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JPH07111334B2 - Surface shape measuring device - Google Patents

Surface shape measuring device

Info

Publication number
JPH07111334B2
JPH07111334B2 JP4207129A JP20712992A JPH07111334B2 JP H07111334 B2 JPH07111334 B2 JP H07111334B2 JP 4207129 A JP4207129 A JP 4207129A JP 20712992 A JP20712992 A JP 20712992A JP H07111334 B2 JPH07111334 B2 JP H07111334B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
measured
incident
spot
diameter
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
JP4207129A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH05203431A (en
Inventor
博愛 北島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KYODOKUMIAI BURAITO KITAKYUSHU
Original Assignee
KYODOKUMIAI BURAITO KITAKYUSHU
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KYODOKUMIAI BURAITO KITAKYUSHU filed Critical KYODOKUMIAI BURAITO KITAKYUSHU
Priority to JP4207129A priority Critical patent/JPH07111334B2/en
Publication of JPH05203431A publication Critical patent/JPH05203431A/en
Publication of JPH07111334B2 publication Critical patent/JPH07111334B2/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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 unevenness of an object to be measured by a light spot displacement method in a non-contact manner.

【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 To measure the surface state 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 or speckle pattern by utilizing light scattering, (c) Utilizing light wave interference,
(d) Critical angle method, (e) Light spot displacement method,
Are known. The above method (a) is suitable for measuring a relatively rough surface, but is not suitable for measuring a surface having a roughness of submicron or less. In addition, although (b) to (d) have considerably excellent resolution, 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 light 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. The reflection system is displaced according to 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 measured object, 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, and the like, and for inspecting the shape of the cutting edge of a cutting tool, the tip of a diamond contact needle, and the like.

【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
ている。
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 and shape of the surface of the object to be measured, and both It is impossible to distinguish and extract only the output signal corresponding to the surface roughness and shape. For this reason, it cannot be used for the purpose of inspecting the surface condition of a work piece by incorporating it into a cutting process using a precision lathe or a mirror polishing process, for example, which is a major obstacle to automation of the precision processing process .

【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て高精度の測定を容易に実施で
きるようにすることを課題としてなされたものである。
The present invention pays attention to such a point, and in measurement by the light spot displacement method, disturbance such as vibration of the object to be measured can be removed to easily perform high precision measurement.
The task was to make it possible.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、被測定物表面に2種類の光線によ
小径の光スポットと大径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。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a small-diameter light spot and a large-diameter light spot are generated on the surface of an object to be measured by two kinds of light rays, The surface shape of the object to be measured is detected using the output signal of the reflected light. The above two light spots can be separated by two independent optical systems, or
Can be produced by a single optical system.

【0007】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大径と小径の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。
Further, 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 having a large diameter and a small diameter , and the respective reflected lights are optical paths of other incident lights. The optical system is configured to travel in the direction. In this case, it is preferable to use two light beams separated from the same light source or two light beams mechanically coupled together.

【0008】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。
Further , in the one using one optical system, the diameter of the light spot is varied, and in synchronization with this variation, an output signal corresponding to the small diameter light spot and an output signal corresponding to the large diameter light spot are generated. Separately taken out, the surface shape of the object to be measured is detected by using these two kinds of output signals.

【0009】[0009]

【作用】この発明によれば、光スポットの一方を小径と
し、他方を大径としているので、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共通の情報は相殺
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。
According to the present invention, one of the light spots has a small diameter and the other has a large diameter . Therefore , the output signal due to the reflected light from the light spot having a small diameter causes unevenness of the surface of the object to be measured, mechanical vibration, etc. It contains information about both the displacement of the surface of the object to be measured and the output signal due to the reflected light from the large-diameter spot averages the irregularities that are included in the output signal. It mainly consists of displacement information.
Therefore, by obtaining the difference between the two output signals, the common information corresponding to the displacement of the surface contained in both signals is canceled out, and the signal corresponding to only the unevenness of the surface is taken out and mechanically extracted. Disturbance due to vibration or the like is removed.

【0010】しかも、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。
Moreover, for example, two types of light rays are displayed on the measured object surface.
Two light spots are incident on the same surface from both directions.
Occurs, and each reflected light is in the optical path direction of other incident light
If you choose to proceed to
If the light spot changes depending on whether it changes or the tilt changes,
The mode of change of each output signal due to the reflected light is different.
Change in the position of the DUT surface and tilt.
Allows accurate measurement by clearly distinguishing from changes in slope
It becomes Noh.

【0011】[0011]

【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. It should be noted that this embodiment corresponds to claim 2 . 1 and 2 show the XY plane and Y of the device.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a side view showing a basic arrangement on the −Z plane, in which 1 is a first optical system, 2 is a second optical system, 3 is an object to be measured, and 4 is an arithmetic means. .

【0012】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
る半導体位置検出装置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体位置検出
装置27等から構成されている。
The optical system 1 is 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 which emits a parallel or nearly parallel light beam 21, a condenser lens 24 which condenses the light beam 21 to generate a relatively large light spot 23, and a reflected light 25 which is a parallel or substantially parallel light beam. 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.

【0013】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。半導体位置検出装置
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。
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.
The reflected light 15 and 25 reflected by the surface 30 is incident on the objective lenses 16 and 26.
The incident angle of the light rays 11 and 21 is generally selected to be about 30 to 50 °. Further, for example, a laser light source is used as the light sources 12 and 22, and a square-index refractive 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 central position of the light spot in response to the light intensity distribution and the change in spot diameter.

【0014】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。また次の説明においては、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。
The structure 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. Therefore, further description of the structure will be omitted. To do. Further, in the following description, the description will be made mainly using the reference numerals of the first optical system 1 for convenience , but the operation of the second optical system 2 is similar.

【0015】図2において、実線は反射光15が対物レ
ンズ16の中心に入射し、そのまま直進して半導体位置
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3
0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1
6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体位
置検出装置17までの距離をRとすれば、反射光の入射
位置は半導体位置検出装置17の中心より近似的にそれ
ぞれRθ1またはRθ2だけ変位する。
In FIG. 2, the solid line indicates a position where the reflected light 15 is incident on the center of the objective lens 16, goes straight, and is incident on the center of the semiconductor position detecting device 17 as it is.
There is a state. Here, the surface 3 of the DUT 3
When 0 is displaced by the distance a or b to the position indicated by the two-dot chain line 30a or the one-dot chain line 30b, respectively, the objective lens 1
The incident position on 6 is shifted and the reflected light is bent like 15a or 15b, and the emission angle becomes θ1 or θ2, respectively. Therefore, if the distance from the emission end face of the objective lens 16 to the semiconductor position detecting device 17 is R, the incident position of the reflected light is approximately displaced from the center of the semiconductor position detecting device 17 by Rθ1 or Rθ2, respectively.

【0016】図6は半導体位置検出装置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、半導体位置検出装置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 a diagram for explaining the operation of the semiconductor position detecting device 17. Now, when the center of the reflected light 15 enters at a position displaced from the center S0 of the effective length S by the distance A, the center terminal T
With 0 as a common terminal, the output current I1,
I2 flows, and the ratio of the difference and the sum becomes (I2-I1) / (I2 + I1) = 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 magnitude 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 Rθ1 or Rθ2 is detected as an electric signal, and the arithmetic unit 4 performs a predetermined arithmetic processing to calculate the position of the surface 30 of the DUT 3 in the Z-axis direction. .

【0017】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。このため半導体位置検出装置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、上述のように半導体位置検出装置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 W1, 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. Therefore, 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.

【0018】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 W1 of the incident light, there is a virtual surface 30 'at the average position within the width W1' of the light spot, that is, at a height half the step d, and the center is 15 ', and both ends are 15 "a and 15" b, which are approximately the same as when the reflected light enters the objective lens 16. Further, if the position of the step d deviates to one side within the width W1 ', the position of the virtual surface 30' of the object to be detected detected corresponding to the deviation also deviates, and the average position within the width W1 'is detected. To be done.

【0019】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,1
5″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,15′dは互いに反対方向
に変位しているので、半導体位置検出装置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, the 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 and 11d at both ends incident at the width W2 is 15'c,
Since the light rays 15'd enter the objective lens 16 respectively, the reflected light rays 15 ", 15" c, 1 from the virtual plane 30 'at the position of the width W2' corresponding to the light rays 11c, 11d.
The position and angle of incidence are quite different from those of 5 ″ d. However, the ray incident near the peak is re-emitted after slightly penetrating into the reflection surface, and its emission angle is the geometric reflection angle. Since it is known that the reflected light at the center is incident on the objective lens 16 like 15'-3, the reflected lights 15'c and 15'd are displaced in the opposite directions. As a result, the output current of the semiconductor position detecting device 17 is approximately outputted as a value corresponding to the reflected light 15 ″, and the position of the virtual plane 30 ′ is detected.

【0020】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 this translation and processed. 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.

【0021】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、半導体位置検出装置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 W3 of the light beam 11
The width W3 'of the light spot corresponding to the
When the average pitch of the unevenness of the surface is much larger than the average pitch of the unevenness of the surface 30, diffuse reflection is generated from the surface 30, but the main part of the reflected light 15 is in 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 entirely, the vibration or displacement is detected. It will be.

【0022】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、両光学系の半導体位置検出装置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 a small optical spot 13 is generated on the DUT 3 by the first optical system 1 and a large optical spot 23 is generated by the second optical system 2, the optical system is measured. In No. 1, irregularities with 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 contained in both signals are canceled out, the influence of vibration is removed, and the measurement result corresponding to only the surface irregularities 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.

【0023】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 from the optical system 1 and the large light spot 23 from 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. FIG. 7A 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 FIG. 7B is a view at different positions on the optical axis. It is an intensity distribution map.

【0024】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, the focus of It is possible to generate a small light spot 13 that is narrowed and a large light spot 23 that is defocused and enlarged. In (a), the broken lines 32a and 35a 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.

【0025】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。
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 cantilever 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 if the distance between the light spots 13 and 23 is reduced, it is not necessary to correct it. Since the light spots 13 and 23 are lowered and the light spots 13 and 23 are formed at the same position, no correction is necessary. 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.
The following optical system does not cause such a problem.

【0026】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。
Further, the detection sensitivities of the optical systems 1 and 2 differ with respect to the displacement of the surface position depending on the surface condition of the object 3 to be measured, etc. This problem can be adjusted in advance by providing a calibration means. Alternatively, or by making it possible to correct the sensitivity difference between the two optical systems during the arithmetic processing, the problem can be easily solved.

【0027】[0027]

【実施例2】次に図8及び9により請求項4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。
Second Embodiment Next, an embodiment corresponding to claim 4 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.

【0028】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、径の異なる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、半導体位置検出装置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。
In the figure, reference numeral 41 denotes one optical system, in which 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 sources having different diameters are provided. The light spots 46 and 56 are formed at the same location on the surface 30 of the object to be measured, and the respective reflected lights are configured to travel in the optical path directions of the other incident lights. 53 reflected light 42-2, 52-
2 is bent so as to be incident on the semiconductor position detecting devices 44 and 54. Reference numerals 45 and 55 are lenses that serve both as a condenser and an objective, and other configurations are based on the above-mentioned optical systems 12 and 22. The calculation means is not shown.

【0029】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30
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。
In FIG. 9, when the surface 30 to be measured is inclined by an angle θ with respect to the reference surface 30 ", the surface 30
The upper normal line N is also inclined by an angle θ with respect to the normal line N ′ of the reference plane 30 ″, and the reflected light 42-2 of the light ray 42-1 from the right light source 42 is reflected from the reference plane 30 ″. Light 42'-2
Then, the light beam is deflected by 2θ and enters the detection device 54. In addition,
For convenience of explanation, the optical path in the figure is drawn without bending.

【0030】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4
2−2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
−2d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。
On the other hand, a ray 52-1 from the light source 52 on the left side
Reflected light 52-2 is reflected light 52'-from the reference surface 30 ".
It is deflected by 2θ from 2 and enters the detection device 44. The deflection directions at this time are both clockwise, and if the coordinates on the detection devices 44 and 54 are selected as shown in the figure, the reflected light 4
The incident position of 2-2 swings to the + B side, and the reflected light 52-2 swings to the -A side. On the other hand, the measured object surface 30
Is displaced by a 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 by -2d, both are displaced upward in the drawing, and the incident position of the reflected light 42-2d swings to the + B side and the incident position of the reflected light 52-2d swings to the + A side.

【0031】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。
That is, when the surface 30 of the object to be measured is inclined, the sign of the incident position of the reflected light has the opposite sign, and when the position changes, the sign of the incident position has the same sign. It is possible to distinguish between the change in the position of the measured object surface 30 and the change in the inclination by detecting the coincidence / disagreement with each other. Further, 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.

【0032】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。
Therefore, since the amount of information obtained by not only detecting the change in the position but also detecting the inclination is increased, it is possible to measure the surface shape with higher accuracy than in the case where only the position is detected. It will be.

【0033】[0033]

【実施例3】図10は請求項4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。
[Third Embodiment] FIG. 10 is an embodiment corresponding to claim 4 , 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 a light beam 52 emitted from the light source 52 as shown by a broken line. It is configured such that -1 is once condensed and intersects, and then enters 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 has a small diameter as in FIG.
The light ray 52-1 becomes a large-diameter light spot 56 'without being fully stopped by the lens 55, and a small-diameter and large-diameter light spot similar to that in the first embodiment can be generated by one optical system 41.

【0034】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。
With this structure, according to this embodiment, the surface of the object to be measured 30 is measured according to the principle described with reference to FIG.
It is possible to detect the position change and the inclination change separately, and it is also possible to detect the displacement of the surface 30 due to the vibration of the object to be measured, as in the first embodiment. It is possible to measure with high accuracy.

【0035】[0035]

【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2個の光スポット46,56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5に対応する実施例4
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 optimum positions to concentrate the two light spots 46 and 56 at the same position on the surface 30 of the object to be measured. It's surprisingly difficult. Embodiment 4 corresponding to claim 5 shown in FIGS. 11 to 14 is a solution to this problem.
Is.

【0036】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を生じさせているが、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42−1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。
In FIG. 11, reference numeral 61 is a light source device configured to send out two parallel light rays 42-1 and 52-1, 62 is a half mirror, and 63 is an objective lens.
Others are indicated by the same reference numerals as those in the second embodiment. In this embodiment, one objective lens 63 is used to measure the surface 30 of the object to be measured.
Although two light spots 46 and 56 are generated in the above, the principle is the same as that in the second embodiment. That is, when the position or inclination of the surface 30 of the object to be measured changes, the positions at which the reflected lights 42-2 and 52-2 of the light rays 42-1 and 52-1 are incident on the detection devices 54 and 44, respectively, It is possible to detect the position of the measurement object surface 30 and the change in the inclination separately.

【0037】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。
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 to be measured, and the practicality is improved as compared with the second embodiment.

【0038】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56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。
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 56 has a large diameter. Therefore, similarly to the third embodiment, it becomes possible to detect the displacement of the surface 30 due to the vibration of the object to be measured and the surface shape of the object to be measured can be measured with higher accuracy.

【0039】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ほんの光線に分割する
方法等がある。
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 polarizing action using a polarizing prism or the like, and a method of periodically moving a lens or a mirror as shown in FIG.

【0040】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 FIG. 12A, a light beam 70 is separated by a cube beam splitter 71, one of which is used as an outgoing light 70a and the other is reflected by a mirror 72 to be an 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 any 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.

【0041】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. 13A, the light beam 70 is separated by the polarization beam splitter 75 into a P-polarized outgoing light 70P and an S-polarized outgoing light 70S, and 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 a Wollaston polarization separator 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 outgoing lights 70P and 70S can be changed by adjusting the position of.

【0042】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. 14 (a), the lenses 81 and 82 are arranged so that the parallel light ray 80 is emitted again as a parallel light ray 80 ', and the lens 82 is displaced 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 light beams in a time division manner.

【0043】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. 14B, lenses 81 and 82 are arranged so that the parallel rays 80 and the reflected light thereof pass through the center, 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. A light ray and a light ray passing through the center are made parallel to each other by a lens 86 to be emitted lights 80a and 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.

【0044】[0044]

【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6に対応する図15
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9
3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91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. 15 corresponding to claim 6 in which two light rays are time-divisionally divided on the same optical path.
An example 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 '.
The light ray 90 'passing through 3 is focused on the object surface 30 to be measured,
The reflected light 90 ″ passes through the objective lens 94 and the detection device 95.
It is configured to be incident on. Further, the lens 91 is provided with an actuator 96 for displacing the lens 91 in the optical axis direction as indicated by an arrow, and this is driven by a signal 98 of a signal generator 97.

【0045】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9
0″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 construction, 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 objective lens 94 side, and 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 reflected. Light 9
By outputting the output signal corresponding to 0 ″ and outputting the reflected light 90 ″ of the broken line at the L level, it is possible to perform the measurement using the small-diameter light spot and the large-diameter light spot in a time division manner. Of.

【0046】[0046]

【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種類の光線により大小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
ある。
As is apparent from the above-described embodiments, the present invention provides a surface shape measuring apparatus using the light spot displacement method,
Two types of light spots, large and small , are generated on the surface of the object to be measured, and the surface shape of the object to be measured is detected using the output signals from the reflected light of the respective light rays .

【0047】従って、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、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
出すことができる。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利用することが可能とな
る。
Therefore, the reflected light from the small diameter light spot is
Output signal and output by the reflected light from the large diameter light spot.
By including the difference between the force signals, both signals are included
Information that corresponds to the displacement of the surface that is
Distortion due to mechanical vibration etc.
Can be removed, and the measured object seems to vibrate.
Even if only the output signal according to the surface roughness and shape is taken
Can be issued. Therefore, for example, cutting with a precision lathe
Surface of the work piece to be incorporated into the grinding process and mirror polishing process
It can be used for applications such as condition inspection.
It

【0048】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、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。
[0048] Further, as the two types of light rays results in two optical spot incident from two-way to the same portion of the workpiece surface, each of the reflected light travels to each other in the optical path direction of the other incident light 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 DUT surface changes and when the inclination changes, the DUT surface The change in position and the change in inclination can be clearly distinguished, and the measurement accuracy can be improved.

【0049】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、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る。また光スポ
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すことにより、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。
Further, in the case of using two light rays split from the same light source or light rays of two light sources mechanically integrated as the light rays to be bidirectionally incident on the surface of the object to be measured, It is easy to generate two light spots at the same location on the surface of the object to be measured . Also optical spot
The diameter of the lens is changed, and a small-diameter optical spot is synchronized with this change.
Output signal corresponding to the output and a large-diameter light spot
By extracting the output signal separately, it is possible to
Measurement using a large diameter light spot and a large diameter light spot
I can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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】同実施例の半導体位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 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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 半導体位置検出装置 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 (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物の表面に斜めに光線を入射する
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種類の光線により小径の光スポットと
大径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 into an electrical signal, a small-diameter light spot is formed on the surface of the object to be measured by two kinds of light rays.
A surface profile measuring apparatus, characterized in that a large-diameter light spot is generated, and the surface profile of an object to be measured is detected by using an output signal of reflected light of each light beam.
【請求項2】 2種類の光線による2個の光スポットを
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.
【請求項3】 2種類の光線による2個の光スポットを
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。
3. Two light spots by two kinds of light rays
Claims configured to be produced by a single optical system
1. The surface shape measuring device according to 1.
【請求項4】 光線が被測定物表面の同一箇所に双方向
から入射して大小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3記載の表面形状測定装
置。
4. A light beam is bidirectional to the same position on the surface of the object to be measured.
Incident from two, two large and small light spots, and
The reflected light travels in the optical path direction of other incident light.
The surface profile measuring apparatus according to claim 3, wherein an optical system is formed .
【請求項5】 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4記載の表面形状測定装置。
5. Two rays separated from the same light source
Measures the rays of two light sources that are mechanically coupled together
It is configured so that it is incident on the same place on the surface of the object from both directions.
The surface profile measuring device according to claim 4 .
【請求項6】 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
するように構成した請求項3記載の表面形状測定装置。
6. The diameter of the light spot is changed, and
Synchronous output signal corresponding to small diameter light spot and large diameter
Separate the output signal corresponding to the light spot and take it out.
The surface shape of the object to be measured is detected using the two types of output signals
The surface profile measuring apparatus according to claim 3, which is configured to
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