JPH05203431A - Surface shape measuring instrument - Google Patents
Surface shape measuring instrumentInfo
- Publication number
- JPH05203431A JPH05203431A JP20712992A JP20712992A JPH05203431A JP H05203431 A JPH05203431 A JP H05203431A JP 20712992 A JP20712992 A JP 20712992A JP 20712992 A JP20712992 A JP 20712992A JP H05203431 A JPH05203431 A JP H05203431A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measured
- spots
- spot
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光点変位法により被
測定物の微小な凹凸などの形状を非接触で測定する表面
形状測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring apparatus for measuring the shape of minute irregularities of an object to be measured in a non-contact manner by a light spot displacement method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学的手法により非接触で物体の表面状
態などを測定するものとしては、(a)光切断法などのよ
うに被測定物表面からの反射光の像を測定するもの、
(b) 光の散乱を利用して散乱角度分布やスペックルパタ
ーンを検出するもの、(c) 光波の干渉を利用するもの、
(d) 臨界角法によるもの、(e) 光点変位法によるもの、
などが知られている。上記の(a)の方式は比較的粗い面
に対する測定には適しているが、サブミクロン以下の粗
さの面の測定には不適当である。また、(b)乃至(d)はか
なり優れた分解能を有しているが実用的な測定範囲は数
ミクロンのオーダーであり、これ以上の分解能が必要な
場合には一般に(e)の光点変位法が利用されている。2. Description of the Related Art For measuring the surface condition of an object in a non-contact manner by an optical method, (a) a method of measuring an image of reflected light from the surface of an object to be measured, such as a light section method,
(b) Detecting the scattering angle distribution and speckle pattern by using light scattering, (c) Using light wave interference,
(d) Critical angle method, (e) Light spot displacement method,
Are known. The above method (a) is suitable for measurement on a relatively rough surface, but is not suitable for measurement on a surface having a submicron roughness or less. Further, (b) to (d) have a considerably excellent resolution, but the practical measurement range is on the order of a few microns, and when a higher resolution is required, the light spot of (e) is generally used. The displacement method is used.
【０００３】この光点変位法は、被測定物の表面に斜め
に光線を入射させ、表面で反射した反射光を受光する光
学系を備えており、表面の形状や位置に応じて変位する
反射光の光点の中心位置を電気信号に変換して被測定物
の表面形状を検出するものであり、その分解能は０．０
１μm以下で極めて高く、また実用測定範囲も１００μm
以上が可能である。従って、研磨面、切削面、半導体ウ
ェーハの表面などの粗さの測定やバイトの刃先、ダイヤ
モンド接触針の先端などの形状の検査等に適したものと
して広く利用されている。This optical spot displacement method is equipped with an optical system that allows a light beam to be obliquely incident on the surface of an object to be measured and receives the reflected light reflected by the surface, and the optical system is displaced in accordance with the shape and position of the surface. The center position of the light spot of light is converted into an electric signal to detect the surface shape of the DUT, and the resolution is 0.0
Extremely high at 1 μm or less, and practical measurement range is 100 μm
The above is possible. Therefore, it is widely used as a material suitable for measuring the roughness of a polished surface, a cut surface, the surface of a semiconductor wafer, etc., and for inspecting the shape of the cutting edge of a cutting tool, the tip of a diamond contact needle, etc.
【０００４】しかしながら、被測定物が振動しているよ
うな場合には、被測定物表面の粗さや形状に応じた出力
信号の変化に振動による出力信号の変化が重畳されたも
のとなり、両者を区別して表面の粗さや形状に応じた出
力信号のみを取り出すことができない。このため、例え
ば精密旋盤による切削工程や鏡面研磨工程などに組み込
んで被加工物の表面状態を検査するような用途には利用
できず、精密加工工程の自動化を妨げる大きな一因とな
っている。また、振動等の外乱による出力信号の変化が
ない場合でも、光点の中心位置の変化が被測定物表面の
位置の変化によるものか傾斜の変化によるものかを区別
しにくく、これが測定精度を向上できない一因になると
いう問題があった。However, when the object to be measured is vibrating, the change in the output signal due to the vibration is superimposed on the change in the output signal according to the roughness or shape of the surface of the object to be measured, and both It is impossible to distinguish and output only the output signal corresponding to the surface roughness or shape. For this reason, it cannot be used for the purpose of inspecting the surface condition of the workpiece by incorporating it into a cutting process using a precision lathe or a mirror polishing process, for example, which is a major cause of impeding automation of the precision processing process. Even if there is no change in the output signal due to disturbance such as vibration, it is difficult to distinguish whether the change in the center position of the light spot is due to the change in the position of the DUT surface or the change in the inclination, which improves the measurement accuracy. There was a problem that it could not be improved.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
点に着目し、光点変位法による測定において被測定物の
振動などの外乱を除去し、また測定精度を向上すること
を課題としてなされたものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made paying attention to such a point, and an object thereof is to eliminate disturbance such as vibration of an object to be measured in measurement by the light spot displacement method and to improve measurement accuracy. It is a thing.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上述の課題を達成するた
めに、この発明では、被測定物表面に２種類の光線によ
り２個の光スポットを生じさせ、それぞれの光線の反射
光による出力信号を用いて被測定物の表面形状を検出す
るようにしている。上記の２個の光スポットは独立した
２個の光学系によって、あるいは１個の光学系によって
生じさせることができる。また、２種類の光線が被測定
物表面の同一箇所に双方向から入射して２個の光スポッ
トを生じ、且つそれぞれの反射光が互いに他の入射光の
光路方向に進行するように光学系を構成している。この
場合、同一光源から分かれた２本の光線あるいは機械的
に一体に結合された２個の光源の光線を用いることが望
ましい。In order to achieve the above object, according to the present invention, two light spots are generated on the surface of an object to be measured by two kinds of light rays, and an output signal by reflected light of each light ray is generated. Is used to detect the surface shape of the object to be measured. The above two light spots can be generated by two independent optical systems or by one optical system. Further, an optical system in which two kinds of light rays are incident on the same position on the surface of the object to be measured in both directions to generate two light spots, and the respective reflected lights travel in the optical path directions of other incident lights. Is composed of. In this case, it is desirable to use two light beams separated from the same light source or two light beams mechanically coupled together.
【０００７】また、２個の光スポットはいずれも同程度
に絞られた小径の光スポットとすることができ、あるい
は一方を小径の光スポットとし、他方を大径の光スポッ
トとすることができる。また、１個の光学系を用いたも
のにおいて光スポットの径を変動させ、この変動に同期
して小径の光スポットに対応する出力信号と大径の光ス
ポットに対応する出力信号を分離して取り出し、この２
種類の出力信号を用いて被測定物の表面形状を検出する
ようにしている。Both of the two light spots can be small-diameter light spots that are narrowed to the same degree, or one can be a small-diameter light spot and the other can be a large-diameter light spot. .. Also, in the one using one optical system, the diameter of the light spot is varied, and in synchronization with this variation, the output signal corresponding to the small diameter light spot and the output signal corresponding to the large diameter light spot are separated. Take out this 2
The surface shape of the object to be measured is detected using various kinds of output signals.
【０００８】[0008]
【作用】２種類の光線の反射光による出力信号を用いる
ことにより得られる情報量が増加し、より精度のよい測
定が可能となる。例えば、２種類の光線が被測定物表面
の同一箇所に双方向から入射して２個の光スポットを生
じ、それぞれの反射光が互いに他の入射光の光路方向に
進行するようにした場合には、被測定物表面の位置が変
化した場合と傾斜が変化した場合とで各光スポットから
の反射光によるそれぞれの出力信号の変化の態様が異な
ったものとなるので、被測定物表面の位置の変化と傾斜
の変化とを明確に区別して精度よく測定することが可能
となる。The amount of information obtained by using the output signals of the reflected light of two kinds of light rays increases, and more accurate measurement becomes possible. For example, when two kinds of light rays are incident on the same position on the surface of the object to be measured in both directions to generate two light spots, and the respective reflected lights travel in the optical path directions of other incident lights. Is different from the case where the position of the DUT surface changes and the case where the tilt changes, the manner in which the output signal changes due to the reflected light from each light spot is different. It is possible to accurately distinguish between the change in and the change in the slope, and to perform the measurement with high accuracy.
