JPH0781820B2 - 微小変位測定顕微鏡 - Google Patents
微小変位測定顕微鏡Info
- Publication number
- JPH0781820B2 JPH0781820B2 JP11534687A JP11534687A JPH0781820B2 JP H0781820 B2 JPH0781820 B2 JP H0781820B2 JP 11534687 A JP11534687 A JP 11534687A JP 11534687 A JP11534687 A JP 11534687A JP H0781820 B2 JPH0781820 B2 JP H0781820B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- displacement measuring
- objective lens
- light
- optical
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学的手法により、非接触で測定対象物表面の
プロファイルを計測する微小変位測定顕微鏡に関する。
プロファイルを計測する微小変位測定顕微鏡に関する。
〔従来の技術〕 光学的手法により、非接触で測定対象物表面のプロファ
イルを計測する手段については、すでに対物レンズの焦
点ずれを利用する発明がなされており、特開昭59-90007
号公報，特開昭60-38606号公報等に開示されている。さ
らに前記発明を発展させたものとして、測定対象物表面
のプロファイルを計測する光学系と、同一視野を観察す
る顕微光学系とを備え、両光学系の対物レンズを含む部
分の光軸を同軸にして、測定対象を観察しながらその表
面プロファイルを計測する趣旨の発明が特開昭62-36502
号公報に開示されている。
イルを計測する手段については、すでに対物レンズの焦
点ずれを利用する発明がなされており、特開昭59-90007
号公報，特開昭60-38606号公報等に開示されている。さ
らに前記発明を発展させたものとして、測定対象物表面
のプロファイルを計測する光学系と、同一視野を観察す
る顕微光学系とを備え、両光学系の対物レンズを含む部
分の光軸を同軸にして、測定対象を観察しながらその表
面プロファイルを計測する趣旨の発明が特開昭62-36502
号公報に開示されている。
第４図はその原理を示す光学系の一例で、１は直線偏光
を出力するレーザー光源、２はビームエクスパンダ、３
は絞り、4,6,14はビームスプリッタ、５は照明系、5aは
ランプ、5b,5dはレンズ、5cは絞り、6aは偏光ビームス
プリット面、７は1/4波長板、８は対物レンズ、９は試
料、10は結像レンズ、11はプリズム、12は接眼レンズ、
13は観察照明光カットフィルタ、15,16は臨界角プリズ
ム、17,18は二分割受光素子、19は載物台、20は載物台
を上下動させるためのツマミである。
を出力するレーザー光源、２はビームエクスパンダ、３
は絞り、4,6,14はビームスプリッタ、５は照明系、5aは
ランプ、5b,5dはレンズ、5cは絞り、6aは偏光ビームス
プリット面、７は1/4波長板、８は対物レンズ、９は試
料、10は結像レンズ、11はプリズム、12は接眼レンズ、
13は観察照明光カットフィルタ、15,16は臨界角プリズ
ム、17,18は二分割受光素子、19は載物台、20は載物台
を上下動させるためのツマミである。
レーザー光源１から発せられたレーザー光は、ビームエ
クスパンダ２によりビーム径が拡大され、かつ平行光と
なり、絞り３を経てビームスプリッタ４に入射する。
クスパンダ２によりビーム径が拡大され、かつ平行光と
なり、絞り３を経てビームスプリッタ４に入射する。
一方ランプ5a,レンズ5b,絞り5c,レンズ5dにより構成さ
れる観察用照明系５からの光はビームスプリッタ４に入
射し、レーザー光と一つになってビームスプリッタ６に
入射する。ビームスプリッタ６により観察光軸に入射し
たレーザー光と照明光は偏光ビームスプリット面6a,1/4
波長板７を通り対物レンズ８に入射する。なお1/4波長
板７を通る時、レーザー光は直線偏光から円偏光に変換
される。また、照明光は対物レンズ８により視野全体を
照明し、レーザー光は試料９上に変位測定用の微小スポ
ットを投影する。
れる観察用照明系５からの光はビームスプリッタ４に入
射し、レーザー光と一つになってビームスプリッタ６に
入射する。ビームスプリッタ６により観察光軸に入射し
たレーザー光と照明光は偏光ビームスプリット面6a,1/4
波長板７を通り対物レンズ８に入射する。なお1/4波長
板７を通る時、レーザー光は直線偏光から円偏光に変換
される。また、照明光は対物レンズ８により視野全体を
照明し、レーザー光は試料９上に変位測定用の微小スポ
ットを投影する。
試料９から反射した照明光は対物レンズ8,1/4波長板7,
ビームスプリッタ６を通り、結像レンズ10,プリズム11
により接眼レンズ12の視野絞り面に結像する。
ビームスプリッタ６を通り、結像レンズ10,プリズム11
により接眼レンズ12の視野絞り面に結像する。
一方、レーザー光の試料反射光は対物レンズ８で集光さ
れ、1/4波長板７を通ることにより入射時と90°振動面
が回転した直線偏光となって、偏光ビームスプリット面
6aに入る。レーザー光はこの面6aで反射して観察照明光
カットフィルター13を通り、ビームスプリッタ14で二分
された後、一方は臨界角プリズム15に、他方は臨界角プ
リズム16に入射し、それぞれ二分割受光素子17,18に入
る。これ以降の変位測定の原理は特開昭59-90007号公
報，特開昭60-38606号公報等に詳しく記載されているの
で省略する。
れ、1/4波長板７を通ることにより入射時と90°振動面
が回転した直線偏光となって、偏光ビームスプリット面
6aに入る。レーザー光はこの面6aで反射して観察照明光
カットフィルター13を通り、ビームスプリッタ14で二分
された後、一方は臨界角プリズム15に、他方は臨界角プ
リズム16に入射し、それぞれ二分割受光素子17,18に入
る。これ以降の変位測定の原理は特開昭59-90007号公
報，特開昭60-38606号公報等に詳しく記載されているの
で省略する。
また、特開昭62-36502号公報には上記臨界角プリズムを
用いた方法の他の非点収差法を用いた方法に関しても記
載されており、測定対象を観察しながらその表面プロフ
ァイルを計測しようという目的を原理的には達成してい
る。
用いた方法の他の非点収差法を用いた方法に関しても記
載されており、測定対象を観察しながらその表面プロフ
ァイルを計測しようという目的を原理的には達成してい
る。
なお、以上に掲げた微小変位検出法を、以下の説明で
は、焦点ズレ検出法と呼ぶことにする。
は、焦点ズレ検出法と呼ぶことにする。
上記従来例においては、変位測定光学系と観察光学系と
が対物レンズを共有して光軸を同軸に構成しているため
に、鏡体の振動が直接変位測定光学系にノイズとして悪
影響を及ぼすことと、光学的調整が難しく熟練を要する
こと、さらにはプロファイル情報の収集機能として融通
性を持たせ難い等の問題がある。
が対物レンズを共有して光軸を同軸に構成しているため
に、鏡体の振動が直接変位測定光学系にノイズとして悪
影響を及ぼすことと、光学的調整が難しく熟練を要する
こと、さらにはプロファイル情報の収集機能として融通
性を持たせ難い等の問題がある。
そこで本発明は、光学的調整を簡単かつ高精度に行なう
ことができ、振動にも強い微小変位測定顕微鏡を提供す
ることを目的とする。
ことができ、振動にも強い微小変位測定顕微鏡を提供す
ることを目的とする。
本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
のような手段を講じた。すなわち、変位測定光学系と観
察光学系とを備え、両光学系の対物レンズを含む部分の
光軸を同軸にして成る微小変位測定顕微鏡において、対
物レンズと変位測定光学系とをブロック構造体として一
体化し、これを観察光学系と組合せるようにした。
のような手段を講じた。すなわち、変位測定光学系と観
察光学系とを備え、両光学系の対物レンズを含む部分の
光軸を同軸にして成る微小変位測定顕微鏡において、対
物レンズと変位測定光学系とをブロック構造体として一
体化し、これを観察光学系と組合せるようにした。
このような手段を講じたことにより、光学的調整が簡単
になり、しかも変位測定光学系を低重心となし得るため
に外部振動などに対する安定性が増す。
になり、しかも変位測定光学系を低重心となし得るため
に外部振動などに対する安定性が増す。
第１図は本発明の一実施例を示す図であり、１′は直線
偏光を出力する光源、２′はビーム形状整形装置、21,2
5は半透鏡、22,23はレンズ、24,35はブロック構造体、2
6はレーザー光減光フィルタ、27,28はXY移動ステージ、
29,30はXY移動ステージ駆動源、31はピニオン、32はラ
ック、33は微動駆動装置、34は微動装置である。なお、
第４図と同一部分には同一符号を付してある。なお光源
１′としては、本発明の如く、測定感度が非常に高く、
振動を嫌い、小型化を必要とする装置においては半導体
レーザーを使用することが望ましい。
偏光を出力する光源、２′はビーム形状整形装置、21,2
5は半透鏡、22,23はレンズ、24,35はブロック構造体、2
6はレーザー光減光フィルタ、27,28はXY移動ステージ、
29,30はXY移動ステージ駆動源、31はピニオン、32はラ
ック、33は微動駆動装置、34は微動装置である。なお、
第４図と同一部分には同一符号を付してある。なお光源
１′としては、本発明の如く、測定感度が非常に高く、
振動を嫌い、小型化を必要とする装置においては半導体
レーザーを使用することが望ましい。
直線偏光を出力する光源１から発せられたレーザー光
は、シリドリガルレンズ等のビーム形状整形装置２によ
り円形断面かつ平行光となり、ビームスプリッタ６で反
射され、更に半透鏡21で反射されて1/4波長板７を通
り、対物レンズ８により試料９上に変位測定用の微小ス
ポットを投影する。なお、1/4波長板７を通る時のレー
ザー光は直線偏光から円偏光に変換される。
は、シリドリガルレンズ等のビーム形状整形装置２によ
り円形断面かつ平行光となり、ビームスプリッタ６で反
射され、更に半透鏡21で反射されて1/4波長板７を通
り、対物レンズ８により試料９上に変位測定用の微小ス
ポットを投影する。なお、1/4波長板７を通る時のレー
ザー光は直線偏光から円偏光に変換される。
試料９からの反射光は対物レンズ8,1/4波長板７を通
る。この時、レーザー光は入射時と90°振動面が回転し
た直線偏光となる。半透鏡21で反射したレーザー光は、
ビームスプリッタ６に入射し、二分されて、一方は臨界
角プリズム15に、他方は臨界角プリズム16に入射し、レ
ンズ22,23により、それぞれ二分割受光素子17,18上に縮
小投影される。二分割受光素子17,18で光電変換された
後の信号処理は特開昭59-90007号公報、特開昭60-38606
号公報と同様である。
る。この時、レーザー光は入射時と90°振動面が回転し
た直線偏光となる。半透鏡21で反射したレーザー光は、
ビームスプリッタ６に入射し、二分されて、一方は臨界
角プリズム15に、他方は臨界角プリズム16に入射し、レ
ンズ22,23により、それぞれ二分割受光素子17,18上に縮
小投影される。二分割受光素子17,18で光電変換された
後の信号処理は特開昭59-90007号公報、特開昭60-38606
号公報と同様である。
本発明においては以上述べた変位測定用光学系諸要素を
ブロック構造体24内に一体化して構成し、第２図に示す
如く単体として取扱えるようにしたことを第１の特徴と
している。なお、第２図においては第１図の変位測定光
学系における1/4波長板７の位置を実線で示す７′の位
置に変えた場合の例を示している。この例のように観察
光学系の光路中から1/4波長板７を除くことにより、顕
微鏡像に混入するフレアーを除去でき、鋭敏な像を得る
ことができる。
ブロック構造体24内に一体化して構成し、第２図に示す
如く単体として取扱えるようにしたことを第１の特徴と
している。なお、第２図においては第１図の変位測定光
学系における1/4波長板７の位置を実線で示す７′の位
置に変えた場合の例を示している。この例のように観察
光学系の光路中から1/4波長板７を除くことにより、顕
微鏡像に混入するフレアーを除去でき、鋭敏な像を得る
ことができる。
観察用光学系は次のようになっている。ランプ5a,レン
ズ5b,5d,絞り5cにより構成される照明系５からの光は、
半透鏡25で反射された後、前記半透鏡21を通りレーザー
光と一つになって1/4波長板７を経て、対物レンズ８に
より試料９の視野全体を照明する。
ズ5b,5d,絞り5cにより構成される照明系５からの光は、
半透鏡25で反射された後、前記半透鏡21を通りレーザー
光と一つになって1/4波長板７を経て、対物レンズ８に
より試料９の視野全体を照明する。
試料９からの反射光は対物レンズ8,1/4波長板7,半透鏡2
1,25,レーザー光減光フィルタ26を通り、結像レンズ10,
プリズム11により接眼レンズ12の視野絞り面に結像す
る。XY移動ステージ27,28は試料９を載せる台であり、X
Y移動ステージ駆動源29,30によってＸ方向またはＹ方向
に移動させることができるようになっている。かくして
試料９とその面に焦点を結んだレーザー光を相対的に走
査させ得るものとなっている。
1,25,レーザー光減光フィルタ26を通り、結像レンズ10,
プリズム11により接眼レンズ12の視野絞り面に結像す
る。XY移動ステージ27,28は試料９を載せる台であり、X
Y移動ステージ駆動源29,30によってＸ方向またはＹ方向
に移動させることができるようになっている。かくして
試料９とその面に焦点を結んだレーザー光を相対的に走
査させ得るものとなっている。
本実施例によれば次のような作用効果を奏する。焦点ズ
レ検出法は極めて高感度な表面計測法であり、その感度
は対物レンズの焦点深度の範囲をはるかに越え、ナノメ
ートルのオーダーに達するので、わずかな光軸ズレも精
度上悪影響を及ぼす上に、変位測定光学系の焦点位置の
設定、振動除去が重要なポイントとなる。このため一般
によく知られている顕微鏡の構成法では所要機能を実現
することが困難である。しかるに本装置では対物レンズ
８を含む変位測定光学系をブロック構造体24に一体化さ
せたことにより、光軸ズレを防ぐことができる上、観察
像の焦点を合せた後で、更に細かく変位測定光学系の焦
点位置を調節できる。またブロック構造体35とは、別体
構成であるので、変位測定光学系の重心位置を低く設定
することができる。このため外部振動等の影響を受け難
い等の効果がある。換言すれば、本発明の第２の特徴
は、観察光学系のうち、照明光学系と接眼光学系と試料
台部とをブロック構造体35内に一体化して構成し、対物
レンズを含む変位測定光学系と分離した点にある。
レ検出法は極めて高感度な表面計測法であり、その感度
は対物レンズの焦点深度の範囲をはるかに越え、ナノメ
ートルのオーダーに達するので、わずかな光軸ズレも精
度上悪影響を及ぼす上に、変位測定光学系の焦点位置の
設定、振動除去が重要なポイントとなる。このため一般
によく知られている顕微鏡の構成法では所要機能を実現
することが困難である。しかるに本装置では対物レンズ
８を含む変位測定光学系をブロック構造体24に一体化さ
せたことにより、光軸ズレを防ぐことができる上、観察
像の焦点を合せた後で、更に細かく変位測定光学系の焦
点位置を調節できる。またブロック構造体35とは、別体
構成であるので、変位測定光学系の重心位置を低く設定
することができる。このため外部振動等の影響を受け難
い等の効果がある。換言すれば、本発明の第２の特徴
は、観察光学系のうち、照明光学系と接眼光学系と試料
台部とをブロック構造体35内に一体化して構成し、対物
レンズを含む変位測定光学系と分離した点にある。
なお一軸可動性の微動装置34としては、弾性変形を利用
した緩衝効果のある構造が望ましい。第３図はその具体
例を示す斜視図である。図示の如く、微動装置34は、ブ
ロック構造体24（本図では不図示）とラック32を連結す
るための装置であって、Ｚ軸方向に対する位置軸可動性
をもたせたものとなっている。すなわち、41,42はラッ
ク32の一側面に固定化されたブロック支柱であり、この
ブロック支柱41,42の上下両端にはバネ部材43,44が複数
のビス45にて固定されている。そして両ばね部材43,44
間にはブロック構造体24を取付けるための取付けブロッ
ク46が挟持されている。ばね部材43の上側面には微動駆
動装置33の変位端が当接している。かくして、微動駆動
装置33のエネルギーによりブロック構造体24をＺ軸方向
に粗動させ得るものとなっている。
した緩衝効果のある構造が望ましい。第３図はその具体
例を示す斜視図である。図示の如く、微動装置34は、ブ
ロック構造体24（本図では不図示）とラック32を連結す
るための装置であって、Ｚ軸方向に対する位置軸可動性
をもたせたものとなっている。すなわち、41,42はラッ
ク32の一側面に固定化されたブロック支柱であり、この
ブロック支柱41,42の上下両端にはバネ部材43,44が複数
のビス45にて固定されている。そして両ばね部材43,44
間にはブロック構造体24を取付けるための取付けブロッ
ク46が挟持されている。ばね部材43の上側面には微動駆
動装置33の変位端が当接している。かくして、微動駆動
装置33のエネルギーによりブロック構造体24をＺ軸方向
に粗動させ得るものとなっている。
以上の説明においては、臨界角プリズムを用いた場合に
ついて説明したが、特開昭62-36502号公報に記載されて
いるように非点収差法を用いた光学系についても同様に
本発明を適用できることは明らかであり、さらにナイフ
エッジ法のような他の焦点ズレ検出法にも適用できるも
のである。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形実施も可能であるのは勿論である。
ついて説明したが、特開昭62-36502号公報に記載されて
いるように非点収差法を用いた光学系についても同様に
本発明を適用できることは明らかであり、さらにナイフ
エッジ法のような他の焦点ズレ検出法にも適用できるも
のである。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変形実施も可能であるのは勿論である。
本発明によれば、対物レンズと変位測定光学系とをブロ
ック構造体として一体化し、これを観察光学系と組合せ
るようにしたので、光学的調整を簡単かつ高精度に行な
うことができ、振動にも強い微小変位測定顕微鏡を提供
することができる。
ック構造体として一体化し、これを観察光学系と組合せ
るようにしたので、光学的調整を簡単かつ高精度に行な
うことができ、振動にも強い微小変位測定顕微鏡を提供
することができる。
第１図〜第３図は本発明の一実施例を示す図で、第１図
は全体の構成を示す側面図、第２図はブロック構造体24
のみを取出して示す図、第３図は微動装置34の斜視図で
ある。第４図は従来例を示す図である。 1,1′……直線偏光を出力するレーザー光源、２……ビ
ームエクスパンダ、２′……ビーム形状整形装置、６…
…ビームスプリッタ、５……照明系、5a……ランプ、5
b,5d……レンズ、5c……絞り、７……1/4波長板、８…
…対物レンズ、９……試料、10……結像レンズ、11……
プリズム、12……接眼レンズ、15,16……臨界角プリズ
ム、17,18……二分割受光素子、21,25……半透鏡、22,2
3……レンズ、24,35……ブロック構造体、26……レーザ
ー光減光フィルタ、27,28……XY移動ステージ、29,30…
…XY移動ステージ駆動源、31……ピニオン、32……ラッ
ク、33……微動駆動装置、34……微動装置。
は全体の構成を示す側面図、第２図はブロック構造体24
のみを取出して示す図、第３図は微動装置34の斜視図で
ある。第４図は従来例を示す図である。 1,1′……直線偏光を出力するレーザー光源、２……ビ
ームエクスパンダ、２′……ビーム形状整形装置、６…
…ビームスプリッタ、５……照明系、5a……ランプ、5
b,5d……レンズ、5c……絞り、７……1/4波長板、８…
…対物レンズ、９……試料、10……結像レンズ、11……
プリズム、12……接眼レンズ、15,16……臨界角プリズ
ム、17,18……二分割受光素子、21,25……半透鏡、22,2
3……レンズ、24,35……ブロック構造体、26……レーザ
ー光減光フィルタ、27,28……XY移動ステージ、29,30…
…XY移動ステージ駆動源、31……ピニオン、32……ラッ
ク、33……微動駆動装置、34……微動装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 千秋 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 戸田 明敏 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】変位測定光学系と観察光学系とを備え、両
光学系の対物レンズを含む部分の光軸を同軸にして成る
微小変位測定顕微鏡において、前記対物レンズと前記変
位測定光学系とを単一のブロック構造体にて一体化した
ことを特徴とする微小変位測定顕微鏡。 - 【請求項２】対物レンズと変位測定光学系とを一体化し
たブロック構造体は、試料面に対して垂直方向に粗微動
可能に設けられたものである特許請求の範囲第１項記載
の微小変位測定顕微鏡。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11534687A JPH0781820B2 (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 微小変位測定顕微鏡 |
| US07/191,606 US4971445A (en) | 1987-05-12 | 1988-05-09 | Fine surface profile measuring apparatus |
| EP88107513A EP0297254A1 (en) | 1987-05-12 | 1988-05-10 | Fine surface profile measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11534687A JPH0781820B2 (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 微小変位測定顕微鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63279103A JPS63279103A (ja) | 1988-11-16 |
| JPH0781820B2 true JPH0781820B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=14660254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11534687A Expired - Fee Related JPH0781820B2 (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 微小変位測定顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0781820B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4231573B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2009-03-04 | オリンパス株式会社 | 顕微鏡システム |
| DE202007014435U1 (de) | 2007-10-16 | 2009-03-05 | Gurny, Eric | Optischer Sensor für eine Messvorrichtung |
-
1987
- 1987-05-12 JP JP11534687A patent/JPH0781820B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63279103A (ja) | 1988-11-16 |
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