JPH0650720A - 高さ測定方法および装置 - Google Patents
高さ測定方法および装置Info
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- JPH0650720A JPH0650720A JP4102656A JP10265692A JPH0650720A JP H0650720 A JPH0650720 A JP H0650720A JP 4102656 A JP4102656 A JP 4102656A JP 10265692 A JP10265692 A JP 10265692A JP H0650720 A JPH0650720 A JP H0650720A
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Abstract
がある場合に、正確に高さを測定する。 【構成】測定物14を裁置しXYステージを有する測定
台1と、測定台1にレーザ光を垂直に照射し垂直方向へ
の反射光を第1のレンズで集光しビームスプリッタ6で
分割後第1のPSD9上に結像させる投受光光学系2
と、測定台1の斜め上方から反射光を受光する受光光学
系10と、受光光学系10の第2のPSD12および投
受光光学系2の第1のPSD9の受光位置から測定物1
4の高さを求める信号処理回路13とで構成される。 【効果】反射強度の不均一な物における反射ビームの強
度重心位置ずれ、入射ビームの位置ずれに起因する測定
誤差を補正又は無効として正確に高さ測定できる。
Description
置に関し、特に反射率の大きく異なる面の混在する測定
物の高さを測定する方法および装置に関する。
に、次の(a)〜(d)を備えている。 (a)測定物60を載置しXYステージを有する測定台
50 (b)レーザ52と、レーザ52のビーム径を所要のビ
ーム径に拡大するビーム拡大器53と、ビーム拡大器5
3で拡大されたレーザ光を測定台50の測定面上で所要
のビーム径に収束する第1のレンズ54と、レーザ光を
測定物60に向けて鉛直下方に反射する反射ミラー55
とで構成される投光光学系51 (c)測定台50の斜め上方に置かれレーザ光の測定物
60からの反射光の一部を集光する第2のレンズ57
と、第2のレンズ57の結像位置に置かれ反射光を受光
する半導***置検出素子58(以下PSDと略す)とで
構成される受光光学系56 (d)受光光学系56のPSD58の受光位置から三角
測量の原理で測定物60の高さを求める信号処理回路5
9 図7は、測定物60の高さ測定原理を説明するための側
面図である。
て、測定物60からの反射光をレーザの入射方向から角
度θ傾いた方向で第2のレンズ57を介してPSD58
で受光した場合、第2のレンズ57の倍率をmとすると
測定物60の高さhとPSD58上での距離d(高さh
からの反射光の受光位置と測定台50の基準面からの反
射光の受光位置との間との距離)との関係は、 h=d/(msinθ) で与えられる。従ってPSD58上の受光位置の変位を
測ることで測定物60の高さが測定できる。
反射強度の不均一性がある場合の高さ測定誤差を説明す
るための側面図である。
合、照射ビーム領域内の強度重心はビーム中心と一致
し、PSD58上では受光位置62として検出される。
一方、測定物表面63における反射率が不均一で強度重
心がビーム中心からずれると、それに比例してPSD5
8上での受光検出位置がずれる(受光位置62’,6
2”)。照射レーザ光61のビーム径をD、受光角度を
θとして、反射ビームの強度重心が最大のD/2ずれた
と仮定すれば高さ測定誤差△hは△h=D/2tanθ
となる。
=30°とすれば△h=17.3μmとなる。尚レーザ
の出射角度の変動、レーザ光を走査した場合には走査系
に使用される。
それものの位置ずれも同様にして高さ測定誤差の要因と
なる。
置では、三角測量の原理で反射光の受光位置をもとに測
定物の高さを求める場合に、単に受光ビームの強度重心
位置をビームの中心位置として高さを演算しているた
め、反射率の不均一性および入射ビームの位置ずれによ
る受光ビームの強度重心のずれが高さ測定誤差として生
じるというような問題点があった。
は、レーザ光を垂直に入射した測定物からの斜め方向の
反射光を集光して第2の位置検出型受光素子上に結像さ
せ前記第2の位置検出型受光素子の受光位置から三角測
量により前記測定物の高さを測定し、レーザ光の前記測
定物からの垂直方向への反射光を集光しビームスプリッ
タで入射するレーザ光から分割後に第1の位置検出型受
光素子上に結像させ反射光の強度重心位置を検出し入射
中心からのずれ量を求めることにより照射ビーム領域内
における反射率不均一性および入射ビームの位置ずれに
