JP2006292608A - 表面形状測定方法及び表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定方法及び表面形状測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006292608A JP2006292608A JP2005115483A JP2005115483A JP2006292608A JP 2006292608 A JP2006292608 A JP 2006292608A JP 2005115483 A JP2005115483 A JP 2005115483A JP 2005115483 A JP2005115483 A JP 2005115483A JP 2006292608 A JP2006292608 A JP 2006292608A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- intensity
- light source
- dimensional
- measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
【課題】nmオーダの3次元計測を行う場合、従来の三角測量法は精度が不足し、垂直走査法、位相シフト法などの手法では多数の検出回数が必要であった。
【解決手段】白色干渉を応用した計測方法で、インターフェログラムの変動の時間的周期と、わずかに差をもたせて光源を周期的に変動させ、ビートとして現れる検出光を少なくとも2度測定して位相分布を求めることで、3次元計測を高速に少ない検出回数で実現できる表面形状測定方法及び表面形状測定装置を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】白色干渉を応用した計測方法で、インターフェログラムの変動の時間的周期と、わずかに差をもたせて光源を周期的に変動させ、ビートとして現れる検出光を少なくとも2度測定して位相分布を求めることで、3次元計測を高速に少ない検出回数で実現できる表面形状測定方法及び表面形状測定装置を提供する。
【選択図】 図1
Description
本発明は3次元の表面形状測定の方法及び装置に関し、詳しくは白色光干渉を利用して非接触で測定対象の3次元形状を高速に測定する方法及び装置に関する。
従来、測定対象の3次元形状測定には、三角測量法があった。三角測量法では、斜め入射した光の反射光を1次元または2次元の光検出器で検出し、三角測量の原理から3次元計測を測定する。三角測量法では、2次元正弦波などのパターン光を投影する方法、光切断法などがある。しかし三角測量法では分解能を高めるためには光源から検出器への反射角を垂直方向に対して大きくする必要があり、測定不能な領域が発生するなどの問題があった。精度の面においても三角測量法は機械的な位置決め精度、入射光のパターンの精度などに影響され、数十μmオーダが限界とされる。
nmオーダの3次元計測には白色干渉を利用してCCDカメラを検出器として、3次元の形状計測を高精度に測定する方法がある(例えば特許文献1参照)。白色干渉を利用した計測では、マイケルソン干渉計の参照鏡をピエゾ素子などで移動することでインターフェログラムのピーク点を測定する垂直走査法と、光源波長の1/4ずつ参照鏡を移動して4回程度の検出を行い、測定対称面の垂直方向の高さを光源からの位相分布として求める位相シフト方式がある。
垂直走査法では光源波長の周期でインターフェログラムは変動し、離散的な検出データからピーク点を検出するためCCDカメラでの検出を多数行わねばならず、特許文献1においては検出回数を少なくする方法が示されているが、それでも多数の検出回数を要する。
位相シフト法では、測定対称面の高さを光源波長に対する位相分布として求めるため、波長の範囲内の高さ測定が可能であり、通常は4回の検出が必要となる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、白色干渉を応用した方法でインターフェログラムの変動の時間的周期と、わずかに差をもたせて光源を周期的に変動させ、ビートとして現れる検出光を少なくとも2度測定して位相分布を求めることで、3次元計測を高速に少ない検出回数で実現するためのものである。
本発明はかかる課題を解決するものであり、請求項1の発明は、白色光を測定対象面と参照面とに照射し、その反射光を干渉させて2次元光検出器で干渉光の強度変化を測定し強度変化から測定対称面の表面形状を測定する方法において、光源の強度を周期的に変化させつつ参照面または測定対象面との相対距離を変化させ、光源の強度変化の周期と、前記相対距離の変化によって生ずる干渉光の時間的強度変化の周期に、わずかに差をもたせて前記2次元光検出器に達する出力光にビートを発生させ、前記2次元光検出器で出力光を少なくとも2度検出し、検出光の強度の傾きから2次元位相分布を測定することで表面形状を測定することを特徴とする表面形状測定方法を提供する。
また請求項2の発明は、測定対象面での各点の白色干渉を生じていない光強度分布を求め、前記検出光の強度の傾きを除して2次元位相分布を測定し、表面形状を測定することを特徴とする請求項1に記載の表面形状測定方法を提供する。
また請求項3の発明は、白色光源と、前記白色光源の強度を周期的に変化させる手段と、参照鏡と、前記白色光源から前記参照鏡へ向かう光軸上に設けたハーフミラーと、前記参照鏡と前記ハーフミラーの距離を周期的に変化させる手段と、2次元光検出器と、前記2次元光検出器で検出した検出光の強度の傾きから2次元位相分布を算出するデータ処理手段を有することを特徴とする表面形状測定装置を提供する。
本発明の表面形状測定方法及び装置によれば、白色干渉を応用することで、測定対象の位相分布を求め、高精度に3次元形状計測を実現できる。従来の3次元形状測定では、三角測量法で低い精度しか得られず、例えばnmオーダの高さの精度が要求される半導体ウエハーや液晶ディスプレイなどの測定には不向きであった。本発明の装置によれば、白色干渉を応用した方法によって光源の1μm以下の波長の位相分布を高精度に測定できる。
従来の装置によれば、白色干渉を応用した方法では光源波長以下の高さ分布を対象とした位相シフト法においても、4回の検出を要する。本発明の測定方法では参照鏡と測定対称面の相対距離を移動させることによる干渉光の時間的強度変化と、光源の強度変化を周期的に発生させることで、2次元光検出器に達する強度変化を周期的に変動させ、2次元光検出器で少なくとも2度、光強度を検出し2次元光強度分布の各点における傾きを検出することで、白色干渉の干渉光の位相分布を検出する。
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず本発明の方法を実施する装置の一形態を図に従って説明する。
図1において、光源装置1から発生する白色光はハーフミラー2で分岐され、参照鏡3、測定対象面4に達する。ハーフミラー2から参照鏡3への距離5と、ハーフミラー2から測定対象面4への距離6の差が白色光の可干渉距離以内であるとき2次元光検出器7で観測される光強度分布には干渉が生じる。参照鏡3を移動させ、距離5と距離6を等しくしたとき、2次元光検出器7で観測される光強度分布における各点の干渉成分が最大となる。
参照鏡3はピエゾ素子などで駆動することが可能であり、2次元光検出器7としてはCCDカメラ、CMOSカメラなどが利用可能である。光源装置1としてはハロゲン光源、LED光源、スーパールミネッセンスダイオードなど可干渉距離が短い非コヒーレンス光源が利用可能である。
図2は距離5を変化させたとき、2次元光検出器7の各点で検出されるインターフェログラム9の変化を示すものであり、インターフェログラム9は、光源の波長の平均λの1/2の距離で周期的に変動する。参照鏡3の距離5が等速で変化させる場合には、グラフの横軸を時間tに変換しても同様のインターフェログラムを描くことが出来る。その図を図3に示す。ここでインターフェログラム10は周期Tで時間的に変化するものとする。
光源1からの照射光11の強度を図4のように周期T+ΔT、参照鏡3の移動によるインターフェログラムの変動の位相に対して位相差φで変化させると、2次元光検出器7に達する光強度はインターフェログラム10と照射光11で時間的にビートが発生し、図5のように周期がT(T+ΔT)/ΔT、位相差φで周期的に変動する出力光強度12となる。この時位相差φは周期Tに対して1%以内程度とすると効果的にビートの発生が見られる。なおT0は位相差φを明示するために仮に示した基準であり、特別な意味はない。
2次元光検出器7で周期的に変化する光強度分布を少なくとも2回検出し、検出する間隔Δtと各点の強度変化を求めることで、正弦的に変動する各点の微分値が求められる。データ処理装置8において、各点の微分値を合成すれば測定対象面4における微分値の分布を通常のデータ処理により容易に求めることが出来る。微分値は各点における位相の変化の度合いを表すので、その分布から測定対象面4の位相分布が求められ、位相分布は表面の凹凸を表しているので表面の3次元形状分布を求めることができる。求めた3次元形状分布を、例えばディスプレイ装置などに表示したりプリンタなどに出力することは必要に応じ適宜行えば良い。
また、2次元光検出器7で測定対象4の各点の光強度分布を測定する場合に、測定対象4の各点で光強度分布の差が大きい場合、時間的に変化する干渉光強度の傾きは、各点での光強度分布に比例するため、位相分布が正確に求められなくなる。そこで、距離5を、距離6と光源の可干渉距離より離して干渉を発生させない状態の光強度分布を求める。検出光の傾きを、干渉を発生させない状態の光強度分布で除することで、各点での強度分布を補正して、3次元表面形状を求めることができる。
1・・光源装置
2・・ハーフミラー
3・・参照鏡
4・・測定対象面
5・・距離
6・・距離
7・・2次元光検出器
8・・データ処理装置
9・・インターフェログラム
10・・インターフェログラム
11・・照射光
12・・出力光強度
13・・光強度分布
2・・ハーフミラー
3・・参照鏡
4・・測定対象面
5・・距離
6・・距離
7・・2次元光検出器
8・・データ処理装置
9・・インターフェログラム
10・・インターフェログラム
11・・照射光
12・・出力光強度
13・・光強度分布
Claims (3)
- 白色光を測定対象面と参照面とに照射し、その反射光を干渉させて2次元光検出器で干渉光の強度変化を測定し強度変化から測定対称面の表面形状を測定する方法において、
光源の強度を周期的に変化させつつ参照面または測定対象面との相対距離を変化させ、光源の強度変化の周期と、前記相対距離の変化によって生ずる干渉光の時間的強度変化の周期に、わずかに差をもたせて前記2次元光検出器に達する出力光にビートを発生させ、前記2次元光検出器で出力光を少なくとも2度検出し、検出光の強度の傾きから2次元位相分布を測定することで表面形状を測定することを特徴とする表面形状測定方法。 - 測定対象面での各点の白色干渉を生じていない光強度分布を求め、前記検出光の強度の傾きを除して2次元位相分布を測定し、表面形状を測定することを特徴とする請求項1に記載の表面形状測定方法。
- 白色光源と、前記白色光源の強度を周期的に変化させる手段と、参照鏡と、前記白色光源から前記参照鏡へ向かう光軸上に設けたハーフミラーと、前記参照鏡と前記ハーフミラーの距離を周期的に変化させる手段と、2次元光検出器と、前記2次元光検出器で検出した検出光の強度の傾きから2次元位相分布を算出するデータ処理手段を有することを特徴とする表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005115483A JP2006292608A (ja) | 2005-04-13 | 2005-04-13 | 表面形状測定方法及び表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005115483A JP2006292608A (ja) | 2005-04-13 | 2005-04-13 | 表面形状測定方法及び表面形状測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006292608A true JP2006292608A (ja) | 2006-10-26 |
Family
ID=37413324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005115483A Pending JP2006292608A (ja) | 2005-04-13 | 2005-04-13 | 表面形状測定方法及び表面形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006292608A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008298727A (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Sharp Corp | 液滴量測定装置及び液滴量調整装置並びに液滴量測定方法及び液滴量調整方法と、被描画基板の製造方法 |
-
2005
- 2005-04-13 JP JP2005115483A patent/JP2006292608A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008298727A (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Sharp Corp | 液滴量測定装置及び液滴量調整装置並びに液滴量測定方法及び液滴量調整方法と、被描画基板の製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7852489B2 (en) | Method for measuring surface profile, and apparatus using the same | |
KR101596290B1 (ko) | 두께 측정 장치 및 두께 측정 방법 | |
JP3401783B2 (ja) | 表面形状計測装置 | |
US20110261347A1 (en) | Method for interferometric detection of surfaces | |
JP5147065B2 (ja) | 三次元形状検査装置 | |
JP3375641B2 (ja) | 回折限界を超過した分解能(超分解能)を達成するための、物体の顕微鏡検査方法及び干渉顕微鏡 | |
US20150354953A1 (en) | Laser triangulation sensor and method of measurement with laser triangulation sensor | |
JP4843789B2 (ja) | レーザスペックルによるナノメートル変位測定方法と装置 | |
JP2023176026A (ja) | 走査範囲決定方法 | |
JP6014449B2 (ja) | レーザー走査顕微鏡装置 | |
JP2013257302A (ja) | ヘテロダイン干渉装置 | |
JP5412959B2 (ja) | 光応用計測装置 | |
JP2006292608A (ja) | 表面形状測定方法及び表面形状測定装置 | |
KR101539945B1 (ko) | 간섭계를 이용한 진동측정방법 | |
CN107894204B (zh) | 干涉仪及其成像方法 | |
Lim et al. | A novel one-body dual laser profile based vibration compensation in 3D scanning | |
JP6501307B2 (ja) | ヘテロダイン干渉装置 | |
Li et al. | Measurement of diameter of metal cylinders using a sinusoidally vibrating interference pattern | |
TWI403687B (zh) | Displacement measuring device and its measuring method | |
KR101436746B1 (ko) | 경사 미러를 이용해 간섭 거리를 제어하는 형상 측정 장치 | |
JP2993836B2 (ja) | コヒーレンス度を利用する干渉計 | |
JP2007147505A (ja) | 表面形状測定方法及びその測定装置 | |
JP5894464B2 (ja) | 計測装置 | |
JP2014178207A (ja) | 形状の計測装置及び計測方法並びに物品の製造方法 | |
JP2008309638A (ja) | 寸法測定装置及び寸法測定方法 |