装置に関するものである.[従来の技術] 従来、トワイマン・グリーン干渉計のような光の干渉測
定法を用いた高精度の非接触式の表面形状測定装置が開
発されている.この種の干渉測定法の中でも、光路長を
少しずつ変えることにより得られた複数枚の干渉縞を用
いる縞走査法は特に精度が高く、高精度の金型、光学レ
ンズ、半導体ウェハー等の表面形状を測定するために使
用されている.ところで、干渉測定法は被測定物の表面
に可干渉光を照射し、その反射光と参照光との干渉を利
用するものであるから、被測定物の表面に光が垂直に入
射する必要がある.そこで、被測定物の前に光路補正レ
ンズを配して、被測定物の表面が球面又は非球面状であ
っても被測定物の表面にほぼ垂直に光を照射し、光の干
渉による測定を可能とすることが提案されている(特願
昭63258904号参照〉.このとき発生する干渉縞
は、光路補正レンズの表面形状からのズレとして被測定
物の球面又は非球面形状を測定したものとなる。
[発明が解決しようとする課題]
上述の従来例にあっては、光路補正レンズのセッティン
グが不良であると、干渉縞の本数が過多又は過少となっ
て、表面形状の測定が困難になることがあった.そこで
、従来は光路補正レンズを測定者の勘と経験で最適位置
にセッティングしていた.しかしなから、その場合、光
路補正レンズのセッティングがプラス側にずれているの
か、マイナス開にずれているのか判定しにくいという問
題があり、また、セッティングの精度が測定者によって
異なり、誤差も大きいという問題がある.本発明はこの
ような点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、光の干渉による縞走査法を用いた非接触型の
表面形状測定装置において、球面又は非球面の被測定物
を測定するための光路補正レンズの位置決めを容易にす
ることにある. [課題を解決するための手段コ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第1
図に示すように、可干渉光を放射する光源lと、光源1
からの可干渉光を平行光線に変換する光学系2〜4と、
前記光学系1からの平行光線を第1の光線と第2の光線
に2分するビームスプリッタ7と、第1の光線をビーム
スブリッタ7に向けて反射する1Il.i定物6と、第
2の光線をビームスプリッタ7に向けて反射する参照鏡
9と、被測定eJ6とビームスプリッタフの間に介在す
る光路補正レンズ5と、参照鏡9からの反射光と被測定
物6からの反射光の干渉縞を観察する光学系(観測面8
及びCCDカメラ11)と、参照jm 9の位置を光路
方向に沿って微小量移動させる参照鏡駆動手段(圧電素
子10)と、参照鏡9の位置を微小量移動させて形成さ
れた複数枚の干渉縞から被測定物6の表面形状に関する
情報を演算出力する演算手段(マイクロプロセッサ14
)とを備える非接触型の表面形状測定装置において、前
記複数枚の干渉縞から被測定物6の一断面形状を最小2
乗法により2次関数近似して2次係数を符号と共に表示
する手段20を設けたことを特徴とするものである. [作用] 本発明にあっては、このように、光の干渉による縞走査
法を用いた非接触型の表面形状測定装置において、複数
枚の干渉縞から被測定物6の一断面形状を最小2乗法に
より2次関数近似して2次係数を符号と共に表示する手
段20を設けたので、光路補正レンズ5の位置ずれの方
向と量を正確に知ることができるものである. [実施例] 以下、本発明の実施例について説明する.第1図は本発
明の一実施例の概略構成を示している.レーザー光源1
から放射された可干渉光は、ビンホール2と対物レンズ
3及びコリメータレンズ4により平行光線に変換され、
ビームスブリッタ7により第1及び第2の光線に分割さ
れる.第1の光線は光路補正レンズ5を介して被測定物
6に照射され、被測定物6の表面にて反射されて光路補
正レンズ5を介してビームスプリッタ7に戻る.光路補
正レンズ5は第1の光線が被測定物6の表面に垂直に入
射し垂直に反射されるように、第lの光線を屈折させて
いる.被測定物6の表面が凸面であるときには光路補正
レンズ5は凸レンズとし、被測定物6の表面が凹面であ
るときには光路補正レンズ5は凹レンズとする.第2の
光線は参照鏡9の表面にて反射されてビームスブリッタ
7に戻る.参照鏡9からビームスブリッタ7に戻った光
と、被測定物6からビームスブリッタ7に戻った光は干
渉し、干渉縞を生じる.被測定物6からの反射光の光路
長は、被測定物6の表面形状に応じて異なるので、干渉
縞は被測定物6の表面形状を示す等高線として現れる.
光の波長をλとすると、隣接する等高線はλ/2の高さ
変化を表す.この干渉縞を観測面8にてCCDカメラ1
1によりFat 5&し、マイクロコンピュータ■4に
入力する.マイクロコンピュータ14は、撮像された干
渉縞画像の一走査線に含まれる等高線が適度な密度とな
るように、参照鏡9の位置制御量を決定し、D/A変換
器12、高圧アンプ13を介して圧電素子■0に駆動信
号を与えて、参照鏡9の位置制御を行う.また、マイク
ロコンピュータ14は、参照鏡9の位置を微小量移動さ
せて形戒された複数枚の干渉縞から被測定物6の測定面
の高さ情報を演算出力する. ここで、干渉縞画像の点(x,y)における強度は、次
式のようになる. f (x,y)=Axy+KxyXsin(t+α)上
式において、αは参照鏡9の位置で決まる位相戒分てあ
る.縞走査法において、λ/8ずつ参照jU 9を移動
させたときに得られる4枚の干渉縞画像の点(x,y)
における強度は、 I 1(x,F)=Axy+KxyXsint1 2(
X,y)= Axy+KxyXsin(t+ yr/
2 )I ,(x,y)=Axy+KxyXsin(t
+ 2π/2)I 4(x+y)= Axy+ Kxy
Xsin(t+ 3π/2)となる.そして、干捗縞画
像の各点(x.y)における高さH(x.y)は、次式
により求めることができる. H (x,y)−= (^/4π〉 xLan−’f(1 2 I 4)/ (I 3
I +)1上記の4枚の干渉縞画像の点(x,y)にお
ける強度■1〜■,は、第1〜第4のメモリ15に記憶
される.このメモリl5の情報は一断面演算部16に入
力されて、中心を通る一断面の形状を示すy=f(x)
の曲線が得られる.次に、2次近似係数演算部17によ
り上記y4(x)の曲線を最小2乗法により2次閏数y
=ax2+bκ+Cで近似する.この2次関数における
係数aの大きさと符号を、表示ドライバ18を介して表
示器19により表示する.以上の一断面演算部16、2
次近似係数演算部l7、表示ドライバ18及び表示器1
9を含む位置ずれ検出表示千段20はハードウエアで構
成され、実時間処理を行う. 上記の測定装置において、光路補正レンズ5の位置決め
が正確であれば、球面波は被測定物6の表面で反射され
、同じ光路を戻って光路補正レンズ5に入り、ビームス
ブリッタ7に帰る.これにより、参照光との干渉が起こ
り、理論的には同一の明るさを持った干渉画像が観測面
8に形成される.もし、光路補正レンズ5の位置がずれ
ていれば、参照光との干渉で形戒される干渉縞は、同心
円状の縞画像どなる。つまり、光路補正レンズ5の位置
がずれていると、縞走査により中心を通る一断面は凹形
又は凸形となる。この弧形の曲線をf=ax2+bx+
eの2次関数を用いて最小2乗近似すれば、2次係数a
の符号と大きさが光路補正レンズ5の位置ずれの方向と
大きさを示すことになる。また、光路補正レンズ5の位
置ずれが無い状態では、2次係数aの値は理論的にはO
となり、このことにより精度の良い位置決めが可能とな
るものである. [発明の効果] 本発明にあっては、上述のように、光の干渉による縞走
査法を用いた非接触型の表面形状測定装置において、前
記複数枚の干渉縞から被測定物の一断面形状を最小2乗
法により2次関数近似して2次係数を符号と共に表示す
る手段を設けたから、球面又は非球面の被測定物を測定
するための光路補正レンズの位置ずれの方向と量を正確
に知ることができ、光路補正レンズの位置決めを容易に
行うことができるという効果がある.
グが不良であると、干渉縞の本数が過多又は過少となっ
て、表面形状の測定が困難になることがあった.そこで
、従来は光路補正レンズを測定者の勘と経験で最適位置
にセッティングしていた.しかしなから、その場合、光
路補正レンズのセッティングがプラス側にずれているの
か、マイナス開にずれているのか判定しにくいという問
題があり、また、セッティングの精度が測定者によって
異なり、誤差も大きいという問題がある.本発明はこの
ような点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、光の干渉による縞走査法を用いた非接触型の
表面形状測定装置において、球面又は非球面の被測定物
を測定するための光路補正レンズの位置決めを容易にす
ることにある. [課題を解決するための手段コ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第1
図に示すように、可干渉光を放射する光源lと、光源1
からの可干渉光を平行光線に変換する光学系2〜4と、
前記光学系1からの平行光線を第1の光線と第2の光線
に2分するビームスプリッタ7と、第1の光線をビーム
スブリッタ7に向けて反射する1Il.i定物6と、第
2の光線をビームスプリッタ7に向けて反射する参照鏡
9と、被測定eJ6とビームスプリッタフの間に介在す
る光路補正レンズ5と、参照鏡9からの反射光と被測定
物6からの反射光の干渉縞を観察する光学系(観測面8
及びCCDカメラ11)と、参照jm 9の位置を光路
方向に沿って微小量移動させる参照鏡駆動手段(圧電素
子10)と、参照鏡9の位置を微小量移動させて形成さ
れた複数枚の干渉縞から被測定物6の表面形状に関する
情報を演算出力する演算手段(マイクロプロセッサ14
)とを備える非接触型の表面形状測定装置において、前
記複数枚の干渉縞から被測定物6の一断面形状を最小2
乗法により2次関数近似して2次係数を符号と共に表示
する手段20を設けたことを特徴とするものである. [作用] 本発明にあっては、このように、光の干渉による縞走査
法を用いた非接触型の表面形状測定装置において、複数
枚の干渉縞から被測定物6の一断面形状を最小2乗法に
より2次関数近似して2次係数を符号と共に表示する手
段20を設けたので、光路補正レンズ5の位置ずれの方
向と量を正確に知ることができるものである. [実施例] 以下、本発明の実施例について説明する.第1図は本発
明の一実施例の概略構成を示している.レーザー光源1
から放射された可干渉光は、ビンホール2と対物レンズ
3及びコリメータレンズ4により平行光線に変換され、
ビームスブリッタ7により第1及び第2の光線に分割さ
れる.第1の光線は光路補正レンズ5を介して被測定物
6に照射され、被測定物6の表面にて反射されて光路補
正レンズ5を介してビームスプリッタ7に戻る.光路補
正レンズ5は第1の光線が被測定物6の表面に垂直に入
射し垂直に反射されるように、第lの光線を屈折させて
いる.被測定物6の表面が凸面であるときには光路補正
レンズ5は凸レンズとし、被測定物6の表面が凹面であ
るときには光路補正レンズ5は凹レンズとする.第2の
光線は参照鏡9の表面にて反射されてビームスブリッタ
7に戻る.参照鏡9からビームスブリッタ7に戻った光
と、被測定物6からビームスブリッタ7に戻った光は干
渉し、干渉縞を生じる.被測定物6からの反射光の光路
長は、被測定物6の表面形状に応じて異なるので、干渉
縞は被測定物6の表面形状を示す等高線として現れる.
光の波長をλとすると、隣接する等高線はλ/2の高さ
変化を表す.この干渉縞を観測面8にてCCDカメラ1
1によりFat 5&し、マイクロコンピュータ■4に
入力する.マイクロコンピュータ14は、撮像された干
渉縞画像の一走査線に含まれる等高線が適度な密度とな
るように、参照鏡9の位置制御量を決定し、D/A変換
器12、高圧アンプ13を介して圧電素子■0に駆動信
号を与えて、参照鏡9の位置制御を行う.また、マイク
ロコンピュータ14は、参照鏡9の位置を微小量移動さ
せて形戒された複数枚の干渉縞から被測定物6の測定面
の高さ情報を演算出力する. ここで、干渉縞画像の点(x,y)における強度は、次
式のようになる. f (x,y)=Axy+KxyXsin(t+α)上
式において、αは参照鏡9の位置で決まる位相戒分てあ
る.縞走査法において、λ/8ずつ参照jU 9を移動
させたときに得られる4枚の干渉縞画像の点(x,y)
における強度は、 I 1(x,F)=Axy+KxyXsint1 2(
X,y)= Axy+KxyXsin(t+ yr/
2 )I ,(x,y)=Axy+KxyXsin(t
+ 2π/2)I 4(x+y)= Axy+ Kxy
Xsin(t+ 3π/2)となる.そして、干捗縞画
像の各点(x.y)における高さH(x.y)は、次式
により求めることができる. H (x,y)−= (^/4π〉 xLan−’f(1 2 I 4)/ (I 3
I +)1上記の4枚の干渉縞画像の点(x,y)にお
ける強度■1〜■,は、第1〜第4のメモリ15に記憶
される.このメモリl5の情報は一断面演算部16に入
力されて、中心を通る一断面の形状を示すy=f(x)
の曲線が得られる.次に、2次近似係数演算部17によ
り上記y4(x)の曲線を最小2乗法により2次閏数y
=ax2+bκ+Cで近似する.この2次関数における
係数aの大きさと符号を、表示ドライバ18を介して表
示器19により表示する.以上の一断面演算部16、2
次近似係数演算部l7、表示ドライバ18及び表示器1
9を含む位置ずれ検出表示千段20はハードウエアで構
成され、実時間処理を行う. 上記の測定装置において、光路補正レンズ5の位置決め
が正確であれば、球面波は被測定物6の表面で反射され
、同じ光路を戻って光路補正レンズ5に入り、ビームス
ブリッタ7に帰る.これにより、参照光との干渉が起こ
り、理論的には同一の明るさを持った干渉画像が観測面
8に形成される.もし、光路補正レンズ5の位置がずれ
ていれば、参照光との干渉で形戒される干渉縞は、同心
円状の縞画像どなる。つまり、光路補正レンズ5の位置
がずれていると、縞走査により中心を通る一断面は凹形
又は凸形となる。この弧形の曲線をf=ax2+bx+
eの2次関数を用いて最小2乗近似すれば、2次係数a
の符号と大きさが光路補正レンズ5の位置ずれの方向と
大きさを示すことになる。また、光路補正レンズ5の位
置ずれが無い状態では、2次係数aの値は理論的にはO
となり、このことにより精度の良い位置決めが可能とな
るものである. [発明の効果] 本発明にあっては、上述のように、光の干渉による縞走
査法を用いた非接触型の表面形状測定装置において、前
記複数枚の干渉縞から被測定物の一断面形状を最小2乗
法により2次関数近似して2次係数を符号と共に表示す
る手段を設けたから、球面又は非球面の被測定物を測定
するための光路補正レンズの位置ずれの方向と量を正確
に知ることができ、光路補正レンズの位置決めを容易に
行うことができるという効果がある.
第1図は本発明の一実施例の概略楕或を示す図である.
1は光源、2はビンホール、3は対物レンズ、4はコリ
メータレンズ、5は光路補正レンズ、6は被測定物、7
はビームスプリッタ、8は観測面、9は参照鏡、10は
圧電素子、11はCCDカメラ、12はD/A変換器、
13は高圧アンプ、l5はメモリ、16は一断而演算部
、17は2次近似係数演算部、18は表示ドライバ、1
つは表示器である.
メータレンズ、5は光路補正レンズ、6は被測定物、7
はビームスプリッタ、8は観測面、9は参照鏡、10は
圧電素子、11はCCDカメラ、12はD/A変換器、
13は高圧アンプ、l5はメモリ、16は一断而演算部
、17は2次近似係数演算部、18は表示ドライバ、1
つは表示器である.
Claims (1)
- (1)可干渉光を放射する光源と、光源からの可干渉光
を平行光線に変換する光学系と、前記光学系からの平行
光線を第1の光線と第2の光線に2分するビームスプリ
ッタと、第1の光線をビームスプリッタに向けて反射す
る被測定物と、第2の光線をビームスプリッタに向けて
反射する参照鏡と、被測定物とビームスプリッタの間に
介在する光路補正レンズと、参照鏡からの反射光と被測
定物からの反射光の干渉縞を観察する光学系と、参照鏡
の位置を光路方向に沿って微小量移動させる参照鏡駆動
手段と、参照鏡の位置を微小量移動させて形成された複
数枚の干渉縞から被測定物の表面形状に関する情報を演
算出力する演算手段とを備える非接触型の表面形状測定
装置において、前記複数枚の干渉縞から被測定物の一断
面形状を最小2乗法により2次関数近似して2次係数を
符号と共に表示する手段を設けたことを特徴とする非接
触型の表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19344089A JPH0711413B2 (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 非接触型の表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19344089A JPH0711413B2 (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 非接触型の表面形状測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0357905A true JPH0357905A (ja) | 1991-03-13 |
JPH0711413B2 JPH0711413B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=16308025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19344089A Expired - Lifetime JPH0711413B2 (ja) | 1989-07-26 | 1989-07-26 | 非接触型の表面形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0711413B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05118831A (ja) * | 1991-10-25 | 1993-05-14 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 光コネクタの端面検査装置 |
JP2008076336A (ja) * | 2006-09-25 | 2008-04-03 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 干渉・三角測量同一光軸複合距離計測装置 |
KR100849193B1 (ko) * | 2006-12-06 | 2008-07-30 | 부산대학교 산학협력단 | 오씨티 시스템 |
WO2009028494A1 (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-05 | Nikon Corporation | 位置検出装置、位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法 |
-
1989
- 1989-07-26 JP JP19344089A patent/JPH0711413B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05118831A (ja) * | 1991-10-25 | 1993-05-14 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 光コネクタの端面検査装置 |
JP2008076336A (ja) * | 2006-09-25 | 2008-04-03 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 干渉・三角測量同一光軸複合距離計測装置 |
KR100849193B1 (ko) * | 2006-12-06 | 2008-07-30 | 부산대학교 산학협력단 | 오씨티 시스템 |
WO2009028494A1 (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-05 | Nikon Corporation | 位置検出装置、位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法 |
JP2009075094A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-04-09 | Nikon Corp | 位置検出装置、位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法 |
US8416423B2 (en) | 2007-08-28 | 2013-04-09 | Nikon Corporation | Interferometric apparatus for detecting 3D position of a diffracting object |
US9885558B2 (en) | 2007-08-28 | 2018-02-06 | Nikon Corporation | Interferometric apparatus for detecting 3D position of a diffracting object |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0711413B2 (ja) | 1995-02-08 |
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