JP2008261829A - 表面測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共焦点光学系2を有した表面測定装置1であって、この共焦点光学系2の対物レンズ27と結像レンズ25との間に、この対物レンズ27と同軸に設けた遮光板26と、この対物レンズ27と同軸に、被測定面6aにレーザ光を照射するレーザ発振器20と、前記対物レンズ27を介して前記被測定面6aの像の輝度を検出する光検出手段21と、この共焦点光学系2の焦点面を被検物に垂直に相対移動させるピエゾ素子25aとを有することを特徴としている。
【選択図】図2
Description
この共焦点顕微鏡による微小な被測定物の形状は、共焦点顕微鏡の対物レンズの焦点面と試料との相対的な位置を光軸方向に変化させ、共焦点絞りを介して検出器に入射する被測定物を含む高さ方向の走査画像を取得・保存した後、その走査画像を順に読み出して輝度を検出し、その輝度が最大となる対物レンズと被測定物表面の相対位置から被検部位の高さを求めるものである。(特許文献1)
また、上記装置を用いて、反射率の異なる部分を有する被測定物上の被測定面の高さ測定する場合(例えば、反射率の高い金属面上に、反射率の低い透明膜(被測定物)がある場合等)では、前記光軸方向における前記輝度のピークが複数検出されるため、ソフト上の処理等を行って被測定面の輝度のピーク値を算出し、この部分の高さをもとめている。(特許文献2)
その結果、前記裏面からの反射光の強度が、前記表面からの反射光の強度より高い場合は、この裏面からの反射光によって、この表面からの反射光の輝度が正確に測定できず、被測定面の高さ測定が困難となる場合があった。
即ち、第1の本発明に係る表面測定装置は、共焦点光学系を有した表面測定装置であって、この共焦点光学系の対物レンズと結像レンズの間に、対物レンズと同軸に遮光板を設けたことを特徴としている。
また、第2の発明に係る表面測定装置は、共焦点光学系を有した表面測定装置であって、この共焦点光学系の対物レンズと結像レンズとの間に、この対物レンズと同軸に設けた遮光板と、この対物レンズと同軸に、被測定物に光を照射する光学手段と、前記対物レンズを介して前記被測定物の像の輝度を検出する光検出手段と、この共焦点光学系の焦点面を被検物に垂直に相対移動させる移動手段と、を有することを特徴と表面測定装置。
請求項1または2に係る発明によれば、共焦点光学系の対物レンズと結像レンズの間に、対物レンズと同軸に遮光板を設けているため、対物レンズを経て、被測定物に対物レンズと同軸に照射される光の内、前記遮光板の外縁より内側の光は遮断され、前記被測定物には所定の入射角度以上の光が照射される。 このため、前記遮光板で遮光される光量だけ、前記被測定物からの反射光の輝度が低下するが、反射率の小さい被測定物の表面からの反射光の輝度低下量より、反射率の大きな被測定物の裏面からの反射光の輝度低下量の方が大きくなる。
そこで、入射角度の小さい領域(例えば、図7の入射角度Φ以下)のレーザ光を遮断することによって、被測定面6aからの反射レーザ光のエネルギーをあまり減少させず(図7のB)、金属膜6bからの反射レーザ光のエネルギーを大幅に減少させることができる(図7のA)。
その結果、前記対物レンズで捉えられる、前記被測定物の裏面からの反射光の輝度がさらに低下し、前記被測定物の表面からの反射レーザ光の輝度測定が容易に測定できる。
この表面測定装置1は、共焦点光学系2を用いて被測定物(以下、「ワーク」という)6の被測定面6aの高さを測定するもので、共焦点光学系2の他、観察光学系3と、フォーカス調整手段4と、制御手段5を備えている。
尚、ワーク6は、被測定面6a(反射率の低い透明膜)と、この透明膜の下側に位置し、この透明膜の反射率より高い反射率を有する金属膜6bとから構成されている(図3)。
尚、ハーフミラー28は、共焦点光学系2の光軸と後述する観察光学系3の光軸を分離するためのものである。
光検出器21は被測定面6aから反射された前記レーザ光の輝度を検出するものであり、多数の受光素子を備えた二次元撮像手段である。
コンデンサーレンズ22は、被測定面6aからの反射レーザ光を前記光検出器21の受光素子上に集光するものである。
そして、マイクロミラー24aは図6のごとく、作動時(以下、「ミラーONの状態」という)に傾くようになっており、このミラーONの状態でレーザ発振器20から放射されたレーザ光が被測定面6aの方向に反射される。一方、マイクロミラー24aが作動していない時(以下、「ミラーOFFの状態」という)は図6の破線で示す状態になっており、このミラーOFFの状態でレーザ発振器20から放射されたレーザ光は、被測定面6aの方向と異なる方向(図6の破線矢印で示される方向)に反射され、図示しないレーザ光吸収体により吸収されるようになっている。
尚、マイクロミラー24aの1つで反射されるレーザ光のサイズは、マイクロミラー24aの前記サイズ(十数μm角)と同程度のレーザ光である。
そして、レーザ走査手段24の少なくとも1つ以上のマイクロミラー24aを作動させることによって、レーザ走査手段24によって被測定面6a側に反射にされる前記レーザ光は、所定のサイズのレーザ光(以下、「レーザスポット光」という)となる。
そして、被測定面6aに照射された前記レーザスポット光うち、対物レンズ27の合焦点位置から反射されたレーザスポット光が、この合焦点位置と光学的に共役な関係にあるマイクロミラー24a上に結像して、ハーフミラー23側に反射されるため、前記マイクロミラー24aはピンホールとしての機能を有するものである。
そして、金属膜6bで反射された前記限定レーザスポット光は被測定面6aに向かい、一部が被測定面6aと空気(表面測定装置1は大気中に設置され、対物レンズ27とワーク6との間は大気である。)との境界面で再び金属膜6b側に反射され、その余が被測定面6aと空気との境界面を透過し、前記被測定面6aで一部反射された前記限定レーザスポット光と共に、対物レンズ27によって捉えられる。
即ち、前述のごとく、開口数の大きな対物レンズ27を使用することによって、被測定面6aから反射された前記限定レーザスポット光の輝度ピークと、金属膜6bから反射された前記限定レーザスポット光の輝度のピークとを分離することができ、遮光板26を使用することによって、金属膜6bで反射された前記限定レーザスポット光の輝度の最大値(図5のI6b)を、被測定面6aで反射された前記限定レーザスポット光の輝度の最大値(図5のI6a)より小さくすることができる(図5)。
前記ステップ移動または連続移動する移動量は、後述する制御装置内に設けられているピエゾ素子駆動回路(図示せず)からピエゾ素子25aに印加する電圧によって、調整できるようになっており、その印加電圧から、ピエゾ素子25aによる結像レンズ25のZ軸方向の移動量がわかるようになっている。
白色光源32から被測定面6aにいたる光路のうち、ハーフミラー28、対物レンズ27を経て被測定面6aに至る光路は、共焦点光学系2の光路と共通している。
また、白色光源32からの白色光は、共焦点光学系2によって、高さ測定を行う前に、後述のフォーカス調整手段4によって、CCDカメラ30のフォーカスを被測定面6aに合せる際等に用いられるものである。
ベース移動装置40の前記ステッピングモータを、後述する制御手段5で作動させることによって、ベース41をZ軸方向に移動させて、観察光学系3のCCDカメラ30のフォーカスを被測定面6a上に合せるものである。
そして、演算制御装置50には、レーザ発振器20と、光検出器21と、レーザ走査手段24と、ピエゾ素子25aと、白色光源32と、CCDカメラ30と、ベース移動装置40が接続されている。
この演算制御装置50は、レーザ走査手段24の複数のマイクロミラー24a群の中から所定のマイクロミラー24aを選択して作動させると共に、光検出器21で検出された前記限定レーザスポット光の輝度及び前記ピエゾ素子25aへの印加電圧から最大輝度を示す結像レンズ25のZ軸方向の位置から基準面または被測定面6aのZ軸方向の位置データを求め、基準面のZ軸方向の位置データ及び被測定面6aのZ軸方向の位置データから、被測定面6aの高さを検出するものである。
その後、ピエゾ素子25aを作動させることにより、結像レンズ25をZ軸方向に移動させながら、前記基準面から反射される限定レーザスポット光の輝度を光検出器21で連続的に検出し、結像レンズ25のZ軸方向の位置毎の輝度データを、演算制御装置50に入力する。
さらに、図1において、遮光板26がハーフミラー28と結像レンズ25との間に位置する場合について示しているが、遮光板26を設ける位置は、対物レンズ27と結像レンズ25との間であればよく、例えば、図1のハーフミラー28と対物レンズ27との間に設けてもよい。
また、本実施の形態に係る表面測定装置1では、輝度測定にあたって、結像レンズ25をZ軸方向に移動させる方法を採用しているが、結像レンズ25と対物レンズ27のZ軸方向の間隔を変化させず、共焦点光学系2が取り付けられているベース41を被測定表面6aに対し接近離間させる方法や、対物レンズ27のみをZ軸方向に上下させてもよい。
さらに、ステージ7をZ軸方向に移動させることにより、被測定面6aを対物レンズ27に接近離間させるようにしてもよい。
さらに、また、レーザ走査手段24には、ニポウディスクを用いてもよい。
2 共焦点光学系
3 観察光学系
4 フォーカス手段
5 制御手段
6 ワーク
20 レーザ発振器
21 光検出器
24 レーザ走査手段
25 結像レンズ
25a ピエゾ素子
26 遮光板
27 対物レンズ
30 CCDカメラ
32 白色光源
50 演算制御装置
Claims (2)
- 共焦点光学系を有した表面測定装置であって、この共焦点光学系の対物レンズと結像レンズとの間に、この対物レンズと同軸に遮光板を設けたことを特徴とする表面測定装置。
- 共焦点光学系を有した表面測定装置であって、この共焦点光学系の対物レンズと結像レンズとの間に、この対物レンズと同軸に設けた遮光板と、この対物レンズと同軸に、被測定物に光を照射する光学手段と、前記対物レンズを介して前記被測定物の像の輝度を検出する光検出手段と、この共焦点光学系の焦点面を被検物に垂直に相対移動させる移動手段と、を有することを特徴と表面測定装置。
Priority Applications (1)
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