JPH1172311A - Sectional form measuring apparatus - Google Patents

Sectional form measuring apparatus

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JPH1172311A
JPH1172311A JP9233464A JP23346497A JPH1172311A JP H1172311 A JPH1172311 A JP H1172311A JP 9233464 A JP9233464 A JP 9233464A JP 23346497 A JP23346497 A JP 23346497A JP H1172311 A JPH1172311 A JP H1172311A
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light spot
sectional shape
inspection object
spot image
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a sectional form by a method wherein a correction value is obtained by a calibration means from a relationship between a first distance from the surface of an object to be inspected to a sensor and a difference signal of the sensor and then, is added to a second distance between a stage in which the actual surface of the object to be inspected is scanned to hold the difference signal of the sensor zero and the sensor to allow calibration according to the condition of the surface. SOLUTION: Firstly, while stages 24 and 26b are driven to scan the top of the surface of an object to be inspected, a sensor device 20 is continuously driven in the direction of the Z axis so that a difference signal S from a 2-split sensor in the sensor device 20 is held in zero under a servo control in which the driving or controlling is performed by a control section 30. When the difference signal S from the sensor is 'zero', a distance between the object to be inspected and the device 20 is at a focusing distance. In the measurement of the sectional form, secondly, a moving distance in the direction of the Z axis of the sensor device 20 is detected by an encoder 21 as a degree displaced from a Z value. That is to say, the device 20 is always driven vertically to reach the focusing position along the direction of scanning and the Z value at the moment is sampled thereby measuring the sectional form of the surface of the object to be inspected.

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、センサ装置の合焦
位置の変化量を検出して被検査物の表面の断面形状を測
定する非接触型の断面形状測定装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a non-contact type cross-sectional shape measuring apparatus for measuring a cross-sectional shape of a surface of an object to be inspected by detecting a change amount of a focus position of a sensor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】非接触型の断面形状測定装置は、センサ
が設けられた顕微鏡鏡筒の垂直方向の位置を、被検査物
の表面に対して常に合焦位置になる様に駆動制御し、そ
の垂直方向の変位量から被検査物の表面の高さを検出す
る。そして、被検査物表面を走査しながら、垂直方向の
変位量をサンプリングすることにより、被検査物の表面
の断面形状を検出する。
2. Description of the Related Art A non-contact type cross-sectional shape measuring apparatus drives and controls a vertical position of a microscope barrel provided with a sensor so that the vertical position is always in focus with respect to the surface of an inspection object. The height of the surface of the inspection object is detected from the displacement amount in the vertical direction. Then, the cross-sectional shape of the surface of the inspection object is detected by sampling the amount of displacement in the vertical direction while scanning the surface of the inspection object.

【0003】かかる測定装置の自動焦点機能は、例えば
三角測量方法やナイフエッジ方法の原理に従って構成さ
れる。図8は、そのナイフエッジ方法を示す図である。
この方法は、光源10から光学系14の一方側を通して
被検査物12の表面に投射した光点13を、再度光学系
14の反対側及びナイフエッジ16の反射面を介して2
分割センサ18に投影する。図中、実線と破線により示
される通り、被検査物12の表面の高さh1,h2,h
3に応じて、2分割センサ18上に結像する光点位置が
それぞれ異なる。この例では、被検査物の表面の高さh
2の位置が、その時は光点像が2分割センサのちょうど
真ん中にシャープな像として結像する合焦位置である。
また、その上下の位置h1,h3では、光点像はそれぞ
れセンサB、Aの位置にピンぼけした像として結像す
る。三角測量法も基本的原理は、上記ナイフエッジ法と
同じであり、被検査物の表面の高さに応じて2分割セン
サ上の光点の位置が変化することを利用する。
[0003] The automatic focusing function of such a measuring device is configured according to, for example, the principles of the triangulation method and the knife edge method. FIG. 8 is a diagram showing the knife edge method.
According to this method, a light spot 13 projected from the light source 10 to the surface of the inspection object 12 through one side of the optical system 14 is again transmitted to the opposite side of the optical system 14 and the reflection surface of the knife edge 16.
The image is projected on the split sensor 18. In the drawing, as shown by solid lines and broken lines, the heights h1, h2, h of the surface of the inspection object 12 are shown.
The positions of the light spots to be imaged on the two-division sensor 18 are different depending on the three. In this example, the height h of the surface of the inspection object is
Position 2 is the in-focus position at which the light spot image then forms a sharp image exactly in the middle of the two-segment sensor.
At the upper and lower positions h1 and h3, the light spot images are formed as defocused images at the positions of the sensors B and A, respectively. The basic principle of the triangulation method is the same as that of the knife edge method, and utilizes the fact that the position of the light spot on the two-division sensor changes according to the height of the surface of the inspection object.

【0004】図9は、かかる2分割センサにより検出さ
れる信号を示す図である。図中、左右方向が被検査物の
表面とセンサとの垂直方向の距離に対応する。距離が変
化するに従い、2分割センサ18のセンサAとBとに
は、光点像が生成される。それに従いセンサBからの信
号b、センサAからの信号a、そしてそれらの差信号S
=a−bが生成される。従って、差信号S=0になる被
検査物表面とセンサとの距離の位置が、合焦位置に対応
する。
FIG. 9 is a diagram showing signals detected by the two-divided sensor. In the figure, the horizontal direction corresponds to the vertical distance between the surface of the inspection object and the sensor. As the distance changes, light spot images are generated on the sensors A and B of the two-divided sensor 18. Accordingly, the signal b from the sensor B, the signal a from the sensor A, and their difference signal S
= Ab is generated. Accordingly, the position of the distance between the sensor and the surface of the inspection object where the difference signal S = 0 corresponds to the focus position.

【0005】かかる原理を利用して、断面形状測定装置
は、被検査物表面上を走査しながら、常に合焦位置、即
ち差信号S=0となる様に被検査物を載せたステージと
センサとの距離を駆動制御し、その時に検出される被検
査物を載せたステージとセンサとの距離に従って被検査
物表面の断面形状または高さ分布を測定する。
Utilizing such a principle, a cross-sectional shape measuring apparatus scans the surface of an object to be inspected, and constantly scans the surface of the object to be inspected. Is driven and the cross-sectional shape or height distribution of the surface of the inspection object is measured according to the distance between the sensor and the stage on which the inspection object is detected at that time.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被検査
物の表面を走査しながら、常に差信号S=0となる様に
被検査物を載せたステージとセンサとの距離を駆動制御
するサーボ制御において、サーボ制御の追従特性に起因
して、常に差信号S=0を維持することは困難である。
例えば、被検査物の表面の高さが階段的に変化した場合
は、一時的に差信号Sがゼロにならないで非合焦状態に
なる。サーボ制御によりその差信号Sに応じてゲインを
変化させて駆動制御したとしても、フィードバックに伴
う遅延により再び差信号S=0の合焦状態に戻るにはあ
る程度の時間を要する。
However, in the servo control for driving and controlling the distance between the stage on which the object is placed and the sensor so that the difference signal S = 0 while scanning the surface of the object to be inspected. It is difficult to always maintain the difference signal S = 0 due to the tracking characteristics of the servo control.
For example, when the height of the surface of the inspection object changes stepwise, the difference signal S does not temporarily become zero and the state becomes out of focus. Even if the drive is controlled by changing the gain according to the difference signal S by the servo control, it takes some time to return to the focus state of the difference signal S = 0 again due to the delay caused by the feedback.

【0007】そこで、被検査物のステージとセンサとの
距離を検出すると共に、2分割センサからの差信号Sに
基づく補正値を演算し、検出された距離にその補正値を
加算して真の高さを求めることが従来から行われてい
る。
Therefore, the distance between the stage of the inspection object and the sensor is detected, a correction value based on the difference signal S from the two-divided sensor is calculated, and the correction value is added to the detected distance to obtain a true value. Determining the height has conventionally been performed.

【0008】しかしながら、かかる補正値は被検査物の
材質にかかわらず画一的なテーブルや直線補間によるも
のであり、従来の断面形状測定装置では正確な補正値を
求めることはできない。特に、例えば金属や鏡面仕上げ
された表面ではその反射係数が大きく、一方、プラスチ
ックの表面や粗面仕上げされた表面ではその反射係数が
小さくまた反射光が分散する傾向にある。その場合、非
合焦位置での2分割センサ上の光点像は反射面の材質や
表面の仕上げ具合に応じて異なる。従って、検出される
差信号Sと合焦位置からの変位量との関係は、被検査物
に応じて異なる。そのため、従来の様に画一的に補正を
行う方法では、被検査物の表面状態によっては正確な断
面形状の測定ができない。
However, such correction values are based on a uniform table or linear interpolation irrespective of the material of the object to be inspected, and a conventional cross-sectional shape measuring apparatus cannot determine an accurate correction value. In particular, for example, a metal or mirror-finished surface has a large reflection coefficient, while a plastic or rough-finished surface has a low reflection coefficient and tends to scatter reflected light. In this case, the light spot image on the two-divided sensor at the out-of-focus position differs depending on the material of the reflecting surface and the finishing condition of the surface. Therefore, the relationship between the detected difference signal S and the amount of displacement from the in-focus position differs depending on the inspection object. Therefore, in the method of performing the correction uniformly as in the related art, it is impossible to accurately measure the cross-sectional shape depending on the surface condition of the inspection object.

【0009】そこで、本発明の目的は、被検査物の表面
状態にかかわらず正確な断面形状の測定を行うことがで
きる断面形状測定装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cross-sectional shape measuring device capable of accurately measuring a cross-sectional shape regardless of the surface condition of an object to be inspected.

【0010】更に、本発明の別の目的は、被検査物の表
面状態に応じたセンサ出力信号と距離との関係をより正
確に取得することができるキャリブレーション手段を有
する断面形状測定装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a cross-sectional shape measuring apparatus having a calibration means capable of acquiring a relationship between a sensor output signal and a distance in accordance with the surface condition of an object to be inspected more accurately. Is to do.

【0011】更に、本発明の目的は、被検査物の表面状
態に応じて適宜キャリブレーションを行い、被検査物の
表面に最適なセンサ出力信号と距離との関係に従って断
面形状を測定することができる断面形状測定方法を提供
することにある。
It is still another object of the present invention to appropriately perform calibration in accordance with the surface condition of an object to be inspected and to measure a cross-sectional shape in accordance with a relationship between a sensor output signal and a distance optimal for a surface of the object to be inspected. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a cross-sectional shape.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、キャリブレー
ション手段において、被検査物の表面の種類に応じて被
検査物の表面からセンサまでの第一の距離とセンサの差
信号との関係を複数種類測定する。そして、それぞれの
被検査物の表面の種類毎に前記の関係を示す補正関数ま
たは補正テーブルを取得する。そして、実際の被検査物
の表面を走査しながらセンサの差信号をゼロに保つ様に
被検査物のステージとセンサとの第二の距離をサーボ制
御し、その時に検出される第二の距離に、センサの差信
号と前記関係を示す補正関数や補正テーブルとから求め
られる補正値を加算して、最終的な測定値とする。この
補正関数や補正テーブルは、被検査物の表面の種類毎に
取得されているので、最適の補正関数や補正テーブルが
選択されて補正値を求める演算に利用される。
According to the present invention, in a calibration means, a relationship between a first distance from a surface of a test object to a sensor and a difference signal of the sensor is determined in accordance with a type of a surface of the test object. Measure multiple types. Then, a correction function or a correction table indicating the above-described relationship is obtained for each type of surface of each inspection object. Then, the second distance between the stage of the inspection object and the sensor is servo-controlled so as to keep the sensor difference signal at zero while scanning the actual surface of the inspection object, and the second distance detected at that time is controlled. Then, a correction value obtained from a sensor difference signal and a correction function or a correction table indicating the above relationship is added to obtain a final measured value. Since the correction function and the correction table are acquired for each type of the surface of the inspection object, the optimum correction function and the correction table are selected and used for the calculation for obtaining the correction value.

【0013】上記の目的を達成する為に、本発明は、被
検査物の表面に投射された光点を、前記被検査物と光電
変換素子との第一の距離に応じて投影される光点像の位
置を変化させる受光光学系を介して前記光電変換素子に
投影し、前記光電変換素子上に投影された光点像の位置
が所定の位置になる様に前記被検査物を載せたステージ
と光電変換素子との第二の距離を駆動制御しながら前記
被検査物の表面に沿って前記光点を走査する測定手段
と、前記第二の距離を検出する距離検出手段と、前記第
二の距離に従って前記被検査物の断面形状を求める演算
手段とを有する断面形状測定装置において、前記被検査
物の所定の位置で、前記第一の距離を変化させた時の前
記光電変換素子から検出される光点像位置信号から、前
記第一の距離と光点像位置信号との関係を、複数種類の
被検査物について取得するキャリブレーション手段を有
し、前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しなが
ら、検出される前記第二の距離に、検出される前記光点
像位置信号と、前記被検査物の種類に対応する前記第一
の距離と光点像位置信号との関係とから得られる前記所
定の位置までの補正値を加えて、前記被検査物の断面形
状を求めることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a method for projecting a light spot projected on a surface of an object to be inspected according to a first distance between the object and the photoelectric conversion element. The object was projected onto the photoelectric conversion element via a light receiving optical system that changes the position of the point image, and the object to be inspected was placed such that the position of the light point image projected on the photoelectric conversion element was a predetermined position. A measuring unit that scans the light spot along the surface of the inspection object while driving and controlling a second distance between the stage and the photoelectric conversion element, a distance detecting unit that detects the second distance, A cross-sectional shape measuring apparatus having a calculating means for calculating a cross-sectional shape of the inspection object according to the second distance, at a predetermined position of the inspection object, from the photoelectric conversion element when the first distance is changed. From the detected light spot image position signal, the first distance and the light spot Calibration means for acquiring the relationship with the position signal for a plurality of types of test objects, the arithmetic means, while scanning the surface of the test object, the second distance is detected, A correction value up to the predetermined position obtained from the light spot image position signal and the relationship between the first distance and the light spot image position signal corresponding to the type of the object to be inspected. It is characterized in that the cross-sectional shape of the inspection object is obtained.

【0014】かかる発明によれば、被検査物の表面状態
に最適の第一の距離と光点像位置信号との関係を利用し
て、走査中に検出される第二の距離を補正することがで
きるので、より精度の高い補正を行うことができる。
According to this invention, the second distance detected during scanning is corrected using the relationship between the first distance and the light spot image position signal that is optimal for the surface state of the inspection object. Therefore, more accurate correction can be performed.

【0015】更に、本発明は、上記の発明において、前
記キャリブレーション手段は、前記距離と光点像位置信
号との関係の取得に際し、それぞれの種類の被検査物の
多数点をサンプリングして得られる複数の前記関係か
ら、所定の近似演算により代表の関係を補正関数として
求めることを特徴とする。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned invention, the calibrating means obtains a plurality of points of each type of the inspection object when acquiring the relationship between the distance and the light spot image position signal. A representative relation is obtained as a correction function from a plurality of the obtained relations by a predetermined approximation operation.

【0016】多数点をサンプリングして得られた複数の
関係をもとに近似演算により補正関数を求めることによ
り、サンプリング点の固有の状態の影響をなくすことが
でき、より汎用的な補正関数を取得することができる。
しかも、補正関数の場合はその定数のみを記憶するだけ
で良いので、複数種類の補正関数を記憶するメモリの容
量を少なくすることができる。
By obtaining a correction function by an approximation operation based on a plurality of relationships obtained by sampling a number of points, the influence of the unique state of the sampling points can be eliminated, and a more general-purpose correction function can be obtained. Can be obtained.
Moreover, in the case of a correction function, only the constant needs to be stored, so that the capacity of a memory for storing a plurality of types of correction functions can be reduced.

【0017】更に、上記近似演算を最小二乗法により少
なくとも3次の多項式を補正関数とすることにより、よ
り正確な補正関数を取得することができる。
Further, a more accurate correction function can be obtained by using at least a third-order polynomial as a correction function by the least square method in the approximation operation.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
ついて図面に従って説明する。しかしながら、かかる実
施の形態例が本発明の技術的範囲を限定するものではな
い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, such embodiments do not limit the technical scope of the present invention.

【0019】図1は、本実施の形態例の断面形状測定装
置の概略図である。図8で説明した光源10や光学系1
4、2分割センサ18等を備えたセンサ装置20が、X
ステージ24とYステージ26からなるステージ上に支
柱23を介して設けられる。ステージ上には、図示しな
い被検査物が載置される。センサ装置20の上部には、
撮像装置22が設けられ、被検査物を撮像し画像信号を
画像観察部28に出力する。センサ装置20は、図示し
ない駆動装置により垂直方向(Z軸方向)に上下駆動さ
れ、センサ装置20に設けられたエンコーダ21によ
り、センサ装置20のZ軸方向の位置Z値が出力され
る。また、センサ装置20内の2分割センサからの差信
号Sも出力される。
FIG. 1 is a schematic view of a cross-sectional shape measuring apparatus according to this embodiment. The light source 10 and the optical system 1 described in FIG.
The sensor device 20 including the four- and two-divided sensors 18
It is provided on a stage composed of a stage 24 and a Y stage 26 via a column 23. An inspection object (not shown) is mounted on the stage. In the upper part of the sensor device 20,
An image pickup device 22 is provided, which picks up an object to be inspected and outputs an image signal to an image observation unit 28. The sensor device 20 is driven up and down in a vertical direction (Z-axis direction) by a driving device (not shown), and an encoder 21 provided in the sensor device 20 outputs a Z value of the position of the sensor device 20 in the Z-axis direction. Further, a difference signal S from the two-divided sensor in the sensor device 20 is also output.

【0020】制御部30は、前記2分割センサからの差
信号S、センサ装置のエンコーダからのZ値及びステー
ジ24,26の位置を検出するステージエンコーダから
の位置信号X値、Y値が与えられ、ステージの水平方向
の駆動及びセンサ装置20の垂直方向の駆動の制御を行
う。ステージの駆動は、被検査物の表面を投射された光
点で走査する為に行われ、センサ装置20の駆動は、2
分割センサからの差信号Sをゼロに維持してセンサ装置
20と被検査物との距離を合焦位置の値(合焦距離)に
保つために行われる。また、画像観察部28で生成され
る画像信号Pが制御装置30に与えられ、制御装置30
で表示装置32での画像表示の制御が行われる。更に、
操作入力装置34から操作入力INが制御装置30に与
えられる。
The control unit 30 receives the difference signal S from the two-divided sensor, the Z value from the encoder of the sensor device, and the position signal X value and Y value from the stage encoder for detecting the positions of the stages 24 and 26. , And controls the horizontal drive of the stage and the vertical drive of the sensor device 20. The stage is driven to scan the surface of the inspection object with the projected light spots.
This is performed to maintain the difference signal S from the divided sensors at zero and keep the distance between the sensor device 20 and the inspection object at the value of the focus position (focus distance). Further, the image signal P generated by the image observation unit 28 is given to the control device 30 and the control device 30
Controls the image display on the display device 32. Furthermore,
An operation input IN is provided from the operation input device 34 to the control device 30.

【0021】図1の断面形状測定装置により、被検査物
の表面の断面形状が測定される。その測定では、第一
に、ステージ24,26を駆動して投射された光点で被
検査物の表面上を走査しながら、センサ装置20内に設
けた2分割センサからの差信号Sが0に維持される様に
センサ装置20をZ軸方向に連続的に駆動する。即ち、
センサ装置20のサーボ制御である。図8、図9に示し
た通り、センサからの差信号Sがゼロの時に、被検査物
とセンサ装置20との距離が合焦距離にある。そして、
差信号Sが負の場合は、合焦位置より距離が短い位置で
あり、差信号Sが正の場合は、合焦位置より距離が長い
位置である。従って、差信号Sが負の場合は、センサ装
置20をより高い位置に駆動し、差信号Sが正の場合
は、センサ装置20をより低い位置に駆動するように、
制御部30が駆動制御する。その場合、例えば、差信号
Sの絶対値が大きいほどゲインを上げて駆動することに
より、サーボ制御の追従性を向上させることができる。
The cross-sectional shape of the surface of the inspection object is measured by the cross-sectional shape measuring device shown in FIG. In the measurement, first, while scanning the surface of the inspection object with the projected light spot by driving the stages 24 and 26, the difference signal S from the two-divided sensor provided in the sensor device 20 is set to 0. The sensor device 20 is continuously driven in the Z-axis direction so as to be maintained at. That is,
This is a servo control of the sensor device 20. As shown in FIGS. 8 and 9, when the difference signal S from the sensor is zero, the distance between the inspection object and the sensor device 20 is the focusing distance. And
When the difference signal S is negative, the position is shorter than the focus position, and when the difference signal S is positive, the position is longer than the focus position. Accordingly, when the difference signal S is negative, the sensor device 20 is driven to a higher position, and when the difference signal S is positive, the sensor device 20 is driven to a lower position.
The control unit 30 controls the drive. In this case, for example, the higher the absolute value of the difference signal S is, the higher the gain is, and the higher the driving is, the more the servo control can be followed.

【0022】断面形状の測定では、第二に、センサ装置
20に取り付けられたエンコーダ21によりセンサ装置
のZ軸方向の移動距離をZ値の変位量として検出する。
つまり、前述の如く走査方向に沿って常にセンサ装置2
0を合焦位置になる様に上下駆動し、その時のセンサ装
置20のZ値をサンプリングすることで、被検査物の表
面の断面形状を測定することができる。
In the measurement of the cross-sectional shape, secondly, the moving distance of the sensor device in the Z-axis direction is detected as the displacement of the Z value by the encoder 21 attached to the sensor device 20.
That is, as described above, the sensor device 2 is always arranged in the scanning direction.
By driving the sensor up and down so that 0 becomes the in-focus position and sampling the Z value of the sensor device 20 at that time, the cross-sectional shape of the surface of the inspection object can be measured.

【0023】図2は、上記の走査した時に検出されるZ
値と実際の被検査物の断面形状との関係及びセンサから
の差信号Sを示す図である。図2(1)の横軸が走査方
向、縦軸がZ値であり、図2(2)の横軸が走査方向、
縦軸が差信号Sである。図2(1)の破線は、被検査物
の実際の表面に基づくZ値を示し、実線は、実際のセン
サ装置20の位置として検出されるZ値を示す。
FIG. 2 is a graph showing Z detected when scanning is performed.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a value and an actual cross-sectional shape of an inspection object and a difference signal S from a sensor. The horizontal axis in FIG. 2A is the scanning direction, the vertical axis is the Z value, and the horizontal axis in FIG.
The vertical axis is the difference signal S. 2 (1) indicates the Z value based on the actual surface of the inspection object, and the solid line indicates the Z value detected as the actual position of the sensor device 20.

【0024】上記した通り、制御部30内のCNC制御
装置によりセンサ装置20の上下駆動がサーボ制御され
ている。被検査物の表面形状が急峻に変化するところで
は、サーボ制御の遅延特性により、一時的にセンサ装置
20のZ値と被検査物の表面のZ値との間にずれ量が発
生する。即ち、図中ΔZで示される通りである。そこ
で、正確な断面形状を測定する為には、センサ装置20
の位置から検出されるZ値にずれ量ΔZを加算しなけれ
ばならない。
As described above, the vertical drive of the sensor device 20 is servo-controlled by the CNC control device in the control unit 30. Where the surface shape of the inspection object changes abruptly, a shift amount temporarily occurs between the Z value of the sensor device 20 and the Z value of the surface of the inspection object due to the delay characteristics of the servo control. That is, it is as indicated by ΔZ in the figure. Therefore, in order to measure an accurate cross-sectional shape, the sensor device 20 must be used.
Must be added to the Z value detected from the position.

【0025】一方、図2(2)に示されるセンサの差信
号Sは、センサ装置20の位置からエンコーダにより検
出されるZ値が被検査物に対する合焦位置からΔZずれ
ている時、ゼロからプラス或いはマイナス方向にずれ
る。これは、上記のΔZずれている時は、センサ装置2
0が差信号S=0の合焦位置からずれていることが理由
である。従って、差信号Sに基づいて合焦位置からのず
れ量を求めることができれば上記のZ値のずれ量ΔZを
求めることができる。
On the other hand, when the Z value detected by the encoder from the position of the sensor device 20 deviates from the in-focus position with respect to the inspection object by ΔZ, the difference signal S of the sensor shown in FIG. It shifts in the plus or minus direction. This is because when the above-mentioned ΔZ shift occurs, the sensor device 2
This is because 0 is shifted from the focus position of the difference signal S = 0. Therefore, if the shift amount from the in-focus position can be obtained based on the difference signal S, the shift amount ΔZ of the Z value can be obtained.

【0026】しかしながら、差信号Sと合焦位置からの
ずれ量ΔZとの関係は、被検査物の表面状態によってま
ちまちであり、画一的に補正をすると、被検査物の正確
な断面形状を求めることができない。
However, the relationship between the difference signal S and the amount of deviation ΔZ from the in-focus position varies depending on the surface condition of the inspection object. I can't ask.

【0027】図3は、複数種類の被検査物の表面に対す
る、センサ装置の合焦位置からのずれ量である差分量Z
sと差信号Sとの関係例を示す図である。ここでは、三
種類のS字曲線40,42,44が示されている。例え
ば、S字曲線40は、被検査物の表面が鏡面の如く反射
率が高く正反射する場合である。被検査物の表面が鏡面
の場合は、図9で示した2分割センサ18の表面に結像
する光点像は、比較的シャープになり、差信号Sは合焦
位置近傍において急峻なカーブとなる。一方、S字曲線
44は、被検査物の表面が粗面の如く乱反射する面の場
合である。かかる表面の場合は、2分割センサ18の表
面に結像する光点像は、比較的ピンぼけした像となり、
差信号Sは合焦位置を中心として緩慢なカーブとなる。
FIG. 3 shows a difference amount Z which is a shift amount from the in-focus position of the sensor device with respect to the surface of a plurality of types of inspected objects.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a relationship between s and a difference signal S. Here, three types of S-shaped curves 40, 42, and 44 are shown. For example, the S-shaped curve 40 is a case where the surface of the inspection object has a high reflectance like a mirror surface and is regularly reflected. When the surface of the object to be inspected is a mirror surface, the light spot image formed on the surface of the two-divided sensor 18 shown in FIG. 9 is relatively sharp, and the difference signal S has a sharp curve near the in-focus position. Become. On the other hand, the S-shaped curve 44 is a case where the surface of the inspection object is a surface that irregularly reflects like a rough surface. In the case of such a surface, the light spot image formed on the surface of the two-piece sensor 18 is a relatively out-of-focus image,
The difference signal S has a slow curve centered on the in-focus position.

【0028】従って、今仮に、センサからの差信号Sが
S1値であるとすると、それに対応するセンサ装置20
の位置の合焦位置からのずれ量Zsは、図3中のΔZ
1,ΔZ2,ΔZ3となる。即ち、差信号Sの曲線から
求められるずれ量Zsは、被検査物の表面状態に応じて
異なる。従って、差信号Sからずれ量Zsをより正確に
求める為には、被検査物の表面の種類毎に最適な差信号
Sの曲線を表す関数を補正関数として使用する必要があ
る。
Therefore, assuming that the difference signal S from the sensor is the S1 value, the corresponding sensor device 20
The deviation amount Zs of the position from the in-focus position is ΔZ in FIG.
1, ΔZ2 and ΔZ3. That is, the deviation amount Zs obtained from the curve of the difference signal S differs depending on the surface state of the inspection object. Therefore, in order to more accurately obtain the shift amount Zs from the difference signal S, it is necessary to use a function representing a curve of the optimum difference signal S for each type of the surface of the inspection object as a correction function.

【0029】図4は、本実施の形態例において、キャリ
ブレーション手段により被検査物表面をサンプリングす
る例を示す図である。この例では、被検査物12の反射
率が高く正反射する鏡面領域12Aと、乱反射する粗面
領域12Bとでそれぞれ6カ所のサンプリング点46を
とる。本実施の形態例では、例えば鏡面領域12Aにお
いて、1つのサンプリング点の位置にセンサ装置20の
光学系が位置するようにステージを移動する。そして、
そのサンプリング点でステージを静止させ、センサ装置
20をZ軸方向に走査しながら、検出される2分割セン
サからの差信号SとZ値とをサンプリングする。この差
信号Sのサンプリング工程を、他の5つのサンプリング
点においても繰り返す。尚、サンプリング点は、できる
だけ一般的な鏡面の位置を選択するようにし、特殊な形
状、表面状態の位置の選択を避ける様にする。
FIG. 4 is a diagram showing an example of sampling the surface of the object to be inspected by the calibration means in this embodiment. In this example, six sampling points 46 are respectively taken for the mirror surface area 12A where the reflectance of the inspection object 12 is high and the regular reflection area 12A and the rough reflection area 12B where the irregular reflection is performed. In the present embodiment, for example, the stage is moved so that the optical system of the sensor device 20 is located at one sampling point in the mirror surface area 12A. And
The stage is stopped at the sampling point, and the difference signal S and the Z value from the detected two-divided sensor are sampled while the sensor device 20 scans in the Z-axis direction. This sampling process of the difference signal S is repeated at the other five sampling points. As for the sampling point, the position of a general mirror surface is selected as much as possible, and the selection of a position having a special shape and surface state is avoided.

【0030】図5は、複数のサンプリング点46におい
て、センサ装置20の焦点位置からの差分量Zsに対応
する差信号Sのサンプリング値の分布を示す図である。
図中、+印で示されるのがサンプリング値である。本実
施の形態例では、この様に複数のサンプリング点におい
て、センサ装置の位置(Zs値)と2分割センサからの
差信号Sとの関係を取得し、適当な有効範囲52内の値
の分布から所定の近似演算法により、近似曲線50を求
める。この近似曲線50を、例えば補正関数として或い
は補正テーブルとして取得し、実際の断面形状測定にお
いて補正値を求めるベースとする。
FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the sampling values of the difference signal S corresponding to the difference Zs from the focal position of the sensor device 20 at a plurality of sampling points 46.
In the figure, the sampling values are indicated by + signs. In the present embodiment, the relationship between the position (Zs value) of the sensor device and the difference signal S from the two-divided sensor is acquired at a plurality of sampling points, and the distribution of values within the appropriate effective range 52 is obtained. , An approximate curve 50 is obtained by a predetermined approximate calculation method. This approximation curve 50 is acquired, for example, as a correction function or as a correction table, and is used as a base for obtaining a correction value in actual cross-sectional shape measurement.

【0031】複数のサンプリング点により取得されたセ
ンサ装置の位置の焦点位置からの差分量Zs値と2分割
センサからの差信号Sとの関係を示す近似曲線50は、
最小二乗法の行列解法により、例えば以下の三次の多項
式で表すことができる。
The approximate curve 50 showing the relationship between the difference Zs value of the position of the sensor device obtained from the plurality of sampling points from the focal position and the difference signal S from the two-divided sensor is
By the matrix solution method of the least squares method, for example, it can be represented by the following third-order polynomial.

【0032】Zs=ax3 +bx2 +cx+d ここで、xは差信号Sであるので、この多項式は、補正
関数Zs=F(s)として示すことができる。
Zs = ax 3 + bx 2 + cx + d Since x is the difference signal S, this polynomial can be expressed as a correction function Zs = F (s).

【0033】最小二乗法の行列解法は、以下の通りであ
る。
The matrix solution of the least squares method is as follows.

【0034】[0034]

【数1】 (Equation 1)

【0035】上記x1 ,x2 ... n がサンプリングさ
れた差信号Sの値(図中の点+のS値)であり、y1
2 ... n がそれに対応するセンサ装置の位置の焦点
位置からの差分量Zsである。この補正関数のパラメー
タa,b,c,dを求めることにより、キャリブレーシ
ョンに必要な関係式を得ることができる。
The above-mentioned x 1 , x 2... X n are the values of the sampled difference signal S (the S value of the point + in the figure), and y 1 , x 2
y 2 ... y n is a differential amount Zs from the focal position of the position sensor device corresponding thereto. By obtaining the parameters a, b, c, and d of the correction function, a relational expression required for calibration can be obtained.

【0036】補正関数を利用することにより、単にパラ
メータ値a〜dを複数組記憶するだけで良く、補正テー
ブルを記憶する場合に比較してメモリ領域を節約でき
る。更に、少なくとも三次以上の多項式を利用すること
により、補正関数をより差信号Sの曲線に近い関数にす
ることができる。従って、より正確な断面形状の補正を
行うことができる。
By using the correction function, it is only necessary to store a plurality of sets of parameter values a to d, and a memory area can be saved as compared with the case where a correction table is stored. Further, by using a polynomial of at least third order, the correction function can be a function closer to the curve of the difference signal S. Accordingly, more accurate correction of the cross-sectional shape can be performed.

【0037】図6は、本実施の形態例の断面形状測定装
置の詳細構成図である。図6は、特に制御部30内の構
成を詳しく示す。センサ装置20内には、図示しない光
源と光学系に加えて、2分割センサ18が設けられる。
それぞれのセンサA,Bからの信号が差信号生成部54
に供給され、差信号S=a−bが生成される。センサ装
置20には、その垂直方向の位置を検出するエンコーダ
56が設けられ、そのエンコーダ56からのパルス信号
をカウントするカウンタ58から、センサ装置20のZ
軸方向の位置Zが出力される。更に、ステージ24,2
6にも同様にエンコーダ60が設けられ、ステージの位
置X値とY値とが出力される。
FIG. 6 is a detailed configuration diagram of the cross-sectional shape measuring apparatus of the present embodiment. FIG. 6 specifically shows the configuration inside the control unit 30 in detail. In the sensor device 20, a two-divided sensor 18 is provided in addition to a light source and an optical system (not shown).
The signals from the respective sensors A and B are output to a difference signal generator 54.
And a difference signal S = ab is generated. The sensor device 20 is provided with an encoder 56 for detecting its vertical position. From a counter 58 that counts pulse signals from the encoder 56, the Z value of the sensor device 20 is determined.
The axial position Z is output. Furthermore, stages 24 and 2
The encoder 60 is also provided with an encoder 60, and outputs the position X value and the Y value of the stage.

【0038】CNC駆動制御部64、キャリブレーショ
ン制御部66、断面形状測定及び補正演算部68及び補
正関数メモリ70とが、図1で示した制御部30に含ま
れる。CNC駆動制御部64は、センサ装置駆動部72
とステージ駆動部74への駆動信号を生成する。具体的
には、第一に、被検査物12をセンサ装置20で走査し
て断面形状を測定するときのステージ駆動制御と、走査
中にセンサからの差信号Sがゼロになる様にセンサ装置
20を駆動するサーボ制御とを行う。また、第二に、キ
ャリブレーション工程においてサンプリング点でのセン
サ装置20の垂直方向への駆動制御を行う。従って、C
NC駆動制御部64には、差信号S、センサ装置の位置
Z、ステージの位置X、Yが与えられる。
The control unit 30 shown in FIG. 1 includes a CNC drive control unit 64, a calibration control unit 66, a sectional shape measurement and correction calculation unit 68, and a correction function memory 70. The CNC drive control unit 64 includes a sensor device drive unit 72
And a drive signal to the stage drive unit 74 is generated. Specifically, first, the stage drive control when measuring the cross-sectional shape by scanning the inspection object 12 with the sensor device 20 and the sensor device so that the difference signal S from the sensor becomes zero during scanning. And servo control for driving the motor 20. Secondly, in the calibration process, drive control of the sensor device 20 in the vertical direction at the sampling point is performed. Therefore, C
The difference signal S, the position Z of the sensor device, and the positions X and Y of the stage are given to the NC drive control unit 64.

【0039】キャリブレーション制御部は、キャリブレ
ーション手段に対応し、キャリブレーション工程を行
う。即ち、図4及び図5で示した通り、被検査物の材質
や表面の種類毎に、複数のサンプリング点におけるセン
サ装置の位置の合焦位置からの差分量Zsに対する差信
号Sとから、キャリブレーション用の補正関数が求めら
れる。補正関数は、好ましくは三次以上の多項式関数で
あり、上記した通り例えば最小二乗法の行列解法により
求められる。そのようにして求められた補正関数のパラ
メータ値が、補正関数メモリ70に記憶される。この補
正関数は、被検査物の材質や表面の種類分取得され、記
憶される。
The calibration control section performs a calibration step corresponding to the calibration means. That is, as shown in FIGS. 4 and 5, the calibration is performed based on the difference signal S with respect to the difference Zs from the in-focus position of the position of the sensor device at a plurality of sampling points for each material and surface type of the inspection object. A correction function for the application is obtained. The correction function is preferably a polynomial function of degree 3 or higher, and is obtained by, for example, a matrix solution method of the least square method as described above. The parameter values of the correction function thus obtained are stored in the correction function memory 70. This correction function is acquired and stored for the material and surface type of the inspection object.

【0040】断面形状測定及び補正演算部68は、測定
手段に対応し、被検査物12の断面形状を測定する。そ
の時、センサ54からの差信号Sと測定中の表面に対応
する補正関数とからセンサ装置20の合焦位置からの差
分量Zs(=ΔZ)が演算され、補正値としてセンサ装
置20の位置Zに加算される。そして、走査位置X、Y
と補正後のセンサ装置20の位置(Z+ΔZ)から被検
査物の断面形状が求められる。
The section shape measuring and correcting operation section 68 corresponds to the measuring means and measures the section shape of the inspection object 12. At this time, the difference Zs (= ΔZ) from the focus position of the sensor device 20 is calculated from the difference signal S from the sensor 54 and the correction function corresponding to the surface under measurement, and the position Z of the sensor device 20 is calculated as a correction value. Is added to And the scanning position X, Y
And the corrected position of the sensor device 20 (Z + ΔZ), the cross-sectional shape of the inspection object is obtained.

【0041】図7は、本実施の形態例における断面形状
の測定のフローチャート図である。断面形状の測定は、
ステップS10からS16までの測定手順プログラム作
成工程と、その後のステップS18からS28までの自
動測定工程とから構成される。測定手順プログラム作成
工程は、上記したキャリブレーション工程とティーチン
グデータ作成工程とを有する。
FIG. 7 is a flowchart for measuring the cross-sectional shape in the present embodiment. The measurement of the cross-sectional shape
It comprises a measurement procedure program creation process from steps S10 to S16, and an automatic measurement process from steps S18 to S28. The measurement procedure program creation step includes the above-described calibration step and teaching data creation step.

【0042】ここで、ティーチングデータとは、被検査
物の断面形状を測定するにあたり、被検査物の測定すべ
き位置、走査方向、その時の照明系の条件、光学系の倍
率等の条件として予め与えておくデータであり、その後
の自動測定工程では、多数の同種の被検査物に対して、
ティーチングデータに従う自動測定が行われる。従っ
て、測定手順プログラムは、このティーチングデータと
キャリブレーション用の補正関数のパラメータデータと
から構成される。
Here, the teaching data is defined as conditions such as the position to be measured of the object, the scanning direction, the condition of the illumination system, the magnification of the optical system, and the like in measuring the cross-sectional shape of the object. This is the data to be given, and in the subsequent automatic measurement process, for many specimens of the same type,
Automatic measurement according to the teaching data is performed. Therefore, the measurement procedure program includes the teaching data and the parameter data of the calibration correction function.

【0043】図7のフローチャートでは、図4に示した
鏡面領域、例えば金属表面12Aと、粗面領域、例えば
プラスチック表面12Bとを有する被検査物12の断面
形状を測定する場合の例である。最初の測定手順プログ
ラム作成工程では、金属表面12Aに対するキャリブレ
ーション工程が実行され、その表面に適合した補正関数
Zs=Fm(s)のパラメータ値が求められる(S1
0)。更に、測定操作者により金属表面に対するティー
チングデータTmが作成される(S12)。次に、プラ
スチック表面12Bに対するキャリブレーション工程が
実行され、その表面に適合した補正関数Zs=Fp
(s)のパラメータ値が求められる(S14)。更に、
測定操作者によりプラスチック表面に対するティーチン
グデータTpが作成される(S16)。以上により、測
定手順プログラムの作成が終了する。
The flowchart of FIG. 7 shows an example of measuring the cross-sectional shape of the inspection object 12 having the mirror surface area shown in FIG. 4, for example, the metal surface 12A and the rough surface area, for example, the plastic surface 12B. In the first measurement procedure program creation step, a calibration step is performed on the metal surface 12A, and a parameter value of the correction function Zs = Fm (s) suitable for the surface is obtained (S1).
0). Further, teaching data Tm for the metal surface is created by the measurement operator (S12). Next, a calibration process is performed on the plastic surface 12B, and a correction function Zs = Fp adapted to the surface is performed.
The parameter value of (s) is obtained (S14). Furthermore,
Teaching data Tp for the plastic surface is created by the measurement operator (S16). Thus, the creation of the measurement procedure program is completed.

【0044】自動測定工程では、基本的には上記のティ
ーチングデータに従って測定箇所を走査しながら、その
表面に適合する補正関数のパラメータ値を利用して、セ
ンサ装置20の位置Zに補正値Zsを加える。即ち、一
旦取得した補正関数のパラメータ値は、自動測定工程で
は変更されない。
In the automatic measurement process, basically, while scanning the measurement location in accordance with the teaching data described above, the correction value Zs is applied to the position Z of the sensor device 20 using the parameter value of the correction function suitable for the surface. Add. That is, the parameter value of the correction function once obtained is not changed in the automatic measurement process.

【0045】但し、キャリブレーション工程で求めた補
正関数に対応する被検査物の表面状態と実際に自動測定
しようとする被検査物の表面状態に著しい違いがある場
合は、自動測定工程においても、再度キャリブレーショ
ン工程を実行して新たな補正関数のパラメータを取得し
ても良い。即ち、ステップS18からS28において、
被検査物の断面形状の測定が行われるが、測定しようと
する被測定物の金属表面がキャリブレーション工程での
サンプルの表面と大きく異なるか否かを判断し(S1
8)、大きく異なる場合は、再度その被検査物の金属表
面に対してキャリブレーション工程を実行し、新たな補
正関数のパラメータ値を求める(S20)。異ならない
場合は、ステップS10で求めた補正関数のパラメータ
値が利用される。そして、その補正関数とティーチング
データTmとを利用して、金属表面を走査し、上記した
サーボ制御を行いながらセンサ装置20の位置Zを検出
し、更にセンサからの差信号Sにより補正演算を行って
補正値Zsを求める(S22)。
However, if there is a significant difference between the surface condition of the test object corresponding to the correction function obtained in the calibration process and the surface condition of the test object to be actually automatically measured, the automatic measurement process is also performed. A new correction function parameter may be obtained by executing the calibration process again. That is, in steps S18 to S28,
The cross-sectional shape of the test object is measured, and it is determined whether the metal surface of the test object to be measured is significantly different from the surface of the sample in the calibration step (S1).
8) If there is a large difference, the calibration process is performed again on the metal surface of the inspection object to obtain a new correction function parameter value (S20). If not different, the parameter value of the correction function obtained in step S10 is used. Then, using the correction function and the teaching data Tm, the metal surface is scanned, the position Z of the sensor device 20 is detected while performing the servo control described above, and a correction operation is performed based on a difference signal S from the sensor. To obtain a correction value Zs (S22).

【0046】次に、プラスチック表面12Bの断面形状
を測定するに際し、同様に表面状態が著しく異なるか否
かを判断し(S24)、著しく異なる場合は再度キャリ
ブレーション工程を実行し、新たな補正関数のパラメー
タ値を求める(S26)。異ならない場合は、ステップ
S14で求めた補正関数のパラメータ値が利用される。
そして、その補正関数とティーチングデータTpとを利
用して、プラスチック表面を走査し、上記したサーボ制
御を行いながらセンサ装置20の位置Zを検出し、更に
センサからの差信号Sにより補正演算を行う(S2
8)。
Next, when measuring the cross-sectional shape of the plastic surface 12B, it is similarly determined whether or not the surface condition is significantly different (S24). If the surface condition is significantly different, the calibration process is executed again, and a new correction function is performed. Is obtained (S26). If not different, the parameter value of the correction function obtained in step S14 is used.
Then, using the correction function and the teaching data Tp, the plastic surface is scanned, the position Z of the sensor device 20 is detected while performing the above-described servo control, and a correction operation is performed based on a difference signal S from the sensor. (S2
8).

【0047】上記のステップS18,S24の工程は、
例えば、通常の測定工程では被検査物の表面状態が変化
しないものとして自動的に最初に取得した補正関数を利
用するが、特に被検査物の表面状態が大きく異なる場合
は、割り込み処理で測定の処理フローを変化させる。或
いは、別の方法としては、測定装置がステップS18,
24でオペレータの指示を待つ様にすることでも良い。
The steps S18 and S24 are performed as follows.
For example, in a normal measurement process, the correction function automatically acquired first is used assuming that the surface state of the inspection object does not change. Change the processing flow. Alternatively, as another method, the measuring device is configured to perform step S18,
It is also possible to wait at 24 for an instruction from the operator.

【0048】尚、上記実施の形態例では、2分割センサ
が使用されているが、本発明はそれに限定されずにライ
ンセンサや光点位置検出素子PSDを使用する場合でも
同様に適用できる。
In the above-described embodiment, a two-divided sensor is used. However, the present invention is not limited to this and can be similarly applied to a case where a line sensor or a light spot position detecting element PSD is used.

【0049】更に、上記の実施の形態例では、センサ位
置を合焦位置に維持しながら光点を被検査物上に走査
し、センサ位置を測定して、その測定値にキャリブレー
ション工程で求めた補正関数による補正値を加えて被測
定物の表面の形状を測定したが、センサ位置を最初に合
焦位置近傍に設定し、センサ位置の位置を固定して光点
を被検査物上に走査し、センサからの差信号Sに従って
求められる合焦位置からのずれ量ΔZから被検査物の断
面形状を測定する場合にも、本発明は適用できる。即
ち、かかる測定は、被検査物の断面形状がセンサのダイ
ナミックレンジ以内の段差程度である時に適用できる。
Further, in the above embodiment, the light spot is scanned on the inspection object while the sensor position is maintained at the in-focus position, the sensor position is measured, and the measured value is obtained in the calibration step. The shape of the surface of the device under test was measured by adding a correction value based on the correction function, but the sensor position was first set near the focus position, the position of the sensor position was fixed, and the light spot was placed on the device under test. The present invention is also applicable to the case where scanning is performed and the cross-sectional shape of the inspection object is measured from the shift amount ΔZ from the in-focus position obtained according to the difference signal S from the sensor. That is, such measurement can be applied when the cross-sectional shape of the object to be inspected is about the level difference within the dynamic range of the sensor.

【0050】更に、上記の実施の形態例では、多数の表
面状態についてそれぞれ3次の多項式の補正関数を求め
たが、多数の表面状態に限られず、単に3次の多項式の
補正関数を利用した場合でも、より正確な断面形状の測
定を行うことができる。
Further, in the above embodiment, a correction function of a third-order polynomial is obtained for each of a large number of surface states. However, the present invention is not limited to a large number of surface states, and a correction function of a third-order polynomial is simply used. Even in this case, more accurate measurement of the cross-sectional shape can be performed.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、被
測定物の表面に対応する複数の補正用の関数を取得する
ので、被検査物の表面状態にかかわらず正確な断面形状
の測定を行うことができる。
As described above, according to the present invention, since a plurality of correction functions corresponding to the surface of the object to be measured are obtained, accurate measurement of the cross-sectional shape can be performed regardless of the surface condition of the object to be inspected. It can be performed.

【0052】更に、本発明は、最小二乗法による行列解
法を利用して、被検査物の表面状態に応じたセンサ出力
信号と距離との関係をより正確に取得することができる
ので、より正確な断面形状の測定を行うことができる。
Further, according to the present invention, the relationship between the sensor output signal and the distance in accordance with the surface condition of the object to be inspected can be obtained more accurately by utilizing the matrix solution by the least squares method. It is possible to measure a complicated cross-sectional shape.

【0053】更に、本発明は、最初にキャリブレーショ
ン工程で補正用の関数を取得した後でも、被検査物の表
面状態に応じて適宜キャリブレーションを行い、被検査
物の表面に最適なセンサ出力信号と距離との関係に従っ
て断面形状を測定するので、被検査物の状態に柔軟に対
応して正確な断面形状測定を行うことできる。
Further, according to the present invention, even after a function for correction is first obtained in the calibration step, calibration is appropriately performed according to the surface condition of the inspection object, and an optimum sensor output for the surface of the inspection object is obtained. Since the cross-sectional shape is measured according to the relationship between the signal and the distance, accurate cross-sectional shape measurement can be performed flexibly in accordance with the state of the inspection object.

【0054】更に、本発明は、少なくとも三次の多項式
関数を補正関数として利用することで、より正確に被検
査物の断面形状を測定することができる。
Further, according to the present invention, by using at least a third-order polynomial function as a correction function, it is possible to more accurately measure the cross-sectional shape of the inspection object.

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

【図1】本実施の形態例の断面形状測定装置の概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a cross-sectional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】走査した時に検出されるZ値と実際の被検査物
の断面形状との関係及びセンサからの差信号Sとを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a Z value detected at the time of scanning and an actual cross-sectional shape of an inspection object and a difference signal S from a sensor.

【図3】複数種類の被検査物の表面に対する、センサ装
置の位置(Z値)と差信号Sとの関係例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between a position (Z value) of a sensor device and a difference signal S with respect to surfaces of a plurality of types of inspection objects.

【図4】本実施の形態例において、キャリブレーション
手段により被検査物表面のサンプリングされる例を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the surface of the inspection object is sampled by a calibration unit in the embodiment.

【図5】複数のサンプリング点において、センサ装置の
位置(Z値)に対応する差信号Sのサンプリング値の分
布を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a distribution of sampling values of a difference signal S corresponding to a position (Z value) of a sensor device at a plurality of sampling points.

【図6】本実施の形態例の断面形状測定装置の詳細構成
図である。
FIG. 6 is a detailed configuration diagram of a cross-sectional shape measuring apparatus according to the present embodiment.

【図7】本実施の形態例における断面形状の測定のフロ
ーチャート図である。
FIG. 7 is a flowchart of measurement of a cross-sectional shape in the present embodiment.

【図8】ナイフエッジ方法を示す図である。FIG. 8 illustrates a knife edge method.

【図9】2分割センサにより検出される信号を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a signal detected by a two-division sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 センサ装置 24,26 ステージ 64 駆動制御部 66 キャリブレーション制御部 68 断面形状測定部 Reference Signs List 20 sensor device 24, 26 stage 64 drive control unit 66 calibration control unit 68 section shape measurement unit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検査物の表面に投射された光点を、前記
被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影さ
れる光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記
光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影され
た光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を
載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制
御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査
する測定手段と、前記第二の距離を検出する距離検出手
段と、前記第二の距離に従って前記被検査物の断面形状
を求める演算手段とを有する断面形状測定装置におい
て、 前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化さ
せた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信
号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、
複数種類の被検査物について取得するキャリブレーショ
ン手段を有し、 前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検
出される前記第二の距離に、検出される前記光点像位置
信号と、前記被検査物の種類に対応する前記第一の距離
と光点像位置信号との関係とから得られる前記所定の位
置までの補正値を加えて、前記被検査物の断面形状を求
めることを特徴とする断面形状測定装置。
A light receiving optical system for changing a position of a light spot image projected according to a first distance between the test object and a photoelectric conversion element by using a light spot projected on the surface of the test object. A second distance between the stage on which the inspection object is mounted and the photoelectric conversion element so that the position of the light spot image projected on the photoelectric conversion element is at a predetermined position. Measuring means for scanning the light spot along the surface of the inspection object while controlling driving, distance detection means for detecting the second distance, and a sectional shape of the inspection object according to the second distance. In a cross-sectional shape measuring apparatus having a calculation means for obtaining, at a predetermined position of the inspection object, from the light spot image position signal detected from the photoelectric conversion element when the first distance is changed, The relationship between the first distance and the light spot image position signal,
Calibration means for acquiring a plurality of types of inspected objects, the arithmetic means, while scanning the surface of the inspected object, at the second distance detected, the light spot image position signal detected And a correction value up to the predetermined position obtained from the relationship between the first distance and the light spot image position signal corresponding to the type of the object to be inspected to obtain a sectional shape of the object to be inspected. A cross-sectional shape measuring device, characterized in that:
【請求項2】請求項1において、 前記キャリブレーション手段は、前記第一の距離と光点
像位置信号との関係の取得に際し、それぞれの種類の被
検査物の多数点をサンプリングして得られる複数の前記
関係から、所定の近似演算により補正関数を求めること
を特徴とする断面形状測定装置。
2. The method according to claim 1, wherein the calibration unit is obtained by sampling a number of points of each type of the inspection object when acquiring the relationship between the first distance and the light spot image position signal. A cross-sectional shape measuring apparatus, wherein a correction function is obtained from a plurality of the relations by a predetermined approximation calculation.
【請求項3】請求項2において、 前記補正関数は、少なくとも3次の多項式関数であり、
前記近似演算は、最小二乗法の行列解法であることを特
徴とする断面形状測定装置。
3. The method according to claim 2, wherein the correction function is at least a third-order polynomial function,
The cross-sectional shape measuring device is characterized in that the approximation operation is a matrix solution of a least squares method.
【請求項4】被検査物の表面に投射された光点を、前記
被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影さ
れる光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記
光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影され
た光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を
載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制
御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査
し、前記第二の距離を検出し、前記第二の距離に従って
前記被検査物の断面形状を求める断面形状測定方法にお
いて、 前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化さ
せた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信
号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、
複数種類の被検査物について取得するキャリブレーショ
ン工程と、 前記キャリブレーション工程の後に、前記被検査物表面
を走査しながら、検出される前記第二の距離に、検出さ
れる前記光点像位置信号と、前記被検査物の種類に対応
する前記第一の距離と光点位置信号との関係とから得ら
れる前記所定の位置までの補正値を加えて、前記被検査
物の断面形状を測定する自動測定工程とを有し、 更に、前記自動測定工程の途中に、適宜、任意の被検査
物の表面に対して前記キャリブレーション工程を行うこ
とを特徴とする断面形状測定方法。
4. A light receiving optical system for changing the position of a light spot image projected on the surface of an object to be inspected according to a first distance between the object and a photoelectric conversion element. A second distance between the stage on which the inspection object is mounted and the photoelectric conversion element so that the position of the light spot image projected on the photoelectric conversion element is at a predetermined position. Scanning the light spots along the surface of the inspection object while controlling the drive, detecting the second distance, and calculating the cross-sectional shape of the inspection object according to the second distance. At a predetermined position of the inspection object, from the light spot image position signal detected from the photoelectric conversion element when the first distance is changed, the first distance and the light spot image position signal Relationship
Calibration step to obtain a plurality of types of inspected objects, and after the calibration step, while scanning the surface of the inspected object, at the second distance detected, the light spot image position signal detected And a correction value up to the predetermined position obtained from the relationship between the first distance and the light spot position signal corresponding to the type of the object to be inspected, and the cross-sectional shape of the object to be inspected is measured. A cross-sectional shape measuring method, comprising: an automatic measuring step; and performing the calibration step on a surface of an arbitrary inspection object as needed during the automatic measuring step.
【請求項5】被検査物の表面に投射された光点を、前記
被検査物と光電変換素子との距離に応じて投影される光
点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記光電変
換素子に投影し、前記被検査物の表面に沿って前記光点
を走査する測定手段と、前記光電変換素子から検出され
る光点像位置信号に従って前記被検査物の断面形状を求
める演算手段とを有する断面形状測定装置において、 前記被検査物の所定の位置で、前記距離を変化させた時
の前記光電変換素子から検出される光点像位置信号か
ら、前記距離と光点像位置信号との関係を、複数種類の
被検査物について取得するキャリブレーション手段を有
し、 前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検
出される前記光点像位置信号と、前記被検査物の種類に
対応する前記距離と光点像位置信号との関係とから、前
記被検査物の断面形状を求めることを特徴とする断面形
状測定装置。
5. The method according to claim 1, wherein the light spot projected on the surface of the object is changed via a light receiving optical system for changing a position of a light spot image projected according to a distance between the object and the photoelectric conversion element. Measuring means for projecting the light spot along the surface of the object to be projected onto the photoelectric conversion element and calculating a cross-sectional shape of the object according to a light spot image position signal detected from the photoelectric conversion element In a cross-sectional shape measuring apparatus having means, at a predetermined position of the inspection object, from the light spot image position signal detected from the photoelectric conversion element when the distance is changed, the distance and the light spot image position A calibration unit configured to acquire a relationship with a signal for a plurality of types of inspected objects, wherein the calculating unit scans the surface of the inspected object, and detects the light spot image position signal detected while scanning the surface of the inspected object; The distance corresponding to the type of inspection object From the relationship between the light spot image position signals, the cross-sectional shape measuring apparatus and obtaining the cross-sectional shape of the object to be inspected.
【請求項6】被検査物の表面に投射された光点を、前記
被検査物と光電変換素子との第一の距離に応じて投影さ
れる光点像の位置を変化させる受光光学系を介して前記
光電変換素子に投影し、前記光電変換素子上に投影され
た光点像の位置が所定の位置になる様に前記被検査物を
載せたステージと光電変換素子との第二の距離を駆動制
御しながら前記被検査物の表面に沿って前記光点を走査
する測定手段と、前記第二の距離を検出する距離検出手
段と、前記第二の距離に従って前記被検査物の断面形状
を求める演算手段とを有する断面形状測定装置におい
て、 前記被検査物の所定の位置で、前記第一の距離を変化さ
せた時の前記光電変換素子から検出される光点像位置信
号から、前記第一の距離と光点像位置信号との関係を、
所定の近似演算により少なくとも3次の多項式の補正関
数として取得するキャリブレーション手段を有し、 前記演算手段は、前記被検査物表面を走査しながら、検
出される前記第二の距離に、検出される前記光点像位置
信号と前記補正関数とから得られる前記所定の位置まで
の補正値を加えて、前記被検査物の断面形状を求めるこ
とを特徴とする断面形状測定装置。
6. A light-receiving optical system for changing a position of a light spot image projected according to a first distance between the test object and a photoelectric conversion element by using a light spot projected on the surface of the test object. A second distance between the stage on which the inspection object is mounted and the photoelectric conversion element so that the position of the light spot image projected on the photoelectric conversion element is at a predetermined position. Measuring means for scanning the light spot along the surface of the inspection object while controlling driving, distance detection means for detecting the second distance, and a sectional shape of the inspection object according to the second distance. In a cross-sectional shape measuring apparatus having a calculation means for obtaining, at a predetermined position of the inspection object, from the light spot image position signal detected from the photoelectric conversion element when the first distance is changed, The relationship between the first distance and the light spot image position signal,
Calibration means for obtaining a correction function of at least a third-order polynomial by a predetermined approximation calculation, wherein the calculation means detects the second distance detected while scanning the surface of the inspection object. A cross-sectional shape of the inspection object is obtained by adding a correction value up to the predetermined position obtained from the light spot image position signal and the correction function.
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