JP2003139517A - Surface measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉光学系を用い
てディスク表面の形状を計測する表面計測装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface measuring device for measuring the shape of a disk surface by using an interference optical system.
【０００２】たとえば磁気ディスクにおいては、その大
容量化や小型化が進められ、記録密度の向上が図られて
いる。これに呼応して、磁気ヘッドの低浮上量化も進め
られている。磁気ヘッドの低浮上量化が進むと、磁気デ
ィスク表面の平滑化も一層求められる。For example, in a magnetic disk, the capacity and size thereof have been increased, and the recording density has been improved. In response to this, the flying height of the magnetic head is being reduced. As the flying height of the magnetic head is reduced, the smoothing of the surface of the magnetic disk is further required.
【０００３】なぜなら、磁気ディスク装置では、磁気デ
ィスク上に磁気ヘッドスライダが位置しており、この磁
気ヘッドスライダがディスクの回転とともに浮上し、非
接触での記録、再生を行う。しかし、ディスク表面に磁
気ヘッドスライダが追随できないような微小凸部がある
と、ここに磁気ヘッドスライダがぶつかるおそれがあ
る。又、磁気ヘッドスライダが追随できないような微小
凹凸部があるとヘッド浮上量が変動し、磁気記録の電磁
変換特性に影響を与えることが懸念されている。This is because in a magnetic disk device, a magnetic head slider is located on the magnetic disk, and this magnetic head slider floats as the disk rotates, and performs non-contact recording / reproducing. However, if there is a minute protrusion on the surface of the disk that the magnetic head slider cannot follow, the magnetic head slider may hit it. Further, if there is a minute uneven portion that the magnetic head slider cannot follow, the flying height of the head fluctuates, which may affect the electromagnetic conversion characteristics of magnetic recording.
【０００４】そこで、磁気ディスクの表面状態を知る必
要があり、磁気ディスクの表面状態（主に微小うねり、
ナノレベルの凹凸）を計測する表面計測装置の高精度化
も要求されている。Therefore, it is necessary to know the surface condition of the magnetic disk, and the surface condition of the magnetic disk (mainly a minute waviness,
It is also required to improve the accuracy of surface measurement devices that measure nano-level irregularities).
【０００５】[0005]
【従来の技術】表面計測装置は、接触式と非接触式に大
別される。接触式の表面計測装置としては、触針式のも
のがあり、これには、針をディスク表面上で二次元的に
移動させて表面の微小うねりを計測するものや、ディス
ク表面に針を載せた状態でディスクを回転させながら円
周方向の微小うねりを測定するもの等がある。しかし、
接触式のものは、ディスクにダメージを与えるおそれが
あるだけでなく、計測速度が非常に遅いという欠点があ
り、非接触式のものが注目されている。2. Description of the Related Art Surface measuring devices are roughly classified into contact type and non-contact type. As a contact-type surface measuring device, there is a stylus-type device, which measures the minute waviness of the surface by moving the needle two-dimensionally on the disk surface or placing the needle on the disk surface. For example, there is a method in which a minute waviness in the circumferential direction is measured while rotating the disc in a closed state. But,
The contact type not only has a risk of damaging the disk, but also has a drawback that the measurement speed is very slow, and thus the non-contact type has attracted attention.
【０００６】図１３〜図１５は従来の非接触の表面計測
装置の概念的構成を示している。図１３の従来例では、
静止状態のディスク１の表面全体に光を当て、干渉光学
系２を介して得られたディスク全面の干渉縞パターンを
一括してエリアセンサ３で撮像し、ディスク１の表面形
状を計測するものである。13 to 15 show a conceptual configuration of a conventional non-contact surface measuring device. In the conventional example of FIG. 13,
The surface shape of the disk 1 is measured by shining light on the entire surface of the disk 1 in a stationary state and collectively capturing the interference fringe pattern of the entire surface of the disk obtained through the interference optical system 2 with the area sensor 3. is there.
【０００７】又、図１４の従来例は、静止状態のディス
ク１の表面の一部分（計測視野）１ａに光を当て、干渉
光学系２を介して得られた表面の一部分１ａの干渉縞パ
ターンをエリアセンサ３で撮像するという動作を、干渉
光学系２やエリアセンサ３を二次元的にずらしながら行
うことで、ディスク１全面の表面形状を計測するもので
ある。Further, in the conventional example of FIG. 14, light is applied to a part (measurement field of view) 1a of the surface of the disk 1 in a stationary state, and an interference fringe pattern of the part 1a of the surface obtained through the interference optical system 2 is obtained. The surface shape of the entire surface of the disk 1 is measured by performing the operation of imaging with the area sensor 3 while shifting the interference optical system 2 and the area sensor 3 two-dimensionally.
【０００８】図１５の従来例は、ディスク１をスピンド
ルモータ４で回転させ、干渉光学系２や０次元センサ５
を用いてディスク１表面の計測ポイントＰの形状を計測
するという動作を、干渉光学系２や０次元センサ５を相
対的にディスク１の半径方向にずらしながら行うこと
で、ディスク１全面の表面形状を計測するものである。
なお、このタイプの場合、０次元センサを横方向に並べ
て１次元センサとして計測する場合もある。In the conventional example shown in FIG. 15, the disk 1 is rotated by the spindle motor 4, and the interference optical system 2 and the zero-dimensional sensor 5 are used.
By performing the operation of measuring the shape of the measurement point P on the surface of the disk 1 using the, while moving the interference optical system 2 and the 0-dimensional sensor 5 relatively in the radial direction of the disk 1, the surface shape of the entire surface of the disk 1 Is to measure.
In the case of this type, 0-dimensional sensors may be arranged in the horizontal direction to measure as a 1-dimensional sensor.
【０００９】干渉光学系を用いて非接触で表面形状を測
定する表面計測装置の具体例としては、図１６に示すも
のがある。この図１６の干渉光学系２０において、白色
光源１１から出た光は、干渉フィルタ１２により単色化
され、ハーフミラー１４に入射する。その後、ハーフミ
ラー１４により図１６の下方に折り曲げられ、対物レン
ズ１５で集束された後、ハーフミラー１６に入射し、こ
こを透過した光が、ステージ２２上のディスク１３の表
面に到達する。一方ハーフミラー１６で反射した光は、
理想的な平面を持つ参照ミラー１８に到達する。ディス
ク１３での反射光と参照ミラー１８での反射光はそれぞ
れいままで通った光路と逆の光路をたどり、今度はハー
フミラー１４を透過して結像レンズ１９を通り、エリア
センサ（カメラ）２１上に干渉縞パターン画像を結像す
る。FIG. 16 shows a specific example of the surface measuring device for measuring the surface shape in a non-contact manner by using the interference optical system. In the interference optical system 20 of FIG. 16, the light emitted from the white light source 11 is monochromaticized by the interference filter 12 and enters the half mirror 14. After that, it is bent downward in FIG. 16 by the half mirror 14, is focused by the objective lens 15, and then is incident on the half mirror 16, and the light transmitted therethrough reaches the surface of the disk 13 on the stage 22. On the other hand, the light reflected by the half mirror 16 is
The reference mirror 18 with an ideal plane is reached. The reflected light from the disk 13 and the reflected light from the reference mirror 18 respectively follow the optical paths that have been passed up to now, pass through the half mirror 14, pass through the imaging lens 19, and pass through the area sensor (camera) 21. An interference fringe pattern image is formed on the top.
【００１０】この干渉縞パターン画像は、たとえば図１
７（ａ）のような画像になり、参照ミラー１８の傾きを
θｙ方向とθｚ方向に調整してそれぞれの計測器での計
測に都合のよいたとえば同図（ｂ）のような画像になる
ように調整する。参照ミラー１８が理想的な平面を持っ
ていれば、同図（ｂ）の縞間隔ｄだけ離れたディスク１
３上の２地点の高さの差は、干渉フィルタ１２で単色化
した光の波長の半分となる。This interference fringe pattern image is shown in FIG.
The image as shown in FIG. 7A is obtained, and the tilt of the reference mirror 18 is adjusted in the θy direction and the θz direction, which is convenient for measurement by each measuring instrument, for example, as shown in FIG. 7B. Adjust to. If the reference mirror 18 has an ideal plane, the disk 1 separated by the stripe spacing d in FIG.
The difference in height between the two points on 3 is half the wavelength of the light monochromaticized by the interference filter 12.
【００１１】以上のようにして得られた干渉縞パターン
画像から算出した表面形状（表面の高さ）の一例を同図
（ｃ）に示す。この図はエリアセンサ２１による計測視
野のひとつ分についての高さデータである。An example of the surface shape (surface height) calculated from the interference fringe pattern image obtained as described above is shown in FIG. This figure shows height data for one measurement field of view by the area sensor 21.
【００１２】この表面計測装置は、参照ミラー１８が理
想的な平面を持つことを前提として、その精度が保証さ
れるものであるが、現実には、参照ミラー１８が理想的
な平面を持つことはない。このため、たとえば図１８
（ａ）のように、参照ミラー１８が理想とする平面を有
しないとすると、得られる高さデータは、同図（ｂ）で
示す真の表面高さに参照ミラー１８の誤差が重畳した同
図（ｃ）のようになるため、真の表面高さが得られな
い。ただし、同図（ｃ）において参照ミラー１８の誤差
分を点線で示し、誤差が重畳した高さデータを実線で示
した。The accuracy of this surface measuring apparatus is guaranteed on the assumption that the reference mirror 18 has an ideal flat surface. However, in reality, the reference mirror 18 has an ideal flat surface. There is no. Therefore, for example, in FIG.
As shown in (a), assuming that the reference mirror 18 does not have an ideal plane, the obtained height data is the same as the true surface height shown in FIG. As shown in FIG. 7C, the true surface height cannot be obtained. However, in FIG. 7C, the error amount of the reference mirror 18 is shown by a dotted line, and the height data on which the error is superimposed is shown by a solid line.
【００１３】真の表面高さを求めるためには、参照ミラ
ー１８の誤差分を算出し、同図（ｃ）で得られた、誤差
が重畳した高さデータから差し引く必要がある。参照ミ
ラー１８の誤差分は、図１９に示すように測定対象とし
て理想平面に近い基準平面板２３をステージ２２上に設
置して干渉縞パターンを撮像し、高さを算出する。具体
的には、基準平面版２３としてくせのないミラーを設置
し、このミラー平面のいろいろな場所の干渉画像をステ
ージ２２を使ってミラーを動かして求め、算出した高さ
を平均する場合が多い。これが、たとえば同図（ｂ）の
ようになったとすれば、このデータを使って、高さデー
タを補正し、図２０に示すようにディスク表面高さを求
めていけばよい。In order to obtain the true surface height, it is necessary to calculate the error amount of the reference mirror 18 and subtract it from the height data on which the error is superimposed, which is obtained in FIG. As for the error amount of the reference mirror 18, as shown in FIG. 19, a reference plane plate 23 close to an ideal plane is set on the stage 22 as an object to be measured, an interference fringe pattern is imaged, and the height is calculated. Specifically, in many cases, a flat mirror is installed as the reference plane plate 23, and interference images at various places on this mirror plane are obtained by moving the mirror using the stage 22 and the calculated heights are averaged. . If this becomes, for example, as shown in FIG. 11B, the height data may be corrected using this data to obtain the disk surface height as shown in FIG.
【００１４】図２０（ａ）は誤差が重畳した高さデー
タ、同図（ｂ）は求まった参照ミラー１８の誤差分、同
図（ｃ）は同図（ａ）のデータから同図（ｂ）の誤差分
を減算して算出した真の対象の表面高さである。しか
し、誤差分のデータを取得し、基準平面板２３を外し、
図１６のようにディスク１３を再び設置した後に、干渉
縞が図１７（ａ）のような状態にあると、この状態から
図１７（ｂ）の状態に調整する必要があるが、ここで
は、参照ミラー１８を動かす調整方法はとれない。なぜ
なら、参照ミラー１８を動かすと、参照ミラー１８上の
照明光が当たる位置がずれることにより、図１９で求め
た参照ミラー１８の誤差量が変わり、再び原器である基
準平面板２３を使って校正用データを作成する必要が生
じることになり、校正の作業が際限なく続くことになる
からである。このために、従来は、参照ミラー１８は固
定しておき、図１６のように光学系全体ＢＬ１をあおる
ようにθ１ｙ方向とθ１ｘ方向に動かすか、ディスク１
３側のステージ全体ＢＬ２をあおるようにθ２ｙ方向か
θ２ｘ方向に動かしている。FIG. 20 (a) is height data in which an error is superimposed, FIG. 20 (b) is the error of the reference mirror 18 found, and FIG. 20 (c) is from the data of FIG. ) Is the true target surface height calculated by subtracting the error. However, the data for the error is acquired, the reference plane plate 23 is removed,
If the interference fringes are in a state as shown in FIG. 17A after the disk 13 is installed again as shown in FIG. 16, it is necessary to adjust from this state to the state of FIG. 17B, but here, There is no way of adjusting the reference mirror 18. This is because when the reference mirror 18 is moved, the position on the reference mirror 18 where the illumination light strikes shifts, and the error amount of the reference mirror 18 obtained in FIG. 19 changes, and the standard flat plate 23, which is the prototype, is used again. This is because it becomes necessary to create calibration data, and the calibration work will continue endlessly. Therefore, conventionally, the reference mirror 18 is fixed and moved in the θ1y direction and the θ1x direction so as to cover the entire optical system BL1 as shown in FIG.
The stage 3 on the third side is moved in the θ2y direction or the θ2x direction so as to cover the entire stage BL2.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】図１３に示した表面計
測装置のように、ディスク全面の干渉縞パターンを一括
して撮像しディスク表面形状を計測する場合、光学的な
分解能の不足により短周期の微小うねり計測に十分な分
解能を得ることができない。As in the surface measuring apparatus shown in FIG. 13, when the interference fringe patterns on the entire surface of the disk are collectively imaged to measure the disk surface shape, the short cycle is caused due to insufficient optical resolution. Sufficient resolution cannot be obtained for the measurement of micro waviness.
【００１６】一方、図１４に示した表面計測装置のよう
に、ディスク表面の一部分の干渉縞パターンを撮像し、
ディスクの表面形状を計測する場合、分解能は十分であ
るが計測視野が限定されるため、長周期の微小うねりを
計測することができない。On the other hand, like the surface measuring apparatus shown in FIG. 14, the interference fringe pattern of a part of the disk surface is imaged,
When measuring the surface shape of a disk, the resolution is sufficient, but the measurement field of view is limited, so it is not possible to measure long-period minute waviness.
【００１７】図１４に示した表面計測装置の問題点に関
しては、例えば、特開平７−１７４５３５号公報に記載
されているように、小さい計測視野を二次元方向（ｘ，
ｙ軸方向）に移動させて重複部分の情報を基に大きな範
囲を計測する例もあるが、このようなｘ，ｙ軸方向に計
測視野を移動させてディスク全面の高さデータを得る方
式は、ディスク周方向に連続した高さデータを得るのに
時間がかかる。Regarding the problem of the surface measuring apparatus shown in FIG. 14, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 174535/1995, a small measuring field of view is set in a two-dimensional direction (x,
There is also an example in which a large range is measured based on the information of the overlapping portion by moving in the y-axis direction), but the method of moving the measurement field of view in the x- and y-axis directions to obtain the height data of the entire surface of the disk is , It takes time to obtain continuous height data in the disk circumferential direction.
【００１８】図１５に示した表面計測装置のように、デ
ィスクを回転させながらディスク表面形状を計測する場
合、ディスク回転時の振動が計測値にノイズとして重畳
してしまうため、ディスクの表面形状を精密に計測する
ことが困難である。この方式の表面計測装置において、
ディスク回転時の振動ノイズを計測値から取り除くため
には、問題となる振動より十分高速あるいは低速な時間
でデータをサンプリングし、その後のフィルタリング処
理で振動成分を取り除くことになるが、このようにする
と、振動成分（周波数）に比べて高速なサンプリングを
行わなければならなくなり、計測部および処理部が高価
になってしまう。逆に振動成分に比べて低速なサンプリ
ングを行うと、計測時間が非常に長くなる。When the disk surface shape is measured while rotating the disk as in the surface measuring apparatus shown in FIG. 15, the vibration during the disk rotation is superimposed on the measured value as noise. It is difficult to measure accurately. In this type of surface measurement device,
In order to remove the vibration noise at the time of disk rotation from the measured value, the data is sampled at a time sufficiently faster or slower than the problem vibration, and the vibration component is removed by the subsequent filtering process. As a result, it becomes necessary to perform sampling at a higher speed than the vibration component (frequency), and the measuring unit and the processing unit become expensive. On the contrary, if the sampling is performed at a speed lower than that of the vibration component, the measurement time becomes very long.
【００１９】一方、表面計測装置の具体例として挙げた
図１６に示す表面計測装置では、上記の通り、参照ミラ
ー１８は固定しておき、図１６のように光学系全体ＢＬ
１をあおるように動かすか、ディスク１３側のステージ
全体ＢＬ２をあおるように動かす必要があるため、装置
規模が大きくなるという問題がある。さらに光学系全体
ＢＬ１を動かすかディスク１３側のステージ全体ＢＬ２
を動かすかにかかわらず、基準平面板等の校正原器をあ
らかじめ用意する必要があり、装置稼動中は恒常的な原
器の保持と保守を行う必要がある。このように、従来装
置では、保守手順が煩雑になり、かつ装置規模が大きく
なってしまうという問題点がある。On the other hand, in the surface measuring apparatus shown in FIG. 16 as a specific example of the surface measuring apparatus, the reference mirror 18 is fixed as described above, and the entire optical system BL is set as shown in FIG.
There is a problem in that the device scale becomes large because it is necessary to move 1 to move up or the entire stage BL2 on the disk 13 side to move up. Further, move the entire optical system BL1 or the entire stage BL2 on the disk 13 side.
It is necessary to prepare a calibration standard such as a reference plane plate in advance regardless of whether or not to move, and it is necessary to constantly hold and maintain the standard while the system is operating. As described above, the conventional device has a problem that the maintenance procedure becomes complicated and the device scale becomes large.
【００２０】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、第１の課題は、校正原器が不要で、しかも
装置規模を小さくできる表面計測装置を実現することに
なる。The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to realize a surface measuring apparatus which does not require a calibration standard and can be downsized.
【００２１】第２の課題は、長周期及び短周期の微小う
ねりを短時間に精密に計測できる表面計測装置を実現す
ることになる。A second problem is to realize a surface measuring device capable of precisely measuring minute undulations of a long cycle and a short cycle in a short time.
【００２２】[0022]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に係る発明は、図１の原理図に示すように、参照ミ
ラー３１からの反射光とディスク３２表面上の計測視野
３２ａからの反射光とを干渉させて干渉縞パターンを生
じさせる干渉光学系３３と、干渉縞パターンを撮像する
ためのエリアセンサ３４と、エリアセンサ３４とディス
ク３２との相対位置を変化させる移動手段３９と、移動
手段３９によりディスク３２表面上の計測視野３２ａを
連続的にずらせながら、各計測視野３２ａについてエリ
アセンサ３４に干渉縞パターンの撮像を繰り返させる撮
像制御手段３５と、エリアセンサ３４で得られた各干渉
縞パターン画像からそれぞれ位相を抽出し、ディスク３
２表面上の各計測視野３２ａ内の座標点の高さ算出する
高さ算出手段３６と、高さ算出手段３６で求めた複数の
計測視野３２ａでの高さデータの、複数の計測視野３２
ａ間における平均値を求め、この平均値を校正用データ
とする校正用データ算出手段３７と、高さ算出手段３６
で求めた高さデータを校正用データ算出手段３７で求め
た校正用データで校正し、校正後の高さデータを求める
校正高さ算出手段３８とからなる。The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problems, as shown in the principle diagram of FIG. 1, shows the reflected light from the reference mirror 31 and the measurement visual field 32a on the surface of the disk 32. An interference optical system 33 that interferes with the reflected light to generate an interference fringe pattern, an area sensor 34 for capturing the interference fringe pattern, and a moving unit 39 that changes the relative position of the area sensor 34 and the disc 32. While the moving field 39 continuously shifts the measurement field of view 32a on the surface of the disk 32, the image sensor control section 35 that causes the area sensor 34 to repeatedly capture an image of the interference fringe pattern for each measurement field of view 32a, and the respective image sensors obtained by the area sensor 34. The phase is extracted from the interference fringe pattern image, and the disk 3
2 height measurement means 36 for calculating heights of coordinate points in each measurement visual field 32a on the surface, and plural measurement visual fields 32 of height data in the plural measurement visual fields 32a obtained by the height calculation means 36
A mean value between a is calculated, and the mean value is used as the calibration data for calibration data calculation means 37 and height calculation means 36.
The height data obtained in step 1 is calibrated with the calibration data obtained by the calibration data calculation means 37, and the calibration height calculation means 38 obtains height data after calibration.
【００２３】この表面計測装置では、エリアセンサ３４
とディスク３２との相対位置を移動手段３９で変化させ
ることにより、計測視野３２ａを移動させながら、ディ
スク３２表面を撮像する。図２に示すように、各計測視
野３２ａにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，... と名前を付けたとき、
計測視野Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，...の高さデータ（形状画
像）は、高さ算出手段３６から得られる。In this surface measuring device, the area sensor 34
By changing the relative position between the disk 32 and the disk 32 by the moving means 39, the surface of the disk 32 is imaged while moving the measurement visual field 32a. As shown in FIG. 2, when each measurement visual field 32a is named A, B, C, D, ...
The height data (shape image) of the measurement visual fields A, B, C, D, ... Is obtained from the height calculating means 36.
【００２４】このとき、参照ミラー３１の校正は、ディ
スク３２自身を基準平面とみなして行う。その方法は、
校正用データの作成に用いる計測視野を決める。この校
正用データ算出用の計測視野が、Ｎ個の計測視野Ａ，
Ｂ，Ｃ，...であるとすると、Ｎ個の計測視野Ａ，Ｂ，
Ｃ，...の高さデータ（形状画像）から、校正用データ
（形状画像）を算出する。At this time, the reference mirror 31 is calibrated by regarding the disk 32 itself as a reference plane. The method is
Determine the measurement field of view used to create the calibration data. The measurement field of view for calculating the calibration data is N measurement fields of view A,
If B, C, ..., N measurement fields A, B,
From the height data (shape image) of C, ..., Calibration data (shape image) is calculated.
【００２５】校正用データは、計測視野Ａ，Ｂ，
Ｃ，...の形状画像のある座標位置(xn,yn)の高さデータ
をｆa(xn,yn)，ｆb(xn,yn)，ｆc(xn,yn)，...とし、校
正用データ（形状画像）のある位置(xn,yn)の高さデー
タをfv(xn,yn)とすると、たとえば、
fv(xn,yn)＝｛fa(xn,yn)＋fb(xn,yn)+fc(xn,yn)+...｝
／Ｎ
として求められる。The calibration data includes measurement fields A, B,
The height data at the coordinate position (xn, yn) in the shape image of C, ... is set as fa (xn, yn), fb (xn, yn), fc (xn, yn), ... If the height data at a position (xn, yn) where data (shape image) is present is fv (xn, yn), for example, fv (xn, yn) = {fa (xn, yn) + fb (xn, yn) + fc (xn, yn) + ...}
/ N.
【００２６】上式において、fv(xn,yn)中のディスク３
２の凹凸成分は加算平均により平準化されて無くなるの
で、ディスク３２の位置に理想的な平面をおいた場合と
同じ状況になる。一方、ｆa(xn,yn)，ｆb(xn,yn)，ｆc
(xn,yn)，...には参照ミラー３１の誤差分が常に存在す
るため、fv(xn,yn)中の参照ミラー３１の誤差分の精度
は加算平均により向上する。よって、Ｎを大きくすれ
ば、このfv(xn,yn)は、校正用データとしてきわめて精
密なものとなる。In the above equation, disk 3 in fv (xn, yn)
Since the unevenness component of 2 is leveled by the averaging process and disappears, the situation is the same as when the ideal plane is placed at the position of the disk 32. On the other hand, fa (xn, yn), fb (xn, yn), fc
Since the error amount of the reference mirror 31 always exists in (xn, yn), ..., the accuracy of the error amount of the reference mirror 31 in fv (xn, yn) is improved by the averaging. Therefore, if N is increased, this fv (xn, yn) becomes extremely precise as calibration data.
【００２７】本発明では、このfv(xn,yn)を用いて、高
さデータｆa(xn,yn)，ｆb(xn,yn)，ｆc(xn,yn)，...の
校正を行う。校正後の計測視野Ａ，Ｂ，Ｃ，...の、あ
る位置(xn,yn) における高さデータをfa'(xn,yn)，ｆb'
(xn,yn)，ｆc'(xn,yn)，...とすると、校正後の高さデ
ータは、たとえば、
fa'(xn,yn)＝fa(xn,yn)−fv(xn,yn)
fb'(xn,yn)＝fb(xn,yn)−fv(xn,yn)
fc'(xn,yn)＝fc(xn,yn)−fv(xn,yn)
............
として求められる。この処理をディスク表面の全域に渡
って行うことにより、表面高さを精密に求めることがで
きる。In the present invention, the height data fa (xn, yn), fb (xn, yn), fc (xn, yn), ... Are calibrated using this fv (xn, yn). Height data at a certain position (xn, yn) of the calibrated measurement visual fields A, B, C, ... is fa '(xn, yn), fb'
(xn, yn), fc '(xn, yn), ..., the height data after calibration is, for example, fa' (xn, yn) = fa (xn, yn) -fv (xn, yn ) fb '(xn, yn) ＝ fb (xn, yn) −fv (xn, yn) fc' (xn, yn) ＝ fc (xn, yn) −fv (xn, yn) ....... ..... is required. By performing this processing over the entire surface of the disk, the surface height can be accurately obtained.
【００２８】さらに、本発明では、ディスク自身を校正
用データの作成に用いることにより、基準平面板等の校
正原器が不要になり、校正も極めて簡便に行える。しか
も、干渉縞を調整するために参照ミラーの傾斜角を変え
ても、データ処理だけで、その傾斜角での校正用データ
を容易に取得でき、従来のように、校正用データの取得
後に光学系全体あるいはステージ全体を動かす必要はな
く、装置規模を小さくできる。Further, according to the present invention, since the disc itself is used for creating the calibration data, the calibration standard such as the reference plane plate is not required and the calibration can be performed very easily. Moreover, even if the tilt angle of the reference mirror is changed in order to adjust the interference fringes, the calibration data at that tilt angle can be easily acquired by simply processing the data. It is not necessary to move the entire system or the entire stage, and the device scale can be reduced.
【００２９】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明において、撮像制御手段は、エリアセンサとディスク
との相対位置を変化させることにより、ディスク表面上
の計測視野をその一部が重複するように連続的にずらせ
ながら（図２（ｂ）参照）、各計測視野についてエリア
センサに干渉縞パターンの撮像を繰り返させるものであ
ることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the image pickup control means changes a relative position between the area sensor and the disc to partially overlap the measurement visual fields on the disc surface. It is characterized in that the area sensor repeats the imaging of the interference fringe pattern for each measurement visual field while continuously shifting it (see FIG. 2B).
【００３０】この発明によれば、隣接する計測視野間の
重複部分での高さデータが等しくなるように、各計測視
野の高さデータを繋ぐことにより、ディスク表面の広範
囲の高さデータが精密に求められるため、長周期の微小
うねりであっても精密に計測できる。According to the present invention, the height data of a wide range of the disk surface is accurately obtained by connecting the height data of the respective measurement visual fields so that the height data of the overlapping portions between the adjacent measurement visual fields become equal to each other. Therefore, even minute waviness with a long period can be accurately measured.
【００３１】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明において、移動手段は、ディスクを回転駆動す
ると共に、ディスクを半径方向に移動させることができ
るものであり、撮像制御手段は、エリアセンサが円周方
向に並んだ矩形の計測視野を重複させながら連続的に撮
像できるように、移動手段とエリアセンサを制御するも
のであることを特徴とするものである。この発明では計
測視野が円周方向に移動することになり、円周方向の長
周期及び短周期の微小うねりを短時間に精密に計測でき
る。According to a third aspect of the invention, in the invention according to the first or second aspect, the moving means is capable of rotating and driving the disc and moving the disc in the radial direction. The moving means and the area sensor are controlled so that the area sensor can continuously capture images while overlapping the rectangular measurement visual fields arranged in the circumferential direction. In the present invention, the measurement field of view moves in the circumferential direction, so that minute undulations of long and short periods in the circumferential direction can be accurately measured in a short time.
【００３２】請求項４に係る発明は、請求項３に係る発
明において、ディスクの円周方向に不規則に並んだ複数
の計測視野内の高さデータから、校正用データを求める
ことを特徴とするものである。この発明によれば、校正
用データに周期的なノイズ成分が織り込まれない。The invention according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to claim 3, calibration data is obtained from height data in a plurality of measurement fields arranged irregularly in the circumferential direction of the disk. To do. According to the present invention, periodic noise components are not incorporated in the calibration data.
【００３３】請求項５に係る発明は、請求項２に係る発
明において、各計測視野内の高さデータについて、それ
ぞれ、ディスクの円周方向に隣接した高さデータ同士の
差分値を算出し、この差分データを連結して円周方向に
連続した一連の差分データを作成し、これを表面形状画
像データとして出力する画像結合手段を設け、画像結合
手段では、隣接計測視野との非重複部分の差分データは
そのまま一連の高さデータの一部として採用し、隣接計
測視野との重複部分の差分データは、何れかの計測視野
の差分データを計測視野の重複を解消するように選択し
一連の高さデータの一部として採用するようにしたこと
を特徴とするものである。In the invention according to claim 5, in the invention according to claim 2, for the height data in each measurement visual field, a difference value between height data adjacent in the circumferential direction of the disk is calculated, This difference data is connected to create a series of difference data that is continuous in the circumferential direction, and an image combining unit that outputs the difference data as surface shape image data is provided. The difference data is adopted as a part of the series of height data as it is, and the difference data of the overlapping portion with the adjacent measurement visual field is selected so as to eliminate the duplication of the measurement visual field. It is characterized by being adopted as a part of height data.
【００３４】この発明によれば、ディスク表面の広範囲
の高さデータが容易かつ精密に求められる。According to the present invention, a wide range of height data on the disk surface can be easily and precisely obtained.
【００３５】[0035]
【実施の形態】図３は本発明の実施の形態例を示す図で
ある。この図において、干渉光学系６０は、以下の光路
が形成されるように構成されている。まず、白色光源
（メタルハライドランプ）５１から出た光は、干渉フィ
ルタ５２により単色化され、ハーフミラー５４に入射す
る。その後、ハーフミラー５４により図３の下方に折り
曲げられ、対物レンズ５５で集束された後、ハーフミラ
ー５６に入射し、ここを透過した光が、回転ステージ６
２上のディスク５３の表面に到達する。一方ハーフミラ
ー５６で反射した光は、理想的な平面を持つ参照ミラー
５８に到達する。ディスク５３での反射光と参照ミラー
５８での反射光はそれぞれいままで通った光路と逆の光
路をたどり、今度はハーフミラー５４を透過して結像レ
ンズ５９を通り、矩形の計測視野を持つパーシャルスキ
ャンあるいはハイフレームレートＣＣＤ等でなるエリア
センサ６１上に干渉縞パターン画像を結像する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In this figure, the interference optical system 60 is configured so that the following optical paths are formed. First, the light emitted from the white light source (metal halide lamp) 51 is monochromaticized by the interference filter 52 and is incident on the half mirror 54. Thereafter, the half mirror 54 bends the light downward in FIG. 3, and the light is incident on the half mirror 56 after being focused by the objective lens 55.
2 reaches the surface of the disk 53 above. On the other hand, the light reflected by the half mirror 56 reaches the reference mirror 58 having an ideal plane. The reflected light from the disk 53 and the reflected light from the reference mirror 58 follow the optical paths opposite to the paths that have passed up to now, and this time, they pass through the half mirror 54, pass through the imaging lens 59, and have a rectangular measurement field of view. An image of the interference fringe pattern is formed on the area sensor 61 formed of a partial scan or a high frame rate CCD.
【００３６】上記回転ステージ６２は、ディスク５３を
保持しディスク５３を回転させるものである（回転中心
軸は対物レンズ５５の光軸と平行）。この回転ステージ
６２は、回転ステージ６２を図３における左右方向に移
動させる直動ステージ６３上に載せられている。上記回
転ステージ６２と直動ステージ６３とが、エリアセンサ
６１とディスク５３との相対位置を変化させる移動手段
を構成している。The rotary stage 62 holds the disk 53 and rotates the disk 53 (the center axis of rotation is parallel to the optical axis of the objective lens 55). The rotary stage 62 is mounted on a linear movement stage 63 that moves the rotary stage 62 in the left-right direction in FIG. The rotary stage 62 and the linear movement stage 63 form a moving unit that changes the relative position of the area sensor 61 and the disk 53.
【００３７】制御部７０内の撮像制御手段７１は、回転
ステージ６２，直動ステージ６３をそれぞれドライバ７
３，７４を介して駆動し、ディスク５３表面上の矩形の
計測視野５３ａをその一部が重複するように連続的にず
らせながら、各計測視野５３ａについてエリアセンサ３
４に干渉縞パターンの撮像を繰り返させるものである。
又、干渉光学系６０内の参照ミラー５８は、傾斜可能に
設けられており、参照ミラー駆動部７５を介して制御部
７０が所望の角度に傾斜できるようになっている。The image pickup control means 71 in the control unit 70 drives the rotary stage 62 and the linear movement stage 63 respectively in the driver 7.
The area sensor 3 is driven for each measurement visual field 53a while being driven through 3, 74 and continuously shifting the rectangular measurement visual field 53a on the surface of the disk 53 so as to partially overlap each other.
4 is to repeat the imaging of the interference fringe pattern.
Further, the reference mirror 58 in the interference optical system 60 is provided so as to be tiltable, and the control unit 70 can be tilted at a desired angle via the reference mirror driving unit 75.
【００３８】メモリ８１はエリアセンサ６１で取得した
干渉縞パターン画像を連続的に蓄積するもので、ここに
蓄積されたデータは、高さ算出手段８２や制御部７０で
読み出せるようになっている。又、制御部７０は、縞間
隔等の調整時にメモリ８１から直接データを読み出し、
干渉縞パターン画像を出力手段７６に表示させたり、干
渉縞パターン画像に基づき、参照ミラー５８の傾斜角調
整を行えるようになっている。なお、参照ミラー５８の
傾斜角調整は、自動でも手動でも行える。The memory 81 continuously accumulates the interference fringe pattern images acquired by the area sensor 61, and the data accumulated here can be read by the height calculating means 82 and the control unit 70. . Further, the control unit 70 reads the data directly from the memory 81 when adjusting the stripe interval and the like,
The interference fringe pattern image can be displayed on the output means 76, and the tilt angle of the reference mirror 58 can be adjusted based on the interference fringe pattern image. The tilt angle of the reference mirror 58 can be adjusted automatically or manually.
【００３９】高さ算出手段８２は、エリアセンサ６１で
得られた各干渉縞パターン画像からそれぞれ位相を抽出
し、ディスク５３表面上の各計測視野５３ａ内の座標点
の高さ算出するものである。本形態例のように、回転す
るディスクの干渉縞画像から高さを算出するには、高精
度干渉法でも位相シフト法のような同じ個所で複数枚の
干渉画像が必要な方法は適用が難しい。The height calculation means 82 extracts the phase from each interference fringe pattern image obtained by the area sensor 61, and calculates the height of the coordinate point in each measurement visual field 53a on the surface of the disk 53. . As in the present embodiment, in order to calculate the height from the interference fringe image of the rotating disk, it is difficult to apply a method that requires a plurality of interference images at the same place, such as the phase shift method, even in the high-precision interferometry method. .
【００４０】高精度干渉法の中でも、空間的に変調した
１枚の干渉縞画像（キャリア縞画像）から高精度な高さ
が検出できる方法として、空間キャリア法がある。これ
は本発明に適用可能である。空間キャリア法は、光源に
白色光源、撮像系（エリアセンサ）にＣＣＤを使用でき
るため、安価な光学系が構築可能である。Among the high precision interferometry methods, there is a spatial carrier method as a method capable of detecting a highly precise height from one spatially modulated interference fringe image (carrier fringe image). This is applicable to the present invention. In the space carrier method, a white light source can be used as a light source and a CCD can be used as an image pickup system (area sensor), so that an inexpensive optical system can be constructed.
【００４１】ここで、図４のマイケルソン型干渉光学系
を用いて空間キャリア法を説明する。この構成は、光源
５１から出た光がレンズ９２で平行光に変えられ、ビー
ムスプリッタ９３に入り、分岐した一方の光が対象９４
に入射し、分岐した他方の光が参照ミラー９５に入射
し、対象９４と参照ミラー９５での反射光がビームスプ
リッタ９３で合成され、レンズ９６によりカメラ９７上
に結像するようになっている。Here, the spatial carrier method will be described using the Michelson type interference optical system shown in FIG. In this configuration, the light emitted from the light source 51 is converted into parallel light by the lens 92, enters the beam splitter 93, and one of the branched lights is a target 94.
Is incident on the reference mirror 95, and the light reflected by the object 94 and the reference mirror 95 is combined by the beam splitter 93 and is imaged on the camera 97 by the lens 96. .
【００４２】対象９４側と参照ミラー９５側の光路差を
ΔＬ(x,y)，対象の高さをd(x,y)，位相差をφ(x,y)，照
射光の波長をλとすると、カメラ９７で観測される干渉
稿強度g(x,y)は次式で表せる。The optical path difference between the object 94 side and the reference mirror 95 side is ΔL (x, y), the object height is d (x, y), the phase difference is φ (x, y), and the wavelength of the irradiation light is λ. Then, the interference draft intensity g (x, y) observed by the camera 97 can be expressed by the following equation.
【００４３】
ｇ(x,y)＝ａ(x,y)＋ｂ(x,y)cos(φ(x,y)) …（１）
φ(x,y)＝２πΔＬ(x,y)／λ …（２）
ｄ(x,y)＝ΔＬ(x,y)／２ …（３）
ここでａ(x,y)，ｂ(x,y)はそれぞれ干渉稿のバックグラ
ウンド強度、明暗振幅である。従来の干渉法では、干渉
画像の明暗から物体の高さ情報を示す位相φ(x,y)を求
めている。ところが光路差ΔＬ(x,y)が波長以下の場
合、ａ(x,y)，ｂ(x,y)とφ(x,y)の区別が困難であるた
め干渉画像を用いた高さ計測が不可能となる。G (x, y) = a (x, y) + b (x, y) cos (φ (x, y)) (1) φ (x, y) = 2πΔL (x, y) / λ … (2) d (x, y) = ΔL (x, y) / 2… (3) where a (x, y) and b (x, y) are the background intensity and the contrast amplitude of the interference draft, respectively. is there. In the conventional interferometry, the phase φ (x, y) indicating the height information of the object is obtained from the brightness of the interference image. However, when the optical path difference ΔL (x, y) is less than or equal to the wavelength, it is difficult to distinguish between a (x, y), b (x, y) and φ (x, y), and height measurement using an interference image is performed. Is impossible.
【００４４】一方、高精度干渉法は干渉稿の位相項にキ
ャリア成分δを導入することで、位相φ(x,y)を波長以
下の精度で計測することができる。この場合干渉稿強度
ｇ(x,y)は次式のようになる。On the other hand, the high-precision interferometry can measure the phase φ (x, y) with an accuracy of wavelength or less by introducing the carrier component δ into the phase term of the interference pattern. In this case, the interference draft intensity g (x, y) is given by the following equation.
【００４５】
ｇ(x,y)＝ａ(x,y)＋ｂ(x,y)cos(φ(x,y)＋δ) …（４）
この（４）式で、空間的に変化するδを導入する方法を
空間キャリア法という。高精度干渉法として空間キャリ
ア法とともに良く知られている方式に、位相シフト法が
ある。位相シフト法の場合、（４）式のδを時間的に変
化させて撮像した複数枚の干渉画像を使用する。このた
めディスクを回転させながら動的計測を行う場合には、
この位相シフト法は向いていない。これに対して、空間
キャリア法は一枚のキャリア画像から位相が検出できる
ため、本発明には好適である。G (x, y) = a (x, y) + b (x, y) cos (φ (x, y) + δ) (4) In this equation (4), spatially varying δ The method of introduction is called the spatial carrier method. A phase shift method is well known as a high-precision interferometry method together with the spatial carrier method. In the case of the phase shift method, a plurality of interference images captured by changing δ in equation (4) with time are used. Therefore, when performing dynamic measurement while rotating the disk,
This phase shift method is not suitable. On the other hand, the spatial carrier method is suitable for the present invention because the phase can be detected from one carrier image.
【００４６】実際に位相変調されたキャリア画像を得る
には、図５に示すように、参照ミラーをθ0だけ傾けれ
ばよい。例えばｘ方向に空間周波数f0のキャリア成分を
入れると（４）式は以下のようになる。In order to actually obtain a phase-modulated carrier image, the reference mirror may be tilted by θ 0 as shown in FIG. For example, when a carrier component having a spatial frequency f 0 is inserted in the x direction, the equation (4) becomes as follows.
【００４７】
ｇ(x,y)＝ａ(x,y)＋ｂ(x,y)cos(φ(x,y)＋２πf0ｘ) …（５）
空間的にキャリアを導入した干渉稿画像から位相φ(x,
y)を求める方法には、フーリエ変換法，ＱＭＭ(Quadrat
ure multiplicative moire)アルゴリズム，位相シフト
電子モアレ法などがある。微小うねり計測においては、
計測すべき位相φ(x,y)の周波数帯域が広いため、後で
述べる周波数成分の分別が比較的容易なフーリエ変換法
を用いると便利である。ただし、ＱＭＭアルゴリズムや
他の位相検出方法を使用することも可能である。以下に
フーリエ変換法について説明する。G (x, y) = a (x, y) + b (x, y) cos (φ (x, y) + 2πf 0 x) (5) The phase from the interference draft image in which the carrier is spatially introduced. φ (x,
y) is calculated by the Fourier transform method, QMM (Quadrat)
ure multiplicative moire) algorithm, phase shift electronic moire method, etc. For micro waviness measurement,
Since the frequency band of the phase φ (x, y) to be measured is wide, it is convenient to use the Fourier transform method, which is relatively easy to separate the frequency components described later. However, it is also possible to use the QMM algorithm or other phase detection methods. The Fourier transform method will be described below.
【００４８】フーリエ変換法は、キャリア稿の入った干
渉画像をフーリエ変換し、周波数空間で位相φ(x,y)を
分離・検出する。（４）式をｘ方向でフーリエ変換する
と、
Ｇ(ｆ)＝Ａ(ｆ)＋Ｃ(ｆ−ｆ0)＋Ｃ*(−(ｆ＋ｆ0)) …（６）
となる。ここでＡ(ｆ)はａ(x,y)のフーリエスペクトル
である。またＣ(ｆ)は、
Ｃ(x,y)＝ｂ(x,y)exp[φ(x,y)]／２ …（７）
のフーリエスペクトルである。図６は（６）式のスペク
トル成分を周波数空間で示した図である。フーリエ変換
法では以下の手順で位相検出を行う。In the Fourier transform method, an interference image containing a carrier draft is Fourier transformed to separate and detect the phase φ (x, y) in the frequency space. When the equation (4) is Fourier-transformed in the x direction, G (f) = A (f) + C (f−f 0 ) + C * (− (f + f 0 )) (6) Here, A (f) is the Fourier spectrum of a (x, y). C (f) is the Fourier spectrum of C (x, y) = b (x, y) exp [φ (x, y)] / 2 (7). FIG. 6 is a diagram showing the spectral components of the equation (6) in the frequency space. In the Fourier transform method, phase detection is performed according to the following procedure.
【００４９】１）図６(ａ)のＣ(ｆ−ｆ0)以外のスペク
トル成分を取り除く(図６(ｂ))。
２）Ｃ(ｆ−ｆ0)をｆ0だけ平行移動し原点に移動する
(図６(ｃ))。
３）逆変換し、（６）式のｃ(x,y)を求める。1) The spectral components other than C (f-f 0 ) in FIG. 6 (a) are removed (FIG. 6 (b)). 2) Move C (f-f 0 ) in parallel by f 0 and move to the origin.
(FIG. 6 (c)). 3) Inverse conversion is performed to obtain c (x, y) in equation (6).
【００５０】４）ｃ(x,y)の実部Ｒｅ［ｃ(x,y)］，虚部
Ｉｍ［ｃ(x,y)］からφ(x,y)を求める。
φ(x,y)＝tan［Ｉｍ［ｃ(x,y)］／Ｒｅ［ｃ(x,y)］］ …（８）
ここでは、手順１）でａ(x,y)とφ(x,y)の周波数成分を
分別し、ａ(x,y)の成分を取り除き、又、手順４）の比
を計算することで、（６）式にかかっていたｂ(x,y)の
成分を取り除いている。4) Obtain φ (x, y) from the real part Re [c (x, y)] and the imaginary part Im [c (x, y)] of c (x, y). φ (x, y) = tan [Im [c (x, y)] / Re [c (x, y)] (8) Here, in the procedure 1), a (x, y) and φ (x , y) frequency components are separated, a (x, y) components are removed, and the ratio in step 4) is calculated to obtain the b (x, y) components depending on equation (6). Has been removed.
【００５１】以上の手順によりφ(x,y)を求めれば、
（２），（３）式から対象（ディスク）９４の高さ変化
ｂ(x,y)を、次式
ｄ(x,y)＝λφ(x,y)／４π …（９）
で求めることができる。If φ (x, y) is obtained by the above procedure,
Obtaining the height change b (x, y) of the object (disk) 94 from the equations (2) and (3) by the following equation d (x, y) = λφ (x, y) / 4π (9) You can
【００５２】校正用データ算出手段８３は、校正用デー
タ算出手段３７と同様な構成を有するもので、校正用デ
ータ算出用の複数の計測視野を決め、この複数の計測視
野５３ａでの高さ算出手段８２で求めた高さデータの、
複数の計測視野５３ａ間における平均値を求め、この平
均値を校正用データとするものである。校正高さ算出手
段８４は、高さ算出手段８２で求めた高さデータから校
正用データ算出手段８３で求めた校正用データを減算
し、校正後の高さデータを求めるものである。The calibration data calculation means 83 has the same structure as the calibration data calculation means 37, determines a plurality of measurement fields of view for calculation of the calibration data, and calculates the heights of the plurality of measurement fields of view 53a. Of the height data obtained by the means 82,
The average value among the plurality of measurement visual fields 53a is obtained, and this average value is used as the calibration data. The calibration height calculation means 84 subtracts the calibration data obtained by the calibration data calculation means 83 from the height data obtained by the height calculation means 82 to obtain height data after calibration.
【００５３】ここで、本形態例は、ディスク５３表面上
の矩形の計測視野５３ａを、その一部が重複するよう
に、円周方向に連続的にずらせながら、各計測視野５３
ａについてエリアセンサ３４に干渉縞パターンの撮像を
繰り返して撮像させるものである。このため、校正高さ
算出手段８４から出力された高さデータ（形状画像）
は、図７に示すように、隣接画像同士が一部重なってい
る。ディスク５３の全面の形状画像を得るためには、こ
の重複部分のデータの重なりを無くす必要がある。Here, in the present embodiment, the rectangular measurement visual fields 53a on the surface of the disk 53 are continuously shifted in the circumferential direction so as to partially overlap each other, and each measurement visual field 53a is shifted.
With respect to a, the area sensor 34 is made to repeatedly image the interference fringe pattern. Therefore, the height data (shape image) output from the calibration height calculating means 84
As shown in FIG. 7, adjacent images partially overlap each other. In order to obtain the shape image of the entire surface of the disk 53, it is necessary to eliminate the overlap of the data in this overlapping portion.
【００５４】本形態例の画像結合手段８５は、この機能
をも有する。この画像結合手段８５は、各計測視野５３
ａ内の高さデータについて、それぞれ、ディスク５３の
円周方向に隣接した高さデータ同士の差分値を算出し、
この差分データを連結して円周方向に連続した一連の差
分データを作成し、これを表面形状画像データとして出
力する。The image combining means 85 of this embodiment also has this function. The image combining means 85 is provided for each measurement visual field 53.
For the height data in a, the difference value between the height data adjacent to each other in the circumferential direction of the disk 53 is calculated,
The difference data is connected to create a series of difference data continuous in the circumferential direction, and this is output as surface shape image data.
【００５５】そこで、画像結合手段８５では、隣接計測
視野との非重複部分の差分データはそのまま一連の高さ
データの一部として採用し、隣接計測視野との重複部分
の差分データは、何れかの計測視野の差分データを計測
視野の重複を解消するように選択し一連の高さデータの
一部として採用する。Therefore, in the image combining means 85, the difference data of the non-overlap portion with the adjacent measurement visual field is adopted as a part of the series of height data as it is, and the difference data of the overlap portion with the adjacent measurement visual field is any one. The difference data of the measurement visual field is selected so as to eliminate the overlap of the measurement visual fields, and is adopted as a part of the series of height data.
【００５６】図８は画像結合手段８５の結合動作を説明
する図である。図８（ａ）は、隣接した画像１，画像２
の重なり状態を示し、図８（ｂ）は、図８（ａ）におい
て２つの画像が重複した付近を拡大して示したものであ
る。図中の各正方形は画像１と画像２の画素を表してい
る。図８（ｃ）は、図８（ｂ）にける四角の点線で囲ま
れた一列の画素列を取り出し、ディスクの周方向（Ｙ方
向）の位置に対応するよう並べたものである。それぞれ
の画素の高さ計測値は、ディスクの真の高さH(x,y)と、
撮像時刻ｔに光学系に加わった振動成分δ(t) が足し合
わされたものとなる。FIG. 8 is a diagram for explaining the combining operation of the image combining means 85. FIG. 8A shows adjacent image 1 and image 2.
8B shows an overlapping state, and FIG. 8B is an enlarged view showing the vicinity where two images overlap in FIG. 8A. Each square in the figure represents a pixel of image 1 and image 2. In FIG. 8C, one row of pixels surrounded by a square dotted line in FIG. 8B is taken out and arranged so as to correspond to the position in the circumferential direction (Y direction) of the disc. The height measurement value of each pixel is the true height H (x, y) of the disc,
The vibration component δ (t) added to the optical system at the image capturing time t is added.
【００５７】説明を簡単にするため、図８と以降の説明
はディスク５３の半径方向の画素位置ｘを固定して考
え、そのときのディスクの高さをH(y)と表記する。又、
δ(t)は撮像時間中の振動成分変位を積分したものであ
るが、簡易的に撮像時刻ｔの関数として表記する。以上
の約束のもと、画像１と画像２の画素位置毎の計測値を
図８（ｃ）に示し、各隣接画素間の高さデータの差分値
（校正高さ算出手段８４の出力の差分値）を高さデータ
の隣に示した。In order to simplify the explanation, in FIG. 8 and the following explanation, the pixel position x in the radial direction of the disk 53 is considered to be fixed, and the height of the disk at that time is expressed as H (y). or,
δ (t) is an integral of the displacement of the vibration component during the imaging time, and is simply described as a function of the imaging time t. Based on the above promise, the measured values for each pixel position of the image 1 and the image 2 are shown in FIG. 8C, and the difference value of the height data between the adjacent pixels (the difference of the output of the calibration height calculation means 84) is shown. Value) is shown next to the height data.
【００５８】図８（ｃ）からも明らかなように、円周方
向に隣接画素の差分を取ることで振動成分δ（ｔ）がキ
ャンセルされる。画像の結合処理は、上記差分値を画像
１と画像２から選択的に新たな結合画像（データ）領域
にコピーすることで行う。例えば図８（ｃ）の例では、
画像１と画像２の差分値のうち点線の四角で囲まれたそ
れぞれの部分を、結合画像（図８（ｃ）右側示した）の
高さデータとして採用することで、新規の結合画像を作
成する例である。この場合、重複部分については、画像
１の差分値をコピーし、非重複部分はそれぞれの画像の
差分値をコピーしている。As is clear from FIG. 8C, the vibration component δ (t) is canceled by taking the difference between the adjacent pixels in the circumferential direction. The image combining process is performed by selectively copying the difference value from image 1 and image 2 to a new combined image (data) area. For example, in the example of FIG.
A new combined image is created by adopting each part of the difference value between the image 1 and the image 2 surrounded by a dotted rectangle as the height data of the combined image (shown on the right side of FIG. 8C). This is an example. In this case, the difference value of the image 1 is copied for the overlapping portion, and the difference value of each image is copied for the non-overlapping portion.
【００５９】なお、新しく得られた高さの差分画像はそ
のまま表面形状を示す高さデータとして用いることがで
きるが、画素間の加算処理を行うことで、任意の画素を
基準とした高さ画像に変換することもできる。たとえ
ば、図８（ｃ）の結合画像の最上段の画素のレベルをＨ
（１）−Ｈ（２）から４段目の画素レベルＨ（４）−Ｈ
（５）までを加算すれば、Ｈ（１）を基準にした４段目
の画素レベルＨ（１）−Ｈ（５）が得られる。The newly obtained difference image of height can be used as it is as height data indicating the surface shape. However, by performing addition processing between pixels, a height image based on an arbitrary pixel can be used. It can also be converted to. For example, the level of the pixel at the top of the combined image in FIG.
(1) -H (2) to the fourth pixel level H (4) -H
By adding up to (5), the pixel level H (1) -H (5) at the fourth stage based on H (1) can be obtained.
【００６０】図９は画像結合における結合画像に適用す
る画素（差分値）の選択方法を説明する図である。図９
（ａ）は、撮像視野のアスペクト比が小さい場合、図９
（ｂ）は撮像視野のアスペクト比が大きい場合である。
図９（ａ）の場合、隣接画像間の角度差が大きいため、
画像１と画像２の重複部分の中でも最も重複度が高い分
岐画素Ｂの前後で、差分値をコピーする画像を切り替え
る必要がある。具体的には、分岐画素Ｂより画像１寄り
のエリアＬ１では、画像１の差分値を用い、分岐画素Ｂ
より画像２寄りのエリアＬ２では、画像２の差分値を用
いる。したがって、低アスペクト比のエリアセンサ６１
を使用する場合、設定した計測視野の重複量と視野サイ
ズ、撮像半径位置から、上記分岐画素位置をあらかじめ
算出する手段を備える必要がある。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of selecting pixels (difference value) to be applied to a combined image in image combination. Figure 9
FIG. 9A shows a case where the aspect ratio of the imaging visual field is small, as shown in FIG.
(B) is a case where the aspect ratio of the imaging visual field is large.
In the case of FIG. 9A, since the angle difference between adjacent images is large,
It is necessary to switch the image to copy the difference value before and after the branch pixel B having the highest degree of overlap among the overlapping portions of the image 1 and the image 2. Specifically, in the area L1 closer to the image 1 than the branch pixel B, the difference value of the image 1 is used and
In the area L2 closer to the image 2, the difference value of the image 2 is used. Therefore, the low aspect ratio area sensor 61
When using, it is necessary to provide a means for calculating the above-mentioned branch pixel position in advance from the set overlapping amount of measurement visual fields, visual field size, and imaging radial position.
【００６１】一方、高アスペクト比の撮像視野（ｂ）の
場合は、隣接画像間の角度差が小さいため、近似的に重
複部分の全画素が完全に重複しているとみなせるため、
重複部分の全てを分岐画素Ｂとして使用可能であり、こ
の重複部分では、画像１，画像２のどちらの差分値を用
いてもよい。すなわち、低アスペクト比のエリアセンサ
６１を使用するれば、図９（ａ）の場合のような面倒な
分岐画素の計算を省略することが可能である。本形態例
では、画像の径方向（Ｘ方向）の同一列がディスクの同
一半径であるとみなして画像結合を単純化している。低
アスペクト比の計測視野の場合、同一列が全て同一半径
とみなすには誤差が大きくなるため、同一半径となる画
素位置を精密に計算するプロセスも必要となる。低アス
ペクト比のエリアセンサ６１を使用すれば、この例のよ
うに同一列の画素＝同一半径位置とほぼみなせるため計
算が容易となる。低アスペクト比の計測視野を得る手段
として、市販されているパーシャルスキャンＣＣＤカメ
ラ（部分画素読み出しカメラ）を使用すれば安価でかつ
容易に上記のような低アスペクト比画像を得ることがで
きる。On the other hand, in the case of the imaging field of view (b) having a high aspect ratio, since the angular difference between the adjacent images is small, it can be considered that all the pixels in the overlapping portion are approximately completely overlapped.
All of the overlapping portions can be used as the branch pixels B, and the difference value of either image 1 or image 2 may be used in this overlapping portion. That is, if the area sensor 61 having a low aspect ratio is used, it is possible to omit the complicated calculation of the branch pixel as in the case of FIG. In this example of the embodiment, it is assumed that the same column in the radial direction (X direction) of the images has the same radius of the disc to simplify the image combination. In the case of a measurement field of view with a low aspect ratio, an error becomes large in order to regard all the same columns as having the same radius, and therefore a process of precisely calculating pixel positions having the same radius is also required. If the area sensor 61 having a low aspect ratio is used, the pixels in the same column can be almost regarded as the same radial position as in this example, and therefore the calculation becomes easy. If a commercially available partial scan CCD camera (partial pixel readout camera) is used as a means for obtaining a low aspect ratio measurement visual field, the above low aspect ratio image can be easily obtained at low cost.
【００６２】図１０は結合画像（高さ差分画像あるいは
高さ変換画像）に対する処理を示す図である。本形態例
では図１０（ａ）から分かる通り、ディスク５３を回転
させながら計測視野を重複させて撮像するため、重複量
は画像の左右（図１１）で異なる。したがって、結合画
像に分割画像からデータを単純にコピーすると、図１０
（ｂ）に示すように、画像がゆがんで見えてしまう。こ
れは計測後に高さ画像（データ）の視認性に影響する。
この場合、ディスク５３の内周側の分解能を粗くして、
画像のリサンプリングを行ない、図１０（ｃ）のような
視認性のよいデータ形式に直すことは可能である（補間
処理）。FIG. 10 is a diagram showing a process for a combined image (height difference image or height conversion image). In the present embodiment, as can be seen from FIG. 10A, the measurement fields of view are overlapped and imaged while rotating the disk 53, so the overlap amount differs between the left and right of the image (FIG. 11). Therefore, if we simply copy the data from the split images into the combined image, we get:
As shown in (b), the image looks distorted. This affects the visibility of the height image (data) after measurement.
In this case, the resolution on the inner peripheral side of the disk 53 is made coarse,
It is possible to perform resampling of the image and restore it to a data format with good visibility as shown in FIG. 10C (interpolation processing).
【００６３】図１１は隣接画像が所定の量だけ重複する
ようにディスク回転速度を決定する方法を示す図であ
る。回転中心から計測位置までの距離をR(mm)、円周方
向の計測視野サイズをYf(mm)、半径方向の計測視野中央
での重複量をYo(mm)、エリアセンサ６１のフレーム周波
数をFf(fps) とすると、ディスク５３の回転数Ns(rpm)
は、
Ns ＝ Ff ×θ×60／2 ×π
で算出できる。ただし、
θ ＝ sin-1｛(Yf-Yo) ／R ｝
である。FIG. 11 is a diagram showing a method of determining the disc rotation speed so that adjacent images overlap by a predetermined amount. The distance from the rotation center to the measurement position is R (mm), the measurement field size in the circumferential direction is Yf (mm), the overlapping amount at the center of the measurement field in the radial direction is Yo (mm), and the frame frequency of the area sensor 61 is When Ff (fps) is set, the rotation speed Ns (rpm) of the disk 53
Can be calculated by Ns = Ff × θ × 60/2 × π. However, θ = sin -1 {(Yf-Yo) / R}.
【００６４】上記画像結合手段８５により、各計測視野
５３ａでの形状画像（データ）が結合され、制御部７０
に出力される。本形態例における表面計測の一連動作
は、上記制御部７０によって、次のようになされる。ま
ず、図示していないディスクのハンドラでもって、回転
ステージ６２上に被測定ディスク５３が設置される。設
置完了の信号を受け、制御部７０はディスク５３を調整
用の所定位置まで動かして計測準備を行う。初めに、計
測に最も都合のよい干渉縞を得るように、縞間隔等の調
整を行う。具体的には、撮像により得られた干渉縞パタ
ーン画像が、図１７（ｂ）のようになるように、参照ミ
ラー駆動部７５を介して参照ミラー５８の傾斜角を調整
する。The image combining means 85 combines the shape images (data) in each measurement visual field 53a, and the control unit 70
Is output to. A series of surface measurement operations in the present embodiment are performed by the control unit 70 as follows. First, the measured disk 53 is set on the rotary stage 62 by a disk handler (not shown). Upon receiving the installation completion signal, the control unit 70 moves the disk 53 to a predetermined position for adjustment and prepares for measurement. First, the fringe spacing and the like are adjusted so as to obtain an interference fringe most convenient for measurement. Specifically, the tilt angle of the reference mirror 58 is adjusted via the reference mirror drive unit 75 so that the interference fringe pattern image obtained by imaging becomes as shown in FIG. 17B.
【００６５】この干渉縞の調整は、回転ステージ６２や
直動ステージ６３によりディスク５３を動かして、計測
に最も都合のよい干渉縞を得るようにしてもよい。な
お、直動ステージ６３は、図３では回転ステージ６２を
動かしているが、光学系を動かすように構成してもよ
い。For the adjustment of the interference fringes, the disk 53 may be moved by the rotary stage 62 or the linear movement stage 63 to obtain the interference fringes most convenient for the measurement. Although the translation stage 63 moves the rotation stage 62 in FIG. 3, it may be configured to move the optical system.
【００６６】この調整が終了すると、制御部７０はディ
スク５３を計測用の所定位置まで移動させて、撮像動作
に移り、最初の計測視野での干渉縞パターンの撮像を開
始し、取得データをメモリ８１に蓄積する。When this adjustment is completed, the control unit 70 moves the disk 53 to a predetermined position for measurement, shifts to the image pickup operation, starts the image pickup of the interference fringe pattern in the first measurement visual field, and stores the acquired data in the memory. Accumulate at 81.
【００６７】ここでは、表面計測用に撮像した計測視野
の高さデータを利用して校正用データを作成する場合で
あって、同一半径上に連続して位置するＮ個の計測視野
について連続撮像する場合を例にとって説明する（もち
ろん、本発明は、このような計測手順に限定されるもの
ではない）。Here, in the case where the calibration data is created using the height data of the measurement field of view imaged for surface measurement, continuous imaging is performed for N measurement fields of view continuously located on the same radius. A case will be described as an example (of course, the present invention is not limited to such a measurement procedure).
【００６８】同一半径上に連続して位置するＮ個の計測
視野についての連続撮像が終了し、これら取得データが
メモリ８１に蓄積されると、メモリ８１内の干渉縞パタ
ーン画像データは、高さ算出手段８２に読み出され、高
さデータに変換される。さらに高さ算出手段８２で算出
した高さデータは校正用データ算出手段８３に出力さ
れ、ここで、前述の通り、高さデータを平均化するなど
して校正用データが作成される。When the continuous imaging for N measurement fields of view continuously located on the same radius is completed and these acquired data are accumulated in the memory 81, the interference fringe pattern image data in the memory 81 is It is read by the calculation means 82 and converted into height data. Further, the height data calculated by the height calculation means 82 is output to the calibration data calculation means 83, where the calibration data is created by averaging the height data as described above.
【００６９】本形態例では、Ｎ個の高さデータ群（計測
視野）全てを用いて、校正用データを算出している。高
さ算出手段８２により算出された高さデータと校正用デ
ータ算出手段８３により算出された校正用データとは、
校正高さ算出手段８４に出力され、ここで、校正された
高さデータが算出され、画像結合手段８５に出力され
る。In the present embodiment, the calibration data is calculated using all N height data groups (measurement fields of view). The height data calculated by the height calculation means 82 and the calibration data calculated by the calibration data calculation means 83 are
The corrected height data is output to the calibrated height calculating means 84, where the calibrated height data is calculated and output to the image combining means 85.
【００７０】画像結合手段８５では、前述の画像結合が
行われ、結合画像データが制御部７０に送られる。制御
部７０は、この結合画像データを出力手段７６に表示し
たり、図示しない記憶装置に蓄積する。その後、次のＮ
個の計測視野についての連続撮像を開始し、同様の処理
を実行することで、次の結合画像データを取得する。そ
して、一つの半径位置の撮像が終了すると、次の半径位
置での計測に移り、同様な計測を行って、その半径位置
での結合画像データを取得する。全半径位置での計測が
終了すると、計測動作を終了し、ディスク５３全面での
計測結果を出力手段７６に表示する。The image combination means 85 performs the above-described image combination and sends the combined image data to the control unit 70. The control unit 70 displays the combined image data on the output unit 76 or stores the combined image data in a storage device (not shown). Then the next N
The next combined image data is acquired by starting continuous imaging for each measurement visual field and performing the same processing. Then, when the imaging at one radial position is completed, the measurement is moved to the next radial position, the same measurement is performed, and the combined image data at that radial position is acquired. When the measurement at all radius positions is completed, the measurement operation is completed, and the measurement result on the entire surface of the disk 53 is displayed on the output means 76.
【００７１】なお、メモリ８１の記憶容量が大きい場合
や、複数のメモリ８１を切り替えて使用するような構成
の場合は、複数の半径位置に跨って、連続撮像を続ける
こともできる。又、このような場合には、回転ステージ
６２と直動ステージ６３を適宜動かして、螺旋状に計測
視野を移動させるようにしてもよい。制御部７０は、デ
ィスク交換がなされ次のディスクが用意されると、上述
の動作を繰り返す。If the storage capacity of the memory 81 is large, or if a plurality of memories 81 are switched and used, continuous imaging can be continued over a plurality of radial positions. In such a case, the rotary stage 62 and the translation stage 63 may be appropriately moved to spirally move the measurement visual field. The control unit 70 repeats the above-described operation when the disk is exchanged and the next disk is prepared.
【００７２】校正用データの算出方法は、表面計測用に
撮像した計測視野の高さデータを利用して行ってもよい
が（これが、最も効率的である）、校正用データ作成の
ためだけに別途撮像して得た高さデータを用いるように
してもよい。このようにすれば、所望の高さデータを用
いて校正用データを作成できる。The calculation method of the calibration data may be performed by using the height data of the measurement field of view imaged for surface measurement (this is the most efficient), but only for the preparation of the calibration data. You may make it use the height data separately imaged and obtained. By doing so, the calibration data can be created using the desired height data.
【００７３】画像撮像時の等間隔に撮像されたデータを
校正用データ作成にそのまま用いると、周期的なノイズ
成分（振動成分）が校正用データに織込まれてしまう可
能性がある。これを避けるために、図１２（ａ）に示す
ように、等間隔ではない計測視野の画像データを使って
校正用データを求めて校正に利用するようにしてもよ
い。If the data picked up at equal intervals at the time of picking up an image is used as it is for the creation of the calibration data, there is a possibility that a periodic noise component (vibration component) will be incorporated into the calibration data. In order to avoid this, as shown in FIG. 12A, the calibration data may be obtained using the image data of the measurement visual fields that are not equidistant and used for the calibration.
【００７４】あるいは、ある円周方向あるいは半径方向
に特有の成分が校正用データに織込まれてしまう可能性
を避けるため、校正用データ作成のためだけに別途撮像
し、この撮像の際、計測視野をディスク上で円周方向だ
けでなく半径方向にも動かしながら（たとえば螺旋状に
動かしながら）、エリアセンサ６１への撮像指示信号
（トリガ）を所望のタイミングで発生させることによ
り、図１２（ｂ）に示すような計測視野を選択し、校正
用データを得るようにしてもよい。なお、所望の位置に
計測視野が到達したことの検知は、回転ステージ６３等
に原点位置にあることを示す信号を発するような手段を
設けるとともに、回転ステージ６３の駆動源として、パ
ルスモータ等を用いれば、容易に行える。Alternatively, in order to avoid the possibility that a component peculiar to a certain circumferential direction or radial direction is woven into the calibration data, a separate image is taken only for creating the calibration data, and the measurement is performed at the time of this imaging. By moving the field of view not only in the circumferential direction but also in the radial direction (for example, moving spirally) on the disc, an imaging instruction signal (trigger) to the area sensor 61 is generated at a desired timing. The measurement field of view shown in b) may be selected to obtain the calibration data. To detect that the measurement field of view has reached a desired position, a means for emitting a signal indicating that the rotary stage 63 is at the origin position is provided, and a pulse motor or the like is used as a drive source of the rotary stage 63. If used, it can be done easily.
【００７５】又、図１２（ｃ）に示すように、各高さデ
ータのうち高さ勾配がほぼ等しい画像データ（たとえ
ば、高さのピークを示す計測視野Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を使
って校正用データを算出するようにすれば、校正用デー
タが、算出する計測視野の高さ勾配の変化の度合いに影
響を受けずに、精度良く校正用データを作成できる。Further, as shown in FIG. 12C, image data (for example, measurement visual fields A, B, C, D showing height peaks) having almost the same height gradient is used among the height data. If the calibration data is calculated by using the calibration data, the calibration data can be created accurately without being affected by the degree of change in the calculated height gradient of the measurement visual field.
【００７６】又、校正用データを得る際に、同一の計測
視野を複数回撮像し、得られた高さデータを平均化した
ものを、校正用データの作成の際に用いる高さデータと
すれば、校正用データの精度を一層向上できる。Further, when the calibration data is obtained, the same measurement field of view is imaged a plurality of times, and the obtained height data is averaged and used as the height data used when creating the calibration data. If so, the accuracy of the calibration data can be further improved.
【００７７】さらに、高さ算出の際に、キズ，ゴミや算
出中のエラーにより異常な値を示した領域の高さデータ
を除外して校正データを算出することにより、校正デー
タの精度を向上させることができる。Further, when calculating the height, the accuracy of the calibration data is improved by excluding the height data of the region showing an abnormal value due to scratches, dust, or an error during calculation, to calculate the calibration data. Can be made.
【００７８】上記形態例によれば、ディスク５３自身を
校正用データの作成に用いることにより、基準平面板等
の校正原器が不要になり、校正も極めて簡便に行える。
しかも、縞の間隔と向きを調整するために参照ミラー５
８の傾斜角を変えても、データ処理だけで、その傾斜角
での校正用データを容易に取得でき、従来のように、校
正用データの取得後に光学系全体あるいはステージ全体
を動かす必要はなく、装置規模を小さくできる。According to the above embodiment, the disk 53 itself is used to create the calibration data, so that a calibration standard such as a reference plane plate is not required, and the calibration can be performed very easily.
Moreover, the reference mirror 5 is used to adjust the interval and direction of the stripes.
Even if the tilt angle of 8 is changed, the calibration data at that tilt angle can be easily acquired only by processing the data, and there is no need to move the entire optical system or the entire stage after acquiring the calibration data as in the conventional case. The device scale can be reduced.
【００７９】なお、上記形態例での干渉光学系はハーフ
ミラーを用いて構成したものであるが、図４に示すよう
にビームスプリッタを用いて構成してもよい。又、本発
明に係る表面計測装置の計測対象は、当然ながら、磁気
ディスクに限らず、ディスク状物体であればどのような
ものでもよい。Although the interference optical system in the above embodiment is constructed by using a half mirror, it may be constructed by using a beam splitter as shown in FIG. The measurement target of the surface measuring device according to the present invention is not limited to the magnetic disk, and may be any disk-shaped object as a matter of course.
【００８０】本発明の代表的な態様を付記として以下に
示す。
（付記１） 参照ミラーからの反射光とディスク表面上
の計測視野からの反射光とを干渉させて干渉縞パターン
を生じさせる干渉光学系と、前記干渉縞パターンを撮像
するためのエリアセンサと、該エリアセンサとディスク
との相対位置を変化させる移動手段と、該移動手段によ
りディスク表面上の計測視野を連続的にずらせながら、
各計測視野について前記エリアセンサに干渉縞パターン
の撮像を繰り返させる撮像制御手段と、前記エリアセン
サで得られた各干渉縞パターン画像からそれぞれ位相を
抽出し、ディスク表面上の各計測視野内の座標点の高さ
算出する高さ算出手段と、該高さ算出手段で求めた複数
の計測視野での高さデータの、複数の計測視野間におけ
る平均値を求め、この平均値を校正用データとする校正
用データ算出手段と、前記高さ算出手段で求めた高さデ
ータを前記校正用データ算出手段で求めた校正用データ
で校正し、校正後の高さデータを求める校正高さ算出手
段と、を備えた表面計測装置。Representative aspects of the present invention are shown below as supplementary notes. (Supplementary Note 1) An interference optical system that interferes the reflected light from the reference mirror with the reflected light from the measurement visual field on the disk surface to generate an interference fringe pattern, and an area sensor for capturing the interference fringe pattern. Moving means for changing the relative position of the area sensor and the disk, and continuously shifting the measurement visual field on the disk surface by the moving means,
Imaging control means for causing the area sensor to repeat the imaging of the interference fringe pattern for each measurement visual field, and extracting the phase from each interference fringe pattern image obtained by the area sensor, and coordinates in each measurement visual field on the disk surface. A height calculation means for calculating the height of a point, and an average value of height data in a plurality of measurement visual fields obtained by the height calculation means among a plurality of measurement visual fields is obtained, and this average value is used as calibration data. And a calibration height calculation unit that calibrates the height data obtained by the height calculation unit with the calibration data obtained by the calibration data calculation unit and obtains height data after calibration. A surface measuring device equipped with.
【００８１】（付記２） 前記撮像制御手段は、前記エ
リアセンサとディスクとの相対位置を変化させることに
より、ディスク表面上の計測視野をその一部が重複する
ように連続的にずらせながら、各計測視野について前記
エリアセンサに前記干渉縞パターンの撮像を繰り返させ
るものであることを特徴とする付記１記載の表面計測装
置。(Supplementary Note 2) The image pickup control means changes the relative position between the area sensor and the disc to continuously shift the measurement visual fields on the disc surface so as to partially overlap each other. 2. The surface measuring device according to appendix 1, wherein the area sensor repeats imaging of the interference fringe pattern for a measurement visual field.
【００８２】（付記３） 前記移動手段は、ディスクを
回転駆動すると共に、ディスクを半径方向に移動させる
ことができるものであり、前記撮像制御手段は、前記エ
リアセンサが円周方向に並んだ矩形の計測視野を重複さ
せながら連続的に撮像できるように、前記移動手段と前
記エリアセンサを制御するものであることを特徴とする
付記１又は２記載の表面計測装置。(Supplementary Note 3) The moving means is capable of rotating the disk and moving the disk in the radial direction, and the imaging control means is a rectangle in which the area sensors are arranged in the circumferential direction. 3. The surface measuring device according to appendix 1 or 2, wherein the moving means and the area sensor are controlled so that continuous measurement can be performed while overlapping the measurement visual fields.
【００８３】（付記４） 表面計測用に撮像した計測視
野の高さデータを利用して校正用データを作成すること
を特徴とする付記１〜３の何れかに記載の表面計測装
置。
（付記５） 校正用データ作成のためだけに計測視野の
撮像を行い、これにより得られた高さデータを用いて、
校正用データを作成することを特徴とする付記１〜３の
何れかに記載の表面計測装置。(Supplementary Note 4) The surface measuring apparatus according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein the calibration data is created by using the height data of the measurement visual field imaged for surface measurement. (Supplementary note 5) The measurement field of view is imaged only for the purpose of creating calibration data, and using the height data obtained by this,
The surface measurement device according to any one of appendices 1 to 3, wherein calibration data is created.
【００８４】（付記６） 同一の計測視野を複数回撮像
し、得られた高さデータを平均化したものを、校正用デ
ータの作成の際に用いる高さデータとすることを特徴と
する付記５の何れかに記載の表面計測装置。(Additional remark 6) The same measurement visual field is imaged a plurality of times, and the obtained height data is averaged to obtain height data to be used when creating calibration data. 5. The surface measuring device according to any one of 5.
【００８５】（付記７） ディスクの円周方向に不規則
に並んだ複数の計測視野内の高さデータから、前記校正
用データを求めることを特徴とする付記４又は５記載の
表面計測装置。(Supplementary note 7) The surface measuring apparatus according to supplementary note 4 or 5, wherein the calibration data is obtained from height data in a plurality of measurement fields of view arranged irregularly in the circumferential direction of the disk.
【００８６】（付記８） 各計測視野内の高さデータに
ついて、それぞれ、ディスクの円周方向に隣接した高さ
データ同士の差分値を算出し、この差分データを連結し
て円周方向に連続した一連の差分データを作成し、これ
を表面形状画像データとして出力する画像結合手段を設
け、該画像結合手段では、隣接計測視野との非重複部分
の差分データはそのまま前記一連の高さデータの一部と
して採用し、隣接計測視野との重複部分の差分データ
は、何れかの計測視野の差分データを計測視野の重複を
解消するように選択し前記一連の高さデータの一部とし
て採用するようにしたことを特徴とする付記２に記載の
表面計測装置。(Supplementary Note 8) With respect to the height data in each measurement visual field, a difference value between height data adjacent in the circumferential direction of the disk is calculated, and the difference data are connected to continuously connect in the circumferential direction. A series of difference data is prepared, and image combining means is provided for outputting the difference data as surface shape image data. In the image combining means, the difference data of the non-overlapping portion with the adjacent measurement visual field is directly compared with the series of height data. The difference data of the overlapping portion with the adjacent measurement visual field is adopted as a part, and the difference data of any measurement visual field is selected so as to eliminate the overlap of the measurement visual field, and is adopted as a part of the series of height data. The surface measuring device as set forth in appendix 2, characterized in that.
【００８７】（付記９） 前記高さ算出手段は、空間キ
ャリア法により高さデータを得ることを特徴とする付記
１〜８の何れかに記載の表面計測装置。
（付記１０） 重複部分での差分データの選択に際し
て、重複部分の画素の中でももっとも重複度の高い分岐
画素を算出する手段を有し、重複度の高い分岐画素の前
後で差分データを採用する画像を切り替えることを特徴
とする付記８又は９記載の表面計測装置。(Supplementary Note 9) The surface measuring apparatus according to any one of Supplementary Notes 1 to 8, wherein the height calculating means obtains height data by a spatial carrier method. (Supplementary Note 10) An image having a means for calculating a branch pixel with the highest degree of overlap among pixels in the overlap portion when selecting difference data in the overlap, and employing difference data before and after the branch pixel with the highest degree of overlap. The surface measuring device according to supplementary note 8 or 9, characterized in that
【００８８】[0088]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、基準平面板等の校正原器が不要になり、校
正を極めて簡便に行えるとともに、精密な計測を小さい
装置規模で行うことができる。As described above, according to the invention of claim 1, the calibration standard such as the reference plane plate is not required, the calibration can be performed very easily, and the precise measurement can be performed on a small scale. It can be carried out.
【００８９】請求項２に係る発明によれば、ディスク表
面の広範囲の高さデータが精密に求められるため、長周
期の微小うねりであっても精密に計測できる。請求項３
に係る発明によれば、計測視野が円周方向に移動するこ
とになり、円周方向の長周期及び短周期の微小うねりを
短時間に精密に計測できる。According to the second aspect of the present invention, since the height data of a wide range of the disk surface can be accurately obtained, even a long period minute waviness can be accurately measured. Claim 3
According to the invention, the measurement field of view moves in the circumferential direction, and the minute undulations of the long period and the short period in the circumferential direction can be accurately measured in a short time.
【００９０】請求項４に係る発明によれば、校正用デー
タに周期的なノイズ成分が織り込まれることを防止でき
る。請求項５に係る発明によれば、ディスク表面の広範
囲の高さデータが容易かつ精密に求められる。According to the invention of claim 4, it is possible to prevent periodic noise components from being incorporated in the calibration data. According to the invention of claim 5, height data of a wide range of the disk surface can be easily and precisely obtained.
【図１】本発明の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.
【図２】校正用データの作成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating generation of calibration data.
【図３】本発明の実施の形態例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention.
【図４】マイケルソン型干渉光学系の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a Michelson type interference optical system.
【図５】図４の他の状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another state of FIG.
【図６】空間キャリア法の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a spatial carrier method.
【図７】画像の重なりを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing overlapping of images.
【図８】画像結合手段での結合動作の一例を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing an example of a combining operation in the image combining means.
【図９】差分値の選択方法を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a method of selecting a difference value.
【図１０】結合画像に対する処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a process for a combined image.
【図１１】ディスク回転速度の決定方法の一例を示す図
である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a method for determining a disc rotation speed.
【図１２】計測視野の選び方を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing how to select a measurement visual field.
【図１３】第１の従来技術の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a first conventional technique.
【図１４】第２の従来技術の構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram of a second conventional technique.
【図１５】第３の従来技術の構成図である。FIG. 15 is a configuration diagram of a third conventional technique.
【図１６】干渉光学系を用いた表面計測装置の具体例を
示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a specific example of a surface measuring apparatus using an interference optical system.
【図１７】図１６の装置での調整等を説明する図であ
る。FIG. 17 is a diagram illustrating adjustment and the like in the apparatus of FIG.
【図１８】参照ミラーによる誤差の説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of an error due to a reference mirror.
【図１９】基準平面板を用いた校正用データ取得の説明
図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of acquisition of calibration data using a reference plane plate.
【図２０】校正動作の説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram of a calibration operation.
３１ 参照ミラー ３２ ディスク ３２ａ 計測視野 ３３ 干渉光学系 ３４ エリアセンサ ３５ 撮像制御手段 ３６ 高さ算出手段 ３７ 校正用データ算出手段 ３８ 校正用高さ算出手段 ３９ 移動手段 ５１ 白色光源 ５２ 干渉フィルタ ５３ ディスク ５３ａ 計測視野 ５４ ハーフミラー ５５ 対物レンズ ５６ ハーフミラー ５８ 参照ミラー ５９ 結像レンズ ６０ 干渉光学系 ６１ エリアセンサ ６２ 回転ステージ ６３ 直動ステージ ７０ 制御部 ７１ 撮像制御手段 ７５ 参照ミラー駆動部 ７６ 出力手段 ８１ メモリ ８２ 高さ算出手段 ８３ 校正用データ算出手段 ８４ 校正高さ算出手段 ８５ 画像結合手段 31 reference mirror 32 discs 32a measurement field of view 33 Interferometric optics 34 area sensor 35 Imaging control means 36 Height calculation means 37 Calibration data calculation means 38 Calibration height calculation means 39 means of transportation 51 white light source 52 Interference filter 53 discs 53a Field of view 54 half mirror 55 Objective lens 56 half mirror 58 Reference mirror 59 Imaging lens 60 Interference optical system 61 Area sensor 62 rotation stage 63 Linear stage 70 Control unit 71 Imaging control means 75 Reference mirror driver 76 Output means 81 memory 82 Height calculation means 83 Calibration data calculation means 84 Calibration height calculation means 85 Image combining means
フロントページの続き (72)発明者 塚原 博之 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA24 AA51 CC03 DD02 DD03 DD06 FF04 FF52 GG24 HH03 HH13 JJ03 JJ26 MM04 PP13 QQ16 QQ24 QQ25 RR01 Continued front page (72) Inventor Hiroyuki Tsukahara 4-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 within Fujitsu Limited F term (reference) 2F065 AA24 AA51 CC03 DD02 DD03 DD06 FF04 FF52 GG24 HH03 HH13 JJ03 JJ26 MM04 PP13 QQ16 QQ24 QQ25 RR01
Claims (5)
上の計測視野からの反射光とを干渉させて干渉縞パター
ンを生じさせる干渉光学系と、 前記干渉縞パターンを撮像するためのエリアセンサと、 該エリアセンサとディスクとの相対位置を変化させる移
動手段と、 該移動手段によりディスク表面上の計測視野を連続的に
ずらせながら、各計測視野について前記エリアセンサに
干渉縞パターンの撮像を繰り返させる撮像制御手段と、 前記エリアセンサで得られた各干渉縞パターン画像から
それぞれ位相を抽出し、ディスク表面上の各計測視野内
の座標点の高さ算出する高さ算出手段と、 該高さ算出手段で求めた複数の計測視野での高さデータ
の、複数の計測視野間における平均値を求め、この平均
値を校正用データとする校正用データ算出手段と、 前記高さ算出手段で求めた高さデータを前記校正用デー
タ算出手段で求めた校正用データで校正し、校正後の高
さデータを求める校正高さ算出手段と、を備えた表面計
測装置。1. An interference optical system that interferes with reflected light from a reference mirror and reflected light from a measurement visual field on a disk surface to generate an interference fringe pattern, and an area sensor for capturing the interference fringe pattern. , Moving means for changing the relative position of the area sensor and the disc, and causing the area sensor to repeat imaging of the interference fringe pattern for each measurement visual field while continuously shifting the measurement visual field on the disk surface by the moving means. Imaging control means, height calculation means for extracting the phase from each interference fringe pattern image obtained by the area sensor, and calculating the height of coordinate points in each measurement visual field on the disk surface, and the height calculation means. Calculate the average value of the height data in the multiple measurement visual fields obtained by the method between the multiple measurement visual fields, and use this average value as the calibration data to calculate the calibration data. A step, and a calibration height calculation means for calibrating the height data obtained by the height calculation means with the calibration data obtained by the calibration data calculation means and obtaining height data after calibration. Measuring device.
とディスクとの相対位置を変化させることにより、ディ
スク表面上の計測視野をその一部が重複するように連続
的にずらせながら、各計測視野について前記エリアセン
サに前記干渉縞パターンの撮像を繰り返させるものであ
ることを特徴とする請求項１記載の表面計測装置。2. The imaging control means changes the relative position between the area sensor and the disc to continuously shift the measurement visual fields on the surface of the disc so as to partially overlap the measurement visual fields. 2. The surface measuring device according to claim 1, wherein the area sensor repeats imaging of the interference fringe pattern.
ると共に、ディスクを半径方向に移動させることができ
るものであり、 前記撮像制御手段は、前記エリアセンサが円周方向に並
んだ矩形の計測視野を重複させながら連続的に撮像でき
るように、前記移動手段と前記エリアセンサを制御する
ものであることを特徴とする請求項１又は２記載の表面
計測装置。3. The moving means is capable of rotating the disk and moving the disk in a radial direction, and the imaging control means is a rectangular measurement in which the area sensors are arranged in a circumferential direction. 3. The surface measuring device according to claim 1, wherein the moving means and the area sensor are controlled so that continuous imaging can be performed while overlapping the fields of view.
数の計測視野内の高さデータから、前記校正用データを
求めることを特徴とする請求項３記載の表面計測装置。4. The surface measuring device according to claim 3, wherein the calibration data is obtained from height data in a plurality of measurement fields arranged irregularly in the circumferential direction of the disk.
れぞれ、ディスクの円周方向に隣接した高さデータ同士
の差分値を算出し、この差分データを連結して円周方向
に連続した一連の差分データを作成し、これを表面形状
画像データとして出力する画像結合手段を設け、 該画像結合手段では、隣接計測視野との非重複部分の差
分データはそのまま前記一連の高さデータの一部として
採用し、隣接計測視野との重複部分の差分データは、何
れかの計測視野の差分データを計測視野の重複を解消す
るように選択し前記一連の高さデータの一部として採用
するようにしたことを特徴とする請求項２記載の表面計
測装置。5. A difference value between height data adjacent to each other in the circumferential direction of the disk is calculated for each height data in each measurement visual field, and the difference data is connected to make a continuous series in the circumferential direction. Is provided with image combining means for producing the difference data of the above and outputting it as surface shape image data. In the image combining means, the difference data of the non-overlapping portion with the adjacent measurement visual field is part of the series of height data. As the difference data of the overlapping portion with the adjacent measurement visual field, the difference data of one of the measurement visual fields is selected so as to eliminate the duplication of the measurement visual field, and is adopted as a part of the series of height data. The surface measuring device according to claim 2, wherein
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