JPH0650733A - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
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- JPH0650733A JPH0650733A JP21964192A JP21964192A JPH0650733A JP H0650733 A JPH0650733 A JP H0650733A JP 21964192 A JP21964192 A JP 21964192A JP 21964192 A JP21964192 A JP 21964192A JP H0650733 A JPH0650733 A JP H0650733A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】一つの測定装置で、面内形状と面外形状を同時
に高精度で測定する測定装置を提供すること。 【構成】音響光学素子から強度分布が任意に設定でき、
周波数の異なる２ビーム光を発生させる。光ヘテロダイ
ン干渉計の構成で反射光信号の交流成分と直流成分を分
離検出する。交流信号の位相から面外形状を測定し、直
流信号の強度から面内形状を測定する。 【効果】面外、面内形状を簡素な構成の光学装置で同時
に検出できる。プローブ光として特有の強度分布のビー
ムが用いられるため、フレキシビリテイーに富んだ高精
度な測定ができる。
に高精度で測定する測定装置を提供すること。 【構成】音響光学素子から強度分布が任意に設定でき、
周波数の異なる２ビーム光を発生させる。光ヘテロダイ
ン干渉計の構成で反射光信号の交流成分と直流成分を分
離検出する。交流信号の位相から面外形状を測定し、直
流信号の強度から面内形状を測定する。 【効果】面外、面内形状を簡素な構成の光学装置で同時
に検出できる。プローブ光として特有の強度分布のビー
ムが用いられるため、フレキシビリテイーに富んだ高精
度な測定ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光走査を用いた表
面の面外、面内形状測定装置に関する。
面の面外、面内形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】精密に加工された被測定物の高さ方向の
変化である面外形状を１ｎｍ精度で測定すると共に、表
面に形成されたパターンの寸法、形状等の面内形状を１
０ｎｍ精度で測定するニーズが高まっている。表面粗さ
等の面外形状測定には光干渉を用いる方法が多く用いら
れており、微小な高さ変化を高精度に測定するには光ヘ
テロダイン干渉法が有効である。これは周波数の異なる
２つのレーザ光を干渉させて差の周波数のビート信号を
作成し、ビート信号の位相変化を１／５００波長程度の
分解能で検出して表面の高さ方向の変化を測定する。こ
の位相変化は２ビーム光の間の光路長の差に対応する。
この光ヘテロダイン干渉法のなかでも、音響光学素子を
２周波数成分の電気信号で駆動して周波数の異なる２ビ
ーム光を発生させ、２ビーム光の間の位相変化を検出す
る差動型ヘテロダイン干渉法は本願発明者により、特公
平３−４４２４３号公報の“光ヘテロダイン干渉法によ
る表面形状測定装置”に詳細に述べられている。
変化である面外形状を１ｎｍ精度で測定すると共に、表
面に形成されたパターンの寸法、形状等の面内形状を１
０ｎｍ精度で測定するニーズが高まっている。表面粗さ
等の面外形状測定には光干渉を用いる方法が多く用いら
れており、微小な高さ変化を高精度に測定するには光ヘ
テロダイン干渉法が有効である。これは周波数の異なる
２つのレーザ光を干渉させて差の周波数のビート信号を
作成し、ビート信号の位相変化を１／５００波長程度の
分解能で検出して表面の高さ方向の変化を測定する。こ
の位相変化は２ビーム光の間の光路長の差に対応する。
この光ヘテロダイン干渉法のなかでも、音響光学素子を
２周波数成分の電気信号で駆動して周波数の異なる２ビ
ーム光を発生させ、２ビーム光の間の位相変化を検出す
る差動型ヘテロダイン干渉法は本願発明者により、特公
平３−４４２４３号公報の“光ヘテロダイン干渉法によ
る表面形状測定装置”に詳細に述べられている。
【０００３】表面の面内形状測定には微小スポットに集
光したレーザ光を走査し、被測定物からの反射光強度変
化を検出する方法が多く用いられている。表面が反射率
の異なる複数の部材から構成されているとき、反射光強
度は反射率の分布に応じて変化する。この反射率の変化
による反射光強度の変化を演算して反射率が変化する境
界であるエッジを検出し、エッジ位置の変化からパター
ンの寸法、形状を測定している。
光したレーザ光を走査し、被測定物からの反射光強度変
化を検出する方法が多く用いられている。表面が反射率
の異なる複数の部材から構成されているとき、反射光強
度は反射率の分布に応じて変化する。この反射率の変化
による反射光強度の変化を演算して反射率が変化する境
界であるエッジを検出し、エッジ位置の変化からパター
ンの寸法、形状を測定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の光ヘテロダイン
干渉法による位相検出では表面の面外高さ方向の変化は
検出できるが、面内形状の変化は検出できない。それは
位相情報が高さ方向の光路長情報しか含んでいないため
である。また、反射光強度変化の検出方法では、逆に面
内形状変化は検出できても面外形状変化は検出できな
い。それは表面の高さ方向の変化が照射光の焦点深度内
にあるとき、反射光強度は高さ方向の変化に対して一定
の強度を保つためである。そのために面外、面内に変化
する形状を有する被測定物の面外、面内形状を一つの測
定装置で同時に測定することができないという問題点が
あり、測定目的に応じて別々の測定装置で測定してい
た。本発明は上記問題点を解決し、一つの測定装置で面
内、面外形状を同時に高精度に測定する新規な構成の測
定装置を実現することを目的とする。
干渉法による位相検出では表面の面外高さ方向の変化は
検出できるが、面内形状の変化は検出できない。それは
位相情報が高さ方向の光路長情報しか含んでいないため
である。また、反射光強度変化の検出方法では、逆に面
内形状変化は検出できても面外形状変化は検出できな
い。それは表面の高さ方向の変化が照射光の焦点深度内
にあるとき、反射光強度は高さ方向の変化に対して一定
の強度を保つためである。そのために面外、面内に変化
する形状を有する被測定物の面外、面内形状を一つの測
定装置で同時に測定することができないという問題点が
あり、測定目的に応じて別々の測定装置で測定してい
た。本発明は上記問題点を解決し、一つの測定装置で面
内、面外形状を同時に高精度に測定する新規な構成の測
定装置を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザ光源から放射されたレーザ光を音響
光学素子に入射させ、周波数が異なり合成強度分布が可
変できる２ビーム光を発生させて走査し、該２ビーム光
の一部の強度をビームスプリッターで反射させて第一の
受光器で検出して交流成分の参照光ビート信号を作成
し、前記ビームスプリッターを透過した２ビーム光を対
物レンズで微小スポットに集光して面外形状及び面内形
状が測定される被測定物に照射して走査し、該被測定物
からの反射光を前記ビームスプリッターで反射させて第
二の受光器で検出し、直流成分の反射光強度信号と交流
成分の反射光ビート信号を作成し、該反射光ビート信号
と前記参照光ビート信号の間の位相変化を位相比較器で
検出し、面外形状演算部で前記被測定物の高さ方向の面
外形状を測定すると共に、前記反射光強度信号の強度変
化から前記被測定物の面内形状を演算する面内形状演算
部を設け、面外形状と面内形状を測定するものである。
に本発明は、レーザ光源から放射されたレーザ光を音響
光学素子に入射させ、周波数が異なり合成強度分布が可
変できる２ビーム光を発生させて走査し、該２ビーム光
の一部の強度をビームスプリッターで反射させて第一の
受光器で検出して交流成分の参照光ビート信号を作成
し、前記ビームスプリッターを透過した２ビーム光を対
物レンズで微小スポットに集光して面外形状及び面内形
状が測定される被測定物に照射して走査し、該被測定物
からの反射光を前記ビームスプリッターで反射させて第
二の受光器で検出し、直流成分の反射光強度信号と交流
成分の反射光ビート信号を作成し、該反射光ビート信号
と前記参照光ビート信号の間の位相変化を位相比較器で
検出し、面外形状演算部で前記被測定物の高さ方向の面
外形状を測定すると共に、前記反射光強度信号の強度変
化から前記被測定物の面内形状を演算する面内形状演算
部を設け、面外形状と面内形状を測定するものである。
【０００６】
【作用】音響光学素子を２周波数成分ｆａ±ｆｍの電気
信号で駆動すると、周波数が異なり異なる方向に進行す
る２ビーム光が発生する。周波数ｆａは２ビーム光の回
折角度を制御し、周波数ｆｍは２ビーム光の分離角度を
制御する。この２ビーム光を音響光学素子により走査
し、微小スポットに集光した２ビーム光を被測定物面上
に照射して反射光を検出する。干渉した２ビーム光の反
射光信号は交流成分に直流成分が重畳された形で、各々
の成分を個別に検出する。交流信号により面外高さ方向
変化を検出し、直流信号の強度変化から面内形状変化を
検出する。このように、光ヘテロダイン干渉計の構成に
おいて同一の受光器で検出された反射光を分離検出する
ことで、光ヘテロダイン検出と反射光強度検出の２つの
動作を同一の光学装置で実現する。
信号で駆動すると、周波数が異なり異なる方向に進行す
る２ビーム光が発生する。周波数ｆａは２ビーム光の回
折角度を制御し、周波数ｆｍは２ビーム光の分離角度を
制御する。この２ビーム光を音響光学素子により走査
し、微小スポットに集光した２ビーム光を被測定物面上
に照射して反射光を検出する。干渉した２ビーム光の反
射光信号は交流成分に直流成分が重畳された形で、各々
の成分を個別に検出する。交流信号により面外高さ方向
変化を検出し、直流信号の強度変化から面内形状変化を
検出する。このように、光ヘテロダイン干渉計の構成に
おいて同一の受光器で検出された反射光を分離検出する
ことで、光ヘテロダイン検出と反射光強度検出の２つの
動作を同一の光学装置で実現する。
【０００７】前記の２ビーム光は周波数ｆｍにより２ビ
ーム光を構成する個々のビームのピーク強度間距離が任
意に設定でき、測定目的に応じてピーク強度間距離を設
定する。光ヘテロダイン干渉による面外形状測定では、
交流信号の位相変化から２ビーム光の間の光路長変化を
検出する。反射光強度検出では、２ビーム光の合成強度
分布、被測定物表面の反射率分布に応じた反射光強度が
検出される。この反射光強度変化を演算して反射率が変
化するエッジを検出する。エッジ位置の変化、エッジ間
を走査した２ビーム光の走査距離から形状、寸法を測定
する。
ーム光を構成する個々のビームのピーク強度間距離が任
意に設定でき、測定目的に応じてピーク強度間距離を設
定する。光ヘテロダイン干渉による面外形状測定では、
交流信号の位相変化から２ビーム光の間の光路長変化を
検出する。反射光強度検出では、２ビーム光の合成強度
分布、被測定物表面の反射率分布に応じた反射光強度が
検出される。この反射光強度変化を演算して反射率が変
化するエッジを検出する。エッジ位置の変化、エッジ間
を走査した２ビーム光の走査距離から形状、寸法を測定
する。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明の構成を示すブロック図であ
る。１０はレーザ光源で、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ、半
導体レーザ等から構成され、直線偏光を有するレーザ光
１００を放射する。１１は音響光学素子（以下のＡＯと
略記する）で、周波数ｆａの交流信号を発する第一の信
号源１１２と周波数ｆｍの交流信号を発する第二の信号
源１１４からの信号を入力とする音響光学素子ドライバ
ー１１０により駆動される。音響光学素子ドライバー１
１０は２周波数成分ｆａ±ｆｍを持つ駆動信号を作成し
てＡＯ１１を駆動し、ＡＯ１１から周波数が異なり、異
なる方向に進行する２ビーム光１２０、１２２を発生さ
せる。周波数ｆｍは２ビーム光１２０、１２２の間の分
離角度を制御し、周波数ｆａは２ビーム光の回折角度を
制御する。ＡＯ１１から発せられた２ビーム光１２０、
１２２はビームスプリッター１２により２つの方向に分
割される。
説明する。図１は本発明の構成を示すブロック図であ
る。１０はレーザ光源で、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ、半
導体レーザ等から構成され、直線偏光を有するレーザ光
１００を放射する。１１は音響光学素子（以下のＡＯと
略記する）で、周波数ｆａの交流信号を発する第一の信
号源１１２と周波数ｆｍの交流信号を発する第二の信号
源１１４からの信号を入力とする音響光学素子ドライバ
ー１１０により駆動される。音響光学素子ドライバー１
１０は２周波数成分ｆａ±ｆｍを持つ駆動信号を作成し
てＡＯ１１を駆動し、ＡＯ１１から周波数が異なり、異
なる方向に進行する２ビーム光１２０、１２２を発生さ
せる。周波数ｆｍは２ビーム光１２０、１２２の間の分
離角度を制御し、周波数ｆａは２ビーム光の回折角度を
制御する。ＡＯ１１から発せられた２ビーム光１２０、
１２２はビームスプリッター１２により２つの方向に分
割される。
【０００９】ビームスプリッター１２で反射された２０
％程度の強度を持つ２ビーム光は第一の受光器１３で検
出され、交流成分の参照光ビート信号１３０が作成され
る。ビームスプリッター１２を透過した２ビーム光は対
物レンズ１４で集光され、面外及び面内形状が測定され
る被測定物１５に照射され、その面上を走査する。被測
定物１５で反射した２ビーム光はビームスプリッター１
２で反射されて第二の受光器１６で検出され、直流成分
を持つ反射光強度信号１６２及び交流成分を持つ反射光
ビート信号１６４に分離される。１７は位相比較器で、
参照光ビート信号１３０と反射光ビート信号１６４の間
の位相差を検出する。このとき、参照光ビート信号１３
０の位相は一定であるが、反射光ビート信号１６４の位
相は被測定物１５の面上での２ビーム光の間の光路差に
応じて変化する。従って位相比較器１７で検出された位
相データは被測定物１５の表面高さ変化に対応する。１
８は面外形状演算部で、走査の一周期で検出された位相
データを記憶し、その位相データを演算処理して面外形
状を判定する。
％程度の強度を持つ２ビーム光は第一の受光器１３で検
出され、交流成分の参照光ビート信号１３０が作成され
る。ビームスプリッター１２を透過した２ビーム光は対
物レンズ１４で集光され、面外及び面内形状が測定され
る被測定物１５に照射され、その面上を走査する。被測
定物１５で反射した２ビーム光はビームスプリッター１
２で反射されて第二の受光器１６で検出され、直流成分
を持つ反射光強度信号１６２及び交流成分を持つ反射光
ビート信号１６４に分離される。１７は位相比較器で、
参照光ビート信号１３０と反射光ビート信号１６４の間
の位相差を検出する。このとき、参照光ビート信号１３
０の位相は一定であるが、反射光ビート信号１６４の位
相は被測定物１５の面上での２ビーム光の間の光路差に
応じて変化する。従って位相比較器１７で検出された位
相データは被測定物１５の表面高さ変化に対応する。１
８は面外形状演算部で、走査の一周期で検出された位相
データを記憶し、その位相データを演算処理して面外形
状を判定する。
【００１０】１９は面内形状演算部で、走査の一周期で
検出された直流の反射光強度を記憶し、反射光強度変化
を演算して面内形状を測定する。２ビーム光の走査は例
えば０．０１μｍステップで行い、各走査位置毎に反射
光信号を検出する。反射光強度は被測定物１５の面上を
走査する２ビーム光の強度分布及び被測定物１５の表面
の反射率分布に応じて変化する。この反射光強度変化を
差分（微分）処理して差分強度変化のピーク位置から反
射率が変化する境界であるエッジ位置を検出することに
より、被測定物１５の面内形状変化を検出する。
検出された直流の反射光強度を記憶し、反射光強度変化
を演算して面内形状を測定する。２ビーム光の走査は例
えば０．０１μｍステップで行い、各走査位置毎に反射
光信号を検出する。反射光強度は被測定物１５の面上を
走査する２ビーム光の強度分布及び被測定物１５の表面
の反射率分布に応じて変化する。この反射光強度変化を
差分（微分）処理して差分強度変化のピーク位置から反
射率が変化する境界であるエッジ位置を検出することに
より、被測定物１５の面内形状変化を検出する。
【００１１】次に反射光検出について説明する。２ビー
ム光１２０、１２２の振幅をＡ１、Ａ２、周波数をｆ
１、ｆ２、位相をφ１、φ２としたとき、２ビーム光を
干渉させると、強度Ｉが、Ｉ＝Ａ１2 ＋Ａ２2 ＋２Ａ１
Ａ２ｃｏｓ（Δｆｔ＋Δφ）で表される反射光信号が検
出される。直流成分はＡ１2 ＋Ａ２2 で、反射光強度に
対応する。従来のヘテロダイン干渉では、この直流成分
は単なるバイアス項として計測には不用とみなされてい
たが、２ビーム光が照射された位置での表面反射率に応
じて反射光強度が変化するため、表面の面内形状に有効
な情報を与える。交流成分は２Ａ１Ａ２ｃｏｓ（Δｆｔ
＋Δφ）で、周波数は２ｆｍである。このビート信号の
位相検出では、振幅２Ａ１Ａ２の影響を受けないため、
表面の面内分布に依存しないで高さ変化が検出できる。
ム光１２０、１２２の振幅をＡ１、Ａ２、周波数をｆ
１、ｆ２、位相をφ１、φ２としたとき、２ビーム光を
干渉させると、強度Ｉが、Ｉ＝Ａ１2 ＋Ａ２2 ＋２Ａ１
Ａ２ｃｏｓ（Δｆｔ＋Δφ）で表される反射光信号が検
出される。直流成分はＡ１2 ＋Ａ２2 で、反射光強度に
対応する。従来のヘテロダイン干渉では、この直流成分
は単なるバイアス項として計測には不用とみなされてい
たが、２ビーム光が照射された位置での表面反射率に応
じて反射光強度が変化するため、表面の面内形状に有効
な情報を与える。交流成分は２Ａ１Ａ２ｃｏｓ（Δｆｔ
＋Δφ）で、周波数は２ｆｍである。このビート信号の
位相検出では、振幅２Ａ１Ａ２の影響を受けないため、
表面の面内分布に依存しないで高さ変化が検出できる。
【００１２】図１に示した本発明による表面形状測定装
置を構成する、２ビーム光走査を行う光学系の構成例を
示す。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源から放射されたレーザ光１
００はシリンドリカルレンズ２１と凸レンズ２２の組合
せにより、紙面に平行な面内に広がりを持ち、紙面に垂
直な面内に集光するシート状ビームに変換されてＡＯ１
１に照射される。シート状ビームを用いるのはＡＯ１１
の回折効率を上げるためである。ＡＯ１１からは２ビー
ム光１２０、１２２が発生し、Ｘ軸方向に走査される。
シート状の形状を有する２ビーム光は凸レンズ２３、シ
リンドリカルレンズ２４で再び円形ビームに変換され
る。なお、シリンドリカルレンズ２４の屈折面はＹ軸方
向になるように設定する。円形ビームに変換される集光
点２００の位置で０次回折光をカットし、回折１次光の
みを通過させる。
置を構成する、２ビーム光走査を行う光学系の構成例を
示す。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源から放射されたレーザ光１
００はシリンドリカルレンズ２１と凸レンズ２２の組合
せにより、紙面に平行な面内に広がりを持ち、紙面に垂
直な面内に集光するシート状ビームに変換されてＡＯ１
１に照射される。シート状ビームを用いるのはＡＯ１１
の回折効率を上げるためである。ＡＯ１１からは２ビー
ム光１２０、１２２が発生し、Ｘ軸方向に走査される。
シート状の形状を有する２ビーム光は凸レンズ２３、シ
リンドリカルレンズ２４で再び円形ビームに変換され
る。なお、シリンドリカルレンズ２４の屈折面はＹ軸方
向になるように設定する。円形ビームに変換される集光
点２００の位置で０次回折光をカットし、回折１次光の
みを通過させる。
【００１３】集光点２００から円形の発散光として進行
する２ビーム光はビームスプリッター１２で一部の強度
（〜２０％）が反射され、凸レンズ２５で集光されて第
一の受光器１３で検出されて参照光ビート信号１３０を
発生する。なお、レーザ光源１０から放射されるレーザ
光１００が直線偏光であるときは、ビームスプリッター
１２は偏光タイプとする。ビームスプリッター１２を透
過した２ビーム光は凸レンズ２６でコリメートされ、１
／４波長板２７を透過し、対物レンズ１４で微小スポッ
トに集光されて被測定物１５に照射されると共にその面
上を走査する。被測定物１５で反射された反射光はビー
ムスプリッター１２で反射され、凸レンズ２８で集光さ
れて第二の受光器１６で検出され、交流ビート信号１６
４と直流反射光強度信号１６２を発生する。以上の構成
の光学系により２ビーム光の走査と共に、参照光と反射
光信号を作成する。本発明で用いるＡＯ１１の回折角度
の変化は３．２５ｍｒａｄで、回折角度を１／２０００
分割して駆動することにより、０．０１μｍステップで
の走査が可能になる。
する２ビーム光はビームスプリッター１２で一部の強度
（〜２０％）が反射され、凸レンズ２５で集光されて第
一の受光器１３で検出されて参照光ビート信号１３０を
発生する。なお、レーザ光源１０から放射されるレーザ
光１００が直線偏光であるときは、ビームスプリッター
１２は偏光タイプとする。ビームスプリッター１２を透
過した２ビーム光は凸レンズ２６でコリメートされ、１
／４波長板２７を透過し、対物レンズ１４で微小スポッ
トに集光されて被測定物１５に照射されると共にその面
上を走査する。被測定物１５で反射された反射光はビー
ムスプリッター１２で反射され、凸レンズ２８で集光さ
れて第二の受光器１６で検出され、交流ビート信号１６
４と直流反射光強度信号１６２を発生する。以上の構成
の光学系により２ビーム光の走査と共に、参照光と反射
光信号を作成する。本発明で用いるＡＯ１１の回折角度
の変化は３．２５ｍｒａｄで、回折角度を１／２０００
分割して駆動することにより、０．０１μｍステップで
の走査が可能になる。
【００１４】図３に本発明による面外形状、面内形状の
測定例を示す。図３（ａ）に被測定物１５として磁気ヘ
ッドのギャップを示す。３０はトラック部、３１はギャ
ップ部で、磁気情報の書き込み、読み出し動作に重要で
ある。トラック部３０とギャップ部３１は異なる材質で
構成され、表面を研磨加工するときギャップ部３１はト
ラック３０の面から数１０ｎｍ程度くぼんでくる。くぼ
み段差は磁気特性に大きな影響を持つため、面外方向へ
の変化であるギャップくぼみ段差の測定が重要である。
また、ギャップ３１の面内方向の幅は０．５μｍ程度の
寸法で、磁気特性に影響を持つためギャップ寸法測定も
重要である。この磁気ヘッド面上を２ビーム光３２、３
３を走査する。２ビーム光３２、３３のピーク強度間距
離を、個々のビームのスポット径程度の距離だけ離して
走査する。本発明では、ギャップくぼみ段差測定とギャ
ップ幅測定が同時に可能である。
測定例を示す。図３（ａ）に被測定物１５として磁気ヘ
ッドのギャップを示す。３０はトラック部、３１はギャ
ップ部で、磁気情報の書き込み、読み出し動作に重要で
ある。トラック部３０とギャップ部３１は異なる材質で
構成され、表面を研磨加工するときギャップ部３１はト
ラック３０の面から数１０ｎｍ程度くぼんでくる。くぼ
み段差は磁気特性に大きな影響を持つため、面外方向へ
の変化であるギャップくぼみ段差の測定が重要である。
また、ギャップ３１の面内方向の幅は０．５μｍ程度の
寸法で、磁気特性に影響を持つためギャップ寸法測定も
重要である。この磁気ヘッド面上を２ビーム光３２、３
３を走査する。２ビーム光３２、３３のピーク強度間距
離を、個々のビームのスポット径程度の距離だけ離して
走査する。本発明では、ギャップくぼみ段差測定とギャ
ップ幅測定が同時に可能である。
【００１５】図３（ｂ）はギャップくぼみ測定における
位相検出例を示す。波形３５は２ビーム光を上記ヘッド
上を走査したとき検出される交流信号の位相変化で、ト
ラック３０とギャップ３１の段差が生じる位置３５０及
び３５２で位相変化が最大になる。これは２ビーム光の
間の光路差が段差部で最大になるためである。このと
き、一方のビームはトラック３０の面上にあり、他方の
ビームはギャップ３１に照射されている。この位相変化
Δφと光路差Δｈはλをレーザ光の波長として、Δｈ＝
λΔφ／４πの関係にある。従って基準となるトラック
３０での位相に対する位置３５０、３５２の位相の変化
からギャップくぼみ段差の測定が行える。
位相検出例を示す。波形３５は２ビーム光を上記ヘッド
上を走査したとき検出される交流信号の位相変化で、ト
ラック３０とギャップ３１の段差が生じる位置３５０及
び３５２で位相変化が最大になる。これは２ビーム光の
間の光路差が段差部で最大になるためである。このと
き、一方のビームはトラック３０の面上にあり、他方の
ビームはギャップ３１に照射されている。この位相変化
Δφと光路差Δｈはλをレーザ光の波長として、Δｈ＝
λΔφ／４πの関係にある。従って基準となるトラック
３０での位相に対する位置３５０、３５２の位相の変化
からギャップくぼみ段差の測定が行える。
【００１６】図３（ｃ）にギャップ幅測定における反射
光強度検出例を示す。波形３７は２ビーム光をヘッド上
で走査したとき得られる反射光強度パターン信号で、走
査の一周期で得られる反射光の直流成分の変化を表す。
トラック３０の反射率Ｒｔがギャップ３１の反射率Ｒｇ
よりも大きい場合に波形３７はＷ型の形状を示し、２つ
の点で極大強度Ｖｍ及び極小強度Ｖｃを有する。この極
値強度Ｖｍ、Ｖｃを検出し、互いの強度の相関からギャ
ップ３１の寸法を測定する。なお、寸法測定と共にギャ
ップ３１の反射率の変化も測定できる。このようなＷ型
パターンは２ビーム光を用いることによってのみ得られ
る。Ｗ型パターンからの寸法算出については本願発明者
により特願昭６２−２２９８２号公報に詳細に記述され
ている。
光強度検出例を示す。波形３７は２ビーム光をヘッド上
で走査したとき得られる反射光強度パターン信号で、走
査の一周期で得られる反射光の直流成分の変化を表す。
トラック３０の反射率Ｒｔがギャップ３１の反射率Ｒｇ
よりも大きい場合に波形３７はＷ型の形状を示し、２つ
の点で極大強度Ｖｍ及び極小強度Ｖｃを有する。この極
値強度Ｖｍ、Ｖｃを検出し、互いの強度の相関からギャ
ップ３１の寸法を測定する。なお、寸法測定と共にギャ
ップ３１の反射率の変化も測定できる。このようなＷ型
パターンは２ビーム光を用いることによってのみ得られ
る。Ｗ型パターンからの寸法算出については本願発明者
により特願昭６２−２２９８２号公報に詳細に記述され
ている。
【００１７】以上の測定例では、２ビーム光の合成強度
分布を適当に設定して走査し、反射光信号の交流成分と
直流成分を同時に検出することにより、面外形状と面内
形状を同時に測定する例を示した。測定目的に応じて２
ビーム光の合成強度分布を設定し、反射光の交流信号、
直流信号を個別に検出すれば面外、面内形状のいずれか
を個別に測定することもできる。
分布を適当に設定して走査し、反射光信号の交流成分と
直流成分を同時に検出することにより、面外形状と面内
形状を同時に測定する例を示した。測定目的に応じて２
ビーム光の合成強度分布を設定し、反射光の交流信号、
直流信号を個別に検出すれば面外、面内形状のいずれか
を個別に測定することもできる。
【００１８】
【発明の効果】上記のごとく本発明によれば、光ヘテロ
ダイン干渉計をベースとする光学装置で、反射光の交流
成分と直流成分を分離して検出することにより、面外形
状、面内形状を同一光学装置で同時に測定することがで
きる。音響光学素子を用いることにより、２ビーム光の
合成強度分布を任意に設定することができると共に、２
ビーム光を精密に走査することができ、フレキシビリテ
イーのある精密な測定が可能である。反射光強度信号の
データ処理は簡素な処理でよいため、簡素な構成の演算
処理部でリアルタイム的な測定ができる。また、被測定
物に照射される２ビーム光は互いにほぼ同一の光路をた
どるため、外乱の影響を受けにくく安定な測定が可能
で、生産ラインでのインライン計測に適している。
ダイン干渉計をベースとする光学装置で、反射光の交流
成分と直流成分を分離して検出することにより、面外形
状、面内形状を同一光学装置で同時に測定することがで
きる。音響光学素子を用いることにより、２ビーム光の
合成強度分布を任意に設定することができると共に、２
ビーム光を精密に走査することができ、フレキシビリテ
イーのある精密な測定が可能である。反射光強度信号の
データ処理は簡素な処理でよいため、簡素な構成の演算
処理部でリアルタイム的な測定ができる。また、被測定
物に照射される２ビーム光は互いにほぼ同一の光路をた
どるため、外乱の影響を受けにくく安定な測定が可能
で、生産ラインでのインライン計測に適している。
【図１】本発明の動作を説明するシステムブロック図で
ある。
ある。
【図２】本発明に適用される２ビーム光走査を行う走査
光学系の構成例である。
光学系の構成例である。
【図３】本発明の測定例を示す図で、（ａ）は被測定物
の構成例、（ｂ）は位相検出の例、（ｃ）は反射光強度
パターンの例である。
の構成例、（ｂ）は位相検出の例、（ｃ）は反射光強度
パターンの例である。
１０ レーザ光源 １１ 音響光学素子 １３ 第一の受光器 １６ 第二の受光器 １７ 位相比較器 １８ 面外形状演算部 １９ 面内形状演算部 １３０ 参照光ビート信号 １６２ 反射光強度信号 １６４ 反射光ビート信号
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ光源から放射されたレーザ光を音
響光学素子に入射させ、周波数が異なり合成強度分布が
可変できる２ビーム光を発生させて走査し、該２ビーム
光の一部の強度をビームスプリッターで反射させ、第一
の受光器で検出して交流成分の参照光ビート信号を作成
し、前記ビームスプリッターを透過した２ビーム光を対
物レンズで微小スポットに集光して面外形状及び面内形
状が測定される被測定物に照射して走査し、該被測定物
からの反射光を前記ビームスプリッターで反射させて第
二の受光器で検出し、直流成分の反射光強度信号と交流
成分の反射光ビート信号を作成し、該反射光ビート信号
と前記参照光ビート信号の間の位相変化を位相比較器で
検出し、面外形状演算部で前記被測定物の高さ方向の面
外形状を測定すると共に、前記反射光強度信号の強度変
化から前記被測定物の面内形状を演算する面内形状演算
部を設け、面外形状と面内形状を測定することを特徴と
する表面形状測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21964192A JP3310022B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 表面形状測定装置 |
| US08/077,738 US5481360A (en) | 1992-06-19 | 1993-06-18 | Optical device for measuring surface shape |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21964192A JP3310022B2 (ja) | 1992-07-28 | 1992-07-28 | 表面形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0650733A true JPH0650733A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3310022B2 JP3310022B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=16738716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21964192A Expired - Fee Related JP3310022B2 (ja) | 1992-06-19 | 1992-07-28 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3310022B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001343222A (ja) * | 2000-06-05 | 2001-12-14 | Canon Inc | 三次元形状計測方法及び装置 |
| JP2014071432A (ja) * | 2012-10-02 | 2014-04-21 | Astro Design Inc | レーザー走査顕微鏡装置 |
-
1992
- 1992-07-28 JP JP21964192A patent/JP3310022B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001343222A (ja) * | 2000-06-05 | 2001-12-14 | Canon Inc | 三次元形状計測方法及び装置 |
| JP4536873B2 (ja) * | 2000-06-05 | 2010-09-01 | キヤノン株式会社 | 三次元形状計測方法及び装置 |
| JP2014071432A (ja) * | 2012-10-02 | 2014-04-21 | Astro Design Inc | レーザー走査顕微鏡装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3310022B2 (ja) | 2002-07-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |