JPH06307839A - 光触針利用による表面測定方法および装置 - Google Patents
光触針利用による表面測定方法および装置Info
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- JPH06307839A JPH06307839A JP9812593A JP9812593A JPH06307839A JP H06307839 A JPH06307839 A JP H06307839A JP 9812593 A JP9812593 A JP 9812593A JP 9812593 A JP9812593 A JP 9812593A JP H06307839 A JPH06307839 A JP H06307839A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光触針装置を利用して被測定試料の測定対象表
面の被測定点における垂直方向の表面粗さ情報のみなら
ず各種の光学的特性をも同時に或いは個別に測定可能な
光触針利用による表面測定方法および装置を提供する。 【構成】被測定試料4の測定対象表面4aの被測定点4
bに照射光Liを照射し、当該被測定点4bからの反射
光Lrを、当該被測定試料4の測定対象表面4aから焦
点距離Dだけ離れた位置に配置した対物凸レンズ3で集
光して所定の角度に配設された三角プリズム5に入射さ
せ、当該三角プリズム5からの出射光を出射面5bに対
面した複数の光センサ6a,6bにより被測定点4b毎
にそれぞれ独立並行して検出した後、当該複数の光セン
サ6a,6bにて検出されたそれぞれの光強度の和を、
前記被測定点4bの反射率として検出したことを特徴と
する。
面の被測定点における垂直方向の表面粗さ情報のみなら
ず各種の光学的特性をも同時に或いは個別に測定可能な
光触針利用による表面測定方法および装置を提供する。 【構成】被測定試料4の測定対象表面4aの被測定点4
bに照射光Liを照射し、当該被測定点4bからの反射
光Lrを、当該被測定試料4の測定対象表面4aから焦
点距離Dだけ離れた位置に配置した対物凸レンズ3で集
光して所定の角度に配設された三角プリズム5に入射さ
せ、当該三角プリズム5からの出射光を出射面5bに対
面した複数の光センサ6a,6bにより被測定点4b毎
にそれぞれ独立並行して検出した後、当該複数の光セン
サ6a,6bにて検出されたそれぞれの光強度の和を、
前記被測定点4bの反射率として検出したことを特徴と
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測定試料の測定対象表
面の被測定点における垂直方向の凹凸の変位量や表面粗
さ等の測定に供される光触針利用による表面測定方法お
よびその実施に直接使用する装置に関するものである。
面の被測定点における垂直方向の凹凸の変位量や表面粗
さ等の測定に供される光触針利用による表面測定方法お
よびその実施に直接使用する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より存在する光触針装置は、被測定
試料の測定対象表面の任意の被測定点における、僅かな
垂直方向の凹凸の変位量のみを検出する装置であった。
試料の測定対象表面の任意の被測定点における、僅かな
垂直方向の凹凸の変位量のみを検出する装置であった。
【0003】そこで、当該光触針装置を使用して測定対
象表面の複数被測定点につき凹凸の変位量を測定した上
で、被測定試料の測定対象表面の一定範囲に亙る表面粗
さに関する種々のパラメータ、例として中心線平均粗
さ、最大高さ、山数、その他表面粗さに関する種々の統
計量を算出していた。
象表面の複数被測定点につき凹凸の変位量を測定した上
で、被測定試料の測定対象表面の一定範囲に亙る表面粗
さに関する種々のパラメータ、例として中心線平均粗
さ、最大高さ、山数、その他表面粗さに関する種々の統
計量を算出していた。
【0004】従来の光触針装置につき図面を用いて説明
する。図2は従来例の光触針装置の構成概念図、図3は
対物凸レンズと被測定試料の測定対象表面との距離が、
対物凸レンズの焦点距離に等しい場合における臨界角法
の原理図、図4は対物凸レンズと被測定試料の測定対象
表面との距離が、対物凸レンズの焦点距離より小さい場
合における臨界角法の原理図、図5は対物凸レンズと被
測定試料の測定対象表面との距離が、対物凸レンズの焦
点距離より大きい場合における臨界角法の原理図であ
る。
する。図2は従来例の光触針装置の構成概念図、図3は
対物凸レンズと被測定試料の測定対象表面との距離が、
対物凸レンズの焦点距離に等しい場合における臨界角法
の原理図、図4は対物凸レンズと被測定試料の測定対象
表面との距離が、対物凸レンズの焦点距離より小さい場
合における臨界角法の原理図、図5は対物凸レンズと被
測定試料の測定対象表面との距離が、対物凸レンズの焦
点距離より大きい場合における臨界角法の原理図であ
る。
【0005】図中、αは光触針装置、Liは照射レーザ
光、Lrは反射レーザ光、1はレーザ光源、2はハーフ
ミラー、3は対物凸レンズ、4は被測定試料、4aは測
定対象表面、4bは被測定点、5は三角プリズム、5a
は入射面、5bは出射面、5cは臨界角面、6a,6b
はそれぞれ第1,第2の光センサである。
光、Lrは反射レーザ光、1はレーザ光源、2はハーフ
ミラー、3は対物凸レンズ、4は被測定試料、4aは測
定対象表面、4bは被測定点、5は三角プリズム、5a
は入射面、5bは出射面、5cは臨界角面、6a,6b
はそれぞれ第1,第2の光センサである。
【0006】図2に示す従来例の光触針装置αにおい
て、レーザ光源1から放射された照射レーザ光Liはハ
ーフミラー2により鉛直方向下向きに光軸Loを直角に
曲げられ、対物凸レンズ3を通過して当該対物凸レンズ
3の焦点距離Dに予め配置された被測定試料4測定対象
表面4aの被測定点4bに極微のスポットで焦点を結
ぶ。
て、レーザ光源1から放射された照射レーザ光Liはハ
ーフミラー2により鉛直方向下向きに光軸Loを直角に
曲げられ、対物凸レンズ3を通過して当該対物凸レンズ
3の焦点距離Dに予め配置された被測定試料4測定対象
表面4aの被測定点4bに極微のスポットで焦点を結
ぶ。
【0007】当該被測定点4bにて反射された反射レー
ザ光Lrは、再び対物凸レンズ3に入射し、前記照射レ
ーザ光Liと同光軸Lo上を直進し、前記ハーフミラー
2を直進して三角プリズム5の入射面5aより入射して
臨界角面5cに到達する。ここでは測定原理として臨界
角法を用いた場合につき以下説明する。
ザ光Lrは、再び対物凸レンズ3に入射し、前記照射レ
ーザ光Liと同光軸Lo上を直進し、前記ハーフミラー
2を直進して三角プリズム5の入射面5aより入射して
臨界角面5cに到達する。ここでは測定原理として臨界
角法を用いた場合につき以下説明する。
【0008】臨界角法の原理は、絶対屈折率n1の媒質
中の光が、絶対屈折率n2(n1>n2)の媒質との境
界面に入射する際、双方の媒質の種類により決定される
一定の臨界角より入射角が大きい場合に光が境界面で全
反射、則ち反射率=1となることを利用している。準備
段階として、予め三角プリズム5は入射する反射レーザ
光Lr軸方向と三角プリズム5臨界角面5c垂直方向と
のなす角が、臨界角と一致するように調節しておく。
中の光が、絶対屈折率n2(n1>n2)の媒質との境
界面に入射する際、双方の媒質の種類により決定される
一定の臨界角より入射角が大きい場合に光が境界面で全
反射、則ち反射率=1となることを利用している。準備
段階として、予め三角プリズム5は入射する反射レーザ
光Lr軸方向と三角プリズム5臨界角面5c垂直方向と
のなす角が、臨界角と一致するように調節しておく。
【0009】図3に示すように、対物凸レンズ3と被測
定試料4の測定対象表面4aとの距離D1が、当該対物
凸レンズ3の焦点距離Dに等しい場合(D1=D)に
は、反射レーザ光Lrの三角プリズム5への入射角が臨
界角と等しくなり、三角プリズム5内の図中a1点に入
射した反射レーザ光Lrは全反射されて第1の光センサ
6aに全て入射する。同様にプリズム5内の図中b1点
に入射した反射レーザ光Lrも全反射されて第2の光セ
ンサ6bに全て入射する。
定試料4の測定対象表面4aとの距離D1が、当該対物
凸レンズ3の焦点距離Dに等しい場合(D1=D)に
は、反射レーザ光Lrの三角プリズム5への入射角が臨
界角と等しくなり、三角プリズム5内の図中a1点に入
射した反射レーザ光Lrは全反射されて第1の光センサ
6aに全て入射する。同様にプリズム5内の図中b1点
に入射した反射レーザ光Lrも全反射されて第2の光セ
ンサ6bに全て入射する。
【0010】よって、第1の光センサ6a及び第2の光
センサ6bに入射する光量は等しくなり、第1の光セン
サ6aより出力される検出信号S1と第2の光センサよ
り出力される検出信号S2のレベルは等しくなる。
センサ6bに入射する光量は等しくなり、第1の光セン
サ6aより出力される検出信号S1と第2の光センサよ
り出力される検出信号S2のレベルは等しくなる。
【0011】これに対して図4に示すように、対物凸レ
ンズ3と被測定試料4の測定対象表面4aとの距離D2
が、当該対物凸レンズ3の焦点距離Dより小さい場合
(D2〈D)には、対物凸レンズ3を通過した反射レー
ザ光Lrは発散して三角プリズム5の入射面5aに入射
する。
ンズ3と被測定試料4の測定対象表面4aとの距離D2
が、当該対物凸レンズ3の焦点距離Dより小さい場合
(D2〈D)には、対物凸レンズ3を通過した反射レー
ザ光Lrは発散して三角プリズム5の入射面5aに入射
する。
【0012】三角プリズム5中の図中a2点に入射した
反射レーザ光Lrの入射角は臨界角より小さいので、入
射光は全反射されることなく一部が臨界角面5cより出
射し、第1の光センサ6aに入射する光量は減少して検
出信号S1のレベルは相対的に低下する。三角プリズム
5内の図中b2点に入射した反射レーザ光Lrの入射角
は臨界角より大きいので、入射光は全反射されて第2の
光センサ6bに全て入射し、検出信号S2のレベルは変
化しない。
反射レーザ光Lrの入射角は臨界角より小さいので、入
射光は全反射されることなく一部が臨界角面5cより出
射し、第1の光センサ6aに入射する光量は減少して検
出信号S1のレベルは相対的に低下する。三角プリズム
5内の図中b2点に入射した反射レーザ光Lrの入射角
は臨界角より大きいので、入射光は全反射されて第2の
光センサ6bに全て入射し、検出信号S2のレベルは変
化しない。
【0013】逆に図5に示すように、対物凸レンズ3と
被測定試料4の測定対象表面4aとの距離D3が、当該
対物凸レンズ3の焦点距離Dより大きい場合(D3〉
D)には、対物凸レンズ3を通過した反射レーザ光Lr
は集束して三角プリズム5の入射面5aに入射する。
被測定試料4の測定対象表面4aとの距離D3が、当該
対物凸レンズ3の焦点距離Dより大きい場合(D3〉
D)には、対物凸レンズ3を通過した反射レーザ光Lr
は集束して三角プリズム5の入射面5aに入射する。
【0014】三角プリズム5中の図中a3点に入射した
反射レーザ光Lrの入射角は臨界角より大きいので、入
射光は全反射されて第1の光センサ6aに入射し、検出
信号S1のレベルは変化しない。三角プリズム5中の図
中b3点に入射した反射レーザ光Lrの入射角は臨界角
より小さいので、入射光は全反射されることなく一部が
臨界角面5cより出射し、第2の光センサ6bに入射す
る光量は減少して検出信号S2のレベルは相対的に低下
する。
反射レーザ光Lrの入射角は臨界角より大きいので、入
射光は全反射されて第1の光センサ6aに入射し、検出
信号S1のレベルは変化しない。三角プリズム5中の図
中b3点に入射した反射レーザ光Lrの入射角は臨界角
より小さいので、入射光は全反射されることなく一部が
臨界角面5cより出射し、第2の光センサ6bに入射す
る光量は減少して検出信号S2のレベルは相対的に低下
する。
【0015】ここで検出信号S1及び検出信号S2を、
図示しない差動増幅器の非反転入力及び反転入力にそれ
ぞれ同時並行入力して差分増幅を行い、被測定試料4測
定対象表面4aの被測定点4bの反射光軸Lo方向の凹
凸の変位量に比例した正負の電圧信号として出力するこ
とにより、凹凸の変位量の高感度な検出を行っていた。
図示しない差動増幅器の非反転入力及び反転入力にそれ
ぞれ同時並行入力して差分増幅を行い、被測定試料4測
定対象表面4aの被測定点4bの反射光軸Lo方向の凹
凸の変位量に比例した正負の電圧信号として出力するこ
とにより、凹凸の変位量の高感度な検出を行っていた。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の光触針装置αは、被測定試料4の測定対象表面4a
の光学的な測定を、凹凸の変位量の測定と同時に行うこ
とができなかった。このため、光学的測定を行う際に
は、一旦当該光触針装置αから被測定試料4aを取り除
き、光学顕微鏡等の専用の光学測定装置に移し替えて行
う必要があり、煩わしいものであった。
来の光触針装置αは、被測定試料4の測定対象表面4a
の光学的な測定を、凹凸の変位量の測定と同時に行うこ
とができなかった。このため、光学的測定を行う際に
は、一旦当該光触針装置αから被測定試料4aを取り除
き、光学顕微鏡等の専用の光学測定装置に移し替えて行
う必要があり、煩わしいものであった。
【0017】さらに、被測定試料4の測定対象表面4a
における凹凸の変位量以外の測定要素、例えば偏光情報
等を測定することが不可能であった。ここにおいて本発
明は、光触針装置を利用して被測定試料の測定対象表面
における垂直方向の表面粗さ情報のみならず各種の光学
的特性をも同時に或いは個別に測定可能な光触針利用に
よる表面測定方法を提供せんとするものである。
における凹凸の変位量以外の測定要素、例えば偏光情報
等を測定することが不可能であった。ここにおいて本発
明は、光触針装置を利用して被測定試料の測定対象表面
における垂直方向の表面粗さ情報のみならず各種の光学
的特性をも同時に或いは個別に測定可能な光触針利用に
よる表面測定方法を提供せんとするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次に列挙する新規な特徴的構成手法および
手段を採用する。すなわち、本発明方法の第1の特徴
は、被測定試料の測定対象表面の被測定点に照射光を照
射し、当該被測定点からの反射光を、当該被測定試料の
測定対象表面から焦点距離だけ離れた位置に配置した対
物レンズを通して所定の角度に配設されたプリズムに入
射させ、当該プリズムからの出射光を出射面に対面した
複数の光強度検出手段により前記被測定点毎にそれぞれ
独立並行して検出した後、当該複数の光強度検出手段に
て検出されたそれぞれの光強度の和を、前記被測定試料
の測定対象表面の反射率として検出してなる光触針利用
による表面測定方法である。
め、本発明は次に列挙する新規な特徴的構成手法および
手段を採用する。すなわち、本発明方法の第1の特徴
は、被測定試料の測定対象表面の被測定点に照射光を照
射し、当該被測定点からの反射光を、当該被測定試料の
測定対象表面から焦点距離だけ離れた位置に配置した対
物レンズを通して所定の角度に配設されたプリズムに入
射させ、当該プリズムからの出射光を出射面に対面した
複数の光強度検出手段により前記被測定点毎にそれぞれ
独立並行して検出した後、当該複数の光強度検出手段に
て検出されたそれぞれの光強度の和を、前記被測定試料
の測定対象表面の反射率として検出してなる光触針利用
による表面測定方法である。
【0019】本発明方法の第2の特徴は、被測定試料の
測定対象表面の被測定点に照射光を照射し、当該被測定
点からの反射光を、当該被測定試料の測定対象表面から
焦点距離だけ離れた位置に配置した対物レンズを通して
所定の角度に配設されたプリズムに入射させ、当該プリ
ズムからの出射光を出射面に対面した複数の光強度検出
手段により前記被測定点毎にそれぞれ独立並行して検出
した後、当該複数の光強度検出手段にて検出されたそれ
ぞれの光強度の和を、前記被測定点の反射率として検出
すると共に、当該複数の光強度検出手段にて検出された
それぞれの光強度の差を、前記被測定試料の測定対象表
面の反射光軸方向の凹凸の変位量として検出してなる光
触針利用による表面測定方法である。
測定対象表面の被測定点に照射光を照射し、当該被測定
点からの反射光を、当該被測定試料の測定対象表面から
焦点距離だけ離れた位置に配置した対物レンズを通して
所定の角度に配設されたプリズムに入射させ、当該プリ
ズムからの出射光を出射面に対面した複数の光強度検出
手段により前記被測定点毎にそれぞれ独立並行して検出
した後、当該複数の光強度検出手段にて検出されたそれ
ぞれの光強度の和を、前記被測定点の反射率として検出
すると共に、当該複数の光強度検出手段にて検出された
それぞれの光強度の差を、前記被測定試料の測定対象表
面の反射光軸方向の凹凸の変位量として検出してなる光
触針利用による表面測定方法である。
【0020】本発明方法の第3の特徴は、前記方法の第
1,第2の特徴における光強度の和が、対応する等高
線、明度、色彩等の画像情報としてグラフィック表示さ
れてなる光触針利用による表面測定方法である。
1,第2の特徴における光強度の和が、対応する等高
線、明度、色彩等の画像情報としてグラフィック表示さ
れてなる光触針利用による表面測定方法である。
【0021】本発明方法の第4の特徴は、前記方法の第
2の特徴に置ける光強度の差が、対応する等高線、明
度、色彩等の画像情報としてグラフィック表示されてな
る光触針利用による表面測定方法である。
2の特徴に置ける光強度の差が、対応する等高線、明
度、色彩等の画像情報としてグラフィック表示されてな
る光触針利用による表面測定方法である。
【0022】本発明方法の第5の特徴は、前記方法の第
1,第2,第3又は第4の特徴における光源が、波長の
異なる複数の光源である光触針利用による表面測定方法
である。
1,第2,第3又は第4の特徴における光源が、波長の
異なる複数の光源である光触針利用による表面測定方法
である。
【0023】本発明方法の第6の特徴は、前記方法の第
1,第2,第3,第4又は第5の特徴における対向する
対物レンズと被測定試料が、相対的に間歇スポットを走
査移動してなる光触針利用による表面測定方法である。
1,第2,第3,第4又は第5の特徴における対向する
対物レンズと被測定試料が、相対的に間歇スポットを走
査移動してなる光触針利用による表面測定方法である。
【0024】本発明方法の第7の特徴は、前記方法の第
1,第2,第3,第4,第5又は第6の特徴における反
射光が、当該反射光軸上任意の位置で強制偏光してなる
光触針利用による表面測定方法である。
1,第2,第3,第4,第5又は第6の特徴における反
射光が、当該反射光軸上任意の位置で強制偏光してなる
光触針利用による表面測定方法である。
【0025】本発明装置の第1の特徴は、前後左右微動
機構を有する試料台と、当該試料台上に載定した被測定
試料の測定対象表面の被測定点に照射光を投照する光源
と,当該被測定試料の測定対象表面から焦点距離だけ離
れた位置に配置した対物レンズと,前記被測定点からの
反射光を当該対物レンズを通して入射自在な所定角度に
配置したプリズムと,当該プリズムからの出射光を前記
被測定点毎にそれぞれ独立並行して検出自在に出射面に
対面した複数の光センサとを含む光触針装置と、当該光
センサからの検出信号を同時並行入力する加算回路と減
算回路と,当該加算回路と減算回路からの和信号および
差信号を画像情報信号に変換処理した後、当該画像情報
信号と前記前後左右微動機構にスポット走査微動指令信
号をそれぞれ出力する制御処理回路とを含む演算処理装
置と、当該画像情報信号を入力表示する画像表示装置と
を備えてなる光触針利用による表面測定装置である。
機構を有する試料台と、当該試料台上に載定した被測定
試料の測定対象表面の被測定点に照射光を投照する光源
と,当該被測定試料の測定対象表面から焦点距離だけ離
れた位置に配置した対物レンズと,前記被測定点からの
反射光を当該対物レンズを通して入射自在な所定角度に
配置したプリズムと,当該プリズムからの出射光を前記
被測定点毎にそれぞれ独立並行して検出自在に出射面に
対面した複数の光センサとを含む光触針装置と、当該光
センサからの検出信号を同時並行入力する加算回路と減
算回路と,当該加算回路と減算回路からの和信号および
差信号を画像情報信号に変換処理した後、当該画像情報
信号と前記前後左右微動機構にスポット走査微動指令信
号をそれぞれ出力する制御処理回路とを含む演算処理装
置と、当該画像情報信号を入力表示する画像表示装置と
を備えてなる光触針利用による表面測定装置である。
【0026】本発明装置の第2の特徴は、前記装置の第
1の特徴における光触針装置が、対物レンズとプリズム
間の反射光軸上に偏光板を挿入してなる光触針利用によ
る表面測定装置である。
1の特徴における光触針装置が、対物レンズとプリズム
間の反射光軸上に偏光板を挿入してなる光触針利用によ
る表面測定装置である。
【0027】
【作用】本発明では前記のような手法を採用したので、
被測定試料の測定対象表面の特定波長の照射光の反射率
を、反射光軸方向の凹凸の変位量と同時に測定すること
が可能となる。
被測定試料の測定対象表面の特定波長の照射光の反射率
を、反射光軸方向の凹凸の変位量と同時に測定すること
が可能となる。
【0028】
(装置例)本発明の装置例につき図面を用いて詳説す
る。図1は本装置例を示す光触針利用による表面測定装
置の構成概念図である。図中、βは光触針利用による表
面測定装置、7は演算処理装置、8は表示装置、9は試
料台、10は減算回路、11は加算回路、12は制御処
理回路である。尚、従来例と同一部品には同一記号を付
した。
る。図1は本装置例を示す光触針利用による表面測定装
置の構成概念図である。図中、βは光触針利用による表
面測定装置、7は演算処理装置、8は表示装置、9は試
料台、10は減算回路、11は加算回路、12は制御処
理回路である。尚、従来例と同一部品には同一記号を付
した。
【0029】図1に示す本実施例の光触針利用による表
面測定装置βにおいて、レーザ光源1から放射された照
射レーザ光Liはハーフミラー2により鉛直方向下向き
に光軸Loを曲げられ、対物凸レンズ3を通過して当該
対物凸レンズ3の焦点距離Dに予め配置された被測定試
料4測定対象表面4aの被測定点4bに極微のスポット
で焦点を結ぶ。
面測定装置βにおいて、レーザ光源1から放射された照
射レーザ光Liはハーフミラー2により鉛直方向下向き
に光軸Loを曲げられ、対物凸レンズ3を通過して当該
対物凸レンズ3の焦点距離Dに予め配置された被測定試
料4測定対象表面4aの被測定点4bに極微のスポット
で焦点を結ぶ。
【0030】当該被測定点4bにて反射された反射レー
ザ光Lrは、再び対物凸レンズ3に入射し、前記照射レ
ーザ光Liと同光軸Lo上を直進し、再び前記ハーフミ
ラー2を通過して三角プリズム5に入射し臨界角面5c
に到達する。予め三角プリズム5は、入射する反射レー
ザ光Lr軸方向と臨界角面5c垂直方向とが、臨界角と
一致するように調節しておく。
ザ光Lrは、再び対物凸レンズ3に入射し、前記照射レ
ーザ光Liと同光軸Lo上を直進し、再び前記ハーフミ
ラー2を通過して三角プリズム5に入射し臨界角面5c
に到達する。予め三角プリズム5は、入射する反射レー
ザ光Lr軸方向と臨界角面5c垂直方向とが、臨界角と
一致するように調節しておく。
【0031】(方法例)当該本装置例に適用した本方法
例につき図面を用いて詳説する。本方法例は、従来例と
同様に測定原理として臨界角法を用いた場合につき説明
する。対物凸レンズ3と被測定試料4の測定対象表面4
aとの距離D1が、当該対物凸レンズ3の焦点距離Dに
等しい場合(D1=D)には、従来例と同様に第1の光
センサ6a及び第2の光センサ6bに入射する光量は等
しくなり、検出信号S1と検出信号S2のレベルは等し
くなる。
例につき図面を用いて詳説する。本方法例は、従来例と
同様に測定原理として臨界角法を用いた場合につき説明
する。対物凸レンズ3と被測定試料4の測定対象表面4
aとの距離D1が、当該対物凸レンズ3の焦点距離Dに
等しい場合(D1=D)には、従来例と同様に第1の光
センサ6a及び第2の光センサ6bに入射する光量は等
しくなり、検出信号S1と検出信号S2のレベルは等し
くなる。
【0032】これに対して対物凸レンズ3と被測定試料
4の測定対象表面4aとの距離D2が、当該対物凸レン
ズ3の焦点距離Dより小さい場合(D2〈D)には、従
来例と同様に検出信号S1のレベルは低下し、検出信号
S2のレベルは変化しない。
4の測定対象表面4aとの距離D2が、当該対物凸レン
ズ3の焦点距離Dより小さい場合(D2〈D)には、従
来例と同様に検出信号S1のレベルは低下し、検出信号
S2のレベルは変化しない。
【0033】逆に対物凸レンズ3と被測定試料4の測定
対象表面4aとの距離D3が、当該対物凸レンズ3の焦
点距離Dより大きい場合(D3〉D)には、従来例と同
様に検出信号S1のレベルは変化せず、検出信号S2の
レベルは低下する。
対象表面4aとの距離D3が、当該対物凸レンズ3の焦
点距離Dより大きい場合(D3〉D)には、従来例と同
様に検出信号S1のレベルは変化せず、検出信号S2の
レベルは低下する。
【0034】ここで従来例と同様に検出信号S1及び検
出信号S2を、演算処理装置7内部の減算回路11とし
ての差動増幅器の非反転入力及び反転入力にそれぞれ同
時並行入力して差分増幅を行い、被測定試料4測定対象
表面4aの被測定点4bの反射レーザ光Lr軸方向の凹
凸の変位量に比例した正負の電圧信号として検出し差信
号S5を出力する。
出信号S2を、演算処理装置7内部の減算回路11とし
ての差動増幅器の非反転入力及び反転入力にそれぞれ同
時並行入力して差分増幅を行い、被測定試料4測定対象
表面4aの被測定点4bの反射レーザ光Lr軸方向の凹
凸の変位量に比例した正負の電圧信号として検出し差信
号S5を出力する。
【0035】本方法例ではこれに加えて検出信号S1及
び検出信号S2の和が、反射レーザ光Lrの強度に比例
することに着目し、検出信号S1及び検出信号S2を、
演算処理装置7内部の加算回路11としての加算増幅器
の2入力にそれぞれ同時並行入力して加算増幅を行い、
被測定試料4測定対象表面4aの被測定点4bの反射率
に比例した電圧信号として検出し和信号S6を出力す
る。差信号S5および和信号S6を制御処理装置12に
入力して画像情報信号S4に変換処理しこの画像情報信
号S4とスポット走査微動指令信号S3の出力タイミン
グを制御する。
び検出信号S2の和が、反射レーザ光Lrの強度に比例
することに着目し、検出信号S1及び検出信号S2を、
演算処理装置7内部の加算回路11としての加算増幅器
の2入力にそれぞれ同時並行入力して加算増幅を行い、
被測定試料4測定対象表面4aの被測定点4bの反射率
に比例した電圧信号として検出し和信号S6を出力す
る。差信号S5および和信号S6を制御処理装置12に
入力して画像情報信号S4に変換処理しこの画像情報信
号S4とスポット走査微動指令信号S3の出力タイミン
グを制御する。
【0036】次いで演算処理装置7からのスポット走査
微動指令信号S3によって動作する微動機構等を備えた
試料台9により被測定試料4を光触針装置αに対し相対
的にXY平面上を移動させることにより測定範囲の間歇
的スポット走査を行う。
微動指令信号S3によって動作する微動機構等を備えた
試料台9により被測定試料4を光触針装置αに対し相対
的にXY平面上を移動させることにより測定範囲の間歇
的スポット走査を行う。
【0037】走査を行うことによって、光触針装置αか
らの検出信号S1と検出信号S2につき、凹凸の変位量
たる差信号S5及び反射率たる和信号S6を演算処理装
置7で順次演算処理すると共に蓄積し、最終的にそれぞ
れの信号S5,S6の振幅に応じた等高線や色調あるい
は明度の階調等を有する画像情報信号S4として画像表
示装置8に同時あるいは個別に表示される。このような
画像の表示は、従来公知の画像表示装置を用いることに
より可能である。
らの検出信号S1と検出信号S2につき、凹凸の変位量
たる差信号S5及び反射率たる和信号S6を演算処理装
置7で順次演算処理すると共に蓄積し、最終的にそれぞ
れの信号S5,S6の振幅に応じた等高線や色調あるい
は明度の階調等を有する画像情報信号S4として画像表
示装置8に同時あるいは個別に表示される。このような
画像の表示は、従来公知の画像表示装置を用いることに
より可能である。
【0038】本実施例はこのような手法を採用するの
で、被測定試料4の測定対象表面4aの表面粗さ情報を
高い測定精度で検出し得ると同時に、光学的画像情報信
号S4を同時に検出及び表示することが出来る。
で、被測定試料4の測定対象表面4aの表面粗さ情報を
高い測定精度で検出し得ると同時に、光学的画像情報信
号S4を同時に検出及び表示することが出来る。
【0039】本実施例では光源として単波長のレーザ光
源1を単独で使用した場合につき説明したが、光源とし
て異なった波長のレーザ光源1を複数使用する、例えば
光触針装置αの光源としてそれぞれ光の3原色を発生す
る3波長のレーザ光源1を使用することにより、各波長
のレーザ光を時分割に照射或いはカラーフィルタを用い
て合成処理することにより、被測定試料4の測定対象表
面4aのフルカラーの光学的画像情報信号S4を画像表
示装置8に表示することができる。
源1を単独で使用した場合につき説明したが、光源とし
て異なった波長のレーザ光源1を複数使用する、例えば
光触針装置αの光源としてそれぞれ光の3原色を発生す
る3波長のレーザ光源1を使用することにより、各波長
のレーザ光を時分割に照射或いはカラーフィルタを用い
て合成処理することにより、被測定試料4の測定対象表
面4aのフルカラーの光学的画像情報信号S4を画像表
示装置8に表示することができる。
【0040】また、反射レーザ光Lrの光軸Lo上に図
示しない偏光板を配置し、前記光触針装置αで得られた
反射レーザ光Lrの内一定方向への偏光を抽出し、三角
プリズム5を通し偏光情報として表示することも可能で
ある。これによって被測定試料4の測定対象表面4aの
光学的偏光特性を表面粗さ信号と同時に測定することが
出来、例えば光磁気記録媒体のビット情報をカー効果を
利用して当該偏光測定によって検出することができる。
示しない偏光板を配置し、前記光触針装置αで得られた
反射レーザ光Lrの内一定方向への偏光を抽出し、三角
プリズム5を通し偏光情報として表示することも可能で
ある。これによって被測定試料4の測定対象表面4aの
光学的偏光特性を表面粗さ信号と同時に測定することが
出来、例えば光磁気記録媒体のビット情報をカー効果を
利用して当該偏光測定によって検出することができる。
【0041】本実施例で用いる光源としては、スペクト
ル幅が狭くコヒーレントかつ高出力な光であるレーザ光
源を用いることが、測定精度及び感度を高める上で望ま
しいが、測定が可能である限り一般光を用いても良い。
ル幅が狭くコヒーレントかつ高出力な光であるレーザ光
源を用いることが、測定精度及び感度を高める上で望ま
しいが、測定が可能である限り一般光を用いても良い。
【0042】なお光触針装置αの詳細な光学系の構成
や、光センサの配設位置や、光触針装置αに複数波長の
レーザ光源を組み込みレーザ光をミラーを用いて適宜切
り替え測定する手法や反射レーザ光Lrから偏光素子を
用いて偏光信号を抽出する手法については従来の光学デ
ィスク再生装置や光磁気ディスク再生装置に用いられて
いるレーザピックアップにて既に実用化されている公知
技術なのでここでは説明を省略する。
や、光センサの配設位置や、光触針装置αに複数波長の
レーザ光源を組み込みレーザ光をミラーを用いて適宜切
り替え測定する手法や反射レーザ光Lrから偏光素子を
用いて偏光信号を抽出する手法については従来の光学デ
ィスク再生装置や光磁気ディスク再生装置に用いられて
いるレーザピックアップにて既に実用化されている公知
技術なのでここでは説明を省略する。
【0043】本実施例では光触針装置αを固定し被測定
試料4を走査させたが、逆に被測定試料4を固定し光触
針装置αに微動機構等を取り付けて走査させても良い。
さらに本実施例では測定原理として臨界角法を用いて説
明したが、臨界角法以外の他の公知方法、例えば四分割
法等の他の測定原理を用いても一向に差し支えない。
試料4を走査させたが、逆に被測定試料4を固定し光触
針装置αに微動機構等を取り付けて走査させても良い。
さらに本実施例では測定原理として臨界角法を用いて説
明したが、臨界角法以外の他の公知方法、例えば四分割
法等の他の測定原理を用いても一向に差し支えない。
【0044】
【発明の効果】かくして、本発明によれば被測定試料の
表面粗さ及び被測定試料の測定対象表面の表面反射率や
偏光状態等の各種光学特性を、個別に或いは同時に測定
可能であり、優れた至便性、測定の容易性等各種の利点
を有する。
表面粗さ及び被測定試料の測定対象表面の表面反射率や
偏光状態等の各種光学特性を、個別に或いは同時に測定
可能であり、優れた至便性、測定の容易性等各種の利点
を有する。
【0045】また、表示装置を具備したことにより、被
測定試料の測定対象表面の光学的情報をグラフィック表
示するので、観測者の視覚に直接的に訴えつつ光学的な
観測を行い、さらに被測定試料の測定対象表面における
表面粗さと各種の光学的特性を同時かつ同一箇所におい
て測定可能とし、複合材料や傾斜機能材料では表面粗さ
測定と同時に異種材質相互間の分散状態等に関する光学
的情報を得たり、集積回路等ではその表面配線パターン
を確認すると同時に配線材と基板等との光学的な差異を
用いて材質の識別を可能とする等、従来の光触針装置の
有する高精度な表面粗さ測定機能に加えて光学顕微鏡と
同様な光学的観測を行うことができる。
測定試料の測定対象表面の光学的情報をグラフィック表
示するので、観測者の視覚に直接的に訴えつつ光学的な
観測を行い、さらに被測定試料の測定対象表面における
表面粗さと各種の光学的特性を同時かつ同一箇所におい
て測定可能とし、複合材料や傾斜機能材料では表面粗さ
測定と同時に異種材質相互間の分散状態等に関する光学
的情報を得たり、集積回路等ではその表面配線パターン
を確認すると同時に配線材と基板等との光学的な差異を
用いて材質の識別を可能とする等、従来の光触針装置の
有する高精度な表面粗さ測定機能に加えて光学顕微鏡と
同様な光学的観測を行うことができる。
【0046】従来の光触針装置に容易に付加可能であ
り、かつ影響を何等与えないため、従来の光触針装置を
そのまま利用することができる。波長の異なる複数の光
源を使用することにより、被測定試料の測定対象表面の
光学的画像情報をフルカラーで表示したり、任意の波長
に対する吸収率の測定等の各種光学的測定を行うことが
できる。その上、偏光板を光学系に挿入することによ
り、偏光状態に限らず光磁気ディスクに記録された情報
をも読みとることが可能となる。
り、かつ影響を何等与えないため、従来の光触針装置を
そのまま利用することができる。波長の異なる複数の光
源を使用することにより、被測定試料の測定対象表面の
光学的画像情報をフルカラーで表示したり、任意の波長
に対する吸収率の測定等の各種光学的測定を行うことが
できる。その上、偏光板を光学系に挿入することによ
り、偏光状態に限らず光磁気ディスクに記録された情報
をも読みとることが可能となる。
【図1】本発明の装置例を示す光触針利用による表面測
定装置の構成概念図である。
定装置の構成概念図である。
【図2】従来の光触針装置の構成概念図である。
【図3】対物凸レンズと被測定試料の測定対象表面との
距離が、対物凸レンズの焦点距離に等しい場合における
臨界角法の原理図である。
距離が、対物凸レンズの焦点距離に等しい場合における
臨界角法の原理図である。
【図4】対物凸レンズと被測定試料の測定対象表面との
距離が、対物凸レンズの焦点距離より小さい場合におけ
る臨界角法の原理図である。
距離が、対物凸レンズの焦点距離より小さい場合におけ
る臨界角法の原理図である。
【図5】対物凸レンズと被測定試料の測定対象表面との
距離が、対物凸レンズの焦点距離より大きい場合におけ
る臨界角法の原理図である。
距離が、対物凸レンズの焦点距離より大きい場合におけ
る臨界角法の原理図である。
α…光触針装置 β…光触針利用による表面測定装置 D…焦点距離 D1〜D3…距離 Lo…光軸 Li…照射レーザ光 Lr…反射レーザ光 S1,S2…検出信号 S3…スポット走査微動指令信号 S4…画像情報信号 S5…差信号 S6…和信号 1…レーザ光源 2…ハーフミラー 3…対物凸レンズ 4…被測定試料 4a…測定対象表面 4b…被測定点 5…三角プリズム 5a…入射面 5b…出射面 5c…臨界角面 6a…第1の光センサ 6b…第2の光センサ 7…演算処理装置 8…画像表示装置 9…試料台
Claims (9)
- 【請求項1】被測定試料の測定対象表面の被測定点に照
射光を照射し、当該被測定点からの反射光を、当該被測
定試料の測定対象表面から焦点距離だけ離れた位置に配
置した対物レンズを通して所定の角度に配設されたプリ
ズムに入射させ、当該プリズムからの出射光を出射面に
対面した複数の光強度検出手段により前記被測定点毎に
それぞれ独立並行して検出した後、 当該複数の光強度検出手段にて検出されたそれぞれの光
強度の和を、前記被測定点の反射率として検出したこと
を特徴とする光触針利用による表面測定方法。 - 【請求項2】被測定試料の測定対象表面の被測定点に照
射光を照射し、当該被測定点からの反射光を、当該被測
定試料の測定対象表面から焦点距離だけ離れた位置に配
置した対物レンズを通して所定の角度に配設されたプリ
ズムに入射させ、当該プリズムからの出射光を出射面に
対面した複数の光強度検出手段により前記被測定点毎に
それぞれ独立並行して検出した後、 当該複数の光強度検出手段にて検出されたそれぞれの光
強度の和を、前記被測定点の反射率として検出すると共
に、当該複数の光強度検出手段にて検出されたそれぞれ
の光強度の差を、前記被測定点の反射光軸方向の凹凸の
変位量として検出したことを特徴とする光触針利用によ
る表面測定方法。 - 【請求項3】光強度の和は、対応する等高線、明度、色
彩等の画像情報としてグラフィック表示されたことを特
徴とする請求項1又は2記載の光触針利用による表面測
定方法。 - 【請求項4】光強度の差は、対応する等高線、明度、色
彩等の画像情報としてグラフィック表示されたことを特
徴とする請求項2記載の光触針利用による表面測定方
法。 - 【請求項5】光源は、波長の異なる複数の光源であるこ
とを特徴とする請求項1,2,3又は4記載の光触針利
用による表面測定方法。 - 【請求項6】対向する対物レンズと被測定試料は、相対
的に間歇スポット走査移動することを特徴とする請求項
1,2,3,4又は5記載の光触針利用による表面測定
方法。 - 【請求項7】反射光は、当該反射光軸上任意の位置で強
制偏光することを特徴とする請求項1,2,3,4,5
又は6記載の光触針利用による表面測定方法。 - 【請求項8】前後左右微動機構を有する試料台と,当該
試料台上に載定した被測定試料の測定対象表面の被測定
点に照射光を投照する光源と,当該被測定試料の測定対
象表面から焦点距離だけ離れた位置に配置した対物レン
ズと,前記被測定点からの反射光を当該対物レンズを通
して入射自在な所定角度に配置したプリズムと,当該プ
リズムからの出射光を前記被測定点毎にそれぞれ独立並
行して検出自在に出射面に対面した複数の光センサとを
含む光触針装置と、当該光センサからの検出信号を同時
並行入力する加算回路と減算回路と,当該加算回路と減
算回路からの和信号および差信号を画像情報信号に変換
処理した後、当該画像情報信号と前記前後左右微動機構
にスポット走査微動指令信号をそれぞれ出力する制御処
理回路とを含む演算処理装置と、当該画像情報信号を入
力表示する画像表示装置とを備える光触針利用による表
面測定装置。 - 【請求項9】光触針装置は、対物レンズとプリズム間の
反射光軸上に偏光板を挿入することを特徴とする請求項
8記載の光触針利用による表面測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9812593A JPH06307839A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 光触針利用による表面測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9812593A JPH06307839A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 光触針利用による表面測定方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06307839A true JPH06307839A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14211565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9812593A Pending JPH06307839A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 光触針利用による表面測定方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06307839A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008309532A (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Lasertec Corp | 3次元測定装置及び検査装置 |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP9812593A patent/JPH06307839A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008309532A (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Lasertec Corp | 3次元測定装置及び検査装置 |
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