JPH0413907A - Measuring method of minute dimension - Google Patents

Measuring method of minute dimension

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JPH0413907A
JPH0413907A JP11691090A JP11691090A JPH0413907A JP H0413907 A JPH0413907 A JP H0413907A JP 11691090 A JP11691090 A JP 11691090A JP 11691090 A JP11691090 A JP 11691090A JP H0413907 A JPH0413907 A JP H0413907A
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JP
Japan
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measured
intensity
deflection
reflected light
dimension
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JP11691090A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Fujita
宏夫 藤田
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To measure a gap dimension with high precision by a method wherein a laser beam is applied with deflection and the position of an edge of a substance to be measured is detected from a shift of the position of a peak intensity in the intensity distribution of a reflected light in measurement of the dimension of a gap or the like of a magnetic head. CONSTITUTION:In measurement of the dimension of a gap or the like of a magnetic head, a laser beam 100 is applied to a substance 3 to be measured, through a light deflecting element 110. Deflection is made over an area including a dimension part 115 of the substance 3 to be measured. A reflected light 120 is detected by a beam profile detecting unit 5, and a reference peak intensity position Ps at the time when the laser light irradiates a position to be a reference of a base part 116 is detected by a first peak position detecting unit 6. By a second peak position detecting unit 7, a peak intensity position Pm at the time when the deflection is made toward the dimension part 115 is detected. Positions of deflection of the applied beam at which a shift Pm - Ps becomes the maximum and the minimum are detected by a maximum peak shift detecting unit 10, and a gap dimension is calculated from these positions of deflection.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気ヘッドのギャップ寸法の如き1μmよりも
小さいサブミクロンの微小寸法の光学的測定方法に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for optically measuring minute dimensions of submicrons smaller than 1 μm, such as the gap dimension of a magnetic head.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年の精密加工技術の進歩に伴い、被加工物は微細化さ
り、その寸法も1ミクロン(μm)よりも小さいサブミ
クロンの領域に達し、被加工物の精密な寸法計測のニー
ズが高まってきている。例えば磁気ヘッドにおいても、
記録密度の向上に伴いギャップ部の寸法は03μm程度
となり、ギャップ形成における寸法管理が重要になって
いる。
With the recent advances in precision processing technology, workpieces have become smaller and their dimensions have reached the submicron range, smaller than 1 micron (μm), and the need for precise dimensional measurement of workpieces has increased. There is. For example, in magnetic heads,
With the improvement in recording density, the size of the gap portion has become approximately 0.3 μm, and dimensional control in gap formation has become important.

従来の光学式の代表的な微小寸法測定方法は、イメージ
センサ−を用いた半値幅検出法である。
A typical conventional optical method for measuring minute dimensions is a half-width detection method using an image sensor.

第6図はこの半値幅検出方法を示したものである。FIG. 6 shows this half-width detection method.

第6図(イ)は寸法が測定される被測定物60の形状の
一例を示すもので、61は寸法が測定される寸法部で、
その寸法がGである。62は基材部で、寸法部61の両
側に存在する。なお寸法部61と基材部62は、被測定
物60が磁気ヘッドの場合、寸法部61がガラスで構成
されるギャップ、そして基材部62はフェライトから成
る磁性体である。
FIG. 6(A) shows an example of the shape of the object to be measured 60 whose dimensions are measured, and 61 is a dimension part whose dimensions are measured;
Its dimension is G. Reference numeral 62 denotes a base material portion, which is present on both sides of the dimension portion 61. Note that when the object to be measured 60 is a magnetic head, the dimension portion 61 and the base material portion 62 are a gap made of glass, and the base material portion 62 is a magnetic material made of ferrite.

また寸法部61と基材部62は反射率が互いに異なり、
寸法部61の反射率をrm、基材部62の反射率をrl
lとする。以下の説明においては、r s ) r m
と仮定する。また寸法部61と基材部62は高さ方向に
関しては、はぼ同−面十に形成されているものと仮定す
る。
Further, the dimension portion 61 and the base material portion 62 have different reflectances,
The reflectance of the dimension portion 61 is rm, and the reflectance of the base material portion 62 is rl.
Let it be l. In the following explanation, r s ) r m
Assume that Further, it is assumed that the dimension portion 61 and the base material portion 62 are formed to be substantially coplanar in the height direction.

第6図(ロ)の波形66は、被測定物60に集光された
白色光を照射し、被測定物60からの反射光をイメージ
センサ−で検出したときに得られるビデオ信号波形であ
る。グラフの横軸はイメージセンサ−を構成する各画素
のアドレス、縦軸は反射光強度である。寸法部61と基
材部62に反射率の差異があるために、図の如きv型の
反射光強度パターンを示す。
A waveform 66 in FIG. 6(b) is a video signal waveform obtained when the object to be measured 60 is irradiated with focused white light and the reflected light from the object to be measured 60 is detected by an image sensor. . The horizontal axis of the graph is the address of each pixel constituting the image sensor, and the vertical axis is the reflected light intensity. Since there is a difference in reflectance between the dimension portion 61 and the base material portion 62, a v-shaped reflected light intensity pattern as shown in the figure is shown.

直線64は波形66を2値化するためのスライスレベル
である。
A straight line 64 is a slice level for binarizing the waveform 66.

第6図e→の波形65は波形66が2値化されたときの
2値化波形で、立ち下がり部66と立ち上がり部67の
間に含まれるイメージセンサ−の画素数を検出1〜で半
値幅Pを算出し、半値幅Pを寸法Gに変換する。このよ
うに波形66の2値化は寸法部61の両側のエツジを検
出するために行なウモノで、2値化のためのスライスレ
ベルは一般には相対的な50%強度レベルに設定する。
The waveform 65 shown in FIG. A value width P is calculated, and the half value width P is converted into a dimension G. In this way, the waveform 66 is binarized in order to detect the edges on both sides of the dimension portion 61, and the slice level for the binarization is generally set to a relative 50% intensity level.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上に示した半値幅検出法は、寸法Gがある特定の寸法
G。(たとえば06μm)よりも大きい場合には、50
%レベルに設定されたスライスレベルで2値化したとき
、2値化画素数と寸法Gが比例関係にあるが、特定の寸
法G。よりも小さい寸法になれば、2値化画素数と寸法
が比例しなくなり、被測定物のエツジを検出することが
できなくなる。この場合、スライスレベルの値を変化さ
せて2値化を行なう必要があるが、寸法が未知なため、
設定すべきスライスレベルの値も未知であり、正確な寸
法測定ができなくなってくる。
The half-width detection method described above is based on a specific dimension G. (for example, 06 μm), 50
When binarizing with a slice level set to % level, the number of binarized pixels and the dimension G are in a proportional relationship, but the specific dimension G. If the size is smaller than that, the number of binarized pixels and the size will no longer be proportional, making it impossible to detect the edges of the object to be measured. In this case, it is necessary to perform binarization by changing the slice level value, but since the dimensions are unknown,
The value of the slice level to be set is also unknown, making accurate dimension measurement impossible.

更には、寸法が小さくなるに従って、第6図(ロ)に示
したビデオ信号波形66の立ち下がり、立ち上がりの変
化がブロードとなり、2値化を行なうときの2値化画素
数の変動が大きくなり、寸法測定の信頼性が低下する。
Furthermore, as the dimensions become smaller, the changes in the falling and rising edges of the video signal waveform 66 shown in FIG. , the reliability of dimension measurements decreases.

本発明の目的は」−記のような従来の問題点を解消し、
被測定物のエツジを直接に検出することにより、高精度
にサブミクロン寸法を測定する微小寸法測定方法を提供
することにある。
The purpose of the present invention is to solve the conventional problems as described below.
It is an object of the present invention to provide a minute dimension measuring method that measures submicron dimensions with high precision by directly detecting the edges of a measured object.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明は以下に示す方法で
微小寸法を測定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that minute dimensions are measured by the method shown below.

微小なスポット径に集光したレーザ光を、寸法が測定さ
れる被測定物面上に照射して光偏向せしめ、被測定物か
らの反射光強度の変化により寸法を測定する寸法測定方
法において、レーザービームの偏向に対応して、反射光
のビームプロファイルヲ検出し、ビームプロファイルの
検出座標系内で、レーザービームを被測定物面上の基準
となる場所に照射した時のビームプロファイルのピーク
強度点を基準にして、レーザービームの各偏向位置にお
けるビームプロファイルのピーク強度点のシフト量を求
め、次にこのシフト量の極大値、極小値を与えるレーザ
ービームの偏向位置を求め、両方の偏向位置の差に基づ
いて被測定物の寸法を得る。
In a dimension measurement method in which a laser beam focused on a minute spot diameter is irradiated onto the surface of the object to be measured, the light is deflected, and the dimensions are measured by changes in the intensity of the reflected light from the object. The beam profile of the reflected light is detected in accordance with the deflection of the laser beam, and the peak intensity of the beam profile when the laser beam is irradiated onto a reference location on the surface of the object to be measured is determined within the detection coordinate system of the beam profile. Using this point as a reference, find the amount of shift of the peak intensity point of the beam profile at each deflection position of the laser beam, then find the deflection position of the laser beam that gives the maximum and minimum values of this shift amount, and calculate the deviation of both deflection positions. The dimensions of the object to be measured are obtained based on the difference between

更には、ビームプロファイルの検出座標系内に、レーザ
ービームを被測定物面上の基準となる場所に照射した時
得られるビームプロファイルノピーク強度点を通る境界
により分割され、該ビームプロファイルの光強度を等分
して検出する2つの検出領域を設定し、各偏向位置にお
けるビームプロファイルのこの2つの検出領域で検出さ
れる光強度の差を求め、次にこの差の極大値、橙小値を
与えるレーザービームの偏向位置を求め、両方の偏向位
置の差に基づいて、被測定物の寸法を得る。
Furthermore, the beam profile detection coordinate system is divided by a boundary passing through the peak intensity point of the beam profile obtained when the laser beam is irradiated to a reference location on the surface of the object to be measured, and the light intensity of the beam profile is Set up two detection areas that are equally divided and detected, find the difference in the light intensity detected in these two detection areas of the beam profile at each deflection position, and then calculate the maximum value and minimum orange value of this difference. The deflection position of the applied laser beam is determined, and the dimensions of the object to be measured are obtained based on the difference between both deflection positions.

〔作用〕[Effect]

レーザ光の光強度分布はガウス型分布をなし、ピーク強
度位置を中心として、ビームの広がり方向に対して対称
な光強度分布を有している。このような光強度分布のレ
ーザ光を第6図(イ)に示した如くの被測定物600面
上に照射して光偏向させたとき、照射レーザ光のピーク
強度位置が寸法部61の両側のエツジに照射される状態
が2回存在する。このときの照射状態は、照射ビームの
直径が約15μm、寸法部61の寸法が約0.3μmで
あるから、照射ビーム径の115程度が寸法部61に照
射される。照射レーザ光のピーク強度が各々のエツジに
照射されている状態では、ピーク強度位置を中心として
、一方の半分の領域(その全体が基材部62に照射され
ている状態)では反射光の強度は最大の状態となり、他
方の半分の領域(その一部が寸法部61、残りが基材部
62に照射されている状態)では反射光の強度は最小の
状態となる。この場合の反射光全体のビームプロファイ
ルは、前記の2つの領域での強度分布のアンバランスに
より、ガウス型分布が変調されたプロファイルとなる。
The light intensity distribution of the laser beam has a Gaussian distribution, and has a light intensity distribution that is symmetrical with respect to the beam spreading direction with the peak intensity position as the center. When a laser beam having such a light intensity distribution is irradiated onto the surface of the object to be measured 600 as shown in FIG. There are two situations in which the edge of the object is irradiated. In the irradiation state at this time, the diameter of the irradiation beam is approximately 15 μm and the dimension of the dimension portion 61 is approximately 0.3 μm, so that the dimension portion 61 is irradiated with approximately 115 of the diameter of the irradiation beam. When the peak intensity of the irradiated laser beam is irradiated to each edge, the intensity of the reflected light is lower in one half area (the entire area is irradiated to the base material part 62) centering on the peak intensity position. is in the maximum state, and in the other half region (a state in which part of it is irradiated to the dimension portion 61 and the rest is irradiated to the base material portion 62), the intensity of the reflected light is in the minimum state. In this case, the beam profile of the entire reflected light becomes a profile in which the Gaussian distribution is modulated due to the unbalance of the intensity distribution in the two regions.

このとき、反射光ビームプロファイルのピーク強度位置
は、照射レーザ光が基材部62に照射されている状態で
の反射光ビームプロファイルのピーク強度位置に対して
シフトし、シフト量は最大となる。従ってピーク強度位
置のシフト量が最大となる状態を検出すれば、被測定物
60のエツジが検出され、照射ビームをエツジ位置に光
偏向しているときの偏向を制御する偏向制御電圧から寸
法を算出することができる。
At this time, the peak intensity position of the reflected light beam profile shifts with respect to the peak intensity position of the reflected light beam profile in a state where the base material portion 62 is irradiated with the irradiated laser beam, and the amount of shift becomes the maximum. Therefore, by detecting the state in which the shift amount of the peak intensity position is maximum, the edge of the object to be measured 60 is detected, and the dimension can be calculated from the deflection control voltage that controls the deflection when the irradiation beam is deflected to the edge position. It can be calculated.

さらには、上記エツジ位置においては、ピーク強度位置
のシフトにより反射光強度分布が変調される結果として
、照射レーザ光が基材部62に照射されているときの反
射光の基準とするピーク強度位置を中心として、その両
側の領域での反射光強度に差が生じ、強度差が最大とな
る。この強度差を検出することによっても被測定物6o
のエツジ位置が検出できる。
Furthermore, at the edge position, as a result of the reflected light intensity distribution being modulated by the shift of the peak intensity position, the peak intensity position is used as a reference for the reflected light when the base material portion 62 is irradiated with the irradiated laser beam. A difference occurs in the intensity of reflected light in regions on both sides of the center, and the intensity difference becomes maximum. By detecting this intensity difference, the object to be measured 6o
edge position can be detected.

以上の方法によるエツジ位置の検出は、基材部と寸法部
の間に反射率の差異が生じている限りは検出可能で、両
者の反射率が変化してもエツジ位置の検出には影響され
ない。
Edge position detection using the above method is possible as long as there is a difference in reflectance between the base material part and the dimension part, and edge position detection is not affected even if the reflectance of both changes. .

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本発明の第1の実施例の動作を説明するシステ
ムブロック図を示す。
FIG. 1 shows a system block diagram explaining the operation of the first embodiment of the present invention.

1はレーザ光源で、例えばHe −N eレーザ、半導
体レーザがら成り、レーザ光100を放射する。
Reference numeral 1 denotes a laser light source, which is composed of, for example, a He-Ne laser or a semiconductor laser, and emits a laser beam 100.

2は光学系で、光偏向素子11o、ビームスプリッタ−
112、対物レンズ114、及び図示していないが他の
各種のレンズ、光学素子から構成される。6は寸法が測
定される被測定物で、第6図(イ)に示した如きの構成
で、寸法部115(反射率rm)、基材部116(反射
率rg)から成る。
2 is an optical system, which includes a light deflection element 11o and a beam splitter.
112, an objective lens 114, and various other lenses and optical elements (not shown). Reference numeral 6 denotes an object to be measured whose dimensions are to be measured, and has a configuration as shown in FIG. 6(a), and is composed of a dimension part 115 (reflectance rm) and a base material part 116 (reflectance rg).

ここで寸法部115のエツジが117,118でそのエ
ツジ間の寸法を測定する。
Here, the edges of the dimension portion 115 are 117 and 118, and the dimension between the edges is measured.

4は偏向制御ドライバーで、光偏向素子110の偏向動
作を電気的に制御するための電気信号を生成して光偏向
素子110に供給する。この電気信号は電圧が直線的に
変化するランプ波電圧信号を用いる。光偏向素子110
は偏向の安定度が高く、微少なステップ(例えば0.0
05μm)での偏向が必要であるため、音響光学偏向素
子を用いる。光偏向素子110によって偏向されたレー
ザ光ハ、ビームスプリッタ−112を透過し、対物レン
ズ114で1μm程度の微小スポット径に集光されて被
測定物乙に照射されると共に、図のAおよびB方向に偏
向される。
A deflection control driver 4 generates an electric signal for electrically controlling the deflection operation of the optical deflection element 110 and supplies it to the optical deflection element 110. This electric signal uses a ramp wave voltage signal in which the voltage changes linearly. Light deflection element 110
has high deflection stability, with minute steps (e.g. 0.0
05 μm), an acousto-optic deflection element is used. The laser beam deflected by the optical deflection element 110 passes through the beam splitter 112, is focused by the objective lens 114 to a minute spot diameter of about 1 μm, and is irradiated onto the object to be measured. deflected in the direction

被測定物6からの反射光は対物レンズ114を透過し、
ビームスプリッタ−112で進路を変えられ、反射光1
20として取り出される。
The reflected light from the object to be measured 6 passes through the objective lens 114,
The course is changed by the beam splitter 112, and the reflected light 1
20.

5はビームプロファイル検出部で、反射光120のビー
ムプロファイルを検出する。反射光120のビームプロ
ファイルは、微少な幅を有するスリットをビームの直径
方向に移動し、スリットを透過する光量を検出すること
によって容易に得られる。この種の検出器は例えば、P
hoton。
5 is a beam profile detection unit that detects the beam profile of the reflected light 120. The beam profile of the reflected light 120 can be easily obtained by moving a slit having a minute width in the beam diameter direction and detecting the amount of light transmitted through the slit. This kind of detector is for example P
hoton.

J++C,社から13 e a m −SCa nモデ
ル1180型として市販されている。更には、ビームプ
ロファイルは多分割型イメージセンサ−で検出してもよ
い。
It is commercially available from J++C, Inc. as the 13eam-SCan model 1180. Furthermore, the beam profile may be detected by a multi-segment image sensor.

なお、ビームプロファイルは偏向制御電圧の電圧変化に
同期して検出する。
Note that the beam profile is detected in synchronization with voltage changes in the deflection control voltage.

6は第1のピーク位置検出部で、レーザ光が被測定物6
の基材部116の基準となる位置に照射されている状態
での反射光のビームプロファイルにおけるピーク強度位
置を検出する。このときの基準ピーク強度位置をpSで
表わす。ことで、ビームプロファイルにおける位置とは
、ビームプロファイルを検出する座標系における位置を
指す。
6 is a first peak position detection unit, and the laser beam is directed to the object to be measured 6.
The peak intensity position in the beam profile of the reflected light is detected when the reference position of the base member 116 is irradiated. The reference peak intensity position at this time is expressed as pS. Thus, the position in the beam profile refers to the position in the coordinate system in which the beam profile is detected.

7は第2のピーク位置検出部で、レーザ光が被測定物乙
の寸法部115を含む領域に照射されている状態での反
射光のビームプロファイルにおけるピーク強度位置を検
出する。このときに検出されるピーク強度位置をpmと
する。ピーク強度位置pmの検出は、被測定物乙の面上
での光偏向の各々の状態に同期して検出するが、ピーク
強度位置Pmは光偏向の状態即ち、レーザ光が照射され
る位置に応じて変化する。8はピークシフト検出部で、
第1のピーク位置検出部6で検出した基準とするピーク
強度位置P8に対して被測定物6の寸法部115を偏向
しているときに第2のピーク位置検出部7で検出さねる
ピーク強度位置pmのシフl−P dを検出する。
Reference numeral 7 denotes a second peak position detection unit that detects the peak intensity position in the beam profile of the reflected light when the laser light is irradiated onto a region including the dimension portion 115 of the object to be measured. The peak intensity position detected at this time is assumed to be pm. The peak intensity position pm is detected in synchronization with each state of light deflection on the surface of the object to be measured. It changes accordingly. 8 is a peak shift detection section,
The peak intensity that is not detected by the second peak position detector 7 when the dimension portion 115 of the object to be measured 6 is deflected with respect to the reference peak intensity position P8 detected by the first peak position detector 6 Detect Schiff l-Pd at position pm.

9はピークシフト記憶部で、ピークシフト検出部8で検
出された各々の偏向状態におけるピーク位置のシフ) 
P dのデータを偏向の一周期に渡って看e憶する。
Reference numeral 9 denotes a peak shift storage unit which stores the shift of the peak position in each deflection state detected by the peak shift detection unit 8).
The data of Pd is stored over one period of deflection.

10は最大ピークシフト検出部で、ピークシフト記憶部
9に記憶されているピーク位置のシフト量のデータの最
大(正号)、最小値(負号)を検出すると共に、その最
大、最小値が得られるときの照射ビームの偏向位置を検
出する。このときの偏向位置は後述するが、被測定物乙
に照射するレザ光の強度ピーク位置がエツジ117,1
18に一致するときに得られる。11は寸法算出部で、
最大ピークシフト検出部10で検出された正及び負の最
大ピークシフト位置が得られるときの偏向位置から寸法
を算出する。ここで反射光ビームプロファイルのピーク
強度位置が最大のシフトを生じるときの偏向位置は、光
偏向素子110を駆動する偏向制御ドライ・(−4の偏
向制御電圧で与えらhる。従ッて、2つのエツジ間を偏
向したときの偏向制御電圧の差の電圧を寸法に変換する
、このとき、寸法の既知の試料について前述の偏向制御
電圧差を測定しておき、偏向量と寸法の相関式を求めて
おく必要がある。なお、偏向量と寸法は比例関係にある
10 is a maximum peak shift detection unit that detects the maximum (positive sign) and minimum value (negative sign) of the shift amount data of the peak position stored in the peak shift storage unit 9, and also detects the maximum and minimum values. Detect the deflection position of the irradiation beam when obtained. The deflection position at this time will be described later, but the intensity peak position of the laser light irradiated onto the object to be measured is at the edge 117, 1.
It is obtained when it matches 18. 11 is the dimension calculation section,
The dimensions are calculated from the deflection positions when the positive and negative maximum peak shift positions detected by the maximum peak shift detection unit 10 are obtained. Here, the deflection position when the peak intensity position of the reflected light beam profile causes the maximum shift is given by the deflection control voltage of -4 that drives the optical deflection element 110. Therefore, The voltage difference between the deflection control voltages when deflecting between two edges is converted into dimensions. At this time, the aforementioned deflection control voltage difference is measured for a sample with known dimensions, and the correlation formula between the amount of deflection and dimensions is calculated. It is necessary to obtain the following.The amount of deflection and the dimensions are in a proportional relationship.

第2図に被測定物乙の面上における光偏向の状態図を示
す。
FIG. 2 shows a state diagram of light deflection on the surface of the object to be measured.

20口は被測定物乙に照射するレーザ光のビーl、プロ
ファイルを表わし、ガウス強度分布である。
20 represents the beam profile of the laser beam irradiated onto the object to be measured, which has a Gaussian intensity distribution.

202は強度最大部で、点202を中心として左右の2
つの領域210 (L領域)、212(R領域)の強度
分布は対称である。このような強度分布を持つレーザ光
を図のAからBの方向に光偏向する。状態S1は照射レ
ーザ光の全体が基材部116に照射されている状態で、
基準位置とする。
202 is the maximum intensity part, with the 2 points on the left and right centering on the point 202.
The intensity distributions of the two regions 210 (L region) and 212 (R region) are symmetrical. A laser beam having such an intensity distribution is optically deflected in the direction from A to B in the figure. State S1 is a state in which the entire irradiated laser beam is irradiated to the base material part 116,
Use as reference position.

S1状態から光偏向が進むと照射ビームのR領域が寸法
部115に照射されるようになり、状態S2ではピーク
強度202がエツジ117に照射される。このとき、L
領域210全体は基材部116に照射されているが、R
領域212の一部は寸法部115、残りは基利部116
に照射される。更に光偏向が進めば、S3状態において
ピーク強度202が寸法部115の中央部に照射される
状態に達する。このときはL領域210、R領域212
の照射状態は等しい。S4状態はピーク強度202がエ
ツジ118に照射されている状態で、前述の82状態と
は逆の位置関係になる。
As the optical deflection progresses from the S1 state, the R region of the irradiation beam comes to irradiate the dimension portion 115, and in the state S2, the peak intensity 202 is irradiated to the edge 117. At this time, L
Although the entire area 210 is irradiated to the base material part 116, R
A part of the area 212 is a dimension part 115, and the rest is a basic part 116.
is irradiated. As the light deflection progresses further, a state is reached in which the peak intensity 202 is irradiated onto the center of the dimensional portion 115 in the S3 state. At this time, L area 210, R area 212
The irradiation conditions of are equal. In the S4 state, the edge 118 is irradiated with the peak intensity 202, and the positional relationship is opposite to that of the 82 state described above.

S4状態から更に光偏向が進めば状態S5に達し、照射
ビーム200の全体が再び基材部116に照射されるよ
うになる。以上の状態S1から状態S、までが光偏向の
一周期で、その偏向ステップを例えば照射ビーム200
の直径の1/100(約0.01μm)以下の微小な距
離変化で行なわせる。
If the light deflection progresses further from state S4, state S5 is reached, and the entire irradiation beam 200 is irradiated onto the base member 116 again. The above state S1 to state S is one cycle of optical deflection, and the deflection step is, for example, the irradiation beam 200.
This is done with minute distance changes of 1/100 (approximately 0.01 μm) or less of the diameter of.

寸法部1150寸法を測定するには、エツジ117.1
18を決定すればよく、そのために状態S2と状態S4
を検出する。状態81〜状態S5では、照射ビーム20
0に対する被測定物3の反射状態が異なるため、各々の
状態で特有の反射光強度のプロファイルが得られ、この
プロファイルを解析してエツジ117.118が決定で
きる。
To measure dimension section 1150 dimension, edge 117.1
18, and for that purpose state S2 and state S4
Detect. In states 81 to S5, the irradiation beam 20
Since the reflection state of the object to be measured 3 with respect to 0 is different, a unique reflected light intensity profile is obtained in each state, and the edges 117 and 118 can be determined by analyzing this profile.

第3図に反射光強度のビームプロファイル及びピーク強
度位置のシフトの状態を説明する。
FIG. 3 explains the beam profile of the reflected light intensity and the state of shift of the peak intensity position.

尚、第3図の説明におけるS1状態・・・S、状態は第
2図に示す状態を指す。
Note that the S1 state...S state in the explanation of FIG. 3 refers to the state shown in FIG. 2.

第3図(イ)、(ロ)、(/→において、波形60は照
射ビーム200が第2図における基材部116の基準位
置(S+状態)に照射されているときに検出される反射
光のビームプロファイルである。波形60は照射ビーム
200と同様のガウス強度分布を示し、そのときのピー
ク強度61の位置が基準ピーク強度位置PBである。
In FIGS. 3(a), (b), (/→, the waveform 60 is the reflected light detected when the irradiation beam 200 is irradiated to the reference position (S+ state) of the base member 116 in FIG. The waveform 60 shows a Gaussian intensity distribution similar to that of the irradiation beam 200, and the position of the peak intensity 61 at that time is the reference peak intensity position PB.

第3図(イ)の波形66は、照射状態が82状態の場合
に検出される反射光のビームプロファイルで、そのとき
のピーク強度64が得られる位置がピーク強度位置Pm
2である。S2状態においては、照射ビーム200のL
領域210での反射は最大、R領域212での反射は最
小の状態になる(反射率はr s ) r mを仮定し
ている)。
The waveform 66 in FIG. 3(a) is the beam profile of the reflected light detected when the irradiation state is 82, and the position where the peak intensity 64 is obtained at that time is the peak intensity position Pm.
It is 2. In the S2 state, L of the irradiation beam 200
The reflection in the region 210 is the maximum, and the reflection in the R region 212 is the minimum (assuming that the reflectance is r s ) r m).

この場合は左右2つの領域210.212からの反射光
強度がアンバランスとなるため、反射光全体トしてのビ
ームプロファイルはガウス強度分布から変調される。従
ってピーク強度位置もシフトする。
In this case, the intensity of the reflected light from the two left and right regions 210 and 212 is unbalanced, so the beam profile of the entire reflected light is modulated from a Gaussian intensity distribution. Therefore, the peak intensity position also shifts.

S1状態から82状態までの光偏向状態においても反射
光のピーク強度位置pmはシフトされるが、前述のピー
ク強度位置Pm2よりは右側にあり、位置psとPm2
の間の位置である。
The peak intensity position pm of the reflected light is also shifted in the optical deflection states from the S1 state to the 82 state, but it is on the right side of the peak intensity position Pm2 mentioned above, and the positions ps and Pm2 are shifted.
The position is between.

第3図(ロ)の波形65は、照射ビーム200がS3状
態にあるときの反射光のビームプロファイルで、ピーク
強度66が得られるときの位置pm3は基準となる位置
P、と程んど一致している。
The waveform 65 in FIG. 3(b) is the beam profile of the reflected light when the irradiation beam 200 is in the S3 state, and the position pm3 at which the peak intensity 66 is obtained is approximately equal to the reference position P. We are doing so.

S、状態では左右2つの領域210.212からの反射
光強度は共に等しく、両者の強度差にアンバランスを生
じないため1反射光のビームプロファイル65はガウス
型分布に近ずき、ピーク強度位置pmsのシフトは程ん
ど生じない。状態S2から状態S3までの偏向状態では
、ピーク強度位置pmは基準ピーク強度位置psと前述
のピーク強度位置prn2との間にある。
In the S state, the reflected light intensities from the left and right regions 210 and 212 are both equal, and there is no imbalance in the difference in intensity between the two, so the beam profile 65 of one reflected light approaches a Gaussian distribution, and the peak intensity position pms shifts rarely occur. In the deflection states from state S2 to state S3, the peak intensity position pm is between the reference peak intensity position ps and the aforementioned peak intensity position prn2.

第3図ρ〕の波形67は、照射ビーム200が84状態
にあるときの反射光のビームプロファイルで、ピーク強
度68が得られるときの位置pm<は、前述のPm2と
同じ大きさのシフト量であるが、反対方向の位置になる
。これはS2状態とS、状態では、照射ビーム200の
ピーク強度202を中心として互いに逆の領域が第2図
の寸法部115に照射されているためである。光偏向状
態が83状態からS、状態までの場合は、ピーク強度位
置pmは基準となる位置P、の右側に存在することにな
る。
The waveform 67 in FIG. However, the position is in the opposite direction. This is because in the S2 state and the S state, regions opposite to each other centering on the peak intensity 202 of the irradiation beam 200 are irradiated onto the dimension portion 115 in FIG. 2. When the optical deflection state is from the 83 state to the S state, the peak intensity position pm exists on the right side of the reference position P.

以上の如くして、各々の光偏向状態における反射光のビ
ームプロファイルを検出し、ピーク強度位置pmの変動
を検出して記憶しておく。
As described above, the beam profile of the reflected light in each optical deflection state is detected, and the variation in the peak intensity position pm is detected and stored.

第3図(に)の波形69は、前述した基準ピーク強度位
置P8に対するピーク強度位置pmのシフトを図示した
ものである。グラフの横軸は光偏向を制御する偏向制御
電圧、縦軸はピークシフト量である。
A waveform 69 in FIG. 3(a) illustrates the shift of the peak intensity position pm with respect to the reference peak intensity position P8 described above. The horizontal axis of the graph is the deflection control voltage that controls optical deflection, and the vertical axis is the peak shift amount.

波形69は極大部690、極小部695を有し、極大部
390での最大値はS2状態、極小部695での最小値
(絶対値としては最大値)はS4状態の場合に得られる
The waveform 69 has a maximum part 690 and a minimum part 695, the maximum value at the maximum part 390 is obtained in the S2 state, and the minimum value (the maximum value in absolute value) at the minimum part 695 is obtained in the S4 state.

以上検出されたS2及びS4状態に照射ビーム200を
光偏向させたときの偏向制御電圧な■1、vRとすれば
、電圧差VR−V、は寸法に比例する骨となり、電圧差
を寸法に変換することがでとる。
If the deflection control voltage when optically deflecting the irradiation beam 200 to the S2 and S4 states detected above is You can take it by converting it.

以上述べた反射光のビームプロファイルのピり強度位置
の変化は、反射率の差異によって生じる反射光強度分布
のアンバランスを均一化しようとする作用のために生じ
るもので、ピーク強度位置Pmのシフトは、第2図の寸
法部115の寸法が大きく、基材部116と寸法部11
5の反射率r8、rmの差が大きい程大きくなってくる
The above-mentioned change in the peak intensity position of the beam profile of the reflected light occurs due to the effect of trying to equalize the imbalance in the reflected light intensity distribution caused by the difference in reflectance, and the shift in the peak intensity position Pm In this case, the dimension portion 115 in FIG. 2 is large, and the base material portion 116 and the dimension portion 11
The larger the difference between the reflectances r8 and rm of 5, the larger the difference becomes.

同一の寸法の場合、反射率rs、rmが変化すれば、特
にS2、S4状態では反射光のビームプロファイルの強
度の大きさ、ピーク位置のシフト量は変化するが、ピー
ク位置シフトの最大値は同じS2、S4状態で得られる
In the case of the same dimensions, if the reflectances rs and rm change, the magnitude of the intensity of the beam profile of the reflected light and the shift amount of the peak position will change, especially in the S2 and S4 states, but the maximum value of the peak position shift will be Obtained in the same S2 and S4 states.

従って本発明によれば、被測定物乙の反射率が変化した
場合でも、反射率の変化の影響を受けることなく、寸法
測定が可能である。
Therefore, according to the present invention, even if the reflectance of the object to be measured B changes, dimensions can be measured without being affected by the change in reflectance.

次に本発明の第2の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.

第4図に本発明の第2の実施例を説明するシステムブロ
ック図を示す。
FIG. 4 shows a system block diagram illustrating a second embodiment of the present invention.

第4図において1〜6の構成要素は第1図の場合と同様
であるから説明は省略する。
Components 1 to 6 in FIG. 4 are the same as those in FIG. 1, so their explanations will be omitted.

41は反射光強度検出部で、第2図及び第31凶で説明
した如く、光偏向の各々の状態で検出した反射光のビー
ムプロファイルについて、基準ピーク強度位置psを中
心として、その左右2つの領域の反射光強度1..1.
を検出する。この反射光強度1..1.は光偏向位置に
従って変化する。
Reference numeral 41 denotes a reflected light intensity detection unit, which detects the beam profile of the reflected light detected in each state of optical deflection as described in FIGS. 2 and 31, with the reference peak intensity position ps as the center, and the Reflected light intensity of area 1. .. 1.
Detect. This reflected light intensity 1. .. 1. changes according to the light deflection position.

42は強度差検出部で、2つの領域で検出された反射光
強度ILとIRの差の強度を検出する。
Reference numeral 42 denotes an intensity difference detection unit that detects the difference between the reflected light intensities IL and IR detected in the two regions.

この差の強度も光偏向位置に従って変化する。The intensity of this difference also changes according to the light deflection position.

46は差強度記憶部で、強度差検出部42で検出された
差強度データを光偏向の一周期に渡って記憶する。44
は最大差強度検出部で、差強度データの最大、最小強度
を検出すると共に、その位置に光偏向されたときの偏向
制御電圧VL、V、を検出する。
Reference numeral 46 denotes a difference intensity storage unit that stores difference intensity data detected by the intensity difference detection unit 42 over one period of optical deflection. 44
is a maximum difference intensity detection unit which detects the maximum and minimum intensities of the difference intensity data and also detects the deflection control voltages VL, V when the light is deflected to that position.

45は寸法算出部で、最大差強度検出部44で検出され
た偏向制御電圧の電圧差V、−V、を寸法に変換する。
45 is a dimension calculating section which converts the voltage difference V, -V between the deflection control voltages detected by the maximum difference intensity detecting section 44 into dimensions.

以上に示した本発明の第2の実施例を第3図に基づいて
説明する。尚、本実施例の以下の説明において、S、状
態・・・S、状態は第2図の状態を指す。第3図(イ)
、(ロ)、(ハ)において、反射光ビームプロファイル
66.35.67の強度分布を、基準とする位置psを
中心として、その左右2つの領域に分割して検出する。
The second embodiment of the present invention shown above will be explained based on FIG. In the following description of this embodiment, S, state...S, state refers to the state shown in FIG. Figure 3 (a)
, (b), and (c), the intensity distribution of the reflected light beam profile 66.35.67 is detected by dividing it into two regions on the left and right sides of the reference position ps.

基準位置P8の左側にある領域での反射光強度がIL、
右側にある領域での反射光強度が18であるが、一般に
は強度■1.1、は寸法部115の寸法及び反射率r8
、rmに応じて変化するため、強度差1.−I。を検出
する。第3図(イ)、0→に示したS2及びS4状態の
ビームプロファイルにおいて、ピーク強度位置pmのシ
フトが最大になるため、強度差1.−I。
The reflected light intensity in the area to the left of the reference position P8 is IL,
The reflected light intensity in the area on the right side is 18, but generally the intensity is 1.1, which is the size of the dimension part 115 and the reflectance r8
, rm, the intensity difference is 1. -I. Detect. In the beam profiles of the S2 and S4 states shown in FIG. 3(a), 0→, the shift of the peak intensity position pm is maximum, so the intensity difference is 1. -I.

は最大及び最小の状態が得られる。また第3図(ロ)の
Ss状態のビームプロファイルにおいては、ピーク強度
位置pmのシフトが生じないため、強度■8と■、は等
しく、差強度は0である。
gives the maximum and minimum states. Further, in the beam profile in the Ss state shown in FIG. 3(b), since no shift occurs in the peak intensity position pm, the intensities 8 and 2 are equal, and the difference in intensity is 0.

第5図に光偏向の一周期に渡っての反射光強度■8、■
、の変化及び差強度の変化特性を示す。
Figure 5 shows the reflected light intensity over one period of optical deflection.■8,■
, and the change characteristics of the difference intensity.

第5図(イ)の波形51は強度■1、波形52は強度■
8を表わし、強度IL、1.は点56において等しい状
態が存在する。この位置はS3状態である。
The waveform 51 in Fig. 5 (a) is the intensity ■1, and the waveform 52 is the intensity ■
8, intensity IL, 1. An equal condition exists at point 56. This position is the S3 state.

第5図(ロ)の波形54は差強度1.−I、で、極大部
55、極小部56を有する。極大部55は差強度が最大
となり、そのときの偏向制御電圧が■、である。この状
態はS2状態のときに得られる。極小部56は差強度が
最小(絶対値は最大)となり、そのときの偏向制御電圧
が■、である。
The waveform 54 in FIG. 5(b) shows a difference intensity of 1. -I, and has a maximum part 55 and a minimum part 56. In the maximum portion 55, the difference intensity is maximum, and the deflection control voltage at that time is . This state is obtained in the S2 state. In the minimum portion 56, the difference intensity is the minimum (the absolute value is the maximum), and the deflection control voltage at that time is .

この状態はS4状態のときに得られる。以上の如くして
、2つの領域の強度差の最大、最小位置を決定すること
によっても被測定物6のエツジ位置の検出が可能になる
。本例の場合も、反射光強度は反射率rs、rmに依存
するが、反射率が変化しても強度差が最大、最小となる
位置は変化しないため、被測定物3の反射率に依存しな
いで寸法測定が可能となる。
This state is obtained in the S4 state. As described above, the edge position of the object to be measured 6 can also be detected by determining the maximum and minimum positions of the intensity difference between the two regions. In this example, the reflected light intensity also depends on the reflectances rs and rm, but even if the reflectance changes, the positions where the intensity difference is maximum and minimum do not change, so it depends on the reflectance of the object to be measured 3. Dimensions can be measured without

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、反射光
のピーク強度位置の変動、あるいは反射光強度差の変動
の最大、最小状態を検出するだけで、被測定物の材質の
変動に依存しないで直接にエッジ位置を決定することが
可能で、エツジ間の光偏向量から寸法を測定することが
できる。
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to detect only the maximum and minimum states of the fluctuation in the peak intensity position of the reflected light or the fluctuation in the difference in the intensity of the reflected light, depending on the fluctuation of the material of the object to be measured. It is possible to directly determine the edge position without having to do so, and the dimensions can be measured from the amount of light deflection between the edges.

このエツジ位置の決定は単純な演算処理で良く、又、測
定量の寸法への変換は単純な比例式だけで良いため、簡
素なソフトウェア構成で処理システムが構成できる。
The edge position can be determined by simple arithmetic processing, and the measurement quantity can be converted to a dimension by a simple proportional equation, so that the processing system can be configured with a simple software configuration.

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

第1図は本発明の第1の実施例を説明するシステムブロ
ック図、第2図は本発明によるビームプロファイルを検
出するときの光偏向の状態を説明する図、第3図は反射
光のビームプロファイルの変化を説明する図、第4図は
本発明の第2の実施例を説明するシステムブロック図、
第5図は本発明の第2の実施例による反射光強度の変化
を説明する図、第6図は従来の微小寸法測定方法を説明
する図である。 1・・・・・・レーザ光源、 3・・・・・・被測定物、 5・・・・・・ビームプロファイル検出部、6・・・・
・・第1のピーク位置検出部、7・・・・・・第2のピ
ーク位置検出部、8・・・・・・ピークシフト検出部、 9・・・・・・ピークシフト記憶部、 10・・・・・・最大ピークシフト検出部、11・・・
・・・寸法算出部、 41・・・・・・反射光強度検出部、 42・・・・・・強度差検出部、 46・・・・・・差強度記憶部、 44・・・・・・最大差強度検出部、 45・・・・・・寸法算出部、 110・・・・・・光偏向素子、 114・・・・・・対物レンズ。 第6図
FIG. 1 is a system block diagram explaining the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram explaining the state of optical deflection when detecting a beam profile according to the present invention, and FIG. 3 is a beam of reflected light. FIG. 4 is a system block diagram explaining the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating changes in reflected light intensity according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional method for measuring minute dimensions. 1... Laser light source, 3... Measured object, 5... Beam profile detection section, 6...
...First peak position detection unit, 7...Second peak position detection unit, 8...Peak shift detection unit, 9...Peak shift storage unit, 10 ...Maximum peak shift detection section, 11...
...Dimension calculation unit, 41...Reflected light intensity detection unit, 42...Intensity difference detection unit, 46...Difference intensity storage unit, 44... - Maximum difference intensity detection unit, 45...Dimension calculation unit, 110...Light deflection element, 114...Objective lens. Figure 6

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザービームを偏向させながら被測定物面上を
照射し、反射光の光強度の変化から前記被測定物の寸法
を測定する微小寸法測定方法において、前記レーザービ
ームの偏向に対応して、前記反射光のビームプロファイ
ルを検出し、該ビームプロファイルの検出座標系内で、
前記レーザービームを前記被測定物面上の基準となる場
所に照射した時のビームプロファイルのピーク強度点を
基準に、各偏向位置におけるビームプロファイルのピー
ク強度点のシフト量を求めた後、該シフト量の極大値、
極小値を与える前記レーザービームの偏向位置を求め、
両方の偏向位置の差に基づいて前記被測定物の寸法を得
ることを特徴とする微小寸法測定方法。
(1) In a micro-dimensional measurement method in which a laser beam is irradiated onto the surface of an object to be measured while being deflected, and the dimensions of the object to be measured are measured from changes in the light intensity of reflected light, , detecting a beam profile of the reflected light, and within the detection coordinate system of the beam profile,
After determining the amount of shift of the peak intensity point of the beam profile at each deflection position based on the peak intensity point of the beam profile when the laser beam is irradiated onto a reference location on the surface of the object to be measured, the shift amount is determined. maximum value of quantity,
Find the deflection position of the laser beam that gives the minimum value,
A method for measuring minute dimensions, characterized in that the dimensions of the object to be measured are obtained based on the difference between both deflection positions.
(2)レーザービームを偏向させながら被測定物面上を
照射し、反射光の光強度の変化から前記被測定物の寸法
を測定する微小寸法測定方法において、前記レーザービ
ームの偏向に対応して、前記反射光のビームプロファイ
ルを検出し、該ビームプロファイルの検出座標系内に、
前記レーザービームを前記被測定物面上の基準となる場
所に照射した時得られるビームプロファイルのピーク強
度点を通る境界により分割され、該ビームプロファイル
の光強度を等分して検出する2つの検出領域を設定し、
各偏向位置におけるビームプロファイルの該2つの検出
領域で検出される光強度の差を求めた後、該光強度の差
の極大値、極小値を与える前記レーザービームの偏向位
置を求め、両方の偏向位置の差に基づいて前記被測定物
の寸法を得ることを特徴とする微小寸法測定方法。
(2) In a micro-dimensional measurement method in which a laser beam is irradiated onto the surface of the object to be measured while being deflected, and the dimensions of the object to be measured are measured from changes in the light intensity of the reflected light, , detecting the beam profile of the reflected light, and within the detection coordinate system of the beam profile,
Two detection methods that are divided by a boundary passing through a peak intensity point of a beam profile obtained when the laser beam is irradiated onto a reference location on the surface of the object to be measured, and that the light intensity of the beam profile is equally divided and detected. Set the area,
After determining the difference in light intensity detected in the two detection areas of the beam profile at each deflection position, determining the deflection position of the laser beam that gives the maximum value and minimum value of the difference in light intensity, A method for measuring minute dimensions, characterized in that the dimensions of the object to be measured are obtained based on the difference in position.
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