JPH01187405A - 光ヘテロダインエッジセンサー及びスケール精度測定装置 - Google Patents
光ヘテロダインエッジセンサー及びスケール精度測定装置Info
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- JPH01187405A JPH01187405A JP1189088A JP1189088A JPH01187405A JP H01187405 A JPH01187405 A JP H01187405A JP 1189088 A JP1189088 A JP 1189088A JP 1189088 A JP1189088 A JP 1189088A JP H01187405 A JPH01187405 A JP H01187405A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は微細パターンのエツジを検出するエツジセンサ
ー及びスケール精度測定装置、特にそのエツジ検出機構
の改良に間するものである。
ー及びスケール精度測定装置、特にそのエツジ検出機構
の改良に間するものである。
[従来の技術]
半導体素子、あるいは精密測定器などの分野では基板上
に微細パターンを形成する技術が必要不可欠となってお
り、さらにその製造精度を上回る高い精度でのパターン
測定を行うことが要求されている。
に微細パターンを形成する技術が必要不可欠となってお
り、さらにその製造精度を上回る高い精度でのパターン
測定を行うことが要求されている。
例えば精密測定器あるいはNC工作機械などには高精度
のりニアエンコーダが用いられており、該リニアエンコ
ーダとしてはブラシ接点型、光電形、静電容量型等が周
知であるが、いずれも長尺状のスケールが必要となる。
のりニアエンコーダが用いられており、該リニアエンコ
ーダとしてはブラシ接点型、光電形、静電容量型等が周
知であるが、いずれも長尺状のスケールが必要となる。
そして、光電型エンコーダでは長尺状スケールとして、
例えばガラス基板上にクロムよりなる目盛りパターンが
形成されたものを用いる。
例えばガラス基板上にクロムよりなる目盛りパターンが
形成されたものを用いる。
ここで、該スケールの精度を測定するためスケール精度
測定装置が使用され、目盛り読み取り器としてガラス基
板よりクロム目盛りが立ち上がるエツジを検出するエツ
ジセンサーか、あるいは目盛り線の中心位置を検出する
センサーが必要となる。
測定装置が使用され、目盛り読み取り器としてガラス基
板よりクロム目盛りが立ち上がるエツジを検出するエツ
ジセンサーか、あるいは目盛り線の中心位置を検出する
センサーが必要となる。
従来、エツジセンサーとしては、スリット走査型、レー
ザー走査型などがあり、目盛り線の中心位置検出センサ
ーとしては光電顕微鏡があった。
ザー走査型などがあり、目盛り線の中心位置検出センサ
ーとしては光電顕微鏡があった。
スリット走査型エツジセンサーは、第5図(A)にも示
すように、目盛りパターン10を光学的に拡大し、その
像面を受光スリッ)12で矢印1方向に走査し図示を省
略したフォトメーターで明暗を検出する。
すように、目盛りパターン10を光学的に拡大し、その
像面を受光スリッ)12で矢印1方向に走査し図示を省
略したフォトメーターで明暗を検出する。
この結果、同図(B)に示すように受光スリット12を
透過する光量が、目盛りパターン10上を走査するとき
低下し、その光量が一定のレベル■に達したときにパタ
ーンエツジであると判別するのである。
透過する光量が、目盛りパターン10上を走査するとき
低下し、その光量が一定のレベル■に達したときにパタ
ーンエツジであると判別するのである。
また、光電顕微鏡としては、第6図に示すようなものが
ある。
ある。
同図において、センサーは落射照明用ランプ14と、対
物レンズ光学系16と、スプリッタ18゜20と、振動
スリット22と、該振動スリット22を振動させる振動
子24と、受光素子26と、よりなる。
物レンズ光学系16と、スプリッタ18゜20と、振動
スリット22と、該振動スリット22を振動させる振動
子24と、受光素子26と、よりなる。
そして、落射照明用ランプ14より出光した光はスプリ
ッタ18に反射され、対物レンズ光学系16を介して目
盛りパターン10の形成されたスケール28上に照射さ
れる。
ッタ18に反射され、対物レンズ光学系16を介して目
盛りパターン10の形成されたスケール28上に照射さ
れる。
スケール28よりの反射光は、再度対物レンズ光学系1
6.スプリッタ18.20を介して振動スリット22上
に結像し、スリット透過光は光電素子で受光され電気信
号に変換される。
6.スプリッタ18.20を介して振動スリット22上
に結像し、スリット透過光は光電素子で受光され電気信
号に変換される。
その光電素子26の出力信号変化が第7図に示される。
同図(A)に示すように、目盛りパターン10の像がス
リット22の振幅から外れているときは信号を発生しな
いが、像がスリット振幅内に入ってくると(B)に示す
ようにスリット振動周波数と等しい周波数の信号が発生
する。
リット22の振幅から外れているときは信号を発生しな
いが、像がスリット振幅内に入ってくると(B)に示す
ようにスリット振動周波数と等しい周波数の信号が発生
する。
目盛りパターンの像がスリットの振幅中心に近づいてく
ると信号の振幅が増大し、やがて(C)の位置で最大と
なり、その後は(D)のように−方のピークがへこみ始
める。
ると信号の振幅が増大し、やがて(C)の位置で最大と
なり、その後は(D)のように−方のピークがへこみ始
める。
これは振動スリット22が目盛りパターン10両側にま
で走査していることを意味する。
で走査していることを意味する。
そして、さらに目盛りパターンの像がスリット振幅中心
に近づいて行くとピークのへこみが次第に深くなって行
き、(E)に示す両者が一致し周波数が2倍となった時
点で目盛りパターンの像がスリット中心に位置したこと
となる。
に近づいて行くとピークのへこみが次第に深くなって行
き、(E)に示す両者が一致し周波数が2倍となった時
点で目盛りパターンの像がスリット中心に位置したこと
となる。
従ってこの周波数が2倍となった(E)に示す信号を検
出することによりパターンエツジを測定することができ
るのである。
出することによりパターンエツジを測定することができ
るのである。
しかしながら、このような光電顕微鏡あるいはスリット
走査型のエツジセンサーでは、いずれも光学像を利用し
ているので落射照明光の影響を直接受け、しかもコント
ラストの低い目盛りパターンの測定には不向きである。
走査型のエツジセンサーでは、いずれも光学像を利用し
ているので落射照明光の影響を直接受け、しかもコント
ラストの低い目盛りパターンの測定には不向きである。
また、スリット走査型では透過率の微妙な変化を検出し
、また光電顕微鏡型ではスリット自体の振動を行わなけ
ればならず、いずれも測定速度は100〜200μm/
secと非常に遅いものであった。
、また光電顕微鏡型ではスリット自体の振動を行わなけ
ればならず、いずれも測定速度は100〜200μm/
secと非常に遅いものであった。
一方、レーザー走査型のエツジセンサーは、第8図にも
示すようにレーザー光を被測定物であるスケール26上
に集光する対物レンズ16と、該スケール26から乱反
射する散乱光を検出する光電素子26a、26bを有す
る。
示すようにレーザー光を被測定物であるスケール26上
に集光する対物レンズ16と、該スケール26から乱反
射する散乱光を検出する光電素子26a、26bを有す
る。
そして、目盛りパターン10のエツジ部分にレーザー光
が照射されると、該部分よりレーザー光が乱反射し、光
電素子26a、26bにより検出される。
が照射されると、該部分よりレーザー光が乱反射し、光
電素子26a、26bにより検出される。
この状態は第9図に示されており、同図(A)は光電素
子26aの検出信号、同図(B)は光電素子26bの検
出信号である。
子26aの検出信号、同図(B)は光電素子26bの検
出信号である。
従って、両光型素子の検出信号のピーク値を求めること
によりエツジを検出することができる。
によりエツジを検出することができる。
このようなレーザー走査型エツジセンサーによれば、落
射照明光の影響は受けず、しかも被測定物のコントラス
トにも影響を受けないという利点を有する。
射照明光の影響は受けず、しかも被測定物のコントラス
トにも影響を受けないという利点を有する。
[発明が解決しようとする課題]
従来肢盃ΩI星直
ところが、このような各種利点を有するレーザー走査型
エツジセンサーでも測定速度が非常に遅いという点に変
わりはなかった。
エツジセンサーでも測定速度が非常に遅いという点に変
わりはなかった。
すなわち、レーザービームは、振動ミラー3゜によって
微小な振れ角で振動が与えられている。
微小な振れ角で振動が与えられている。
これは信号処理の段階で同期検波を行うためであり、こ
の振動速度が律速段階となり測定スピードがあげられな
かったのである。
の振動速度が律速段階となり測定スピードがあげられな
かったのである。
従って、このようなレーザー走査型エツジセンサーでは
数十〜100μm1secでの測定速度しかなく、例え
ばリニアエンコーダの1000mmにも及ぶ長尺スケー
ルを精密測定するには大変な時閏が要求され、またその
長時閏にわたる測定中に測定環境が変化し測定精度にも
悪影響を与えていた。
数十〜100μm1secでの測定速度しかなく、例え
ばリニアエンコーダの1000mmにも及ぶ長尺スケー
ルを精密測定するには大変な時閏が要求され、またその
長時閏にわたる測定中に測定環境が変化し測定精度にも
悪影響を与えていた。
i且Ω旦狛
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり
、その目的は高精度でしかも測定速度の速いエツジセン
サー及びスケール精度測定装置を提供することにある。
、その目的は高精度でしかも測定速度の速いエツジセン
サー及びスケール精度測定装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
前記目的を達成するために本発明にかかる光ヘテロダイ
ンエツジセンサーは、レーザー発振器と、音響光学素子
と、ビームスプリッタと、対物レンズと、2個の光電変
換素子と、位相計と、よりなる。
ンエツジセンサーは、レーザー発振器と、音響光学素子
と、ビームスプリッタと、対物レンズと、2個の光電変
換素子と、位相計と、よりなる。
そして、レーザー発振器は、レーザー光を出射する。
音響光学素子は、前記レーザー光を周波数の異なる2種
のレーザービームに変調し、かつ2方向に偏向する。
のレーザービームに変調し、かつ2方向に偏向する。
ビームスプリッタは、前記2種の変調レーザービームを
それぞれ参照レーザービーム及び照射レーザービームと
して2方向分離する。
それぞれ参照レーザービーム及び照射レーザービームと
して2方向分離する。
対物レンズは、前記照射レーザービームに含まれる前記
2種のレーザービームがそれぞれ被測定物上で所定距離
離隔した2個のビームスポットを形成するよう該被測定
物上に照射する。
2種のレーザービームがそれぞれ被測定物上で所定距離
離隔した2個のビームスポットを形成するよう該被測定
物上に照射する。
参照側光電変換素子は、前記参照レーザービームを受光
し、参照信号とする。
し、参照信号とする。
測定側光電変換素子は、前記照射レーザービームの被測
定物よりの反射ビームを受光し、測定信号とする。
定物よりの反射ビームを受光し、測定信号とする。
位相計は、前記参照信号と測定信号の位相差を検出し、
エツジ信号とする。
エツジ信号とする。
また、被測定物表面に形成される2のビームスポットは
、重ならないように隣接し、そのスポット域幅が目盛り
線幅以下であることが好適である。
、重ならないように隣接し、そのスポット域幅が目盛り
線幅以下であることが好適である。
本発明にかかるスケール精度測定装置は、スケールを相
対駆動する駆動系と、前記スケールの位置を検出する位
置検出系と、前記スケール上の目盛りを検出する目盛り
検出系と、を含む。
対駆動する駆動系と、前記スケールの位置を検出する位
置検出系と、前記スケール上の目盛りを検出する目盛り
検出系と、を含む。
そして、目盛り検出系は、前記光ヘテロダインエツジセ
ンサーよりなることを特徴とする。
ンサーよりなることを特徴とする。
[作用]
本発明にかかる光ヘテロダインエツジセンサーは前述し
た手段を有するので、照射レーザービームにより被測定
物上に形成された2個のビームスポットよりの反射ビー
ムは、該被測定物表面の一平坦面部分から反射されたも
のであれば、参照ビームとは一定の初期位相差を生じて
いるのみである。
た手段を有するので、照射レーザービームにより被測定
物上に形成された2個のビームスポットよりの反射ビー
ムは、該被測定物表面の一平坦面部分から反射されたも
のであれば、参照ビームとは一定の初期位相差を生じて
いるのみである。
これに対し、前記照射ビームにより形成される2個のビ
ームスポットが段差を有して形成されると、反射ビーム
は初期位相に段差等による位相変化分が加わり、光電変
換されて得られる測定信号にも位相変化が生じる。
ームスポットが段差を有して形成されると、反射ビーム
は初期位相に段差等による位相変化分が加わり、光電変
換されて得られる測定信号にも位相変化が生じる。
しかしながら、参照ビームは初期位相を持った 、まま
である。
である。
従って、参照信号と測定信号を比較し、両者に初期位相
差に加えて位相変化を生じた時点が段差すなわちエツジ
であり、両ビームの位相差検出によりエツジ検出を行う
ことができる。
差に加えて位相変化を生じた時点が段差すなわちエツジ
であり、両ビームの位相差検出によりエツジ検出を行う
ことができる。
ここで、従来のレーザー走査型エツジセンサーのように
ビーム自体の振動走査は必要なく、きわめて高速でエツ
ジ検出を行うことができる。
ビーム自体の振動走査は必要なく、きわめて高速でエツ
ジ検出を行うことができる。
[実施例]
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。
。
第一図は、本発明の一実施例にかかる光ヘテロダインエ
ツジセンサーをスケールの目盛り精度を測定するスケー
ル精度測定装置として使用した状態を示しており、前記
従来例と対応する部分には符号100を加えて示し説明
を省略する。
ツジセンサーをスケールの目盛り精度を測定するスケー
ル精度測定装置として使用した状態を示しており、前記
従来例と対応する部分には符号100を加えて示し説明
を省略する。
本実施例において、スケール精度測定装置は、スケール
126の駆動系150と、該スケール126の位置検出
系152と、目盛り検出系154と、よりなる。
126の駆動系150と、該スケール126の位置検出
系152と、目盛り検出系154と、よりなる。
そして、駆動系150は、図示を省略した粗動送り機構
と、微小送り機構よりなり、該微小送り機構は、ピエゾ
圧電素子156と、該圧電素子156に駆動電圧を供給
する圧電素子ドライバー158と、駆動制御器160と
、を含む。
と、微小送り機構よりなり、該微小送り機構は、ピエゾ
圧電素子156と、該圧電素子156に駆動電圧を供給
する圧電素子ドライバー158と、駆動制御器160と
、を含む。
そして、被測定物であるスケール128は駆動制御器1
60の制御に基づきピエゾ圧電素子156により矢印1
方向に駆動される。
60の制御に基づきピエゾ圧電素子156により矢印1
方向に駆動される。
また、位置検出系152は、光波干渉計162と、増幅
器164と、カウンター166と、よりなる。
器164と、カウンター166と、よりなる。
そして、干渉計162により検出されたスケール128
の移動信号は増幅器164により増幅され、カウンター
166によりカウントされる。
の移動信号は増幅器164により増幅され、カウンター
166によりカウントされる。
本発明において特徴的なことは、目盛り検出系154に
光ヘテロダインエツジセンサーを用いたことである。
光ヘテロダインエツジセンサーを用いたことである。
光ヘテロダイン干渉法は近似する周波数を持つ参照光及
び測定光の干渉を生じさせるものであり、従来この原理
を用いて表面粗さ測定装置を開発した例がある(特開昭
59−20849)。
び測定光の干渉を生じさせるものであり、従来この原理
を用いて表面粗さ測定装置を開発した例がある(特開昭
59−20849)。
しかしながら、表面粗さ測定装置では対象とする凹凸が
2〜37zmであり本発明が目的とする目盛りなどの膜
厚(0,01〜0.5μm)とはオーダーが異なり、光
ヘテロダイン干渉法をエッジセンサーとして使用するこ
とはまったく考えられていなかった。
2〜37zmであり本発明が目的とする目盛りなどの膜
厚(0,01〜0.5μm)とはオーダーが異なり、光
ヘテロダイン干渉法をエッジセンサーとして使用するこ
とはまったく考えられていなかった。
すなわち、目盛りの膜厚程度の領域では、目盛りエツジ
部分において、その段差と焦点位置などによって光の複
素振幅分布が複雑に変化し、さらにスケール目盛り(例
えばクロム)などの光の波長オーダーの厚さの金属面に
光が入射したときには光が厚さ数μm以上の金属単体に
入射したときとは異なり、光が金属内部に浸入する深さ
の度合が著しく大きくなり、しかもこれは金属及び合金
の種類によっても異なってくるために、エツジにおいて
生ずる位相は、段差による光路差分の位相に直接には比
例しない。
部分において、その段差と焦点位置などによって光の複
素振幅分布が複雑に変化し、さらにスケール目盛り(例
えばクロム)などの光の波長オーダーの厚さの金属面に
光が入射したときには光が厚さ数μm以上の金属単体に
入射したときとは異なり、光が金属内部に浸入する深さ
の度合が著しく大きくなり、しかもこれは金属及び合金
の種類によっても異なってくるために、エツジにおいて
生ずる位相は、段差による光路差分の位相に直接には比
例しない。
従って、このような膜厚では位相差は段差による光路差
に比例せず、光ヘテロダイン干渉法をエツジ検出に用い
ることは不可能と考えられていたのである。
に比例せず、光ヘテロダイン干渉法をエツジ検出に用い
ることは不可能と考えられていたのである。
しかしながら、本発明者は前述したような薄膜に対して
であっても、段差において比例はしないものの位相差出
力を得ることが可能である点を発見し、光ヘテロダイン
干渉法により基板上に形成された薄膜目盛りの段差を直
接検出する光ヘテロダインエツジセンサーを開発したの
である。
であっても、段差において比例はしないものの位相差出
力を得ることが可能である点を発見し、光ヘテロダイン
干渉法により基板上に形成された薄膜目盛りの段差を直
接検出する光ヘテロダインエツジセンサーを開発したの
である。
本実施例において、光ヘテロダインエツジセンサー15
4は、レーザー発振器168と、ブラッグセル(音響光
学素子)170と、ビームスプリッタ172と、参照側
光電変換素子174.測定側光電変換素子176と、位
相計178と、を含む。
4は、レーザー発振器168と、ブラッグセル(音響光
学素子)170と、ビームスプリッタ172と、参照側
光電変換素子174.測定側光電変換素子176と、位
相計178と、を含む。
そして、レーザー発振器168より出光したレーザー光
は所定の光学系を経てブラッグセル170に入射する。
は所定の光学系を経てブラッグセル170に入射する。
該ブラッグセル170は、制御器180の制御に基づく
ブラッグセルドライバー182により駆動電圧を受ける
。
ブラッグセルドライバー182により駆動電圧を受ける
。
ここで、ブラッグセル170は、圧電トランスデユーサ
−により発生させた超音波により内部の媒質中に超音波
と同波長の密度波を作り出し、その密度波が屈折率の周
期的変化をもたらし入射してきた光に対し位相格子の役
割を果たし該光を回折すると共に、運動密度波面により
光が反射されるのでドツプラー効果が生じ、光の周波数
を超音波の周波数だけ変化させるという二つの機能を合
わせ持つ。
−により発生させた超音波により内部の媒質中に超音波
と同波長の密度波を作り出し、その密度波が屈折率の周
期的変化をもたらし入射してきた光に対し位相格子の役
割を果たし該光を回折すると共に、運動密度波面により
光が反射されるのでドツプラー効果が生じ、光の周波数
を超音波の周波数だけ変化させるという二つの機能を合
わせ持つ。
そして、ブラッグセルドライバー182は内部に搬送用
高周波(数十〜数百M Hz )発生回路を内蔵してお
り、外部からもう一つの周波数(50KHz〜IMHz
程度)を取り込んで二種類の周波数をミキシングしたも
のを駆動源としてブラッグセル170に印加する。
高周波(数十〜数百M Hz )発生回路を内蔵してお
り、外部からもう一つの周波数(50KHz〜IMHz
程度)を取り込んで二種類の周波数をミキシングしたも
のを駆動源としてブラッグセル170に印加する。
本実施例においては、例えばブラッグセル170にはf
c+fm(70MHz+80KHz)と、fc−fm(
70MHz−80KHz)の二つの周波数をかけている
。
c+fm(70MHz+80KHz)と、fc−fm(
70MHz−80KHz)の二つの周波数をかけている
。
そして、前記2本のレーザービームは所定の光学系を経
てビームスプリッタ172にいたる。
てビームスプリッタ172にいたる。
該ビームスプリッタ172は入射したレーザービームを
さらに2方向に分割し、一方はビームスプリッタ172
により反射され照射レーザービームとして対物レンズ1
84を介してスケール128上に照射される。
さらに2方向に分割し、一方はビームスプリッタ172
により反射され照射レーザービームとして対物レンズ1
84を介してスケール128上に照射される。
そして、該スケールからの反射ビームは再度対物レンズ
184及びビームスプリッタ172を介して測定側光電
変換素子176に入光し、測定信号S1に変換される。
184及びビームスプリッタ172を介して測定側光電
変換素子176に入光し、測定信号S1に変換される。
一方、ビームスプリッタ172により分割された他方は
該ビームスプリッタ172を透過し参照レーザービーム
として参照側光電変換素子178に入光し、参照信号s
2に変換される。
該ビームスプリッタ172を透過し参照レーザービーム
として参照側光電変換素子178に入光し、参照信号s
2に変換される。
両信号s+、、s2は増幅器186により増幅され、位
相計178に入力される。
相計178に入力される。
そして両信号の位相差が検出され、エツジパルス回路1
88によりエツジ信号S3が出力される。
88によりエツジ信号S3が出力される。
該エツジ信号s3は前記カウンター166の出力と共に
プリンター190に出力され、エツジ位置がプリントア
ウトされる。
プリンター190に出力され、エツジ位置がプリントア
ウトされる。
第2図には本実施例の光学系の作用がより詳細に示され
ている。
ている。
同図より明らかなように、レーザー発振器168はHe
−Neレーザー光源168aと、ビームエキスパンダー
168bとよりなり、基準軸lに対し微小角ずらして配
置されている。
−Neレーザー光源168aと、ビームエキスパンダー
168bとよりなり、基準軸lに対し微小角ずらして配
置されている。
そして、該レーザー発振器168より出射されたレーザ
ー光はシリンドリカルレンズ200及び球面レンズ20
2を介してブラッグセル170に入光される。
ー光はシリンドリカルレンズ200及び球面レンズ20
2を介してブラッグセル170に入光される。
ブラッグセル170では前述したように周波数が変化し
た2本のレーザービームLl及びL2が形成され、それ
ぞれ回折しほぼ基準軸1に沿って、球面レンズ204を
介してストッパ206のスリット206aより出射する
。
た2本のレーザービームLl及びL2が形成され、それ
ぞれ回折しほぼ基準軸1に沿って、球面レンズ204を
介してストッパ206のスリット206aより出射する
。
なお、ブラッグセルによって回折されなかったレーザー
光成分L3は基準軸lよりずれたままブラッグセル17
0より出射しストッパ206により吸収される。
光成分L3は基準軸lよりずれたままブラッグセル17
0より出射しストッパ206により吸収される。
前記スリット206aより出射したレーザービームLl
、L2は、微小な回折角の差を有した状態でシリンドリ
カルレンズ208を介してビームスプリッタ172に入
光する。
、L2は、微小な回折角の差を有した状態でシリンドリ
カルレンズ208を介してビームスプリッタ172に入
光する。
該ビームスプリッタ172では前記レーザービ−ムLl
、L2の一部はそのまま通過して、参照側光電変換素子
174に入光し参照信号に変換される。
、L2の一部はそのまま通過して、参照側光電変換素子
174に入光し参照信号に変換される。
一方、ビームスプリッタ172によりスケール128方
向に反射されたレーザービームLl、L2は対物レンズ
184を介してスケール128上にスポットを形成する
。
向に反射されたレーザービームLl、L2は対物レンズ
184を介してスケール128上にスポットを形成する
。
第3図にも示されるように、レーザービームL1、L2
の微小な回折角差に対応してそれぞれスボッ)212a
、212bが形成され、それぞれの直径は約1μmであ
り、両スポットは隣接している。
の微小な回折角差に対応してそれぞれスボッ)212a
、212bが形成され、それぞれの直径は約1μmであ
り、両スポットは隣接している。
従って、両スポットが段差を有して位置すれば、その反
射ビーム間に光路差(位相差)を生じ、また光とガラス
、光と金属との量子力学的相互作用の違いを生じ、さら
にその他光学的諸要因が付加されて位相が変化すること
となる。
射ビーム間に光路差(位相差)を生じ、また光とガラス
、光と金属との量子力学的相互作用の違いを生じ、さら
にその他光学的諸要因が付加されて位相が変化すること
となる。
そして、両スポット位置からの反射ビームは再度対物レ
ンズ184、ビームスプリッタ172を介して測定側光
電変換素子176に入光し、測定信号に変換される。
ンズ184、ビームスプリッタ172を介して測定側光
電変換素子176に入光し、測定信号に変換される。
本実施例にかかる測定装置の目盛り測定系は以上のよう
に構成され、次にその作用について第4図を参照しつつ
説明する。
に構成され、次にその作用について第4図を参照しつつ
説明する。
まず、同図(A)に示すようにスケール128上を矢印
1方向にスポット走査すると、各光電変換素子からは同
図(B)に示すような信号が得られる。
1方向にスポット走査すると、各光電変換素子からは同
図(B)に示すような信号が得られる。
ここで、実線は参照側光電変換素子174からの参照信
号S2を、点線は測定側光電変換素子176からの測定
信号S1を示す。
号S2を、点線は測定側光電変換素子176からの測定
信号S1を示す。
同図より明らかなように、両スポット共に目盛り上ある
いは基板上にある場合には両者には初期位相差のみが存
在し、fc+fmとfc−fmのビート周波数2fmを
描くが、段差部分ではさらに位相変化を生ずる。
いは基板上にある場合には両者には初期位相差のみが存
在し、fc+fmとfc−fmのビート周波数2fmを
描くが、段差部分ではさらに位相変化を生ずる。
すなわち、測定信号slは目盛りより基板に移行する時
点で参照信号S2に対し位相進みを生じ、基板から目盛
りに移行する時点で位相遅れを生じている。
点で参照信号S2に対し位相進みを生じ、基板から目盛
りに移行する時点で位相遅れを生じている。
なお、位相進み、位相遅れは光学系のZ軸方向の+、−
の取り方、ピント位置で逆になる場合もある。
の取り方、ピント位置で逆になる場合もある。
従って、位相計178により両信号sl、s2の位相差
をとると、第4図(C)に示すように正負両側にそれぞ
れ段差に対応してピークを生じる。
をとると、第4図(C)に示すように正負両側にそれぞ
れ段差に対応してピークを生じる。
そして、正負それぞれに設定されたスレッシュホールド
レベル+SH,−3Hに達した時点でエツジパルス回路
188は同図(D)、(E)に示すようにエツジパルス
を発生する。
レベル+SH,−3Hに達した時点でエツジパルス回路
188は同図(D)、(E)に示すようにエツジパルス
を発生する。
このようにして得られた測定結果はエツジの位置信号と
共にプリンター190へ出力されることとなる。
共にプリンター190へ出力されることとなる。
以上のように構成された光ヘテロダインエツジセンサー
によれば、線幅2μm程度の目盛り精度を測定するのに
1 mm/ sec 〜5 mm/ see程度の測定
速度を得られ、従来のエツジセンサーに比較し10〜1
00倍の測定速度となる。
によれば、線幅2μm程度の目盛り精度を測定するのに
1 mm/ sec 〜5 mm/ see程度の測定
速度を得られ、従来のエツジセンサーに比較し10〜1
00倍の測定速度となる。
しかも、測定速度1mm/seeにおいて、繰り返し精
度σ=0.01μmを得ることができる。
度σ=0.01μmを得ることができる。
なお、測定時間を短くすることにより、測定中の環境要
因変化が少なくなり一定条件下での測定ができると共に
、測定精度を悪化させる熱膨張などによる誤差を少なく
することができる。
因変化が少なくなり一定条件下での測定ができると共に
、測定精度を悪化させる熱膨張などによる誤差を少なく
することができる。
[発明の効果コ
本発明は前述したように構成されているので、次に記載
する効果を奏する。
する効果を奏する。
請求項(1)に記載される光ヘテロダインエツジセンサ
ーにおいては、光ヘテロダイン干渉法により直接被測定
物のエツジを検出することとしているので、従来のよう
に振動ミラーなどを用いてビームを振動させる必要がな
くなり、高速度でのエツジ検出を行うことができる。
ーにおいては、光ヘテロダイン干渉法により直接被測定
物のエツジを検出することとしているので、従来のよう
に振動ミラーなどを用いてビームを振動させる必要がな
くなり、高速度でのエツジ検出を行うことができる。
請求項(2)に記載される光ヘテロダインエツジセンサ
ーにおいては、ビームスポットをそれぞれ重ならないよ
うに隣接させ、そのスポット域幅を目盛り線幅以下とし
たので、目盛りエツジを正確に測定することができる。
ーにおいては、ビームスポットをそれぞれ重ならないよ
うに隣接させ、そのスポット域幅を目盛り線幅以下とし
たので、目盛りエツジを正確に測定することができる。
請求項(3)に記載されるスケール精度測定装置におい
ては、目盛り検出系として光へテロダインエツジセンサ
ーを用いたので、長尺状のスケールの精度も灼時間で精
度測定することができ、環境変動の影響を受けにくくな
り測定精度が向上する。
ては、目盛り検出系として光へテロダインエツジセンサ
ーを用いたので、長尺状のスケールの精度も灼時間で精
度測定することができ、環境変動の影響を受けにくくな
り測定精度が向上する。
第1図は、本発明の一実施例にかかる光ヘテロダインエ
ツジセンサーを用いたスケール精度測定装置の説明図、 第2図は、第1図に示したエツジセンサーの光学系の説
明図、 第3図は、第1図に示したエツジセンサーのビームスポ
ットの説明図、 第4図は、第1図に示したエツジセンサーの信号処理状
態の説明図、 第5図は、従来のスリット走査型エツジセンサーの説明
図、 第6図及び第7図は、従来の光電顕微鏡の説明図、 第8図及び第9図は、従来のレーザー走査型エッシセン
サーの説明図である。 10.110 ・・・ 目盛りパターン28.128
・・・ スケール 150 ・・・ 駆動系 152 ・・・ 位置検出系 154 ・・・ 目盛り検出系 168 ・・・ レーザー発振器170
・・・ ブラッグセル(音響光学素子) 172 ・・・ ビームスプリッタ174
・・・ 参照側光電変換素子176 ・・・
測定側光電変換素子17B ・・・ 位相計
ツジセンサーを用いたスケール精度測定装置の説明図、 第2図は、第1図に示したエツジセンサーの光学系の説
明図、 第3図は、第1図に示したエツジセンサーのビームスポ
ットの説明図、 第4図は、第1図に示したエツジセンサーの信号処理状
態の説明図、 第5図は、従来のスリット走査型エツジセンサーの説明
図、 第6図及び第7図は、従来の光電顕微鏡の説明図、 第8図及び第9図は、従来のレーザー走査型エッシセン
サーの説明図である。 10.110 ・・・ 目盛りパターン28.128
・・・ スケール 150 ・・・ 駆動系 152 ・・・ 位置検出系 154 ・・・ 目盛り検出系 168 ・・・ レーザー発振器170
・・・ ブラッグセル(音響光学素子) 172 ・・・ ビームスプリッタ174
・・・ 参照側光電変換素子176 ・・・
測定側光電変換素子17B ・・・ 位相計
Claims (3)
- (1)レーザー光を出射するレーザー発振器と、前記レ
ーザー光を周波数の異なる2種のレーザービームに変調
しかつ2方向に偏向する音響光学素子と、 前記2種の変調レーザービームをそれぞれ参照レーザー
ビーム及び照射レーザービームとして2方向分離するビ
ームスプリッタと、 該照射レーザービームに含まれる前記2種のレーザービ
ームがそれぞれ被測定物上で所定距離離隔した2個のビ
ームスポットを形成するよう該被測定物上に照射する対
物レンズと、 前記参照レーザービームを受光し、参照信号とする参照
側光電変換素子と、 前記照射レーザービームの被測定物よりの反射ビームを
受光し、測定信号とする測定側光電変換素子と、 前記参照信号と測定信号の位相差を検出し、エッジ信号
とする位相計と、 を備えることを特徴とする光ヘテロダインエッジセンサ
ー。 - (2)請求項(1)に記載のセンサーにおいて、被測定
物表面に形成される2のビームスポットは、それぞれ重
ならないように隣接し、スポット域幅が目盛り線幅以下
であることを特徴とする光ヘテロダインエッジセンサー
。 - (3)スケールを相対駆動する駆動系と、 前記スケールの位置を検出する位置検出系と、前記スケ
ール上の目盛りを検出する目盛り検出系と、を含むスケ
ール精度測定装置において、前記目盛り検出系は、 レーザー光を出射するレーザー発振器と、 前記レーザー光を周波数の異なる2種のレーザービーム
に変調しかつ2方向に偏向する音響光学素子と、 前記2種の変調レーザービームをそれぞれ参照レーザー
ビーム及び照射レーザービームとして2方向分離するビ
ームスプリッタと、 該照射レーザービームに含まれる前記2種のレーザービ
ームがそれぞれ被測定物上で所定距離離隔した2個のビ
ームスポットを形成するよう該被測定物上に照射する対
物レンズと、 前記参照レーザービームを受光し、参照信号とする参照
側光電変換素子と、 前記照射レーザービームの被測定物よりの反射ビームを
受光し、測定信号とする測定側光電変換素子と、 前記参照信号と測定信号の位相差を検出し、エッジ信号
とする位相計と、 を備える光ヘテロダインエッジセンサーよりなることを
特徴とするスケール精度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63011890A JPH0769143B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | 光ヘテロダインエッジセンサー及びスケール精度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63011890A JPH0769143B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | 光ヘテロダインエッジセンサー及びスケール精度測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01187405A true JPH01187405A (ja) | 1989-07-26 |
JPH0769143B2 JPH0769143B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=11790323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63011890A Expired - Fee Related JPH0769143B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | 光ヘテロダインエッジセンサー及びスケール精度測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0769143B2 (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60186707A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-09-24 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | 表面プロフイ−ルの測定方法 |
-
1988
- 1988-01-22 JP JP63011890A patent/JPH0769143B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60186707A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-09-24 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | 表面プロフイ−ルの測定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0769143B2 (ja) | 1995-07-26 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |