JP2625209B2 - Optical micro displacement measuring device - Google Patents

Optical micro displacement measuring device

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JP2625209B2
JP2625209B2 JP21864189A JP21864189A JP2625209B2 JP 2625209 B2 JP2625209 B2 JP 2625209B2 JP 21864189 A JP21864189 A JP 21864189A JP 21864189 A JP21864189 A JP 21864189A JP 2625209 B2 JP2625209 B2 JP 2625209B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、被測定物の微小変位や表面粗さを光学的手
段により測定する光学式微小変位測定装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical micro-displacement measuring device for measuring a micro-displacement and a surface roughness of an object to be measured by optical means.

<従来の技術> 従来より、焦点ずれを検出して被測定物の微小変位や
表面粗さを測定する装置としては、例えば臨界角法を用
いたもの(特開昭59−90007号公報参照)、非点収差法
を用いたもの(特開昭60−186705号公報参照)、あるい
はフーコー法を用いたもの(光技術コンタクトvol26,N
o.11,1988,P773〜784)などが知られている。
<Prior Art> Conventionally, as a device for detecting a defocus and measuring a minute displacement and a surface roughness of an object to be measured, for example, a device using a critical angle method (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-9007) Using the astigmatism method (see JP-A-60-186705) or using the Foucault method (optical technology contact vol26, N
o. 11, 1988, pages 773 to 784).

ここで、臨界角法は、プリズムの有する固有の臨界角
近傍に入射する光ビーム強度が微小な角度変化に対して
急激な変化を呈する性質を利用したものであり、かかる
臨界角法による従来の光学式微小変位測定装置の構成を
第8図に示す。同図中、101はレーザー光源、102はコリ
メートレンズ、103は偏光ビームスプリッタ、104は1/4
波長板、105は対物レンズ、106は被測定物、107はビー
ムスプリッタ、108a,108bは臨界角プリズム、109a,109b
は2分割受光素子であり、レーザー光源101からのレー
ザ光はコリメートレンズ102により平行光束に変換さ
れ、S偏光で偏光ビームスプリッタ103を介して1/4波長
板104へ導かれる。この1/4波長板104に導かれたレーザ
光は円偏光の光束に変換された後、対物レンズ105を介
して被測定物106の表面に集光される。被測定物106で反
射されたレーザ光は1/4波長域104でP偏光にされた後、
偏光ビームスプリッタ103を透過してビームスプリッタ1
07に導かれ、分光される。分光された光はそれぞれ、反
射面が臨界角に設定されている臨界角プリズム108a,108
bで反射され、それぞれ2分割受光素子109a,109bに入射
され、光量が検出される。
Here, the critical angle method utilizes the property that the intensity of a light beam incident near the intrinsic critical angle of a prism exhibits a rapid change with respect to a small angle change. FIG. 8 shows the configuration of the optical minute displacement measuring device. In the figure, 101 is a laser light source, 102 is a collimating lens, 103 is a polarizing beam splitter, 104 is 1/4
Wave plate, 105 is an objective lens, 106 is an object to be measured, 107 is a beam splitter, 108a and 108b are critical angle prisms, 109a and 109b
Denotes a two-divided light receiving element. The laser light from the laser light source 101 is converted into a parallel light beam by the collimating lens 102, and is guided to the quarter-wave plate 104 via the polarizing beam splitter 103 as S-polarized light. The laser beam guided to the quarter-wave plate 104 is converted into a circularly polarized light beam, and then condensed on the surface of the object 106 via the objective lens 105. After the laser light reflected by the DUT 106 is P-polarized in the quarter wavelength region 104,
Transmission through the polarization beam splitter 103, beam splitter 1
Guided to 07 and split. Critical angle prisms 108a and 108 whose reflected surfaces are set at critical angles
The light is reflected by b, enters the two-divided light receiving elements 109a and 109b, and the amount of light is detected.

このように、被測定物106が対物レンズ105の焦点に位
置している場合には、反射光は平行光となり、臨界角プ
リズム108a,108bにおける反射率は全光束で一定とな
り、2分割受光素子109a,109bに受光される光量は等し
くなる。しかし、被測定物106が対物レンズ105の焦点よ
り遠くに位置している場合には反射光は収束光となるの
で臨界角プリズム108a,108bに入る光束の入射角はその
光軸に対して臨界角プリズム108aで図中下側、臨界角プ
リズム108bで図中右側は臨界角より小さくなり、反射率
が低下して、2分割受光素子109a,109bに受光される光
量に差が生じる。同様に被測定物106が対物レンズ105の
焦点より近い地点に位置している場合には反射光は発散
光となり、上述した場合とは逆になり、2分割受光素子
109a,109bに受光される光量に差が生じる。このような
光量の差から被測定物106の、対物レンズ105の焦点位置
からの変位を検出し、被測定物106の微小変位や表面粗
さを測定することができる。
As described above, when the object to be measured 106 is located at the focal point of the objective lens 105, the reflected light is parallel light, and the reflectivity of the critical angle prisms 108a and 108b is constant for all luminous fluxes, and the two-divided light receiving element The light amounts received by 109a and 109b are equal. However, when the DUT 106 is located farther than the focal point of the objective lens 105, the reflected light becomes convergent light, so that the incident angle of the light flux entering the critical angle prisms 108a and 108b is critical with respect to its optical axis. The lower side in the drawing of the angular prism 108a and the lower right side of the drawing in the critical angle prism 108b are smaller than the critical angle, the reflectance is reduced, and a difference occurs in the amount of light received by the two-divided light receiving elements 109a and 109b. Similarly, when the measured object 106 is located at a point closer to the focal point of the objective lens 105, the reflected light becomes divergent light, which is opposite to the above-described case, and is divided into two light receiving elements.
There is a difference between the amounts of light received by 109a and 109b. The displacement of the object 106 from the focal position of the objective lens 105 can be detected from such a difference in the amount of light, and the minute displacement and the surface roughness of the object 106 can be measured.

一方、非点収差法は、円筒レンズを用いて検出像に非
点収差を与え、測定対象物の位置の移動変位量を像の変
形に変換するものであり、この方法による微小変位測定
装置では、被測定物が対物レンズの合焦点位置の場合に
は、受光ビームは円形状となるが、結像位置が近い場合
には縦長な楕円形状になり、また、遠い場合には横長な
楕円形状となるので、これを4分割フォトダイオードで
光電変換し、縦方向,横方向のそれぞれの和を求め、更
にそれらの差の出力信号を求め、被測定物の移動変位量
に比例した出力を得るものである。
On the other hand, the astigmatism method is to give astigmatism to a detected image using a cylindrical lens, and to convert the amount of displacement of the position of the measurement object into deformation of the image. When the object to be measured is at the in-focus position of the objective lens, the received light beam has a circular shape, but when the imaging position is close, the light-receiving beam has a vertically long elliptical shape. Then, this is photoelectrically converted by a four-division photodiode, and the sum of each of the vertical and horizontal directions is obtained. Further, the output signal of the difference is obtained, and an output proportional to the displacement of the object to be measured is obtained. Things.

また、フーコー法による微小変位測定装置は、光学的
ナイフエッジ効果を持つ分割プリズムを用いて被測定物
からの反射光束を2光束に分割し、2分割フォトダイオ
ードに入射させるものであり、対物レンズと被測定面と
の距離が変化すると被測定物からの反射光束の広がり角
が変化するため、2分割フォトダイオードの受光量に差
が生ずるので、これにより被測定物の変位量を求めるも
のである。
Further, the micro displacement measuring apparatus based on the Foucault method splits a reflected light beam from an object to be measured into two light beams using a split prism having an optical knife edge effect, and causes the light beam to enter a two-segment photodiode. When the distance between the object and the surface to be measured changes, the divergence angle of the reflected light beam from the object to be measured changes, so that a difference occurs in the amount of light received by the two-divided photodiode. is there.

<発明が解決しようとする課題> 前述した光学式微小変位測定装置において被測定物が
傾いた場合には、反射光束軸は入射光束軸に対して平行
移動してしまう。例えば第8図に示す装置で被測定物の
106がθだけ傾いた場合、第9図に示すように、入射光
束軸110に対して、反射光束軸111はΔxだけ平行移動す
ることになる。そして、このとき被測定物106は対物レ
ンズ105の焦点距離をfとすると、 Δx=f tan2θ の関係が成り立つ。
<Problems to be Solved by the Invention> When the object to be measured is tilted in the above-described optical micro-displacement measuring device, the axis of the reflected light beam moves parallel to the axis of the incident light beam. For example, the device shown in FIG.
When 106 is inclined by θ, the reflected light beam axis 111 moves parallel to the incident light beam axis 110 by Δx as shown in FIG. Then, at this time, assuming that the object to be measured 106 has a focal length f of the objective lens 105, a relationship of Δx = f tan2θ holds.

ところで、第8図に示した装置では反射光を分光して
それぞれを2分割受光素子109a,109bで受光するように
しており、上述した光軸のずれΔxは、2分割受光素子
109a,109bにおいて互いに逆向きに生じるので、Δxに
よる受光光量の差は相殺される構成となっている。しか
しながら、被測定物106の傾き角θが大きくなった場
合、反射光束が2分割受光素子109a,109bの受光面から
外れてしまい、微小変位や表面粗さを測定できなくなる
という問題がある。そして、従来の微小変位測定装置は
全て同様な問題を有している。
By the way, in the device shown in FIG. 8, the reflected light is split and received by the two-divided light receiving elements 109a and 109b.
Since the directions 109a and 109b occur in opposite directions, the difference in the amount of received light due to Δx is offset. However, when the inclination angle θ of the measured object 106 is large, the reflected light flux deviates from the light receiving surfaces of the two-divided light receiving elements 109a and 109b, so that there is a problem that a minute displacement and a surface roughness cannot be measured. All of the conventional minute displacement measuring devices have the same problem.

本発明はこのような事情に鑑み、被測定物が大きく傾
いた場合でも、微小変位や表面粗さの測定が可能な光学
式微小変位測定装置を提供することを目的とする。
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide an optical micro-displacement measuring device capable of measuring a micro-displacement and a surface roughness even when an object to be measured is greatly inclined.

<課題を解決するための手段> 前記目的を達成する光学式微小変位測定装置は、光源
からの光束を被測定物体に照射する照明光学系と、被測
定物体からの反射光束から焦点誤差を検出する焦点誤差
検出光学系とを有する光学式微小変位測定装置であっ
て、上記焦点誤差検出光学系に入る反射光束の一部を分
割する分割光学部材と、この分割光学部材により分割さ
れた分割光束を受ける分割受光素子と、上記分割光学部
材に入る反射光束の光軸を当該光軸に対して直交する面
内における特定方向に往復移動させうる光軸往復移動手
段と、上記分割受光素子が受ける光量から上記反射光束
の光軸のずれを検出する少なくとも1つの差動出力を得
る電気回路とを具え、上記差動出力が特定の値になった
ときの上記焦点誤差検出光学系の出力を焦点誤差の情報
とすることを特徴とする。
<Means for Solving the Problems> An optical micro-displacement measuring device that achieves the above object is an illumination optical system that irradiates a light beam from a light source to a measured object, and detects a focus error from a reflected light beam from the measured object. An optical micro-displacement measuring device having a focusing error detection optical system, wherein a split optical member for splitting a part of the reflected light beam entering the focus error detection optical system, and a split light beam split by the split optical member Receiving the divided light receiving element, optical axis reciprocating means for reciprocating the optical axis of the reflected light beam entering the divided optical member in a specific direction in a plane orthogonal to the optical axis, and receiving the divided light receiving element An electric circuit for obtaining at least one differential output for detecting a deviation of the optical axis of the reflected light beam from the amount of light, and focusing an output of the focus error detection optical system when the differential output has a specific value. Mistake It is characterized as difference information.

<作用> 被測定物が傾いて反射光束の光軸がずれると分割光学
部材を介してその反射光束の一部を受ける分割受光素子
の光量の分布が変化する。一方、被測定物が一定に傾い
た状態において、光軸往復移動手段を介してその反射光
束の光軸を往復移動させると、上記分割受光素子の光量
の分布が変化すると共に、焦点誤差情報も変化し、この
変化の途中に光軸のずれが補正されたときの情報が存在
する。
<Operation> When the object to be measured is tilted and the optical axis of the reflected light beam shifts, the distribution of the amount of light of the divided light receiving element that receives a part of the reflected light beam via the divided optical member changes. On the other hand, when the object to be measured is tilted at a constant angle, if the optical axis of the reflected light beam is reciprocated through the optical axis reciprocating means, the distribution of the light amount of the divided light receiving element changes and the focus error information is also changed. There is information when the optical axis shift is corrected during the change.

したがって、光軸を往復移動させながら分割受光素子
の光量の分布を差動出力としてモニターし、これが例え
ば零になって光軸のずれが補正されたときの焦点誤差検
出光学系の出力を焦点誤差情報とすると、傾きのないと
きと焦点誤差情報を得ることができる。
Therefore, while the optical axis is reciprocated, the distribution of the light quantity of the divided light receiving elements is monitored as a differential output, and the output of the focus error detection optical system when this becomes zero, for example, and the deviation of the optical axis is corrected is calculated as the focus error As information, it is possible to obtain focus error information when there is no tilt.

<実 施 例> 以下、本発明を実施例にもとづいて説明する。<Examples> Hereinafter, the present invention will be described based on examples.

第1図には焦点誤差光学系に臨界角法を用いた一実施
例に係る光学式微小変位測定装置を示す。
FIG. 1 shows an optical micro-displacement measuring apparatus according to an embodiment using a critical angle method for a focus error optical system.

第1図中、11はレーザ光源、12はコリメートレンズ、
13は偏光ビームスプリッタ、14は1/4波長板、15は対物
レンズ、16は被測定物であり、レーザ光源11からのレー
ザ孔はコリメートレンズ12により平行光線に変換され、
例えばS偏光でビームスプリッタ13を介して1/4波長板1
4へ導かれる。この1/4波長板14に導かれたレーザ光は円
偏光の光束に変換された後、対物レンズ15を介して被測
定物16の表面に集光される。そして、被測定物16で反射
されたレーザ光は1/4波長板14でP偏光にされた後、偏
光ビームスプリッタ13を通過する。
In FIG. 1, 11 is a laser light source, 12 is a collimating lens,
13 is a polarizing beam splitter, 14 is a quarter-wave plate, 15 is an objective lens, 16 is an object to be measured, and a laser hole from a laser light source 11 is converted into a parallel beam by a collimating lens 12,
For example, a 1/4 wavelength plate 1 through the beam splitter 13 with S-polarized light
Guided to 4. The laser light guided to the 波長 wavelength plate 14 is converted into a circularly polarized light beam, and then condensed on the surface of the DUT 16 via the objective lens 15. Then, the laser light reflected by the DUT 16 is turned into P-polarized light by the quarter-wave plate 14, and then passes through the polarization beam splitter 13.

偏光ビームスプリッタ13を通過した光束は、反射鏡駆
動手段17により保持された反射鏡18で反射された後、ビ
ームスプリッタ19で分割され、分割光の一方は臨界角プ
リズム20に反射されて2分割受光素子21に入り、分割光
の他方はそのまま2分割受光素子22に入る。
The light beam that has passed through the polarizing beam splitter 13 is reflected by a reflecting mirror 18 held by a reflecting mirror driving means 17 and then split by a beam splitter 19, and one of the split lights is reflected by a critical angle prism 20 and split into two. The light enters the light receiving element 21 and the other of the divided light enters the light receiving element 22 as it is.

ここで、臨界角プリズム20及び2分割受光素子21は臨
界角法による焦点誤差検出光学系を構成しており、従来
の項での説明と同様に、被測定物の変位により臨界角プ
リズム20に入る反射光束の入射角が変化し、2分割受光
素子21の両側での受光量に差が生じるので、これにより
被測定物16の微小変位や表面粗さを測定することができ
る。
Here, the critical angle prism 20 and the two-division light receiving element 21 constitute a focus error detecting optical system based on the critical angle method, and the critical angle prism 20 is moved to the critical angle prism 20 by the displacement of the object to be measured, as described in the conventional section. Since the incident angle of the reflected light beam changes and the amount of light received on both sides of the two-divided light receiving element 21 differs, the minute displacement and the surface roughness of the object 16 can be measured.

一方、2分割受光素子22は被測定物16の傾きによる反
射光束の光軸のずれ(第9図のΔx参照)を検出するも
のであり、2分割受光素子22の分割方向は被測定物16の
傾きによる反射光束軸の移動方向と直交する方向であ
る。なお、23は減算機であり、2分割受光素子22の光量
の差を出力し、この出力により光軸が補正されたときを
知ることができるようになっている。
On the other hand, the two-divided light receiving element 22 detects a shift of the optical axis of the reflected light beam due to the inclination of the DUT 16 (see Δx in FIG. 9). Is a direction orthogonal to the direction of movement of the reflected light beam axis due to the inclination of. Reference numeral 23 denotes a subtractor, which outputs a difference between the light amounts of the two-divided light receiving elements 22 so that it is possible to know when the optical axis is corrected.

ここで、上記反射鏡駆動手段17は、駆動装置コントロ
ーラ24により常に反射鏡18を往復移動するように制御さ
れている。したがって、この反射鏡18の往復移動に対応
して反射光束の光軸が平行移動することになり、これに
伴って、上記2分割受光素子22における受光量の差、及
び焦点誤差検出光学系の2分割受光素子21の出力が変化
する。なお、反射鏡18の往復移動による反射光束の光軸
のずれ方向は2分割受光素子21,21の分割方向と直交す
る方向となっている。
Here, the reflecting mirror driving means 17 is controlled by the driving device controller 24 to always reciprocate the reflecting mirror 18. Therefore, the optical axis of the reflected light beam moves in parallel in response to the reciprocating movement of the reflecting mirror 18, and accordingly, the difference in the amount of light received by the two-divided light receiving element 22 and the focus error detecting optical system The output of the two-segment light receiving element 21 changes. Note that the direction of deviation of the optical axis of the reflected light beam due to the reciprocating movement of the reflecting mirror 18 is a direction orthogonal to the dividing direction of the two-divided light receiving elements 21, 21.

本実施例の原理をさらに詳細に説明する。 The principle of the present embodiment will be described in more detail.

まず、反射鏡18の往復移動、すなわち振動の範囲を±
Δmとし、第2図に示すように被測定物16の傾きによる
光軸のずれをΔx,反射鏡での反射角をとすると、 となり、光軸ずれを補正可能な範囲±Δxは、 ±Δx=±ΔM{1−cos(2)} となる。よって、また、測定可能な被測定物16の傾きθ
の範囲±θは となる。よって反射鏡18の振動の範囲を大きくとること
によって測定可能な被測定物の傾きの範囲も大きくな
る。
First, the reciprocating movement of the reflecting mirror 18, that is, the range of vibration is ±
Assuming that Δm is the deviation of the optical axis due to the inclination of the DUT 16 as shown in FIG. The range ± Δx in which the optical axis shift can be corrected is ± Δx = ± ΔM {1-cos (2)}. Therefore, the inclination θ of the DUT 16 that can be measured is
The range ± θ is Becomes Therefore, by increasing the range of vibration of the reflecting mirror 18, the range of tilt of the object to be measured that can be measured is also increased.

すなわち、光軸ずれが反射鏡18の移動により補正され
たときには、焦点誤差検出光学系の2分割受光素子21の
出力は被測定物16が傾いていない場合の出力となる。し
たがって、その出力を読みとることにより、被測定物16
の傾きに影響されない焦点誤差情報を得ることができ
る。
That is, when the optical axis shift is corrected by the movement of the reflecting mirror 18, the output of the two-divided light receiving element 21 of the focus error detecting optical system is an output when the object 16 is not tilted. Therefore, by reading the output, the DUT 16
Focus error information that is not affected by the inclination of

そして、光軸ずれが補正されたときを知るには2分割
受光素子22の光量の差の検出による。すなわち、減算機
23により2分割受光素子22の各受光素子の光量の差を出
力し、その出力が設定値、例えば零になったときを光軸
ずれの補正されたときとし、このときの焦点誤差検出用
2分割受光素子21の出力から焦点誤差を読取るようにす
る。
Then, when the optical axis shift is corrected, it is determined by detecting the difference between the light amounts of the two-divided light receiving elements 22. That is, subtraction machine
23, the difference between the light amounts of the respective light receiving elements of the two-division light receiving element 22 is output. When the output becomes a set value, for example, zero, the optical axis deviation is corrected. The focus error is read from the output of the divided light receiving element 21.

また、2分割受光素子21,21は、第3図に示すよう
に、反射鏡18の振動により光軸が移動する方向(つま
り、被測定物がθ方向に傾いた場合に光軸がずれる方
向:θ方向)と直交する方向に分割されているが、被測
定物がθ方向と直交する方向に傾いた場合に、全受光
量の低下の影響が出ないようにその方向に十分長い受光
面としている。
As shown in FIG. 3, the two-divided light receiving elements 21 and 21 move in the direction in which the optical axis moves due to the vibration of the reflecting mirror 18 (that is, the direction in which the optical axis shifts when the object to be measured is tilted in the θ direction). : Θ direction), but the light receiving surface is long enough in that direction so that when the DUT is tilted in the direction orthogonal to the θ direction, there is no influence of the decrease in the total amount of received light. And

このように、本実施例の装置では、反射鏡18をある範
囲±Δmに振動させながら2分割受光素子21,22の出力
をモニターし、2分割受光素子22の出力が設定値になっ
て光軸ずれが補正されたときにおいて、焦点誤差検出用
の2分割受光素子21の出力を読取り、これにより焦点誤
差を検出するものであり、被測定物16の傾きに影響され
ず、常に正確な検出が可能となる。
As described above, in the apparatus according to the present embodiment, the output of the two-divided light receiving elements 21 and 22 is monitored while the reflecting mirror 18 is vibrated within a certain range ± Δm, and When the axis deviation is corrected, the output of the two-divided light receiving element 21 for detecting a focus error is read, thereby detecting a focus error. Becomes possible.

しかしながら、反射鏡18を一周期は振動させなければ
ならないので被測定物16の測定可能な傾き±θを大きく
とるために振動範囲±Δmを大きした場合、測定時間が
長くなる傾向になる。
However, since the reflecting mirror 18 must be vibrated for one cycle, if the vibration range ± Δm is increased in order to increase the measurable inclination ± θ of the DUT 16, the measurement time tends to be longer.

よって、測定時間を短縮するためには第4図に示すよ
うな構成が有効である。
Therefore, a configuration as shown in FIG. 4 is effective for shortening the measurement time.

第4図に示す実施例では、往復移動される反射鏡18A
を第1図の反射鏡18より大きくすると共に、この反射鏡
18Aに相対向する固定の反射鏡25を平行に設け、反射鏡1
8Aで反射された光束が反射鏡25に入射し、反射鏡25の反
射光束が再び反射鏡18Aで反射された後、ビームスプリ
ッタ19に入るようにしている。このような構成にすると
第5図(a),(b)に示すように、被測定物16の傾き
による光軸のずれΔxを補正するに必要な反射鏡の移動
量が小さくなる。すなわち、第1図の場合の移動量をΔ
m(第5図(a))、第4図の場合の移動量をΔm′
(第5図(b))とすると、 となる。このように移動する鏡に2回反射させるとその
移動量は1回のときの1/2となり、n回反射させるとそ
の移動量Δm″は m″=1/n・Δm となり、反射回数を増やせば増やすほど測定時間の高速
化が図れる。
In the embodiment shown in FIG. 4, the reflecting mirror 18A is reciprocated.
Is larger than the reflecting mirror 18 of FIG.
A fixed reflecting mirror 25 opposed to 18A is provided in parallel, and reflecting mirror 1
The light beam reflected by 8A enters the reflecting mirror 25, and the light beam reflected by the reflecting mirror 25 is reflected by the reflecting mirror 18A again before entering the beam splitter 19. With this configuration, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the amount of movement of the reflecting mirror required to correct the optical axis deviation Δx due to the tilt of the DUT 16 is reduced. That is, the moving amount in the case of FIG.
m (FIG. 5 (a)) and the moving amount in the case of FIG.
(Fig. 5 (b)) Becomes When the light is reflected twice on the mirror that moves in this way, the amount of movement becomes 1/2 of that when the light is moved once. When the light is reflected n times, the amount of movement Δm ″ becomes m ″ = 1 / n · Δm. As the number increases, the measurement time can be shortened.

なお、第4図の実施例の他の構成は第1図と同様であ
り、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略
する。
The other configuration of the embodiment of FIG. 4 is the same as that of FIG. 1, and the same members are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.

第6図には他の実施例を示す。この実施例は、焦点誤
差検出光学系には臨界角法を用いて基本的には第1図に
示す装置と同様であり、同一作用を示す部材には同一符
号を付して重複する説明は省略する。そして、本実施例
では光軸往復移動手段として、平行平板ガラス駆動装置
26に保持された平行平板ガラス27を採用している。この
平行平板ガラス27は、その駆動装置26により光軸のずれ
方向と直交する軸を中心に回動されるようになってお
り、これにより、平行平板ガラス27が反射光束の光軸に
対して傾くことになり、透過後の光束の光軸は平行平板
ガラス27の回動により平行移動されていることになる。
FIG. 6 shows another embodiment. This embodiment is basically the same as the apparatus shown in FIG. 1 using a critical angle method for a focus error detection optical system, and members having the same action are denoted by the same reference numerals and will not be described repeatedly. Omitted. In this embodiment, a parallel plate glass driving device is used as the optical axis reciprocating means.
A parallel flat glass 27 held by 26 is employed. The parallel plate glass 27 is configured to be rotated about an axis orthogonal to the direction of deviation of the optical axis by the driving device 26, whereby the parallel plate glass 27 is moved with respect to the optical axis of the reflected light beam. As a result, the optical axis of the transmitted light beam is translated by the rotation of the parallel flat glass 27.

また、第7図に示す実施例は光軸往復移動手段に直角
プリズム28を用いたものであり、直角プリズム28を図中
上下方向に平行移動することにより光軸を2分割受光素
子22の分割方向と直交する方向へ移動可能としたもので
ある。さらに詳言すると、光源11からの例えばP偏光の
光はコリメートレンズ12で平行光にされて偏光ビームス
プリッタ13を透過し、1/4波長板14及び集光レンズ15を
介して被測定物16に導かれ、反射した光束はS偏光とな
って偏光ビームスプリッタ13に入り反射され、1/4波長
板29により円偏光に変換されて直角プリズム28に入るよ
うになっており、この直角プリズム28で反射された光は
1/4波長板29及び偏光ビームスプリッタ13を透過してビ
ームスプリッタ19に入射するようになっている。よっ
て、直角プリズム28を図中上下方向に平行移動すること
によりビームスプリッタ19に入射する光束の光軸も平行
に移動されるようになっている。
In the embodiment shown in FIG. 7, the right-angle prism 28 is used as the optical axis reciprocating means, and the optical axis is divided into two by dividing the optical axis into two by moving the right-angle prism 28 in the vertical direction in the figure. It can be moved in a direction perpendicular to the direction. More specifically, for example, P-polarized light from the light source 11 is collimated by the collimating lens 12, passes through the polarizing beam splitter 13, and passes through the quarter-wave plate 14 and the condensing lens 15 to be measured. The reflected light flux is converted into S-polarized light, enters the polarization beam splitter 13, is reflected, is converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 29, and enters the right-angle prism 28. The light reflected by
The light is transmitted through the quarter-wave plate 29 and the polarization beam splitter 13 and enters the beam splitter 19. Therefore, by moving the right-angle prism 28 in the vertical direction in the drawing, the optical axis of the light beam incident on the beam splitter 19 is also moved in parallel.

なお、本実施例では焦点誤差検出光学系には臨界角法
を採用しており、基本的には例えば第1図の装置と同様
であり、同一作用を示す部材には同一符号を付して重複
する説明は省略する。
In this embodiment, the critical angle method is adopted for the focus error detection optical system, and is basically the same as the apparatus of FIG. 1, for example. Duplicate description will be omitted.

以上説明した各実施例では、被測定物16が傾いてもそ
の光軸のずれが補正されたとこの焦点誤差を読み取るの
で、被測定物16の傾きに関係なく微小変位や表面粗さを
測定することができ、被測定物16が曲率を持っている場
合や被測定物16にくぼみなどがある場合に特に有用であ
る。
In each of the embodiments described above, even when the DUT 16 is tilted, the deviation of the optical axis is corrected and this focus error is read, so that the minute displacement and the surface roughness are measured regardless of the tilt of the DUT 16. This is particularly useful when the DUT 16 has a curvature or when the DUT 16 has a depression or the like.

なお、反射光束の光軸を移動する手段は上述したもの
に限定されるものではなく、例えば上述した平行平板ガ
ラスの代りには屈折率が1より大きい光学材料であれば
使用でき、その形状,材料は特に限定されず、また、直
角プリズムの代りにはコーナーキューブプリズムなど他
のプリズムも使用することができる。
The means for moving the optical axis of the reflected light beam is not limited to the one described above. For example, an optical material having a refractive index larger than 1 can be used instead of the above-mentioned parallel plate glass. The material is not particularly limited, and other prisms such as a corner cube prism can be used instead of the right angle prism.

また、焦点誤差検出光学系も特に限定されるものでは
なく、フーコー法,非点収差法など公知の他の方法を採
用することができるが、光軸往復移動により補正される
光軸ずれと直交する方向の光軸ずれが生じる場合にはそ
の影響の小さい方法を採用するのが望ましい。
The focus error detecting optical system is not particularly limited, and other known methods such as Foucault method and astigmatism method can be employed. When an optical axis shift occurs in the direction in which the optical axis shifts, it is desirable to adopt a method having a small effect.

<発明の効果> 以上説明したように、本発明の光学式微小変位測定装
置によれば、被測定物の傾きによる反射拘束の光軸のず
れを補正したときの焦点誤差を読みとることができるの
で、被測定物が大きく傾いた場合にもその傾きに関係な
くその微小変位や表面粗さを正確に測定することがで
き、特に被測定物が曲率を持っている場合や被測定物に
くぼみ等がある場合などの測定に有用である。
<Effects of the Invention> As described above, according to the optical micro-displacement measuring apparatus of the present invention, it is possible to read the focus error when the deviation of the optical axis of the reflection constraint due to the inclination of the measured object is corrected. Even when the DUT is greatly tilted, it can accurately measure its micro-displacement and surface roughness regardless of the tilt, especially when the DUT has a curvature or when the DUT is hollow. This is useful for measurement when there is a problem.

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

第1図は本発明の一実施例に係る光学式微小変位測定装
置の概略を示す構成図、第2図及び第3図はその部分構
成を説明する説明図、第4図は他の実施例の概略構成
図、第5図はその反射鏡の移動範囲を示す説明図、第6
図及び第7図はそれぞれ他の実施例に係る光学式微小変
位測定装置を示す概略構成図、第8図及び第9図は従来
技術に係る微小変位測定装置を説明する説明図である。 図面中、 11は光源、 12はコリメートレンズ、 13は偏光ビームスプリッタ、 14は1/4波長板、 15は対物レンズ、 16は被測定物、 17は反射鏡駆動装置、 18は反射鏡、 19はビームスプリッタ、 20は臨界角プリズム、 21は2分割受光素子、 22は2分割受光素子、 23は減算機、 24は駆動装置コントローラ、 25は反射鏡、 26は平行平板ガラス駆動装置、 27は平行平板ガラス、 28は直角プリズム、 29は1/4波長板である。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an optical micro-displacement measuring apparatus according to one embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory views for explaining a partial configuration thereof, and FIG. 4 is another embodiment. FIG. 5 is an explanatory view showing a moving range of the reflecting mirror, and FIG.
FIGS. 7 and 8 are schematic diagrams showing an optical micro-displacement measuring apparatus according to another embodiment, and FIGS. 8 and 9 are explanatory views for explaining a micro-displacement measuring apparatus according to the prior art. In the drawing, 11 is a light source, 12 is a collimating lens, 13 is a polarizing beam splitter, 14 is a quarter-wave plate, 15 is an objective lens, 16 is an object to be measured, 17 is a reflector driving device, 18 is a reflector, 19 Is a beam splitter, 20 is a critical angle prism, 21 is a two-part light receiving element, 22 is a two-part light receiving element, 23 is a subtractor, 24 is a drive controller, 25 is a reflector, 26 is a parallel flat glass drive, and 27 is a parallel plate glass drive. Parallel plate glass, 28 is a right angle prism, 29 is a quarter wave plate.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光源からの光束を被測定物体に照射する照
明光学系と、被測定物体からの反射光束から焦点誤差を
検出する焦点誤差検出光学系とを有する光学式微小変位
測定装置であって、上記焦点誤差検出光学系に入る反射
光束の一部を分割する分割光学部材と、この分割光学部
材により分割された分割光束を受ける分割受光素子と、
上記分割光学部材に入る反射光束の光軸を当該光軸に対
して直交する面内における特定方向に往復移動させうる
光軸往復移動手段と、上記分割受光素子が受ける光量か
ら上記反射光束の光軸のずれを検出する差動出力を得る
電気回路とを具え、上記差動出力が特定の値になったと
きの上記焦点誤差検出光学系の出力を焦点誤差の情報と
することを特徴とする光学式微小変位測定装置。
An optical minute displacement measuring apparatus comprising: an illumination optical system for irradiating a light beam from a light source onto an object to be measured; and a focus error detecting optical system for detecting a focus error from a light beam reflected from the object to be measured. A split optical member that splits a part of the reflected light beam entering the focus error detection optical system, a split light receiving element that receives the split light beam split by the split optical member,
An optical axis reciprocating means for reciprocating an optical axis of a reflected light beam entering the split optical member in a specific direction in a plane orthogonal to the optical axis; and a light beam of the reflected light beam based on an amount of light received by the split light receiving element. An electrical circuit that obtains a differential output for detecting axis deviation, wherein the output of the focus error detection optical system when the differential output has a specific value is used as focus error information. Optical micro displacement measuring device.
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