JPH06241720A - Measuring method for displacement quantity and displacement meter - Google Patents

Measuring method for displacement quantity and displacement meter

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JPH06241720A
JPH06241720A JP2942493A JP2942493A JPH06241720A JP H06241720 A JPH06241720 A JP H06241720A JP 2942493 A JP2942493 A JP 2942493A JP 2942493 A JP2942493 A JP 2942493A JP H06241720 A JPH06241720 A JP H06241720A
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JP
Japan
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measured
displacement
light
objective lens
reflected
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Application number
JP2942493A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuko Abe
勇幸 安部
Yujiro Endo
雄次郎 遠藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Priority to JP2942493A priority Critical patent/JPH06241720A/en
Publication of JPH06241720A publication Critical patent/JPH06241720A/en
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Abstract

PURPOSE:To measure displacement quantity absolutely and optically, even when an objective surface for measurement is very small by providing an auto matic focusing mechanism which focuses on the basis of light reflected from the objective surface for measurement. CONSTITUTION:A displacement meter comprises a moving drive mechanism 3 for moving a sensor unit 1 in directions to and away form an object for measurement 2, a move quantity detector 4 for detecting a move quantity of the sensor unit 1 and a numeric calculation/control system 5. Light L from a light source 13, via an objective lens 16, is converged and thus irradiates objective measurement surfaces 61a, 62a. An automatic focusing mechanism is constituted of a mirror 14 having a knife-edge and a light detector 18, and thus focusing is made on the basis of light L reflected from the objective surfaces 61a, 62a along light paths. That is, the lens 16 is moved in directions to and from the objective surfaces 61a, 62a by the drive mechanism 3 and the control system 5, so that the quantity of move is taken as a displacement quantity concerning a reference surface 2a.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被測定対象面の基準面
に対する変位量を測定する変位量の測定方法及び変位計
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement amount measuring method and a displacement meter for measuring a displacement amount of a surface to be measured with respect to a reference surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の変位計は、図4に示すように、被
測定対象面101に対して斜め方向からレーザ光Lを照
射させるレーザ光源102と、被測定対象面101にて
斜め方向に反射されたレーザ光Lが対物レンズ103を
介して入射される光検出器104とから構成されてい
る。この光検出器104には、多数の受光素子が設けら
れており、具体的には、長手方向中央に設けられた受光
素子を基点として、左右にそれぞれ同数個の受光素子が
配置されている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 4, a conventional displacement meter includes a laser light source 102 for irradiating a surface 101 to be measured with a laser beam L in an oblique direction, and a surface 101 to be measured in an oblique direction. It is composed of a photodetector 104 on which the reflected laser light L is incident via the objective lens 103. The photodetector 104 is provided with a large number of light receiving elements, and specifically, the same number of light receiving elements are arranged on the left and right sides with the light receiving element provided at the center in the longitudinal direction as a base point.

【0003】実際の変位測定においては、まず、基準面
101aを決定し、光検出器104を以下のように位置
決めする。即ち、基準面101aに対してレーザ光源1
02からレーザ光Lを照射し、この光照射によって、基
準面101aにて反射された反射光Lの光軸が、光検出
器104の中央の受光素子と一致し、かつ上記光軸と上
記受光面とが垂直になるように光検出器104を位置決
めする。このとき、光検出器104の長手方向(受光素
子の配列方向)は、基準面101aに対して所定角度傾
いた配置関係となる。
In actual displacement measurement, first, the reference plane 101a is determined, and the photodetector 104 is positioned as follows. That is, the laser light source 1 with respect to the reference surface 101a
02, the optical axis of the reflected light L reflected by the reference surface 101a coincides with the light receiving element at the center of the photodetector 104, and the optical axis and the received light are received. The photodetector 104 is positioned so that it is perpendicular to the plane. At this time, the longitudinal direction of the photodetector 104 (arrangement direction of the light receiving elements) has a positional relationship inclined by a predetermined angle with respect to the reference plane 101a.

【0004】そして、実際の変位測定に入るわけだが、
この変位測定においては、被測定対象面101bが基準
面101aに対してどのくらい変位したかを、光検出器
104の移動量によって測定するものである。例えば、
被測定対象面101bが基準面101aに対して上方に
位置している場合、レーザ光源102から出射された光
は、基準面101aよりも上方の位置にて反射されるこ
ととなるため、その反射光Lは、対物レンズ103の中
心線よりも上方位置の光路を通ることになり、その結
果、中央の受光素子よりも斜め下方の位置に存する受光
素子上にて結像することになる。
Then, the actual displacement measurement is started,
In this displacement measurement, how much the measured surface 101b is displaced with respect to the reference surface 101a is measured by the amount of movement of the photodetector 104. For example,
When the surface to be measured 101b is located above the reference surface 101a, the light emitted from the laser light source 102 is reflected at a position above the reference surface 101a. The light L passes through the optical path above the center line of the objective lens 103, and as a result, forms an image on the light receiving element located obliquely below the central light receiving element.

【0005】この状態から、対物レンズ103と光検出
器104との位置関係を維持したまま、反射光Lの光軸
と対物レンズ103の中心線とが一致するまで対物レン
ズ103と光検出器104を斜め上方に移動させる。即
ち、反射光Lが中央の受光素子に入射される位置まで対
物レンズ103と光検出器104を移動させる。そし
て、このときの移動量が被測定対象面101bの基準面
101aに対する変位量と対応することになるため、上
記移動量を例えば表示手段を介して表示することによ
り、被測定対象面101bの変位量を知ることができ
る。
From this state, the objective lens 103 and the photodetector 104 are kept until the optical axis of the reflected light L and the center line of the objective lens 103 coincide with each other while maintaining the positional relationship between the objective lens 103 and the photodetector 104. Move diagonally upward. That is, the objective lens 103 and the photodetector 104 are moved to a position where the reflected light L is incident on the central light receiving element. Since the amount of movement at this time corresponds to the amount of displacement of the surface to be measured 101b with respect to the reference surface 101a, the displacement of the surface to be measured 101b is displayed by displaying the amount of movement through, for example, a display means. You can know the quantity.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の変位測定においては、レーザ光Lを被測定対象面1
01に対して斜め方向から照射して、被測定対象面10
1の変位を測定するようにしているため、例えば、基準
面101aに形成された小さな穴等の深さを測定する場
合、以下のような不都合が生じる。即ち、図5に示すよ
うに、レーザ光Lを穴102の底部102aに照射させ
ようとしてもレーザ光Lが穴102の上縁部分にて遮ら
れてしまうことや、レーザ光Lが穴の側壁102bで乱
反射したり、たとえレーザ光Lが穴102の底部102
aに照射されたとしてもその反射光Lの光検出器104
への入射が穴102の対向側壁102bによって遮られ
てしまうという不都合が生じ、穴102の深さを測定す
ることが不可能となる。
However, in the above conventional displacement measurement, the laser beam L is applied to the surface 1 to be measured.
01 is irradiated from an oblique direction, and the measured surface 10
Since the displacement of 1 is measured, for example, when measuring the depth of a small hole or the like formed in the reference surface 101a, the following inconvenience occurs. That is, as shown in FIG. 5, even when the laser light L is applied to the bottom portion 102a of the hole 102, the laser light L is blocked by the upper edge portion of the hole 102, and the laser light L is on the side wall of the hole. Irregularly reflected at 102b, or even if the laser light L is reflected by the bottom portion 102 of the hole 102.
The photodetector 104 of the reflected light L even if the light is irradiated to a.
The incident that the incident light is blocked by the opposite side wall 102b of the hole 102 occurs, and it becomes impossible to measure the depth of the hole 102.

【0007】これは、物体の表面粗さを光学的に測定す
る場合、基板上に形成した例えば配線パターンの配列ピ
ッチ等を測定する場合においても同様である。このよう
に、従来の変位測定においては、凹凸のある面の特に凹
部の底や、穴の底部、及び配線パターンの底部などのよ
うに、被測定対象面が非常に狭い場合においての測定が
できないという問題があった。
This is also the case when the surface roughness of an object is optically measured, for example, when the arrangement pitch of wiring patterns formed on a substrate is measured. As described above, in the conventional displacement measurement, the measurement cannot be performed when the surface to be measured is extremely narrow, such as the bottom of the concave portion of the uneven surface, the bottom of the hole, and the bottom of the wiring pattern. There was a problem.

【0008】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、凹凸のある面の特に凹
部の底や、穴の底部、及び配線パターンの底部などのよ
うに、被測定対象面が非常に狭い場合においても確実に
その変位量を光学的に測定することができる変位量の測
定方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the uneven surface, particularly the bottom of a recess, the bottom of a hole, and the bottom of a wiring pattern. It is an object of the present invention to provide a displacement amount measuring method capable of reliably optically measuring the displacement amount even when the surface to be measured is extremely narrow.

【0009】また、他の発明は、凹凸のある面の特に凹
部の底や、穴の底部、及び配線パターンの底部などのよ
うに、被測定対象面が非常に狭い場合においても確実に
その変位量を光学的に測定することができる変位計を提
供することにある。
Another aspect of the present invention is that even when the surface to be measured is extremely narrow, such as the bottom of a concave portion of an uneven surface, the bottom of a hole, and the bottom of a wiring pattern, its displacement is ensured. An object of the present invention is to provide a displacement meter capable of optically measuring a quantity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定対象面
(穴61の底部61aや凸部62の上面62aなど)の
基準面2aに対する変位量を光学的に測定する変位の測
定方法において、光源13からの光Lを対物レンズ16
を介して収束して被測定対象面(61a,62aなど)
に照射し、この被測定対象面(61a,62aなど)か
ら往光路に沿って反射された光Lに基づいて焦点合わせ
を行う自動焦点合わせ機構(ナイフエッジ付きミラー1
4、光検出器18、移動駆動機構3及び制御系5)によ
り、対物レンズ16と被測定対象面(61a,62aな
ど)との距離が一定となるように、対物レンズ16を被
測定対象面(61a,62aなど)に対して接離方向に
移動させ、その移動量を被測定対象面(61a,62a
など)の基準面2aに対する変位量とする。
The present invention provides a displacement measuring method for optically measuring the amount of displacement of a surface to be measured (such as the bottom 61a of the hole 61 and the upper surface 62a of the protrusion 62) with respect to the reference surface 2a. , The objective lens 16 receives the light L from the light source 13.
To be measured and converged through (61a, 62a, etc.)
To the subject surface (61a, 62a, etc.) and performs focusing based on the light L reflected along the forward optical path (mirror 1 with knife edge).
4, the photodetector 18, the movement driving mechanism 3 and the control system 5) are used to move the objective lens 16 to the measurement target surface so that the distance between the objective lens 16 and the measurement target surface (61a, 62a, etc.) becomes constant. (61a, 62a, etc.) is moved in the direction of contact and separation, and the amount of movement is measured (61a, 62a).
And the like) relative to the reference surface 2a.

【0011】また、他の発明は、被測定対象面(穴61
の底部61aや凸部62の上面62aなど)の基準面2
aに対する変位量を光学的に測定する変位計において、
光源13とこの光源13からの光Lを収束して被測定対
象面(61a,62aなど)に照射する対物レンズ16
とを有し、かつ被測定対象面(61a,62aなど)に
対して接離方向に移動可能とされた光学系12と、光学
系12の光源13からの光出射によって、被測定対象面
(61a,62aなど)にて往光路に沿って反射された
反射光Lに基づいて、対物レンズ16と被測定対象面
(61a,62aなど)との距離が一定となるように、
光学系12を被測定対象面(61a,62aなど)に対
して接離方向に移動させる自動焦点合わせ機構(ナイフ
エッジ付きミラー14、光検出器18、移動駆動機構3
及び制御系5)と、光学系12の移動量を検出する移動
量検出手段4とを設けて構成する。
In another invention, the surface to be measured (hole 61
Reference surface 2 of the bottom portion 61a of the
In a displacement meter that optically measures the amount of displacement with respect to a,
The light source 13 and the objective lens 16 that converges the light L from the light source 13 and irradiates it on the surface to be measured (61a, 62a, etc.).
And the optical system 12 that is movable in the direction toward and away from the surface to be measured (61a, 62a, etc.) and the light emitted from the light source 13 of the optical system 12 causes the surface to be measured ( 61a, 62a, etc.), so that the distance between the objective lens 16 and the surface to be measured (61a, 62a, etc.) becomes constant based on the reflected light L reflected along the forward light path.
Automatic focusing mechanism (mirror 14 with knife edge, photodetector 18, movement driving mechanism 3) for moving the optical system 12 in the direction of contact with and away from the surface to be measured (61a, 62a, etc.).
And a control system 5) and a movement amount detection means 4 for detecting the movement amount of the optical system 12.

【0012】[0012]

【作用】本発明に係る変位の測定方法においては、ま
ず、光源13からの光Lを対物レンズ16を介して収束
して被測定対象面(61a,62aなど)に照射する。
そして、この被測定対象面(61a,62aなど)から
往光路に沿って反射された光Lに基づいて焦点合わせを
行う自動焦点合わせ機構(ナイフエッジ付きミラー1
4、光検出器18、移動駆動機構3及び制御系5)によ
り、対物レンズ16と被測定対象面(61a,62aな
ど)との距離が一定となるまで、対物レンズ16を被測
定対象面(61a,62aなど)に対して接離方向に移
動させ、その移動量を被測定対象面(61a,62aな
ど)の基準面2aに対する変位量とする。
In the displacement measuring method according to the present invention, first, the light L from the light source 13 is converged through the objective lens 16 and applied to the surface to be measured (61a, 62a, etc.).
Then, an automatic focusing mechanism (a mirror 1 with a knife edge) that performs focusing based on the light L reflected from the surface to be measured (61a, 62a, etc.) along the forward optical path.
4, the photodetector 18, the movement driving mechanism 3 and the control system 5) are used to move the objective lens 16 to the measurement target surface (until the distance between the objective lens 16 and the measurement target surface (61a, 62a, etc.) becomes constant. 61a, 62a, etc.) in the contacting / separating direction, and the amount of movement is taken as the amount of displacement of the measurement target surface (61a, 62a, etc.) with respect to the reference surface 2a.

【0013】この場合、被測定対象面(61a,62a
など)にて反射された光Lが往光路に沿うこととなるた
め、凹凸のある面の特に凹部の底や、穴の底部、及び配
線パターンの底部などのように、被測定対象面(61
a,62aなど)が非常に狭い場合においても確実にそ
の変位を光学的に測定することができる。
In this case, the surfaces to be measured (61a, 62a)
Since the light L reflected by the surface of the object to be measured is along the outgoing light path, the surface to be measured (61) such as the bottom of the concave part of the uneven surface, the bottom of the hole, the bottom of the wiring pattern, etc.
Even if (a, 62a, etc.) is very narrow, the displacement can be reliably measured optically.

【0014】次に、他の発明に係る変位計においては、
まず、光学系12における光源13からの光Lを被測定
対象面(61a,62aなど)に照射する。そして、自
動焦点合わせ機構(ナイフエッジ付きミラー14、光検
出器18、移動駆動機構3及び制御系5)が、被測定対
象面(61a,62aなど)にて反射された光Lに基づ
いて、対物レンズ16と被測定対象面(61a,62a
など)との距離が一定となるまで、上記光学系12を被
測定対象面(61a,62aなど)に対して接離方向に
移動させる。このとき、上記光学系12が移動した量が
移動量検出手段4にて検出される。そして、この移動量
検出手段4にて検出された移動量が、被測定対象面(6
1a,62aなど)の変位量として、例えば既知の表示
手段55を通して表示されることになる。
Next, in a displacement meter according to another invention,
First, the light L from the light source 13 in the optical system 12 is applied to the surface to be measured (61a, 62a, etc.). Then, the automatic focusing mechanism (the mirror 14 with the knife edge, the photodetector 18, the movement driving mechanism 3 and the control system 5), based on the light L reflected by the surface to be measured (61a, 62a, etc.), The objective lens 16 and the surface to be measured (61a, 62a
The optical system 12 is moved in the contacting / separating direction with respect to the surface to be measured (61a, 62a, etc.) until the distance to the object surface (61a, 62a, etc.) becomes constant. At this time, the amount of movement of the optical system 12 is detected by the movement amount detecting means 4. Then, the movement amount detected by the movement amount detecting means 4 is the surface to be measured (6
The displacement amount (1a, 62a, etc.) is displayed through, for example, the known display means 55.

【0015】この場合、被測定対象面(61a,62a
など)にて反射された光Lが往光路に沿うこととなるた
め、凹凸のある面の特に凹部の底や、穴の底部、及び配
線パターンの底部などのように、被測定対象面(61
a,62aなど)が非常に狭い場合においても確実にそ
の変位を光学的に測定することができる。
In this case, the surfaces to be measured (61a, 62a)
Since the light L reflected by the surface of the object to be measured is along the outgoing light path, the surface to be measured (61) such as the bottom of the concave part of the uneven surface, the bottom of the hole, the bottom of the wiring pattern, etc.
Even if (a, 62a, etc.) is very narrow, the displacement can be reliably measured optically.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明に係る変位量の測定方法を変位
計として具現させた実施例(以下、単に実施例に係る変
位計と記す)を図1〜図3を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the displacement amount measuring method according to the present invention is embodied as a displacement gauge (hereinafter, simply referred to as a displacement gauge according to an embodiment) will be described below with reference to FIGS.

【0017】この実施例に係る変位計は、図1に示すよ
うに、センサーユニット1と、このセンサーユニット1
を被測定物2に対して接離方向に移動させる移動駆動機
構3と、センサーユニット3の移動量を検出する移動量
検出器4と、数値演算及び各種回路を電気的に制御する
制御系5とを有する。
The displacement meter according to this embodiment, as shown in FIG. 1, includes a sensor unit 1 and a sensor unit 1.
Drive mechanism 3 for moving the object 2 to and from the object 2 to be measured, a movement amount detector 4 for detecting the movement amount of the sensor unit 3, and a control system 5 for electrically controlling numerical calculation and various circuits. Have and.

【0018】センサーユニット1は、その筺体11内に
ナイフエッジ方式の光学系12が組み込まれている。こ
の光学系12は、少なくともレーザダイオード13、ミ
ラー付きナイフエッジ14、レンズ15、対物レンズ1
6、ミラー17及び光検出器18とを有して構成されて
いる。これら光学部品のうち、ミラー付きナイフエッジ
14、レンズ15及び対物レンズ16がレーザダイオー
ド13の出射光路上に順に配されており、ミラー17
は、ミラー付きナイフエッジ14にて分離された反射光
が通る光路上で、かつその反射光を光検出器18側に導
く位置に配されている。
The sensor unit 1 has a housing 11 in which a knife-edge type optical system 12 is incorporated. This optical system 12 includes at least a laser diode 13, a knife edge 14 with a mirror, a lens 15, and an objective lens 1.
6, a mirror 17, and a photodetector 18. Among these optical components, a knife edge 14 with a mirror, a lens 15 and an objective lens 16 are sequentially arranged on an emission optical path of a laser diode 13, and a mirror 17
Are arranged on the optical path through which the reflected light separated by the knife edge 14 with a mirror passes and at a position where the reflected light is guided to the photodetector 18 side.

【0019】また、レーザダイオード13から出射され
るレーザ光Lの光軸と被測定物2の表面とが垂直の関係
になるようにセンサーユニット1が位置決めされてい
る。光検出器18は、この例では、互いに分離された2
つのフォトダイオード(図1においては図示せず)で構
成されている。また、対物レンズ16は、センサーユニ
ット1の筺体11に対して着脱自在とされたホルダ19
内に組み込まれており、適宜その交換を行えるようにな
っている。
Further, the sensor unit 1 is positioned so that the optical axis of the laser light L emitted from the laser diode 13 and the surface of the DUT 2 are in a vertical relationship. The photodetectors 18 are, in this example, two isolated from each other.
It is composed of two photodiodes (not shown in FIG. 1). Further, the objective lens 16 is a holder 19 which is detachably attached to the housing 11 of the sensor unit 1.
It is built in and can be replaced as needed.

【0020】また、このセンサーユニット1の筺体11
側面には、後述する移動駆動機構3の駆動ギヤ33が噛
合されるラック21が設けられている。このラック21
は、多数のギヤ歯の配列方向が、筺体11の上下方向に
沿うように設けられている。従って、駆動ギヤ33が回
転することによって、センサーユニット1が上下方向に
移動することになる。
Further, the housing 11 of the sensor unit 1
On the side surface, a rack 21 with which a drive gear 33 of the moving drive mechanism 3 described later is meshed is provided. This rack 21
Is provided so that the arrangement direction of a large number of gear teeth extends along the up-down direction of the housing 11. Therefore, the rotation of the drive gear 33 causes the sensor unit 1 to move in the vertical direction.

【0021】また、このセンサーユニット1における筺
体11の下部には、横方向に突出する例えば板状の舌片
22が設けられている。この舌片22の上面には、後述
する移動量検出器4の接触子41の先端が常時接触され
ている。
In addition, a tongue piece 22 having a plate shape, for example, which projects in the lateral direction, is provided in the lower portion of the housing 11 of the sensor unit 1. The tip of the contactor 41 of the movement amount detector 4 described later is always in contact with the upper surface of the tongue piece 22.

【0022】移動駆動機構3は、上下に延びる固定板3
1に、駆動源であるモータ32と、このモータ32の回
転力を減速して駆動ギヤ33に伝達する減速機構が設け
られて構成されている。この減速機構としては、例えば
ベルト伝達機構やギヤ列にて構成される。図1において
は、この減速機構によるモータ32の回転力の伝達を矢
印のみで示す。
The moving drive mechanism 3 includes a fixed plate 3 extending vertically.
1 is provided with a motor 32 that is a drive source, and a reduction mechanism that reduces the rotational force of the motor 32 and transmits it to the drive gear 33. This reduction mechanism is composed of, for example, a belt transmission mechanism and a gear train. In FIG. 1, the transmission of the rotational force of the motor 32 by this reduction mechanism is shown only by the arrow.

【0023】また、この移動駆動機構3の固定板31に
は、その下部において、移動量検出器4が取り付けられ
ている。この移動量検出器4は、上下方向に摺動可能と
された接触子41が設けられており、この接触子41
は、検出器筺体42内部に取り付けられたばね(図示せ
ず)によって、常時下方に突出するように付勢されてい
る。また、この接触子41はその長手方向中央部に、抵
抗体(図示せず)と接触する摺動片(図示せず)が固定
されている。
Further, the movement amount detector 4 is attached to the fixed plate 31 of the movement drive mechanism 3 at a lower portion thereof. The movement amount detector 4 is provided with a contactor 41 slidable in the vertical direction.
Is always urged downward by a spring (not shown) mounted inside the detector housing 42. In addition, a sliding piece (not shown) that contacts a resistor (not shown) is fixed to the center of the contactor 41 in the longitudinal direction.

【0024】従って、この移動量検出器4は、接触子4
1、摺動片及び抵抗体からなる可変抵抗器であり、接触
子41が、センサーユニットの上下移動(即ち、先端に
接触されている舌片の上下移動)に伴って上下に摺動す
ることにより、等価的に抵抗体の長さが変化して、その
電気抵抗が変化し、その抵抗変化に応じて降下された電
圧信号が出力されるようになっている。この電圧信号
は、この移動量検出器4内においてディジタル信号に変
換されて外部に出力される。
Therefore, the movement amount detector 4 is composed of the contactor 4
1. A variable resistor including a sliding piece and a resistor, in which the contactor 41 slides up and down with the vertical movement of the sensor unit (that is, the vertical movement of the tongue in contact with the tip). Thus, the length of the resistor is equivalently changed, its electric resistance is changed, and the voltage signal dropped according to the resistance change is output. This voltage signal is converted into a digital signal in the movement amount detector 4 and output to the outside.

【0025】制御系5は、入力される各種信号に基づい
て演算を行い、その演算に基づいて各種回路に対して制
御を行うコンピュータ51と、センサーユニット1内の
光学系12における光検出器18からの検出信号(S
a,Sb)をディジタルの検出データ(Da,Db)に
変換して上記コンピュータ51に供給するA/D変換器
52と、移動量検出器4から入力されたディジタルの移
動量データDcをコンピュータ51からの読み込み信号
Srに基づいて、コンピュータ51に移動量データDc
の出力を行うディジタル入出力回路(以下、単にI/O
回路と記す)53と、コンピュータ51からの駆動信号
Sdに基づいて移動駆動機構3のモータ32に駆動電流
iを供給するモータ駆動回路54と、コンピュータ51
からの表示データDdを数字や線画像として表示する表
示器55とを有して構成されている。
The control system 5 performs calculation based on various input signals and controls the various circuits based on the calculation, and the photodetector 18 in the optical system 12 in the sensor unit 1. Detection signal from (S
a, Sb) is converted into digital detection data (Da, Db) and supplied to the computer 51, and the digital movement amount data Dc input from the movement amount detector 4 is converted into the computer 51. Based on the read signal Sr from the
Digital input / output circuit (hereinafter simply referred to as I / O
Circuit 53), a motor drive circuit 54 that supplies a drive current i to the motor 32 of the movement drive mechanism 3 based on a drive signal Sd from the computer 51, and the computer 51.
And a display 55 for displaying the display data Dd from No. 1 as numbers or line images.

【0026】次に、この実施例に係る変位計の動作につ
いて説明するが、その前に光学系12の動作原理につい
て図2及び図3も参照しながら説明する。
Next, the operation of the displacement meter according to this embodiment will be described. Before that, the operation principle of the optical system 12 will be described with reference to FIGS.

【0027】レーザダイオード13から出射されたレー
ザ光Lは、ナイフエッジ付きミラー14により、そのス
ポット形状が半円となり、レンズ15及び対物レンズ1
6を通って被測定物2に結像する。ところで、この被測
定物2で反射したレーザ光Lは、対物レンズ16及びレ
ンズ15を逆に戻り、ナイフエッジ付きミラー14にて
反射し、更にミラー17にて反射して光検出器18に入
射する。
The laser light L emitted from the laser diode 13 has a semi-circular spot shape by the mirror 14 with a knife edge, and the lens 15 and the objective lens 1
An image is formed on the DUT 2 through 6. By the way, the laser light L reflected by the DUT 2 returns to the objective lens 16 and the lens 15 in reverse, is reflected by the mirror 14 with knife edge, is further reflected by the mirror 17 and is incident on the photodetector 18. To do.

【0028】この光検出器18は、図2に示すように、
互いに分割された2つのフォトダイオード(第1のフォ
トダイオードPA 及び第2のフォトダイオードPB )に
て構成されており、これらフォトダイオードPA 及びP
B の配置は、図2Bに示すように、対物レンズ16の焦
点距離fに被測定物2の表面2aが存在する場合に、即
ち被測定物2の表面2aがジャスト・フォーカス点(以
下、単にJ・F点と記す)と一致するときに、ちょうど
2つのフォトダイオードPA 及びPB の中間点に反射光
Lが結像するように上記2つのフォトダイオードPA 及
びPB の位置を合わせておく。
This photodetector 18 is, as shown in FIG.
It is composed of two photodiodes (first photodiode PA and second photodiode PB) divided from each other, and these photodiodes PA and P
As shown in FIG. 2B, B is arranged when the surface 2a of the DUT 2 exists at the focal length f of the objective lens 16, that is, when the surface 2a of the DUT 2 is just the focus point (hereinafter, simply The positions of the two photodiodes PA and PB are aligned so that the reflected light L forms an image at the midpoint between the two photodiodes PA and PB when they coincide with each other.

【0029】このような配置関係にすると、被測定物2
の表面2aがJ・F点から遠ざかったとき、図2Cに示
すように、反射光Lの半円スポットが、第1のフォトダ
イオードPA の方へ移動し、図3Aの特性図に示すよう
に、第1のフォトダイオードPA における検出信号Sa
のレベルが大きくなる。この検出信号Saの波形は、被
測定物2の表面2aがJ・F点から徐々に遠ざかって、
第1のフォトダイオードPA の受光面内に半円スポット
が完全に入った位置をレベルピークとするほぼガウス分
布に近似した波形を有する。
With this arrangement, the object to be measured 2
When the surface 2a of the laser beam moves away from the JF point, the semi-circular spot of the reflected light L moves toward the first photodiode PA as shown in FIG. 2C, and as shown in the characteristic diagram of FIG. 3A. , The detection signal Sa at the first photodiode PA
The level will increase. The waveform of this detection signal Sa is such that the surface 2a of the DUT 2 gradually moves away from the JF point,
The first photodiode PA has a waveform that approximates a Gaussian distribution with the level peak at the position where the semicircular spot completely enters the light-receiving surface of the first photodiode PA.

【0030】一方、被測定物2の表面2aがJ・F点か
ら対物レンズ16側に近づいたときは、図2Aに示すよ
うに、反射光Lの半円スポットが、今度は、第2のフォ
トダイオードPB の方へ移動し、図3Aの特性図に示す
ように、第2のフォトダイオードPB における検出信号
Sbのレベルが大きくなる。この検出信号Sbの波形
は、被測定物2の表面2aがJ・F点から対物レンズ1
6側に徐々に近づいて、第2のフォトダイオードPB の
受光面内に半円スポットが完全に入った位置をレベルピ
ークとするほぼガウス分布に近似した波形を有する。
On the other hand, when the surface 2a of the object 2 to be measured approaches the objective lens 16 side from the point J · F, as shown in FIG. 2A, the semi-circular spot of the reflected light L, this time, becomes the second spot. It moves toward the photodiode PB, and the level of the detection signal Sb in the second photodiode PB increases as shown in the characteristic diagram of FIG. 3A. The waveform of this detection signal Sb shows that the surface 2a of the DUT 2 is from the point JF to the objective lens 1
It has a waveform that approximates a Gaussian distribution with the level peak at the position where the semicircular spot completely enters the light receiving surface of the second photodiode PB as it gradually approaches the 6th side.

【0031】上記図3Aで示す各検出信号Sa及びSb
との差(Sa−Sb)をとると、図3Bに示すように、
ほぼS字状の波形となり、その中間点(零点)がJ・F
点に対応する。また、このS字状の波形は、その零点付
近が直線にちかい特性を示しており、この変位計におい
ては、直線部分を変位の計測領域として利用するもので
ある。従って、上記検出信号の差(Sa−Sb)は、被
測定物2の表面2aとJ・F点とのずれ量にほぼ比例す
ることになる。なお、実際の変位測定では、コンピュー
タ51でキャリブレーションを行うようにしておけば、
直線性が問題となることはない。
The detection signals Sa and Sb shown in FIG.
When the difference (Sa-Sb) is taken, as shown in FIG. 3B,
The waveform is almost S-shaped, and the middle point (zero point) is JF.
Corresponds to the point. The S-shaped waveform has a characteristic that the vicinity of the zero point is close to a straight line, and in this displacement meter, the straight line portion is used as a displacement measurement region. Therefore, the difference (Sa-Sb) between the detection signals is almost proportional to the amount of deviation between the surface 2a of the DUT 2 and the JF point. In the actual displacement measurement, if the computer 51 performs calibration,
Linearity is not an issue.

【0032】但し、試料(被測定物2)の光反射率やレ
ーザダイオード13の光量変動などによって、検出信号
Sa及びSbの出力レベルが変化するため、このまま上
記直線領域を変位の計測領域として利用すると、測定誤
差が大きくなる。そこで、本実施例においては、図3A
で示す各検出信号Sa及びSbの和(Sa+Sb)をと
り(図3C参照)、(Sa−Sb)/(Sa+Sb)を
計算することにより、上記変動を補正して、精度の高い
変位を読み取るようにしている。
However, since the output levels of the detection signals Sa and Sb change depending on the light reflectance of the sample (object to be measured 2) and the light amount variation of the laser diode 13, the above linear region is used as it is as the displacement measurement region. Then, the measurement error becomes large. Therefore, in this embodiment, FIG.
By taking the sum (Sa + Sb) of the detection signals Sa and Sb shown in (see FIG. 3C) and calculating (Sa−Sb) / (Sa + Sb), the above fluctuation is corrected and a highly accurate displacement is read. I have to.

【0033】具体的に、上記変位計の全体の動作を説明
すると、まず、変位測定の基準となる面(基準面)を決
定して、基準合わせ処理(キャリブレーション)を行
う。例えば、被測定物2の表面2a中、基準となる面
(便宜的に2aとする)を予め決めておき、その基準面
2aに対して変位測定を行う。この測定においては、ま
ず、例えば試料(被測定物2)が載置されているステー
ジ(図示せず)を横方向に移動させて、対物レンズ16
の直下に基準面2aがくるようにする。このステージ
は、その上面に載置された試料2の表面2aがセンサー
ユニット1における光学系12のJ・F点にほぼ近い位
置にくるように予め位置決めされるものである。
Specifically, the overall operation of the above displacement meter will be described. First, a plane (reference plane) serving as a reference for displacement measurement is determined, and reference alignment processing (calibration) is performed. For example, in the surface 2a of the object to be measured 2, a reference surface (referred to as 2a for convenience) is determined in advance, and displacement measurement is performed on the reference surface 2a. In this measurement, first, for example, a stage (not shown) on which a sample (measurement object 2) is placed is moved in the lateral direction, and the objective lens 16 is moved.
The reference surface 2a should be located immediately below the. This stage is pre-positioned so that the surface 2a of the sample 2 placed on the upper surface of the stage comes to a position substantially close to points J and F of the optical system 12 in the sensor unit 1.

【0034】また、初期段階において、移動量検出器4
から中間値が出力されるように、センサーユニット1の
上下位置を決定する。これは、例えば、コンピュータ5
1のプログラムROM内に、移動量検出器4からI/O
回路53を介して入力される移動量データDcが中間値
となるまで、モータ駆動回路54に対して駆動信号Sd
を出力するというプログラムを登録しておき、電源オン
と同時にそのプログラムが起動されるように設定してお
くなどの手法により達成できる。
In the initial stage, the movement amount detector 4
The upper and lower positions of the sensor unit 1 are determined so that the intermediate value is output from. This is, for example, a computer 5
I / O from the movement amount detector 4 in the program ROM 1
The drive signal Sd is supplied to the motor drive circuit 54 until the movement amount data Dc input via the circuit 53 becomes an intermediate value.
This can be achieved by a method of registering a program for outputting and setting such that the program is started at the same time the power is turned on.

【0035】その後、上記試料2の基準面2aがJ・F
点からどのくらい離れているかが測定される。これは、
基準面2aからの反射光Lの第1及び第2のフォトダイ
オードPA 及びPB への入射に伴うこれら第1及び第2
のフォトダイオードPA 及びPB からの検出信号Sa及
びSbによって測定される。即ち、この例では、第1及
び第2のフォトダイオードPA 及びPB からの検出信号
Sa及びSbがA/D変換器52にてディジタルの検出
データDa及びDbにそれぞれ変換されて次段のコンピ
ュータ51に供給される。コンピュータ51は、プログ
ラムROMから動作用RAMに転送された演算用のプロ
グラムに基づいて、上記供給された検出データDa及び
Dbに対して演算を行う。この演算値Dは、以下の数1
で表される。
Thereafter, the reference surface 2a of the sample 2 is J · F.
The distance from the point is measured. this is,
When the reflected light L from the reference surface 2a is incident on the first and second photodiodes PA and PB, these first and second photodiodes PA and PB are incident.
Is measured by the detection signals Sa and Sb from the photodiodes PA and PB, respectively. That is, in this example, the detection signals Sa and Sb from the first and second photodiodes PA and PB are converted into digital detection data Da and Db by the A / D converter 52, respectively, and then the computer 51 at the next stage. Is supplied to. The computer 51 performs an operation on the supplied detection data Da and Db based on the operation program transferred from the program ROM to the operation RAM. This calculated value D is the following formula 1
It is represented by.

【0036】[0036]

【数1】D=(Da−Db)/(Da+Db)## EQU1 ## D = (Da-Db) / (Da + Db)

【0037】ここで、例えばD>0で、基準面2aがJ
・F点から遠い位置にあるとき、モータ駆動回路54に
対して例えば正方向の駆動信号+Sdが出力される。モ
ータ駆動回路54は、コンピュータ51から正方向の駆
動信号+Sdが供給されたとき、モータ32に例えば正
方向の駆動電流+iを供給して、モータ32を正回転さ
せる。このモータ32の正回転に伴って、駆動ギヤ33
とラック21との回転−直動変換により、センサーユニ
ット1自体が基準面2aに近づくように移動する。この
移動は、D=0、即ち基準面2aがJ・F点に一致する
まで行われる。
Here, for example, when D> 0, the reference surface 2a is J
When the position is far from the point F, for example, the drive signal + Sd in the forward direction is output to the motor drive circuit 54. When the drive signal + Sd in the forward direction is supplied from the computer 51, the motor drive circuit 54 supplies the drive current + i in the forward direction to the motor 32 to rotate the motor 32 in the forward direction. With the forward rotation of the motor 32, the drive gear 33
By the rotation-linear motion conversion between the rack 21 and the rack 21, the sensor unit 1 itself moves so as to approach the reference surface 2a. This movement is performed until D = 0, that is, the reference surface 2a coincides with the point J · F.

【0038】そして、基準面2aがJ・F点に一致した
とき、コンピュータ51は、I/O回路53に対して読
み込み信号Srを出力してI/O回路53のゲートを開
き、現時点においてI/O回路53に入力されている移
動量データDcを読み込み、このデータDcを基準デー
タとしてRAMのデータ領域に登録する。この段階で、
変位計における基準合わせ処理(キャリブレーション)
が完了する。
Then, when the reference plane 2a coincides with the point J · F, the computer 51 outputs the read signal Sr to the I / O circuit 53 to open the gate of the I / O circuit 53, and at the present time, I The movement amount data Dc input to the / O circuit 53 is read, and this data Dc is registered as a reference data in the data area of the RAM. At this stage,
Reference alignment processing (calibration) in displacement meters
Is completed.

【0039】その後、実際の被測定対象面に対する変位
の測定が行われる。この被測定対象面としては、例えば
試料2に設けられた穴61の底部や、試料2の表面に形
成されている凹凸、あるいは配線パターンなどが対象と
なる。
Then, the displacement of the actual surface to be measured is measured. The surface to be measured is, for example, the bottom of the hole 61 provided in the sample 2, the unevenness formed on the surface of the sample 2, or the wiring pattern.

【0040】ここで、例えば基準面2aに形成された穴
61の底部61aの変位(深さ)を測定する場合につい
て説明すると、試料2が載置されているステージ(図示
せず)を移動させて、上記基準合わせ処理が終えたセン
サーユニット1の直下に、被測定対象である穴61を位
置させる。このとき、レーザダイオード13から出射さ
れたレーザ光Lが穴61の底部61aに照射され、更に
その穴61の底部61aにて反射された光(反射光)L
が往光路に沿って光学系12に入射する。光学系12に
入射された反射光Lは、ナイフエッジ付きミラー14及
びミラー17を経て光検出器18に入射する。
Here, for example, the case of measuring the displacement (depth) of the bottom 61a of the hole 61 formed in the reference surface 2a will be described. The stage (not shown) on which the sample 2 is mounted is moved. Then, the hole 61 to be measured is positioned immediately below the sensor unit 1 on which the reference matching process is completed. At this time, the laser light L emitted from the laser diode 13 is applied to the bottom portion 61a of the hole 61, and the light (reflected light) L reflected by the bottom portion 61a of the hole 61.
Enters the optical system 12 along the outgoing light path. The reflected light L that has entered the optical system 12 enters the photodetector 18 via the mirror 14 with knife edge and the mirror 17.

【0041】そして、反射光Lの入射に伴って、光検出
器(第1及び第2のフォトダイオードPA 及びPB )か
らそれぞれ検出信号Sa及びSbが出力され、コンピュ
ータ51に検出データDa及びDbとして入力される。
コンピュータ51は、入力された検出データDa及びD
bを上記数1で示す演算式に基づいて演算を行う。この
場合、穴61の底部61aが基準面2aよりも下方に位
置することから、その深さに応じた+方向の値(D>
0)となる。
With the incidence of the reflected light L, the photodetectors (first and second photodiodes PA and PB) output detection signals Sa and Sb, respectively, and the computer 51 outputs the detection data Da and Db. Is entered.
The computer 51 uses the input detection data Da and D
The calculation of b is performed based on the calculation formula shown in the above mathematical expression 1. In this case, since the bottom portion 61a of the hole 61 is located below the reference surface 2a, a value in the + direction (D>
0).

【0042】コンピュータ51は、上記基準合わせ処理
の場合と同様に、モータ駆動回路54に正方向の駆動信
号+Sdを供給してモータ32を正回転させる。このモ
ータ32の正回転に伴って、センサーユニット1自体が
下方に、即ち穴61に近づく方向に移動する。この移動
は、D=0になるまで行われる。
The computer 51 supplies a positive drive signal + Sd to the motor drive circuit 54 to rotate the motor 32 in the forward direction, as in the case of the reference adjustment process. With the forward rotation of the motor 32, the sensor unit 1 itself moves downward, that is, in the direction toward the hole 61. This movement is performed until D = 0.

【0043】そして、穴61の底部61aがJ・F点に
一致したとき、コンピュータ51は、I/O回路53に
対して読み込み信号Srを出力してI/O回路53のゲ
ートを開き、現時点においてI/O回路53に入力され
ている移動量データDcを読み込む。その後、コンピュ
ータ51は、この読み込んだデータDcと、RAMのデ
ータ領域に登録されている基準データとの差を演算し、
更にその差分データに対して変位換算及び単位換算を行
って、実際の変位量を割り出す。その後、コンピュータ
51は、上記のようにして割り出した変位量を変位デー
タ(表示データ)Ddとして外部に接続されている表示
器55に供給する。
Then, when the bottom portion 61a of the hole 61 coincides with the point J · F, the computer 51 outputs the read signal Sr to the I / O circuit 53 to open the gate of the I / O circuit 53, and at the present time. At, the movement amount data Dc input to the I / O circuit 53 is read. After that, the computer 51 calculates the difference between the read data Dc and the reference data registered in the data area of the RAM,
Further, displacement conversion and unit conversion are performed on the difference data to calculate the actual displacement amount. After that, the computer 51 supplies the displacement amount calculated as described above as the displacement data (display data) Dd to the display device 55 connected to the outside.

【0044】表示器55は、コンピュータ51からの変
位データDdをキャラクタデータ(この場合、数字デー
タ)に変換して、例えば液晶ディスプレイ等で構成され
る表示面に、キャラクタ表示する。操作者は、この表示
器55に表示された数字を読むことによって、穴61の
深さを確認することができる。
The display 55 converts the displacement data Dd from the computer 51 into character data (numerical data in this case), and displays the characters on a display surface composed of, for example, a liquid crystal display. The operator can confirm the depth of the hole 61 by reading the number displayed on the display 55.

【0045】次に、例えば基準面2aに形成された凸部
62の変位(高さ)を測定する場合について説明する
と、試料2が載置されているステージを移動させて、上
記基準合わせ処理が終えたセンサーユニット1の直下
に、被測定対象である凸部62を位置させる。このと
き、レーザダイオード13から出射されたレーザ光Lが
凸部62に照射され、更に凸部62の上面62aにて反
射された光(反射光)Lが往光路に沿って光学系12に
入射する。光学系12に入射された反射光Lは、ナイフ
エッジ付きミラー14及びミラー17を経て光検出器1
8に入射する。
Next, a case of measuring the displacement (height) of the convex portion 62 formed on the reference surface 2a will be explained. The stage on which the sample 2 is placed is moved to perform the reference adjustment process. Immediately below the finished sensor unit 1, the convex portion 62 to be measured is positioned. At this time, the laser light L emitted from the laser diode 13 is applied to the convex portion 62, and the light (reflected light) L reflected by the upper surface 62a of the convex portion 62 is incident on the optical system 12 along the forward optical path. To do. The reflected light L incident on the optical system 12 passes through the mirror 14 with knife edge and the mirror 17, and the photodetector 1
It is incident on 8.

【0046】そして、反射光Lの入射に伴って、光検出
器(第1及び第2のフォトダイオードPA 及びPB )か
らそれぞれ検出信号Sa及びSbが出力され、コンピュ
ータ51に検出データDa及びDbとして入力される。
コンピュータ51は、入力された検出データDa及びD
bを上記数1で示す演算式に基づいて演算を行う。この
場合、凸部62の上面62aが基準面2aよりも上方に
位置することから、その高さに応じた−方向の値(D<
0)となる。
With the incidence of the reflected light L, the photodetectors (first and second photodiodes PA and PB) output detection signals Sa and Sb, respectively, and the computer 51 outputs detection data Da and Db. Is entered.
The computer 51 uses the input detection data Da and D
The calculation of b is performed based on the calculation formula shown in the above mathematical expression 1. In this case, since the upper surface 62a of the convex portion 62 is located above the reference surface 2a, a value in the-direction (D <
0).

【0047】コンピュータ51は、上記基準合わせ処理
の場合と同様に、モータ駆動回路54に負方向の駆動信
号−Sdを供給してモータ32を逆回転させる。このモ
ータ32の逆回転に伴って、センサーユニット1自体が
上方に、即ち凸部62から遠ざかる方向に移動する。こ
の移動は、D=0になるまで行われる。
The computer 51 supplies a negative drive signal -Sd to the motor drive circuit 54 to rotate the motor 32 in the reverse direction, as in the case of the reference adjusting process. With the reverse rotation of the motor 32, the sensor unit 1 itself moves upward, that is, in the direction away from the convex portion 62. This movement is performed until D = 0.

【0048】そして、凸部62の上面62aがJ・F点
に一致したとき、コンピュータ51は、I/O回路53
に対して読み込み信号Srを出力してI/O回路53の
ゲートを開き、現時点においてI/O回路53に入力さ
れている移動量データDcを読み込む。その後、コンピ
ュータ51は、この読み込んだデータDcと、RAMの
データ領域に登録されている基準データとの差を演算
し、更にその差分データに対して変位換算及び単位換算
を行って、実際の変位量を割り出す。その後、コンピュ
ータ51は、上記のようにして割り出した変位量を変位
データDdとして外部に接続されている表示器55に供
給する。操作者は、この表示器55に表示された数字を
読んで、凸部62の高さを確認することができる。
Then, when the upper surface 62a of the convex portion 62 coincides with the point J · F, the computer 51 causes the I / O circuit 53
A read signal Sr is output to open the gate of the I / O circuit 53 to read the movement amount data Dc currently input to the I / O circuit 53. After that, the computer 51 calculates the difference between the read data Dc and the reference data registered in the data area of the RAM, and further performs displacement conversion and unit conversion on the difference data to obtain the actual displacement. Figure out the amount. After that, the computer 51 supplies the displacement amount calculated as described above as the displacement data Dd to the display device 55 connected to the outside. The operator can check the height of the convex portion 62 by reading the number displayed on the display 55.

【0049】上記例は、穴61の深さ及び凸部62の高
さを測定する場合について説明したが、その他、試料の
表面に形成されている凹凸や配線パターンの段差を、上
記と同じ方法で測定することができる。また、上記の穴
61や凸部62のように、被測定対象面を適宜プロット
して測定するようにしてもよいが、被測定対象面に対
し、センサーユニット1を走査させることによって(あ
るいはステージを移動させることによって)、連続的に
検出データDa及びDbを取り込み、同時にI/O回路
53からリアルタイムで移動量データDcを読み込むこ
とにより、被測定対象面の表面状態(粗さ等)を測定す
ることもできる。
In the above example, the case where the depth of the hole 61 and the height of the convex portion 62 are measured has been described. However, in addition, the unevenness formed on the surface of the sample and the step of the wiring pattern are measured by the same method as described above. Can be measured at. The surface to be measured may be appropriately plotted and measured like the hole 61 or the convex portion 62, but the surface to be measured may be scanned by the sensor unit 1 (or the stage). By continuously moving detection data Da and Db and simultaneously reading the movement amount data Dc from the I / O circuit 53 in real time to measure the surface state (roughness, etc.) of the surface to be measured. You can also do it.

【0050】この場合、走査タイミングに同期したクロ
ック信号を表示器55に供給することにより、コンピュ
ータ51から順次送られてくる変位データDdの変化を
クロック信号の時間軸に沿って画像処理して、その変位
データDdの変化を線画像として表示させるようにして
もよい。線画像として表示した場合、被測定対象面の表
面状態を一目で確認することができる。
In this case, by supplying the clock signal synchronized with the scanning timing to the display 55, the change of the displacement data Dd sequentially sent from the computer 51 is image-processed along the time axis of the clock signal, You may make it display the change of the displacement data Dd as a line image. When displayed as a line image, the surface condition of the surface to be measured can be confirmed at a glance.

【0051】このように、本実施例に係る変位計によれ
ば、被測定対象面(穴61の底部61aや凸部62の上
面62aなど)にて反射された光Lが往光路に沿うこと
となるため、凹凸のある面の特に凹部の底や、穴の底
部、及び配線パターンの底部などのように、被測定対象
面が非常に狭い場合においても確実にその変位を光学的
に測定することができる。
As described above, according to the displacement meter of this embodiment, the light L reflected by the surface to be measured (the bottom 61a of the hole 61, the upper surface 62a of the protrusion 62, etc.) follows the forward optical path. Therefore, even if the surface to be measured is very narrow, such as the bottom of a concave or concave surface, the bottom of a hole, or the bottom of a wiring pattern, the displacement can be reliably measured optically. be able to.

【0052】また、反射率が比較的小さい試料(水の表
面やガラス等)でも高精度にその変位を測定することが
でき、しかも、対物レンズ16を交換することにより、
測定位置の分解能や変位データの分解能を適宜選定する
ことができる。
Further, the displacement of a sample having a relatively small reflectance (the surface of water, glass, etc.) can be measured with high accuracy, and by exchanging the objective lens 16,
The resolution of the measurement position and the resolution of the displacement data can be appropriately selected.

【0053】上記実施例では、光学系12としてナイフ
エッジ法を用いたが、その他、検出信号Sa及びSbの
差(Sa−Sb)が、被測定物2の表面2aとJ・F点
とのずれ量に対してS字状の波形を描く特性を有するも
のであれば、非点収差法等の方法でもよい。
In the above embodiment, the knife edge method is used as the optical system 12, but in addition, the difference (Sa-Sb) between the detection signals Sa and Sb is the difference between the surface 2a of the object 2 to be measured and the JF point. A method such as an astigmatism method may be used as long as it has a characteristic of drawing an S-shaped waveform with respect to the shift amount.

【0054】[0054]

【発明の効果】上述のように、本発明に係る変位量の測
定方法によれば、被測定対象面の基準面に対する変位量
を光学的に測定する変位量の測定方法において、光源か
らの光を対物レンズを介して収束して上記被測定対象面
に照射し、この被測定対象面から往光路に沿って反射さ
れた光に基づいて焦点合わせを行う自動焦点合わせ機構
により、上記対物レンズと上記被測定対象面との距離が
一定となるように、上記対物レンズを被測定対象面に対
して接離方向に移動させ、その移動量を上記被測定対象
面の上記基準面に対する変位量とするようにしたので、
凹凸のある面の特に凹部の底や、穴の底部、及び配線パ
ターンの底部などのように、被測定対象面が非常に狭い
場合においても確実にその変位を光学的に測定すること
ができる。
As described above, according to the displacement amount measuring method of the present invention, in the displacement amount measuring method for optically measuring the displacement amount of the surface to be measured with respect to the reference plane, the light from the light source is used. Is converged through an objective lens to irradiate the object surface to be measured, and an automatic focusing mechanism for performing focusing based on the light reflected from the object surface to be measured along the forward optical path The objective lens is moved in the contact direction with respect to the surface to be measured so that the distance to the surface to be measured is constant, and the amount of movement is the amount of displacement of the surface to be measured with respect to the reference surface. I decided to do so,
Even if the surface to be measured is extremely narrow, such as the bottom of a concave portion of a surface having irregularities, the bottom of a hole, or the bottom of a wiring pattern, the displacement can be reliably measured optically.

【0055】また、他の発明に係る変位計によれば、被
測定対象面の基準面に対する変位量を光学的に測定する
変位計において、光源とこの光源からの光を収束して上
記被測定対象面に照射する対物レンズとを有し、かつ上
記被測定対象面に対して接離方向に移動可能とされた光
学系と、上記光学系の上記光源からの光出射によって、
上記被測定対象面にて往光路に沿って反射された反射光
に基づいて、対物レンズと上記被測定対象面との距離が
一定となるように、上記光学系を被測定対象面に対して
接離方向に移動させる自動焦点合わせ機構と、上記光学
系の移動量を検出する移動量検出手段とを設けるように
したので、凹凸のある面の特に凹部の底や、穴の底部、
及び配線パターンの底部などのように、被測定対象面が
非常に狭い場合においても確実にその変位を光学的に測
定することができる。
According to another aspect of the present invention, in the displacement meter for optically measuring the displacement amount of the surface to be measured with respect to the reference surface, the light source and the light from the light source are converged to measure the above-mentioned measured object. An optical system having an objective lens for irradiating a target surface, and capable of moving in a contact direction with respect to the measured target surface, and by light emission from the light source of the optical system,
Based on the reflected light reflected along the forward optical path on the measured surface, the optical system with respect to the measured surface so that the distance between the objective lens and the measured surface is constant. Since the automatic focusing mechanism for moving in the contact and separation direction and the movement amount detecting means for detecting the movement amount of the optical system are provided, especially the bottom of the concave portion of the uneven surface, the bottom of the hole,
Also, even when the surface to be measured is very narrow, such as the bottom of the wiring pattern, the displacement can be reliably measured optically.

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

【図1】本発明に係る変位量の測定方法を変位計として
具現させた実施例(以下、単に実施例に係る変位計と記
す)を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment (hereinafter simply referred to as a displacement meter according to an embodiment) in which a displacement amount measuring method according to the present invention is embodied as a displacement meter.

【図2】本実施例に係る変位計で使用される光学系(ナ
イフエッジ法)の動作原理、即ち反射光の結像状態を示
す説明図であり、同図Aは被測定物の表面が光学系のジ
ャスト・フォーカス点(以下、単にJ・F点と記す)よ
り対物レンズ側に近づいたときの結像状態を示し、同図
Bは被測定物の表面がJ・F点と一致したときの結像状
態を示し、同図Cは被測定物の表面がJ・F点から遠ざ
かったときの結像状態を示す。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operating principle of an optical system (knife edge method) used in the displacement meter according to the present embodiment, that is, an image formation state of reflected light. The image forming state when the optical system is closer to the objective lens side than the just focus point (hereinafter, simply referred to as JF point) is shown, and FIG. 9B shows that the surface of the measured object coincides with the JF point. FIG. 6C shows the image formation state when the surface of the object to be measured is away from the JF point.

【図3】光検出器を構成する第1及び第2のフォトダイ
オードの出力特性を示す特性図であり、同図Aは被測定
物の表面とJ・F点とのずれ量に対する第1及び第2の
フォトダイオードの出力波形分布を示し、同図Bは第1
及び第2のフォトダイオードにおける各出力の差をとっ
たときの波形分布を示し、同図Cは第1及び第2のフォ
トダイオードにおける各出力の和をとったときの波形分
布を示す。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the output characteristics of the first and second photodiodes constituting the photodetector, and FIG. 3A shows the first and second output characteristics with respect to the amount of deviation between the surface of the DUT and the point J · F. The output waveform distribution of the second photodiode is shown in FIG.
And the waveform distribution when the difference between the outputs of the second photodiode is taken, and FIG. C shows the waveform distribution when the sum of the outputs of the first and second photodiodes is taken.

【図4】従来例に係る変位測定の原理を示す構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a principle of displacement measurement according to a conventional example.

【図5】従来例に係る変位測定の不都合点を示す説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing disadvantages of displacement measurement according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサーユニット 2 被測定物 2a 表面(基準面) 3 移動駆動機構 4 移動量検出器 5 制御系 12 光学系 13 レーザダイオード 14 ナイフエッジ付きミラー 15 レンズ 16 対物レンズ 17 ミラー 18 光検出器 21 ラック 22 舌片 32 モータ 33 駆動ギヤ 41 接触子 51 コンピュータ 52 A/D変換器 53 ディジタル入出力回路 54 モータ駆動回路 55 表示器 PA 第1のフォトダイオード PB 第2のフォトダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor unit 2 Object to be measured 2a Surface (reference surface) 3 Movement drive mechanism 4 Movement amount detector 5 Control system 12 Optical system 13 Laser diode 14 Mirror with knife edge 15 Lens 16 Objective lens 17 Mirror 18 Photodetector 21 Rack 22 Tongue 32 Motor 33 Drive gear 41 Contact 51 Computer 52 A / D converter 53 Digital input / output circuit 54 Motor drive circuit 55 Display PA First photodiode PB Second photodiode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定対象面の基準面に対する変位量を
光学的に測定する変位量の測定方法において、 光源からの光を対物レンズを介して収束して上記被測定
対象面に照射し、この被測定対象面から往光路に沿って
反射された光に基づいて焦点合わせを行う自動焦点合わ
せ機構により、上記対物レンズと上記被測定対象面との
距離が一定となるように、上記対物レンズを被測定対象
面に対して接離方向に移動させ、その移動量を上記被測
定対象面の上記基準面に対する変位量とすることを特徴
とする変位量の測定方法。
1. A displacement amount measuring method for optically measuring a displacement amount of a measurement target surface with respect to a reference surface, wherein light from a light source is converged through an objective lens to irradiate the measurement target surface. By the automatic focusing mechanism for focusing on the light reflected from the surface to be measured along the forward optical path, the objective lens is adjusted so that the distance between the objective lens and the surface to be measured becomes constant. Is moved toward and away from the surface to be measured, and the amount of movement is used as the amount of displacement of the surface to be measured with respect to the reference plane.
【請求項2】 被測定対象面の基準面に対する変位量を
光学的に測定する変位計において、 光源とこの光源からの光を収束して上記被測定対象面に
照射する対物レンズとを有し、かつ上記被測定対象面に
対して接離方向に移動可能とされた光学系と、 上記光学系の上記光源からの光出射によって、上記被測
定対象面にて往光路に沿って反射された反射光に基づい
て、対物レンズと上記被測定対象面との距離が一定とな
るように、上記光学系を被測定対象面に対して接離方向
に移動させる自動焦点合わせ機構と、 上記光学系の移動量を検出する移動量検出手段とを有す
ることを特徴とする変位計。
2. A displacement meter for optically measuring a displacement amount of a surface to be measured with respect to a reference surface, comprising a light source and an objective lens for converging light from the light source and irradiating the surface to be measured. Further, the optical system that is movable in the direction of contact with and away from the surface to be measured and the light emitted from the light source of the optical system are reflected on the surface to be measured along the forward optical path. An automatic focusing mechanism that moves the optical system in the contact and separation directions with respect to the surface to be measured so that the distance between the objective lens and the surface to be measured becomes constant based on the reflected light; A displacement amount detecting means for detecting the amount of movement of the displacement meter.
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