JPH102721A - Step-difference measuring device - Google Patents

Step-difference measuring device

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JPH102721A
JPH102721A JP15718796A JP15718796A JPH102721A JP H102721 A JPH102721 A JP H102721A JP 15718796 A JP15718796 A JP 15718796A JP 15718796 A JP15718796 A JP 15718796A JP H102721 A JPH102721 A JP H102721A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measured
light
signal
beam splitter
detecting means
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP15718796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Ono
修 大野
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH102721A publication Critical patent/JPH102721A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure an object to be measured having the step difference quickly and accurately with a simple constitution by providing the first and second light- detecting means, which output the signals, corresponding to the amount of the reflected light from a surface to be measured, and the third light-detecting means, which is vibrated vertically along an optical axis and outputs the measured step-difference signal of the object to be measured. SOLUTION: The reflected light from an object to be measured 2, which has been transmitted through a polarization beam splitter 4, is divided into two directions with a beam splitter 8 furthermore after the reflection from a beam splitter 7. One is applied into a photodetector 10, through a stop means 11, and the other is applied into a photodetector 12 through a stop means 11. Furthermore, the reflected light from the object to be measured 2 transmitted through the beam splitter 7, enters into a photodetector 21 through a stop means 20 of a light-detecting means 22, which is vibrated vertically, with respect to the optical axis. The signal output corresponding to the intensity of the reflected light from the object to be measured is transmitted to a signal processing means 13. In the signal processing means 13, the output signal of the photodetector undergoes differentiation operation, and the magnitude of the step difference of the object to be measured is measured by using the obtained differentiated signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光検出センサを備え
た段差測定装置に関し、特に、規則的な段差を有する測
定物の高さ情報を素早く正確に測定するための段差測定
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a step measuring device provided with a light detecting sensor, and more particularly to a step measuring device for quickly and accurately measuring height information of a measurement object having a regular step. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の段差測定装置では、測定対象物を
ステージ上に載置し、その測定対象物の測定点を対物レ
ンズを介して撮像装置等により拡大観察しながら前記ス
テージを移動させ、焦点検出手段によって測定対象物の
段差を測定している。
2. Description of the Related Art In a conventional step measuring device, an object to be measured is placed on a stage, and the stage is moved while enlarging and observing a measuring point of the object to be measured through an objective lens by an image pickup device or the like. The step of the measurement object is measured by the focus detection means.

【0003】図7は、このような従来の段差測定装置の
概略構成を示す図である。ここに示すように、ステージ
1上には測定対象物2が載置されており、測定対象物2
の被測定面が図示しない照明系により照明されるように
なっている。一方、半導体レーザ3から出射されるレー
ザビームは、偏光ビームスプリッタ4により反射され、
1/4波長板5,対物レンズ6を介して測定対象物2の
被測定面に照射される。そして、この被測定面からの反
射光は、再度、対物レンズ6,1/4波長板5を介して
偏光ビームスプリッタ4へ入射される。このとき偏光ビ
ームスプリッタ4への入射光は、1/4波長板5を透過
した際、その偏光方向が90°ずらされる。従って、こ
の入射光は偏光ビームスプリッタ4を透過することが可
能となる。更に、偏光ビームスプリッタ4を透過した前
記被測定面からの反射光は、第1のビームスプリッタ7
で反射された後、第2のビームスプリッタ8により更に
2方向へ振り分けられる。ここで、一方の光は、第2の
ビームスプリッタ8を透過したのち、集光点Pよりも前
方に配置された絞り手段9を介して受光素子10に入射
する。又、他方の光は、第2のビームスプリッタ8によ
り反射された後、集光点Pよりも後方に配置された絞り
手段11を介して受光素子12に入射するようになって
いる。尚、絞り手段9及び絞り手段11は、夫々集光点
Pを基準に前方向及び後方向に同じ距離だけ離されて配
置されている。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of such a conventional step measuring device. As shown here, an object 2 to be measured is placed on a stage 1 and an object 2
Is illuminated by an illumination system (not shown). On the other hand, the laser beam emitted from the semiconductor laser 3 is reflected by the polarization beam splitter 4,
The light is radiated to the surface to be measured of the measurement object 2 via the 波長 wavelength plate 5 and the objective lens 6. Then, the reflected light from the surface to be measured again enters the polarization beam splitter 4 via the objective lens 6 and the quarter-wave plate 5. At this time, when the light incident on the polarizing beam splitter 4 passes through the quarter-wave plate 5, the polarization direction thereof is shifted by 90 °. Therefore, this incident light can pass through the polarizing beam splitter 4. Further, reflected light from the surface to be measured that has passed through the polarizing beam splitter 4 is transmitted to the first beam splitter 7.
After being reflected by the second beam splitter 8, the light is further divided into two directions. Here, one of the lights passes through the second beam splitter 8 and then enters the light receiving element 10 via the diaphragm means 9 arranged ahead of the converging point P. The other light is reflected by the second beam splitter 8, and then enters the light receiving element 12 through the diaphragm means 11 disposed behind the converging point P. The stop means 9 and the stop means 11 are arranged at the same distance in the forward and rearward directions with respect to the condensing point P, respectively.

【0004】受光素子10,12は夫々受光した測定対
象物2の被測定面からの反射光の光量に対応した電気信
号を信号処理手段13へ送信する機能を有している。図
3(a)は受光素子10,12から夫々出力される出力
信号B,Aの変化特性を示す図である(Fは対物レンズ
6の合焦点を示し、横軸は測定対象物2の被測定面の位
置を示している)。信号処理手段13では送信された各
信号A,Bに対して所定の演算を行い、測定対象物2の
被測定面の変位に応じた変位信号Jが生成される。図4
(b)は、信号処理手段13において信号A,Bに対す
る演算が実行された結果得られた変位信号Jの特性を示
しているが、具体的にはこの変位信号Jは、信号A,B
に基づき演算(A−B)/(A+B)が実行されて生成
される。
Each of the light receiving elements 10 and 12 has a function of transmitting to the signal processing means 13 an electric signal corresponding to the amount of light reflected from the surface to be measured of the object 2 to be measured. FIG. 3A is a diagram showing the change characteristics of the output signals B and A output from the light receiving elements 10 and 12, respectively (F indicates the focal point of the objective lens 6, and the horizontal axis indicates the position of the object 2 to be measured). The position of the measurement surface is shown). The signal processing unit 13 performs a predetermined operation on the transmitted signals A and B, and generates a displacement signal J corresponding to the displacement of the surface of the measurement target 2 to be measured. FIG.
(B) shows the characteristic of the displacement signal J obtained as a result of performing the operation on the signals A and B in the signal processing means 13. Specifically, this displacement signal J
The calculation (AB) / (A + B) is executed on the basis of and is generated.

【0005】次に、測定対象物2の被測定面上に対物レ
ンズ6の焦点を合わせるために、信号処理手段13から
変位信号JがZ軸駆動回路14へ送信される。このZ軸
駆動回路14は送信された変位信号Jに基づきZ軸駆動
手段15を作動させることにより、対物レンズ6を光軸
に沿う方向(図の矢印イの方向)に移動させることがで
きる。これにより、ステージ1と対物レンズ6との間の
相対的な距離を変化させることができる。即ち、測定対
象物2の被測定面に対して対物レンズ6の焦点を合わせ
ることができる。又、対物レンズ6の移動量は、Z軸ス
ケール16で検出し、Z軸スケール16から送信される
電気信号に基づいてZ軸移動量カウンタ17で計数でき
るようになっている。従来の装置では、対物レンズ6の
移動量をZ軸移動量カウンタ17で計数することによ
り、測定対象物2の段差の大きさを求めている。尚、観
察対象物2を載置するステージ1には、ステージ駆動手
段18とステージ駆動回路19とが設けられ、これによ
り図の矢印ロの方向にステージ1を移動させることが可
能になっている。
Next, a displacement signal J is transmitted from the signal processing means 13 to the Z-axis drive circuit 14 in order to focus the objective lens 6 on the surface of the object 2 to be measured. The Z-axis drive circuit 14 can move the objective lens 6 in the direction along the optical axis (the direction of arrow A in the figure) by operating the Z-axis drive means 15 based on the transmitted displacement signal J. Thereby, the relative distance between the stage 1 and the objective lens 6 can be changed. That is, the objective lens 6 can be focused on the measurement surface of the measurement object 2. The movement amount of the objective lens 6 is detected by the Z-axis scale 16 and can be counted by the Z-axis movement amount counter 17 based on the electric signal transmitted from the Z-axis scale 16. In the conventional apparatus, the magnitude of the step of the measurement target 2 is obtained by counting the amount of movement of the objective lens 6 by the Z-axis movement amount counter 17. The stage 1 on which the observation object 2 is placed is provided with a stage driving means 18 and a stage driving circuit 19, whereby the stage 1 can be moved in the direction of arrow B in the figure. .

【0006】以下、このように構成された従来の段差測
定装置を用いて測定対象物2の段差の大きさを測定する
方法を具体的に述べる。まず、ステージ1を図の矢印ロ
の方向に移動させて測定対象物2の基準とすべき被測定
面を対物レンズ6の下側に位置させ、対物レンズ6を光
軸に沿う方向に移動させることによりその被測定面に対
する焦点位置を検出する(このときの焦点位置の検出方
法は前述の通りである)。次に、再びステージ1を移動
させて、測定対象物2における前記被測定面と高さの異
なる被測定面を対物レンズ6の下側に位置させ、対物レ
ンズ6を光軸に沿う方向に移動させることによりその被
測定面に対する焦点位置を検出する。そして、この過程
における対物レンズ6の移動量をZ軸スケール16で検
出し、このZ軸スケール16からの電気信号に基づきZ
軸カウンタ17で計数することにより、測定対象物2の
段差を測定することができる。
Hereinafter, a method for measuring the size of the step of the measurement object 2 using the conventional step measuring apparatus having the above-described configuration will be specifically described. First, the stage 1 is moved in the direction of arrow B in the figure to position the surface to be measured, which is to be the reference of the measurement object 2, below the objective lens 6, and the objective lens 6 is moved in the direction along the optical axis. Thus, the focal position with respect to the measured surface is detected (the method of detecting the focal position at this time is as described above). Next, the stage 1 is moved again so that the surface to be measured of the object to be measured 2 having a height different from that of the surface to be measured is located below the objective lens 6, and the objective lens 6 is moved in a direction along the optical axis. Then, the focal position with respect to the measured surface is detected. Then, the movement amount of the objective lens 6 in this process is detected by the Z-axis scale 16, and based on the electric signal from the Z-axis scale 16,
By counting with the axis counter 17, the level difference of the measurement object 2 can be measured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の段差測定装置を用いて規則的な段差を有する測定対
象物を測定する場合、次のような問題がある。
However, when measuring an object having a regular step using the above-described conventional step measuring apparatus, there are the following problems.

【0008】図2は測定対象物2の段差の大きさを段差
測定装置を用いて測定している様子を示す図であるが、
このとき、測定対象物2の測定ポイント毎にステージ1
を停止させ固定し、対物レンズ6を光軸方向に移動させ
ることにより、測定対象物2の各測定ポイントにおける
焦点位置検出の作業が必要になる。このような作業を繰
り返し行うことは、非常に煩雑で多くの時間を費やすこ
とになり、好ましくない。更に、煩雑な作業を伴うとな
れば、測定精度の低下を招くことにもなりかねない。
FIG. 2 is a view showing a state in which the size of the step of the measuring object 2 is measured using a step measuring device.
At this time, the stage 1 is set for each measurement point of the measurement object 2.
Is stopped and fixed, and the objective lens 6 is moved in the optical axis direction, so that the operation of detecting the focal position at each measurement point of the measurement object 2 becomes necessary. It is not preferable to repeatedly perform such operations, which is very complicated and consumes a lot of time. Furthermore, if complicated operations are involved, the measurement accuracy may be reduced.

【0009】そこで、上記のような従来技術の有する問
題点に鑑み、本発明は、単純な構成でありながらも、素
早く正確に規則的な段差を有する測定対象物の測定が可
能な段差測定装置を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention provides a step measuring apparatus capable of quickly and accurately measuring a measuring object having a regular step with a simple structure. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による段差測定装置は、測定対象物を載置す
るステージと、光源からの光を前記測定対象物の被測定
面へ向けて照射しその被測定面からの反射光を集光する
対物レンズと、前記被測定面からの反射光の光量に対応
した信号を出力する第1,第2の光検出手段と、第1,
第2の光検出手段からの出力信号に基づき前記被測定面
の位置を判定するための信号を出力する信号処理手段
と、光軸に沿って上下に振動し前記測定対象物の段差の
大きさを測定するために用いる信号を出力する第3の光
検出手段とにより構成されていることを特徴とする。更
に、本発明の段差装置において、前記第3の光検出手段
は前記測定対象物の被測定面からの反射光の集光位置に
配置された絞り手段と受光素子とから構成されており、
又、第3の光検出手段にはこの第3の光検出手段を光軸
に沿って上下に振動させるための駆動手段が設けられて
いることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a step measuring device according to the present invention comprises a stage on which a measuring object is placed, and a light from a light source directed to a surface to be measured of the measuring object. An objective lens for irradiating and condensing light reflected from the surface to be measured, first and second light detecting means for outputting a signal corresponding to the amount of light reflected from the surface to be measured,
Signal processing means for outputting a signal for determining the position of the surface to be measured based on an output signal from the second light detection means; and a magnitude of a step of the measurement object vibrating up and down along an optical axis. And a third light detecting means for outputting a signal used to measure the light intensity. Further, in the step device according to the present invention, the third light detection means includes a stop means and a light receiving element arranged at a position where light reflected from the surface to be measured of the measurement object is condensed,
Further, the third light detecting means is provided with a driving means for vibrating the third light detecting means up and down along the optical axis.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図1乃至6に基づき本発明
を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0012】図1は本発明による段差測定装置の概略構
成を示す図である。尚、図7に示した従来装置に用いら
れた部材等と同一のものには同符号を付している。本発
明の段差測定装置では、従来装置に加えて新たに、絞り
手段20と受光素子21とからなる光検出手段22と、
この光検出手段22を光軸に沿って上下に振動させるた
めの駆動手段23と、駆動手段23を駆動するための駆
動回路24とが設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a step measuring device according to the present invention. The same members as those used in the conventional device shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. In the step measuring device of the present invention, in addition to the conventional device, a light detecting unit 22 including a diaphragm unit 20 and a light receiving element 21 is newly added.
A driving unit 23 for vibrating the light detecting unit 22 up and down along the optical axis, and a driving circuit 24 for driving the driving unit 23 are provided.

【0013】図1に示すように、本発明の装置では、ス
テージ1上には測定対象物2が載置されており、測定対
象物2の被測定面が図示しない照明系により照明される
ようになっている。一方、半導体レーザ3から出射され
るレーザビームは、偏光ビームスプリッタ4により反射
され、1/4波長板5,対物レンズ6を介して測定対象
物2の被測定面に照射される。そして、この被測定面か
らの反射光は、再度、対物レンズ6,1/4波長板5を
介して偏光ビームスプリッタ4へ入射される。このとき
偏光ビームスプリッタ4への入射光は、1/4波長板5
を透過した際、その偏光方向が90°ずらされる。従っ
て、この入射光は偏光ビームスプリッタ4を透過するこ
とが可能となる。更に、偏光ビームスプリッタ4を透過
した前記被測定面からの反射光は、第1のビームスプリ
ッタ7で反射された後、第2のビームスプリッタ8によ
り更に2方向へ振り分けられる。ここで、一方の光は、
第2のビームスプリッタ8を透過したのち、集光点Pよ
りも前方に配置された絞り手段9を介して受光素子10
に入射する。又、他方の光は、第2のビームスプリッタ
8により反射された後、集光点Pよりも後方に配置され
た絞り手段11を介して受光素子12に入射するように
なっている。
As shown in FIG. 1, in the apparatus of the present invention, an object 2 to be measured is placed on a stage 1, and a surface to be measured of the object 2 is illuminated by an illumination system (not shown). It has become. On the other hand, the laser beam emitted from the semiconductor laser 3 is reflected by the polarization beam splitter 4 and irradiates the measurement surface of the measurement object 2 via the quarter-wave plate 5 and the objective lens 6. Then, the reflected light from the surface to be measured again enters the polarization beam splitter 4 via the objective lens 6 and the quarter-wave plate 5. At this time, the light incident on the polarization beam splitter 4 is
, The polarization direction is shifted by 90 °. Therefore, this incident light can pass through the polarizing beam splitter 4. Further, the reflected light from the surface to be measured that has passed through the polarizing beam splitter 4 is reflected by the first beam splitter 7 and then further divided into two directions by the second beam splitter 8. Here, one light is
After passing through the second beam splitter 8, the light receiving element 10 is transmitted through a diaphragm 9 disposed in front of the focal point P.
Incident on. The other light is reflected by the second beam splitter 8, and then enters the light receiving element 12 through the diaphragm means 11 disposed behind the converging point P.

【0014】受光素子10,12は夫々受光した測定対
象物2からの反射光の光量に対応した電気信号を信号処
理手段13へ送出する機能を有している。図3(a)は
受光素子10,12から夫々出力された出力信号B,A
の変化特性を示す図である(Fは対物レンズ6の合焦点
を示し、横軸は測定対象物2の被測定面の位置を示して
いる)。信号処理手段13では送信された各信号A,B
に対して所定の演算を行い、測定対象物2の被測定面の
変位に応じた変位信号Jが生成される。図3(b)は信
号A,Bに対して演算が実行された結果得られた変位信
号Jの特性を示しているが、具体的には、この変位信号
Jは信号A,Bに基づき演算(A−B)/(A+B)が
実行されて生成される。
Each of the light receiving elements 10 and 12 has a function of sending an electric signal corresponding to the amount of reflected light from the measurement object 2 received to the signal processing means 13. FIG. 3A shows output signals B and A output from the light receiving elements 10 and 12, respectively.
(F indicates the focal point of the objective lens 6, and the horizontal axis indicates the position of the surface to be measured of the measurement object 2). In the signal processing means 13, each of the transmitted signals A, B
Is subjected to a predetermined calculation to generate a displacement signal J corresponding to the displacement of the surface to be measured of the measuring object 2. FIG. 3B shows the characteristic of the displacement signal J obtained as a result of performing the operation on the signals A and B. Specifically, the displacement signal J is calculated based on the signals A and B. (AB) / (A + B) is executed and generated.

【0015】次に、測定対象物2の被測定面上に対物レ
ンズ6の焦点を合わせるために、信号処理手段13から
変位信号JがZ軸駆動回路14へ向けて送信される。こ
のZ軸駆動回路14は送信された変位信号Jに基づきZ
軸駆動手段15を作動させることにより、対物レンズ6
を光軸に沿う方向(図の矢印イの方向)に移動させるこ
とが可能になっている。これにより、ステージ1と対物
レンズ6との間の相対的な距離を変化させることがで
き、測定対象物2の被測定面に対して対物レンズ6の焦
点を合わせることができる。尚、観察対象物2を載置す
るステージ1には、ステージ駆動手段18とステージ駆
動回路19とが設けられ、これにより図の矢印ロの方向
にステージ1を移動させることが可能になっている。以
上の構成は従来の装置と同様である。
Next, a displacement signal J is transmitted from the signal processing means 13 to the Z-axis driving circuit 14 in order to focus the objective lens 6 on the surface of the object 2 to be measured. The Z-axis drive circuit 14 generates a Z signal based on the transmitted displacement signal J.
By operating the shaft driving means 15, the objective lens 6
Can be moved in the direction along the optical axis (the direction of arrow A in the figure). Thereby, the relative distance between the stage 1 and the objective lens 6 can be changed, and the focus of the objective lens 6 can be adjusted on the surface to be measured of the object 2 to be measured. The stage 1 on which the observation object 2 is placed is provided with a stage driving means 18 and a stage driving circuit 19, whereby the stage 1 can be moved in the direction of arrow B in the figure. . The above configuration is the same as that of the conventional device.

【0016】一方、第1のビームスプリッタ7を透過し
た測定対象物2の被測定面からの反射光は、光軸に沿っ
て上下方向に振動可能な光検出手段22の絞り手段20
を介し受光素子21に入射する。受光素子21は前記被
測定面からの反射光の強度に応じた出力信号Cを信号処
理手段13へ送信する機能を有している。信号処理手段
13では、図5に示すように、受光素子21の出力信号
Cを微分演算処理し、これによって得られた微分信号
C’を用いて測定対象物2の段差の大きさが測定され
る。
On the other hand, the reflected light from the surface to be measured of the object to be measured 2 that has passed through the first beam splitter 7 is transmitted to the stop means 20 of the light detecting means 22 which can vibrate vertically along the optical axis.
Through the light receiving element 21. The light receiving element 21 has a function of transmitting an output signal C corresponding to the intensity of light reflected from the surface to be measured to the signal processing means 13. In the signal processing means 13, as shown in FIG. 5, the output signal C of the light receiving element 21 is subjected to differential operation processing, and the magnitude of the step of the measuring object 2 is measured using the differential signal C 'obtained thereby. You.

【0017】以下、このような構成において、ステージ
1を移動させながら、規則的な段差を有する測定対象物
2の段差の大きさを測定する方法を図2を参照して詳細
に説明する。
Hereinafter, a method of measuring the size of the step of the measuring object 2 having a regular step while moving the stage 1 in such a configuration will be described in detail with reference to FIG.

【0018】まず、信号処理系13からの変位信号Jに
基づき対物レンズ6を駆動させ、測定対象物2のS1
に対物レンズ6の焦点を合わせる(図2の状態(i) )。
このとき、S1 面における変位信号Jの値は0であるの
で、本発明の装置では、図3(b)に示すように、グラ
フの原点をPとし、この点Pを基準として後述する演算
を行うことにより、測定対象物2の段差の大きさを測定
する。次に、対物レンズ6の位置を保持したまま、ステ
ージ1を図の左方向に移動させ、測定対象物2のS2
を対物レンズ6の下側に位置させる(図2の状態(ii)の
状態)。前記状態(i) から状態(ii)へ移動する際に、光
検出手段22はその駆動手段23及び駆動回路24によ
り、光軸に対し上下に振動している。尚、対物レンズ6
の光軸は常に光検出手段22の受光素子21に入射する
ようになっており、又、光検出手段22の振動速度はス
テージ1の移動速度よりも速くなるように設定されてい
る。
[0018] First, by driving the objective lens 6 on the basis of the displacement signal J from the signal processing system 13, focusing of the objective lens 6 in the S 1 side of the object 2 (the state in FIG. 2 (i)).
At this time, since the value of the displacement signal J in S 1 side is 0, the apparatus of the present invention, as shown in FIG. 3 (b), the origin of the graph is P, later this point P as the reference computation Is performed, the size of the step of the measurement object 2 is measured. Then, while maintaining the position of the objective lens 6 moves the stage 1 to the left in the drawing, to position the S 2 side of the measurement object 2 on the lower side of the objective lens 6 (the state in FIG. 2 (ii) State). When moving from the state (i) to the state (ii), the light detecting means 22 vibrates up and down with respect to the optical axis by the driving means 23 and the driving circuit 24. In addition, the objective lens 6
Is always incident on the light receiving element 21 of the light detecting means 22, and the vibration speed of the light detecting means 22 is set to be higher than the moving speed of the stage 1.

【0019】図4は前記状態(ii)における光検出手段2
2の変位と光検出手段22への検出光の入射する様子を
示す図である。又、図5は、このとき光検出手段22か
ら出力される信号Cとこの信号Cを微分演算処理した後
の状態を示すグラフである。尚、図4及び図5中に夫々
示された〜は、図4中の〜の状態における信号
Cの出力が夫々図5中の曲線Cの〜に対応している
ことを示している。測定対象物2のS2 面を測定する場
合(図2に示された状態(ii))、光検出手段22は図4
に示す状態〜のように光軸に沿って上下方向に振動
し、このとき、前記S2 面からの反射光を受光した受光
素子21は、図5に示すような出力信号Cを信号処理手
段13へ向けて出力する。信号処理手段13では、この
信号Cの出力が所定値fth以上のとき、信号Cの微分演
算が行われる。更に、図5に示すように、信号Cの微分
信号C’の強度が所定値Vth内である場合(尚、ここで
は、所定値Vthは0を基準にして微分信号C’の絶対値
の最大値の±3%程度の幅に設定されている)には、信
号処理手段13は図3(b)に示された変位信号Jを出
力し、本発明の装置ではこれに基づいて測定対象物2の
段差の大きさを求める。例えば、図5における状態を
みると、信号Cは所定値fthより大きく、且つ、この信
号Cの微分信号C’は所定値Vth内にある。このとき、
本発明の装置では、図3(b)に示された変位信号Jに
対応するS2 面の位置(即ち、点Q)が検出され、これ
と基準となる点Pとから測定対象物2の段差の大きさx
が算出されることになる。
FIG. 4 shows the light detecting means 2 in the state (ii).
FIG. 4 is a diagram showing the displacement of No. 2 and the manner in which detection light is incident on the light detection means 22. FIG. 5 is a graph showing a signal C output from the light detecting means 22 at this time and a state after the signal C is subjected to a differential operation. 4 and FIG. 5 respectively indicate that the output of the signal C in the state of .about. In FIG. 4 corresponds to the curve C in FIG. When measuring S 2 side of the measurement object 2 (the state shown in FIG. 2 (ii)), the light detecting means 22 4
Vibrates vertically along the optical axis as in the state-shown, this time, the light receiving element 21 receives the reflected light from S 2 side, the signal processing means output signal C as shown in FIG. 5 13 is output. When the output of the signal C is equal to or greater than the predetermined value f th , the signal processing unit 13 performs a differential operation on the signal C. Further, as shown in FIG. 5, when the intensity of the differential signal C ′ of the signal C is within a predetermined value V th (here, the predetermined value V th is an absolute value of the differential signal C ′ based on 0). The signal processing means 13 outputs the displacement signal J shown in FIG. 3B, and the apparatus of the present invention measures based on this. The size of the step of the object 2 is obtained. For example, looking at the state in FIG. 5, the signal C is larger than the predetermined value f th , and the differential signal C ′ of the signal C is within the predetermined value V th . At this time,
In the apparatus of the present invention, the position of the S 2 plane (that is, the point Q) corresponding to the displacement signal J shown in FIG. 3B is detected, and the position of the measurement object 2 Step size x
Is calculated.

【0020】尚、本発明の段差測定装置では、信号処理
手段13において、受光素子12及び受光素子10から
の出力信号A,Bに基づく(A+B)の値を求め、これ
に予め設定された閾値Tを適用することにより装置の合
焦動作範囲を規定している(図6参照)。このようにす
ることにより、本発明の装置における段差測定範囲を規
定し、又、誤検出を防止している。
In the step measuring device of the present invention, the signal processing means 13 obtains the value of (A + B) based on the output signals A and B from the light receiving elements 12 and 10, and sets a predetermined threshold value to this value. The focusing operation range of the apparatus is defined by applying T (see FIG. 6). By doing so, the step measurement range in the device of the present invention is defined, and erroneous detection is prevented.

【0021】このように、本発明による段差測定装置を
用いれば、従来装置のようにステージ1を測定ポイント
毎に停止させずに、測定対象物2の段差測定を正確に行
うことができる。又、対物レンズ6を段差毎に駆動させ
ずに、連続的な測定が可能となる。
As described above, when the step measuring device according to the present invention is used, the step measurement of the measuring object 2 can be accurately performed without stopping the stage 1 at each measurement point unlike the conventional device. Further, continuous measurement is possible without driving the objective lens 6 for each step.

【0022】[0022]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、単純な
構成でありながらも、素早く正確に規則的な段差を有す
る測定対象物の段差の大きさを求めることが可能な段差
測定装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a step measuring apparatus capable of quickly and accurately determining the size of a step of a measurement object having a regular step with a simple configuration. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による段差測定装置の概略構成を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a level difference measuring device according to the present invention.

【図2】段差測定装置を用いて規則的な段差を有する測
定対象物を測定する方法を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring a measurement target having a regular step using the step measurement device.

【図3】光検出手段22の動作を説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a light detection unit 22;

【図4】光検出手段22から出力される信号とその処理
方法を説明するためのグラフである。
FIG. 4 is a graph for explaining a signal output from a light detection unit 22 and a processing method thereof.

【図5】(a)は受光素子10,12からの出力信号
B,Aの特性を示すグラフ、(b)は信号A,Bに基づ
き生成された変位信号Jの特性を示すグラフである。
5A is a graph showing characteristics of output signals B and A from the light receiving elements 10 and 12, and FIG. 5B is a graph showing characteristics of a displacement signal J generated based on the signals A and B;

【図6】本発明の装置における段差測定範囲の規定及び
誤検出の方法を説明するためのグラフである。
FIG. 6 is a graph for explaining a method of defining a step measurement range and an erroneous detection in the apparatus of the present invention.

【図7】従来の段差測定装置の概略構成を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional step measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステージ 2 測定対象物 3 半導体レーザ 4 偏光ビームスプリッタ 5 1/4波長板 6 対物レンズ 7 第1のビームスプリッタ 8 第2のビームスプリッタ 9,11,20 絞り 10,12,21 受光素子 13 信号処理手段 14 Z軸駆動回路 15 Z軸駆動手段 16 Z軸スケール 17 Z軸移動カウンタ 18 ステージ駆動回路 19 ステージ駆動手段 22 光検出手段 23 光検出手段駆動手段 24 光検出手段駆動回路 Reference Signs List 1 stage 2 object to be measured 3 semiconductor laser 4 polarization beam splitter 5 quarter-wave plate 6 objective lens 7 first beam splitter 8 second beam splitter 9, 11, 20 aperture 10, 12, 21 light receiving element 13 signal processing Means 14 Z-axis drive circuit 15 Z-axis drive means 16 Z-axis scale 17 Z-axis movement counter 18 Stage drive circuit 19 Stage drive means 22 Light detection means 23 Light detection means drive means 24 Light detection means drive circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象物を載置するステージと、光源
からの光を前記測定対象物の被測定面へ向けて照射し該
被測定面からの反射光を集光する対物レンズと、前記被
測定面からの反射光の光量に対応した信号を出力する第
1,第2の光検出手段と、該第1,第2の光検出手段か
らの出力信号に基づき前記被測定面の位置を判定するた
めの信号を出力する信号処理手段と、光軸に沿って上下
に振動し前記測定対象物の段差の大きさを測定するため
に用いる信号を出力する第3の光検出手段とにより構成
されていることを特徴とする段差測定装置。
An object lens configured to irradiate light from a light source toward a surface to be measured of the object to collect light reflected from the surface to be measured; First and second light detecting means for outputting a signal corresponding to the amount of reflected light from the measured surface; and a position of the measured surface based on an output signal from the first and second light detecting means. Signal processing means for outputting a signal for determination, and third light detecting means for vibrating up and down along the optical axis and outputting a signal used for measuring the size of the step of the measurement object A step measuring device characterized by being performed.
【請求項2】 前記第3の光検出手段は、前記測定対象
物の被測定面からの反射光の集光位置に配置された絞り
手段と受光素子とから構成されていることを特徴とする
請求項1に記載の段差測定装置。
2. The method according to claim 1, wherein the third light detecting means includes a diaphragm and a light receiving element arranged at a position where light reflected from the surface of the object to be measured is collected. The step measuring device according to claim 1.
【請求項3】 前記第3の光検出手段には、該第3の光
検出手段を光軸に沿って上下に振動させるための駆動手
段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の
段差測定装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the third light detecting means includes a driving means for vibrating the third light detecting means up and down along the optical axis. The step measuring device according to the above.
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