JPS6182113A - 光学的微小変位測定方法 - Google Patents
光学的微小変位測定方法Info
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- JPS6182113A JPS6182113A JP20471484A JP20471484A JPS6182113A JP S6182113 A JPS6182113 A JP S6182113A JP 20471484 A JP20471484 A JP 20471484A JP 20471484 A JP20471484 A JP 20471484A JP S6182113 A JPS6182113 A JP S6182113A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/266—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light by interferometric means
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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〕
本発明は例えば半導体製造装置におけるステッパーや、
その他の各種装置において使用し、対象部材の微小変位
を測定するための光学的微小変位測定方法に関するもの
である。
その他の各種装置において使用し、対象部材の微小変位
を測定するための光学的微小変位測定方法に関するもの
である。
(従来の技術及びその問題点)
微小変位を光学的に測定するための従来の方法としては
、例えば次に示す二つの方法がある。
、例えば次に示す二つの方法がある。
壕ずその−の方法は、干渉計を構成する移動鏡を、変位
を測定すべき対象部材に設置すると共に、干渉縞の像面
の一点に充電検出器を設置し、前記対象部材による移動
鏡の変位に伴う干渉縞の移動量を、前記光電検出器によ
って明暗の変動回数として測定し、この変動回数から前
記対象部材の変位を求めるものでちる。この方法はこの
ように、干渉縞の明暗の1周期、即ち使用°する光源の
半波長に相当する移動鏡の変位を単位として測定するも
のであって、これ以下の微小な変位の測定は難かしいと
いう欠点がある。
を測定すべき対象部材に設置すると共に、干渉縞の像面
の一点に充電検出器を設置し、前記対象部材による移動
鏡の変位に伴う干渉縞の移動量を、前記光電検出器によ
って明暗の変動回数として測定し、この変動回数から前
記対象部材の変位を求めるものでちる。この方法はこの
ように、干渉縞の明暗の1周期、即ち使用°する光源の
半波長に相当する移動鏡の変位を単位として測定するも
のであって、これ以下の微小な変位の測定は難かしいと
いう欠点がある。
次に、以上の方法よりも精度の高い測定方法としてビー
ト測定方式の測定方法が広く用いられている。この方法
は干渉計で干渉させる2光波間に僅かな周波数差を与え
ることにより、像面で時間的に正弦波状に変動するビー
ト信号を形成し、前記移動鏡の変位に対応したビート周
波数の変化によって、移動鏡を設置した対象部材の変位
を測定するものである。この方法では周波数変化した信
号を時間積分し、基準となる信号と比較することにより
、移動鏡、対象部材の変位を、光源の半波長の1/10
0〜1/1000の精度で測定することができ、また変
位の方向も知ることができる。
ト測定方式の測定方法が広く用いられている。この方法
は干渉計で干渉させる2光波間に僅かな周波数差を与え
ることにより、像面で時間的に正弦波状に変動するビー
ト信号を形成し、前記移動鏡の変位に対応したビート周
波数の変化によって、移動鏡を設置した対象部材の変位
を測定するものである。この方法では周波数変化した信
号を時間積分し、基準となる信号と比較することにより
、移動鏡、対象部材の変位を、光源の半波長の1/10
0〜1/1000の精度で測定することができ、また変
位の方向も知ることができる。
しかしながら、この方法では周波数安定化レーザ等の周
波数の安定した光源が必要であると共に、周波数差も作
らなければならないこと等から、装置が非常に高価とな
ってしまうという欠点がある。
波数の安定した光源が必要であると共に、周波数差も作
らなければならないこと等から、装置が非常に高価とな
ってしまうという欠点がある。
(問題点を解決するための手段並びに作用〕本発明は以
上の従来の光学的微小変位測定方法の欠点を解決し、簡
素な構成で高精度に微小変位を測定し得るようにするこ
とを目的とするものである。以下本発明を実施例に基づ
いて詳述すると次の通りである。
上の従来の光学的微小変位測定方法の欠点を解決し、簡
素な構成で高精度に微小変位を測定し得るようにするこ
とを目的とするものである。以下本発明を実施例に基づ
いて詳述すると次の通りである。
第1図に於いて符号ムは干渉計を包括的に示すもので、
符号1はHe−n6レーザ、半導体レーザ等の単色点光
源、2は固定鏡、3は移動鏡、4はビームスプリッタ、
5は適宜個所に構成した像面である。干渉計ムは像面5
に格子状の等間隔干渉縞Bを形成し得る構成であれば、
前述した構成の他適宜の構成で良いことは勿論である。
符号1はHe−n6レーザ、半導体レーザ等の単色点光
源、2は固定鏡、3は移動鏡、4はビームスプリッタ、
5は適宜個所に構成した像面である。干渉計ムは像面5
に格子状の等間隔干渉縞Bを形成し得る構成であれば、
前述した構成の他適宜の構成で良いことは勿論である。
尚、図示例の干渉計Aに於いては、例えば固定鏡2に微
小角のティルトを与えることによって像面5に格子状の
等間隔干渉縞を形成することができる。しかして、干渉
計ムを構成する移動鏡3を、変位を測定すべき対象部材
6に設置すると共に、前記像面5には、前記干渉縞Bを
横断する方向に多数の充電変換部7,7゜・・・・・・
を配列させるようにイメージセンサユを設置する。ここ
で、干渉縞Bを横断する方向とは、該干渉JIBに直角
の方向は勿論の事、直角の方向から適宜傾けた方向をも
示すものである。またイメージセンサユとしては、ホト
ダイオード等の光電変換部?、7,7.・・・を−次元
的に配列したMO3型リニアイメージセンサ等の構成と
する他、COD素子や撮像管等の二次元のイメージセン
サを、−次元対応部分だけを着目するようにして使用し
ても良い。符号Cは前記イメージセンサユによって所定
のデータを得て必要な処理を行なうためのデータ収集、
処理部であり、このデータ収集、処理部0の構成は後述
の機能を有する構成であれば適宜である。
小角のティルトを与えることによって像面5に格子状の
等間隔干渉縞を形成することができる。しかして、干渉
計ムを構成する移動鏡3を、変位を測定すべき対象部材
6に設置すると共に、前記像面5には、前記干渉縞Bを
横断する方向に多数の充電変換部7,7゜・・・・・・
を配列させるようにイメージセンサユを設置する。ここ
で、干渉縞Bを横断する方向とは、該干渉JIBに直角
の方向は勿論の事、直角の方向から適宜傾けた方向をも
示すものである。またイメージセンサユとしては、ホト
ダイオード等の光電変換部?、7,7.・・・を−次元
的に配列したMO3型リニアイメージセンサ等の構成と
する他、COD素子や撮像管等の二次元のイメージセン
サを、−次元対応部分だけを着目するようにして使用し
ても良い。符号Cは前記イメージセンサユによって所定
のデータを得て必要な処理を行なうためのデータ収集、
処理部であり、このデータ収集、処理部0の構成は後述
の機能を有する構成であれば適宜である。
しかして本発明は以上の構成に於いて、前記イメージセ
ンサユによって所定時間毎に干渉縞Bを走査して、不要
信号を含む光の強度信号の分布を測定し、しかる後この
光の強度信号の分布を表わす関数に対して、静止した前
記干渉縞1周期の走査に要する時間に対応する周波数に
″ついてのフーーリエ級数の正弦項並びに余弦項を演
算すると共にこれらの比を演算することにより、前記干
渉縞Bの位相信号を前記不要信号と分離し、この位相信
号から前記対象部材の変位を求めることを特徴とするも
のである。そこで次に測定原理を説明する。
ンサユによって所定時間毎に干渉縞Bを走査して、不要
信号を含む光の強度信号の分布を測定し、しかる後この
光の強度信号の分布を表わす関数に対して、静止した前
記干渉縞1周期の走査に要する時間に対応する周波数に
″ついてのフーーリエ級数の正弦項並びに余弦項を演
算すると共にこれらの比を演算することにより、前記干
渉縞Bの位相信号を前記不要信号と分離し、この位相信
号から前記対象部材の変位を求めることを特徴とするも
のである。そこで次に測定原理を説明する。
倉τ図叫は干渉計Aの像面5に形成される格子状の等間
隔干渉#lBの、その横断方向の光の強度分布を示すも
ので、このように干渉縞Bの光の強度は、横断方向に正
弦波状に変化する。
隔干渉#lBの、その横断方向の光の強度分布を示すも
ので、このように干渉縞Bの光の強度は、横断方向に正
弦波状に変化する。
そしてこの干渉縞Bは対象部材6に設置した移動g13
が光軸方向に移動すると、その振幅と周期を一定に保ち
ながら図中右方または左方に移動、即ち位相が変化する
。しかしてイメージセンサユは、かかる干渉に&Bを所
定時間毎に走査し、一端側から他端側に至る多数の光電
変換部7.7.・・・・・・によって、クロックパルス
等毎に順次歩進的に、干渉縞Bの対応部分の光の強度を
電気信号に変換し、強度分布をシリアル信号としてデー
タ収集、処理部Oに出力する。
が光軸方向に移動すると、その振幅と周期を一定に保ち
ながら図中右方または左方に移動、即ち位相が変化する
。しかしてイメージセンサユは、かかる干渉に&Bを所
定時間毎に走査し、一端側から他端側に至る多数の光電
変換部7.7.・・・・・・によって、クロックパルス
等毎に順次歩進的に、干渉縞Bの対応部分の光の強度を
電気信号に変換し、強度分布をシリアル信号としてデー
タ収集、処理部Oに出力する。
そこで、いま前記移動鏡3の端面が時f81t=Oにお
ける位置を基準として時間の経過と共に瞼イ図倶に示す
ように変化し念ものとする。尚、図中符号t↓(t1%
t2、t3、t4、・・・)は夫々ふ回目に於ける
走査開始時点を示すもので、また図中に描かれている3
本づつの縦線は、前記イメージセンサ−上に3本の干渉
縞Bが現われているとした場合において、夫々の走査開
始時点tシ(t工、t2、t3、・・・)から夫々1/
2)3/z% 5/2周期目の時点を表わすものであ
る。
ける位置を基準として時間の経過と共に瞼イ図倶に示す
ように変化し念ものとする。尚、図中符号t↓(t1%
t2、t3、t4、・・・)は夫々ふ回目に於ける
走査開始時点を示すもので、また図中に描かれている3
本づつの縦線は、前記イメージセンサ−上に3本の干渉
縞Bが現われているとした場合において、夫々の走査開
始時点tシ(t工、t2、t3、・・・)から夫々1/
2)3/z% 5/2周期目の時点を表わすものであ
る。
しかしてb回目の走査開始時点tLにおける移動@3の
、基準位置からの変位をILs 静止した干渉taB
の1周期を走査するのに要する時間なτ、τの逆数であ
るサンプリング周波数をfo(=”/τ〕並びに移動鏡
3の移動速度を7とすると、↓回目の走査におけるm周
期目の光の強度の分布は次の関数で表わすことができる
。
、基準位置からの変位をILs 静止した干渉taB
の1周期を走査するのに要する時間なτ、τの逆数であ
るサンプリング周波数をfo(=”/τ〕並びに移動鏡
3の移動速度を7とすると、↓回目の走査におけるm周
期目の光の強度の分布は次の関数で表わすことができる
。
IA−yz(t)=fL+bcojFr(f□+ )
tλ 但し、aはパックグラウンドの光の強度、bは干渉縞B
のコントラストによって決まる定数並びにδは位相定数
である。
tλ 但し、aはパックグラウンドの光の強度、bは干渉縞B
のコントラストによって決まる定数並びにδは位相定数
である。
このようにイメージセンサ−によって測定される光のl
lji度分布には前記係数巳、bによる不要信号が含ま
れており、必要とする位相信号をこの不要信号から分離
しなければならない。
lji度分布には前記係数巳、bによる不要信号が含ま
れており、必要とする位相信号をこの不要信号から分離
しなければならない。
そこで、移動鏡3の移動速度Vが前記時間τで一定であ
ると見做し、(1)式で表わされる関数に対して、前記
サンプリング周波数fOについてのフーリエ級数の正弦
項並びに余弦項を演算、 2π ハ1(−rτ〕 ・・・・・・(2) λ 、 2π j & ?L (−?τ〕・・・・・・(3)λ である。ここて、 3の変位である。以上の演算を行なうことにより、(1
)式における係数aが消去されることがわかる。
ると見做し、(1)式で表わされる関数に対して、前記
サンプリング周波数fOについてのフーリエ級数の正弦
項並びに余弦項を演算、 2π ハ1(−rτ〕 ・・・・・・(2) λ 、 2π j & ?L (−?τ〕・・・・・・(3)λ である。ここて、 3の変位である。以上の演算を行なうことにより、(1
)式における係数aが消去されることがわかる。
次いで(2)、(31式の比を演算すると、となり、(
1)式に於ける係数すも消去されることがわかる。ここ
で デくくλf/z ・・・・・・(6)が成り立つ範
囲では という近似が成り立ち、よってイメージセンサ7によっ
て測定した光の強度分布から、所望の位相信号又は変位
を、前記不要信号と分離して求めることができる。尚、
位相信号は(力式から明らかなように(−−、−)の間
の主値を取るので、この範囲を越えた場合には、その値
は不連続にジャンプするので、この場合には位相変化の
連続性を仮定して適宜の方法で補正すれば良い。また隣
接の周期の位相信号の差が±πを越える場合に生ずる値
のジャンプについても、光の強度分布の全体を見ながら
の手動補正等の適宜の方法で補正すれば良い。以上の補
正は、位相信号が前記範囲を越え念場合に必要となるの
であって、この範囲以内に於いての使用に際しては必要
でない。
1)式に於ける係数すも消去されることがわかる。ここ
で デくくλf/z ・・・・・・(6)が成り立つ範
囲では という近似が成り立ち、よってイメージセンサ7によっ
て測定した光の強度分布から、所望の位相信号又は変位
を、前記不要信号と分離して求めることができる。尚、
位相信号は(力式から明らかなように(−−、−)の間
の主値を取るので、この範囲を越えた場合には、その値
は不連続にジャンプするので、この場合には位相変化の
連続性を仮定して適宜の方法で補正すれば良い。また隣
接の周期の位相信号の差が±πを越える場合に生ずる値
のジャンプについても、光の強度分布の全体を見ながら
の手動補正等の適宜の方法で補正すれば良い。以上の補
正は、位相信号が前記範囲を越え念場合に必要となるの
であって、この範囲以内に於いての使用に際しては必要
でない。
次に前述の積分演算に際して必要な周波数fい即ち静止
状態の干渉MBの1周期を走査するのに要する時間τの
逆数は、移動鏡3が静止状態においてイメージセンサユ
によって測定した光の強度分布データにより容易に算出
することができ、この値を適宜方法で記憶させて以降の
測定中保持することにより干渉縞が移動状態における前
記積分演算に供することができる。ところで干渉縞Bが
静止状態におけるサンプリング周波数をfOとすると、
移動状態においてはfo+2?/λ となる。そこで、
移動鏡3の移動速度rを、干渉縞Bの移對方向が、イメ
ージセンサユの走査方向と逆になる場合を正とすると、
かかる移動方向に対してはサンプリング周波数が高くな
り、これと逆の方向に対しては低くなるので、かかるサ
ンプリング周波数の変化もしくはこの逆数の時間τの変
化を検出することにより、本発明は前述した変位と共に
、移動の方向をも測定することができる。
状態の干渉MBの1周期を走査するのに要する時間τの
逆数は、移動鏡3が静止状態においてイメージセンサユ
によって測定した光の強度分布データにより容易に算出
することができ、この値を適宜方法で記憶させて以降の
測定中保持することにより干渉縞が移動状態における前
記積分演算に供することができる。ところで干渉縞Bが
静止状態におけるサンプリング周波数をfOとすると、
移動状態においてはfo+2?/λ となる。そこで、
移動鏡3の移動速度rを、干渉縞Bの移對方向が、イメ
ージセンサユの走査方向と逆になる場合を正とすると、
かかる移動方向に対してはサンプリング周波数が高くな
り、これと逆の方向に対しては低くなるので、かかるサ
ンプリング周波数の変化もしくはこの逆数の時間τの変
化を検出することにより、本発明は前述した変位と共に
、移動の方向をも測定することができる。
本発明は以上の通り、干渉taBの光の強度分布を測定
するセンサとして、イメージセンサを使用しているが、
このイメージセンサ例えばXO8型リニアイメージセン
サは汎用性が有って安価ではあるものの、素子毎の感度
のバラツキ等の問題があって通常は簡単な0N−OFF
的な使い方が多く、精度の面で本発明のような使い方は
少ない。ところが不発明は光の強度の分布を測定した後
、この光の強度の分布を表わす関数に対して前述した演
算を行なって前記干渉縞の位相信号を不要信号と分離す
るものであって、言わば時間領域における同期検出法と
言われる手法と同様の効果を空間的に変化する信号に実
現したものであるから、前述したイメージセンサの問題
があるにも係らず高精度の測定を行なうことができる。
するセンサとして、イメージセンサを使用しているが、
このイメージセンサ例えばXO8型リニアイメージセン
サは汎用性が有って安価ではあるものの、素子毎の感度
のバラツキ等の問題があって通常は簡単な0N−OFF
的な使い方が多く、精度の面で本発明のような使い方は
少ない。ところが不発明は光の強度の分布を測定した後
、この光の強度の分布を表わす関数に対して前述した演
算を行なって前記干渉縞の位相信号を不要信号と分離す
るものであって、言わば時間領域における同期検出法と
言われる手法と同様の効果を空間的に変化する信号に実
現したものであるから、前述したイメージセンサの問題
があるにも係らず高精度の測定を行なうことができる。
そこで次にイメージセンサlによる誤差について説明す
る。
る。
イメージセンサlによる各光電変換部7,71・・・・
・・に対応する干渉縞Bの光の強度分布の測定データの
バラツキは、ごみ等による干渉縞Bの明るさの斑、前記
光電変換部7,7.・・・・・・毎の感度のバラツキ、
夫々に対応する回路に混入するノイズ等による原因が考
えられ、いずれにしても前記(1)式に和の形で入って
くる。即ち、いまシ回目の走査における篤周期目のコ番
目の光電変換部7に混入するノイズをn(tj)とする
と、(1)式は次のように書き換えられる。
・・に対応する干渉縞Bの光の強度分布の測定データの
バラツキは、ごみ等による干渉縞Bの明るさの斑、前記
光電変換部7,7.・・・・・・毎の感度のバラツキ、
夫々に対応する回路に混入するノイズ等による原因が考
えられ、いずれにしても前記(1)式に和の形で入って
くる。即ち、いまシ回目の走査における篤周期目のコ番
目の光電変換部7に混入するノイズをn(tj)とする
と、(1)式は次のように書き換えられる。
ここでn(tj)は平均値が0で、標準偏差が壜の確率
変数である。そして係数すは片振幅であルカラ、SN比
5(t)を、5(t)=ri′″b/S・・・・・・(
9)と定翰する。また干渉縞1周期当りの光電変換部7
,7.・・・・・・の数はM個とすると、位相誤差Δψ
のrms値は、 (Δψ)rms=1///Ts −、−−−・(1
(1となる。−例として256個の充電変換部7゜7、
・・・・・・を有するイメージセンサL上に3本の干渉
縞Bがあるとした場合はM −= 25673 = 9
5となる。
変数である。そして係数すは片振幅であルカラ、SN比
5(t)を、5(t)=ri′″b/S・・・・・・(
9)と定翰する。また干渉縞1周期当りの光電変換部7
,7.・・・・・・の数はM個とすると、位相誤差Δψ
のrms値は、 (Δψ)rms=1///Ts −、−−−・(1
(1となる。−例として256個の充電変換部7゜7、
・・・・・・を有するイメージセンサL上に3本の干渉
縞Bがあるとした場合はM −= 25673 = 9
5となる。
イメージセンサユに於ける各光電変換部7,7゜・・・
・・・の感度のバラツキは数%程度であり、5=10と
仮定す−ると、 」Δψlrms= o、o 12 rad とtLる
。
・・・の感度のバラツキは数%程度であり、5=10と
仮定す−ると、 」Δψlrms= o、o 12 rad とtLる
。
これから、2πに対する誤差率(即ちλ/2に対する誤
差率〕は0.2%となる。このように本発明はイメージ
センサlの問題がおるにも係らず高精度の測定を行なえ
ることがわかる。
差率〕は0.2%となる。このように本発明はイメージ
センサlの問題がおるにも係らず高精度の測定を行なえ
ることがわかる。
次に(6)、(7)、(力2式に於ける近似に伴う誤差
について説明する。まず(5)〜(7)、(71’式に
於いとすると、近似を行なわない場合の位相信号ψLt
rLは、 であるから、この00式の右辺第2項の寄与により近似
誤差が生じる。即ち誤差へψは ここでKは00式より、直接測定したデータから演算に
よって求められる量であり、またεは定数である。前記
誤差は1Kl=、のとき最大値1△9’1max =e
/B となり、またそのrms値は1Δψlrms
=ε/4となることがαり式より導かれる。−例として
λ/2.=0.5間、?=5vs / S並びにf’o
=250Hzとするト、ε;0.04となり、よって夫
々1△ψ1max=o、02rad11”9’l rm
s = O,Ol radとな・る。これらの値を前述
した様に2πに対する誤差率で表わすと夫々0.3%、
0.15%となる。
について説明する。まず(5)〜(7)、(71’式に
於いとすると、近似を行なわない場合の位相信号ψLt
rLは、 であるから、この00式の右辺第2項の寄与により近似
誤差が生じる。即ち誤差へψは ここでKは00式より、直接測定したデータから演算に
よって求められる量であり、またεは定数である。前記
誤差は1Kl=、のとき最大値1△9’1max =e
/B となり、またそのrms値は1Δψlrms
=ε/4となることがαり式より導かれる。−例として
λ/2.=0.5間、?=5vs / S並びにf’o
=250Hzとするト、ε;0.04となり、よって夫
々1△ψ1max=o、02rad11”9’l rm
s = O,Ol radとな・る。これらの値を前述
した様に2πに対する誤差率で表わすと夫々0.3%、
0.15%となる。
以上のイメージセンサユに起因する誤差並びに近似によ
る誤差を合わせ、更に長手の余裕を持たせても、本発明
は干渉縞1本に対してrms値で0.5%程度の誤差に
抑えることが十分に可能であり、以って高精度の測定を
行なうことができる。
る誤差を合わせ、更に長手の余裕を持たせても、本発明
は干渉縞1本に対してrms値で0.5%程度の誤差に
抑えることが十分に可能であり、以って高精度の測定を
行なうことができる。
以上説明した演算やその他の制御は、前記データ収集、
処理部Cにおいて、マイクロコンピュータ等のディジタ
ルコンピュータや、専用のハードウェア、アナグロコン
ピュータ等の適宜の演算、制御機構を用いて行なうこと
ができ、また測定結果の表示や出力も必要に応じて適宜
の装置に適宜の形式で行なうことができる。
処理部Cにおいて、マイクロコンピュータ等のディジタ
ルコンピュータや、専用のハードウェア、アナグロコン
ピュータ等の適宜の演算、制御機構を用いて行なうこと
ができ、また測定結果の表示や出力も必要に応じて適宜
の装置に適宜の形式で行なうことができる。
実施例に於いて第1図に示すデータ収集、処理部Cは、
以上の機構をマイクロコンピュータ装置によって実現し
たもので、図において符号8は前置増巾器、9は前置増
巾器8を介してのイメージセンサ7のアナログ量をディ
ジタル量に変換するA/Dコンバータ、10はCRT。
以上の機構をマイクロコンピュータ装置によって実現し
たもので、図において符号8は前置増巾器、9は前置増
巾器8を介してのイメージセンサ7のアナログ量をディ
ジタル量に変換するA/Dコンバータ、10はCRT。
プロッタ、プリンタ等の出力装置、11はフロッピーデ
ィスク装置等の補助記憶装置、12はマイクロコンピュ
ータである。かかる実施例に於いてイメージセンサ7か
らの光の強度分布のシリアル信号は、増巾、ピークホー
ルド、ム/D変換のプロセスを経てマイクロコンピュー
タ12のRAMに配列変数として格納し、この際イメー
ジセンサヱを制御する所定のスタートパルス、クロック
パルスやム/Dコンバータ9のスタートパルス等の制御
はマイクロコンピュータ12により、ソフトウェアある
いは一部のハードウェアで行なわせる。次いでマイクロ
コンピュータ12により、前記(2)、(3)式の一シ
九(grf□t) 、coa(9πfot) に相当
する関数をソフトウェア等で発生させて前記+2)、(
3)、(5)並びに(力または(7)′の演算を行なわ
せて前記位相信号または変位を求め、これを適宜の出力
装置10に出力する。この際、サンプリング周波数fo
は対象部材6、そして干渉縞Bが静止状態に於ける測定
に於いて予め求めて記憶させておき、前記演算に使用す
る。この演算に加えて測定時のサンプリング周波数と前
記サンプリング周波数f、の比較を行なって移動方向を
求め、これを前記出力装置10に出力する。
ィスク装置等の補助記憶装置、12はマイクロコンピュ
ータである。かかる実施例に於いてイメージセンサ7か
らの光の強度分布のシリアル信号は、増巾、ピークホー
ルド、ム/D変換のプロセスを経てマイクロコンピュー
タ12のRAMに配列変数として格納し、この際イメー
ジセンサヱを制御する所定のスタートパルス、クロック
パルスやム/Dコンバータ9のスタートパルス等の制御
はマイクロコンピュータ12により、ソフトウェアある
いは一部のハードウェアで行なわせる。次いでマイクロ
コンピュータ12により、前記(2)、(3)式の一シ
九(grf□t) 、coa(9πfot) に相当
する関数をソフトウェア等で発生させて前記+2)、(
3)、(5)並びに(力または(7)′の演算を行なわ
せて前記位相信号または変位を求め、これを適宜の出力
装置10に出力する。この際、サンプリング周波数fo
は対象部材6、そして干渉縞Bが静止状態に於ける測定
に於いて予め求めて記憶させておき、前記演算に使用す
る。この演算に加えて測定時のサンプリング周波数と前
記サンプリング周波数f、の比較を行なって移動方向を
求め、これを前記出力装置10に出力する。
更に位相信号が前述したように不連続にジャンプした場
合には、位相変化の連続性を仮定して判断文を入れる等
、ソフトウェアによって自動補正を行なうことができる
し、自動補正が不完全な場合にはCRT上等の各種デー
タを参照して手動補正することもできる。以上の具体的
構成では、変位を測定しこれを出力するだけの装置を示
しているが、この他変位の測定結果をリアルタイムにフ
ィードバックして前記対象部材6等の移動を制御するよ
うに構成しても良いことは勿論である。
合には、位相変化の連続性を仮定して判断文を入れる等
、ソフトウェアによって自動補正を行なうことができる
し、自動補正が不完全な場合にはCRT上等の各種デー
タを参照して手動補正することもできる。以上の具体的
構成では、変位を測定しこれを出力するだけの装置を示
しているが、この他変位の測定結果をリアルタイムにフ
ィードバックして前記対象部材6等の移動を制御するよ
うに構成しても良いことは勿論である。
第4図は本発明を適用した測定結果を示すもので、これ
は前記移動fR3を対象部材6としての、両端を固定し
た板のほぼ中央に設置して、この板の振動の様子を調べ
るものである。この際、光源の波長は633 nmであ
る。その結果、本発明は片振幅約8.5nm、振動数的
6.4 Hzのきわめて微小な振動を明確に検出し得る
ことがわかる。尚、図中3本の曲線は前述と同様にイメ
ージセンサL上に3本の干渉縞Bを対応させる状態で測
定したためである。
は前記移動fR3を対象部材6としての、両端を固定し
た板のほぼ中央に設置して、この板の振動の様子を調べ
るものである。この際、光源の波長は633 nmであ
る。その結果、本発明は片振幅約8.5nm、振動数的
6.4 Hzのきわめて微小な振動を明確に検出し得る
ことがわかる。尚、図中3本の曲線は前述と同様にイメ
ージセンサL上に3本の干渉縞Bを対応させる状態で測
定したためである。
(発明の効果)
本発明は以上の通り、干渉縞を横断する方向にイメージ
センサを設置して、この方向に於ける光の強度の分布を
走査によって測定し、しかる後この光の強度の分布を表
わす関数に対して前述した演算を行なって前記干渉縞の
位相信号を不要信号と分離するものであって、言わば時
間領域における同期検出法と言われる手法と同様の効果
を空間的に変化する信号に実現したものであるから非常
に精度が高く、使用する光の波長の”/100以下のオ
ーダの変位測定も容易に行なえるという効果がある。特
に本発明は前述したビート測定方式の測定方法と比較し
て、周波数安定化レーザを取り立てて使用する必要がな
くて、一般的なHe−Neレーザや半導体レーザを使用
することができ、また周波数差を作る必要もないので構
造が簡素化され、そして安価に構成し得るという効果が
ある。また本発明は素子毎の感度のバラツキ等の問題が
あるイメージセンサを直接のデータ測定に使用するもの
でありながら前述した通り同期検出的な手法を適用して
いるので、高精度の測定を行なうことができ、即ち汎用
的で安価なイメージセンサを高精度の測定に使用し得る
という効果がある。
センサを設置して、この方向に於ける光の強度の分布を
走査によって測定し、しかる後この光の強度の分布を表
わす関数に対して前述した演算を行なって前記干渉縞の
位相信号を不要信号と分離するものであって、言わば時
間領域における同期検出法と言われる手法と同様の効果
を空間的に変化する信号に実現したものであるから非常
に精度が高く、使用する光の波長の”/100以下のオ
ーダの変位測定も容易に行なえるという効果がある。特
に本発明は前述したビート測定方式の測定方法と比較し
て、周波数安定化レーザを取り立てて使用する必要がな
くて、一般的なHe−Neレーザや半導体レーザを使用
することができ、また周波数差を作る必要もないので構
造が簡素化され、そして安価に構成し得るという効果が
ある。また本発明は素子毎の感度のバラツキ等の問題が
あるイメージセンサを直接のデータ測定に使用するもの
でありながら前述した通り同期検出的な手法を適用して
いるので、高精度の測定を行なうことができ、即ち汎用
的で安価なイメージセンサを高精度の測定に使用し得る
という効果がある。
本発明は以上の通りであって、例えは半導体製造装置に
おけるステッパーや、その他の各種装置において使用し
、対象部位の微小変位を高精度に測定し得るという効果
がある。
おけるステッパーや、その他の各種装置において使用し
、対象部位の微小変位を高精度に測定し得るという効果
がある。
第1図(a)は本発明の構成要素の一例を示す概略説明
図、第1図[有])は(a)のX−X線拡大説明図、第
2図は干渉縞の間断方向の光の強度分布を示す説明図、
第3図は本発明の動作を示す説明図、第4図は測定結果
の一例図である。 ゛符号A・・・干渉計、B・・・干
渉縞、c・・・データ収集処理部、1・・・単色点光源
、2・・・固定鏡、3・・・移動鏡、4°°°ビームス
プリツタ、5・・・像面、6・・・対象部材、ユ・・・
イメージセンサ、7.7.・・・・・・光電変換部;
8・・・前置増巾器、9・・・A/Dコンバータ、10
・・・出力装置、11・・・補助記憶装置、12・・・
マイクロコンピュータ。
図、第1図[有])は(a)のX−X線拡大説明図、第
2図は干渉縞の間断方向の光の強度分布を示す説明図、
第3図は本発明の動作を示す説明図、第4図は測定結果
の一例図である。 ゛符号A・・・干渉計、B・・・干
渉縞、c・・・データ収集処理部、1・・・単色点光源
、2・・・固定鏡、3・・・移動鏡、4°°°ビームス
プリツタ、5・・・像面、6・・・対象部材、ユ・・・
イメージセンサ、7.7.・・・・・・光電変換部;
8・・・前置増巾器、9・・・A/Dコンバータ、10
・・・出力装置、11・・・補助記憶装置、12・・・
マイクロコンピュータ。
Claims (1)
- 像面に格子状の等間隔干渉縞を形成するようにした干渉
計を構成する移動鏡を、変位を測定すべき対象部材に設
置すると共に、適宜像面には、前記干渉縞を横断する方
向に多数の光電変換部を配列させるようにイメージセン
サを設置し、該イメージセンサによって所定時間毎に干
渉縞を走査して、不要信号を含む光の強度の分布を測定
し、しかる後この光の強度の分布を表わす関数に対して
、静止した前記干渉縞1周期の走査に要する時間に対応
する周波数についてのフーリエ級数の正弦項並びに余弦
項を演算すると共にこれらの比を演算することにより、
前記干渉縞の位相信号を前記不要信号と分離し、この位
相信号から前記対象部材の変位を求めることを特徴とす
る光学的微小変位測定方法
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20471484A JPS6182113A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 光学的微小変位測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20471484A JPS6182113A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 光学的微小変位測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6182113A true JPS6182113A (ja) | 1986-04-25 |
Family
ID=16495090
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20471484A Pending JPS6182113A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 光学的微小変位測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6182113A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63151802A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-24 | Rikagaku Kenkyusho | 高精度偏光干渉計 |
FR2618891A1 (fr) * | 1987-07-31 | 1989-02-03 | Photonetics | Procede et dispositif de mesure par l'analyse d'un spectre lumineux cannele, notamment de mesure d'un deplacement de faible amplitude d'une surface mobile, eventuellement representatif de la variation d'une grandeur physique convertible en un tel deplacement |
GR1000329B (el) * | 1988-02-24 | 1992-06-25 | Hughes Aircraft Co | Αισθητηρας πιεσεως/θερμοκρασιας με φιλτρο στενης ζωνης. |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS578401A (en) * | 1980-05-19 | 1982-01-16 | Barasuburamanian Enu | Method of and apparatus for measuring optical path difference with optical interferometer |
-
1984
- 1984-09-29 JP JP20471484A patent/JPS6182113A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS578401A (en) * | 1980-05-19 | 1982-01-16 | Barasuburamanian Enu | Method of and apparatus for measuring optical path difference with optical interferometer |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63151802A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-24 | Rikagaku Kenkyusho | 高精度偏光干渉計 |
FR2618891A1 (fr) * | 1987-07-31 | 1989-02-03 | Photonetics | Procede et dispositif de mesure par l'analyse d'un spectre lumineux cannele, notamment de mesure d'un deplacement de faible amplitude d'une surface mobile, eventuellement representatif de la variation d'une grandeur physique convertible en un tel deplacement |
GR1000329B (el) * | 1988-02-24 | 1992-06-25 | Hughes Aircraft Co | Αισθητηρας πιεσεως/θερμοκρασιας με φιλτρο στενης ζωνης. |
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