【０００９】また、光スポットの一方を小径とし、他方
を大径とした場合には、小径の光スポットからの反射光
による出力信号は被測定物表面の凹凸と機械的振動等に
よる被測定物の表面自体の変位の両方の情報を含んだも
のとなり、大径の光スポットからの反射光による出力信
号は、これに含まれてしまうような凹凸が平均化される
ので表面の変位の情報を主とするものとなる。従って、
両出力信号の差を求めることにより両方の信号に含まれ
ている表面の変位に対応した情報は相殺されることにな
り、表面の凹凸のみに対応した信号が取り出されて機械
的振動等による外乱が除去されるのである。When one of the light spots has a small diameter and the other has a large diameter, the output signal due to the reflected light from the light spot having a small diameter causes the unevenness of the surface of the object to be measured and the object to be measured due to mechanical vibration or the like. Since it includes information about both the displacement of the surface itself and the output signal due to the reflected light from the large-diameter light spot, the unevenness that would be included in this is averaged, so the information about the displacement of the surface can be obtained. It will be the main one. Therefore,
By obtaining the difference between the two output signals, the information corresponding to the displacement of the surface contained in both signals will be canceled out, and the signal corresponding to only the surface irregularities will be extracted and the disturbance due to mechanical vibration etc. Are removed.
【００１０】[0010]
【実施例１】まず、図１乃至図７に示す実施例により一
般的な光点変位法の説明も交えながらこの発明の構成と
原理を説明する。なお、この実施例は請求項２及び４に
対応するものである。図１及び図２は、装置のＸ−Ｙ面
及びＹ−Ｚ面での基本的な配置を示す平面図及び側面図
であり、図において、１は第１の光学系、２は第２の光
学系、３は被測定物、４は演算手段である。First Embodiment First, the structure and principle of the present invention will be described with reference to a general light spot displacement method with reference to the embodiments shown in FIGS. This embodiment corresponds to claims 2 and 4. 1 and 2 are a plan view and a side view showing a basic arrangement in the XY plane and the YZ plane of the apparatus, in which 1 is a first optical system and 2 is a second optical system. An optical system, 3 is an object to be measured, and 4 is a calculation means.
【００１１】光学系１は、平行またはほぼ平行な光線１
１を発して被測定物３に入射する光源１２、光線１１を
集光して被測定物３の表面に小さな光スポット１３を生
ずる集光レンズ１４、被測定物３からの反射光１５を平
行またはほぼ平行な光線にする対物レンズ１６、反射光
１５を受光してその受光状態に応じた電気信号を出力す
る半導***置検出装置１７等から構成されている。また
光学系２は、同様に平行またはほぼ平行な光線２１を発
する光源２２、光線２１を集光して比較的大きな光スポ
ット２３を生ずる集光レンズ２４、反射光２５を平行ま
たはほぼ平行な光線にする対物レンズ２６、反射光２５
の受光状態に応じた電気信号を出力する半導***置検出
装置２７等から構成されている。The optical system 1 includes a parallel or nearly parallel light beam 1.
The light source 12 which emits 1 and enters the DUT 3, the condensing lens 14 which collects the light beam 11 and produces a small light spot 13 on the surface of the DUT 3, and the reflected light 15 from the DUT 3 are parallel. Alternatively, it is composed of an objective lens 16 for converting the light into substantially parallel rays, a semiconductor position detecting device 17 for receiving the reflected light 15 and outputting an electric signal according to the light receiving state. Further, the optical system 2 similarly includes a light source 22 that emits a parallel or nearly parallel light beam 21, a condenser lens 24 that condenses the light beam 21 to generate a relatively large light spot 23, and a reflected light 25 that is parallel or substantially parallel light beams. Objective lens 26, reflected light 25
It is composed of a semiconductor position detecting device 27 and the like which outputs an electric signal according to the light receiving state of.
【００１２】図２に示すように、各光学系１，２はレン
ズマウント１８及び２８に各レンズ１４，１６及び２
４，２６を保持し、光線１１，２１を斜めに被測定物３
に入射させ、表面３０で反射した反射光１５，２５が対
物レンズ１６，２６に入射するように構成されている。
上記の光線１１，２１の入射角度は一般に３０〜５０°
程度に選定される。また、光源１２，２２としては例え
ばレーザー光源が用いられ、各レンズには例えば二乗屈
折率分布円筒レンズが用いられる。半導***置検出装置
１７，２７は、入射する反射光１５，２５の光点の中心
位置を電気信号に変換して出力するものであるが、光点
中心の幾何学的な位置でなく、受光部での光強度分布や
スポット径の変化等にも対応して実効的な光点の中心位
置を出力するように構成されている。なお、これらの各
光学系１，２の構成自体は従来から知られている光点変
位法による光学系と基本的には同じものであるから、構
成に関してはこれ以上の説明を省略する。As shown in FIG. 2, the optical systems 1 and 2 are mounted on the lens mounts 18 and 28, and the lenses 14, 16 and 2 are mounted on the lens mounts 18 and 28.
4 and 26 are held, and the light rays 11 and 21 are obliquely measured 3
The reflected light 15 and 25 reflected on the surface 30 is incident on the objective lenses 16 and 26.
The angle of incidence of the rays 11 and 21 is generally 30 to 50 °.
The degree is selected. Further, for example, a laser light source is used as the light sources 12 and 22, and a square-law gradient index cylindrical lens is used for each lens. The semiconductor position detecting devices 17 and 27 convert the center positions of the light spots of the incident reflected lights 15 and 25 into electric signals and output the electric signals. It is configured to output the effective center position of the light spot in response to the change in the light intensity distribution and the spot diameter at. Since the configuration of each of the optical systems 1 and 2 is basically the same as that of the conventionally known optical system based on the light spot displacement method, further description of the configuration will be omitted.
【００１３】次に、図２乃至図６により既に知られてい
る光点変位法による測定原理を説明する。なお、説明の
便宜上、主として第１の光学系１についての符号を用い
て説明するが、第２の光学系２についても動作は同様で
ある。図２において、実線は反射光１５が対物レンズ１
６の中心に入射し、そのまま直進して半導***置検出装
置１７の中心に入射するような位置に被測定物３がある
状態を示している。ここで、被測定物３の表面３０が２
点鎖線３０ａまたは１点鎖線３０ｂで示す位置にそれぞ
れ距離ａまたはｂだけ変位すると、対物レンズ１６への
入射位置がずれて反射光は１５ａまたは１５ｂのように
曲げられ、出射角はそれぞれθ1またはθ2となる。この
ため、対物レンズ１６の出射端面から半導***置検出装
置１７までの距離をＲとすれば、反射光の入射位置は半
導***置検出装置１７の中心より近似的にそれぞれＲθ
1またはＲθ2だけ変位する。Next, the measurement principle by the known light spot displacement method will be described with reference to FIGS. 2 to 6. It should be noted that, for convenience of description, the description will be made mainly using the reference numerals of the first optical system 1, but the operation of the second optical system 2 is similar. In FIG. 2, the solid line indicates that the reflected light 15 is the objective lens 1.
6 shows a state in which the DUT 3 is located at a position where it enters the center of the semiconductor 6 and goes straight ahead to enter the center of the semiconductor position detecting device 17. Here, the surface 30 of the DUT 2 is 2
When displaced by the distance a or b to the position indicated by the dotted chain line 30a or the one-dot chain line 30b, respectively, the incident position on the objective lens 16 is displaced and the reflected light is bent like 15a or 15b, and the exit angle is θ 1 or It becomes θ 2 . Therefore, if the distance from the exit end surface of the objective lens 16 to the semiconductor position detecting device 17 is R, the incident position of the reflected light is approximately Rθ from the center of the semiconductor position detecting device 17.
Displace by 1 or Rθ 2 .
【００１４】図６は半導***置検出装置１７の動作説明
図である。今、有効長Ｓの中心Ｓ0から距離Ａだけずれ
た位置に反射光１５の中心が入射すると、中心の端子Ｔ
0を共通端子として両端の端子Ｔ1，Ｔ2に出力電流Ｉ1，
Ｉ2が流れ、これらの差と和の比は （Ｉ2−Ｉ1）／（Ｉ2＋Ｉ1）＝２Ａ／Ｓ となり、距離Ａと有効長Ｓの比に対応したものとなる。
従って、半導***置検出装置１７に入射する光エネルギ
ーの大小や光点の大きさとは無関係に反射光１５の中心
位置Ａを検出できるのであり、上述したように反射光１
５の入射位置がＲθ1またはＲθ2だけ変位したことを電
気信号として検出し、演算手段４で所定の演算処理を行
うことにより被測定物３の表面３０のＺ軸方向の位置が
算出されるのである。FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the semiconductor position detecting device 17. Now, when the center of the reflected light 15 is incident at a position displaced from the center S 0 of the effective length S by the distance A, the center terminal T
0 across terminals T 1 of the the common terminal, T 2 to the output current I 1,
I 2 flows, and the ratio of the difference and the sum becomes (I 2 −I 1 ) / (I 2 + I 1 ) = 2A / S, which corresponds to the ratio of the distance A to the effective length S.
Therefore, the center position A of the reflected light 15 can be detected irrespective of the size of the light energy incident on the semiconductor position detecting device 17 and the size of the light spot.
The displacement of the incident position of 5 by Rθ 1 or Rθ 2 is detected as an electric signal, and the arithmetic means 4 performs a predetermined arithmetic processing to calculate the position of the surface 30 of the DUT 3 in the Z-axis direction. Of.
【００１５】図３は被測定物の表面に段差があり、その
部分に光線が入射した場合の説明図である。すなわち、
図のように被測定物の表面３０に高さｄの段差があって
光線１１が幅Ｗ1で入射すると、光線１１の中心の反射
光は段差の影響で１５´−１または１５´−２のように
進み、両端の光線１１ａ及び１１ｂの反射光は１５´ａ
及び１５´ｂのように進んでそれぞれ対物レンズ１６に
入射し、その入射位置に応じてレンズ１６を通った後の
出射角が変化する。このため半導***置検出装置１７に
入射する反射光の幅は段差のない場合よりも広くなる
が、上述のように半導***置検出装置１７は入射光の光
点の大きさとは無関係にその実効的中心の位置１５´を
検出する。FIG. 3 is an explanatory diagram in the case where there is a step on the surface of the object to be measured and a light beam is incident on that part. That is,
As shown in the figure, when there is a step of height d on the surface 30 of the object to be measured and the light ray 11 is incident with a width W 1 , the reflected light at the center of the light ray 11 is 15′-1 or 15′-2 due to the effect of the step. And the reflected light of the light rays 11a and 11b at both ends is 15'a.
And 15'b, the light enters the objective lens 16 respectively, and the exit angle after passing through the lens 16 changes according to the incident position. For this reason, the width of the reflected light incident on the semiconductor position detecting device 17 becomes wider than that when there is no step, but as described above, the semiconductor position detecting device 17 has an effective center regardless of the size of the light spot of the incident light. Position 15 'is detected.
【００１６】つまり入射光の幅Ｗ1の中心に段差ｄがあ
る時には、光スポットの幅Ｗ1´内における平均の位
置、すなわち段差ｄの１／２の高さに仮想表面３０´が
あり、中心が１５´、両端が１５´´ａ及び１５´´ｂ
のように反射光が対物レンズ１６に入射した場合と近似
的に等しくなるのである。また段差ｄの位置が幅Ｗ1´
内で一方にずれていれば、そのずれに対応して検出され
る被測定物の仮想表面３０´の位置もずれて幅Ｗ1´内
における平均の位置が検出される。That is, when there is a step d at the center of the width W 1 of the incident light, there is a virtual surface 30 ′ at an average position within the width W 1 ′ of the light spot, that is, at a height half the step d. The center is 15 ', and both ends are 15 "a and 15" b.
As described above, the reflected light is approximately equal to that when the reflected light is incident on the objective lens 16. Further, the position of the step d has a width W 1 ′
If there is a deviation in one side, the position of the virtual surface 30 ′ of the object to be measured detected corresponding to the deviation also deviates, and the average position within the width W 1 ′ is detected.
【００１７】次に、図４のように表面が三角形状の場合
について述べる。この場合は幾何学的には入射した光線
１１の中心の反射光は１５´のように、また幅Ｗ2で入
射する両端の光線１１ｃ，１１ｄの反射光は１５´ｃ，
１５´ｄのようにそれぞれ対物レンズ１６に入射するの
で、光線１１ｃ，１１ｄに対応する幅Ｗ2´の位置にあ
る仮想平面３０´からの反射光１５´´，１５´´ｃ，
１５´´ｄとは入射の位置と角度がかなり異なったもの
となる。しかし、ピーク付近に入射した光線は反射面内
に少し侵入してから再放射され、その放射角度は幾何学
的な反射角度より小さくなることが知られているので、
中心の反射光は１５´−３のように対物レンズ１６に入
射する。そして反射光１５´ｃと１５´ｄは互いに反対
方向に変位しているので、半導***置検出装置１７の出
力電流は結果的には近似的に反射光１５´´に対応した
値となって出力され、仮想平面３０´の位置が検出され
ることになるのである。Next, a case where the surface is triangular as shown in FIG. 4 will be described. In this case, geometrically, the reflected light at the center of the incident light ray 11 is as shown by 15 ', and the reflected light of the light rays 11c, 11d at both ends incident with a width W 2 is 15'c,
Since each like the 15'd incident on the objective lens 16, beam 11c, reflected light 15'' from the virtual plane 30 'at the position in the width W 2' that correspond to 11d, 15''C,
The position and angle of incidence are considerably different from 15 ″ d. However, it is known that the light rays incident near the peak are re-emitted after slightly penetrating into the reflecting surface, and the emission angle is smaller than the geometrical reflection angle.
The reflected light at the center enters the objective lens 16 as indicated by 15'-3. Since the reflected lights 15 ″ c and 15 ′ d are displaced in the opposite directions, the output current of the semiconductor position detecting device 17 results in a value approximately corresponding to the reflected light 15 ″. Then, the position of the virtual plane 30 'is detected.
【００１８】なお、光線１１による光スポットの生ずる
部分が傾斜した平面であれば対物レンズ１６への入射位
置が全体として一方向に平行移動するので、この平行移
動を検知して処理することにより表面の平均位置が検出
できる。以上のように被測定物３の表面の位置が検出さ
れるので、被測定物３に対して光学系１を相対的に移動
させることにより被測定物表面の凹凸を検出できるので
あり、被測定物３に生ずる光スポットが小径であればあ
るほど分解能が向上し、より微細な形状の測定が可能と
なる。If the portion where the light spot by the light beam 11 is generated is an inclined plane, the incident position on the objective lens 16 is translated in one direction as a whole, and the surface is detected by processing this translation. The average position of can be detected. Since the position of the surface of the DUT 3 is detected as described above, the unevenness of the DUT surface can be detected by moving the optical system 1 relative to the DUT 3. The smaller the diameter of the light spot generated on the object 3, the higher the resolution, and the finer the shape can be measured.
【００１９】一方、図５のように光線１１の有効幅Ｗ3
に対応した光スポットの幅Ｗ3´が被測定物の表面３０
の凹凸の平均ピッチよりもかなり大きい場合には、表面
３０から乱反射が生ずるが、反射光１５の主要な部分は
表面３０の凹凸を平均した仮想平面３０´からの反射光
の状態となり、半導***置検出装置１７の出力電流はこ
れに対応したものとなる。すなわち、平面３０´の凹凸
は検出されないで平面３０´の平均位置が検出されるの
であり、被測定物３がＺ軸方向に振動したり全体が変位
したりするとその振動や変位が検出されることになる。On the other hand, as shown in FIG. 5, the effective width W 3 of the light beam 11
The width W 3 ′ of the light spot corresponding to the
When the average pitch of the unevenness of the surface 30 is considerably larger than the average pitch of the unevenness of the surface 30, diffuse reflection occurs from the surface 30, but the main part of the reflected light 15 is the state of the reflected light from the virtual plane 30 ′ obtained by averaging the unevenness of the surface 30. The output current of the detection device 17 corresponds to this. That is, the unevenness of the plane 30 'is not detected, but the average position of the plane 30' is detected, and when the DUT 3 vibrates in the Z-axis direction or is displaced as a whole, the vibration or displacement is detected. It will be.
【００２０】従って、図１のように第１の光学系１で被
測定物３に小さな光スポット１３を生じさせ、第２の光
学系２で大きな光スポット２３を生じさせて測定する
と、光学系１では小さな光スポット１３に対応した細か
いピッチの凹凸が検出され、光学系２では光学系１で検
出されるような凹凸は検出されない。そして仮に被測定
物３が振動していれば、それによる被測定物３の表面の
変位も各光学系１，２の検出結果に含まれて同時に検出
される。そこで、両光学系の半導***置検出装置１７，
２７の出力信号の差を求めることにより、両方の信号に
含まれている表面の変位に対応する信号成分は相殺さ
れ、振動の影響が取り除かれて表面の凹凸のみに対応し
た測定結果を得ることができるのであり、例えば機械的
振動を伴う加工工程にこの装置を組み込んで加工と同時
に表面形状を測定することも可能となる。Therefore, as shown in FIG. 1, when the small optical spot 13 is generated on the DUT 3 by the first optical system 1 and the large optical spot 23 is generated by the second optical system 2, the optical system is measured. In No. 1, irregularities having a fine pitch corresponding to the small light spot 13 are detected, and in the optical system 2, irregularities as detected by the optical system 1 are not detected. If the DUT 3 is vibrating, the displacement of the surface of the DUT 3 due to the vibration is also included in the detection results of the optical systems 1 and 2 and is simultaneously detected. Therefore, the semiconductor position detecting device 17 of both optical systems,
By obtaining the difference between the output signals of 27, the signal components corresponding to the displacement of the surface, which are included in both signals, are canceled out, the influence of vibration is removed, and the measurement result corresponding to only the unevenness of the surface is obtained. It is possible to measure the surface shape at the same time as the processing by incorporating this device into a processing step involving mechanical vibration.
【００２１】光学系１による小さな光スポット１３と光
学系２による大きな光スポット２３は、集光レンズ１
４，２４の焦点距離と被測定物３までの距離を適切に選
定することによって容易に得られる。図７はこれを説明
したものであり、(a)は集光レンズ１４，２４からの出
射光線の強度分布の例を光線束で示した図、(b)は光軸
上の異なる位置での強度分布図である。The small light spot 13 by the optical system 1 and the large light spot 23 by the optical system 2 are
It can be easily obtained by appropriately selecting the focal lengths of 4, 24 and the distance to the DUT 3. FIG. 7 illustrates this, (a) is a diagram showing an example of the intensity distribution of the light rays emitted from the condenser lenses 14 and 24 by a ray bundle, and (b) is a view at different positions on the optical axis. It is an intensity distribution chart.
【００２２】図において、３２は光スポット径が最も小
さくなる最大解像力像平面、３２´はその面で得られる
強度分布、３３はガウス像平面、３３´はその面で得ら
れる強度分布、３４は最大コントラスト像平面、３４´
はその面で得られる強度分布、３５は光スポット径が大
きくなる大スポット径平面、３５´はその面で得られる
強度分布をそれぞれ示している。従って、光学系１では
例えば最大解像力像平面３２に、また光学系２では大ス
ポット径平面３５にそれぞれ被測定物の表面が位置する
ように各光学系１，２を構成することにより、焦点の絞
られた小さな光スポット１３と焦点がぼけて拡大された
大きな光スポット２３を生じさせることができるのであ
る。(a)において、破線で示した３２ａ及び３５ａは光
軸に対して傾斜して配置される被測定物表面の位置をそ
れぞれ示したものである。In the figure, 32 is the maximum resolution image plane where the light spot diameter is the smallest, 32 'is the intensity distribution obtained on that surface, 33 is the Gaussian image plane, 33' is the intensity distribution obtained on that surface, and 34 is Maximum contrast image plane, 34 '
Indicates the intensity distribution obtained on that surface, 35 indicates the large spot diameter plane where the light spot diameter increases, and 35 'indicates the intensity distribution obtained on that surface. Therefore, by configuring the optical systems 1 and 2 so that the surface of the object to be measured is located, for example, in the maximum resolution image plane 32 in the optical system 1, and in the large spot diameter plane 35 in the optical system 2, It is possible to produce a small light spot 13 that is narrowed and a large light spot 23 that is defocused and enlarged. In (a), reference numerals 32a and 35a indicated by broken lines respectively indicate the positions of the surface of the object to be measured which are arranged to be inclined with respect to the optical axis.
【００２３】なお、図１に示したように光学系１及び２
を離して配置した場合には、例えば被測定物３が片持ち
で保持されて振動しているような時には、光スポットの
位置によって振幅が異なるため測定誤差を生ずる。この
振幅の差は振動の態様が事前に判明している時には演算
手段４での演算処理の際に補正することができるが、光
スポット１３，２３間の距離を小さくすれば補正の必要
性は低下し、同一箇所に光スポット１３，２３を生じさ
せることにより補正は全く不要となる。このように同一
箇所に光スポットを生じさせることは、両光学系１，２
を図１のように平行に配置せずに光軸が交差するように
配置することにより実現できるが、次に述べる実施例２
以降のような光学系であればこのような問題は生じな
い。また、被測定物３の表面の状態などによって表面位
置の変位に対する光学系１と２の検出感度に差が生ずる
が、この問題は校正手段を設けて事前に等しい感度に調
整できるようにし、あるいは演算処理の際に両光学系の
感度差を補正できるようにすることで容易に解決され
る。As shown in FIG. 1, the optical systems 1 and 2
When they are arranged apart from each other, for example, when the DUT 3 is held in a cantilevered manner and vibrates, the amplitude varies depending on the position of the light spot, which causes a measurement error. This difference in amplitude can be corrected during the calculation processing by the calculation means 4 when the mode of vibration is known in advance, but it is not necessary to correct it if the distance between the light spots 13 and 23 is reduced. By making the light spots 13 and 23 decrease at the same position, the correction becomes completely unnecessary. Producing a light spot at the same location in this way is effective for both optical systems 1 and 2.
Can be realized by arranging so that the optical axes cross each other instead of being arranged in parallel as shown in FIG.
With the optical system described below, such a problem does not occur. Further, the detection sensitivity of the optical systems 1 and 2 with respect to the displacement of the surface position varies depending on the surface condition of the object 3 to be measured. This problem is provided by providing a calibration means so that the sensitivity can be adjusted to the same sensitivity in advance, or This can be easily solved by making it possible to correct the sensitivity difference between the two optical systems during arithmetic processing.
【００２４】[0024]
【実施例２】次に図８及び９により請求項６及び８に対
応する実施例について説明する。図８は装置のＹ−Ｚ面
での基本的な配置を示す側面図、図９は動作原理の説明
図である。図において、４１は１個の光学系であって、
両端に２個の光源４２，５２を配置して双方向から光線
４２−１及び５２−１を送出し、小径に絞られた２つの
光スポット４６，５６を被測定物表面３０の同一箇所に
生じさせると共に、それぞれの反射光が互いに他の入射
光の光路方向に進行するように構成し、その光路中に設
けたハーフミラー４３，５３で反射光４２−２，５２−
２を屈曲させて、半導***置検出装置４４，５４に入射
させるようにしてある。４５，５５は集光と対物を兼ね
たレンズであり、他の構成は前述の光学系１２，２２に
準じたものとなっている。なお演算手段は図示していな
い。Embodiment 2 Next, an embodiment corresponding to claims 6 and 8 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a side view showing the basic arrangement of the device on the YZ plane, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the operating principle. In the figure, 41 is one optical system,
Two light sources 42 and 52 are arranged at both ends to send out light rays 42-1 and 52-1 from both directions, and two light spots 46 and 56 narrowed to a small diameter are provided at the same position on the surface 30 of the object to be measured. The reflected light 42-2, 52-is generated by the half mirrors 43, 53 which are configured so that the respective reflected lights travel in the optical path directions of the other incident lights.
2 is bent and made incident on the semiconductor position detecting devices 44 and 54. Reference numerals 45 and 55 are lenses that also serve as a condenser and an objective, and other configurations are based on the optical systems 12 and 22 described above. The calculation means is not shown.
【００２５】図９において、被測定物表面３０が基準面
３０´´に対して角度θだけ傾斜している場合、表面３
０上の法線Ｎも基準面３０´´の法線Ｎ´に対して角度
θだけ傾斜しており、右側の光源４２からの光線４２−
１の反射光４２−２は基準面３０´´からの反射光４２
´−２より２θだけ偏向して検出装置５４に入射する。
なお、説明の便宜上図の光路は屈曲させないで描いてあ
る。一方、左側の光源５２からの光線５２−１の反射光
５２−２は基準面３０´´からの反射光５２´−２より
２θだけ偏向して検出装置４４に入射する。この時の偏
向方向はいずれも時計方向となり、仮に検出装置４４，
５４上の座標を図のように選定すれば、反射光４２−２
の入射位置は＋Ｂ側に、反射光５２−２は−Ａ側に振れ
ることになる。これに対して、被測定物表面３０が鎖線
３０ｄのように基準面３０´´に対して距離ｄだけ変位
したとすると、反射光はそれぞれ４２−２ｄ，５２−２
ｄで示すようにいずれも図の上方に変位し、反射光４２
−２ｄの入射位置は＋Ｂ側に、反射光５２−２ｄの入射
位置は＋Ａ側にそれぞれ振れることになる。In FIG. 9, when the surface 30 to be measured is inclined by the angle θ with respect to the reference plane 30 ″, the surface 3
The normal line N on 0 is also inclined by the angle θ with respect to the normal line N ′ of the reference plane 30 ″, and the ray 42− from the light source 42 on the right side
The reflected light 42-2 of No. 1 is the reflected light 42 from the reference surface 30 ″.
It is deflected by 2θ from ‘−2’ and enters the detection device 54.
In addition, for convenience of explanation, the optical path in the drawing is not bent. On the other hand, the reflected light 52-2 of the light ray 52-1 from the light source 52 on the left side is deflected by 2θ from the reflected light 52′-2 from the reference surface 30 ″ and enters the detection device 44. The deflection directions at this time are all clockwise, and the detection devices 44,
If the coordinates on 54 are selected as shown in the figure, the reflected light 42-2
Thus, the incident position of is swung to the + B side and the reflected light 52-2 is swung to the -A side. On the other hand, if the measured object surface 30 is displaced by the distance d with respect to the reference plane 30 ″ as indicated by a chain line 30d, the reflected lights are 42-2d and 52-2, respectively.
As shown in FIG.
The incident position of -2d swings to the + B side, and the incident position of reflected light 52-2d swings to the + A side.
【００２６】すなわち、被測定物表面３０が傾斜してい
る場合には反射光の入射位置の正負が逆符号となり、位
置が変化した場合には入射位置の正負が同符号となるか
ら、この符号の一致不一致を検出することにより被測定
物表面３０の位置の変化と傾斜の変化とを区別すること
ができ、また、各反射光の入射位置の変化量自体は被測
定物表面３０の位置あるいは傾斜に対応したものとなる
ので、例えば検出装置４４，５４の出力信号の絶対値の
平均を求めることによって入射位置を検出できる。従っ
て、単に位置の変化を検出するだけでなく傾斜も検出す
ることによって得られる情報量が増加するので、位置検
出だけの場合よりも表面形状をより高精度に測定するこ
とが可能となるのである。That is, when the surface 30 of the object to be measured is inclined, the positive and negative signs of the incident position of the reflected light have the opposite sign, and when the position changes, the positive and negative signs of the incident position have the same sign. It is possible to distinguish between a change in the position of the measured object surface 30 and a change in the inclination by detecting the coincidence / disagreement, and the change amount itself of the incident position of each reflected light is the position of the measured object surface 30 or Since it corresponds to the inclination, the incident position can be detected by, for example, obtaining the average of the absolute values of the output signals of the detection devices 44 and 54. Therefore, the amount of information obtained by not only detecting the change in the position but also detecting the inclination is increased, so that the surface shape can be measured with higher accuracy than in the case where only the position is detected. ..
【００２７】[0027]
【実施例３】図１０は請求項６及び９に対応する実施例
であり、図８における左側の光源５２からの光路中に凸
レンズ５７を挿入し、破線で示すように光源５２から出
射された光線５２−１が一旦集光されて交差した後、や
や広がりながらレンズ５５に入射するように構成されて
いる。他は図８と同様であってすべて同じ符号で示して
ある。従って、この実施例では光線４２−１による光ス
ポット４６は図８と同じく小径に絞られたものとなる
が、光線５２−１の方はレンズ５５で絞り切れずに大径
の光スポット５６´となり、実施例１と同様な小径と大
径の光スポットを１個の光学系４１で生じさせることが
できる。このように構成されているので、この実施例に
よれば図９で説明した原理により被測定物表面３０の位
置の変化と傾斜の変化とを区別して検出し、しかも実施
例１と同様に、被測定物の振動等による表面３０の変位
も検出することが可能となり、被測定物の表面形状をよ
り高精度に測定することができるのである。[Third Embodiment] FIG. 10 is an embodiment corresponding to claims 6 and 9, in which a convex lens 57 is inserted in the optical path from the light source 52 on the left side in FIG. 8 and emitted from the light source 52 as shown by the broken line. The light ray 52-1 is configured to be once condensed and crossed, and then enter the lens 55 while spreading slightly. Others are the same as those in FIG. 8 and are all denoted by the same reference numerals. Therefore, in this embodiment, the light spot 46 formed by the light ray 42-1 is narrowed to a small diameter as in FIG. 8, but the light ray 52-1 is not stopped by the lens 55 and is large in diameter. Therefore, it is possible to generate a small-diameter and a large-diameter light spot similar to that in the first embodiment with one optical system 41. With this configuration, according to this embodiment, the change in the position of the object surface 30 and the change in the inclination are detected by the principle described with reference to FIG. It is possible to detect the displacement of the surface 30 due to the vibration of the measured object, etc., and the surface shape of the measured object can be measured with higher accuracy.
【００２８】[0028]
【実施例４】上述の実施例２及び３のように光学系４１
の両端に２個の光源４２，５２を設ける場合には、独立
した各光源４２，５２を最適位置に配置して被測定物表
面３０の同一箇所に小径に絞られた２個の光スポット４
６，５６を集中させることが意外に困難である。これを
解決したものが図１１乃至図１４に示した請求項７に対
応する実施例４である。図１１において、６１は平行な
２本の光線４２−１及び５２−１を送出するように構成
された光源装置、６２はハーフミラー、６３は対物レン
ズであり、他は実施例２と同一の符号で示してある。こ
の実施例では、１個の対物レンズ６３を使用して被測定
物表面３０に２個の光スポット４６，５６に生じさせて
いるが、原理的には実施例２と同じである。すなわち、
被測定物表面３０の位置や傾斜が変化すると、各光線４
２−１及び５２−１の反射光４２−２及び５２−２がそ
れぞれ検出装置５４，４４に入射する位置が変化し、被
測定物表面３０の位置と傾斜の変化を区別して検出する
ことができるのである。Fourth Embodiment As in the second and third embodiments, the optical system 41 is used.
When the two light sources 42 and 52 are provided at both ends of the light source, the independent light sources 42 and 52 are arranged at the optimum positions, and the two light spots 4 narrowed down to the same position on the surface 30 of the object to be measured.
It is surprisingly difficult to concentrate 6,56. A solution to this is the fourth embodiment corresponding to claim 7 shown in FIGS. In FIG. 11, 61 is a light source device configured to emit two parallel light rays 42-1 and 52-1, 62 is a half mirror, and 63 is an objective lens. Others are the same as those in the second embodiment. It is indicated by a symbol. In this embodiment, one objective lens 63 is used to generate two light spots 46 and 56 on the surface 30 of the object to be measured, but the principle is the same as that of the second embodiment. That is,
When the position or inclination of the surface 30 of the object to be measured changes, each ray 4
The positions where the reflected lights 42-2 and 52-2 of 2-1 and 52-1 are incident on the detection devices 54 and 44 respectively change, and it is possible to detect the position of the measured object surface 30 and the change of the inclination separately. You can do it.
【００２９】光源装置６１は１個の光源から光線４２−
１及び５２−１を分けて送出するものであってもよく、
また２個の光源を同一の基板に固定して１個の光源とし
て扱えるようにしたものでもよいが、いずれにしても独
立した２個の光源から２本の光線を別々に得るものでは
ないので、被測定物表面３０の同一箇所に２個の光スポ
ット４６，５６を生じさせるように光源を適正に配置す
ることが容易であり、実施例２よりも実用性が向上され
る。なお、図１１に鎖線で示すように一方の光路、例え
ば光線５２−１の光路にレンズ系６５を挿入することに
より、光線５２−１の焦点位置が変わって光スポット５
６が大径となるので、実施例３と同様に被測定物の振動
等による表面３０の変位も検出することが可能となり、
被測定物の表面形状をより高精度に測定することができ
る。The light source device 61 includes a light beam 42-from one light source.
1 and 52-1 may be separately transmitted,
Also, two light sources may be fixed to the same substrate so that they can be handled as one light source, but in any case, two light beams are not separately obtained from two independent light sources. It is easy to properly arrange the light source so as to generate the two light spots 46 and 56 at the same position on the surface 30 of the object to be measured, and the practicality is improved as compared with the second embodiment. By inserting the lens system 65 in one optical path, for example, the optical path of the light ray 52-1 as shown by the chain line in FIG. 11, the focal position of the light ray 52-1 is changed and the light spot 5
Since 6 has a large diameter, it becomes possible to detect the displacement of the surface 30 due to the vibration of the object to be measured, as in the third embodiment.
The surface shape of the object to be measured can be measured with higher accuracy.
【００３０】光源装置６１において、一つの光線を平行
またはほぼ平行な２本の光線に分離するには、図１２に
示すようにビームスプリッタとミラーを使用する方法、
図１３に示すように偏光プリズム等を用いて偏光作用に
より分離する方法、図１４に示すようにレンズやミラー
を周期的に移動させて時分割的に２本の光線に分割する
方法等がある。図１２の(a)においては、光線７０をキ
ューブビームスプリッタ７１により分離し、一方はその
まま出射光７０ａとし、他方はミラー７２で反射させて
出射光７０ｂとしている。また(b)においては、プレー
トビームスプリッタ７３により分離し、一方はそのまま
出射光７０ａとし、他方はミラー７４で反射させて出射
光７０ｂとしている。いずれの場合も、ミラー７２また
は７４の位置を破線のように変化させることによって出
射光７０ａ，７０ｂの間隔ｈを調整することができる。In the light source device 61, in order to separate one light beam into two parallel or nearly parallel light beams, a method using a beam splitter and a mirror as shown in FIG.
As shown in FIG. 13, there is a method of separating by a polarization action using a polarizing prism or the like, and a method of periodically moving a lens or a mirror to divide into two light beams in a time division manner as shown in FIG. .. In FIG. 12A, the light beam 70 is separated by a cube beam splitter 71, one of which is used as the outgoing light 70a as it is, and the other of which is reflected by a mirror 72 to be the outgoing light 70b. Further, in (b), the beams are separated by the plate beam splitter 73, one of which is used as the outgoing light 70a as it is, and the other of which is reflected by the mirror 74 to be the outgoing light 70b. In either case, the distance h between the emitted lights 70a and 70b can be adjusted by changing the position of the mirror 72 or 74 as shown by the broken line.
【００３１】図１３の(a)は、光線７０を偏光ビームス
プリッタ７５によりＰ偏光の出射光７０ＰとＳ偏光の出
射光７０Ｓとに分離し、出射光７０Ｐはそのままで、出
射光７０Ｓはミラー７６で反射させて出射するようにし
た方式である。また(b)は、ウォラストン偏光分離器７
７により入射光７０をＰ偏光の出射光７０ＰとＳ偏光の
出射光７０Ｓとに分離し、レンズ７８により両出射光７
０Ｐ，７０Ｓを平行にして出射させる方式である。(a)
ではミラー７６の位置調整により、(b)ではレンズ７８
の位置調整により出射光７０Ｐ，７０Ｓの間隔を変更で
きる。In FIG. 13 (a), the light beam 70 is split into a P-polarized outgoing light 70P and an S-polarized outgoing light 70S by the polarization beam splitter 75, the outgoing light 70P remains unchanged, and the outgoing light 70S is mirrored. This is a system in which the light is reflected and emitted. Also, (b) is the Wollaston polarization splitter 7
The incident light 70 is separated into a P-polarized outgoing light 70P and an S-polarized outgoing light 70S by 7, and both outgoing lights 7 are separated by a lens 78.
In this method, 0P and 70S are emitted in parallel. (a)
In (b), the lens 78 is adjusted by adjusting the position of the mirror 76.
The distance between the emitted lights 70P and 70S can be changed by adjusting the position of.
【００３２】図１４の(a)では、平行光線８０が再び平
行光線８０´として出射するようにレンズ８１と８２を
配置し、レンズ８２を矢印のように光軸に垂直な方向に
変位させるアクチュエータ８３を設けてある。このアク
チュエータ８３を信号発生器８４の信号８５で駆動して
レンズ８２から出射される光線の方向を周期的に変化さ
せ、これをレンズ８６で互いに平行な出射光８０ａ，８
０ｂとしている。すなわち、後述の図１６に示す実施例
と同様に信号発生器８４の信号８５に同期して、例えば
そのＨレベルの時に出射光８０ａを、Ｌレベルの時に出
射光８０ｂをそれぞれ利用するような処理を行うことに
より、時分割的に２本の光線として扱うことができるの
である。In FIG. 14A, the lenses 81 and 82 are arranged so that the parallel light ray 80 is emitted again as the parallel light ray 80 ', and the actuator for displacing the lens 82 in the direction perpendicular to the optical axis as shown by the arrow. 83 is provided. This actuator 83 is driven by the signal 85 of the signal generator 84 to periodically change the direction of the light beam emitted from the lens 82, and this is emitted by the lens 86 in parallel with the emitted light 80a, 8a.
It is set to 0b. That is, in a manner similar to the embodiment shown in FIG. 16 described later, in synchronization with the signal 85 of the signal generator 84, for example, the emitted light 80a is used at the H level and the emitted light 80b is used at the L level. By performing the above, it is possible to handle as two rays in a time division manner.
【００３３】図１４の(b)では、平行光線８０とその反
射光が中心を通るようにレンズ８１と８２を配置し、レ
ンズ８１，８２の間にミラー８７を設けてこれをアクチ
ュエータ８３で矢印の方向に変位させるようにしてあ
り、アクチュエータ８３を信号発生器８４の信号８５で
駆動してレンズ８２に入射される光線の位置を周期的に
変化させ、レンズ８２から方向が変わって出射される光
線と中心を通る光線とをレンズ８６で互いに平行にして
出射光８０ａ，８０ｂとしている。従って、信号発生器
８４の信号８５に同期して出射光８０ａと出射光８０ｂ
を時分割的に処理することにより、２本の光線として扱
うことができるのである。In FIG. 14 (b), lenses 81 and 82 are arranged so that the parallel rays 80 and the reflected light pass through the center, and a mirror 87 is provided between the lenses 81 and 82, and this is indicated by an actuator 83 by an arrow. The actuator 83 is driven by the signal 85 of the signal generator 84 to periodically change the position of the light beam incident on the lens 82, and the light beam is emitted from the lens 82 in a different direction. The light ray and the light ray passing through the center are made parallel to each other by the lens 86 to be emitted light 80a, 80b. Therefore, the emitted light 80a and the emitted light 80b are synchronized with the signal 85 of the signal generator 84.
Can be treated as two rays by processing in a time division manner.
【００３４】[0034]
【実施例５】次に、同一光路上において時分割的に２本
の光線に分割するようにした請求項１０に対応する図１
５の実施例について説明する。図１５においては、平行
な２本の光線９０が再び平行な光線９０´として出射す
るようにレンズ９１と９２を配置してあり、投光レンズ
９３を経た光線９０´が被測定物表面３０で焦点を結
び、その反射光９０´´が対物レンズ９４を経て検出装
置９５に入射するように構成してある。また、レンズ９
１にはこれを矢印のように光軸方向に変位させるアクチ
ュエータ９６を設け、これを信号発生器９７の信号９８
で駆動するようにしてある。[Embodiment 5] Next, FIG. 1 corresponding to claim 10 in which two light beams are time-divisionally divided on the same optical path.
Example 5 will be described. In FIG. 15, lenses 91 and 92 are arranged so that two parallel light rays 90 are emitted again as parallel light rays 90 ′, and the light ray 90 ′ that has passed through the projection lens 93 is the surface 30 of the object to be measured. The light is focused and the reflected light 90 ″ enters the detection device 95 via the objective lens 94. Also, the lens 9
1 is provided with an actuator 96 for displacing the same in the optical axis direction as shown by an arrow, and this is provided with a signal 98 of a signal generator 97.
It is driven by.
【００３５】上述のように構成されているので、アクチ
ュエータ９６の駆動によりレンズ９１が破線の位置に移
動した時には、レンズ９２からの出射光９０´は回折角
が変って破線のように広がるために焦点位置が対物レン
ズ９４側に移動し、被測定物表面３０での光スポットの
径が大きくなると共に、検出装置９５に入射するスポッ
ト径も大きくなる。一方、検出装置９５は光スポット径
の大小には関係なくスポットの中心位置を検出するか
ら、信号発生器９７の信号９８に同期してゲート９９を
作動させ、例えばそのＨレベルの時に実線の反射光９０
´´に対応した出力信号を出力し、Ｌレベルの時には破
線の反射光９０´´を出力することにより、時分割的に
小径の光スポットと大径の光スポットを利用した測定を
行うことができるのである。With the above-described structure, when the lens 91 is moved to the position indicated by the broken line by driving the actuator 96, the emitted light 90 'from the lens 92 changes its diffraction angle and spreads like the broken line. The focus position moves to the side of the objective lens 94, the diameter of the light spot on the surface 30 of the object to be measured increases, and the spot diameter incident on the detection device 95 also increases. On the other hand, since the detection device 95 detects the center position of the spot regardless of the size of the light spot diameter, the gate 99 is operated in synchronization with the signal 98 of the signal generator 97, and, for example, at the H level, the reflection of the solid line is performed. Light 90
By outputting an output signal corresponding to “″ and outputting the reflected light 90 ″ indicated by a broken line at the L level, it is possible to perform measurement using a small-diameter light spot and a large-diameter light spot in a time division manner. You can do it.
【００３６】[0036]
【発明の効果】上述の実施例から明らかなように、この
発明は、光点変位法による表面形状測定装置において、
被測定物表面に２種類の光線により２個の光スポットを
生じさせ、それぞれの光線の反射光による出力信号を用
いて被測定物の表面形状を検出するようにしたものであ
り、１個の光スポットを用いていた従来の装置と比べて
得られる情報量が増加するので、より精度のよい測定が
可能となる。As is apparent from the above-described embodiments, the present invention provides a surface shape measuring apparatus using the light spot displacement method,
Two light spots are generated on the surface of the object to be measured by two kinds of light rays, and the surface shape of the object to be measured is detected by using the output signals of the reflected light of the respective light rays. Since the amount of information obtained increases as compared with the conventional device using the light spot, more accurate measurement can be performed.
【００３７】特に、２種類の光線が被測定物表面の同一
箇所に双方向から入射して２個の光スポットを生じ、そ
れぞれの反射光が互いに他の入射光の光路方向に進行す
るようにしたものでは、被測定物表面の位置が変化した
場合と傾斜が変化した場合とで各光スポットからの反射
光によるそれぞれの出力信号の変化の態様が異なったも
のとなるので、被測定物表面の位置の変化と傾斜の変化
とを明確に区別することができ、測定精度を向上するこ
とが可能となる。また、被測定物表面に双方向から入射
させる光線として、同一光源から分かれた２本の光線あ
るいは機械的に一体に結合された２個の光源の光線を用
いるようにしたものでは、小径に絞られた２個の光スポ
ットを被測定物表面の同一箇所に生じさせることが容易
であり、実用化が容易となる。In particular, two kinds of light rays are bidirectionally incident on the same position on the surface of the object to be measured to generate two light spots, and the respective reflected lights travel in the optical path directions of the other incident lights. In this case, since the mode of change of each output signal due to the reflected light from each light spot is different when the position of the measured object surface changes and when the inclination changes, the measured object surface The change in position and the change in inclination can be clearly distinguished, and the measurement accuracy can be improved. In addition, as the light beam that is incident on the surface of the object to be measured in both directions, two light beams separated from the same light source or light beams of two light sources mechanically combined together are used. It is easy to generate the two light spots thus formed at the same location on the surface of the object to be measured, which facilitates practical application.
【００３８】また、光スポットの一方を小径とし、他方
を大径としたものでは、小径の光スポットからの反射光
による出力信号と大径の光スポットからの反射光による
出力信号の差を求めることにより、両方の信号に含まれ
ている表面の変位に対応した情報を相殺し、表面の凹凸
のみに対応した信号を取り出して機械的振動等による外
乱を除去することができる。従って、被測定物が振動し
ているような場合でも表面の粗さや形状に応じた出力信
号のみを取り出すことができ、例えば精密旋盤による切
削工程や鏡面研磨工程などに組み込んで被加工物の表面
状態を検査するような用途に利用することが可能となる
のである。If one of the light spots has a small diameter and the other has a large diameter, the difference between the output signal of the reflected light from the small diameter light spot and the output signal of the reflected light from the large diameter light spot is obtained. As a result, the information corresponding to the displacement of the surface, which is included in both signals, can be canceled out, and the signal corresponding to only the unevenness of the surface can be taken out to remove the disturbance due to mechanical vibration or the like. Therefore, even when the object to be measured is vibrating, only the output signal corresponding to the surface roughness and shape can be taken out. For example, the output signal can be incorporated into the cutting process by a precision lathe or the mirror polishing process and the like. It can be used for purposes such as inspecting the condition.
【図１】第１の実施例の装置の基本的な構成を示す平面
図である。FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of a device according to a first embodiment.
【図２】同実施例の基本的な構成を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the basic configuration of the embodiment.
【図３】同実施例の動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the embodiment.
【図４】同実施例の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the embodiment.
【図５】同実施例の動作説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the embodiment.
【図６】同実施例の半導***置検出装置の動作説明図で
ある。FIG. 6 is an operation explanatory view of the semiconductor position detecting device of the embodiment.
【図７】同実施例の集光レンズから出射される光線の強
度分布図である。FIG. 7 is an intensity distribution diagram of light rays emitted from the condenser lens of the same example.
【図８】第２の実施例の装置の基本的な構成を示す側面
図である。FIG. 8 is a side view showing the basic configuration of the device of the second embodiment.
【図９】同実施例の動作説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory diagram of the embodiment.
【図１０】第３の実施例の基本的な構成を示す側面図で
ある。FIG. 10 is a side view showing the basic configuration of the third embodiment.
【図１１】第４の実施例の基本的な構成を示す側面図で
ある。FIG. 11 is a side view showing the basic configuration of the fourth embodiment.
【図１２】同実施例の光源装置の構成例を示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a light source device of the same embodiment.
【図１３】同実施例の光源装置の他の構成例を示す図で
ある。FIG. 13 is a diagram showing another configuration example of the light source device of the same embodiment.
【図１４】同実施例の光源装置の更に他の構成例を示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing still another configuration example of the light source device of the embodiment.
【図１５】第５の実施例の基本的な構成を示す側面図で
ある。FIG. 15 is a side view showing the basic configuration of the fifth embodiment.
１，２，４１ 光学系 ３ 被測定物 ４ 演算手段 １１，２１，４２−１，５２−１，９０ 光線 １２，２２，４２，５２，６１ 光源 １３，２３，４６，５６，５６´ 光スポット １５，２５，４２−２，５２−２，９０´´ 反射光 １７，２７，４４，５４，９５ 半導***置検出装置 ３０ 被測定物表面 1,2,41 Optical system 3 Object to be measured 4 Computing means 11,21,42-1,52-1,90 Light beam 12,22,42,52,61 Light source 13,23,46,56,56 'Light spot 15, 25, 42-2, 52-2, 90 ″ Reflected light 17, 27, 44, 54, 95 Semiconductor position detection device 30 Surface of object to be measured
Claims (10)
と共に表面からの反射光を受光する光学系を備え、表面
の形状や位置に応じて変位する反射光の光点の中心位置
を電気信号に変換して被測定物の表面形状を検出するよ
うに構成された表面形状測定装置において、 被測定物表面に２種類の光線により２個の光スポットを
生じさせ、それぞれの光線の反射光による出力信号を用
いて被測定物の表面形状を検出することを特徴とする表
面形状測定装置。1. An optical system for obliquely incident a light beam on a surface of an object to be measured and receiving a reflected light from the surface, wherein a center position of a light point of the reflected light which is displaced according to a shape or a position of the surface is set. In a surface profile measuring device configured to detect the surface profile of an object to be measured by converting it into an electrical signal, two light spots are generated by two kinds of light beams on the surface of the object to be measured, and reflection of each light beam is performed. A surface shape measuring device characterized by detecting a surface shape of an object to be measured using an output signal of light.
独立した２個の光学系によって生じさせるように構成し
た請求項１記載の表面形状測定装置。2. The surface profile measuring apparatus according to claim 1, wherein two light spots of two kinds of light rays are generated by two independent optical systems.
径の光スポットである請求項２記載の表面形状測定装
置。3. The surface profile measuring apparatus according to claim 2, wherein the two light spots are small-diameter light spots that are narrowed to the same extent.
ットであり、他方が大径の光スポットである請求項２記
載の表面形状測定装置。4. The surface profile measuring apparatus according to claim 2, wherein one of the two light spots is a small diameter light spot and the other is a large diameter light spot.
１個の光学系によって生じさせるように構成した請求項
１記載の表面形状測定装置。5. The surface profile measuring apparatus according to claim 1, wherein two optical spots of two types of light rays are generated by one optical system.
から入射して２個の光スポットを生じ、且つそれぞれの
反射光が互いに他の入射光の光路方向に進行するように
光学系を構成した請求項５記載の表面形状測定装置。6. An optical system in which a light beam is bidirectionally incident on the same position on the surface of the object to be measured to generate two light spots, and the respective reflected lights travel in the optical path directions of other incident lights. The surface profile measuring apparatus according to claim 5, which is configured as follows.
は機械的に一体に結合された２個の光源の光線を被測定
物表面の同一箇所に双方向から入射させるように構成し
た請求項６記載の表面形状測定装置。7. The light source according to claim 6, wherein two light beams separated from the same light source or light beams of two light sources that are mechanically integrally combined are incident on the same position on the surface of the object to be measured in both directions. The surface shape measuring device described.
径の光スポットである請求項５，６または７記載の表面
形状測定装置。8. The surface profile measuring apparatus according to claim 5, 6 or 7, wherein the two light spots are small-diameter light spots that are narrowed to the same extent.
ットであり、他方が大径の光スポットである請求項５，
６または７記載の表面形状測定装置。9. The light spot having a small diameter in one of the two light spots, and the light spot having a large diameter in the other of the two light spots.
The surface shape measuring device according to 6 or 7.
に同期して小径の光スポットに対応する出力信号と大径
の光スポットに対応する出力信号を分離して取り出し、
この２種類の出力信号を用いて被測定物の表面形状を検
出するように構成した請求項５記載の表面形状測定装
置。10. A diameter of a light spot is varied, and in synchronization with this variation, an output signal corresponding to a light spot of a small diameter and an output signal corresponding to a light spot of a large diameter are separated and taken out.
The surface shape measuring apparatus according to claim 5, wherein the surface shape measuring apparatus is configured to detect the surface shape of the object to be measured using the two types of output signals.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4207129A JPH07111334B2 (en) | 1991-07-15 | 1992-07-10 | Surface shape measuring device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-201214 | 1991-07-15 | ||
| JP20121491 | 1991-07-15 | ||
| JP4207129A JPH07111334B2 (en) | 1991-07-15 | 1992-07-10 | Surface shape measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203431A true JPH05203431A (en) | 1993-08-10 |
| JPH07111334B2 JPH07111334B2 (en) | 1995-11-29 |
Family
ID=26512659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4207129A Expired - Fee Related JPH07111334B2 (en) | 1991-07-15 | 1992-07-10 | Surface shape measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111334B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164326A (en) * | 2009-01-13 | 2010-07-29 | Kobe Steel Ltd | Image processing method for extracting relief character |
| EP3187822A4 (en) * | 2014-08-29 | 2018-03-28 | Nikon Corporation | Surface shape measuring device |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW444257B (en) | 1999-04-12 | 2001-07-01 | Semiconductor Energy Lab | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| US7942010B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-17 | Bsst, Llc | Thermoelectric power generating systems utilizing segmented thermoelectric elements |
| JP2004537708A (en) | 2001-08-07 | 2004-12-16 | ビーエスエスティー エルエルシー | Thermoelectric personal environment adjustment equipment |
| EP1897153B1 (en) | 2005-06-28 | 2012-08-01 | Bsst Llc | Thermoelectric power generator with intermediate loop |
| WO2012170443A2 (en) | 2011-06-06 | 2012-12-13 | Amerigon Incorporated | Cartridge-based thermoelectric systems |
| US9006557B2 (en) | 2011-06-06 | 2015-04-14 | Gentherm Incorporated | Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63200006A (en) * | 1987-02-16 | 1988-08-18 | Ulvac Corp | Strain measuring instrument |
-
1992
- 1992-07-10 JP JP4207129A patent/JPH07111334B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63200006A (en) * | 1987-02-16 | 1988-08-18 | Ulvac Corp | Strain measuring instrument |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010164326A (en) * | 2009-01-13 | 2010-07-29 | Kobe Steel Ltd | Image processing method for extracting relief character |
| EP3187822A4 (en) * | 2014-08-29 | 2018-03-28 | Nikon Corporation | Surface shape measuring device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07111334B2 (en) | 1995-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2752003B2 (en) | Inspection interferometer with scanning function | |
| US8345260B2 (en) | Method of detecting a movement of a measuring probe and measuring instrument | |
| US6124934A (en) | High-accuracy high-stability method and apparatus for measuring distance from surface to reference plane | |
| JPH0455243B2 (en) | ||
| JPH05203431A (en) | Surface shape measuring instrument | |
| JP3073268B2 (en) | Small displacement detection method | |
| EP0235861B1 (en) | Device for detecting a centring error | |
| JP2002116010A (en) | Three-dimensional shape measuring method and device | |
| JP2002202108A (en) | Plate thickness measuring device | |
| JP2949179B2 (en) | Non-contact type shape measuring device and shape measuring method | |
| JPH08261734A (en) | Shape measuring apparatus | |
| JP2808713B2 (en) | Optical micro displacement measuring device | |
| JPS635208A (en) | Apparatus for measuring surface shape | |
| JP2625209B2 (en) | Optical micro displacement measuring device | |
| JPS60211304A (en) | Measuring instrument for parallelism | |
| JPS62218802A (en) | Optical type distance and inclination measuring apparatus | |
| JPH0968408A (en) | Optical displacement sensor | |
| JPH074496Y2 (en) | Non-contact displacement meter | |
| JPH1123229A (en) | Measuring method for film thickness | |
| CN117238785A (en) | Detection device and detection equipment | |
| JPH0593611A (en) | Thickness measuring apparatus | |
| JP2000258339A (en) | Birefringence-measuring device | |
| JP2011099914A (en) | Polarizing optical element | |
| JP2000161922A (en) | Height measuring instrument | |
| JPH11352054A (en) | Ellipsometry apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |