JPH07229720A - ３次元形状測定装置 - Google Patents
３次元形状測定装置Info
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- JPH07229720A JPH07229720A JP2233294A JP2233294A JPH07229720A JP H07229720 A JPH07229720 A JP H07229720A JP 2233294 A JP2233294 A JP 2233294A JP 2233294 A JP2233294 A JP 2233294A JP H07229720 A JPH07229720 A JP H07229720A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】微細な凹凸パターンの３次元形状を高速に測定
する。 【構成】この３次元形状測定装置は、２波長レーザ光１
を出射する２波長レーザ光源２と、この２波長レーザ光
１を試料４上に集光する色収差対物レンズ５と、２波長
レーザ光１を偏向させる光走査ユニット６とを備える。
また、ハーフミラー７で分離された２波長レーザ光１を
集光する色消し集光レンズ８と、この色消し集光レンズ
８の焦点位置に置かれているピンホール９と、このピン
ホール９を通過する光を各各の波長成分毎に検出する分
光センサ１０と、この分光センサ１０から出力される各
各の波長域の光強度から試料４の光軸方向の高さを測定
する高さ検出回路１４とを備える。
する。 【構成】この３次元形状測定装置は、２波長レーザ光１
を出射する２波長レーザ光源２と、この２波長レーザ光
１を試料４上に集光する色収差対物レンズ５と、２波長
レーザ光１を偏向させる光走査ユニット６とを備える。
また、ハーフミラー７で分離された２波長レーザ光１を
集光する色消し集光レンズ８と、この色消し集光レンズ
８の焦点位置に置かれているピンホール９と、このピン
ホール９を通過する光を各各の波長成分毎に検出する分
光センサ１０と、この分光センサ１０から出力される各
各の波長域の光強度から試料４の光軸方向の高さを測定
する高さ検出回路１４とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３次元形状測定装置に関
し、特に半導体電子部品などの微細加工の３次元形状測
定に適用可能な３次元形状測定装置に関する。
し、特に半導体電子部品などの微細加工の３次元形状測
定に適用可能な３次元形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の３次元形状測定装置には
共焦点型レーザ走査顕微鏡があり、すでに多くのメーカ
が商品化をしている。この共焦点型レーザ走査顕微鏡
は、例えば精密工学会誌−５７−７，１９９１−０７−
１１６９に示されるように、合焦点面からの光のみが検
出されるという光学的特性から光軸方向の画像選択性が
非常に高いため、各各の焦点面での画像をコンピュータ
処理することによって、観察物の３次元形状を再構築す
ることができる。これは原理的には、共焦点型顕微鏡に
対し試料を光軸方向に走査して得られる画像を順次取り
込み、面内の各各の点について検出される光強度が最大
となる焦点面位置を試料の高さとすることにより３次元
形状を得ている。
共焦点型レーザ走査顕微鏡があり、すでに多くのメーカ
が商品化をしている。この共焦点型レーザ走査顕微鏡
は、例えば精密工学会誌−５７−７，１９９１−０７−
１１６９に示されるように、合焦点面からの光のみが検
出されるという光学的特性から光軸方向の画像選択性が
非常に高いため、各各の焦点面での画像をコンピュータ
処理することによって、観察物の３次元形状を再構築す
ることができる。これは原理的には、共焦点型顕微鏡に
対し試料を光軸方向に走査して得られる画像を順次取り
込み、面内の各各の点について検出される光強度が最大
となる焦点面位置を試料の高さとすることにより３次元
形状を得ている。
【０００３】さらに、この種の共焦点型走査顕微鏡に
は、特開平１−１８８８１６号公報に示されているよう
な、多波長光源を使用し試料の反射分光特性を測定可能
とした分光型走査顕微鏡がある。
は、特開平１−１８８８１６号公報に示されているよう
な、多波長光源を使用し試料の反射分光特性を測定可能
とした分光型走査顕微鏡がある。
【０００４】図５はこの分光型走査顕微鏡の一例を示す
構成図である。図５を参照すると、多波長光源２１から
出射した多波長光２２はハーフミラー２３により反射さ
れ、色消しレンズ２４へ向かう。多波長光２２は色消し
レンズ２４で試料２５上に集光され、試料２５面上で反
射される。試料２５から反射される多波長光２２は色消
しレンズ２４およびハーフミラー２３を通過し、ピンホ
ール２６上に集光される。ここでピンホール２６は共焦
点系を構成するためのものである。ピンホール２６を通
過する多波長光２２は色収差レンズ２７とステージ２８
によって光軸上を移動し得るピンホール２９との作用に
より分光される。すなわち、色収差レンズ２７では焦点
距離が波長によって異なるため、色収差レンズ２７によ
って集光される多波長光２２の焦点位置は波長により光
軸方向にずれるので、ピンホール２９の位置により多波
長光２２を分光することができる。ピンホール２９を通
過する光は光検出器３０により検出される。試料２５を
ステージ３１により走査しながら光検出器３０の信号を
得れば、表示装置３２は試料２５表面の分光特性を表示
できる。
構成図である。図５を参照すると、多波長光源２１から
出射した多波長光２２はハーフミラー２３により反射さ
れ、色消しレンズ２４へ向かう。多波長光２２は色消し
レンズ２４で試料２５上に集光され、試料２５面上で反
射される。試料２５から反射される多波長光２２は色消
しレンズ２４およびハーフミラー２３を通過し、ピンホ
ール２６上に集光される。ここでピンホール２６は共焦
点系を構成するためのものである。ピンホール２６を通
過する多波長光２２は色収差レンズ２７とステージ２８
によって光軸上を移動し得るピンホール２９との作用に
より分光される。すなわち、色収差レンズ２７では焦点
距離が波長によって異なるため、色収差レンズ２７によ
って集光される多波長光２２の焦点位置は波長により光
軸方向にずれるので、ピンホール２９の位置により多波
長光２２を分光することができる。ピンホール２９を通
過する光は光検出器３０により検出される。試料２５を
ステージ３１により走査しながら光検出器３０の信号を
得れば、表示装置３２は試料２５表面の分光特性を表示
できる。
【０００５】図５に示した従来の分光型走査顕微鏡は共
焦点光学系が用いられているため、上述の単色光のレー
ザ走査顕微鏡と同様に光軸方向分解能が非常に高いの
で、光軸方向の断面観察が可能であり、同様の原理で３
次元形状を測定することも可能である。
焦点光学系が用いられているため、上述の単色光のレー
ザ走査顕微鏡と同様に光軸方向分解能が非常に高いの
で、光軸方向の断面観察が可能であり、同様の原理で３
次元形状を測定することも可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の走査顕微
鏡は、１回の画像取り込みで１つの焦点面の画像しか得
られないために、光学的な断面観察を利用して３次元形
状を測定するには数多くの画像を入力しなければならな
いので、測定に時間がかかる。
鏡は、１回の画像取り込みで１つの焦点面の画像しか得
られないために、光学的な断面観察を利用して３次元形
状を測定するには数多くの画像を入力しなければならな
いので、測定に時間がかかる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元形状測定
装置は、複数の波長を含む光を投光する光源と、この光
源から投光される光を被測定物近傍に焦点を結ぶように
集光する色収差を有する色収差対物レンズと、前記被測
定物表面で反射し前記色収差対物レンズを通過する光を
集光する色収差補正の施されている色消しレンズと、こ
の色消しレンズの集光スポット位置に配置されているピ
ンホールと、このピンホールを通過する光を分光し各各
の波長域ごとの光強度を測定する分光器と、この分光器
から出力される各各の波長域の光強度から前記被測定物
の光軸方向の高さを測定する高さ演算回路と、前記色収
差対物レンズの前記集光スポット点と前記被測定物とを
相対的に走査せしめる走査手段とを備える。
装置は、複数の波長を含む光を投光する光源と、この光
源から投光される光を被測定物近傍に焦点を結ぶように
集光する色収差を有する色収差対物レンズと、前記被測
定物表面で反射し前記色収差対物レンズを通過する光を
集光する色収差補正の施されている色消しレンズと、こ
の色消しレンズの集光スポット位置に配置されているピ
ンホールと、このピンホールを通過する光を分光し各各
の波長域ごとの光強度を測定する分光器と、この分光器
から出力される各各の波長域の光強度から前記被測定物
の光軸方向の高さを測定する高さ演算回路と、前記色収
差対物レンズの前記集光スポット点と前記被測定物とを
相対的に走査せしめる走査手段とを備える。
【０００８】また、本発明の３次元形状測定装置は、前
記被測定物によって反射され前記色収差対物レンズを通
過する光を前記色消しレンズを通過する前に分光し各各
の波長域ごとの光強度を測定する補正用分光器と、前記
分光器出力と前記補正用分光器出力との比を各各の波長
域毎に計算し各各の波長域毎の光強度を補正する光強度
補正回路と、この光強度補正回路から出力される各各の
波長域毎の補正されている光強度から前記被測定物の光
軸方向の高さを測定する高さ検出回路とを備えることを
特徴とする。
記被測定物によって反射され前記色収差対物レンズを通
過する光を前記色消しレンズを通過する前に分光し各各
の波長域ごとの光強度を測定する補正用分光器と、前記
分光器出力と前記補正用分光器出力との比を各各の波長
域毎に計算し各各の波長域毎の光強度を補正する光強度
補正回路と、この光強度補正回路から出力される各各の
波長域毎の補正されている光強度から前記被測定物の光
軸方向の高さを測定する高さ検出回路とを備えることを
特徴とする。
【０００９】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１
を参照すると、この実施例の３次元形状測定装置は、２
波長レーザ光１を出射する２波長レーザ光源２と、２波
長レーザ光１のビーム形状を成形するビーム成形器３
と、このビーム成形器３で成形される２波長レーザ光１
を試料４面近傍に集光せしめる色収差を有する色収差対
物レンズ５と、ビーム成形器３と色収差対物レンズ５と
の間の光路上に配置され２波長レーザ光１を偏向させて
色収差対物レンズ５で形成される集光スポットを試料４
上で走査させる光走査ユニット６と、ビーム成形器３と
光走査ユニット６との間の光路中に配置され試料４面で
反射され色収差対物レンズ５および光走査ユニット６を
再び通過する２波長レーザ光１を反射し光路を分離する
ハーフミラー７と、このハーフミラー７で分離される２
波長レーザ光１を集光する色収差補正の施されている色
消し集光レンズ８と、この色消し集光レンズ８の焦点位
置に配置されるピンホール９と、このピンホール９を通
過する２波長レーザ光１を長波長成分と短波長成分とに
分離し各各のレーザ光強度を測定する分光センサ１０
と、ハーフミラー７と色消し集光レンズ８との間の光路
中に配置されハーフミラー７で分離される２波長レーザ
光１の一部を反射し分離するミラー１１と、このミラー
１１で分離される２波長レーザ光１を長波長成分と短波
長成分とに分離し各各のレーザ光強度を測定する分光セ
ンサ１２と、分光センサ１０から出力される長波長成分
レーザ光強度と短波長成分レーザ光強度とを分光センサ
１２から出力される長波長成分レーザ光強度と短波長成
分レーザ光強度とでそれぞれ割り各各のレーザ光強度を
補正する光強度補正回路１３１および１３２と、この光
強度補正回路１３１および１３２から出力される補正さ
れた長波長成分レーザ光強度と短波長成分レーザ光強度
とから２波長レーザ光１が照射されている試料４の光軸
方向の高さを演算する高さ検出回路１４とを含んで構成
される。
る。図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１
を参照すると、この実施例の３次元形状測定装置は、２
波長レーザ光１を出射する２波長レーザ光源２と、２波
長レーザ光１のビーム形状を成形するビーム成形器３
と、このビーム成形器３で成形される２波長レーザ光１
を試料４面近傍に集光せしめる色収差を有する色収差対
物レンズ５と、ビーム成形器３と色収差対物レンズ５と
の間の光路上に配置され２波長レーザ光１を偏向させて
色収差対物レンズ５で形成される集光スポットを試料４
上で走査させる光走査ユニット６と、ビーム成形器３と
光走査ユニット６との間の光路中に配置され試料４面で
反射され色収差対物レンズ５および光走査ユニット６を
再び通過する２波長レーザ光１を反射し光路を分離する
ハーフミラー７と、このハーフミラー７で分離される２
波長レーザ光１を集光する色収差補正の施されている色
消し集光レンズ８と、この色消し集光レンズ８の焦点位
置に配置されるピンホール９と、このピンホール９を通
過する２波長レーザ光１を長波長成分と短波長成分とに
分離し各各のレーザ光強度を測定する分光センサ１０
と、ハーフミラー７と色消し集光レンズ８との間の光路
中に配置されハーフミラー７で分離される２波長レーザ
光１の一部を反射し分離するミラー１１と、このミラー
１１で分離される２波長レーザ光１を長波長成分と短波
長成分とに分離し各各のレーザ光強度を測定する分光セ
ンサ１２と、分光センサ１０から出力される長波長成分
レーザ光強度と短波長成分レーザ光強度とを分光センサ
１２から出力される長波長成分レーザ光強度と短波長成
分レーザ光強度とでそれぞれ割り各各のレーザ光強度を
補正する光強度補正回路１３１および１３２と、この光
強度補正回路１３１および１３２から出力される補正さ
れた長波長成分レーザ光強度と短波長成分レーザ光強度
とから２波長レーザ光１が照射されている試料４の光軸
方向の高さを演算する高さ検出回路１４とを含んで構成
される。
【００１０】次にこの実施例の３次元形状測定装置の動
作について説明する。２波長レーザ光源２から出射され
る２波長レーザ光１は、色収差対物レンズ５によって所
定のビーム径に集光させるために、ビーム成形器３によ
って適当なビーム径に成形される。ここで２波長レーザ
光１に含まれる長波長成分および短波長成分ともに同様
にビーム成形されなければならないので、ビーム成形器
３は色収差補正が施されたものでなくてはならない。ビ
ーム成形器３で成形された２波長レーザ光１は、試料４
上を集光スポットが走査するように光走査ユニット６で
偏向させる。ここで光走査ユニット６はガルバノミラ
ー、ポリゴンミラースキャナ、あるいは音響光学素子の
ような、レーザビームを高速・高精度に走査させる光学
素子である。また、試料４の３次元形状を測定するには
２波長レーザ光１のスポットで試料４上を平面的に走査
する必要があるため、光走査ユニット６は２波長レーザ
光１を２方向に走査するように構成されている。
作について説明する。２波長レーザ光源２から出射され
る２波長レーザ光１は、色収差対物レンズ５によって所
定のビーム径に集光させるために、ビーム成形器３によ
って適当なビーム径に成形される。ここで２波長レーザ
光１に含まれる長波長成分および短波長成分ともに同様
にビーム成形されなければならないので、ビーム成形器
３は色収差補正が施されたものでなくてはならない。ビ
ーム成形器３で成形された２波長レーザ光１は、試料４
上を集光スポットが走査するように光走査ユニット６で
偏向させる。ここで光走査ユニット６はガルバノミラ
ー、ポリゴンミラースキャナ、あるいは音響光学素子の
ような、レーザビームを高速・高精度に走査させる光学
素子である。また、試料４の３次元形状を測定するには
２波長レーザ光１のスポットで試料４上を平面的に走査
する必要があるため、光走査ユニット６は２波長レーザ
光１を２方向に走査するように構成されている。
【００１１】図２は色収差対物レンズ５による２波長レ
ーザ光１の集光の様子を示す側面図である。図２を図１
に併せて参照すると、色収差対物レンズ５は波長により
焦点距離が異なるため、２波長レーザ光１の長波長成分
と短波長成分とでは集光する位置がずれている。通常の
レンズ材料の屈折率の分散では、長波長では焦点距離が
長くなり、短波長では焦点距離が短くなる。この実施例
においても短波長成分より長波長成分の焦点距離が長く
なっていて、その差をΔｆとする。
ーザ光１の集光の様子を示す側面図である。図２を図１
に併せて参照すると、色収差対物レンズ５は波長により
焦点距離が異なるため、２波長レーザ光１の長波長成分
と短波長成分とでは集光する位置がずれている。通常の
レンズ材料の屈折率の分散では、長波長では焦点距離が
長くなり、短波長では焦点距離が短くなる。この実施例
においても短波長成分より長波長成分の焦点距離が長く
なっていて、その差をΔｆとする。
【００１２】試料４で反射される２波長レーザ光１は再
び色収差対物レンズ５および光走査ユニット６を通過
し、光路中に置かれているハーフミラー７によって入射
光路から分離される。ハーフミラー７によって分離され
る２波長レーザ光１は色消し集光レンズ８によって集光
される。色消し集光レンズ８は色収差補正が施されてい
るため、焦点距離は波長によらず一定であり、この焦点
の位置にピンホール９が配置される。したがって、色収
差対物レンズ５と色消し集光レンズ８とで構成される共
焦点光学系において、ピンホール９の位置と共役な位置
は２波長レーザ光１の長波長成分と短波長成分とでは異
なるため、ピンホール９を通過する２波長レーザ光１に
は、長波長成分の結像面と短波長成分の結像面とからの
反射光が含まれることになる。
び色収差対物レンズ５および光走査ユニット６を通過
し、光路中に置かれているハーフミラー７によって入射
光路から分離される。ハーフミラー７によって分離され
る２波長レーザ光１は色消し集光レンズ８によって集光
される。色消し集光レンズ８は色収差補正が施されてい
るため、焦点距離は波長によらず一定であり、この焦点
の位置にピンホール９が配置される。したがって、色収
差対物レンズ５と色消し集光レンズ８とで構成される共
焦点光学系において、ピンホール９の位置と共役な位置
は２波長レーザ光１の長波長成分と短波長成分とでは異
なるため、ピンホール９を通過する２波長レーザ光１に
は、長波長成分の結像面と短波長成分の結像面とからの
反射光が含まれることになる。
【００１３】分光センサ１０はピンホール９を通過する
２波長レーザ光１を長波長成分と短波長成分とに分離
し、各各の光強度を測定するものである。分光センサ１
０はピンホール９を通過する２波長レーザ光１をコリメ
ートするコリメートレンズ１０１と、２波長レーザ光１
を回折する回折格子１０２と、２波長レーザ光１の長波
長成分に対応する回折角度の位置と短波長成分に対応す
る回折角度の位置とに配置される光検出器１０３および
１０４とを含んで構成される。ここで、光検出器１０３
では長波長成分の結像面の画像が得られ、光検出器１０
４では短波長成分の結像面の画像が得られる。
２波長レーザ光１を長波長成分と短波長成分とに分離
し、各各の光強度を測定するものである。分光センサ１
０はピンホール９を通過する２波長レーザ光１をコリメ
ートするコリメートレンズ１０１と、２波長レーザ光１
を回折する回折格子１０２と、２波長レーザ光１の長波
長成分に対応する回折角度の位置と短波長成分に対応す
る回折角度の位置とに配置される光検出器１０３および
１０４とを含んで構成される。ここで、光検出器１０３
では長波長成分の結像面の画像が得られ、光検出器１０
４では短波長成分の結像面の画像が得られる。
【００１４】図３は試料４の高さと光検出器１０３およ
び１０４で検出されるレーザ光強度との関係を示すグラ
フである。グラフ横軸は試料４の高さ、縦軸はレーザ光
強度を示している。簡単のために試料４は白色で波長に
よる反射率の差はないものとしている。図中実線が光検
出器１０３で検出される長波長成分のレーザ光強度で、
破線が光検出器１０４で検出される短波長成分のレーザ
光強度を示している。図３を図１および図２に併せて参
照すると、この実施例の色収差対物レンズ５では長波長
成分の方が焦点距離が長いため色収差対物レンズ５から
より遠い位置（試料４の低い位置）で集光する。共焦点
顕微鏡の場合、結像面以外からの光はほとんど検出され
ないので、光検出器１０３で検出されるレーザ光強度と
光検出器１０４で検出されるレーザ光強度は各各の結像
面の位置で鋭いピークを示し、それらはΔｆだけずれて
いる。したがって、長波長成分のレーザ光強度と短波長
成分のレーザ光強度の各各のピークから、２つの高さの
位置を同時に求めることができる。また、図３に示すよ
うに、検出される２波長のピーク間で両方の波長の光が
検出できるようにピンホール９の大きさを決定しておけ
ば２つの波長のレ−ザ光強度の差を求めることにより、
両者の結像面の間にある試料４の高さを測定することも
できる。すなわち、光走査ユニット６によって２波長レ
ーザ１の集光スポットを試料４上全体に渡って走査する
ことにより、試料４の３次元形状を測定することができ
る。
び１０４で検出されるレーザ光強度との関係を示すグラ
フである。グラフ横軸は試料４の高さ、縦軸はレーザ光
強度を示している。簡単のために試料４は白色で波長に
よる反射率の差はないものとしている。図中実線が光検
出器１０３で検出される長波長成分のレーザ光強度で、
破線が光検出器１０４で検出される短波長成分のレーザ
光強度を示している。図３を図１および図２に併せて参
照すると、この実施例の色収差対物レンズ５では長波長
成分の方が焦点距離が長いため色収差対物レンズ５から
より遠い位置（試料４の低い位置）で集光する。共焦点
顕微鏡の場合、結像面以外からの光はほとんど検出され
ないので、光検出器１０３で検出されるレーザ光強度と
光検出器１０４で検出されるレーザ光強度は各各の結像
面の位置で鋭いピークを示し、それらはΔｆだけずれて
いる。したがって、長波長成分のレーザ光強度と短波長
成分のレーザ光強度の各各のピークから、２つの高さの
位置を同時に求めることができる。また、図３に示すよ
うに、検出される２波長のピーク間で両方の波長の光が
検出できるようにピンホール９の大きさを決定しておけ
ば２つの波長のレ−ザ光強度の差を求めることにより、
両者の結像面の間にある試料４の高さを測定することも
できる。すなわち、光走査ユニット６によって２波長レ
ーザ１の集光スポットを試料４上全体に渡って走査する
ことにより、試料４の３次元形状を測定することができ
る。
【００１５】実際に測定を行う試料４ではそれぞれ特有
の反射分光特性を有しており、２波長レーザ光１の長波
長成分と短波長成分とでは反射率が異なるのが一般的で
ある。この実施例では試料４の反射分光特性を測定する
ために、ハーフミラー７で分離した２波長レーザ光１の
一部をさらにミラー１１で分離し、その分離された２波
長レーザ光１の長波長成分強度と短波長成分強度とを分
光センサ１２で測定している。分光センサ１２は２波長
レーザ光１を回折する回折格子１２１と、長波長成分の
回折角度の位置と短波長成分の回折角度の位置とに配置
される光検出器１２２および１２３とを含んで構成され
る。
の反射分光特性を有しており、２波長レーザ光１の長波
長成分と短波長成分とでは反射率が異なるのが一般的で
ある。この実施例では試料４の反射分光特性を測定する
ために、ハーフミラー７で分離した２波長レーザ光１の
一部をさらにミラー１１で分離し、その分離された２波
長レーザ光１の長波長成分強度と短波長成分強度とを分
光センサ１２で測定している。分光センサ１２は２波長
レーザ光１を回折する回折格子１２１と、長波長成分の
回折角度の位置と短波長成分の回折角度の位置とに配置
される光検出器１２２および１２３とを含んで構成され
る。
【００１６】試料４に照射される２波長レーザ光１の長
波長成分強度と短波長成分強度とは既知であるので、光
検出器１２２および１２３の出力より、各各の波長に関
する反射分光特性がわかる。したがって、光強度補正回
路１３１により分光センサ１０の光検出器１０３の出力
を分光センサ１２の光検出器１２２の出力で割り、光強
度補正回路１３２により分光センサ１０の光検出器１０
４の出力を分光センサ１２の光検出器１２３の出力で割
ることにより、光強度補正回路１３１および１３２から
は試料４の反射分光特性の影響が補正された長波長成分
強度と短波長成分強度とが得られる。これら試料４の反
射分光特性が補正された長波長成分強度と短波長成分強
度との差を高さ演算回路１４で演算することにより、試
料４の反射分光特性によらず試料４の高さを求めること
ができる。
波長成分強度と短波長成分強度とは既知であるので、光
検出器１２２および１２３の出力より、各各の波長に関
する反射分光特性がわかる。したがって、光強度補正回
路１３１により分光センサ１０の光検出器１０３の出力
を分光センサ１２の光検出器１２２の出力で割り、光強
度補正回路１３２により分光センサ１０の光検出器１０
４の出力を分光センサ１２の光検出器１２３の出力で割
ることにより、光強度補正回路１３１および１３２から
は試料４の反射分光特性の影響が補正された長波長成分
強度と短波長成分強度とが得られる。これら試料４の反
射分光特性が補正された長波長成分強度と短波長成分強
度との差を高さ演算回路１４で演算することにより、試
料４の反射分光特性によらず試料４の高さを求めること
ができる。
【００１７】この実施例では２波長レーザ光を用いてい
るが、より多くの波長成分を含むレーザ光を用いてもよ
く、その場合より広い高さ検出範囲とより高精度な測定
が期待できる。また、この実施例では２波長同時発振す
る１台のレーザ光源を用いているが、異なる波長を発振
する複数台のレーザ光源を用いて、ダイクロイックミラ
ーのような波長選択性のあるミラーを用いて複数のレー
ザビームを合成してもよい。
るが、より多くの波長成分を含むレーザ光を用いてもよ
く、その場合より広い高さ検出範囲とより高精度な測定
が期待できる。また、この実施例では２波長同時発振す
る１台のレーザ光源を用いているが、異なる波長を発振
する複数台のレーザ光源を用いて、ダイクロイックミラ
ーのような波長選択性のあるミラーを用いて複数のレー
ザビームを合成してもよい。
【００１８】この実施例では２波長の結像面間にある高
さは演算によって補間しているが、より高精度の測定を
行うには、高さ測定分解能に等しい間隔で結像面を移動
させ、各各の位置で画像を取り込み、最大輝度となる結
像面の高さを求める方法も有効である。このような方法
でも、１波長で光学的な断面観察を行うのに比べ、この
実施例で示すように２波長のレーザ光を用いれば、画像
の取り込み回数は１／２になり測定時間を短縮すること
ができる。前述のように、より多くの波長成分を含むレ
ーザ光を用いれば、画像の取り込み回数は１波長で行う
のに比べ１／Ｎ（Ｎはレーザ光に含まれる波長成分の
数）になり、測定時間が大幅に短縮される。
さは演算によって補間しているが、より高精度の測定を
行うには、高さ測定分解能に等しい間隔で結像面を移動
させ、各各の位置で画像を取り込み、最大輝度となる結
像面の高さを求める方法も有効である。このような方法
でも、１波長で光学的な断面観察を行うのに比べ、この
実施例で示すように２波長のレーザ光を用いれば、画像
の取り込み回数は１／２になり測定時間を短縮すること
ができる。前述のように、より多くの波長成分を含むレ
ーザ光を用いれば、画像の取り込み回数は１波長で行う
のに比べ１／Ｎ（Ｎはレーザ光に含まれる波長成分の
数）になり、測定時間が大幅に短縮される。
【００１９】図４は本発明の別の実施例を示す構成図で
ある。図４を参照すると、この実施例は、異なる波長の
レーザ光を発振する４台のレーザ光源１５１〜１５４か
ら出射されるレーザ光１６１〜１６４をダイクロイック
ミラー１７１〜１７３を用いて合成している。また、レ
ーザ光１６１〜１６４を検出する分光センサ１８は、レ
ーザ光１６１〜１６４をコリメートするコリメートレン
ズ１８１と、レーザ光１６１〜１６４を回折し分光する
回折格子１８２と、レーザ光１６１〜１６４の波長の回
折角度に対応する位置に設けられている光検出器１８３
〜１８６を含んで構成される。また、試料４の反射分光
特性を補正するための分光センサ１９は、レーザ光１６
１〜１６４を回折し分光する回折格子１９１と、レーザ
光１６１〜１６４の波長の回折角度に対応する位置に設
けられている光検出器１９２〜１９５を含んで構成され
る。分光センサ１８および１９の出力は光強度補正回路
２０１〜２０４に入力され各各の波長成分の補正された
光強度が得られる。図４に示す３次元形状測定装置によ
れば４つの異なる結像面を同時に観察することになるの
で、光学的な断面観察で３次元形状測定を行う場合、１
波長での測定に比べ画像の取り込み回数は１／４です
む。
ある。図４を参照すると、この実施例は、異なる波長の
レーザ光を発振する４台のレーザ光源１５１〜１５４か
ら出射されるレーザ光１６１〜１６４をダイクロイック
ミラー１７１〜１７３を用いて合成している。また、レ
ーザ光１６１〜１６４を検出する分光センサ１８は、レ
ーザ光１６１〜１６４をコリメートするコリメートレン
ズ１８１と、レーザ光１６１〜１６４を回折し分光する
回折格子１８２と、レーザ光１６１〜１６４の波長の回
折角度に対応する位置に設けられている光検出器１８３
〜１８６を含んで構成される。また、試料４の反射分光
特性を補正するための分光センサ１９は、レーザ光１６
１〜１６４を回折し分光する回折格子１９１と、レーザ
光１６１〜１６４の波長の回折角度に対応する位置に設
けられている光検出器１９２〜１９５を含んで構成され
る。分光センサ１８および１９の出力は光強度補正回路
２０１〜２０４に入力され各各の波長成分の補正された
光強度が得られる。図４に示す３次元形状測定装置によ
れば４つの異なる結像面を同時に観察することになるの
で、光学的な断面観察で３次元形状測定を行う場合、１
波長での測定に比べ画像の取り込み回数は１／４です
む。
【００２０】また、連続スペクトルを有する光を用い、
分光センサによって光強度がピークとなる波長を検出す
ることにより、高さ測定を行うことも可能である。
分光センサによって光強度がピークとなる波長を検出す
ることにより、高さ測定を行うことも可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数波長を含む光と色収差対物レンズとを用いることに
より、異なる結像面の画像を同時に検出することができ
るので、試料の３次元形状測定を高速に行うことができ
る。
複数波長を含む光と色収差対物レンズとを用いることに
より、異なる結像面の画像を同時に検出することができ
るので、試料の３次元形状測定を高速に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】この実施例における２波長レーザ光の集光の様
子を示す側面図てある。
子を示す側面図てある。
【図３】この実施例における試料の高さと光強度との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図４】本発明の別の実施例を示す構成図である。
【図５】従来例を示す構成図である。
１ ２波長レーザ光 ２ ２波長レーザ光源 ３ ビーム成形器 ４ 試料 ５ 色収差対物レンズ ６ 光走査ユニット ７ ハーフミラー ８ 色消し集光レンズ ９ ピンホール １０，１２，１８，１９ 分光センサ １０１，１８１ コリメートレンズ １０２，１２１，１８２，１９１ 回折格子 １０３〜１０４，１２２〜１２３ 光検出器 １１ ミラー １３１〜１３２，２０１〜２０４ 光強度補正回路 １４ 高さ検出回路 １５１〜１５４ レーザ光源 １６１〜１６４ レーザ光 １７１〜１７３ ダイクロイックミラー １８３〜１８６，１９２〜１９５ 光検出器
Claims (4)
- 【請求項１】 複数の波長を含む光を投光する光源と、
この光源から投光される光を被測定物近傍に焦点を結ぶ
ように集光する色収差を有する色収差対物レンズと、前
記被測定物表面で反射し前記色収差対物レンズを通過す
る光を集光する色収差補正の施されている色消しレンズ
と、この色消しレンズの集光スポット位置に配置されて
いるピンホールと、このピンホールを通過する光を分光
し各各の波長域ごとの光強度を測定する分光器と、この
分光器から出力される各各の波長域の光強度から前記被
測定物の光軸方向の高さを測定する高さ演算回路と、前
記色収差対物レンズの前記集光スポット点と前記被測定
物とを相対的に走査せしめる走査手段とを備えることを
特徴とする３次元形状測定装置。 - 【請求項２】 前記被測定物によって反射され前記色収
差対物レンズを通過する光を前記色消しレンズを通過す
る前に分光し各各の波長域ごとの光強度を測定する補正
用分光器と、前記分光器出力と前記補正用分光器出力と
の比を各各の波長域毎に計算し各各の波長域毎の光強度
を補正する光強度補正回路と、この光強度補正回路から
出力される各各の波長域毎の補正されている光強度から
前記被測定物の光軸方向の高さを測定する高さ検出回路
とを備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状
測定装置。 - 【請求項３】 前記光源が複数波長を同時発振するレー
ザ光源であることを特徴とする請求項１または２記載の
３次元形状測定装置。 - 【請求項４】 前記走査手段が前記光源から投光される
光を偏向せしめる手段であることを特徴とする請求項１
または２記載の３次元形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2233294A JPH07229720A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | ３次元形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2233294A JPH07229720A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | ３次元形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07229720A true JPH07229720A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12079761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2233294A Pending JPH07229720A (ja) | 1994-02-21 | 1994-02-21 | ３次元形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07229720A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-02-21 JP JP2233294A patent/JPH07229720A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19980303 |