JPS63201508A - Optical measuring method for surface roughness - Google Patents

Optical measuring method for surface roughness

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JPS63201508A
JPS63201508A JP3408187A JP3408187A JPS63201508A JP S63201508 A JPS63201508 A JP S63201508A JP 3408187 A JP3408187 A JP 3408187A JP 3408187 A JP3408187 A JP 3408187A JP S63201508 A JPS63201508 A JP S63201508A
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JP
Japan
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signal
measured
reflected light
light
photodetectors
Prior art date
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Pending
Application number
JP3408187A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhide Nakai
康秀 中井
Hideji Miki
秀司 三木
Akio Arai
明男 新井
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63201508A publication Critical patent/JPS63201508A/en
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Abstract

PURPOSE:To remove noise generated owing to dust and a fine projection by passing a signal through a low-pass filter and correcting it when the quantity of light detected by all photodetectors becomes abnormal. CONSTITUTION:Light emitted by a laser diode 5 becomes parallel luminous flux by passing through a lens 6 and a beam splitter 7 and is converged by a collimator lens 1 on the surface of a body 9 to be measured. Its reflected light passes through the beam splitter 7 and is split into two by a half-mirror 10 and incident on critical angle prisms 2a and 2b, and they are measured by two-split photodetectors 3a and 3b, and 3c' and 3d', whose output unbalance is measured to measure the roughness of the object surface 9. The sum of the outputs of all the photodetectors is compared by a comparator 15 with a reference value Sth, so that a selecting circuit selects and outputs a signal passed through a delay circuit 20 when the sum is larger or the signal passed through the low-pass filter 20 when not.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 五 この発明は、磁古ディスク原盤や半導体サブストレート
表面などのように、精密加工された表面粗さを測定する
光学式表面粗さ測定方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) 5. This invention provides an optical surface roughness measurement method for measuring the roughness of a precisely machined surface such as an old magnetic disk master or a semiconductor substrate surface. Regarding.

(従来の技術とその問題点) この種の光学式表面粗さ測定方法として、以下に述べる
光学式微小変位センサ(以下rHIP。
(Prior art and its problems) As this type of optical surface roughness measurement method, the optical micro displacement sensor (hereinafter referred to as rHIP) described below is used.

SSJと言う)を用いて行なう方法が周知である。A method using SSJ) is well known.

第4図はこのHIPO8Sの原理を示す概略図であって
、対物レンズ1の慢方に臨界角プリズム2が配置されて
おり、図示しない光源より対物レンズ1を通して平行光
束を被測定物の表面に照射するように構成されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle of this HIPO8S, in which a critical angle prism 2 is placed on the side of an objective lens 1, and a parallel beam of light is directed from a light source (not shown) through the objective lens 1 onto the surface of the object to be measured. configured to irradiate.

このとき被測定物の表面が対物レンズ1の焦点位置(B
の位置)にあると、被測定物表面からの反射光は対物レ
ンズ1を通って平行光束となる。
At this time, the surface of the object to be measured is at the focal position of the objective lens 1 (B
), the reflected light from the surface of the object to be measured passes through the objective lens 1 and becomes a parallel beam of light.

上記臨界角プリズム2は、その反射面がこのような平行
反射光束に対して臨界角近傍の角度となるように設定さ
れており、対物レンズ1から臨界角プリズム2を経る光
路の光軸に対して対称な位置には一対の7オトデイテク
タ3a、3bが配置されている。
The critical angle prism 2 is set so that its reflecting surface is at an angle close to the critical angle with respect to such a parallel reflected light beam, and is oriented at an angle close to the critical angle with respect to the optical axis of the optical path from the objective lens 1 to the critical angle prism 2. A pair of seven-point detectors 3a and 3b are arranged at symmetrical positions.

そして、対物レンズ1の焦点位置に被測定物表面が位置
する上記の場合には、被測定物表面からの平行反射光束
は臨界角プリズム2の反射面で全反射されて、2つのフ
ォトディテクタ3a、3bは互いに等しい反射光量を受
ける。このため、上記2つのフォトディテクタ3a、3
bの出力a。
In the above case where the surface of the object to be measured is located at the focal position of the objective lens 1, the parallel reflected light beam from the surface of the object to be measured is totally reflected by the reflection surface of the critical angle prism 2, and the two photodetectors 3a, 3b receive the same amount of reflected light. Therefore, the two photodetectors 3a, 3
b output a.

bを受けて、その差分を被測定物の形状信号として出力
する次段の差動アンプ4の出力はこのとき0″となる。
At this time, the output of the differential amplifier 4 at the next stage, which receives the signal b and outputs the difference as a shape signal of the object to be measured, becomes 0''.

一方、被測定物が上記焦点位置Bから対物レンズ1側に
近いAの位置にある場合、対物レンズ1を通った反射光
は第5図に示すように発散光束となる。この発散光束の
うち、臨界角プリズム4の反射面の光軸より上部側に入
射する光の入射角は臨界角より小さくなるため全反射さ
れず、一部の光は反射面から臨界角プリズム4の外へ透
過される。これに対し、臨界角プリズム4の反射面の光
軸より下部側に入射する光の入射角は臨界角より大きく
なるため全反射され、フォトディテクタ3a、3b側へ
透過される。このため、一方のフォトディテクタ3aの
入射光量が減少し、差動アンプ4の出力(a−b)は負
の値となる。
On the other hand, when the object to be measured is at a position A close to the objective lens 1 side from the focal position B, the reflected light passing through the objective lens 1 becomes a divergent light beam as shown in FIG. Of this diverging light flux, the incident angle of the light that enters above the optical axis of the reflective surface of the critical angle prism 4 is smaller than the critical angle, so it is not totally reflected, and some light is transmitted from the reflective surface to the critical angle prism 4. transmitted to the outside. On the other hand, since the angle of incidence of the light incident on the lower side of the optical axis of the reflective surface of the critical angle prism 4 is larger than the critical angle, it is totally reflected and transmitted to the photodetectors 3a and 3b. Therefore, the amount of light incident on one photodetector 3a decreases, and the output (ab) of the differential amplifier 4 takes a negative value.

逆に、被測定物が上記焦点位置Bから対物レンズ1に対
して離れたCの位置にある場合には、対物レンズ1を通
った反射光は収束光束となって、臨界角プリズム40反
射面での入射光の入射角の関係は上記した発散光束の場
合と逆の関係になり、他方のフォトディテクタ3bの入
射光量が減少して、差動アンプ4の出力(a−b)は正
の値となる。このようにして、被測定物表面の位置が焦
点位置Bを“Onとする(+)/(−)のアナログ変位
出力が差動アンプ4より得られる。この出力(a−b)
はさらにフォトディテクタ3a、3bの入射光総量(a
+b)で除粋されて光源の照度変化などに左右されない
規格化された値(a−b)/(a十b)とされ、この値
に基づいて被測定物 、の表面粗さ測定が行なわれる。
Conversely, when the object to be measured is located at a position C away from the focal position B with respect to the objective lens 1, the reflected light passing through the objective lens 1 becomes a convergent light beam and reaches the reflection surface of the critical angle prism 40. The relationship between the incident angles of the incident light is the opposite of the above-mentioned case of the diverging light flux, and the amount of light incident on the other photodetector 3b decreases, and the output (a-b) of the differential amplifier 4 becomes a positive value. becomes. In this way, the differential amplifier 4 obtains an analog displacement output (+)/(-) in which the position of the surface of the object to be measured turns the focal position B "on". This output (a-b)
furthermore, the total amount of incident light on the photodetectors 3a and 3b (a
+b) is removed to give a standardized value (a-b)/(a + b) that is not affected by changes in illuminance of the light source, etc., and the surface roughness of the object to be measured is measured based on this value. It will be done.

第6図は以上の原理よりなるH I PO35の従来技
術の光学系の具体的構成を示し、第7図はその信号処理
系を示している。第6図の光学系では、レーザダイオー
ド5から発生したレーザ光りをユリメータレンズ6によ
って平行光束にし、その平行光束を偏光ビームスプリッ
タ7で反射して直線偏光とし、さらに174波長板8.
対物レンズ1を通して被測定物9の表面上に集光するよ
うに構成されている。そして、被測定物9の表面からの
反射光は、対物レンズ1.1/4波長板8を再び通って
、偏光ビームスプリッタ7に再入射するようになってい
る。。
FIG. 6 shows a specific configuration of a conventional optical system of the H I PO 35 based on the above principle, and FIG. 7 shows its signal processing system. In the optical system shown in FIG. 6, a laser beam generated from a laser diode 5 is converted into a parallel beam by a urimeter lens 6, the parallel beam is reflected by a polarizing beam splitter 7 to become linearly polarized light, and a 174-wave plate 8.
It is configured to focus light onto the surface of an object to be measured 9 through an objective lens 1 . Then, the reflected light from the surface of the object to be measured 9 passes through the objective lens 1 and 1/4 wavelength plate 8 again and enters the polarizing beam splitter 7 again. .

この反射光は、入射時と反射時の2回にわたって174
波長板8を通過しているので、その偏光方向は、偏光ビ
ームスプリッタ7で反射された直後のレーザ光りの偏光
方向に対して90’回転した状態になっている。そこで
、この反射光は同図中にRで示すように偏光ビームスプ
リッタ7をそのまま直進して通過する。偏光ビームスプ
リッタ7の後方にはハーフミラ−10が配置されていて
、このハーフミラ−10により反射光は2分割され、2
つの臨界角プリズム2a、2bにそれぞれ入射するよう
になっている。上記各臨界角プリズム2a、2bにはそ
れぞれ2つの反射面が用意されていて、入射してくる反
射光は、各臨界角プリズム2a、2bごとに各々2回反
射して、各臨界角プリズム2a、 2bの出口側に配置
された2分割フォトディテクタ3,3′で受光され光電
変換される。この光学系では、各2分割フォトディテク
タ3.3′ごとに、その分割部3a、3b、3c’ 。
This reflected light has 174
Since it passes through the wavelength plate 8, its polarization direction is rotated by 90' with respect to the polarization direction of the laser light immediately after being reflected by the polarization beam splitter 7. Therefore, this reflected light passes straight through the polarizing beam splitter 7 as indicated by R in the figure. A half mirror 10 is arranged behind the polarizing beam splitter 7, and the reflected light is split into two by this half mirror 10.
The light is incident on two critical angle prisms 2a and 2b, respectively. Each of the critical angle prisms 2a and 2b is provided with two reflecting surfaces, and the incident reflected light is reflected twice by each of the critical angle prisms 2a and 2b, and the reflected light is reflected twice by each critical angle prism 2a. , 2b, the light is received by two-split photodetectors 3, 3' placed on the exit side of the photodetectors 2b, and photoelectrically converted. In this optical system, each two-part photodetector 3.3' has divided parts 3a, 3b, and 3c'.

3d’ から電圧出力a、b、c、dが得られ、第4図
に示した原理図の場合のアナログ変位出力に対応するも
のとして、 a+b+c+d が第7図に示す信号処理系の処理によって求められる。
Voltage outputs a, b, c, and d are obtained from 3d', and a+b+c+d is obtained by the processing of the signal processing system shown in Fig. 7, which corresponds to the analog displacement output in the case of the principle diagram shown in Fig. 4. It will be done.

第7図の信号処理系において、第1の減算器11aは、
上記した一方の2分割フォトディテクタ。
In the signal processing system of FIG. 7, the first subtracter 11a is
One of the two-part photodetectors mentioned above.

3の分割部3a、3bから出力される電圧出力a。Voltage output a output from the dividing parts 3a and 3b of 3.

bの差分(a−b)を求めるためのものであり、第2の
減算器11bは他方の2分割フオトディテフタ3′の分
割部3c’ 、3d’ から出力される電圧出力c、d
の差分(c−d)を求めるためのものである。そして、
これらの減算器118.11bの出力は次段Φ加算器1
2に入力されて、ここで(a−b)+ (C−d)の出
力を得るように構成されている。加算器13は、各2分
割フォトディテクタ3.3′の分割部3a、3b、3c
’ 。
The second subtracter 11b calculates the voltage output c, d output from the dividing parts 3c', 3d' of the other two-divided photo detector 3'.
This is to find the difference (c-d). and,
The outputs of these subtracters 118.11b are sent to the next stage Φ adder 1.
2, and is configured to obtain an output of (a-b)+(C-d). The adder 13 connects the divided parts 3a, 3b, 3c of each two-part photodetector 3.3'.
'.

3d’から出力される電圧出力a、b、c、dの総和を
求めるためのものであり、その出力S2すなわち(a+
b+C+d)と上記加算器12の出力(a−b)+ (
c−d)とは次段の除算器14に入力され、ここで、 (a−b+c−d)/ (a+b+C+d)の出力すな
わち被測定物9の表面形状に対応する形状信号S1を得
るように構成されている。そして、この除枠処理により
、形状信号S1は光源の照度変化などに左右されない規
格化された値として取り出される。加算器13で得られ
る出力S2すなわち(a+b+c+d)は別に単独の信
号として取り出され、光源の照度変化などをチェックす
る光量モニタ信号として利用される。
This is to obtain the sum of voltage outputs a, b, c, and d output from 3d', and its output S2, that is, (a+
b+C+d) and the output of the adder 12 (a-b)+(
c-d) is input to the next-stage divider 14, where the output of (a-b+c-d)/(a+b+C+d), that is, the shape signal S1 corresponding to the surface shape of the object to be measured 9 is obtained. It is configured. Through this frame removal process, the shape signal S1 is extracted as a standardized value that is not affected by changes in the illuminance of the light source. The output S2 obtained by the adder 13, ie (a+b+c+d), is separately taken out as a single signal and used as a light amount monitor signal for checking changes in illuminance of the light source.

なお、この従来技術では、上記したよう、に臨界角プリ
ズム2a、2bを2系統組み込むことにより、被測定物
9の傾斜や反射率、光源の不安定要素などが光学的に相
殺されている。また、臨界角プリズム2a、2bでは各
々被測定物9からの反射光を2回反射させることにより
、検出感度を光学的に増幅させである。
In this prior art, as described above, by incorporating two systems of critical angle prisms 2a and 2b, the inclination and reflectance of the object to be measured 9, unstable factors of the light source, etc. are optically canceled out. In addition, the critical angle prisms 2a and 2b each reflect the reflected light from the object 9 twice, thereby optically amplifying the detection sensitivity.

しかしながら、上記した従来例では、被測定物9の表面
にゴミ、微小突起など反射光を散乱させる要因があって
、得られる形状信@S1が第8図に符号Pで示すように
表面形状に対応しない異常値を示す場合でも、これをそ
のまま正しい形状信号として表面粗さの測定が行なわれ
ることになるため、測定精度を悪くするという問題があ
る。特に被測定物の最大高さの部分に上記したゴミなど
反射光を散乱させる要因があると、このときの形状信号
S1の異常値がそのまま被測定物9の最大高さとして測
定されることになるので、問題は一層深刻になる。
However, in the conventional example described above, there are factors such as dust and minute protrusions on the surface of the object to be measured 9 that scatter the reflected light, and the obtained shape signal @S1 changes to the surface shape as shown by the symbol P in FIG. Even when an uncorresponding abnormal value is shown, surface roughness is measured using this as a correct shape signal, which poses a problem of deteriorating measurement accuracy. In particular, if there is a factor that scatters the reflected light, such as the above-mentioned dust, at the maximum height of the object to be measured, the abnormal value of the shape signal S1 at this time will be directly measured as the maximum height of the object to be measured 9. Therefore, the problem becomes even more serious.

・HI PO35を用いて行なう光学式表面粗さ測定方
法として、このほか種々の改良を加えて測定精度を高め
たもの(特開昭59−90007号公報、特開昭59−
27207号公報)も開発されているが、いずれも前述
したゴミ、微小突起など反射光の散乱要因によって生じ
る出力異常については全く考慮されていない。
- Optical surface roughness measurement method using HI PO35 with various other improvements to improve measurement accuracy (Japanese Patent Laid-Open No. 59-90007, Japanese Patent Laid-open No. 59-90007)
No. 27207) has also been developed, but none of them takes into account the output abnormality caused by scattering factors of reflected light, such as the aforementioned dust and microprotrusions.

(発明の目的) この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、被測定物の表面にゴミ、微小突起など、反射光
を散乱させる要因がある場合にも、その散乱要因に左右
されることなく被測定物体の表面粗さを正確に測定する
ことのできる光学式表面粗さ測定方法を提供することを
目的とする。
(Objective of the Invention) This invention is intended to overcome the above-mentioned problems in the prior art, and even when there is a factor that scatters reflected light, such as dust or minute protrusions on the surface of the object to be measured, the scattering factor can be An object of the present invention is to provide an optical surface roughness measurement method that can accurately measure the surface roughness of an object to be measured without being affected by the surface roughness.

(目的を達成するための手段) 上述の目的を達成するため、この発明にかかる光学式表
面粗さ測定方法では、 平行光束を対物レンズを通して被測定物表面に照射し、
この被測定物表面からの反射光のうち前記対物レンズか
ら臨界角プリズムを経る光路の反射先回を、この光路の
光軸に対し対称位置にある複数のフォトディテクタで検
出し、これらフォトディテクタの検出信号の差分を被測
定物の形状信号としてその変化から被測定物表面の粗さ
を測定するに際し、 前記複数のフォトディテクタが検出する反射光総量を所
定の基準値と比較して反射光総量の異常を検出し、前記
異常検出区間では、前記形状信号をローパスフィルタに
通して修正するようにしている。
(Means for Achieving the Object) In order to achieve the above-mentioned object, the optical surface roughness measuring method according to the present invention includes the following steps:
Of the reflected light from the surface of the object to be measured, the first reflected portion of the optical path from the objective lens to the critical angle prism is detected by a plurality of photodetectors located symmetrically with respect to the optical axis of this optical path, and the detection signals of these photodetectors are When measuring the roughness of the surface of the object to be measured using the difference as a shape signal of the object to be measured, the total amount of reflected light detected by the plurality of photodetectors is compared with a predetermined reference value to detect an abnormality in the total amount of reflected light. In the abnormality detection section, the shape signal is corrected by passing it through a low-pass filter.

このようにすることによって、被測定物表面にゴミ、微
小突起など反射光を散乱させる要因があるとき、その散
乱要因によって形状信号に生じるノイズが前記ローパス
フィルタにより除去される。
By doing so, when there is a factor such as dust or minute protrusions on the surface of the object to be measured that scatters the reflected light, noise generated in the shape signal due to the scattering factor is removed by the low-pass filter.

(実施例) この発明は、先述した従来技術における表面粗さ測定に
おいて、フォトディテクタが検出する反射光の総量に相
当する光量モニタ信号と被測定物の表面位置に相当する
形状信号との間にみられる以下のような相関関係を利用
したものである。すなわち、上記光量モニタ信号S2の
波形図を示す第2図(a)と、この光量モニタ信号と同
じ時間帯における上記形状信号S、の波形図を示す同図
(b)とを対比させてみると、館述したゴミ、微小突起
などの反射光散乱要因により光量モニタ信号のレベルが
異常低下している時点では、形状信号にもこれに対応し
た針状の異常波形が必ず発生していることがわかる。
(Example) In surface roughness measurement in the prior art described above, the present invention provides a method for detecting a signal between a light amount monitor signal corresponding to the total amount of reflected light detected by a photodetector and a shape signal corresponding to the surface position of the object to be measured. This method makes use of the following correlations. That is, let us compare FIG. 2(a) showing the waveform diagram of the light amount monitor signal S2 with FIG. 2(b) showing the waveform diagram of the shape signal S in the same time period as this light amount monitor signal. Also, when the level of the light intensity monitor signal is abnormally reduced due to reflected light scattering factors such as dust and microprotrusions as mentioned above, a corresponding acicular abnormal waveform will always occur in the shape signal. I understand.

そこで、この発明では、光量エニタ信号をサンプリング
することにより、その信号レベルに異常低下がみられる
区間において形状信号に生じる異常波形つまりノイズを
除去しようとするものである。
Therefore, the present invention attempts to remove the abnormal waveform, that is, the noise that occurs in the shape signal in the section where the signal level shows an abnormal decrease by sampling the light quantity monitor signal.

第1図はこの発明の一実施例に使用される信号処理系の
ブロック図である。この実施例では、光学系として第6
図に示した従来技術のものが、またその光学系の次段に
設けられる信号処理系として第7図に示したものがその
まま使用され、第7図の信号処理系の次段に第1図に示
す信号処理系が接続される。
FIG. 1 is a block diagram of a signal processing system used in an embodiment of the present invention. In this example, the sixth optical system is used as the optical system.
The prior art shown in the figure is used as is, and the signal processing system shown in FIG. The signal processing system shown in is connected.

第1図に示す信号処理系において、コンパレータ15は
光■モニタ信号S2のレベルを所定の基準信号8thの
レベルと比較するためのもので、その基準信号8thは
ゴミなどによる反射光の散乱に起因する光量モニタ信号
S2のレベル低下を判別できるレベルに設定されている
。そして基準信号発生部16より与えられる上記基準信
号S1hはコンパレータ15の反転入力端子に、また光
量モニタ信号S2はコンパレータ15の非反転入力端子
にそれぞれ入力され1、光量モニタ信号S2のレベルが
基準信号8thを下まわるときコンパレータ15からパ
ルス信号が出力される。
In the signal processing system shown in FIG. 1, the comparator 15 is used to compare the level of the optical monitor signal S2 with the level of a predetermined reference signal 8th. The level of the light amount monitor signal S2 is set to a level at which a decrease in the level of the light amount monitor signal S2 can be determined. The reference signal S1h given from the reference signal generator 16 is input to the inverting input terminal of the comparator 15, and the light amount monitor signal S2 is input to the non-inverting input terminal of the comparator 15. When the value falls below 8th, the comparator 15 outputs a pulse signal.

コンパレータ15の次段のパルス幅設定回路17は上記
パルス信号を所定のパルス幅に引き伸ばすための回路で
あって、モノマルチバイブレータなどで構成されている
。そして、このパルス幅設定回路17によってパルス幅
を引き伸ばされたパルス信号は、次段の信号選択回路1
8にその動作を制御する論理入力として与えられる。
The pulse width setting circuit 17 at the next stage of the comparator 15 is a circuit for stretching the pulse signal to a predetermined pulse width, and is composed of a mono-multivibrator or the like. Then, the pulse signal whose pulse width has been expanded by this pulse width setting circuit 17 is sent to the next stage signal selection circuit 1.
8 as a logic input to control its operation.

一方、ローパスフィルタ19は、被測定物の表面位置に
対応する先述した形状信号S1を受は入れて、その信号
に含まれる高周波分、つまり具体的には前記したゴミな
どによる反射光の散乱に起因して生じるノイズを除去す
るためのものであり、このローパスフィルタ19より出
力されるノイズ除去後の形状信号S3は前記した信号選
択回路18に入力される。また、上記形状信号S1はロ
ーパスフィルタ19とは別に遅延回路20にも入力され
、この遅延回路20によって遅延のかけられた形状信号
S1も前記した信号選択回路18に入力される。この遅
延回路20によって与えられる遅延時間は、形状信@S
1がローパスフィルタ19で平滑化処理されるのに要す
る時間に合せて設定されており、これによりローパスフ
ィルタ19より出力される形状信号S3と遅延回路20
を経た形状信号S1とは同期して信号選択回路18に入
力される。
On the other hand, the low-pass filter 19 receives the above-mentioned shape signal S1 corresponding to the surface position of the object to be measured, and filters out the high frequency components contained in the signal, specifically, the scattering of the reflected light due to the above-mentioned dust. The noise-removed shape signal S3 output from this low-pass filter 19 is input to the signal selection circuit 18 described above. In addition to the low-pass filter 19, the shape signal S1 is also input to a delay circuit 20, and the shape signal S1 delayed by the delay circuit 20 is also input to the signal selection circuit 18. The delay time given by this delay circuit 20 is the shape signal @S
1 is set according to the time required for smoothing processing by the low-pass filter 19, and as a result, the shape signal S3 output from the low-pass filter 19 and the delay circuit 20
The shape signal S1 that has passed through is input to the signal selection circuit 18 in synchronization with the shape signal S1.

この信号選択回路18は、)所定の制御用論理入力に応
じて入力信号を選択的に出力する機能を有するプログラ
マブルアンブリファイアなどで構成され、前記パルス幅
設定回路17より与えられるパルス信号を論理入力とし
て、このパルス信号が入力されている区間では、ローパ
スフィルタ1つからのノイズ除去された形状信号S3を
出力し、その他の区間では遅延回路20を経た形状信号
S1を出力する。
This signal selection circuit 18 is composed of a programmable amblifier having a function of selectively outputting an input signal according to a predetermined control logic input, and receives the pulse signal given from the pulse width setting circuit 17 as a logic input. In the section where this pulse signal is input, the shape signal S3 from which noise has been removed from one low-pass filter is output, and in the other sections, the shape signal S1 that has passed through the delay circuit 20 is output.

次に上記した第1図の信号処理系の動作について説明す
る。
Next, the operation of the signal processing system shown in FIG. 1 will be explained.

コンパレータ15の非反転入力端子より入力される光量
モニタ信号S2は、ここで基準信号8thのレベルと比
較される。そして、被測定物表面の光走査の過程で光量
モニタ信号S2のレベルが基準信号8thより低くなっ
たとき、すなわちゴミなど反射光の散乱要因によって先
述したフォトディテクタの受ける反射光の総量が異常に
低下したときには、コンパレータ15からはパルス信号
が出力される。このパルス信号は次段のパルス幅設定回
路17により所定のパルス幅まで引き伸ばされて信号選
択回路18に入力される。
The light amount monitor signal S2 input from the non-inverting input terminal of the comparator 15 is compared with the level of the reference signal 8th. When the level of the light amount monitor signal S2 becomes lower than the reference signal 8th during the optical scanning process of the surface of the object to be measured, that is, the total amount of reflected light received by the photodetector abnormally decreases due to scattering factors of reflected light such as dust. When this occurs, the comparator 15 outputs a pulse signal. This pulse signal is expanded to a predetermined pulse width by a pulse width setting circuit 17 at the next stage and inputted to a signal selection circuit 18.

一方、これと並行して、ローパスフィルタ19および遅
延回路20には形状信@S1がそれぞれ入力され、ロー
パスフィルター9で要する処理時間だけ遅延回路20に
より遅らされた形状信号S1と、ローパスフィルター9
を経た形状信号S3とは同期して次段の信号選択回路1
8に入力される。そして、上記パルス幅設定回路17か
らパルス信号が信号選択回路18に入力されている間、
この信号選択回路18からはローパスフィルター9を経
た形状信号S3が出力され、パルス信号が入力されない
とき、すなわち光量モニタ信号S2にレベルの異常低下
がみられないときには、ローパスフィルター9を経ない
形状信@S1が形状出力S4として出力される。
On the other hand, in parallel with this, the shape signal @S1 is input to the low-pass filter 19 and the delay circuit 20, respectively, and the shape signal S1 delayed by the delay circuit 20 by the processing time required by the low-pass filter 9 and the low-pass filter 9
The shape signal S3 that has passed through is synchronized with the signal selection circuit 1 of the next stage.
8 is input. While the pulse signal is input from the pulse width setting circuit 17 to the signal selection circuit 18,
This signal selection circuit 18 outputs the shape signal S3 that has passed through the low-pass filter 9, and when no pulse signal is input, that is, when no abnormal decrease in level is observed in the light amount monitor signal S2, the shape signal S3 that has passed through the low-pass filter 9 is output. @S1 is output as shape output S4.

先述したように、先部tニタTh 号S 2のレベルが
異常低下する区間では、これに対応して形状信号S1に
針状のノイズ波形が生じる゛が、上記したようにこの区
間ではO−パスフィルター9により高周波成分の取り除
かれた形状信号S3、つまり上記形状信号S1からノイ
ズの取り除かれた形状信号S が正しい形状信号S4と
して出力される。
As mentioned above, in the section where the level of the front t-niter Th No. S2 abnormally decreases, a needle-like noise waveform occurs in the shape signal S1 correspondingly. A shape signal S3 from which high frequency components have been removed by the pass filter 9, that is, a shape signal S from which noise has been removed from the shape signal S1 is output as a correct shape signal S4.

パルス幅設定回路17によって引き伸ばされるパルス信
号の幅は、ローパスフィルタ19による処理時間のずれ
を補って上記ノイズの発生区間と十分に1なるように設
定されているので、信号選択回路18から出力されるロ
ーパスフィルタ19を経ない形状信号S1にノイズが含
まれることはない。
The width of the pulse signal stretched by the pulse width setting circuit 17 is set to compensate for the difference in processing time by the low-pass filter 19 and to be sufficiently equal to the noise generation period, so that the width of the pulse signal is not output from the signal selection circuit 18. Noise is not included in the shape signal S1 that does not pass through the low-pass filter 19.

このようにすることにより、被測定物の表面にゴミ、微
小突起など、反射光を散乱させる要因があって形状信号
S1に異常なノイズが発生する場合にも、その形状信号
S1からノイズが確実に取り除かれ、常に正確な被測定
物表面の粗さ測定が行なわれる。
By doing this, even if abnormal noise occurs in the shape signal S1 due to dust, minute protrusions, or other factors that scatter reflected light on the surface of the object to be measured, the noise can be reliably detected from the shape signal S1. The roughness of the surface of the object to be measured is always accurately measured.

第3図に、従来技術により得られる被測定物の形状信号
S1の波形図(a)と上記実施例による形状信号S4の
波形図(b)とを比較して示している。
FIG. 3 shows a comparison between the waveform diagram (a) of the shape signal S1 of the object to be measured obtained by the conventional technique and the waveform diagram (b) of the shape signal S4 according to the above embodiment.

なお同図の(C)は上記実施例におけるパルス幅設定回
路19より出力されるパルス信号の波形図をその部分拡
大図とともに示している。同図から明らかなように、従
来技術の場合において、異常値を示していたノイズ部分
が、上記実施例の場合にはローパスフィルタ19によっ
て完全に除去されていることが知られる。
Note that (C) of the same figure shows a waveform diagram of the pulse signal output from the pulse width setting circuit 19 in the above embodiment, together with a partially enlarged view thereof. As is clear from the figure, it is known that the noise portion that showed an abnormal value in the case of the prior art is completely removed by the low-pass filter 19 in the case of the above embodiment.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、被測定物の表
面に存在するゴミ、微小突起など反射光を散乱させる要
因によって形状信号に発生するノイズを、従来技術に使
用される装置に簡単な信号処理系を付加するだけで確実
に取り除くことができるので、低コストで粘度よく行な
える光学式表面粗さ測定方法を得ることができる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the noise generated in the shape signal due to factors that scatter reflected light, such as dust and microprotrusions on the surface of the object to be measured, can be eliminated from the noise generated in the shape signal, which is not used in the prior art. This can be reliably removed by simply adding a simple signal processing system to the equipment used, making it possible to obtain an optical surface roughness measurement method that can be performed at low cost and with good viscosity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例に使用される信号処理系の
ブ[1ツク図、 第2図は被測定物の光量モニタ信号と形状信号の相関関
係を示す図、 第3図は実施例による被測定物の形状信号と従来技術に
よる形状信号とを比較して示す波形図、第4図はHIP
O8Sの原理を示す構成図、第5図はHI PO35の
動作を示す説明図、第6図は従来技術の光学系の構成図
、 第7図は従来技術の信号処理系の構成図、第8図は従来
技術による被測定物の形状信号を示す波形図である。 15・・・コンパレータ、 19・・・ローパスフィルタ、 Sl・・・形状信号、
S2・・・光量モニタ信号(反射光総量)、8th・・
・基準信号
Figure 1 is a block diagram of a signal processing system used in an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the correlation between the light amount monitor signal and shape signal of the object to be measured, and Figure 3 is a block diagram of the signal processing system used in an embodiment of the present invention. A waveform diagram showing a comparison of the shape signal of the object to be measured according to the example and the shape signal according to the conventional technology, FIG. 4 is a waveform diagram of the HIP
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the HI PO35. FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional optical system. FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional signal processing system. The figure is a waveform diagram showing a shape signal of an object to be measured according to the prior art. 15... Comparator, 19... Low pass filter, Sl... Shape signal,
S2... Light amount monitor signal (total amount of reflected light), 8th...
・Reference signal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)平行光束を対物レンズを通して被測定物表面に照
射し、この被測定物表面からの反射光のうち前記対物レ
ンズから臨界角プリズムを経る光路の反射光量を、この
光路の光軸に対し対称位置にある複数のフォトディテク
タで検出し、これらフォトディテクタの検出信号の差分
を形状信号としてその変化から被測定物表面の粗さを測
定するようにした光学式表面粗さ測定方法において、前
記複数のフォトディテクタの検出する反射光総量を所定
の基準値と比較して反射光総量の異常を検出し、前記異
常検出区間では、前記形状信号をローパスフィルタに通
して修正するようにしたことを特徴とする光学式表面粗
さ測定方法。
(1) A parallel beam of light is irradiated onto the surface of the object to be measured through an objective lens, and among the reflected light from the surface of the object, the amount of reflected light in the optical path from the objective lens to the critical angle prism is determined relative to the optical axis of this optical path. In an optical surface roughness measurement method, the roughness of the surface of the object to be measured is measured by detecting with a plurality of photodetectors located at symmetrical positions and using the difference between the detection signals of these photodetectors as a shape signal. The total amount of reflected light detected by the photodetector is compared with a predetermined reference value to detect an abnormality in the total amount of reflected light, and in the abnormality detection section, the shape signal is passed through a low-pass filter to be corrected. Optical surface roughness measurement method.
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