JPH055622A - 微小変位検出方法 - Google Patents
微小変位検出方法Info
- Publication number
- JPH055622A JPH055622A JP3157268A JP15726891A JPH055622A JP H055622 A JPH055622 A JP H055622A JP 3157268 A JP3157268 A JP 3157268A JP 15726891 A JP15726891 A JP 15726891A JP H055622 A JPH055622 A JP H055622A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- lens
- photodetector
- prism
- measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q20/00—Monitoring the movement or position of the probe
- G01Q20/02—Monitoring the movement or position of the probe by optical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 原子間力を用いた表面形状測定装置におい
て、高精度に探針の変位を計測できる微小変位検出方法
を提供する。 【構成】 光源１から偏光方向が異なる２つのレーザ光
を射出させ、レンズＡ２を通して収束させた後に発散さ
せ、ビームスプリッタ３に入射し、プリズム４を通して
分離した２つの測定光Ｐ、Ｓを、レンズＢ５を通して、
探針６の先端付近に設けた反射面上と探針ホルダ７付近
に設けた反射面上に分けて焦点を結ぶように入射して反
射させた測定光Ｐ、Ｓを、再度レンズＢ５とプリズム４
とを通し、ビームスプリッタ３を再度通すことによっ
て、前記光源１とは異なる方向に反射させ、光の偏光方
向により透過または反射する偏光ビームスプリッタ８を
通して分離し、測定光Ｐの焦点位置を光検出器Ａ９で検
出し、測定光Ｓの焦点位置を光検出器Ｂ１０で検出し、
光検出器Ａ９と光検出器Ｂ１０からの焦点位置信号を信
号処理回路で処理して、探針６の微小変位を測定する。
て、高精度に探針の変位を計測できる微小変位検出方法
を提供する。 【構成】 光源１から偏光方向が異なる２つのレーザ光
を射出させ、レンズＡ２を通して収束させた後に発散さ
せ、ビームスプリッタ３に入射し、プリズム４を通して
分離した２つの測定光Ｐ、Ｓを、レンズＢ５を通して、
探針６の先端付近に設けた反射面上と探針ホルダ７付近
に設けた反射面上に分けて焦点を結ぶように入射して反
射させた測定光Ｐ、Ｓを、再度レンズＢ５とプリズム４
とを通し、ビームスプリッタ３を再度通すことによっ
て、前記光源１とは異なる方向に反射させ、光の偏光方
向により透過または反射する偏光ビームスプリッタ８を
通して分離し、測定光Ｐの焦点位置を光検出器Ａ９で検
出し、測定光Ｓの焦点位置を光検出器Ｂ１０で検出し、
光検出器Ａ９と光検出器Ｂ１０からの焦点位置信号を信
号処理回路で処理して、探針６の微小変位を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の微小変位検出方法は、集
積回路等の微細な表面形状を測定するＡＦＭ（原子間力
顕微鏡）に関し、特に、探針と試料間に働く原子間力の
変化によって生じる、探針のナノメートル以下の変位を
測定する微小変位検出方法に関するものである。
積回路等の微細な表面形状を測定するＡＦＭ（原子間力
顕微鏡）に関し、特に、探針と試料間に働く原子間力の
変化によって生じる、探針のナノメートル以下の変位を
測定する微小変位検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】微細な表面形状を測定するＡＦＭ（原子
間力顕微鏡）装置で使用されている従来の微小変位検出
方法は、試料と、この試料表面の極く近くに設置された
鋭く先の尖ったバネ状の片持ち梁状探針との間に働く原
子間力を、片持ち梁のタワミを検出することによって検
出し、この検出された力を一定に保ちつつ試料の位置を
前記探針と垂直方向に変化させることにより、試料と探
針との距離をナノメートルオーダからサブオングストロ
ームオーダの精度で一定に保ちながら、試料の被測定面
を、前記垂直方向に対して垂直な平面に沿って移動させ
ることによって、試料の表面形状を測定している。
間力顕微鏡）装置で使用されている従来の微小変位検出
方法は、試料と、この試料表面の極く近くに設置された
鋭く先の尖ったバネ状の片持ち梁状探針との間に働く原
子間力を、片持ち梁のタワミを検出することによって検
出し、この検出された力を一定に保ちつつ試料の位置を
前記探針と垂直方向に変化させることにより、試料と探
針との距離をナノメートルオーダからサブオングストロ
ームオーダの精度で一定に保ちながら、試料の被測定面
を、前記垂直方向に対して垂直な平面に沿って移動させ
ることによって、試料の表面形状を測定している。
【０００３】図５に基づいて、従来の微小変位検出方法
を説明する。
を説明する。
【０００４】図５において、光源１から図５の紙面に対
して４５°傾いた偏光方向（Ｐ偏光方向とＳ偏光方向）
を有する直線偏光を出射させる。
して４５°傾いた偏光方向（Ｐ偏光方向とＳ偏光方向）
を有する直線偏光を出射させる。
【０００５】これら２つの直線偏光を、ビームスプリッ
タ３に入射する。
タ３に入射する。
【０００６】ビームスプリッタ３を透過した２つの測定
光を、偏光方向によって分離角が異なるウォーラストン
プリズム４に入射し、Ｐ偏光方向とＳ偏光方向とに対す
る２方向に分離する。この場合、Ｐ偏光方向の直線偏光
Ｐは測定光Ｐとして上方向に分離され、Ｓ偏光方向の直
線偏光Ｓは測定光Ｓとして下方向に分離される。
光を、偏光方向によって分離角が異なるウォーラストン
プリズム４に入射し、Ｐ偏光方向とＳ偏光方向とに対す
る２方向に分離する。この場合、Ｐ偏光方向の直線偏光
Ｐは測定光Ｐとして上方向に分離され、Ｓ偏光方向の直
線偏光Ｓは測定光Ｓとして下方向に分離される。
【０００７】前記測定光ＰをレンズＢ５を通して、変位
測定探針６の先端付近に集光して反射させる。
測定探針６の先端付近に集光して反射させる。
【０００８】この反射した測定光Ｐを、再度レンズＢ５
とプリズム４を通す。
とプリズム４を通す。
【０００９】プリズム４からの測定光Ｐを、ビームスプ
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
【００１０】このビームスプリッタ３からの測定光Ｐ
を、光の偏光方向により透過または反射するプリズムＢ
８に入射して反射させる。
を、光の偏光方向により透過または反射するプリズムＢ
８に入射して反射させる。
【００１１】このプリズムＢ８からの測定光Ｐを、光検
出器Ａ９に入射させて、この光検出器Ａ９によって、測
定光Ｐの焦点位置を検出させる。図５のプリズムＢ８か
らの測定光Ｐで、実線で示すものは変位測定探針６の変
位前のもの、点線で示すものは変位測定探針６の変位後
のものである。そして、焦点位置が上にズレておれば、
光検出器Ａ９の上側からの焦点位置信号が下側よりも強
くなり、逆の場合は逆になる。
出器Ａ９に入射させて、この光検出器Ａ９によって、測
定光Ｐの焦点位置を検出させる。図５のプリズムＢ８か
らの測定光Ｐで、実線で示すものは変位測定探針６の変
位前のもの、点線で示すものは変位測定探針６の変位後
のものである。そして、焦点位置が上にズレておれば、
光検出器Ａ９の上側からの焦点位置信号が下側よりも強
くなり、逆の場合は逆になる。
【００１２】次いで、光検出器Ａ９からの測定光Ｐの焦
点位置信号を、信号処理回路の減算器１１、加算器１
３、除算器１５によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
点位置信号を、信号処理回路の減算器１１、加算器１
３、除算器１５によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
【００１３】前記測定光ＳをレンズＢ５を通して、変位
測定探針６の探針ホルダ７付近に集光して反射させる。
測定探針６の探針ホルダ７付近に集光して反射させる。
【００１４】この反射した測定光Ｓを、再度レンズＢ５
とプリズム４を通す。
とプリズム４を通す。
【００１５】プリズム４からの測定光Ｓを、ビームスプ
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
【００１６】このビームスプリッタ３からの測定光Ｓ
を、光の偏光方向により透過または反射するプリズムＢ
８を通して透過させる。
を、光の偏光方向により透過または反射するプリズムＢ
８を通して透過させる。
【００１７】このプリズムＢ８からの測定光Ｓを、光検
出器Ｂ１０に入射させて、この光検出器Ｂ１０によっ
て、測定光Ｓの焦点位置を測定光Ｐの場合と同様にして
検出させる。
出器Ｂ１０に入射させて、この光検出器Ｂ１０によっ
て、測定光Ｓの焦点位置を測定光Ｐの場合と同様にして
検出させる。
【００１８】次いで、光検出器Ｂ１０からの測定光Ｓの
焦点位置信号を、信号処理回路の減算器１２、加算器１
４、除算器１６によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
焦点位置信号を、信号処理回路の減算器１２、加算器１
４、除算器１６によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
【００１９】この場合、光検出器Ａ９では、変位測定探
針６の変位によって生じた角度変化の信号と、空気のゆ
らぎと、光学系の振動ノイズが混合された信号が検出さ
れる。光検出器Ｂ１０では、空気のゆらぎと、光学系の
振動ノイズが混合された信号が検出される。
針６の変位によって生じた角度変化の信号と、空気のゆ
らぎと、光学系の振動ノイズが混合された信号が検出さ
れる。光検出器Ｂ１０では、空気のゆらぎと、光学系の
振動ノイズが混合された信号が検出される。
【００２０】従って、次に、減算器１７によって、光検
出器Ａ９からの前記電気信号から、光検出器Ｂ１０から
の前記電気信号を減算することによって、空気のゆらぎ
と、光学系の振動ノイズの影響が無い変位測定探針６の
微小変位信号を得ることができる。
出器Ａ９からの前記電気信号から、光検出器Ｂ１０から
の前記電気信号を減算することによって、空気のゆらぎ
と、光学系の振動ノイズの影響が無い変位測定探針６の
微小変位信号を得ることができる。
【００２１】このようにして得られた変位測定探針６の
微小変位信号を一定に保ちつつ、試料１８を保持してい
るＸＹＺスキャナ１９によって、試料１８の位置を前記
探針６と垂直方向に変化させ、試料１８と探針６との距
離をナノメートルオーダからサブオングストロームオー
ダの精度で一定に保ちながら、試料１８の被測定面を、
前記垂直方向に対して垂直な平面上に沿って移動させる
ことによって、試料１８の表面形状を測定することがで
きる。
微小変位信号を一定に保ちつつ、試料１８を保持してい
るＸＹＺスキャナ１９によって、試料１８の位置を前記
探針６と垂直方向に変化させ、試料１８と探針６との距
離をナノメートルオーダからサブオングストロームオー
ダの精度で一定に保ちながら、試料１８の被測定面を、
前記垂直方向に対して垂直な平面上に沿って移動させる
ことによって、試料１８の表面形状を測定することがで
きる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
構成では、測定光Ｐ、Ｓを、変位測定探針６上と光検出
器Ａ９、Ｂ１０上に同時に集光し焦点を結ばせることが
できず、変位測定探針６上に集光し焦点を結ばせた場合
には、光検出器上に集光して焦点を結ばせることができ
ないので探針変位検出感度が下がり、光検出器上に焦点
を結ばせた場合には、変位測定探針６上に焦点を結ばせ
ることができないので、変位測定探針６に半導体リソグ
ラフィー等のプロセスを用いて作成した小型の変位測定
探針６を用いた場合、小型の変位測定探針６上での測定
光のビーム径が小型の変位測定探針６の幅よりも大きく
なり、測定光の一部が試料上に達し、試料表面で乱反射
された光が再度レンズ５により集められ光検出器Ａ９、
Ｂ１０で検出され、この信号がゴースト信号となって正
規の信号に重なるので、変位測定探針６が、その実際の
変位とは異なる位置に在るかのような信号を出力するこ
とになり、誤差を発生するという問題点がある。
構成では、測定光Ｐ、Ｓを、変位測定探針６上と光検出
器Ａ９、Ｂ１０上に同時に集光し焦点を結ばせることが
できず、変位測定探針６上に集光し焦点を結ばせた場合
には、光検出器上に集光して焦点を結ばせることができ
ないので探針変位検出感度が下がり、光検出器上に焦点
を結ばせた場合には、変位測定探針６上に焦点を結ばせ
ることができないので、変位測定探針６に半導体リソグ
ラフィー等のプロセスを用いて作成した小型の変位測定
探針６を用いた場合、小型の変位測定探針６上での測定
光のビーム径が小型の変位測定探針６の幅よりも大きく
なり、測定光の一部が試料上に達し、試料表面で乱反射
された光が再度レンズ５により集められ光検出器Ａ９、
Ｂ１０で検出され、この信号がゴースト信号となって正
規の信号に重なるので、変位測定探針６が、その実際の
変位とは異なる位置に在るかのような信号を出力するこ
とになり、誤差を発生するという問題点がある。
【００２３】本発明は、上記の問題点を解決して、変位
測定探針上と光検出器上とに同時に測定光を集光し焦点
を結ばせることができるようにして、高精度に変位測定
探針の変位を計測できる微小変位検出方法を提供するこ
とをその課題とする。
測定探針上と光検出器上とに同時に測定光を集光し焦点
を結ばせることができるようにして、高精度に変位測定
探針の変位を計測できる微小変位検出方法を提供するこ
とをその課題とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本願第１発明の微小変位
検出方法は、上記の課題を解決するために、光源から偏
光方向が異なる２つのレーザ光を射出させ、これらのレ
ーザ光をレンズＡを通して一旦収束させた後に発散さ
せ、これらの発散光をビームスプリッタに入射し、その
透過光を光の偏光方向により分離角が異なるプリズムを
通して分離し、このプリズムで分離した２つの測定光
Ｐ、Ｓを、レンズＢを通して、微小変位を検出する変位
測定探針の先端付近に設けた反射面上と探針ホルダ付近
に設けた反射面上に分けて焦点を結ぶように入射して反
射させ、これらの反射した測定光Ｐ、Ｓを、再度前記レ
ンズＢと前記プリズムとを通し、このプリズムからの測
定光Ｐ、Ｓを、前記ビームスプリッタを再度通すことに
よって、前記光源とは異なる方向に反射させ、これらの
測定光Ｐ、Ｓを、光の偏光方向により透過または反射す
る偏光ビームスプリッタを通して分離し、この測定光Ｐ
の焦点位置を光検出器Ａで検出し、この測定光Ｓの焦点
位置を光検出器Ｂで検出し、前記光検出器Ａと前記光検
出器Ｂからの焦点位置信号を信号処理回路で処理して、
前記変位測定探針の微小変位を測定することを特徴とす
る。
検出方法は、上記の課題を解決するために、光源から偏
光方向が異なる２つのレーザ光を射出させ、これらのレ
ーザ光をレンズＡを通して一旦収束させた後に発散さ
せ、これらの発散光をビームスプリッタに入射し、その
透過光を光の偏光方向により分離角が異なるプリズムを
通して分離し、このプリズムで分離した２つの測定光
Ｐ、Ｓを、レンズＢを通して、微小変位を検出する変位
測定探針の先端付近に設けた反射面上と探針ホルダ付近
に設けた反射面上に分けて焦点を結ぶように入射して反
射させ、これらの反射した測定光Ｐ、Ｓを、再度前記レ
ンズＢと前記プリズムとを通し、このプリズムからの測
定光Ｐ、Ｓを、前記ビームスプリッタを再度通すことに
よって、前記光源とは異なる方向に反射させ、これらの
測定光Ｐ、Ｓを、光の偏光方向により透過または反射す
る偏光ビームスプリッタを通して分離し、この測定光Ｐ
の焦点位置を光検出器Ａで検出し、この測定光Ｓの焦点
位置を光検出器Ｂで検出し、前記光検出器Ａと前記光検
出器Ｂからの焦点位置信号を信号処理回路で処理して、
前記変位測定探針の微小変位を測定することを特徴とす
る。
【００２５】本願第２発明の微小変位検出方法は、上記
の課題を解決するために、光源から偏光方向が異なる２
つのレーザ光を射出させ、これらのレーザ光をレンズＡ
を通して一旦収束させた後に発散させ、これらの発散光
をビームスプリッタに入射し、その透過光をレンズＢ及
び光の偏光方向により分離角が異なるプリズムを通して
分離し、このプリズムで分離した２つの測定光Ｐ、Ｓ
を、微小変位を検出する変位測定探針の先端付近に設け
た反射面上と探針ホルダ付近に設けた反射面上に分けて
焦点を結ぶように入射して反射させ、これらの反射した
測定光Ｐ、Ｓを、再度前記プリズムと前記レンズＢとを
通し、このレンズＢからの測定光Ｐ、Ｓを、前記ビーム
スプリッタを再度通すことによって、前記光源とは異な
る方向に反射させ、これらの測定光Ｐ、Ｓを、光の偏光
方向により透過または反射する偏光ビームスプリッタを
通して分離し、この測定光Ｐの焦点位置を光検出器Ａで
検出し、この測定光Ｓの焦点位置を光検出器Ｂで検出
し、前記光検出器Ａと前記光検出器Ｂからの焦点位置信
号を信号処理回路で処理して、前記変位測定探針の微小
変位を測定することを特徴とする。
の課題を解決するために、光源から偏光方向が異なる２
つのレーザ光を射出させ、これらのレーザ光をレンズＡ
を通して一旦収束させた後に発散させ、これらの発散光
をビームスプリッタに入射し、その透過光をレンズＢ及
び光の偏光方向により分離角が異なるプリズムを通して
分離し、このプリズムで分離した２つの測定光Ｐ、Ｓ
を、微小変位を検出する変位測定探針の先端付近に設け
た反射面上と探針ホルダ付近に設けた反射面上に分けて
焦点を結ぶように入射して反射させ、これらの反射した
測定光Ｐ、Ｓを、再度前記プリズムと前記レンズＢとを
通し、このレンズＢからの測定光Ｐ、Ｓを、前記ビーム
スプリッタを再度通すことによって、前記光源とは異な
る方向に反射させ、これらの測定光Ｐ、Ｓを、光の偏光
方向により透過または反射する偏光ビームスプリッタを
通して分離し、この測定光Ｐの焦点位置を光検出器Ａで
検出し、この測定光Ｓの焦点位置を光検出器Ｂで検出
し、前記光検出器Ａと前記光検出器Ｂからの焦点位置信
号を信号処理回路で処理して、前記変位測定探針の微小
変位を測定することを特徴とする。
【００２６】又、請求項１又は２に記載の微小変位検出
方法において、光源からの光を収束させるレンズＡの代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡを使用する
ことが好適である。
方法において、光源からの光を収束させるレンズＡの代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡを使用する
ことが好適である。
【００２７】
【作用】本発明の微小変位検出方法は、光源からの測定
光を、先ず、レンズＡを通してそのレンズＡの焦点から
の発散光にすることによって、この測定光が、光学系を
通り、変位測定探針の前に配されたレンズＢで、変位測
定探針上に集光され焦点を結んで反射し、光の逆進の原
理に従って、レンズＢ及び前記光学系を通って戻る際
に、前記レンズＡの焦点に相当する位置に、光検出器を
設置することによって、この光検出器上にも焦点を結ぶ
ことができる。
光を、先ず、レンズＡを通してそのレンズＡの焦点から
の発散光にすることによって、この測定光が、光学系を
通り、変位測定探針の前に配されたレンズＢで、変位測
定探針上に集光され焦点を結んで反射し、光の逆進の原
理に従って、レンズＢ及び前記光学系を通って戻る際
に、前記レンズＡの焦点に相当する位置に、光検出器を
設置することによって、この光検出器上にも焦点を結ぶ
ことができる。
【００２８】従って、変位測定探針として、半導体リソ
グラフィー等のプロセスを用いて作成した極く小さい探
針を使用しても、探針上の測定光のビーム径を充分小さ
くできるので、測定光が探針からはみ出して試料上に達
することがなく、誤差の原因となる試料からのゴースト
信号の発生が無い。又、光検出器上の測定光のビーム径
を回折限界まで小さく絞れるので、光検出器上の測定光
の位置決め精度が向上する。このように、誤差の原因が
無くなり、位置決め精度が高精度になるので、探針の微
小変位を高精度で測定することができる。
グラフィー等のプロセスを用いて作成した極く小さい探
針を使用しても、探針上の測定光のビーム径を充分小さ
くできるので、測定光が探針からはみ出して試料上に達
することがなく、誤差の原因となる試料からのゴースト
信号の発生が無い。又、光検出器上の測定光のビーム径
を回折限界まで小さく絞れるので、光検出器上の測定光
の位置決め精度が向上する。このように、誤差の原因が
無くなり、位置決め精度が高精度になるので、探針の微
小変位を高精度で測定することができる。
【００２９】又、光源からの光を収束させるレンズＡ
（凸レンズ）の代わりに、光源からの光を発散させるレ
ンズＡ（凹レンズ）を使用することによって、測定光の
光源側の焦点が、レンズＡ（凹レンズ）の試料側から光
源側に移るので、光学系全体を小型化できる。
（凸レンズ）の代わりに、光源からの光を発散させるレ
ンズＡ（凹レンズ）を使用することによって、測定光の
光源側の焦点が、レンズＡ（凹レンズ）の試料側から光
源側に移るので、光学系全体を小型化できる。
【００３０】
【実施例】本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明
する。
する。
【００３１】図１において、光源１から図１の紙面に対
して４５°傾いた偏光方向（Ｐ偏光方向とＳ偏光方向）
を有する直線偏光を出射させる。
して４５°傾いた偏光方向（Ｐ偏光方向とＳ偏光方向）
を有する直線偏光を出射させる。
【００３２】これら２つの直線偏光を、レンズＡ２を通
して、測定光として、一旦収束させた後に発散させる。
して、測定光として、一旦収束させた後に発散させる。
【００３３】これら２つの測定光を、ビームスプリッタ
３に入射する。
３に入射する。
【００３４】ビームスプリッタ３を透過した２つの測定
光を、偏光方向によって分離角が異なるウォーラストン
プリズム４（又はカルサイトプリズム）に入射し、Ｐ偏
光方向とＳ偏光方向とに対する２方向に分離する。この
場合、Ｐ偏光方向の直線偏光Ｐは測定光Ｐとして上方向
に分離され、Ｓ偏光方向の直線偏光Ｓは測定光Ｓとして
下方向に分離される。
光を、偏光方向によって分離角が異なるウォーラストン
プリズム４（又はカルサイトプリズム）に入射し、Ｐ偏
光方向とＳ偏光方向とに対する２方向に分離する。この
場合、Ｐ偏光方向の直線偏光Ｐは測定光Ｐとして上方向
に分離され、Ｓ偏光方向の直線偏光Ｓは測定光Ｓとして
下方向に分離される。
【００３５】前記測定光ＰをレンズＢ５を通して、変位
測定探針６の先端付近に集光して反射させる。
測定探針６の先端付近に集光して反射させる。
【００３６】この反射した測定光Ｐを、再度レンズＢ５
とプリズム４を通す。
とプリズム４を通す。
【００３７】プリズム４からの測定光Ｐを、ビームスプ
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
【００３８】このビームスプリッタ３からの測定光Ｐ
を、光の偏光方向により透過または反射する偏光ビーム
スプリッタ８を通して反射させる。
を、光の偏光方向により透過または反射する偏光ビーム
スプリッタ８を通して反射させる。
【００３９】この偏光ビームスプリッタ８からの測定光
Ｐを、光検出器Ａ９（光検出器は、２分割タイプの光検
出器でも、１次元位置測定タイプの光検出器でも良
い。）に焦点を結んで入射させて、この光検出器Ａ９に
よって、測定光Ｐの焦点位置を検出させる。図１のプリ
ズムＢ８からの測定光Ｐで、実線で示すものは変位測定
探針６の変位前のもの、点線で示すものは変位測定探針
６の変位後のものである。
Ｐを、光検出器Ａ９（光検出器は、２分割タイプの光検
出器でも、１次元位置測定タイプの光検出器でも良
い。）に焦点を結んで入射させて、この光検出器Ａ９に
よって、測定光Ｐの焦点位置を検出させる。図１のプリ
ズムＢ８からの測定光Ｐで、実線で示すものは変位測定
探針６の変位前のもの、点線で示すものは変位測定探針
６の変位後のものである。
【００４０】そして、焦点位置が上にズレておれば、光
検出器Ａ９の上側からの焦点位置信号が下側よりも強く
なり、逆の場合は逆になる。尚、図１では、説明のため
に、変位測定探針６の変位後の測定光Ｐの変位を大きく
しているが、実際には極く僅かで、２分割タイプの光検
出器の場合、変位測定探針６の変位後の測定光Ｐの焦点
は、光検出器の両サイドに跨がっている。
検出器Ａ９の上側からの焦点位置信号が下側よりも強く
なり、逆の場合は逆になる。尚、図１では、説明のため
に、変位測定探針６の変位後の測定光Ｐの変位を大きく
しているが、実際には極く僅かで、２分割タイプの光検
出器の場合、変位測定探針６の変位後の測定光Ｐの焦点
は、光検出器の両サイドに跨がっている。
【００４１】次いで、光検出器Ａ９からの測定光Ｐの焦
点位置信号を、信号処理回路の減算器１１、加算器１
３、除算器１５によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
点位置信号を、信号処理回路の減算器１１、加算器１
３、除算器１５によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
【００４２】前記測定光ＳをレンズＢ５を通して、変位
測定探針６の探針ホルダ付近に集光して反射させる。
測定探針６の探針ホルダ付近に集光して反射させる。
【００４３】この反射した測定光Ｓを、再度レンズＢ５
とプリズム４を通す。
とプリズム４を通す。
【００４４】プリズム４からの測定光Ｓを、ビームスプ
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
リッタ３に入射して、前記光源とは異なる方向に反射さ
せる。
【００４５】このビームスプリッタ３からの測定光Ｓ
を、光の偏光方向により透過または反射する偏光ビーム
スプリッタ８を通して透過させる。
を、光の偏光方向により透過または反射する偏光ビーム
スプリッタ８を通して透過させる。
【００４６】この偏光ビームスプリッタ８からの測定光
Ｓを、光検出器Ｂ１０に焦点を結んで入射させて、この
光検出器Ｂ１０によって、測定光Ｓの焦点位置を検出さ
せる。
Ｓを、光検出器Ｂ１０に焦点を結んで入射させて、この
光検出器Ｂ１０によって、測定光Ｓの焦点位置を検出さ
せる。
【００４７】この場合、レンズＡ２によって収束された
光の焦点位置からレンズＢ５の主点までの距離とをｓ′
とし、レンズＢ５の主点から変位測定探針６までの距離
をｓとし、レンズＢの焦点距離をｆとして、式（１）を
満足するように配置すると共に、光検出器Ａ９上からレ
ンズＢ５の主点までの距離と、光検出器Ｂ１０上からレ
ンズＢ５の主点までの距離とをｓ′とすると、測定光
Ｐ、Ｓの焦点は、夫々、変位測定探針６と光検出器Ａ９
上と光検出器Ｂ１０上に結ばれる。
光の焦点位置からレンズＢ５の主点までの距離とをｓ′
とし、レンズＢ５の主点から変位測定探針６までの距離
をｓとし、レンズＢの焦点距離をｆとして、式（１）を
満足するように配置すると共に、光検出器Ａ９上からレ
ンズＢ５の主点までの距離と、光検出器Ｂ１０上からレ
ンズＢ５の主点までの距離とをｓ′とすると、測定光
Ｐ、Ｓの焦点は、夫々、変位測定探針６と光検出器Ａ９
上と光検出器Ｂ１０上に結ばれる。
【００４８】
【数１】
【００４９】次いで、光検出器Ｂ１０からの測定光Ｓの
焦点位置信号を、信号処理回路の減算器１２、加算器１
４、除算器１６によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
焦点位置信号を、信号処理回路の減算器１２、加算器１
４、除算器１６によって、光源の信号強度の変化の影響
を受けないように演算されて電気信号に変換させる。
【００５０】この場合、光検出器Ａ９では、変位測定探
針６の変位によって生じた角度変化の信号と、空気のゆ
らぎと、光学系の振動ノイズが混合された信号が検出さ
れる。光検出器Ｂ１０では、空気のゆらぎと、光学系の
振動ノイズが混合された信号が検出される。
針６の変位によって生じた角度変化の信号と、空気のゆ
らぎと、光学系の振動ノイズが混合された信号が検出さ
れる。光検出器Ｂ１０では、空気のゆらぎと、光学系の
振動ノイズが混合された信号が検出される。
【００５１】従って、次に、信号処理回路の減算器１７
によって、光検出器Ａ９からの前記電気信号から、光検
出器Ｂ１０からの前記電気信号を減算することによっ
て、空気のゆらぎと、光学系の振動ノイズの影響が無い
変位測定探針６の微小変位信号を得ることができる。
によって、光検出器Ａ９からの前記電気信号から、光検
出器Ｂ１０からの前記電気信号を減算することによっ
て、空気のゆらぎと、光学系の振動ノイズの影響が無い
変位測定探針６の微小変位信号を得ることができる。
【００５２】このようにして得られた変位測定探針６の
微小変位信号を一定に保ちつつ、試料１８を保持してい
るＸＹＺスキャナ１９によって、試料１８の位置を前記
探針６と垂直方向に変化させ、試料１８と探針６との距
離をナノメートルオーダからサブオングストロームオー
ダの精度で一定に保ちながら、試料１８の被測定面を、
前記垂直方向に対して垂直な平面上に沿って移動させる
ことによって、試料１８の表面形状を測定することがで
きる。
微小変位信号を一定に保ちつつ、試料１８を保持してい
るＸＹＺスキャナ１９によって、試料１８の位置を前記
探針６と垂直方向に変化させ、試料１８と探針６との距
離をナノメートルオーダからサブオングストロームオー
ダの精度で一定に保ちながら、試料１８の被測定面を、
前記垂直方向に対して垂直な平面上に沿って移動させる
ことによって、試料１８の表面形状を測定することがで
きる。
【００５３】本発明の第２の実施例を図２に基づいて説
明する。
明する。
【００５４】図２において、図１の第１の実施例におけ
るプリズム４とレンズＢ５の位置を入れ換え、プリズム
４にカルサイトプリズム（ウォーラストンプリズムでも
可）を使用する以外は、図１の第１の実施例と同様なの
で説明を省略する。
るプリズム４とレンズＢ５の位置を入れ換え、プリズム
４にカルサイトプリズム（ウォーラストンプリズムでも
可）を使用する以外は、図１の第１の実施例と同様なの
で説明を省略する。
【００５５】本発明の第３の実施例を図３に基づいて説
明する。
明する。
【００５６】図３において、図１の第１の実施例におけ
る光源からの光を収束させるレンズＡ（凸レンズ）の代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡ（凹レン
ズ）を使用する以外は、図１の第１の実施例と同様なの
で説明を省略する。
る光源からの光を収束させるレンズＡ（凸レンズ）の代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡ（凹レン
ズ）を使用する以外は、図１の第１の実施例と同様なの
で説明を省略する。
【００５７】本発明の第４の実施例を図４に基づいて説
明する。
明する。
【００５８】図４において、図２の第２の実施例におけ
る光源からの光を収束させるレンズＡ（凸レンズ）の代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡ（凹レン
ズ）を使用する以外は、図２の第２の実施例と同様なの
で説明を省略する。
る光源からの光を収束させるレンズＡ（凸レンズ）の代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡ（凹レン
ズ）を使用する以外は、図２の第２の実施例と同様なの
で説明を省略する。
【図１】本発明の第１の実施例方法の動作原理を示す図
である。
である。
【図２】本発明の第２の実施例方法の動作原理を示す図
である。
である。
【図３】本発明の第３の実施例方法の動作原理を示す図
である。
である。
【図４】本発明の第４の実施例方法の動作原理を示す図
である。
である。
【図５】従来例方法の動作原理を示す図である。
１ 光源 ２ レンズＡ ３ ビームスプリッタ ４ プリズム ５ レンズＢ ６ 変位測定探針 ７ 探針ホルダ ８ 偏光ビームスプリッタ ９ 光検出器Ａ １０ 光検出器Ｂ １１ 減算器Ａ（信号処理回路） １２ 減算器Ｂ（信号処理回路） １３ 加算器Ａ（信号処理回路） １４ 加算器Ｂ（信号処理回路） １５ 除算器Ａ（信号処理回路） １６ 除算器Ｂ（信号処理回路） １７ 減算器Ｃ（信号処理回路） １８ 試料 １９ ＸＹＺスキャナ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光源から偏光方向が異なる２つのレーザ
光を射出させ、これらのレーザ光をレンズＡを通して一
旦収束させた後に発散させ、これらの発散光をビームス
プリッタに入射し、その透過光を光の偏光方向により分
離角が異なるプリズムを通して分離し、このプリズムで
分離した２つの測定光Ｐ、Ｓを、レンズＢを通して、微
小変位を検出する変位測定探針の先端付近に設けた反射
面上と探針ホルダ付近に設けた反射面上に分けて焦点を
結ぶように入射して反射させ、これらの反射した測定光
Ｐ、Ｓを、再度前記レンズＢと前記プリズムとを通し、
このプリズムからの測定光Ｐ、Ｓを、前記ビームスプリ
ッタを再度通すことによって、前記光源とは異なる方向
に反射させ、これらの測定光Ｐ、Ｓを、光の偏光方向に
より透過または反射する偏光ビームスプリッタを通して
分離し、この測定光Ｐの焦点位置を光検出器Ａで検出
し、この測定光Ｓの焦点位置を光検出器Ｂで検出し、前
記光検出器Ａと前記光検出器Ｂからの焦点位置信号を信
号処理回路で処理して、前記変位測定探針の微小変位を
測定することを特徴とする微小変位検出方法。 【請求項２】 光源から偏光方向が異なる２つのレーザ
光を射出させ、これらのレーザ光をレンズＡを通して一
旦収束させた後に発散させ、これらの発散光をビームス
プリッタに入射し、その透過光をレンズＢ及び光の偏光
方向により分離角が異なるプリズムを通して分離し、こ
のプリズムで分離した２つの測定光Ｐ、Ｓを、微小変位
を検出する変位測定探針の先端付近に設けた反射面上と
探針ホルダ付近に設けた反射面上に分けて焦点を結ぶよ
うに入射して反射させ、これらの反射した測定光Ｐ、Ｓ
を、再度前記プリズムと前記レンズＢとを通し、このレ
ンズＢからの測定光Ｐ、Ｓを、前記ビームスプリッタを
再度通すことによって、前記光源とは異なる方向に反射
させ、これらの測定光Ｐ、Ｓを、光の偏光方向により透
過または反射する偏光ビームスプリッタを通して分離
し、この測定光Ｐの焦点位置を光検出器Ａで検出し、こ
の測定光Ｓの焦点位置を光検出器Ｂで検出し、前記光検
出器Ａと前記光検出器Ｂからの焦点位置信号を信号処理
回路で処理して、前記変位測定探針の微小変位を測定す
ることを特徴とする微小変位検出方法。 【請求項３】 光源からの光を収束させるレンズＡの代
わりに、光源からの光を発散させるレンズＡを使用する
請求項１又は２に記載の微小変位検出方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03157268A JP3073268B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 微小変位検出方法 |
| US07/904,730 US5315373A (en) | 1991-06-28 | 1992-06-26 | Method of measuring a minute displacement |
| KR1019920011358A KR960013676B1 (ko) | 1991-06-28 | 1992-06-27 | 미소변위검출방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03157268A JP3073268B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 微小変位検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH055622A true JPH055622A (ja) | 1993-01-14 |
| JP3073268B2 JP3073268B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=15645946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03157268A Expired - Fee Related JP3073268B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 微小変位検出方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5315373A (ja) |
| JP (1) | JP3073268B2 (ja) |
| KR (1) | KR960013676B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101907443A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-12-08 | 清华大学 | 一种能量天平可动互感线圈的位移测量装置 |
| CN110326081A (zh) * | 2018-01-31 | 2019-10-11 | 可米卡仪器公司 | 从多角度输入原子探针样本的能量束 |
| CN111077437A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-04-28 | 天津市滨海新区军民融合创新研究院 | 一种辅助集成电路近场扫描仪精准定位的装置与方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4324983C2 (de) * | 1993-07-26 | 1996-07-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Akustisches Mikroskop |
| US5735028A (en) * | 1994-10-19 | 1998-04-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Processing apparatus with movable processing tool and processing method |
| JPH08122026A (ja) * | 1994-10-20 | 1996-05-17 | Nikon Corp | 微小段差測定方法 |
| US6455838B2 (en) | 1998-10-06 | 2002-09-24 | The Regents Of The University Of California | High sensitivity deflection sensing device |
| KR100444913B1 (ko) * | 2002-01-28 | 2004-08-21 | 한국과학기술원 | 변위측정센서 |
| CN1166914C (zh) * | 2002-05-31 | 2004-09-15 | 清华大学 | 频率分裂氦-氖激光回馈自混合非接触测微仪 |
| WO2009070108A1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-06-04 | Q-Sense Ab | Optical reflectometry setup |
| CN110595366B (zh) * | 2019-09-19 | 2021-06-22 | 南京邮电大学 | 一种二维光学位移传感器 |
| US11519935B2 (en) | 2020-08-18 | 2022-12-06 | Oxford Instruments Asylum Research, Inc. | Atomic force microscope |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4017188A (en) * | 1975-02-26 | 1977-04-12 | The Bendix Corporation | Surface profile measuring device and method |
| US5067817A (en) * | 1990-02-08 | 1991-11-26 | Bauer Associates, Inc. | Method and device for noncontacting self-referencing measurement of surface curvature and profile |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP03157268A patent/JP3073268B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-26 US US07/904,730 patent/US5315373A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-27 KR KR1019920011358A patent/KR960013676B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101907443A (zh) * | 2010-06-23 | 2010-12-08 | 清华大学 | 一种能量天平可动互感线圈的位移测量装置 |
| CN110326081A (zh) * | 2018-01-31 | 2019-10-11 | 可米卡仪器公司 | 从多角度输入原子探针样本的能量束 |
| CN110326081B (zh) * | 2018-01-31 | 2021-07-30 | 可米卡仪器公司 | 从多角度输入原子探针样本的能量束 |
| CN111077437A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-04-28 | 天津市滨海新区军民融合创新研究院 | 一种辅助集成电路近场扫描仪精准定位的装置与方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3073268B2 (ja) | 2000-08-07 |
| US5315373A (en) | 1994-05-24 |
| KR930000934A (ko) | 1993-01-16 |
| KR960013676B1 (ko) | 1996-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5580296B2 (ja) | プローブ検出システム | |
| US5408094A (en) | Atomic force microscope with light beam emission at predetermined angle | |
| JPH05256641A (ja) | カンチレバー変位検出装置 | |
| US8345260B2 (en) | Method of detecting a movement of a measuring probe and measuring instrument | |
| JPH055622A (ja) | 微小変位検出方法 | |
| KR940005986B1 (ko) | 미소변위 검출장치 | |
| JP2007248168A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| US8477319B2 (en) | Measuring apparatus | |
| JP2998333B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| KR101791669B1 (ko) | 듀얼 채널 산란형 근접장 주사광학 현미경 | |
| JPH02281103A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP4936541B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH04332805A (ja) | 微小変位検出装置 | |
| JP5100248B2 (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH05312561A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JP2000234994A (ja) | 走査プローブ顕微鏡におけるカンチレバー変位測定方法 | |
| JPH07159155A (ja) | 走査型プローブ顕微測定法および走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH0424501A (ja) | 形状測定装置 | |
| JPH03123805A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH0682250A (ja) | 原子間力顕微鏡 | |
| JPH0829434A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JPH0972924A (ja) | 走査型プローブ顕微鏡 | |
| JP2933678B2 (ja) | 面形状測定器 | |
| JPH04299210A (ja) | 原子間力顕微鏡の探針変位検出装置 | |
| JPH04296609A (ja) | 変位測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |