JPH0914910A - 光学的表面形状・段差測定器及び測定方法 - Google Patents
光学的表面形状・段差測定器及び測定方法Info
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- JPH0914910A JPH0914910A JP7163745A JP16374595A JPH0914910A JP H0914910 A JPH0914910 A JP H0914910A JP 7163745 A JP7163745 A JP 7163745A JP 16374595 A JP16374595 A JP 16374595A JP H0914910 A JPH0914910 A JP H0914910A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 自然に存在する振動を積極的に利用して、可
干渉距離の短い光源を用いた干渉法による光学的表面形
状・段差測定器及び測定方法。 【構成】 可干渉距離の短い光源１からの光を分岐して
一方を被測定部９に、他方を参照面５に入射させ、被測
定部９からの反射光と参照面５からの反射光とを干渉さ
せる干渉計２０と、その干渉光強度を検出する検出手段
７と、被測定部９の干渉計２０に対する位置を可変に設
定すると共に、その位置を検出する位置制御手段１２、
１３とを備え、分岐した光の分岐位置から干渉位置に至
るそれぞれの光路の少なくも一方が外部の環境振動を受
容可能な構成にされており、被測定部９の位置が設定さ
れた状態で、被測定部９からの反射光と参照面５からの
反射光の位相差が外部の環境振動により変動するように
なっている。
干渉距離の短い光源を用いた干渉法による光学的表面形
状・段差測定器及び測定方法。 【構成】 可干渉距離の短い光源１からの光を分岐して
一方を被測定部９に、他方を参照面５に入射させ、被測
定部９からの反射光と参照面５からの反射光とを干渉さ
せる干渉計２０と、その干渉光強度を検出する検出手段
７と、被測定部９の干渉計２０に対する位置を可変に設
定すると共に、その位置を検出する位置制御手段１２、
１３とを備え、分岐した光の分岐位置から干渉位置に至
るそれぞれの光路の少なくも一方が外部の環境振動を受
容可能な構成にされており、被測定部９の位置が設定さ
れた状態で、被測定部９からの反射光と参照面５からの
反射光の位相差が外部の環境振動により変動するように
なっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学的表面形状・段差
測定器及び測定方法に関し、特に、自然に存在する振動
を除振することなく通常の環境で表面形状又は段差を高
精度で測定することができる測定器と測定方法に関する
ものである。
測定器及び測定方法に関し、特に、自然に存在する振動
を除振することなく通常の環境で表面形状又は段差を高
精度で測定することができる測定器と測定方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光学的な干渉を利用した距離
測定には、光源として可干渉距離の長いものを用いる通
常の方法と、可干渉距離の短いものを用いる方法とが知
られている。前者は、参照光と測定光の位相差を干渉縞
で計数して距離を精密に求める方法であり、後者は、参
照光と測定光が光路長が等しい干渉位置を求める方法で
ある（英国特許出願明細書第２，１９１，８５５号）。
そして、何れの方法も、測定装置には高度な除振機構を
具備し、極力振動がない状態で高精度な表面形状・段差
測定を行っている。
測定には、光源として可干渉距離の長いものを用いる通
常の方法と、可干渉距離の短いものを用いる方法とが知
られている。前者は、参照光と測定光の位相差を干渉縞
で計数して距離を精密に求める方法であり、後者は、参
照光と測定光が光路長が等しい干渉位置を求める方法で
ある（英国特許出願明細書第２，１９１，８５５号）。
そして、何れの方法も、測定装置には高度な除振機構を
具備し、極力振動がない状態で高精度な表面形状・段差
測定を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、従来の光
学的な干渉を利用した表面形状及び段差測定装置は、全
体を十分な剛性を持った構造とすることが必須であり、
測定ヘッドを撓みやすい細いものとして、例えば微小な
隙間の内部を覗き込んでの表面の段差を測定するような
ことは困難であった。また、環境の振動を除くために高
価な除振機構も必須なものとなっていた。
学的な干渉を利用した表面形状及び段差測定装置は、全
体を十分な剛性を持った構造とすることが必須であり、
測定ヘッドを撓みやすい細いものとして、例えば微小な
隙間の内部を覗き込んでの表面の段差を測定するような
ことは困難であった。また、環境の振動を除くために高
価な除振機構も必須なものとなっていた。
【０００４】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、自然に存在する
振動を積極的に利用して、可干渉距離の短い光源を用い
た干渉法による光学的表面形状・段差測定器及び測定方
法を提供することである。
みてなされたものであり、その目的は、自然に存在する
振動を積極的に利用して、可干渉距離の短い光源を用い
た干渉法による光学的表面形状・段差測定器及び測定方
法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光学的表面形状・段差測定器は、可干渉距離の短い
光源からの光を分岐して一方を被測定部に、他方を参照
反射面に入射させ、被測定部からの反射光と参照反射面
からの反射光とを干渉させる干渉計と、その干渉光強度
を検出する検出手段と、被測定部の前記干渉計に対する
位置、又は、前記の光の分岐位置に対する前記の参照反
射面の位置を可変に設定すると共に、その位置を検出す
る位置制御手段とを備え、前記の分岐した光の分岐位置
から干渉位置に至るそれぞれの光路の少なくも一方が外
部の環境振動を受容可能な構成にされており、前記位置
制御手段により被測定部の前記干渉計に対する位置又は
前記の光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位置が
所定位置に設定された状態で、被測定部からの反射光と
参照反射面からの反射光の位相差が外部の環境振動によ
り変動するようになっていることを特徴とするものであ
る。
明の光学的表面形状・段差測定器は、可干渉距離の短い
光源からの光を分岐して一方を被測定部に、他方を参照
反射面に入射させ、被測定部からの反射光と参照反射面
からの反射光とを干渉させる干渉計と、その干渉光強度
を検出する検出手段と、被測定部の前記干渉計に対する
位置、又は、前記の光の分岐位置に対する前記の参照反
射面の位置を可変に設定すると共に、その位置を検出す
る位置制御手段とを備え、前記の分岐した光の分岐位置
から干渉位置に至るそれぞれの光路の少なくも一方が外
部の環境振動を受容可能な構成にされており、前記位置
制御手段により被測定部の前記干渉計に対する位置又は
前記の光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位置が
所定位置に設定された状態で、被測定部からの反射光と
参照反射面からの反射光の位相差が外部の環境振動によ
り変動するようになっていることを特徴とするものであ
る。
【０００６】この場合、被測定部からの反射光と参照反
射面からの反射光の位相差の外部の環境振動による変動
の振幅は１８０°から１０８０°の範囲であることが望
ましく、また、その周波数は０．５Ｈｚ以上であること
が望ましい。また、被測定部からの反射光と参照反射面
からの反射光の位相差の外部の環境振動による変動が、
分岐した光の分岐位置から干渉位置に至るそれぞれの光
路の光路長の差の振動に起因していることが望ましい。
射面からの反射光の位相差の外部の環境振動による変動
の振幅は１８０°から１０８０°の範囲であることが望
ましく、また、その周波数は０．５Ｈｚ以上であること
が望ましい。また、被測定部からの反射光と参照反射面
からの反射光の位相差の外部の環境振動による変動が、
分岐した光の分岐位置から干渉位置に至るそれぞれの光
路の光路長の差の振動に起因していることが望ましい。
【０００７】また、前記目的を達成する本発明の光学的
表面形状・段差測定方法は、可干渉距離の短い光源から
の光を分岐して一方を被測定部に、他方を参照反射面に
入射させ、被測定部からの反射光と参照反射面からの反
射光とを干渉させる干渉計と、その干渉光強度を検出す
る検出手段と、被測定部の前記干渉計に対する位置、又
は、前記の光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位
置を可変に設定すると共に、その位置を検出する位置制
御手段とを備え、前記の分岐した光の分岐位置から干渉
位置に至るそれぞれの光路の少なくも一方が外部の環境
振動を受容可能な構成にされている光学的表面形状・段
差測定器を用いて、被測定部の前記干渉計に対する位置
又は前記の光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位
置を順次変化させながら、その各位置において、被測定
部の所定の測定点での干渉光強度を複数回測定し、その
複数回の測定値の統計的分散値を求め、その分散値が最
大となる位置を内挿法で求め、これを２点以上の測定点
に対して行うことによって表面形状又は段差を測定する
ことを特徴とする方法である。
表面形状・段差測定方法は、可干渉距離の短い光源から
の光を分岐して一方を被測定部に、他方を参照反射面に
入射させ、被測定部からの反射光と参照反射面からの反
射光とを干渉させる干渉計と、その干渉光強度を検出す
る検出手段と、被測定部の前記干渉計に対する位置、又
は、前記の光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位
置を可変に設定すると共に、その位置を検出する位置制
御手段とを備え、前記の分岐した光の分岐位置から干渉
位置に至るそれぞれの光路の少なくも一方が外部の環境
振動を受容可能な構成にされている光学的表面形状・段
差測定器を用いて、被測定部の前記干渉計に対する位置
又は前記の光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位
置を順次変化させながら、その各位置において、被測定
部の所定の測定点での干渉光強度を複数回測定し、その
複数回の測定値の統計的分散値を求め、その分散値が最
大となる位置を内挿法で求め、これを２点以上の測定点
に対して行うことによって表面形状又は段差を測定する
ことを特徴とする方法である。
【０００８】この場合、複数回の測定は、被測定部から
の反射光と参照反射面からの反射光の位相差の外部の環
境振動による変動の周期以上の時間をかけて行うことが
望ましい。
の反射光と参照反射面からの反射光の位相差の外部の環
境振動による変動の周期以上の時間をかけて行うことが
望ましい。
【０００９】
【作用】本発明においては、被測定部の干渉計に対する
位置又は光の分岐位置に対する参照反射面の位置を順次
変化させながら、その各位置において、被測定部の所定
の測定点での干渉光強度を複数回測定し、その複数回の
測定値の統計的分散値を求め、その分散値が最大となる
位置を内挿法で求め、これを２点以上の測定点に対して
行うことによって表面形状又は段差を測定するので、外
的環境振動を除去することが困難な場合にも、被測定物
の表面形状、表面の段差を可干渉距離の短い光源を用い
た干渉法により高精度で測定することができる。
位置又は光の分岐位置に対する参照反射面の位置を順次
変化させながら、その各位置において、被測定部の所定
の測定点での干渉光強度を複数回測定し、その複数回の
測定値の統計的分散値を求め、その分散値が最大となる
位置を内挿法で求め、これを２点以上の測定点に対して
行うことによって表面形状又は段差を測定するので、外
的環境振動を除去することが困難な場合にも、被測定物
の表面形状、表面の段差を可干渉距離の短い光源を用い
た干渉法により高精度で測定することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の光学的表面形状・段差測定器
及び測定方法の１実施例を、測定対象としてＶＴＲの磁
気ヘッドの回転シリンダーからの突き出し量測定を例に
あげて説明する。
及び測定方法の１実施例を、測定対象としてＶＴＲの磁
気ヘッドの回転シリンダーからの突き出し量測定を例に
あげて説明する。
【００１１】まず、ＶＴＲのヘッドシリンダーの概要を
図２の斜視図（ａ）と上面図（ｂ）を参照して説明す
る。ヘッドシリンダー９は、固定シリンダー３１とその
上に同軸に取り付けられた回転シリンダー３２とからな
り、回転シリンダー３２には固定シリンダー３１との境
界面近傍で円周上に１８０°の間隔で２つの磁気ヘッド
８、８が取り付けられ、固定シリンダー３１と回転シリ
ンダー３２との表面上に円周方向に対して若干斜めにビ
デオテープ３３を走行させながら、回転シリンダー３２
を回転させて磁気ヘッド８によりビデオテープ３３上に
信号を記録するものである。磁気ヘッド８の表面は、図
２（ｂ）から明らかなように、回転シリンダー３２の表
面から突き出るように設定されている。この実施例にお
いては、磁気ヘッド８の先端ｐと回転シリンダー３２上
の所定の１点ｑの間の段差を測定するものとする。
図２の斜視図（ａ）と上面図（ｂ）を参照して説明す
る。ヘッドシリンダー９は、固定シリンダー３１とその
上に同軸に取り付けられた回転シリンダー３２とからな
り、回転シリンダー３２には固定シリンダー３１との境
界面近傍で円周上に１８０°の間隔で２つの磁気ヘッド
８、８が取り付けられ、固定シリンダー３１と回転シリ
ンダー３２との表面上に円周方向に対して若干斜めにビ
デオテープ３３を走行させながら、回転シリンダー３２
を回転させて磁気ヘッド８によりビデオテープ３３上に
信号を記録するものである。磁気ヘッド８の表面は、図
２（ｂ）から明らかなように、回転シリンダー３２の表
面から突き出るように設定されている。この実施例にお
いては、磁気ヘッド８の先端ｐと回転シリンダー３２上
の所定の１点ｑの間の段差を測定するものとする。
【００１２】この実施例においては、ヘッドシリンダー
９が実際のＶＴＲに組み込まれて回転している状態で上
記のｐ点とｑ点の段差を測定しようとするため、測定装
置の測定ヘッドは微小な隙間から覗き込むような構造が
必要で撓みやすい細いものとなり、従来技術による方法
では、自然に環境中に存在する振動のため、測定は困難
なものであった。
９が実際のＶＴＲに組み込まれて回転している状態で上
記のｐ点とｑ点の段差を測定しようとするため、測定装
置の測定ヘッドは微小な隙間から覗き込むような構造が
必要で撓みやすい細いものとなり、従来技術による方法
では、自然に環境中に存在する振動のため、測定は困難
なものであった。
【００１３】図１は、本発明の１実施例の段差測定装置
の全体の構成を示す図である。図中、干渉計２０は、可
干渉長の短い光を発光するストロボ光源１と、ビームス
プリッター２と、対物レンズ３と、ビームスプリッター
４と、参照反射面５と、偏向鏡６と、ＣＣＤカメラ７と
からなり、ストロボ光源１から出た間欠発光光はビーム
スプリッター２で図の下方へ向けられ、対物レンズ３で
平行光に変換され、ビームスプリッター４で２分され、
一方の平行光は参照反射面５へ向かい、ここで反射され
た光はビームスプリッター４で反射され、対物レンズ３
とビームスプリッター２を経てＣＣＤカメラ７に入射す
る。ビームスプリッター４で２分された他方の平行光は
偏向鏡６で図の左方へ偏向され、磁気ヘッド８を有する
図２のようなヘッドシリンダー９の周面に入射し、磁気
ヘッド８先端ｐと回転シリンダー３２の表面の所定の１
点ｑとを含む被測定面から反射された光は、偏向鏡６、
ビームスプリッター４、対物レンズ３、ビームスプリッ
ター２を経て、被測定面と共役なＣＣＤ面上で参照反射
面５から反射された光と相互に干渉し、その干渉縞の分
布がＣＣＤカメラ７で検出される。この干渉計２０の偏
向鏡６が取り付けられた測定ヘッド２１は、微小な隙間
からヘッドシリンダー９の周面を覗き込むようにステー
ジ１１上に載置されたＶＴＲ１０中に挿入できるよう
に、撓みやすい細い構造になっている。したがって、干
渉計２０が完全に除振されていない場合、参照光路（対
物レンズ３→ビームスプリッター４→参照反射面５→ビ
ームスプリッター４→対物レンズ３）の光路長に対して
測定光路（対物レンズ３→ビームスプリッター４→偏向
鏡６→被測定面→偏向鏡６→ビームスプリッター４→対
物レンズ３）の光路長が振動することになる。
の全体の構成を示す図である。図中、干渉計２０は、可
干渉長の短い光を発光するストロボ光源１と、ビームス
プリッター２と、対物レンズ３と、ビームスプリッター
４と、参照反射面５と、偏向鏡６と、ＣＣＤカメラ７と
からなり、ストロボ光源１から出た間欠発光光はビーム
スプリッター２で図の下方へ向けられ、対物レンズ３で
平行光に変換され、ビームスプリッター４で２分され、
一方の平行光は参照反射面５へ向かい、ここで反射され
た光はビームスプリッター４で反射され、対物レンズ３
とビームスプリッター２を経てＣＣＤカメラ７に入射す
る。ビームスプリッター４で２分された他方の平行光は
偏向鏡６で図の左方へ偏向され、磁気ヘッド８を有する
図２のようなヘッドシリンダー９の周面に入射し、磁気
ヘッド８先端ｐと回転シリンダー３２の表面の所定の１
点ｑとを含む被測定面から反射された光は、偏向鏡６、
ビームスプリッター４、対物レンズ３、ビームスプリッ
ター２を経て、被測定面と共役なＣＣＤ面上で参照反射
面５から反射された光と相互に干渉し、その干渉縞の分
布がＣＣＤカメラ７で検出される。この干渉計２０の偏
向鏡６が取り付けられた測定ヘッド２１は、微小な隙間
からヘッドシリンダー９の周面を覗き込むようにステー
ジ１１上に載置されたＶＴＲ１０中に挿入できるよう
に、撓みやすい細い構造になっている。したがって、干
渉計２０が完全に除振されていない場合、参照光路（対
物レンズ３→ビームスプリッター４→参照反射面５→ビ
ームスプリッター４→対物レンズ３）の光路長に対して
測定光路（対物レンズ３→ビームスプリッター４→偏向
鏡６→被測定面→偏向鏡６→ビームスプリッター４→対
物レンズ３）の光路長が振動することになる。
【００１４】また、測定対象のヘッドシリンダー９を有
するＶＴＲ１０を載置しているステージ１１はステッピ
ングモータ１２によって図の左右方向（測定光路の光路
長を増減させる方向）に移動可能になっており、また、
ステージ１１の左右方向の正確な位置はレーザ測長機１
３によって測定可能になっている。
するＶＴＲ１０を載置しているステージ１１はステッピ
ングモータ１２によって図の左右方向（測定光路の光路
長を増減させる方向）に移動可能になっており、また、
ステージ１１の左右方向の正確な位置はレーザ測長機１
３によって測定可能になっている。
【００１５】そして、レーザ測長機１３からの位置デー
タ、及び、ＣＣＤカメラ７からの画像データは、コンピ
ュータ１４に取り込み可能に接続されており、また、コ
ンピュータ１４の指令に基づき、ステッピングモータ１
２は、ステージ１１を介してＶＴＲ１０を移動させ、平
均測定光路長を変化させるようになっている。
タ、及び、ＣＣＤカメラ７からの画像データは、コンピ
ュータ１４に取り込み可能に接続されており、また、コ
ンピュータ１４の指令に基づき、ステッピングモータ１
２は、ステージ１１を介してＶＴＲ１０を移動させ、平
均測定光路長を変化させるようになっている。
【００１６】この装置においては、被測定面からの反射
光と参照反射面５からの反射光の位相の差を振動させる
機構は積極的には設けていない。しかし、実際には、上
記のような構造により、外的な自然の振動によって、被
測定面と対物レンズ３の間の光路長が振幅０．２μｍ程
度で約２Ｈｚで振動していた。つまり、本発明において
は、必ずしも積極的に振動機構を設ける必要がなく、自
然の外的振動を必要以上に除去しなければ、すなわち、
自然の外的振動を受容できるように構成すれば、次に述
べる原理で磁気ヘッド８先端のｐ点と回転シリンダー３
２の表面の所定の１点ｑとの間の段差を測定できるもの
である。なお、振幅０．２μｍの振動とは、波長を０．
５４μｍとして、３６０°×０．２÷（０．５４／２）
＝２６６．７°の位相の振動に相当する。
光と参照反射面５からの反射光の位相の差を振動させる
機構は積極的には設けていない。しかし、実際には、上
記のような構造により、外的な自然の振動によって、被
測定面と対物レンズ３の間の光路長が振幅０．２μｍ程
度で約２Ｈｚで振動していた。つまり、本発明において
は、必ずしも積極的に振動機構を設ける必要がなく、自
然の外的振動を必要以上に除去しなければ、すなわち、
自然の外的振動を受容できるように構成すれば、次に述
べる原理で磁気ヘッド８先端のｐ点と回転シリンダー３
２の表面の所定の１点ｑとの間の段差を測定できるもの
である。なお、振幅０．２μｍの振動とは、波長を０．
５４μｍとして、３６０°×０．２÷（０．５４／２）
＝２６６．７°の位相の振動に相当する。
【００１７】次に、上記装置を用いた測定をその原理も
含めて説明する。ストロボ光源１をヘッドシリンダー９
の回転に同期して発光させた。図３はこの時ＣＣＤカメ
ラ７で観察された像の模式図である。図の場合は、光源
１からの光の可干渉長が短いため、参照光路の光路長と
測定光路の光路長とが略等しい位置の磁気ヘッド８表面
にのみ干渉縞が見え、両光路の光路長の差が大きい回転
シリンダー３２表面には干渉縞が見えない。ここで、磁
気ヘッド８の先端ｐと回転シリンダー３２の所定の１点
ｑの間の段差を測定する場合について説明する。ステッ
ピングモータ１２を順次駆動して、被測定面と対物レン
ズ３の間の平均光路長を変化させながら、レーザ測長機
１３によって検出された位置に対するＣＣＤカメラ７で
観測されたｐ点、ｑ点の干渉濃度を測定する。図４は、
図１の測定装置に外的な振動が加わらないと仮定した場
合の測定結果を仮想的にプロットした図である。もし、
外的な振動が完全に除去できれば、図４のような測定が
可能であり、従来技術の通り、ｐ点、ｑ点での干渉濃度
の変化のプロファイルの最大値間の距離が段差に相当
し、段差が測定可能である。
含めて説明する。ストロボ光源１をヘッドシリンダー９
の回転に同期して発光させた。図３はこの時ＣＣＤカメ
ラ７で観察された像の模式図である。図の場合は、光源
１からの光の可干渉長が短いため、参照光路の光路長と
測定光路の光路長とが略等しい位置の磁気ヘッド８表面
にのみ干渉縞が見え、両光路の光路長の差が大きい回転
シリンダー３２表面には干渉縞が見えない。ここで、磁
気ヘッド８の先端ｐと回転シリンダー３２の所定の１点
ｑの間の段差を測定する場合について説明する。ステッ
ピングモータ１２を順次駆動して、被測定面と対物レン
ズ３の間の平均光路長を変化させながら、レーザ測長機
１３によって検出された位置に対するＣＣＤカメラ７で
観測されたｐ点、ｑ点の干渉濃度を測定する。図４は、
図１の測定装置に外的な振動が加わらないと仮定した場
合の測定結果を仮想的にプロットした図である。もし、
外的な振動が完全に除去できれば、図４のような測定が
可能であり、従来技術の通り、ｐ点、ｑ点での干渉濃度
の変化のプロファイルの最大値間の距離が段差に相当
し、段差が測定可能である。
【００１８】しかし、外的な振動が存在する系において
は、測定される干渉濃度は大きくばらついてしまい、図
４のような測定はできない。そこで、本発明において
は、ステッピングモータ１２で被測定面を微小間隔ずつ
移動させながら、その各位置につきｐ点、ｑ点での干渉
濃度を多数回測定する。図５は、ステッピングモータ１
２で０．１μｍずつ移動させながら、各ステップでｐ点
の干渉濃度を６０回測定したものをプロットした図であ
る。ここでは、３０分の１秒置きに測定し、６０回の測
定に各２秒を要した。
は、測定される干渉濃度は大きくばらついてしまい、図
４のような測定はできない。そこで、本発明において
は、ステッピングモータ１２で被測定面を微小間隔ずつ
移動させながら、その各位置につきｐ点、ｑ点での干渉
濃度を多数回測定する。図５は、ステッピングモータ１
２で０．１μｍずつ移動させながら、各ステップでｐ点
の干渉濃度を６０回測定したものをプロットした図であ
る。ここでは、３０分の１秒置きに測定し、６０回の測
定に各２秒を要した。
【００１９】仮に、外的な振動が存在しない場合は、図
５に対応する図は、図４のｐ点の曲線を０．１μｍ間隔
でサンプリングした図となるはずであるが、実際には図
５のように、各位置で上下に測定値が分布するようにな
る。この理由は、被測定面のその位置において、被測定
面からの反射光と参照反射面５からの反射光の位相の差
が外的な振動によって振動しているためである。
５に対応する図は、図４のｐ点の曲線を０．１μｍ間隔
でサンプリングした図となるはずであるが、実際には図
５のように、各位置で上下に測定値が分布するようにな
る。この理由は、被測定面のその位置において、被測定
面からの反射光と参照反射面５からの反射光の位相の差
が外的な振動によって振動しているためである。
【００２０】さて、図５の各６０回の測定の分散値（標
準偏差）ｓを位置ｄに対してプロットしたものを図６に
丸印で示す。そして、この分散値ｓを表す丸印の値を、
左右対称で中央にピークを持つ関数、例えば、 ｓ＝ｋ・ｅｘｐ｛［−（ｄ−ｍ）／σ］2 ／２｝＋δ ・・・（１式） を用いて最小自乗法によってフィッティングすると実線
の曲線が得られる。ここで、ｋ，ｍ，σ，δは未知数で
あり、上記の最小自乗法を用いたフィッティングによっ
て得られる値である。このフィッティングによって得ら
れるｍは、ｓが最大になる位置の内挿値になる。したが
って、このｍをもって点ｐの位置とすることができる。
同様にして、点ｑの位置を求める。
準偏差）ｓを位置ｄに対してプロットしたものを図６に
丸印で示す。そして、この分散値ｓを表す丸印の値を、
左右対称で中央にピークを持つ関数、例えば、 ｓ＝ｋ・ｅｘｐ｛［−（ｄ−ｍ）／σ］2 ／２｝＋δ ・・・（１式） を用いて最小自乗法によってフィッティングすると実線
の曲線が得られる。ここで、ｋ，ｍ，σ，δは未知数で
あり、上記の最小自乗法を用いたフィッティングによっ
て得られる値である。このフィッティングによって得ら
れるｍは、ｓが最大になる位置の内挿値になる。したが
って、このｍをもって点ｐの位置とすることができる。
同様にして、点ｑの位置を求める。
【００２１】次の表１は、本測定法の測定バラツキを調
べる目的で、同一の測定対象の段差を２０回測定した結
果であり、表２はその平均値、標準偏差、最大値、最小
値を示す。バラツキの程度は±０．０８μｍ以下であ
る。
べる目的で、同一の測定対象の段差を２０回測定した結
果であり、表２はその平均値、標準偏差、最大値、最小
値を示す。バラツキの程度は±０．０８μｍ以下であ
る。
【００２２】
【００２３】以上の説明では、外的要因によって得られ
た振動を利用し、振動を積極的に与える機構は持ってい
ないが、外的要因によって得られる振動の周期、振幅が
所望の値にならない時には、積極的に振動を付加するよ
うにすればよいことは言うまでもない。完全に振動を除
去することが容易な場合は、従来技術によって測定可能
であるが、一般に、完全に外的な振動を除去することは
困難であり、適当な振動を与える方が容易である。
た振動を利用し、振動を積極的に与える機構は持ってい
ないが、外的要因によって得られる振動の周期、振幅が
所望の値にならない時には、積極的に振動を付加するよ
うにすればよいことは言うまでもない。完全に振動を除
去することが容易な場合は、従来技術によって測定可能
であるが、一般に、完全に外的な振動を除去することは
困難であり、適当な振動を与える方が容易である。
【００２４】ところで、分散値を求めるための複数回の
測定は、振動の周期以上の時間をかけて行う方が好まし
いことは、本測定法の原理より明らかであり、その上限
には制限がないが、実技的には１０分間程度である。ま
た、振動の周期があまり長いと、測定にかかる時間が長
くなってしまい、実用に耐えないことは言うまでもな
い。また、振動の振幅が大きくないと、分散値が小さく
なってしまい誤差が大きくなることも明らかである。こ
れらの条件において、実用上好ましい範囲は、振動の周
波数が０．５Ｈｚ以上であって、その上限には制限がな
く、また、振幅が位相角で１８０°から１０８０°の範
囲であった。
測定は、振動の周期以上の時間をかけて行う方が好まし
いことは、本測定法の原理より明らかであり、その上限
には制限がないが、実技的には１０分間程度である。ま
た、振動の周期があまり長いと、測定にかかる時間が長
くなってしまい、実用に耐えないことは言うまでもな
い。また、振動の振幅が大きくないと、分散値が小さく
なってしまい誤差が大きくなることも明らかである。こ
れらの条件において、実用上好ましい範囲は、振動の周
波数が０．５Ｈｚ以上であって、その上限には制限がな
く、また、振幅が位相角で１８０°から１０８０°の範
囲であった。
【００２５】なお、上記実施例では、被測定物を動かし
て被測定物９と対物レンズ３間の平均光路長を変化させ
たが、参照反射面５を動かすことによって、参照反射面
５と対物レンズ３間の平均光路長を変化させるようにし
ても、同様の測定が可能であることを明らかである。
て被測定物９と対物レンズ３間の平均光路長を変化させ
たが、参照反射面５を動かすことによって、参照反射面
５と対物レンズ３間の平均光路長を変化させるようにし
ても、同様の測定が可能であることを明らかである。
【００２６】以上、本発明の光学的表面形状・段差測定
器及び測定方法を実施例とその原理の説明に基づいて説
明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形
が可能である。
器及び測定方法を実施例とその原理の説明に基づいて説
明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形
が可能である。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光学的表面形状・段差測定器及び測定方法によれば、
外的環境振動を除去することが困難な場合にも、被測定
物の表面形状、表面の段差を可干渉距離の短い光源を用
いた干渉法により高精度で測定することができる。
の光学的表面形状・段差測定器及び測定方法によれば、
外的環境振動を除去することが困難な場合にも、被測定
物の表面形状、表面の段差を可干渉距離の短い光源を用
いた干渉法により高精度で測定することができる。
【図１】本発明の１実施例の段差測定装置の全体の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】ＶＴＲのヘッドシリンダーの概要を示す斜視図
と上面図である。
と上面図である。
【図３】ＣＣＤカメラで観察された像の模式図である。
【図４】図１の測定装置に外的な振動が加わらないと仮
定した場合の測定結果を仮想的にプロットした図であ
る。
定した場合の測定結果を仮想的にプロットした図であ
る。
【図５】被測定面を微小間隔ずつ移動させながら測定点
の干渉濃度を複数回測定したものをプロットした図であ
る。
の干渉濃度を複数回測定したものをプロットした図であ
る。
【図６】図５の分散値のプロットとその内挿曲線を示す
図である。
図である。
１…ストロボ光源 ２…ビームスプリッター ３…対物レンズ ４…ビームスプリッター ５…参照反射面 ６…偏向鏡 ７…ＣＣＤカメラ ８…磁気ヘッ ９…ヘッドシリンダー １０…ＶＴＲ １１…ステージ １２…ステッピングモータ １３…レーザ測長機 １４…コンピュータ ２０…干渉計 ２１…測定ヘッド ３１…固定シリンダー ３２…回転シリンダー ３３…ビデオテープ
Claims (2)
- 【請求項１】 可干渉距離の短い光源からの光を分岐し
て一方を被測定部に、他方を参照反射面に入射させ、被
測定部からの反射光と参照反射面からの反射光とを干渉
させる干渉計と、その干渉光強度を検出する検出手段
と、被測定部の前記干渉計に対する位置、又は、前記の
光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位置を可変に
設定すると共に、その位置を検出する位置制御手段とを
備え、前記の分岐した光の分岐位置から干渉位置に至る
それぞれの光路の少なくも一方が外部の環境振動を受容
可能な構成にされており、前記位置制御手段により被測
定部の前記干渉計に対する位置又は前記の光の分岐位置
に対する前記の参照反射面の位置が所定位置に設定され
た状態で、被測定部からの反射光と参照反射面からの反
射光の位相差が外部の環境振動により変動するようにな
っていることを特徴とする光学的表面形状・段差測定
器。 - 【請求項２】 可干渉距離の短い光源からの光を分岐し
て一方を被測定部に、他方を参照反射面に入射させ、被
測定部からの反射光と参照反射面からの反射光とを干渉
させる干渉計と、その干渉光強度を検出する検出手段
と、被測定部の前記干渉計に対する位置、又は、前記の
光の分岐位置に対する前記の参照反射面の位置を可変に
設定すると共に、その位置を検出する位置制御手段とを
備え、前記の分岐した光の分岐位置から干渉位置に至る
それぞれの光路の少なくも一方が外部の環境振動を受容
可能な構成にされている光学的表面形状・段差測定器を
用いて、 被測定部の前記干渉計に対する位置又は前記の光の分岐
位置に対する前記の参照反射面の位置を順次変化させな
がら、その各位置において、被測定部の所定の測定点で
の干渉光強度を複数回測定し、その複数回の測定値の統
計的分散値を求め、その分散値が最大となる位置を内挿
法で求め、これを２点以上の測定点に対して行うことに
よって表面形状又は段差を測定することを特徴とする光
学的表面形状・段差測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7163745A JPH0914910A (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 光学的表面形状・段差測定器及び測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7163745A JPH0914910A (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 光学的表面形状・段差測定器及び測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0914910A true JPH0914910A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=15779884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7163745A Pending JPH0914910A (ja) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | 光学的表面形状・段差測定器及び測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0914910A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010014536A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Yamagata Prefecture | 加工装置に搭載される被測定物の計測方法および計測装置 |
| JP4885212B2 (ja) * | 2005-05-19 | 2012-02-29 | ザイゴ コーポレーション | 薄膜構造についての情報に関する低コヒーレンス干渉計信号を解析するための方法およびシステム |
-
1995
- 1995-06-29 JP JP7163745A patent/JPH0914910A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4885212B2 (ja) * | 2005-05-19 | 2012-02-29 | ザイゴ コーポレーション | 薄膜構造についての情報に関する低コヒーレンス干渉計信号を解析するための方法およびシステム |
| JP2010014536A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Yamagata Prefecture | 加工装置に搭載される被測定物の計測方法および計測装置 |
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