JPH01311211A

JPH01311211A - 微細表面形状計測顕微鏡

Info

Publication number: JPH01311211A
Application number: JP14102688A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sato; 靖佐藤; Ikuzo Nakamura; 郁三中村; Toshiaki Matsuzawa; 聡明松沢; Fumio Uchino; 内野　文雄
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1989-12-15

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、被計測物の表面粗さ等を計測する微細表面形
状計測顕微鏡に関し、特に高さ測定光学系における光源
としてのレーザダイオードを保護する手段等に関する。

〔従来の技術〕

光学的手法により、非接触で測定対象物表面のプロファ
イルを計測する手段については、すでに対物レンズの焦
点ずれを利用する発明がなされており、特開昭５９−９
０００７号公報、特開昭６０−３８６０６号公報等に開
示されている。さらに前記発明を発展させたものとして
、Ｍ１定対象物表面のプロファイルを計測する光学系と
、同一視野を観察する顕微鏡光学系とを備え、両光学系
の対物レンズを含む部分の光軸を同軸にして、測定対象
を観察しながらその表面プロファイルを計測する趣旨の
発明が特開昭６２−３６５０２号公報に開示されている
。

この種の微細表面形状計測装置の高さ測定光学系におけ
る光源としては、測定感度が良く、小型化が容易である
等の理由から主にレーザダイオード（以下ＬＤと略称す
る）が用いられている。しかるにこのＬＤは、コントロ
ールボックスの電源を０Ｎ１０ＦＦした時に発生するサ
ージ電流等により破損する恐れがある。そこでサージ電
流等からＬＤを保護するために、コントロールボックス
の電源を０Ｎ１０ＦＦするときは、短絡スイッチを手動
にて操作してＬＤの両端を短絡させ、その後に電源を０
Ｎ１０ＦＦするという手順を踏んでいた。

なお従来のこの種の装置には、高さ測定光学系と対物レ
ンズとを一体化してセンサユニットとなし、外乱に起因
した精度低下を最小限に押える構造にしたものもある。

なお上記各センサユニットは各々装備している対物レン
ズの倍率の違い等によりそれぞれ違った特性を有してお
り、センサユニットを交換した場合は、各センサユニッ
トに応じた較正曲線により較正を行なわなければなない
。そのため較正曲線等の設定条件をコンピュータに手操
作で入力したのち、試料の測定を行なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の微細表面形状計測装置では、高さ測定光学系の光
源であるＬＤをサージ電流等から保護するために、ＬＤ
に流れている電流を０Ｎ１０ＦＦする前に、短絡スイッ
チを手動にて操作し、ＬＤの両端を短絡させるという手
順を踏まなければならなかった。そのため操作手順が複
雑であり、手動にて操作を行なうために誤操作を招くお
それもあり、ＬＤに悪影響を与える可能性が非常に高か
った。

なお上記したセンサユニットを備えた装置では、センサ
ユニットを装置本体に対し上下動可能な微動ステージに
直接ビス止めして取付けられていたので、センサユニッ
トの交換作業が困難であった。

しかも交換時にセンサユニットの位置決めを正確に行な
わないと、センサユニットが試料面に対して傾いてしま
ったり、あるいはセンサユニットより照射されるレーザ
ビームのスポットが観察光学系の視野の中心にこないた
めにＡｐｌ定位置がわからなくなる等の問題が生じる恐
れがあった。

また交換後のセンサユニットに備えられている対物レン
ズの倍率等のデータを、コントロールボックスおよびコ
ンピュータ等に送信する手段を備えていなかったので、
センサユニットを交換する毎に倍率等のデータをコンピ
ュータに手操作で人力しなければならなかった。またこ
のような作業を行なうことを怠った為に、誤った較正デ
ータによって測定を行なってしまう危険性もあった。

そこで本発明の目的は、対物レンズと高さ測定光学系と
を一体化した交換可能なセンサユニットを備えた微細表
面形状計測顕微鏡において、少なくとも高さ測定光学系
における光源としてのＬＤを、サージ電流や静電気等か
ら確実にしかも自動的に保護できる微細表面形状計測顕
微鏡を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決し目的を達成するために次のような手段
を講じた。すなわち、対物レンズと高さ測定光学系とを
一体化した交換可能なセンサユニットを備えた微細表面
形状計ΔＩＩＪ顕微鏡において、上記センサユニットの
コネクタの接続状況に応じて高さ測定光学系の光源であ
るレーザダイオードを自動的に保護する如く作動する保
護手段を設けるようにした。例えば、センサユニットの
コネクタが接続されていないときはＬＤの両端を短絡さ
せ、コネクタを接続したときは一定時間経過後にＬＤ両
端の短絡を解除させ、コネクタを取外すときは取外しと
同時にＬＤの両端を短絡させるようにした。

なおセンサユニットは本体鏡体にアリ構造で取付けるよ
うにすることが望ましい。またセンサユニットに取付け
たコネクタの端子の１ｍ　ｌＮ状態により、対物レンズ
の倍率を示す信号を発生させ、この信号をコントロール
ボックスおよびコンピュータに入力するようにすること
が望ましい。

〔作用〕

上記手段を講じたことにより次のような作用を呈する。

自動的にＬＤ保護手段が作動するので、コントロールボ
ックスのスイッチ等から発生するサージ電流からＬＤを
保護でき、センサユニット交換時の誤操作によるＬＤの
破損を防止でき、ＬＤを点灯していない間は静電気等か
らＬＤを保護できる。

なおセンサユニットを本体鏡体にアリ構造で取付けた場
合は、センサユニットの交換を短時間でしかも容易に行
なうことができ、交換後のセンサユニットの位置合わせ
を正確に行ない得、高さ測電光学系から試料面に投影す
るビームスポットを、常に観察光学系の視野の中心に置
くことができる。

またセンサユニットに取付けたコネクタの端子の短絡状
態により、対物レンズの倍率を示す信号を発生させ、こ
の信号をコントロールボックスおよびコンピュータに入
力するようにした場合は、センサユニットにコネクタを
接続すると、コントロールボックスおよびコンピュータ
に対物レンズの倍率等が知らされ、コンピュータは交換
後のセンサユニットに応じた較正曲線を選び出し、コン
トロールボックスはその選び出された較正曲線に応じた
較正を行なう。そのため、他のセンサユニットの較正曲
線を用いてしまう等の誤操作を防止でき、良好な測定を
行ない得る。

〔実施例〕

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示す図である。

第１図は微細表面形状計測顕微鏡の光学系を含む構成を
示す図である。１は直線偏光を出力するレーザ光源、２
はビーム整形装置、３はビームスプリッタ−１４は半透
鏡、５は１／４波長板、６は対物レンズ、７ａ、７ｂは
臨界角プリズム、８ａ、８ｂはレンズ、９ａ、９ｂは二
分割受光素子、１０は上記構成要素からなるセンサユニ
ットである。１１は接眼レンズ、１２はプリズム、１３
は結像レンズ、１４はレーザ偏光減光フィルタ、１５は
半透鏡、１６は照明系、１７は試料である。２０は本体
鏡体であり、微駆動装置２１が取付は固定されている。

この微駆動装置２１はセンサユニット支持台２２を本体
鏡体２０に対し上下に微駆動する装置である。２３．２
４はＸＹステージ、２５．２６はＸＹステージ駆動源で
ある。

このように構成された本実施例の光学系の動作について
説明する。直線偏光を出力するレーザ光源１から出力さ
れたレーザ光は、ビームエクスパンダ等のビーム整形装
置２により拡大され円形断面を有する平行光となり、ビ
ームスプリッタ３で反射され、更に半透鏡４で反射され
て１／４波長板５を通り、対物レンズ６により試料１７
上に計測用の微小スポットを投影する。なお、１／４波
長板５を通るときのレーザ光は直線偏光から円偏光に変
換される。

試料１７からの反射光は対物レンズ６．１／４波長板５
を通る。この時、レーザ光は入射時と９０°振動面が回
転した直線偏光となる。半透鏡４で反射したレーザ光は
、ビームスプリッタ３に入射し、二分されて、一方は臨
界角プリズム７ａに、他方は臨界角プリズム７ｂに入射
し、レンズ８ａ、８ｂにより、それぞれ二分割受光索子
９ａ。

９ｂ上に微小投影される。そして二分割受光素子９ａ、
９ｂで光電変換されて高さ情報を含んだ電気的な信号と
して出力される。

またランプ１６ａ、レンズ１６ｂ、１６ｄ、絞り１６ｃ
により構成される照明系１６からの光は、半透鏡１５で
反射されたのち、前記半透鏡４を通すレーザ光と一つに
なって１／４波長板５を経て、対物レンズ６により試料
１７の視野全体を照明する。

試料１７からの反射光は対物レンズ６．１／４波長板５
．半透鏡４．１５．　　レーザ光減光フィルタ１４を通
り、結像レンズ１３．プリズム１２により接眼レンズ１
１の視野絞り面に結像する。

ＸＹ移動ステージ２３．２４は試料１７を載せる台であ
り、ＸＹ移動ステージ駆動源２５．２６によってＸ方向
およびＹ方向に所定周期で振動する。

かくして試料９とその面に焦点を結んだレーザ光を相対
的に二次元走査させ得る。

第２図はセンサユニット支持台２２に設けたアリ構造を
示す図である。同図に示すように、センサユニット支持
台２２のセンサユニット１０を載置する側の面にはアリ
溝が設けられており、このアリ溝に移動台３０がスライ
ド可能に挿入されている。この移動台３０上にはセンサ
ユニット１０が取付けられている。

このようなアリ構造を利用して、センサユニット１０の
交換を次のように行なう。センサユニット１０の下側面
に取付けられた移動台３０をアリ溝に挿入し、本体鏡体
２０側にスライドさせ、最奥まで挿入したところで、止
めネジ３１により、移動台３０をセンサユニット支持台
２２に固定することにより、センサユニット１０の装着
が行なえる。また止めネジ３１を緩めてセンサユニット
１０を手前に引出すことにより、センサユニット１０の
取外しが行なえる。なお第２図中４０は次に説明するコ
ネクタである。

第３図（ａ）〜（ｃ）は上記コネクタ４０を説明するた
めの図である。同図（ａ）はセンサユニット１０部分を
抜出して示す側面図である。同図に示すように、センサ
ユニット１０の側面にはコントロールボックス（不図示
）等に対し電気的な接続を行なうコネクタ４０が取付け
られている。

第３図（ｂ）は上記コネクタ４０を示す図である。

同図に示すように、コネクタ４０は多数の信号端子４１
を有している。第３図（ｃ）は同図（ｂ）に示すＡの部
分を拡大して示す側面図である。ａ。

ｂ、ｃは信号端子であり、ｄはＧＮＤ端子である。

本実施例は上記ａ、ｂ、ｃの各端子の接続状態の組合わ
せを利用して、対物倍率信号をコントロールボックスに
出力するようにしている。なお対物倍率信号とは、対物
レンズ６の倍率を示す信号のことである。例えば端子ａ
、ｂ、ｃがすべてＧＮＤに接続されている場合は、対物
倍率信号としてｒｌＯＸＪを出力するように予め設定し
ておく。このようにして設定した「組合わせ一倍率」表
を下記に示す。なおＱ印はＧＮＤ状態を示し、Ｘ印はそ
の他の状態を示している。

表第４図は高さ情報および上記対物倍率信号の流れを示す
ブロック図である。センサユニット１０から出力された
対物倍率信号は、コントロールボックス５０に入力し、
コントロールボックス５０に設けられているパネル（不
図示）に倍率が表示される。さらに対物倍率信号はコン
トロールボックス５０を介してコンピュータ５１に入力
する。

またＸＹステージ２３．２４を移動させ、試料１７を走
査して得られた試料１７の表面の高さ情報はセンサユニ
ット１０からコントロールボックス５０に出力される。

コントロールボックス５０に入力した高さ情報は波形モ
ニタ５２に出力され、この波形モニタ５２に上記高さ情
報を含む出力波形が写し出される。このとき波形モニタ
５２には、上記対物倍率信号に基づいてセンサユニット
１０の測定レンジが表示されている。さらにこの高さ情
報はコントロールボックス５０を介してコンピュータ５
１に入力される。各センサユニット１０は対物レンズ６
の倍率の違いなどから固有の較正曲線を有している。そ
こでコンピュータ５１に入力した対物倍率信号に基づい
て、コンピュータ５１に予め記憶させておいた較正曲線
を選び出し、自動的に各センサユニット１０に応じた較
正が行なわれ、良好な測定を行ない得る。

第５図はレーザ光源としてのＬＤＩの保護手段を示す図
である。６０はＬＤＩを保護するＬＤ保護回路であり、
保護リレー６１と、このリレー６１を制御するトランジ
スタ６２と、コンデンサ６３および抵抗６４からなるＣ
Ｒ回路と、制御電圧印加端子６５．６６とから構成され
ている。このＬＤ保護回路６０の保護リレー６１の常閉
接点がＬＤＩに並列に接続されている。このＬＤＩはセ
ンサユニット１０のコネクタ４０を介して、コントロー
ルボックス５０に接続されている。

このような構成のＬＤ保護回路６０は次のように作動す
る。コネクタ４０が非接続状態のときは、リレー６１の
接点が閉じた状態となり、ＬＤｌの両端は短絡される。

コネクタ４０が接続状態になると、端子６５．６６に正
電圧が印加される。そうすると、コンデンサ６３および
抵抗６４からなるＣＲ回路による遅延動作により、所定
のデイレイ時間を経たのちにトランジスタ６２が導通す
る。

したがってリレー６１が付勢され、リレー接点が開く。

その結果、ＬＤＩが発光可能となる。コネクタ４０の接
続が解除されると、ＬＤＩは発光を止め、それと同時に
リレー６１が消勢され、リレー接点が閉じるため、ＬＤ
１両端が短絡される。

上述した本実施例によれば、次のような作用効果を奏す
る。

■　センサユニット１０のコネクタ４０が接続されてい
ないときはＬＤＩの両端を短絡させ、コネクタ４０を接
続したときは一定時間経過後にＬＤ１両端の短絡を解除
させ、コネクタ４０を取外すときは取外しと同時にＬＤ
ｌの両端を短絡させるようにしたので、コントロールボ
ックス５０のスイッチ等から発生するチャタリングノイ
ズ等のサージ電流からＬＤＩを保護でき、センサユニッ
ト１０交換時の誤操作によるＬＤｌの破損を防止できる
と共に、ＬＤｌを点灯しいていない間は静電気等からＬ
ＤＩを保護できる。

■　センサユニット１０がアリ構造により本体鏡体２０
に取付けられているので、センサユニット１０の交換を
短時間でしかも容易に行なうことができる。また交換後
のセンサユニットの位置合わせを正確に行ない得、高さ
測定光学系から試料面に投影するビームスポットを、常
に観察光学系の視野の中心に置くことができる。

■　センサユニット１０に取付けたコネクタ４０の端子
ａ、ｂ、ｃの接続状態により、対物レンズ６の倍率を示
す信号を発生させ、この信号および高さ測定系より得ら
れる高さ情報をコントロールボックス５０およびコンピ
ュータ５１に入力するようにしたので、交換されたセン
サユニット１０に応じた較正曲線がコンピュータ５１に
選び出され、コントローボックス５０がこの較正曲線に
基づいた較正を行ない、良好な測定を行なうことができ
る。

なお本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である
のは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、センサユニットのコネクタの接続状況
に応じて自動的にＬＤ保護手段が作動し、例えばコネク
タが接続されていないときはＬＤの両端を短絡させ、コ
ネクタを接続したときは一定時間経過後にＬＤ両端の短
絡を解除させ、コネクタを取外すときは取外しと同時に
ＬＤの両端を短絡させるようにしたので、センサユニッ
トの交換時の誤操作によるＬＤの破損を未然に防止でき
、干たＬＤを点灯しいていない間はＬＤの両端が短絡さ
れ静電気等による破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示す図で、第１図
は微細表面形状計測顕微鏡の光学系を中心とした構成を
示す図、第２図はセンサユニットの取付は構造を一部破
断して示す側面図、第３図（ａ）〜（Ｃ）はセンサユニ
ットのコネクタの構成を示す図、第４図はセンサユニッ
トより出力される高さ情報および対物倍率信号の流れを
示すブロック図、第５図はＬＤ保１：Φ手段を示す回路
図である。１・・・光源としてのレーザダイオード、２・・・ビー
ム整形装置、３・・・ビームスプリッタ−１４゜１５・
・・半透鏡、５・・・１／４波長板、６・・・対物レン
ズ、７ａ、７ｂ・・・臨界角プリズム、８ａ。８ｂ・・・レンズ、９ａ、９ｂ・・・二分割受光素子、
１０・・・センサユニット、１１・・・接眼レンズ、１
２・・・プリズム、１３・・・結像レンズ、１４・・・
レーザ光減光フィルタ、１６・・・照明系、１７・・・
試料、２０・・・本体鏡体、２１・・・微駆動装置、２
２・・・センサユニット支持台、２３．２４・・・ＸＹ
ステージ、２５．２６・・・ＸＹステージ駆動源、３０
・・・移動台、３１・・・止めネジ、４０・・・コネク
タ、４１・・・信号端子、５０・・・コントロールボッ
クス、５１・・・コンピュータ、５２・・・波形モニタ
、６０・・・ＬＤ保護回路、６１・・・保護リレー、６
２・・・トランジスタ、６３・・・コンデンサ、６４・
・・抵抗、６５．６６・・・制御電圧印加端子。出願人代理人　弁理士　坪井　　淳第１図第３図（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

対物レンズと高さ測定光学系とを一体化した交換可能な
センサユニットを備えた微細表面形状計測顕微鏡におい
て、上記センサユニットのコネクタの接続状況に応じて
高さ測定光学系の光源であるレーザダイオードを自動的
に保護する如く作動する保護手段を設けたことを特徴と
する微細表面形状計測顕微鏡。