WO1997042537A1 - Peak processing method for confocal optical apparatuses - Google Patents

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WO1997042537A1
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peak
light
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Takeshi Okamoto
Masato Moriya
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Komatsu Ltd.
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    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
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    • G02B21/0052Optical details of the image generation
    • G02B21/0056Optical details of the image generation based on optical coherence, e.g. phase-contrast arrangements, interference arrangements

Definitions

  • the present invention provides a confocal optic for use in a three-dimensional shape inspection device that inspects a three-dimensional shape, for example, a shape of an object to be measured, such as a solder bump for IC mounting, whose approximate surface shape is known, at a high speed.
  • the present invention relates to a peak processing method in a so-called tandem-type confocal optical device in which a plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, particularly in a device.
  • This type of confocal optical device is configured as shown in FIG.
  • the light from the light source 1 is reflected by the mirror 40, becomes parallel light via the magnifying lenses 2a and 2b, and enters the hologram 3 as reference light.
  • the hologram 3 reproduces light equivalent to a point light source emitted from each pinhole position of the pinhole array 4 in which pinholes are two-dimensionally arranged by diffracting the reference light.
  • Fig. 1 represents the light at one pinhole position as a representative.
  • FIGS. 2, 3 and 4 show the surface of the object 6 in the confocal optical system.
  • the reflected light passes through the pinhole 4a of the pinhole array 4 only when the focal point and the surface of the object 6 match (focus).
  • the reflected light is blocked by the pinhole array 4 and can hardly pass through, and a so-called light receiving aperture function is performed.
  • FIG. 1 has the confocal optical system described with reference to FIGS.
  • the first and second objective lenses 5a and 5b are both composed of a telecentric system (also referred to as an afocal system or a tandem arrangement optical system). Instead of moving 6 in the Z direction, move the first objective lens 5a in the Z direction and measure.
  • the light passing through the pinhole 4a forms an image on a photodetector array 8 for detecting two-dimensional light via the first and second relay lenses 7a and 7b, and the individual pinholes are formed.
  • the light passing through 4a is imaged and measured on an independent photodetector.
  • the controller 9 controls the XY position (offset position in the Z direction if necessary) of the stage 10 on which the object 6 is placed, determines the measurement visual field, and moves the first objective lens 5a in the Z direction. Then, the measured value of the photodetector array 8 is read out while performing the peak processing while detecting the position in the Z direction, and the result is displayed, output or recorded.
  • the light source 11 is a coherent light source such as a laser, and the light emitted from the light source 11 is split into two lights by a beam splitter 12 into two lights, each of which is a hologram. It becomes the light source for reference light and object light of 3. If the light from the light source 11 exhibits linearly polarized light characteristics, the polarization direction of the linearly polarized light is rotated by rotation of the first half-wave plate 13a, and the beam splitter 12 is turned on. By using a polarizing beam splitter, the division intensity ratio is set to a desired value.
  • the reference light and the object light generated by the wavefront splitting by the beam splitter 12 are divided into first, second and third and fourth magnifying lenses 14a, 14b and 14c,
  • the light is enlarged by 14 d and incident on the hologram 3 and the pinhole array 4 respectively.
  • the light transmitted through the pinhole array 4 is diffracted by 4a at each pinhole, becomes light equivalent to a point light source, is converted into parallel light by the objective lens 5b, and is converted into object light by the hologram 3. Incident.
  • the second and third half-wavelength plates 13b and 13c the polarization directions of the reference light and the object light are changed.
  • the direction is set to the desired direction (generally the same direction), and preparation for hologram exposure is completed.
  • FIG. 6 shows a first other confocal optical device that does not use a hologram.
  • FIG. 6 shows a first conventional type shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-26959 and US Pat. No. 5,239,178.
  • the light from the light source 1 is magnified by the magnifying lens 2 and enters the pinhole array 4, and the light diffracted by each of the pinholes 4a passes through the beam splitter 15 and The light is projected onto the object 6 by the second and first objective lenses 5b and 5a.
  • FIG. 7 is a second alternative confocal optical device shown in U.S. Pat. No. 4,806,004.
  • the light from the light source 1 is magnified by the magnifying lens 2 and enters the pinhole array 4, and the light diffracted by the pinhole 4a is transmitted to the second and first objective lenses 5b and 5a. Therefore, the light is projected on the object 6.
  • the light projected on the object 6 and reflected and scattered is condensed on the pinhole array 4 having the function of a light receiving aperture through the objective lenses 5a and 5b.
  • the light passing through each pinhole 4 a is reflected by the half mirror 41, and forms an image on the photodetector array 8 on a one-to-one basis via the relay lens 7.
  • the pinhole array 4 that creates a point light source for projection and the pinhole array 4 that serves as a light receiving aperture have the same structure.
  • light must be incident from behind pinhole array 4. Therefore, stray light such as light R reflected by the mask of the pinhole array 4 is prevented from reaching the detector array 8 by some method.
  • the pinhole 4a does not correspond one-to-one with the pixels of the detector array 8, and therefore, the pinhole array 4 is scanned in the XY plane.
  • the confocal optical system is referred to as a tandem scanning confocal optical system.
  • FIG. 8 is a tandem type of the same type as the second confocal optical device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-50393 and U.S. Pat. No. 4,927,254. 2 shows a scanning optical system.
  • the pinhole array 4 employs a so-called nip code disk (NipkowDisc) in which the pinholes 4a are arranged in a spiral shape on a disk, and is rotated. By rotating the disk-shaped pinhole array 4, scanning is performed to obtain images between the pinholes 4a, 4a.
  • NipkowDisc nip code disk
  • a laser beam having strong coherence may be used as the reference light source.
  • the amount of light V detected by the photodetector array 8 when measuring the position of the surface of the object 6 using the reference light by the laser light is, as described above, the distance between the confocal optical system and the object.
  • the distance that is, the amount of light at the highest position (in-focus position) changes depending on the surface height Z of the object 6, and the amount of light reflected at the highest position (focusing position) becomes maximum. Is measured.
  • the theoretical confocal output waveform Vt has a gentle mountain shape in the output Z-V profile shown in FIG.
  • the light source at this time has a periodic vibration waveform Vc whose amplitude changes depending on the light amount V because it is laser light.
  • the actual output waveform Vs input to the photodetector array 8 becomes a waveform in which the periodic oscillation waveform Vc is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt.
  • V t F (Z)
  • V c ⁇ (A n X F n (Z) x S i n (2 TT X Z / (M n x ⁇ ) + C n))
  • V s V t + V c
  • S is the dominant wavelength of the coherent light source
  • M n Positive integer including 0 or reciprocal of integer excluding 0
  • Figure 9 shows that the Z-V output wavelength at the theoretical confocal is superimposed by an integral multiple of the dominant wavelength ⁇ of the light source with strong coherence, or 1 / integer. ing.
  • the object 6 (or the first objective lens 5a) is slowly moved in the direction of the optical axis of the optical system, and the output at this time causes the VZ profile.
  • the detection is performed using the actual output waveform Vs on which the periodic vibration waveform Vc is superimposed on the surface height Zn of the object 6 to be detected.
  • the height Z s is output, and the detection error of
  • this sampling period is the period Zt of the periodic vibration waveform Vc. If not synchronized, the above output error is further enlarged.
  • An object of the present invention is to provide a peak processing method in a confocal point optical device for solving the above-mentioned problems in the conventional technology. Disclosure of the invention
  • a first aspect of the present invention provides:
  • a plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt.
  • a peak processing method in a confocal optical device in which a real output waveform Vs of a V profile is sampled in a height direction to obtain a height of a peak portion
  • the sampling period is an integral multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs of the Z-V profile, and the intermittently output Z-V output.
  • the sampling interval is an integer multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs.
  • the effect of the vibration of the actual output waveform V s appears evenly at any sampling position.
  • a second aspect of the present invention provides:
  • a plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt.
  • a peak processing method for a confocal optical device in which a real output waveform Vs of a Z-V profile is sampled in a height direction to obtain a height of a peak portion, the Z-V profile is In the height direction, the light amount at intervals of an integral multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs is integrated at each interval, and the height value of the peak portion is obtained for each integrated Z-V output.
  • a plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt.
  • the peak processing method in a confocal optical apparatus in which the actual output waveform Vs of the Z-V profile is sampled in the height direction to obtain the height of the peak portion, the Z-V profile In the height direction of the signal, the light quantity at intervals sufficiently larger than the period Zt of the actual output waveform Vs is integrated, and each integral Z — V output
  • This is a peak processing method in a confocal optical device in which a value of a height of a peak portion is obtained for a force.
  • the step-moving means is used as a moving means for sampling the actual output waveform Vs of the Z-V profile in the height direction, and the feed step amount of the step-moving means is actually output. It is preferable to set 2 to 10 steps for the period Zt of the waveform Vs.
  • the movement in the height direction within the integration section is performed in steps of 2 to 10 in each integration range.
  • the vibration phenomenon of the light source is averaged.
  • high-precision measurement and inspection can be performed, and can be adequately applied to fine measurement and inspection that could not be conventionally applied.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a tandem-type confocal optical device.
  • Figure 2 is an explanatory diagram showing the imaging state of the reflected light near the pinhole.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an image forming state of the reflected light near the pinhole.
  • Fig. 4 is an explanatory diagram showing the image formation state of the reflected light near the pinhole.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of an optical system that exposes a hologram.
  • FIG. 6 is a structural explanatory view showing a tandem confocal optical device having another structure.
  • FIG. 7 is a configuration explanatory view showing a tandem confocal optical device having another configuration.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a tandem confocal optical device having another configuration.
  • FIG. 9 is a diagram showing a ZV profile of an actual output waveform.
  • FIG. 10 is a diagram showing sampling for an actual output waveform in the first embodiment of the peak processing method according to the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a peak processing device.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the peak processing step.
  • FIG. 13 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the waveform shown in FIG. 10 is the actual output waveform V s. Focusing on the periodicity of the waveform, V 1, P 1, P 2, P3, P [pi in the output value sampled Ngushi, each sampling height Z sl, Z s 2, Z s 3, ⁇ , obtain Z s n. Then, Ri by the respective sampling height Z s n to the this the peak processing, obtaining a detection surface height Z h of the object 6 '. The detected surface height Z h ′ is averaged with the periodic vibration waveform of the actual output waveform V s and approximated to the actual desired surface height Z h.
  • the detection surface height Z h ′ is a relative height from the lowest part. It is obtained and is substantially the same as the surface height Zh to be detected.
  • the above-mentioned sampling height is an output value corresponding to a plurality of positions in the height direction of the object 6, and this output value is sampled, for example, by the emission of the light source 1 in the confocal optical device shown in FIG. This is done by using the shutter 16 provided on the side, or by blinking the light source 1.
  • the means for moving the object 6 or the first object lens 5a for sampling in the optical axis direction (Z direction) is the same as that of the conventional one, and any method is applicable.
  • FIG. 11 shows a processing device for performing peak processing of each detection value by the above-mentioned sampling.
  • Reference numeral 20 denotes a stage controller on which the object 6 is placed and which can be moved in the X, Y, and Z directions.10 is a stage controller that controls the movement in each of the above directions, and 21 denotes the above stage.
  • This is a Z-axis encoder that detects the amount of movement of 10 (or the first objective lens 5a) in the Z-axis (height direction).
  • Reference numeral 23 denotes an A / D converter for A / D converting an analog detection value from the photodetector array 8, and the detection value converted into a digital value by the A / D converter is a comparator 24. Is compared with the memory values P11, P12, ... stored in the peak value memory 25, and if it is higher than that value, it is input to the data sector 26. Input to Z-value memory 27.
  • Reference numeral 28 denotes a display device, 29 denotes a CPU, and 30 denotes processing memory.
  • Fig. 12 shows the flow when one sampling is performed by the above processing device.
  • the memory of the Z-value memory 27 is cleared, and the indices i, j, and k in the X, ⁇ , and Z directions are cleared and initialized. Top 1).
  • the increment of k, i, j in one pixel of each pixel (corresponding to each detection value Dll, D12,...) Of the photodetector array 8 in FIG. (Steps 2 and 3)
  • Step 4 read out the detected value Dij of one pixel in the photodetector array 8 (Step 4), and then read the detected value Dij in correspondence with the peak value memory 25.
  • the memory value Pij to be compared is compared with the comparator 24 (step 5).
  • the data is transferred from the comparator 24 to the data selector 26.
  • the signal is input, and the detected value of the Z-axis encoder 21 at this time is written to the Z-value memory 27 to perform peak processing (Step 6).
  • FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention.
  • the object 6 or the first objective lens 5a is continuously moved in the Z direction, during which the position of the actual output waveform V s, for example, every two periods ⁇ 1, f 2, f 3, ' , Fn, the integration of this waveform for two periods is performed, and the heights Z s 1 ′, Z s 2 ′, ⁇ s at the period integration positions f 1, f 2, f 3,..., f ⁇ 3 ', ⁇ , ⁇ s ⁇ ' This is subjected to peak processing to obtain a surface height Z h '.
  • FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention.
  • the integration cycle is asynchronous with the oscillation cycle Zt of the actual output waveform Vs. It is effective to set the integration interval at this time to be sufficiently larger than the period Zt of the actual output waveform Vs, for example, to be twice or more the period Zt of the vibration. Actually, the longer the integration range of the period Zt is, the greater the effect of smoothing becomes, but the resolution of the detection height Zs becomes worse, and the upper limit is about 10 times.
  • This integration can be realized by using an integrating photodetector such as a CCD sensor in the photodetector array 8.
  • the periodic integration in the second and third embodiments can be realized by using an integrating photodetector such as a CCD sensor for the photodetection array 8.
  • an integrating photodetector such as a CCD sensor for the photodetection array 8.
  • the actual output waveform V it is desirable that the moving speed of the Z-direction moving means within the integration range be smooth or constant.
  • a DC motor, a piezo element, and a voice coil motor are preferably used.
  • a stepping motor may be used for the stepless drive because it is easy to control the setting of the feed amount and the like for the stepless drive.
  • the number of movement steps in the integration range is 2 or more. In practice, the number of moving steps in the integration range should be between 5 and 10. The smoothing effect increases as the number of steps increases, but the moving speed in the Z direction decreases.

Abstract

A peak processing method for a confocal optical apparatus which has a plurality of confocal optical systems arranged two-dimensionally, and a light source of a high coherence, comprising the step of determining the height of a peak by sampling in the direction of the height thereof an actual output waveform Vs of Z-V profile, in which a periodic vibration waveform Vc of the above-mentioned light source is superposed on a theorical confocal output waveform Vt, characterized in that the sampling period is an integral multiple of the height Zt of the actual output waveform Vs of the Z-V profile, and the value of the height of the peak of this intermittently outputted Z-V output is found.

Description

明細書 共焦点光学装置における ピーク処理方法 技術分野  Description Peak processing method in confocal optical device
本発明は、 3次元形状、 例えば、 被計測物体のおよその表面形 状が既知である I C実装用ハンダバンブ等の被計測物体の形状を 高速で検査する 3 次元形状検杏装置に用いる共焦点光学装置で 特に複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列 してなる、 いわゆる タ ンデム型の共焦点光学装置における ピーク処理方法に関する も のである。 背景技術  The present invention provides a confocal optic for use in a three-dimensional shape inspection device that inspects a three-dimensional shape, for example, a shape of an object to be measured, such as a solder bump for IC mounting, whose approximate surface shape is known, at a high speed. The present invention relates to a peak processing method in a so-called tandem-type confocal optical device in which a plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, particularly in a device. Background art
この種の共焦点光学装置は、 図 1 に示すよう になつている。 光 源 1 の光は、 ミ ラー 4 0で反射され、 拡大レ ンズ 2 a , 2 bを介 して平行光となってホログラム 3 に参照光と して入射する。 ホロ グラム 3 は、 ピンホールが 2次元的に配列されたピンホールァ レ ィ 4 の各ピンホール位置から出射する点光源と等価な光を、 上記 参照光を回折することにより再生する。  This type of confocal optical device is configured as shown in FIG. The light from the light source 1 is reflected by the mirror 40, becomes parallel light via the magnifying lenses 2a and 2b, and enters the hologram 3 as reference light. The hologram 3 reproduces light equivalent to a point light source emitted from each pinhole position of the pinhole array 4 in which pinholes are two-dimensionally arranged by diffracting the reference light.
こ の再生光は、 第 1 対物レ ンズ 5 a を介 して物体 (被計測物 体) 6に投光され、 物体 6で反射散乱し、 その反射光が、 第 1 対 物レンズ 5 a、 ホログラム 3を透過し、 第 2対物レンズ 5 bを介 してピンホールア レイ 4 に集光する。 なお、 この図 1 は 1 つの ピ ンホール位置の光を代表して表現している。  This reconstructed light is projected onto the object (measured object) 6 via the first objective lens 5a, is reflected and scattered by the object 6, and the reflected light is reflected by the first objective lens 5a, The light passes through the hologram 3 and is focused on the pinhole array 4 via the second objective lens 5b. Note that Fig. 1 represents the light at one pinhole position as a representative.
図 2 , 図 3 , 図 4 は、 共焦点光学系において、 物体 6 の表面の 光軸方向 ( z方向) の位置関係に対して、 投光の第 1 対物レ ンズ 5 a による集光点の位置によ り、 反射光がピンホールア レイ 4 付 近でどのよ う に結像するかを示 したものである。 これによれば、 図 3に示すように、 集光点と物体 6 の表面が一致 (合焦) したと きのみ反射光がピンホールアレイ 4 のピンホール 4 a を通過する が、 それ以外のとき、 すなわち、 図 2 に示すよ う に、 桀光点が物 体 6の反射面 (表面) の後にある場合 (後ピン) 、 あるいは図 4 に示すように、 反射面の前にある場合 (前ピン) には、 反射光は ピンホールアレイ 4 に遮蔽されて殆ど通過できな く な り、 いわゆ る受光絞り作用がなされる。 FIGS. 2, 3 and 4 show the surface of the object 6 in the confocal optical system. With respect to the positional relationship in the optical axis direction (z direction), how the reflected light forms an image near the pinhole array 4 depending on the position of the focal point of the first objective lens 5a of the projected light This is shown. According to this, as shown in FIG. 3, the reflected light passes through the pinhole 4a of the pinhole array 4 only when the focal point and the surface of the object 6 match (focus). In other words, as shown in FIG. 2, when the light spot of the beam is behind the reflecting surface (surface) of the object 6 (back pin), or as shown in FIG. 4, when it is before the reflecting surface (front). At the pin, the reflected light is blocked by the pinhole array 4 and can hardly pass through, and a so-called light receiving aperture function is performed.
この特性を利用すれば、 物体 6を光軸方向 ( Z方向) に移動し ながら、 ピンホール 4 aを通過する反射光の光量を、 図 1 に示す ように、 第 1 , 第 2のリ レーレンズ 7 a , 7 b を介して 2次元用 の光検出器アレイ 8に入射させて計測するこ とによ り、 最大の光 量が得られた位置が物体 6 の表面であるこ と、 すなわち、 物体 6 の表面の位置が計測できることになる。 これをピーク処理という。 図 1 は図 2乃至図 4で説明 した共焦点光学系を有していて、 ピ ンホール 4 aを 2次元的に配列したものであるから、 物体 6 を Z 方向に移動させながら、 各ピンホール 4 aを通過する反射光の光 量を計測し、 これをピーク処理してやれば、 各ピンホール 4 a に 対応した部分の物体 6の表面形状を計測をするこ とができる。 実 際には、 第 1 , 第 2 の対物レ ンズ 5 a , 5 b を共にテ レセ ン ト リ ッ ク系 (ァフ ォ ーカル系あるいはタ ンデム配置光学系と もい う) で構成し、 物体 6を Z方向に移動するかわりに第 1 対物レ ン ズ 5 aを Z方向へ移動して計測する。 ピンホール 4 a を通過する光は、 第 1 , 第 2 の リ レー レ ンズ 7 a , 7 bを介して 2次元の光を検出する光検出器ア レイ 8 に結 像し、 個々のピンホール 4 a を通過する光は、 独立した光検出部 分に結像して計測される。 この制御装置 9 は、 物体 6 を載置する ステージ 1 0 の X Y位置 (必要があれば Z方向のオフセ ッ ト位 置) を制御して計測視野を決め、 第 1 対物レンズ 5 aを Z方向に 移動させ且つその Z方向位置を検出しながら光検出器ア レイ 8の 計測値を読み出してピーク処理し、 その結果を表示、 出力あるい は記録する。 By utilizing this characteristic, the amount of reflected light passing through the pinhole 4a while moving the object 6 in the optical axis direction (Z direction) can be reduced by the first and second relay lenses as shown in Fig. 1. The position where the maximum amount of light is obtained is the surface of the object 6 by making the light incident on the two-dimensional photodetector array 8 via 7a and 7b, that is, the object The surface position of 6 can be measured. This is called peak processing. FIG. 1 has the confocal optical system described with reference to FIGS. 2 to 4 and has a two-dimensional arrangement of the pinholes 4a, so that while moving the object 6 in the Z direction, If the amount of reflected light passing through 4a is measured and peak-processed, the surface shape of the object 6 corresponding to each pinhole 4a can be measured. In practice, the first and second objective lenses 5a and 5b are both composed of a telecentric system (also referred to as an afocal system or a tandem arrangement optical system). Instead of moving 6 in the Z direction, move the first objective lens 5a in the Z direction and measure. The light passing through the pinhole 4a forms an image on a photodetector array 8 for detecting two-dimensional light via the first and second relay lenses 7a and 7b, and the individual pinholes are formed. The light passing through 4a is imaged and measured on an independent photodetector. The controller 9 controls the XY position (offset position in the Z direction if necessary) of the stage 10 on which the object 6 is placed, determines the measurement visual field, and moves the first objective lens 5a in the Z direction. Then, the measured value of the photodetector array 8 is read out while performing the peak processing while detecting the position in the Z direction, and the result is displayed, output or recorded.
次に、 上記ホログラム 3の製造工程を図 5を参照して説明する。 光源 1 1 はレーザなどのコ ヒー レ ン トな光源であ り 、 該光源 1 1からの出射光はビームスプリ ッタ 1 2 によ り波面分割されて 二つの光になり、 それらがそれぞれホログラム 3 の参照光、 物体 光の光源となる。 光源 1 1 の光が直線偏光の特性を示す場合には、 第 1 の 1 / 2波長板 1 3 aの回転によ り直線偏光の偏光方向を回 転させ、 ビ一ムスプリ ッ タ 1 2 に偏光ビームスプリ ッ タを採用す ることにより、 分割の強度比を所望の値に設定する。  Next, a manufacturing process of the hologram 3 will be described with reference to FIG. The light source 11 is a coherent light source such as a laser, and the light emitted from the light source 11 is split into two lights by a beam splitter 12 into two lights, each of which is a hologram. It becomes the light source for reference light and object light of 3. If the light from the light source 11 exhibits linearly polarized light characteristics, the polarization direction of the linearly polarized light is rotated by rotation of the first half-wave plate 13a, and the beam splitter 12 is turned on. By using a polarizing beam splitter, the division intensity ratio is set to a desired value.
ビ一ムスプリ ッ タ 1 2での波面分割によ り生まれた参照光と物 体光は、 第 1 , 第 2及び第 3 , 第 4 の拡大レンズ 1 4 a , 1 4 b 及び 1 4 c , 1 4 dによ りそれぞれ拡大されて、 ホログラム 3及 びピンホールア レイ 4 にそれぞれ入射される。 ピンホールア レイ 4 を透過する光は、 それぞれのピンホールで 4 aで回折して、 点 光源と等価な光になり、 対物レンズ 5 bによ り平行光に変換され、 ホログラム 3に物体光と して入射される。 第 2 , 第 3 の 1 / 2波 長板 1 3 b , 1 3 c の調節によ り、 参照光、 物体光の偏光方向が 所望の方向 (一般的には同じ方向になるよ う にする) に設定され、 ホログラム露光の準備が完了する。 The reference light and the object light generated by the wavefront splitting by the beam splitter 12 are divided into first, second and third and fourth magnifying lenses 14a, 14b and 14c, The light is enlarged by 14 d and incident on the hologram 3 and the pinhole array 4 respectively. The light transmitted through the pinhole array 4 is diffracted by 4a at each pinhole, becomes light equivalent to a point light source, is converted into parallel light by the objective lens 5b, and is converted into object light by the hologram 3. Incident. By adjusting the second and third half-wavelength plates 13b and 13c, the polarization directions of the reference light and the object light are changed. The direction is set to the desired direction (generally the same direction), and preparation for hologram exposure is completed.
図 6から図 8 はホログラムを用いない第 1 の他の共焦点光学装 置を示している。 図 6は、 特開平 4 一 2 6 5 9 1 8号公報、 米国 特許第 5 , 2 3 9 , 1 7 8号明細書に示される、 第 1 の従来型の ものを示している。 この場合、 光源 1 からの光は拡大レンズ 2 に よ り拡大されて、 ピンホールアレイ 4 に入射し、 この各ピンホー ノレ 4 a にて回折した光は ビ一ムスプリ ッ タ 1 5 を通過 し、 第 2 , 第 1 の対物レンズ 5 b , 5 a によ って物体 6 に投光されるよう に なっている。  6 to 8 show a first other confocal optical device that does not use a hologram. FIG. 6 shows a first conventional type shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-26959 and US Pat. No. 5,239,178. In this case, the light from the light source 1 is magnified by the magnifying lens 2 and enters the pinhole array 4, and the light diffracted by each of the pinholes 4a passes through the beam splitter 15 and The light is projected onto the object 6 by the second and first objective lenses 5b and 5a.
そ して、 物体 6 に投光されて反射散乱した光は、 第 1 , 第 2 の 対物レンズ 5 a , 5 bを逆に通って ビームスプリ ッ タ 1 5 に入り、 こ こで反射して光検出器ア レイ 8に結像するようになっている。 図 7は米国特許第 4 , 8 0 6 , 0 0 4号明細書に示された第 2 の他の共焦点光学装置である。 この場合、 光源 1 からの光は拡大 レ ンズ 2 によ り拡大されて ピンホールア レイ 4 に入射 し、 ピン ホール 4 a で回折した光は第 2 , 第 1 の対物レ ンズ 5 b , 5 a に よって物体 6 に投光されるようになっている。  Then, the light projected and reflected and scattered on the object 6 passes through the first and second objective lenses 5a and 5b in reverse, enters the beam splitter 15, and is reflected there. It forms an image on the photodetector array 8. FIG. 7 is a second alternative confocal optical device shown in U.S. Pat. No. 4,806,004. In this case, the light from the light source 1 is magnified by the magnifying lens 2 and enters the pinhole array 4, and the light diffracted by the pinhole 4a is transmitted to the second and first objective lenses 5b and 5a. Therefore, the light is projected on the object 6.
物体 6 に投光されて反射散乱した光は、 対物レンズ 5 a , 5 b を介し、 受光絞りの作用を奏する ピンホールア レイ 4 に集光され る。 そ して、 各ピンホール 4 a を通過する光は、 ハーフ ミ ラ一 4 1 で反射され、 リ レー レンズ 7を介して 1 対 1 で光検出器ァ レ ィ 8 に結像する。 この構成では、 投光の点光源を作る ピンホール アレイ 4 と受光絞りのピンホールア レイ 4 が同一の構造になって いる。 ただし、 ピンホールア レイ 4 の背後から光を入射する必要 があるので、 ピンホールァ レイ 4 のマスクでの反射光 R等の迷光 を何らかの方法で検出器アレイ 8に到達しないように している。 なお、 この上記第 2の他の共焦点光学装置は、 ピンホール 4 a と検出器アレイ 8の画素とは 1 対 1 で対応しておらず、 そのため ピンホールア レイ 4 を X Y面内でスキ ャニ ングして ピンホール 4 a , 4 a間の画像を得るよ う に しており、 このような共焦点光 学系をタンデム型走査共焦点光学系という。 The light projected on the object 6 and reflected and scattered is condensed on the pinhole array 4 having the function of a light receiving aperture through the objective lenses 5a and 5b. The light passing through each pinhole 4 a is reflected by the half mirror 41, and forms an image on the photodetector array 8 on a one-to-one basis via the relay lens 7. In this configuration, the pinhole array 4 that creates a point light source for projection and the pinhole array 4 that serves as a light receiving aperture have the same structure. However, light must be incident from behind pinhole array 4. Therefore, stray light such as light R reflected by the mask of the pinhole array 4 is prevented from reaching the detector array 8 by some method. In the second other confocal optical device, the pinhole 4a does not correspond one-to-one with the pixels of the detector array 8, and therefore, the pinhole array 4 is scanned in the XY plane. The confocal optical system is referred to as a tandem scanning confocal optical system.
図 8 は、 特開平 1 一 5 0 3 4 9 3 号公報、 米国特許第 4 , 9 2 7 , 2 5 4号明細書に記載の、 上記第 2 の共焦点光学装置と 同種のタ ンデム型走査光学系を示している。 これは、 ピンホール アレイ 4がニップコゥディ スク (N i p k o w D i s c ) と呼ば れる、 円盤上にピンホール 4 a をスパイラル状に配置したものを 採用 し、 それを回転させるよう に している。 このディ スク状のピ ンホールアレイ 4 を回転するこ とによ りスキャニングして、 ピン ホール 4 a , 4 a間の画像を得るようにしている。  FIG. 8 is a tandem type of the same type as the second confocal optical device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-50393 and U.S. Pat. No. 4,927,254. 2 shows a scanning optical system. In this method, the pinhole array 4 employs a so-called nip code disk (NipkowDisc) in which the pinholes 4a are arranged in a spiral shape on a disk, and is rotated. By rotating the disk-shaped pinhole array 4, scanning is performed to obtain images between the pinholes 4a, 4a.
上記した各構成の共焦点光学装置では、 光路内での収差を少な くすること、 及び計測精度の向上の見地から、 参照光の光源にコ ヒー レン ト性の強いレーザ光が用いられる場合がある。 そ して、 このレーザ光による参照光を用いて物体 6 の表面の位置を計測す る際の光検出器ア レイ 8 による検出光量 Vは、 上記したよ う に、 共焦点光学系と物体と間隔、 すなわち、 物体 6 の表面高さ Zに よって変化し、 最も高い位置 (合焦位置) で反射したときの光量 が最大となり、 これをピーク処理するこ とによ り、 物体 6 の高さ を計測するようにしている。  In the confocal optical devices having the above-described configurations, from the viewpoint of reducing aberrations in the optical path and improving measurement accuracy, a laser beam having strong coherence may be used as the reference light source. is there. As described above, the amount of light V detected by the photodetector array 8 when measuring the position of the surface of the object 6 using the reference light by the laser light is, as described above, the distance between the confocal optical system and the object. The distance, that is, the amount of light at the highest position (in-focus position) changes depending on the surface height Z of the object 6, and the amount of light reflected at the highest position (focusing position) becomes maximum. Is measured.
上記物体 6 の表面高さ Zに対する光量 Vの変化の様子を示す理 論的共焦点出力波形 V t は、 図 9 に示す出力 Z — Vプロ フ ァイル において、 なだらかな山形になる。 一方、 このときの光源はレー ザ光であるこ とによ り光量 Vによって振幅が変化する周期的振動 波形 V cを有している。 その結果、 光検出器ア レイ 8 に入力され る実出力波形 V s は、 上記理論的共焦点出力波形 V t に周期的振 動波形 V cが重畳された波形になる。 A theory showing how the amount of light V changes with respect to the surface height Z of the above object 6. The theoretical confocal output waveform Vt has a gentle mountain shape in the output Z-V profile shown in FIG. On the other hand, the light source at this time has a periodic vibration waveform Vc whose amplitude changes depending on the light amount V because it is laser light. As a result, the actual output waveform Vs input to the photodetector array 8 becomes a waveform in which the periodic oscillation waveform Vc is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt.
上記 V t , V c , V s は下記の式で求められる。  The above Vt, Vc, Vs are obtained by the following equations.
V t = F ( Z )  V t = F (Z)
V c = ∑ { A n X F n ( Z ) x S i n ( 2 TT X Z / ( M n x λ ) + C n ) )  V c = ∑ (A n X F n (Z) x S i n (2 TT X Z / (M n x λ) + C n))
V s = V t + V c  V s = V t + V c
ただし、 ス : コヒ一レン ト光源の主波長  Where: S is the dominant wavelength of the coherent light source
A n : 振動成分の係数  A n: Coefficient of vibration component
F n ( Z ) : 振動成分の係数  F n (Z): coefficient of vibration component
M n : 0を含む正の整数あるいは 0を除く整数の逆数 M n: Positive integer including 0 or reciprocal of integer excluding 0
( 1 /N ) (1 / N)
C n : 振動成分の位相  C n: phase of vibration component
なお、 図 9では、 説明を簡略化するために、 振動成分は 1 成分 のみ記述してある。 以下の説明においても同様の理由によ り、 1 成分を示すこととするが、 n成分でも本発明の作用効果において 本質的に差はない。  In FIG. 9, only one vibration component is described to simplify the description. In the following description, for the same reason, one component is shown, but there is essentially no difference in the function and effect of the present invention even with the n component.
図 9 は、 理論的な共焦点における Z — V出力波長にコ ヒ一レ ン 卜性の強い光源の主波長 λ の整数倍、 あるいは 1 /整数の振動波 形が重畳されるこ とを示している。 特に、 対物レンズ 5 aを移動 して ピー ク 処理を行 う 装置において、 M n = 1 / 2 と な り 、 Z t = i / 2 となる。 Figure 9 shows that the Z-V output wavelength at the theoretical confocal is superimposed by an integral multiple of the dominant wavelength λ of the light source with strong coherence, or 1 / integer. ing. In particular, in a device that performs peak processing by moving the objective lens 5a, M n = 1/2, and Zt = i / 2.
このような共焦点光学装置において、 物体 6 (あるいは第 1 対 物レンズ 5 a ) を光学系の光軸方向にゆつ く り移動して、 このと きの出力によ り V— Z プロ フ ァ イルの ピーク処理を したときに、 単なる ピーク部の光量 Zを出力すると、 検出 したい物体 6 の表面 高さ Z n に対して周期的振動波形 V c が重畳された実出力波形 V s による検出高さ Z sが出力されてしまい、 | Z s — Z n |の検出 誤差が生じてしまう。  In such a confocal optical device, the object 6 (or the first objective lens 5a) is slowly moved in the direction of the optical axis of the optical system, and the output at this time causes the VZ profile. When the peak amount of the file is processed and the mere light amount Z at the peak portion is output, the detection is performed using the actual output waveform Vs on which the periodic vibration waveform Vc is superimposed on the surface height Zn of the object 6 to be detected. The height Z s is output, and the detection error of | Z s — Z n | occurs.
さ らに、 上記図 9 に示す Z — V特性が物体 6 の移動に伴って間 欠的なサンプリ ングによって出力される場合は、 このサンプリ ン グ周期が周期的振動波形 V c の周期 Z t に同期していなければ上 記出力誤差はさ らに拡大される。  If the Z-V characteristic shown in Fig. 9 above is output by intermittent sampling as the object 6 moves, this sampling period is the period Zt of the periodic vibration waveform Vc. If not synchronized, the above output error is further enlarged.
本発明は、 上記従来の技術における問題を解決するための共焦 点光学装置における ピーク処理方法を提供せんとする も のであ る。 発明の開示  An object of the present invention is to provide a peak processing method in a confocal point optical device for solving the above-mentioned problems in the conventional technology. Disclosure of the invention
上記目的を達成するために本発明の第 1 の態様は、  In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides:
複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列 し、 光源にコ ヒーレ ン ト性の強い光源を用い、 理論的共焦点出力波形 V t に上記光源の 周期的振動波形 V cが重畳された Z — Vプロフ ァ イルの実出力波 形 V sを高さ方向にサンプリ ングして ピーク部の高さを求めるよ うにした共焦点光学装置におけるピーク処理方法において、  A plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt. — In a peak processing method in a confocal optical device in which a real output waveform Vs of a V profile is sampled in a height direction to obtain a height of a peak portion,
前記サンプリ ング周期を Z— Vプロフ ァ イルの実出力波形 V s の周期 Z t の整数倍と し、 この間欠的に出力される Z — V出力に 対してピーク部の高さの値を求めるよう に した、 共焦点光学装置 における ピーク処理方法である。 The sampling period is an integral multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs of the Z-V profile, and the intermittently output Z-V output This is a peak processing method in a confocal optical device in which a value of a height of a peak portion is obtained.
この構成によれば、  According to this configuration,
Z— Vプロフ ァ イルの実出力波形 V s を高さ方向にサンプリ ン グする際に、 このサンプリ ング間隔が上記実出力波形 V s の周期 Z t の整数倍であることによ り、 この実出力波形 V s の振動の影 響がどのサンプリ ング位置でも均等に出るようになる。  Z—When the actual output waveform Vs of the V profile is sampled in the height direction, the sampling interval is an integer multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs. The effect of the vibration of the actual output waveform V s appears evenly at any sampling position.
本発明の第 2の態様は、  A second aspect of the present invention provides:
複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列 し、 光源にコ ヒ 一 レ ン ト性の強い光源を用い、 理論的共焦点出力波形 V t に上記光源の 周期的振動波形 V cが重畳された Z — Vプロフ ァ イルの実出力波 形 V s を高さ方向にサンプリ ングしてピーク部の高さを求めるよ うにした共焦点光学装置における ピーク処理方法において、 前記 Z— Vプロフ ァイルの高さ方向に上記実出力波形 V s の周 期 Z t の整数倍の間隔ごとの光量を積分し、 各積分 Z — V出力に 対してピーク部の高さの値を求めるよう に した、 共焦点光学装置 における ピーク処理方法。  A plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt. In a peak processing method for a confocal optical device in which a real output waveform Vs of a Z-V profile is sampled in a height direction to obtain a height of a peak portion, the Z-V profile is In the height direction, the light amount at intervals of an integral multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs is integrated at each interval, and the height value of the peak portion is obtained for each integrated Z-V output. A peak processing method in a focusing optical device.
本発明の第 3の態様は、  A third aspect of the present invention,
複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列し、 光源にコ ヒ一 レ ン ト性の強い光源を用い、 理論的共焦点出力波形 V t に上記光源の 周期的振動波形 V cが重畳された Z - Vプロフ ァ イルの実出力波 形 V s を高さ方向にサンプリ ングしてピーク部の高さを求めるよ うにした共焦点光学装置におけるピーク処理方法において、 前記 Z - Vプロフ ァ イ ルの高さ方向に上記実出力波形 V s の周 期 Z t より十分大きな間隔ごとの光量を積分し、 各積分 Z — V出 力に対してピーク部の高さの値を求めるよう に した、 共焦点光学 装置における ピーク処理方法である。 A plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt. The peak processing method in a confocal optical apparatus in which the actual output waveform Vs of the Z-V profile is sampled in the height direction to obtain the height of the peak portion, the Z-V profile In the height direction of the signal, the light quantity at intervals sufficiently larger than the period Zt of the actual output waveform Vs is integrated, and each integral Z — V output This is a peak processing method in a confocal optical device in which a value of a height of a peak portion is obtained for a force.
これらの構成によれば、  According to these configurations,
上記実出力波形 V s をこれの振動の周期 Z t の整数倍にわたり、 あるいはこの周期 Z t よ り十分大きい周期で積分するこ とによ り、 上記実出力波形 V s の振動が平滑化される。  By integrating the actual output waveform V s over an integral multiple of the period Z t of the oscillation or at a period sufficiently larger than the period Z t, the oscillation of the actual output waveform V s is smoothed. You.
さ らに、 上記構成において、  Further, in the above configuration,
前記 Z — Vプロフ ァイ ルの実出力波形 V s を高さ方向にサ ンプ リ ングするための移動手段にステ ッ プ移動手段を用いて、 該ス テツプ移動手段の送りステップ量が実出力波形 V s の周期 Z t に 対して 2 〜 1 0ステップにするのが好ま しい。  The step-moving means is used as a moving means for sampling the actual output waveform Vs of the Z-V profile in the height direction, and the feed step amount of the step-moving means is actually output. It is preferable to set 2 to 10 steps for the period Zt of the waveform Vs.
この構成によれば、  According to this configuration,
上記積分区間内の高さ方向の移動が、 各積分範囲で 2 〜 1 0 の ステップで行われる。  The movement in the height direction within the integration section is performed in steps of 2 to 10 in each integration range.
以上のよう に、 タ ンデム型の共焦点光学装置の光源にコ ヒーレ ン ト性の強い、 例えばレーザ光を用いた場合、 これのコ ヒー レン ト性から光源の主波長; I の整数倍あるいは 1 /整数の振動現象が 現われ、 単純な Z — V特性のピーク処理では精度が悪く 、 微細な 計測 · 検査には適応できないが、 上記本発明の方法によれば、 光 源の振動現象が平均化されるこ とによ り、 精度のよい計測 · 検査 が可能となり、 従来適応できなかつた微細な計測 · 検査において も十分適応可能となる。 図面の簡単な説明  As described above, when the light source of the tandem confocal optical device has strong coherence, for example, when a laser beam is used, the main wavelength of the light source; A 1 / integer vibration phenomenon appears, and the peak processing of the simple Z-V characteristic is inaccurate and cannot be applied to fine measurement and inspection. However, according to the method of the present invention, the vibration phenomenon of the light source is averaged. As a result, high-precision measurement and inspection can be performed, and can be adequately applied to fine measurement and inspection that could not be conventionally applied. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
本発明は、 以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図 面によ り、 よ り良く理解される ものとなろう。 なお、 添付図面に 示す実施例は、 発明を特定するこ とを意図する ものではな く 、 単 に説明及び理解を容易とするものである。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is illustrated in the following detailed description and attached drawings illustrating embodiments of the invention. Some aspects will be better understood. The embodiments shown in the accompanying drawings are not intended to specify the invention, but merely to facilitate explanation and understanding.
図中、  In the figure,
図 1 は タ ンデム型の共焦点光学装置を示す構成説明図である。 図 2 は 反射光のピンホール付近での結像状態を示す説明図で める。  FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a tandem-type confocal optical device. Figure 2 is an explanatory diagram showing the imaging state of the reflected light near the pinhole.
図 3 は 反射光のピンホール付近での結像状態を示す説明図で ある。  FIG. 3 is an explanatory diagram showing an image forming state of the reflected light near the pinhole.
図 4 は 反射光のピンホール付近での結像状態を示す説明図で め 。  Fig. 4 is an explanatory diagram showing the image formation state of the reflected light near the pinhole.
図 5 は ホログラムを露光する光学系の構成説明図である。 図 6 は 他の構成のタ ンデム型の共焦点光学装置を示す構成説 明図である。  FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of an optical system that exposes a hologram. FIG. 6 is a structural explanatory view showing a tandem confocal optical device having another structure.
図 7は、 他の構成のタ ンデム型の共焦点光学装置を示す構成説 明図である。  FIG. 7 is a configuration explanatory view showing a tandem confocal optical device having another configuration.
図 8は、 他の構成のタ ンデム型の共焦点光学装置を示す構成説 明図である。  FIG. 8 is an explanatory diagram showing a tandem confocal optical device having another configuration.
図 9は、 実出力波形の Z— Vプロフ ァイルを示す線図である。 図 1 0は、 本発明による ピーク処理方法の第 1 の実施例におけ る実出力波形に対するサンプリ ングを示す線図である。  FIG. 9 is a diagram showing a ZV profile of an actual output waveform. FIG. 10 is a diagram showing sampling for an actual output waveform in the first embodiment of the peak processing method according to the present invention.
図 1 1 は、 ピーク処理装置を示すブロ ッ ク図である。  FIG. 11 is a block diagram showing a peak processing device.
図 1 2 は、 ピーク処理工程を示すフロー図である。  FIG. 12 is a flowchart showing the peak processing step.
図 1 3は、 本発明の第 2の実施例を示す線図である。  FIG. 13 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
図 1 4 は、 本発明の第 3の実施例を示す線図である。 発明を実施するための好適な態様 FIG. 14 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
本発明の第 1 の実施例を図 1 0以下を参照 して説明する。 図 1 0にて示す波形は実出力波形 V sであ り、 これの周期性に着目 し、 物体の移動方向に上記実出力波形 V s の周期と同期させた間 隔をあけて P 1 , P 2 , P3 , P πで出力値をサンプリ ングし、 それぞれのサンプリ ング高さ Z s l , Z s 2 , Z s 3 , ···, Z s n を得る。 そして、 この各サンプリ ング高さ Z s nをピーク処理する こ とによ り、 物体 6の検出表面高さ Z h ' を得る。 こ の検出表面 高さ Z h ' は、 実出力波形 V s の周期的な振動波形平均化されて 実際の検出したい表面高さ Z hに近づけられる。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The waveform shown in FIG. 10 is the actual output waveform V s. Focusing on the periodicity of the waveform, V 1, P 1, P 2, P3, P [pi in the output value sampled Ngushi, each sampling height Z sl, Z s 2, Z s 3, ···, obtain Z s n. Then, Ri by the respective sampling height Z s n to the this the peak processing, obtaining a detection surface height Z h of the object 6 '. The detected surface height Z h ′ is averaged with the periodic vibration waveform of the actual output waveform V s and approximated to the actual desired surface height Z h.
このよ うな計測が物体 6 の最も低い部分から最も高い部分にわ たって、 連続的に行われるこ とによ り、 上記検出表面高さ Z h ' は最も低い部分からの相対高さ と して得られ、 実質的に検出 した い表面高さ Z hと同じになる。  Since such measurement is continuously performed from the lowest part to the highest part of the object 6, the detection surface height Z h ′ is a relative height from the lowest part. It is obtained and is substantially the same as the surface height Zh to be detected.
上記サンプリ ング高さ とは物体 6の高さ方向の複数の位置に対 応する出力値であり、 この出力値のサンプリ ングは、 例えば、 図 1 に示 した共焦点光学装置において光源 1 の出射側に設けた シャ ツタ 1 6にて行うか、 あるいは光源 1 を点滅する こ とによつ て行う。 また、 サンプリ ングするための物体 6あるいは第 1 の物 体レンズ 5 aの光軸方向 ( Z方向) への移動手段は従来のものと 同じで、 その方式は問わない。  The above-mentioned sampling height is an output value corresponding to a plurality of positions in the height direction of the object 6, and this output value is sampled, for example, by the emission of the light source 1 in the confocal optical device shown in FIG. This is done by using the shutter 16 provided on the side, or by blinking the light source 1. The means for moving the object 6 or the first object lens 5a for sampling in the optical axis direction (Z direction) is the same as that of the conventional one, and any method is applicable.
上記サンプリ ングの周期は、 実出力波形 V s の振動の周期 Z t と同じか、 その整数倍にするこ とによ り、 この実出力波形 V sの 振動の影響がサンプリ ング位置でも均等に出ることになる。 図 1 1 は、 上記サンプリ ングによ る各検出値の ピー ク処理する 際の処理装置を示すものである。 2 0は物体 6を載置 して X, Y , Z方向に移動可能に したステー ジ 1 0の上記各方向への移動を制 御するステージコ ン ト ロ ー ラ、 2 1 は上記ステー ジ 1 0 (あるい は第 1対物レ ンズ 5 a ) の Z軸 (高さ方向) への移動量を検出す る Z軸エ ンコーダである。 2 3は光検出器ア レイ 8か らのアナ口 グ検出値を A/D変換する A / D変換器であ り 、 これによ り デジ タル値に変換された検出値はコ ンパレータ 2 4にて ピー ク値メ モ リ 2 5に記憶されたメ モ リ 値 P 11, P 12, …と比較され、 それよ り高い値の場合にデータ セ ク タ 2 6 に入力 し、 こ こ から Z値メ モ リ 2 7 に入力す る よ う に な っ て い る 。 ま た、 2 8 は表示装置、 2 9は C P U、 3 0は処理用メ モ リ である。 By setting the sampling period equal to or an integral multiple of the oscillation period Zt of the actual output waveform Vs, the influence of the oscillation of the actual output waveform Vs can be even at the sampling position. Will come out. FIG. 11 shows a processing device for performing peak processing of each detection value by the above-mentioned sampling. Reference numeral 20 denotes a stage controller on which the object 6 is placed and which can be moved in the X, Y, and Z directions.10 is a stage controller that controls the movement in each of the above directions, and 21 denotes the above stage. This is a Z-axis encoder that detects the amount of movement of 10 (or the first objective lens 5a) in the Z-axis (height direction). Reference numeral 23 denotes an A / D converter for A / D converting an analog detection value from the photodetector array 8, and the detection value converted into a digital value by the A / D converter is a comparator 24. Is compared with the memory values P11, P12, ... stored in the peak value memory 25, and if it is higher than that value, it is input to the data sector 26. Input to Z-value memory 27. Reference numeral 28 denotes a display device, 29 denotes a CPU, and 30 denotes processing memory.
上記処理装置にて 1つのサ ンプリ ングを行う 際のフ ローを示す と図 1 2のよ う になる。 まず、 Z値メ モ リ 2 7のメ モ リ をク リ ア する と共に、 これの X, Υ , Z方向のイ ンディ ッ ク ス i , j , k をク リ ア して初期化する (ステ ッ プ 1 ) 。 ついで、 例えば図 1 0 の光検出器ア レイ 8の各画素 (各検出値 D ll, D 12, …が対応す る ) の 1 つの画素における k , i , j のイ ン ク リ メ ン ト を行い (ステ ッ プ 2 , 3 ) 、 光検出器ア レイ 8における 1つの画素にお ける検出値 Dijを読み出 し (ステ ッ プ 4 ) 、 ついでこれをピーク値 メ モ リ 2 5の対応するメ モ リ値 Pijと コ ンパレータ 2 4にて比較し (ステ ッ プ 5 ) 、 その結果、 検出値がメ モ リ 値よ り大きい場合に は、 コ ンパレータ 2 4からデータセ レク タ 2 6 に信号が入力 され、 このと きの Z軸エンコーダ 2 1の検出値が Z値メ モ リ 2 7に書き 込まれて ピーク処理される (ステ ッ プ 6 ) 。 上記ピーク処理を光検出器ア レイ 8 の全画素 ( L x M =計測視 野) にて行ない (ステップ 7 ) 、 これを Z方向の全サンプリ ング 位置で行う (ステップ 8 ) 。 Fig. 12 shows the flow when one sampling is performed by the above processing device. First, the memory of the Z-value memory 27 is cleared, and the indices i, j, and k in the X, Υ, and Z directions are cleared and initialized. Top 1). Then, for example, the increment of k, i, j in one pixel of each pixel (corresponding to each detection value Dll, D12,...) Of the photodetector array 8 in FIG. (Steps 2 and 3), read out the detected value Dij of one pixel in the photodetector array 8 (Step 4), and then read the detected value Dij in correspondence with the peak value memory 25. The memory value Pij to be compared is compared with the comparator 24 (step 5). As a result, if the detected value is larger than the memory value, the data is transferred from the comparator 24 to the data selector 26. The signal is input, and the detected value of the Z-axis encoder 21 at this time is written to the Z-value memory 27 to perform peak processing (Step 6). The above peak processing is performed on all pixels (L × M = measurement field) of the photodetector array 8 (step 7), and this is performed on all sampling positions in the Z direction (step 8).
図 1 3 は本発明の第 2の実施例を示している。 この場合、 物体 6 あるいは第 1対物レンズ 5 aを Z方向に連続的に移動させ、 そ の間に、 実出力波形 V sの、 例えば 2周期ごとの位置 ί 1 , f 2 , f 3 , '·· , f n で、 この波形の 2周期分の積分を行って周期積分位 置 f 1 , f 2 , f 3 , …, f η における各高さ Z s 1 ' , Z s 2 ' , Ζ s 3 ' , ··· , Ζ s η ' を得る。 これをピーク処理して表面高さ Z h ' を得る。  FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention. In this case, the object 6 or the first objective lens 5a is continuously moved in the Z direction, during which the position of the actual output waveform V s, for example, every two periods ί 1, f 2, f 3, ' , Fn, the integration of this waveform for two periods is performed, and the heights Z s 1 ′, Z s 2 ′, Ζ s at the period integration positions f 1, f 2, f 3,…, f η 3 ', ···, Ζ s η' This is subjected to peak processing to obtain a surface height Z h '.
図 1 4 は本発明の第 3の実施例を示している。 これは、 積分の 周期を実出力波形 V s の振動の周期 Z t と非同期に した例である。 そ して、 このときの積分区間を上記実出力波形 V s の周期 Z t よ り十分大き く 、 例えば、 振動の周期 Z t の 2倍以上にする こ とが 有効である。 実際には周期 Z t の積分範囲が長いほど平滑化の効 果は大き く なるが、 検出高さ Z s の分解能は悪 く な り 、 上限は 1 0倍程度が適当である。 こ の積分は光検出器ア レイ 8 に C C D センサなどの積分型光検出器を採用することで実現できる。  FIG. 14 shows a third embodiment of the present invention. This is an example in which the integration cycle is asynchronous with the oscillation cycle Zt of the actual output waveform Vs. It is effective to set the integration interval at this time to be sufficiently larger than the period Zt of the actual output waveform Vs, for example, to be twice or more the period Zt of the vibration. Actually, the longer the integration range of the period Zt is, the greater the effect of smoothing becomes, but the resolution of the detection height Zs becomes worse, and the upper limit is about 10 times. This integration can be realized by using an integrating photodetector such as a CCD sensor in the photodetector array 8.
上記第 2 , 第 3の実施例においての周期的積分は、 光検出ァ レ ィ 8 に C C Dセンサなどの積分型光検出器を採用するこ とによ り 実現できる、 このとき、 実出力波形 V s の振動の影響を平滑化す るためには、 積分範囲内での Z方向移動手段の移動速度が滑らか に、 あるいは一定である こ とが望ま し く 、 こ の移動手段のァク チユエ一夕と して、 D Cモータ、 ピエゾ素子、 ボイスコイルモ一 夕が好適に用いられる。 一方、 上記無段階駆動のァクチユエ一夕に対して送り量のセッ ト等の制御が容易である等の理由で、 こ のァクチユエ一夕にス テツプモータを用いるこ とがあるが、 この場合、 上記積分範囲に おける移動ステップ数は 2以上の細かく ステップするこ とが有効 である。 実際には、 積分範囲における移動ステ ッ プ数は 5 から 1 0程度にする。 なお、 このステップ数が多 く なる程平滑化の効 果は大き く なるが、 Z方向への移動速度は遅く なる。 The periodic integration in the second and third embodiments can be realized by using an integrating photodetector such as a CCD sensor for the photodetection array 8. In this case, the actual output waveform V In order to smooth the effect of the vibration of s, it is desirable that the moving speed of the Z-direction moving means within the integration range be smooth or constant. As such, a DC motor, a piezo element, and a voice coil motor are preferably used. On the other hand, a stepping motor may be used for the stepless drive because it is easy to control the setting of the feed amount and the like for the stepless drive. It is effective that the number of movement steps in the integration range is 2 or more. In practice, the number of moving steps in the integration range should be between 5 and 10. The smoothing effect increases as the number of steps increases, but the moving speed in the Z direction decreases.
なお、 本発明は例示的な実施例について説明 したが、 開示した 実施例に関 して、 本発明の要旨及び範囲を逸脱する こ とな く 、 種々の変更、 省略、 追加が可能である こ とは、 当業者において自 明である。 従って、 本発明は、 上記の実施例に限定される もので はなく 、 請求の範囲に記載された要素によ って規定される範囲及 びその均等範囲を包含するものと して理解されなければならない。  Although the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, various modifications, omissions, and additions can be made to the disclosed embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention. Is obvious to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but should be understood as including the range defined by the elements described in the claims and their equivalents. No.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列し、 光源にコ ヒー レ ン ト性の強い光源を用い、 理論的共焦点出力波形 V t に上記光源 の周期的振動波形 V cが重畳された Z — Vプロフ ァイルの実出力 波形 V s を高さ方向にサンプリ ングしてピーク部の高さを求める ようにした共焦点光学装置におけるピーク処理方法において、 前記サンプリ ング周期を Z — Vプロフ ァイルの実出力波形 V s の周期 Z t の整数倍と し、 この間欠的に出力される Z — V出力に 対してピーク部の高さの値を求めるよう に した、 共焦点光学装置 における ピーク処理方法。  1. A plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic oscillation waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform V t In a peak processing method in a confocal optical device in which the actual output waveform V s of the obtained Z — V profile is sampled in the height direction to obtain the height of the peak portion, the sampling period is Z — V In a confocal optical system, the height of the peak portion is obtained for the intermittently output Z-V output, which is an integral multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs of the profile. Peak processing method.
2 . 複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列し、 光源にコ ヒー レ ン ト性の強い光源を用い、 理論的共焦点出力波形 V t に上記光源 の周期的振動波形 V cが重畳された Z — Vプロフ ァイルの実出力 波形 V s を高さ方向にサンプリ ングしてピーク部の高さを求める ようにした共焦点光学装置における ピーク処理方法において、 前記 Z — Vプロファイルの高さ方向に上記実出力波形 V s の周 期 Z t の整数倍の間隔ごとの光量を積分し、 各積分 Z — V出力に 対してピーク部の高さの値を求めるよ う に した、 共焦点光学装置 におけるピーク処理方法。 2. A plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt. In the peak processing method in the confocal optical device in which the actual output waveform V s of the obtained Z—V profile is sampled in the height direction to obtain the height of the peak portion, the height of the Z—V profile is obtained. In the direction, the amount of light at intervals of an integer multiple of the period Zt of the actual output waveform Vs is integrated, and the value of the height of the peak is obtained for each integrated Z-V output. Peak processing method in optical equipment.
3 . 複数の共焦点光学系を 2次元方向に配列 し、 光源にコ ヒー レ ン ト性の強い光源を用い、 理論的共焦点出力波形 V t に上記光源 の周期的振動波形 V cが重畳された Z — Vプロフ ァ イルの実出力 波形 V s を高さ方向にサンプリ ングしてピーク部の高さを求める ようにした共焦点光学装置におけるピーク処理方法において、 前記 Z — Vプロフ ァ イルの高さ方向に上記実出力波形 V s の周 期 z t よ り十分大きな間隔ごとの光量を積分し、 各積分 Z - V出 力に対してピーク部の高さの値を求めるよう に した、 共焦点光学 装置におけるピーク処理方法。 3. A plurality of confocal optical systems are arranged in a two-dimensional direction, a light source with strong coherence is used as the light source, and the periodic vibration waveform Vc of the above light source is superimposed on the theoretical confocal output waveform Vt. Sampled Z — V profile actual output waveform V s is sampled in the height direction to find the peak height In the peak processing method in the confocal optical device as described above, the light quantity at intervals sufficiently larger than the period zt of the actual output waveform V s in the height direction of the Z—V profile is integrated, and each integral Z -A peak processing method in a confocal optical device, in which a value of a height of a peak portion is obtained with respect to a V output.
4 . 前記 Z — Vプロフ ァイルの実出力波形 V s を高さ方向にサン プリ ングするための移動手段にステップ移動手段を用いて、 該ス テツプ移動手段の送りステッ プ量が実出力波形 V s の周期 Z t に 対して 2 〜 1 0 ステッ プである、 請求 ¾ 2 または 3 に記載の共焦 点光学装置におけるピーク処理方法。 4. A step moving means is used as a moving means for sampling the actual output waveform V s of the Z—V profile in the height direction, and the feed step amount of the step moving means is used as the actual output waveform V. The peak processing method in the confocal point optical device according to claim 2 or 3, wherein the number of steps is 2 to 10 steps for the period Zt of s.
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