起因する測定誤差を求め、この測定誤差により前記第2
の位置検出型受光素子による測定結果を補正することを
特徴とする。
載置しXYステージを有する測定台と、(B)レーザ
と、前記レーザのビーム径を所要のビーム径に拡大する
ビーム拡大器と、前記ビーム拡大器を通過したレーザ光
を前記測定台の測定面上で所要のビーム径に収束する第
1のレンズとで構成され、レーザ光を前記測定台の真上
から鉛直下方に投光する投光光学系と、(C)前記測定
台の斜め上方に置かれレーザ光の前記測定台に裁置され
た測定物からの反射光の一部を集光する第3のレンズ
と、前記第3のレンズの結像位置に置かれ反射光を受光
する第2の位置検出型受光素子とで構成される第1の受
光光学系と、(D)前記ビーム拡大器および前記第1の
レンズの間に設けられレーザ光の前記測定物からの鉛直
方向の反射光を投光されるレーザ光から分割するビーム
スプリッタと、前記ビームスプリッタで分割された鉛直
方向の反射光を結像させる第2のレンズと、前記第2の
レンズの結像位置に置かれ鉛直方向の反射光の前記第1
の受光光学系の受光軸の前記測定面への投影方向におけ
るビーム強度重心位置を検出する第1の位置検出型受光
素子とで構成される第2の受光光学系と、(E)前記第
2の位置検出型受光素子の受光位置から三角測量の原理
で前記測定物の高さを求める第1の高さ演算回路と、前
記第1の位置検出型受光素子の受光位置から反射光の強
度重心位置を検出し入射中心からのずれ量を求め照射ビ
ーム領域内における反射強度の不均一性に起因する高さ
測定誤差を演算する第2の高さ演算回路と、前記第1の
高さ演算回路の出力を前記第2の高さ演算回路の出力で
補正し前記測定物の高さを求める第3の高さ演算回路と
で構成される信号処理回路とを備える。
に入射した測定物から斜め方向の反射光を集光して位置
検出型素子上に結像させ前記位置検出型受光素子の受光
位置から三角測量により前記測定物の高さを求め、レー
ザ光の前記測定物からの垂直方向への反射光を集光しビ
ームスプリッタで入射するレーザ光から分割後に二分割
センサ上に結像させ、前記二分割センサの差出力が所定
の値以下の場合のみ前記位置検出型受光素子の受光位置
から求めた前記測定物の高さを有効とすることを特徴と
する。
載置しXYステージを有する測定台と、(B)レーザ
と、前記レーザのビーム径を所要のビーム径に拡大する
ビーム拡大器と、前記ビーム拡大器を通過したレーザ光
を前記測定台の測定面上で所要のビーム径に収束する第
1のレンズとで構成され、レーザ光を前記測定台の真上
から鉛直下方に投光する投光光学系と、(C)前記測定
台の斜め上方に置かれレーザ光の前記測定台に裁置され
た測定物からの反射光の一部を集光する第3のレンズ
と、前記第3のレンズの結像位置に置かれ反射光を受光
する位置検出型受光素子とで構成される第1の受光光学
系と、(D)前記ビーム拡大器および前記第1のレンズ
の間に設けられレーザ光の前記測定物からの鉛直方向の
反射光を投光されるレーザ光から分割するビームスプリ
ッタと、前記ビームスプリッタで分割された鉛直方向の
反射光を結像させる第2のレンズと、前記第2のレンズ
の結像位置に置かれ鉛直方向の反射光の前記第1の受光
光学系の受光軸の前記測定面への投影方向におけるビー
ム強度重心位置に応じた差出力を得る二分割センサとで
構成される第2の受光光学系と、(E)前記位置検出型
受光素子の受光位置から三角測量の原理で前記測定物の
高さを求める高さ演算回路と、前記二分割センサの差出
力が所定の値以下の時のみ前記高さ演算回路で求めた高
さを有効とする選択回路とで構成される信号処理回路、
とを備える。
る。
ある。本実施例は次の(A)〜(D)を備えている。 (A)測定物14を裁置しXYステージを有する測定台
1 (B)レーザ3と、レーザ3のビーム径をレーザ径に拡
大するビーム拡大器4と、ビーム拡大器4を通過したレ
ーザ光を測定台1に対して鉛直に反射する反射ミラー5
と、反射ミラー5で反射したレーザ光を鉛直方向と水平
方向に分割するビームスプリッタ6と、ビームスプリッ
タ6で鉛直方向に通過したレーザ光を測定台1の測定面
上で所要のビーム径に収束する第1のレンズ7と、測定
物14で反射し第1のレンズ7で集光されビームスプリ
ッタ6で水平方向に分光された反射光を集光する第2の
レンズ8と、第2のレンズ8の結像位置に置かれ鉛直反
射ビームの後述される受光光学系10の受光軸の投影方
向におけるビーム強度重心位置を検出する第1のPSD
9とで構成される投受光光学系2 (C)測定台1の斜め上方に置かれ反射光の一部を集光
する第3のレンズ11と、第3の結像位置に置かれ受光
位置を検出する第2のPSD12とで構成される受光光
学系10 (D)受光光学系10の第2のPSD12と、投受光光
学系2の第1のPSD9の受光位置から測定物14の高
さを求める信号処理回路13 図2は、図1に示した信号処理回路13の構成を示した
ブロック図である。
位置のPSD中心からの変位量(d1 とする)をもと
に、受光光学系10の第3のレンズ11の結像倍率m1
および受光光学系10の受光角度θを用いて、式 h1 =d1 /(m1 sinθ)………(1) から高さを求める第1の高さ演算回路15と、投受光光
学系2の第1のPSD9の受光位置のPSD中心からの
変位量(d2 とする)をもとに、第2のレンズ8の結像
倍率m2 および受光光学系10の受光角度θを用いて、
式 h2 =d2 /(m2 tanθ)………(2) から測定物14の反射率不均一に起因する測定誤差を求
める第2の高さ演算回路16と、第1の高さ演算回路1
5の出力(h1)と第2の高さ演算回路16の出力(h
2)を用いて、式 H=h1 −h2 ………(3) から測定誤差を補正し測定物の高さHを求める第3の高
さ演算回路17とで構成される。
定物の平明図、図4(a),(b),(c)は図3に示
した測定物を図1に示した高さ測定装置で測定した時の
特徴を示すグラフである。
領域19および小さい領域18をもつ測定物14’に対
して照射ビーム20の位置が図3で左から右に移動した
とする。この場合照射ビーム20が反射率の異なる2つ
の領域の境界にある間は反射ビームの強度重心が変化
し、重心位置がビームの中心からずれる。このため、図
4(a)に示した第1の高さ演算回路15の出力は左側
の境界領域では見かけ上高さが一度高くなりもとにもど
る。また右側の境界領域では逆に一度低くなりもとにも
どる。
左側の境界に接し始めた時の照射ビーム20の中心の位
置,P2 は領域18の左側の境界から離れ始める時の照
射ビーム20の中心の位置,P3 は領域18の右側の境
界に接し始めた時の照射ビーム20の中心の位置,P4
は領域18の右側の境界から離れ始める時の照射ビーム
20の中心の位置を示す。
出力を示したものである。照射ビーム20が境界領域に
ある場合、反射ビームの強度重心の位置ずれ量に比例し
て高さ変動があらわれる。同図(c)は、第1の高さ演
算回路15の出力から第2の高さ演算回路16の出力を
減算した第3の高さ演算回路17の出力を示したもので
ある。境界領域における反射ビームの強度重心ずれに伴
う誤差がキャンセルされ正確の高さが測定できる。
のうち、第1のPSD9の変わりに二分割センサを用
い、信号処理回路13の変わりに図5に示す信号処理回
路13’を用いたものがある。
のと同じ第1の高さ演算回路15および第1のPSD9
の変わりの二分割センサの差信号出力に基づき第1の高
さ演算回路15の出力を選択する選択回路22を備えて
おり、二分割センサの差信号出力が所定の値より大きい
時、すなわち測定誤差が所定の値より大きい時の第1の
高さ演算回路15の出力は除外して測定物の高さとして
は出力しない。
照射ビーム領域内における反射率の不均一性および入射
ビームの受光軸投影方向への位置ずれに起因する反射光
の強度重心位置ずれを検出する手段をもちかつ強度重心
位置ずれに伴う高さ測定誤差を演算・補正する機能、ま
たは、測定誤差が大きい場合に、そのデータを無効とす
る機能を有しているため反射強度が不均一な物又は入射
ビームの位置ずれが生じる測定物も、正確に高さを測定
できるという効果を有する。
ある。
定物の平面図である。
4’を走査した時の第1の高さ演算回路15の出力を示
す図、第2の高さ演算回路16の出力を示す図および第
3の高さ演算回路17の出力を示す図である。
13’のブロック図である。
る側面図である。
る側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザ光を垂直に入射した測定物からの
斜め方向の反射光を集光して第2の位置検出型受光素子
上に結像させ前記第2の位置検出型受光素子の受光位置
から三角測量により前記測定物の高さを測定し、レーザ
光の前記測定物からの垂直方向への反射光を集光しビー
ムスプリッタで入射するレーザ光から分割後に第1の位
置検出型受光素子上に結像させ反射光の強度重心位置を
検出し入射中心からのずれ量を求めることにより照射ビ
ーム領域内における反射率不均一性および入射ビームの
位置ずれに起因する測定誤差を求め、この測定誤差によ
り前記第2の位置検出型受光素子による測定結果を補正
することを特徴とする高さ測定方法。 - 【請求項2】 (A)測定物を載置しXYステージを有
する測定台と、(B)レーザと、前記レーザのビーム径
を所要のビーム径に拡大するビーム拡大器と、前記ビー
ム拡大器を通過したレーザ光を前記測定台の測定面上で
所要のビーム径に収束する第1のレンズとで構成され、
レーザ光を前記測定台の真上から鉛直下方に投光する投
光光学系と、(C)前記測定台の斜め上方に置かれレー
ザ光の前記測定台に裁置された測定物からの反射光の一
部を集光する第3のレンズと、前記第3のレンズの結像
位置に置かれ反射光を受光する第2の位置検出型受光素
子とで構成される第1の受光光学系と、(D)前記ビー
ム拡大器および前記第1のレンズの間に設けられレーザ
光の前記測定物からの鉛直方向の反射光を投光されるレ
ーザ光から分割するビームスプリッタと、前記ビームス
プリッタで分割された鉛直方向の反射光を結像させる第
2のレンズと、前記第2のレンズの結像位置に置かれ鉛
直方向の反射光の前記第1の受光光学系の受光軸の前記
測定面への投影方向におけるビーム強度重心位置を検出
する第1の位置検出型受光素子とで構成される第2の受
光光学系と、(E)前記第2の位置検出型受光素子の受
光位置から三角測量の原理で前記測定物の高さを求める
第1の高さ演算回路と、前記第1の位置検出型受光素子
の受光位置から反射光の強度重心位置を検出し入射中心
からのずれ量を求め照射ビーム領域内における反射強度
の不均一性に起因する高さ測定誤差を演算する第2の高
さ演算回路と、前記第1の高さ演算回路の出力を前記第
2の高さ演算回路の出力で補正し前記測定物の高さを求
める第3の高さ演算回路とで構成される信号処理回路と
を備えることを特徴とする高さ測定装置。 - 【請求項3】 レーザ光を垂直に入射した測定物から斜
め方向の反射光を集光して位置検出型素子上に結像させ
前記位置検出型受光素子の受光位置から三角測量により
前記測定物の高さを求め、レーザ光の前記測定物からの
垂直方向への反射光を集光しビームスプリッタで入射す
るレーザ光から分割後に二分割センサ上に結像させ、前
記二分割センサの差出力が所定の値以下の場合のみ前記
位置検出型受光素子の受光位置から求めた前記測定物の
高さを有効とすることを特徴とする高さ測定方法。 - 【請求項4】 (A)測定物を載置しXYステージを有
する測定台と、(B)レーザと、前記レーザのビーム径
を所要のビーム径に拡大するビーム拡大器と、前記ビー
ム拡大器を通過したレーザ光を前記測定台の測定面上で
所要のビーム径に収束する第1のレンズとで構成され、
レーザ光を前記測定台の真上から鉛直下方に投光する投
光光学系と、(C)前記測定台の斜め上方に置かれレー
ザ光の前記測定台に裁置された測定物からの反射光の一
部を集光する第3のレンズと、前記第3のレンズの結像
位置に置かれ反射光を受光する位置検出型受光素子とで
構成される第1の受光光学系と、(D)前記ビーム拡大
器および前記第1のレンズの間に設けられレーザ光の前
記測定物からの鉛直方向の反射光を投光されるレーザ光
から分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッ
タで分割された鉛直方向の反射光を結像させる第2のレ
ンズと、前記第2のレンズの結像位置に置かれ鉛直方向
の反射光の前記第1の受光光学系の受光軸の前記測定面
への投影方向におけるビーム強度重心位置に応じた差出
力を得る二分割センサとで構成される第2の受光光学系
と、(E)前記位置検出型受光素子の受光位置から三角
測量の原理で前記測定物の高さを求める高さ演算回路
と、前記二分割センサの差出力が所定の値以下の時のみ
前記高さ演算回路で求めた高さを有効とする選択回路と
で構成される信号処理回路、とを備えることを特徴とす
る高さ測定装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4102656A JP2943499B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 高さ測定方法および装置 |
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JP2943499B2 JP2943499B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=14333282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP4102656A Expired - Lifetime JP2943499B2 (ja) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | 高さ測定方法および装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
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