JPH047803B2 - - Google Patents

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JPH047803B2
JPH047803B2 JP2153784A JP2153784A JPH047803B2 JP H047803 B2 JPH047803 B2 JP H047803B2 JP 2153784 A JP2153784 A JP 2153784A JP 2153784 A JP2153784 A JP 2153784A JP H047803 B2 JPH047803 B2 JP H047803B2
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JP2153784A
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JPS60166808A (ja
Inventor
Hidekazu Sekizawa
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP2153784A priority Critical patent/JPS60166808A/ja
Publication of JPS60166808A publication Critical patent/JPS60166808A/ja
Publication of JPH047803B2 publication Critical patent/JPH047803B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、例えばビデオデイスクのような基
本パターンが略規則的に配列されている凹凸パタ
ーンの平均的な幅,深さ,およびピツチを測定す
るもので、特に測定面に歪のある場合でも測定可
能とするようにした形状測定装置の改良に関する
ものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、ビデオデイスクに見られるような規則的
な凹凸パターンの形状測定装置には、レーザ光を
照射してその回折光より測定するものが提案され
ている。(特開昭57−187604号公報参照)しかし
このような装置においては、被測定面が歪んでい
たり傾いていたりすると上記凹凸パターンの平均
ピツチの測定が不正確となり、いわゆる面ぶれと
いわれる影響をうけ凹凸の深さ測定等にも不正確
となるなどの欠点があつた。
また面ぶれがあると、回折光が検出器の受光面
よりはずれやすくなり、ピツチ等の変化に対して
測定可能な範囲がせまいと言う欠点もあつた。
〔発明の目的〕
この発明は、上記の問題点を各良したもので被
測定面の歪み等に影響されずに面ぶれを補正し、
高精度に形状を測定することのできる形状測定装
置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
この発明は、第0次回折光および第n次回折光
(第1次回折光を主に使用する。)の検出にそれぞ
れ2次元型半導体位置検出器または2次元受光面
を有する半導体位置検出器を用いる。すなわち第
0次回折光(反射光)の位置を、2次元型半導体
位置検出器により検出することにより被測定面の
面ぶれ量を測定する。次に第1次回折光の位置を
2次元型半導体位置検出器により検出し、先の第
0次回折光との位置の差により第1次回折角を算
出し、面ぶれ量を補正し、正確なピツチを測定す
る。この値を用いて深さ等の形状を算出する。
さらに種々のピツチを有する被検体が入力され
た場合、面ぶれがあると測定可能な範囲がせまく
なる。そこで各次数の回折光を検出する検出器を
自由に移動可能な駆動系にのせて最適な位置に移
動して測定する。このようにして測定可能な範囲
を拡げる。
〔発明の効果〕
上記のように面ぶれ量を測定してその値により
補正して正確な形状を算出しているため、高精度
な測定が可能となる。また光デイスクプレイヤー
で見られるような高精度なオートフオーカス機構
が不用であり、機構が簡単となる。またそのため
高信頼化・高速化が可能となる。また面ぶれ量の
検出に2つの半導体位置検出器を用いて行つてい
るため高速であり、また光強度も同時に検出され
るため、形状測定用の光強度検出用の特別な検出
器が不要となるため検出系が単純となる等の効果
がある。
またそれぞれの検出器を最適な位置に移動が可
能となるため、面ぶれがあつても種々のピツチに
対して測定可能な範囲が広がる。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の一実施例につ
いて説明する。なお最初に測定原理と面ぶれ補正
について説明し、次に検出器を最適移動して測定
可能な範囲を広げる例について説明する。
第1図において、被検体11は光ビデオデイス
クのような円盤状のものである。レーザ装置より
なる光源12から出力された光は、ミラー13に
より反射され、被検体11の法線に対してθ0角度
で入射する。被検体11に入射後、反射回折され
た光は2個の2次元型半導体位置検出器(例えば
米国ユナイテツドデラクター社または浜松ホトニ
クス社製等)14,15と1個のフオトダイオー
ド16より検出され、それぞれ信号処理される信
号処理計算器17において、ピツチP、幅aおよ
び深さhが求められ、表示部18に表示される。
光ビデオデイスクの表面形状が第2図に示され
るような形状をしているものとする。この場合に
p,a,hを求めるには、第0次回折光強度をI0
第n次回折光強度をInとし、第2n次回折光強度を
I2nとすれば、特許(特願昭57−187604号公報)
によると次に示す各式を用いれば良い。
P=λ/cosθ0sinθ ……(1) h=cosθ0・λ/4πcos-1{1−P2/2a〔1/(In/
I0)a sinc2(na/P)+(P−a)〕}……(3) ここで、角度θ0およびθは第1図よりレーザ先
の入射角であり、第1回折光の回折角である。
さて、ここで被検体11の全面を測定するには
信号処理用計算機17の制御のもとに、モータ1
9を駆動して被検体を回転させるとともにモータ
20により被検体11を平行移動させて測定を行
なうようにすればよい。なお逆に光源11、ミラ
ー13検出器14,15,16を同一のステージ
上に設けて平行移動し、被検体11をモータ20
により回転運動のみを行つて被検体の全面を測定
しても良い。次に面ぶれ補正処理について説明す
る。
今、第3図に示されるようにデイスク表面が
θkだけ傾いた場合について考える。このとき、
光デイスクに入射する光の入射角がθ0からθ0−θk
に変化したと考えればよいので、ピツチPと深さ
hは(1)式および(3)式よりそれぞれ次式となる。
P=λ/cos(θ0−θk)sinθ ……(4) h=cos(θ0−θk)・λ/4πcos-1{1−P2/2a〔
(1/In/I0)a sinc2(na/P)+(P−a)〕}
……(5) さてここで、0次回折光(反射光)の角度θ0
第3図より次式となる。
θ0=θ0−2θk よつて θk=1/2(θ0−θ0) ……(6) となる。また第1次回折光の角度θ1は第3図より
次式となる。
θ1=θ0−θ よつて θ=θ0−θ1 ……(7) となる。したがつて(4)式,(5)式は、(6)式,(7)式で
求めたθkおよびθを用いれば良い。このように
して面ぶれの影響を補正することが可能となる。
次に具体的に2次元半導体位置センサー
(PSD)の出力信号を用いた処理方法について説
明する。
第4図に見られるように2個のPSDを配置す
る。第0次光検出用のPSDの中心位置をθc0とし、
第1次光検出用のPSDの中心位置をθc1とする。
PSDの出力信号は、PSDに入射した光の位置に
比例した出力信号が得られるため、0次回折光の
位置θ0と第4図に記されているPSD14の出力信
号X0 1とX0 2とに次の関係がある。
θ0=tan-1(γ/R・X0 2−X0 1/X0 2+X0 1)+θc0
…(8) ここでγはPSDの検出サイズの1/2であり、R
は光デイスクの反射面から検出器までの距離であ
る。
同様にして、第1次回折光の位置θ1とPSD15
の出力信号X1 1,X1 2とに次の関係がある。
θ1=tan-1(γ/R・X1 2−X1 1/X1 2+X1 1) ……(9) また、0次回折光強度I0、第1次回折光強度I1
とすればPSDの出力との関係は次式となる。
I0=X0 1+X0 2+Y0 1+Y0 2 I1=X1 1+X1 2+Y1 1+Y1 2 ……(10) そこでIn=I1とすれば(4),(2),(5)式より、p,
a,hをそれぞれ求めることが出来る。またこの
ときの各数値は(6),(7),(8),(9),(10)式より求めれ
ば、面ぶれの影響を受けずに形状のパラメータ
p,a,hを求めることが可能となる。
すなわち、第1図のように各センサ14,1
5,16の出力をそれぞれ増幅してアナログマル
チプレクサ−21に入力する。そこでCPU17
よりアナログマルチプレクサー21に信号を送
り、各出力信号を選択し、それをA/D変換器2
2に送りデジタル信号に変換して、その信号を
CPU17に入力する。
この信号を上記に述べたように処理を行う。そ
の結果を例えばカラーCRTからなる表示部18
に色わけを行つてマツプの形で表示したり、グラ
フ等に変換して表示する。このようにして光デイ
スクの案内溝形状を面ぶれの影響を受けずに測定
することが可能となる。
次にそれぞれの検出器14,15,16を最適
な位置に移動し、色々なピツチや面ぶれの多いデ
イスクについても測定可能となる例について説明
する。第5図aは、検出器の移動系についての図
である。第5図bは第5図aの矢印A点より見た
図である。
レーザ光源12より発した光がミラー13によ
り光デイスク11に照射される。光デイスク11
の面で反射した0次回折光の方向は、面ぶれがな
ければ固定である。また面ぶれが多少あつても、
あまり大きくなければ固定した検出器で検出可能
である。例えば(8)式でR=60mm,γ=6mm(有効
受光面12mm□の検出器の場合)とすれば、第0次
回折光の検出範囲は±5.70となる。したがつて、
(6)式よりデイスク面で±2.80以内の変動に対して
も検出可能となる。なお通常の光デイスク面での
面ぶれ量は、この値よりはるかに小さい値であ
る。
次に1次回折光の回折位置は、面ぶれ量とピツ
チPによる。したがつて種々のピツチPのサンプ
ルが入るものでは、この1次回折光の位置が大き
く動くため、検出器を固定して検出することは出
来なくなる。なお、通常の製造工程では種々のピ
ツチの光デイスクを検査することはあり得ないが
開発中のものでは種々のピツチのものがありう
る。この場合においても、ピツチを連続して変化
させて製作することは困難であり、一定の範囲の
み一定のピツチで製作する場合がほとんどであ
る。この場合には次のようにして検出器を最適な
位置に移動させる。
まず、0次回折光の位置が検出器14のほぼ中
央になるような面ぶれのない点を光デイスク上に
見つける。これには第(8)式の第1項がほぼ0とな
るまで光デイスクを移動して見つければ良い。次
に検出器15を移動させ、第1次回折光の位置を
検出器15の中央にもつてくる。これには第5図
bに示されているパルスモータ51を回転させ、
この回転力をこのモータに付いている腕52に伝
え、円を描くようにして腕口の先端に設けられた
検出器15を移動させる。このとき(9)式の第1項
がほぼ0となるように移動させる。この移動量よ
りθc1が決定される。次に第2次回折光の検出器
16の位置は、この回折光(第2次)に2次元半
導体位置検出器を用いるならば上記のアルゴリズ
ムと同様に行えば良い。しかし、第2次回折光の
検出は2次元半導体位置検出器である必要はな
い。ここでは、光強度のみ測定可能な半導体検出
器を使用する。この場合には、(8)式,(9)式およ(7)
式により第1次回折角θを求める。次に2倍の回
折角とθc0との和、すなわち2θ+θc0だけ第2次回
折光の検出用の検出器16を移動すればよい。こ
れには第5図bに示されているパルスモータ53
を回転させギヤ54,55を介して腕52と同軸
に設けられた腕56により検出器16を移動させ
る。
このようにすることにより、0次回折光、第1
次回折光、第2次回折光を検出する検出器14,
15,16は、ほぼ検出器の中央で光を検出する
ことになり、ずれる量は面ぶれによる大きさのみ
となる。すると、先の0次回折光の場合と同様と
なるので、この場合には、光デイスクが±2.80
内まで面ぶれがあつても測定することが可能とな
る。
〔発明の他の実施例〕
上記の説明では光デイスクの案内溝の例につい
て述べたが、特開昭57−187604号公報で述べた応
用例についても、本発明が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成図、第2図
は被検体の具体的構成を示す断面図、第3図は面
ぶれのある状態の回折光の位置を示す図、第4図
は2次元型半導体位置検出器と回折光との位置関
係を示す図、第5図は検出器の移動系を示す図で
ある。 11……被検体、12……光源、13……ミラ
ー、14,15……2次元型半導体位置検出器、
16……光電変換器、17……CPU、18……
表示部、19……回転ステージ、20……水平移
動ステージ、21……マルチプレクサー、22…
…A/D変換器、51,53……パルスモータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被測定物を保持する保持手段と、略コヒーレ
    ントな光をその被測定物に照射する光源と、その
    被測定物に照射される光の入射光軸と反射光軸を
    含む面上に設けられ第0次回折光を検出する1次
    元以上の受光面を有する第1の受光素子と、前記
    入射光軸と反射光軸を含む面に垂直な方向に設け
    られ、第n次回折光を検出する1次元以上の受光
    面を有する第2の受光素子と、前記入射光軸と反
    射光軸を含む面に垂直な方向に設けられ、第2・
    n次回折光を検出する1次元以上の受光面を有す
    る第3の受光素子と、前記第1の受光素子の検出
    サイズと前記被測定物の測定面から前記第1の受
    光素子までの距離と前記第1の受光素子からの出
    力信号とから、第0次回折光の受光位置を求める
    手段と、前記第2の受光素子の検出サイズと前記
    被測定物の測定面から前記第1の受光素子までの
    距離と前記第2の受光素子からの出力信号とか
    ら、第n次回折光の受光位置を求める手段と、被
    測定物に照射される光が前記被測定物の測定面に
    入射する入射角と前記光源から発生した光の波長
    とから前記被測定物に配置されたパターンのピツ
    チを演算する手段と、この第2の受光素子により
    変換された信号の信号値と前記第3の受光素子に
    より変換された信号の信号値と前記光源から発生
    した光の波長とから、前記被測定物に配置された
    パターンの幅を演算する手段と、前記第1の受光
    素子により変換された信号の信号値及び前記第2
    の受光素子により変換された信号の信号値と前記
    演算されたパターンの幅より前記パターンの深さ
    を演算する手段と、前記求められた第0次回折光
    及び第n次回折光の受光位置から被測定物の傾き
    情報を演算する手段とを備えたことを特徴とする
    形状測定装置。 2 前記第2の受光素子または前記第3の受光素
    子を移動させる移動手段を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の形状測定装置。
JP2153784A 1984-02-10 1984-02-10 形状測定装置 Granted JPS60166808A (ja)

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JP2153784A JPS60166808A (ja) 1984-02-10 1984-02-10 形状測定装置

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JP2153784A JPS60166808A (ja) 1984-02-10 1984-02-10 形状測定装置

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JPS60166808A JPS60166808A (ja) 1985-08-30
JPH047803B2 true JPH047803B2 (ja) 1992-02-13

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JP2623757B2 (ja) * 1988-09-05 1997-06-25 キヤノン株式会社 位置合わせ装置
JP2810121B2 (ja) * 1989-06-26 1998-10-15 三井化学株式会社 光ディスク用スタンパー検査装置
JPH07302441A (ja) * 1994-04-30 1995-11-14 Nec Corp 溝形状測定装置
US6483580B1 (en) 1998-03-06 2002-11-19 Kla-Tencor Technologies Corporation Spectroscopic scatterometer system
CN109945805A (zh) * 2019-04-09 2019-06-28 北方民族大学 一种高精度角度传感器

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