JPH08261734A - Shape measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は形状測定装置、より詳
細には、被測定面の傾斜分布を測定し、得られる傾斜分
布を積分することにより上記被測定面の形状を求める形
状測定装置に関する。この発明は、シリコンウエハ等の
平面度測定に好適に利用できる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring apparatus, and more particularly to a shape measuring apparatus which measures the inclination distribution of a surface to be measured and obtains the shape of the surface to be measured by integrating the obtained inclination distribution. . The present invention can be suitably used for measuring the flatness of silicon wafers and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】比較的起伏の少ない面形状を測定する方
法として、被測定面の傾斜角を測定し、傾斜角の積分に
より面形状を得る方法が知られている。2. Description of the Related Art As a method for measuring a surface shape with relatively few undulations, a method is known in which the inclination angle of a surface to be measured is measured and the surface shape is obtained by integrating the inclination angle.
【0003】このような測定方法を利用した形状測定装
置として、特開平1−233307号公報開示のものが
知られている。As a shape measuring apparatus utilizing such a measuring method, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-233307 is known.
【0004】この形状測定装置は、2本の光束を用い、
被測定面の近接する2点の傾斜角度をそれぞれ測定する
が、演算にフーリエ変換等が含まれるため演算が複雑化
して時間がかかる問題がある。This shape measuring device uses two light beams,
The inclination angles of two points close to each other on the surface to be measured are each measured, but there is a problem that the calculation is complicated and time consuming because the calculation includes Fourier transform and the like.
【0005】また、上記形状測定装置は、平行な2本の
光束に直交する方向へ被測定面を走査するので、走査の
ための移動手段が大型化しやすく、機械的な変位による
走査であるため走査に時間が掛かるという問題もある。Further, since the above-mentioned shape measuring device scans the surface to be measured in the direction orthogonal to the two parallel light beams, the moving means for scanning tends to be large, and the scanning is performed by mechanical displacement. There is also a problem that scanning takes time.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、高精度・高速に面形
状を測定できる新規な形状測定装置の提供を目的とする
(請求項1〜6)。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a novel shape measuring apparatus capable of measuring a surface shape with high accuracy and high speed (claim 1). ~ 6).
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明の形状測定装置
は「被測定面の傾斜分布を測定し、得られる傾斜分布を
積分することにより被測定面の形状を求める形状測定装
置」であって、光源と、光束変位手段と、口径の小さい
レンズと、口径の大きい正レンズと、ハーフミラーと、
位置センサと、演算手段とを有する(請求項1)。The shape measuring apparatus of the present invention is a "shape measuring apparatus which measures the inclination distribution of a surface to be measured and obtains the shape of the surface to be measured by integrating the obtained inclination distribution". A light source, a light flux displacement means, a lens having a small aperture, a positive lens having a large aperture, a half mirror,
It has a position sensor and a calculation means (Claim 1).
【0008】「光源」は、平行光束を放射する光源であ
り、LD等のレーザー光源やLDあるいはLEDとコリ
メートレンズとの組合せを好適に利用できる。勿論平行
光束を放射するものであれば白色光源でもよい。The "light source" is a light source that emits a parallel luminous flux, and a laser light source such as an LD or a combination of an LD or LED and a collimating lens can be preferably used. Of course, a white light source may be used as long as it emits a parallel light flux.
【0009】「光束変位手段」は、光源からの平行光束
を光軸と直交する方向へ変位させる手段である。The "light flux displacing means" is means for displacing the parallel light flux from the light source in the direction orthogonal to the optical axis.
【0010】「口径の小さいレンズ」は、光束変位手段
を通過した平行光束を入射されるレンズであり、口径が
小さい。口径の小さいレンズは、正レンズとすることも
負レンズとすることも可能である。The "lens having a small diameter" is a lens into which the parallel light flux that has passed through the light flux displacement means is incident, and has a small diameter. The lens having a small aperture may be a positive lens or a negative lens.
【0011】「口径の大きい正レンズ」は、測定ステー
ジの測定領域に対向して配備され、口径の小さいレンズ
とともにアフォーカル系を構成する。The "positive lens having a large aperture" is arranged so as to face the measurement area of the measurement stage, and constitutes an afocal system together with the lens having a small aperture.
【0012】「ハーフミラー」は、口径の小さいレンズ
と口径の大きい正レンズとの間で且つ、口径の大きい正
レンズとその物体側焦点との間に配備される。The "half mirror" is arranged between a lens having a small aperture and a positive lens having a large aperture, and between the positive lens having a large aperture and its object-side focal point.
【0013】「位置センサ」は、口径の大きい正レンズ
の物体側焦点面の、ハーフミラーによる反射共役面に配
備され、被測定面からの反射光を受光する。The "position sensor" is provided on the object-side focal plane of a positive lens having a large aperture, which is a reflection conjugate plane of a half mirror, and receives the light reflected from the surface to be measured.
【0014】「演算手段」は、位置センサの出力に対し
て所定の演算を行う手段である。The "calculation means" is means for performing a predetermined calculation on the output of the position sensor.
【0015】請求項1記載の形状測定装置においては、
光束変位手段と口径の小さいレンズとの間に「偏向角検
出手段」を配備することができる(請求項2)。In the shape measuring device according to claim 1,
A "deflection angle detecting means" can be provided between the light beam displacement means and the lens having a small diameter (claim 2).
【0016】偏向角検出手段は、ハーフミラーと、正レ
ンズと、位置センサとを有する。「ハーフミラー」は、
光束変位手段と口径の小さいレンズとの間に配備され
て、光束の一部を分離する。The deflection angle detecting means has a half mirror, a positive lens, and a position sensor. "Half mirror" is
It is arranged between the light beam displacement means and the lens having a small diameter to separate a part of the light beam.
【0017】「正レンズ」は、ハーフミラーにより分離
された平行光束を集光させるためのレンズである。The "positive lens" is a lens for condensing the parallel light flux separated by the half mirror.
【0018】「位置センサ」は、正レンズの像側焦点面
に配備され、上記正レンズによる集光スポットの位置を
検出する。The "position sensor" is provided on the image side focal plane of the positive lens and detects the position of the focused spot by the positive lens.
【0019】上記請求項1,2記載の発明の「位置セン
サ」は、光スポットの入射位置を1方向に関して検出す
るセンサであり、従来から位置センサとして市販されて
いる物のほか、CCDセンサ等を用いることができる。The "position sensor" of the invention described in claims 1 and 2 is a sensor for detecting the incident position of the light spot in one direction, and is a commercially available position sensor from the past, or a CCD sensor or the like. Can be used.
【0020】上記「光束変位手段」は、種々の構成のも
のが可能である。The above "flux displacing means" can have various configurations.
【0021】例えば、光束変位手段は「光軸と焦点とを
合致させた2枚の正レンズと、これら2枚の正レンズを
光軸直交方向へ一体的に変位させる変位手段と」を有す
るように構成することができる(請求項3)。For example, the luminous flux displacing means has "two positive lenses whose optical axis and focal point match each other, and displacing means which displaces these two positive lenses integrally in the direction orthogonal to the optical axis". (Claim 3).
【0022】あるいは、「反射光学素子と、これを所定
方向へ変位させる変位手段とを有する」ように光束変位
手段を構成することができる(請求項4)。この場合、
反射光学素子としては、ペンタプリズムもしくはプリズ
ムあるいはコーナーキューブ、または平面鏡を利用でき
る(請求項5)。Alternatively, the luminous flux displacing means can be configured so as to have "a reflecting optical element and a displacing means for displacing the reflecting optical element in a predetermined direction" (claim 4). in this case,
As the reflective optical element, a penta prism, a prism, a corner cube, or a plane mirror can be used (claim 5).
【0023】さらには請求項6記載の発明のように、光
束変位手段を「第1の正レンズと、この第1の正レンズ
の焦点位置に鏡面の回転軸を合致させたガルバノミラー
と、上記焦点位置に焦点を合致させ光軸が上記第1の正
レンズの光軸と交わるように配備され、上記ガルバノミ
ラーによる反射光束を平行光束化する第2の正レンズと
を有する」ように構成することができる。Further, according to a sixth aspect of the present invention, the light beam displacement means includes a "first positive lens, a galvano mirror in which the rotation axis of the mirror surface is aligned with the focal position of the first positive lens," And a second positive lens which is arranged such that the optical axis intersects with the optical axis of the first positive lens so as to match the focal point with the focal position and which makes the light flux reflected by the galvanomirror parallel light flux ”. be able to.
【0024】[0024]
【作用】被測定面に関連して、所定の方向にx軸を取
り、x方向における被測定面の形状をy=f(x)とする
と、dy/dx=f’(x)=tan{θ(x)}である。When the x axis is taken in a predetermined direction in relation to the surface to be measured and the shape of the surface to be measured in the x direction is y = f (x), dy / dx = f '(x) = tan { θ (x)}.
【0025】従って、tan{θ(x)}が知れれば、
形状:f(x)は積分: ∫tan{θ(x)}dx により求めることができる。Therefore, if tan {θ (x)} is known,
The shape: f (x) can be obtained by the integral: ∫tan {θ (x)} dx.
【0026】特に、被測定面の起伏が少ない(平面に近
い)場合には、θ(x)<<1であって、この場合、ta
n{θ(x)}=θ(x)であり、上記積分は、 ∫θ(x)dx となる。In particular, when the surface to be measured has few undulations (close to a flat surface), θ (x) << 1, and in this case ta
n {θ (x)} = θ (x), and the above integration is ∫θ (x) dx.
【0027】この明細書において被測定面の「傾斜分
布」は、一般にはtan{θ(x)}を意味し、特に、θ
(x)<<1が成り立つ被測定面に対してはθ(x)を意味
するものとする。In this specification, the "inclination distribution" of the surface to be measured generally means tan {θ (x)}, and particularly θ
For a surface to be measured for which (x) << 1 holds, θ (x) is meant.
【0028】この発明においては、光源から放射される
平行光束が「口径の小さいレンズと口径の大きいと正レ
ンズとにより構成されるアフォーカル系」を介して被測
定面に照射される。In the present invention, the parallel light flux emitted from the light source is applied to the surface to be measured through the "afocal system composed of a lens having a small diameter and a positive lens having a large diameter".
【0029】照射される光束は平行光束であり、被測定
面に反射されると口径の大きい正レンズに入射して集光
光束となり、ハーフミラーを透過して、もしくはハーフ
ミラーにより反射されて、位置センサ上にスポットとし
て集光し、その位置が検出される。The illuminating light beam is a parallel light beam, and when reflected on the surface to be measured, it enters a positive lens having a large aperture and becomes a condensed light beam, which passes through the half mirror or is reflected by the half mirror. The light is focused as a spot on the position sensor and the position is detected.
【0030】位置センサ上のスポットの集光位置から
「反射光束の反射角」が分かり、これから被測定面の
「傾き角:θ」が分かる。The "reflection angle of the reflected light beam" can be known from the condensing position of the spot on the position sensor, and the "tilt angle: θ" of the surface to be measured can be known from this.
【0031】光束変位手段により光束を1方向へ変位さ
せることにより、被測定面をx方向に走査することがで
き、各走査位置:xにおける傾斜分布:θ(x)が知られ
るので、このθ(x)もしくは、θ(x)から知られるta
n{θ(x)}を数値積分することにより被測定面の形状
を知ることができる。By displacing the light beam in one direction by the light beam displacement means, the surface to be measured can be scanned in the x direction, and the inclination distribution: θ (x) at each scanning position: x is known. (x) or ta known from θ (x)
The shape of the surface to be measured can be known by numerically integrating n {θ (x)}.
【0032】[0032]
【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。EXAMPLES Specific examples will be described below.
【0033】図1において、符号1は光源、符号11は
光束変位手段、符号2は口径の小さいレンズ、符号4は
ハーフミラー、符号5は口径の大きい正レンズ、符号6
は被検物、符号7は位置センサ、符号14は制御・演算
装置、符号15はディスプレイをそれぞれ示している。In FIG. 1, reference numeral 1 is a light source, reference numeral 11 is a light beam displacement means, reference numeral 2 is a lens having a small aperture, reference numeral 4 is a half mirror, reference numeral 5 is a positive lens having a large aperture, and reference numeral 6 is shown.
Is an object to be inspected, reference numeral 7 is a position sensor, reference numeral 14 is a control / arithmetic device, and reference numeral 15 is a display.
【0034】被測定物6は測定ステージ13上に定置さ
れている。被検物6の表面61は被測定面であり、図の
左右方向を座標:xとして、y=f(x)なる形状を持
っている。The device under test 6 is fixed on the measuring stage 13. The surface 61 of the test object 6 is a surface to be measured, and has a shape of y = f (x) where the horizontal direction of the figure is the coordinate: x.
【0035】光源1から放射された平行光束は、光束変
位手段11を通過し、口径の小さいレンズ2に入射す
る。レンズ2はこの実施例において「凸レンズ」であ
り、入射光束を集光光束に変換する。The parallel light flux emitted from the light source 1 passes through the light flux displacement means 11 and enters the lens 2 having a small aperture. The lens 2 is a "convex lens" in this embodiment, and converts the incident light flux into a condensed light flux.
【0036】集光光束に変換された光束は集光した後、
発散しつつハーフミラー4に入射し、測定成分は反射さ
れて口径の大きい正レンズ5に入射する。After the light flux converted into the condensed light flux is condensed,
It is incident on the half mirror 4 while diverging, and the measurement component is reflected and enters the positive lens 5 having a large aperture.
【0037】正レンズ5は測定ステージ13上の測定領
域(被測定面61に対応する領域)に対向して配備され
る一方、その物体側(光源1側)の焦点Pを口径の小さ
いレンズ2の像側の焦点に合致させており、従ってレン
ズ2と正レンズ5とは「アフォーカル系(図中、符号1
2で示す)」を構成する。The positive lens 5 is provided so as to face a measurement area (area corresponding to the surface 61 to be measured) on the measurement stage 13, while the object side (light source 1 side) focal point P of the lens 2 is small. Of the afocal system (reference numeral 1 in the figure indicates
2)) ".
【0038】ハーフミラー4は、レンズ2から正レンズ
5に到る光路上において、正レンズ5の物体側の焦点P
の位置(=レンズ2の像側焦点位置)よりも正レンズ5
側に位置するように配備されている。On the optical path from the lens 2 to the positive lens 5, the half mirror 4 has a focus P on the object side of the positive lens 5.
Position (= image-side focal position of the lens 2) of the positive lens 5
It is deployed to be located on the side.
【0039】位置センサ7は、正レンズ5の物体側焦点
面のハーフミラー4による反射共役面の位置に配備され
ている。従って、図に示す点Qは焦点Pのハーフミラー
4による鏡像位置である。The position sensor 7 is arranged at the position of the conjugate plane of reflection by the half mirror 4 on the object side focal plane of the positive lens 5. Therefore, the point Q shown in the figure is the mirror image position of the focus P by the half mirror 4.
【0040】光源1からの光束は平行光束であり、レン
ズ2と正レンズ5とはアフォーカル系12を構成するか
ら、正レンズ5から被測定面61に照射される光束は平
行光束である。The light beam from the light source 1 is a parallel light beam, and since the lens 2 and the positive lens 5 form an afocal system 12, the light beam emitted from the positive lens 5 to the surface 61 to be measured is a parallel light beam.
【0041】アフォーカル系12は「光束径を拡大する
機能」を持っており、この光束径拡大機能の拡大倍率を
mとし、光源1からの放射平行光束の光束径をdとする
と、被測定面に照射される平行光束の光束径はmdとな
る。The afocal system 12 has a "function of enlarging the diameter of the light beam". If the magnification of the function of enlarging the diameter of the light beam is m and the diameter of the light beam emitted from the light source 1 is d, the measured object is measured. The diameter of the parallel light flux with which the surface is irradiated is md.
【0042】この光束径:mdが「被測定面の起伏の程
度に対して十分に小さくなる」ように、即ち、被測定面
による反射光が実質的な平行光束となるように、光束
径:dを倍率:mに応じて適当に定める。This light beam diameter: md is set so that "the measured surface is sufficiently small with respect to the degree of undulation", that is, the light reflected by the measured surface becomes a substantially parallel light beam. d is appropriately determined according to the magnification: m.
【0043】このようにすると、被測定面61から反射
された光束は、正レンズ5に入射して集光光束となりハ
ーフミラー4を透過した成分は、位置センサ7の受光面
に集光してその「位置」を検出される。In this way, the light beam reflected from the surface 61 to be measured enters the positive lens 5, becomes a condensed light beam, and the component that has passed through the half mirror 4 is condensed on the light receiving surface of the position sensor 7. The "position" is detected.
【0044】図1に示すように、被測定面61における
「入射光束と反射光束とのなす角」が2θであると、被
測定面61の光束照射部における傾斜は角:θである。As shown in FIG. 1, when the “angle formed by the incident light flux and the reflected light flux” on the surface-to-be-measured 61 is 2θ, the inclination of the light-beam irradiation portion of the surface-to-be-measured 61 is the angle: θ.
【0045】入射光束は正レンズ5の光軸と平行である
から、反射光束は正レンズ5を透過した後、その主光線
は光軸に対して角:2θをなす。Since the incident light flux is parallel to the optical axis of the positive lens 5, the reflected light flux passes through the positive lens 5 and then its chief ray forms an angle: 2θ with the optical axis.
【0046】被測定面61において入射光束と反射光束
のなす角が0であるとき、反射光束が図1の点Qに集光
するものとすれば、入射光束と反射光束が角:2θをな
すときの集光位置Q’と点Qとの距離:Dは、正レンズ
5の焦点距離:Fを用いて、D=F・tan(2θ)で与
えられる。When the angle between the incident light beam and the reflected light beam on the surface to be measured 61 is 0, assuming that the reflected light beam is focused at the point Q in FIG. 1, the incident light beam and the reflected light beam form an angle: 2θ. At this time, the distance D between the focal position Q ′ and the point Q is given by D = F · tan (2θ) using the focal length F of the positive lens 5.
【0047】「F」は正レンズ5の焦点距離で既知であ
り、「D」は位置センサ7により検知される。また、t
an(2θ)=2tanθ/{1−tan2θ}であるか
ら、 方程式:(D/F)=2tanθ/{1−tan2θ} をtanθに就いて解くことにより、傾斜:tanθを
知ることができる。特に、2θ<<1である場合には、
tan(2θ)=2θであり、傾斜:θはD/2Fであ
る。“F” is a known focal length of the positive lens 5, and “D” is detected by the position sensor 7. Also, t
because it is an (2θ) = 2tanθ / { 1-tan 2 θ}, equation: (D / F) = 2tanθ / a {1-tan 2 θ} by solving concerning the tan .theta, gradient: knowing tan .theta You can Especially when 2θ << 1,
tan (2θ) = 2θ, and the inclination: θ is D / 2F.
【0048】以下、説明の具体性のために「2θ<<
1」であるとする。Hereinafter, for the sake of concreteness of explanation, “2θ <<
1 ”.
【0049】光束変位手段11により、光源1からの光
束を光軸直交方向へ±hの範囲内で変位させると、前記
アフォーカル径の拡大倍率:mにより、被測定面61に
照射される平行光束の照射位置は正レンズ5の光軸を中
心として、±mhの範囲で変位する。When the light beam displacing means 11 displaces the light beam from the light source 1 in the direction orthogonal to the optical axis within a range of ± h, the aforesaid magnifying power of the afocal diameter: m is applied to the surface 61 to be measured. The irradiation position of the light flux is displaced within a range of ± mh with the optical axis of the positive lens 5 as the center.
【0050】従って、被走査面61を所定の方向(x方
向、図1の左右方向)に、−x0(=−mh)から+x
0(=mh)まで走査することができ、各走査位置:xに
おける傾斜分布:θ(x)をD(x)/Fにより知ることが
できる。Therefore, the surface to be scanned 61 is moved from -x 0 (= -mh) to + x in a predetermined direction (x direction, left-right direction in FIG. 1).
It is possible to scan up to 0 (= mh), and the inclination distribution: θ (x) at each scanning position: x can be known from D (x) / F.
【0051】制御・演算装置14は、光束変位手段11
を制御して光束変位を行わせると共に、光束変位量に応
じた変数xiに応じて、位置センサ7の出力D(xi)を適
当な間隔でサンプリングし、その結果に対し演算:D
(x)/Fを行って傾斜分布:θ(x)を得、次いで「積
分:∫θ(x)dx」を数値積分で実行し、その結果をデ
ィスプレイ15に表示する。The control / calculation device 14 includes the light flux displacement means 11
The output D (x i ) of the position sensor 7 is sampled at appropriate intervals according to the variable x i corresponding to the amount of light beam displacement, and the result is calculated by D:
(x) / F is performed to obtain a slope distribution: θ (x), and then “integration: ∫θ (x) dx” is executed by numerical integration, and the result is displayed on the display 15.
【0052】このようにして、被測定面61の形状を知
ることができる。In this way, the shape of the measured surface 61 can be known.
【0053】制御・演算装置14とディスプレイ15と
はこの実施例において「演算手段」を構成している。制
御・演算手段14は、コンピュータと、その制御信号を
光束変位手段11の駆動部へ伝達するI/Oポート部、
位置センサ7からの入力信号を受け取るI/Oポート部
等で構成される。The control / calculation device 14 and the display 15 constitute "calculation means" in this embodiment. The control / arithmetic unit 14 is a computer and an I / O port unit that transmits the control signal to the drive unit of the light flux displacement unit 11.
It is composed of an I / O port unit or the like which receives an input signal from the position sensor 7.
【0054】図2は、請求項1記載の発明の変形実施例
を要部のみ略示している。繁雑を避けるため、混同の虞
れがないと想われるものに就いては図1に於けると同一
の符号を付し、これらに就いては説明を省略する。ま
た、演算手段に関しては図1の実施例と同様であるので
図示を省略する。FIG. 2 schematically shows only a main part of a modified embodiment of the invention described in claim 1. In order to avoid complication, the parts which are considered not to be confused with each other are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and the description thereof is omitted. The calculation means is the same as that of the embodiment shown in FIG.
【0055】この実施例では、正レンズ5と共にアフォ
ーカル系を構成する口径の小さいレンズ20は凹レンズ
であり、その物体側の焦点pは正レンズ5の物体側焦点
と合致している。また位置センサ7は、その受光面が正
レンズ5の物体側焦点面の、ハーフミラー7による反射
共役面に合致しており、上記焦点pのハーフミラー4の
反射による共役像は点qに位置する。In this embodiment, the lens 20 having a small aperture which constitutes the afocal system together with the positive lens 5 is a concave lens, and its object-side focal point p coincides with the object-side focal point of the positive lens 5. Further, the position sensor 7 has its light-receiving surface aligned with the reflection conjugate surface of the half mirror 7 of the object-side focal plane of the positive lens 5, and the conjugate image of the reflection of the half mirror 4 at the focal point p is located at the point q. To do.
【0056】形状測定は図1の実施例と同様、光束変位
手段11により光源1からの平行光束を光軸直交方向へ
変位させて、位置センサ7による反射光束の集光位置か
ら傾斜分布:θ(x)を検出し、これを積分することによ
り行われる。Similar to the embodiment of FIG. 1, the shape measurement is performed by displacing the parallel light flux from the light source 1 by the light flux displacing means 11 in the direction orthogonal to the optical axis, and the inclination distribution: θ from the condensing position of the reflected light flux by the position sensor 7. This is done by detecting (x) and integrating it.
【0057】図3は、請求項2記載の発明を図1に示す
実施例に適用した実施例を要部のみ略示している。FIG. 3 schematically shows only an essential part of an embodiment in which the invention described in claim 2 is applied to the embodiment shown in FIG.
【0058】この実施例は、光束変位手段11とアフォ
ーカル系12の口径の小さいレンズ2との間に偏向角検
出手段8を配備した点を特徴とする。This embodiment is characterized in that the deflection angle detecting means 8 is provided between the light beam displacing means 11 and the lens 2 of the afocal system 12 having a small diameter.
【0059】偏向角検出手段8は、光束変位手段11と
口径の小さいレンズ2との間に配備されて光束の一部を
分離するハーフミラー4aと、ハーフミラー4aにより
分離された平行光束を集光させる正レンズ9と、正レン
ズ9の像側焦点面に配備された位置センサ7bとにより
要部を構成されている。The deflection angle detecting means 8 is arranged between the light flux displacing means 11 and the lens 2 having a small diameter, and has a half mirror 4a for separating a part of the light flux, and a parallel light flux separated by the half mirror 4a. The positive lens 9 that emits light and the position sensor 7b provided on the image-side focal plane of the positive lens 9 constitute the main part.
【0060】光学系に狂いが無いときには、ハーフミラ
ー4aにより分離された光束は、光束変位手段11によ
る光束変位量に拘らず常に位置センサ7bの同一位置に
集光する。When there is no deviation in the optical system, the light beam separated by the half mirror 4a is always focused on the same position of the position sensor 7b regardless of the amount of light beam displacement by the light beam displacement means 11.
【0061】経時的な原因により、光源1から放射され
る平行光束の方向に変化が生じた場合には、位置センサ
7bへの集光位置が変化するので、この変化量から光源
1からの光束の方向誤差を検出でき、位置センサ7の出
力から得られる傾斜分布:θ(x)を補正できる。When a change occurs in the direction of the parallel light flux emitted from the light source 1 due to a lapse of time, the focus position on the position sensor 7b changes. Therefore, from this variation, the light flux from the light source 1 changes. Direction error can be detected, and the inclination distribution: θ (x) obtained from the output of the position sensor 7 can be corrected.
【0062】また、光束変位手段11から射出する平行
光束の方向が経時的に変化したときにも同様にして光束
方向の誤差を検出でき、傾斜分布:θ(x)を補正でき
る。Further, even when the direction of the parallel light beam emitted from the light beam displacement means 11 changes with time, the error in the light beam direction can be detected in the same manner, and the inclination distribution: θ (x) can be corrected.
【0063】図1〜3の各実施例において符号11で示
した「光束変位手段」には、種々の構成のものが可能で
ある。以下、光束変位手段の具体的例を5例、説明す
る。The "flux displacing means" indicated by reference numeral 11 in each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 3 can have various configurations. Hereinafter, five specific examples of the light beam displacement means will be described.
【0064】図4に示す光束変位手段の例は、1対のレ
ンズ140を保持した保持体100を、ステップモータ
110と螺子棒112とにより構成される「変位機構」
により、光束光軸に直交する方向(図の上下方向)へ変
位させるように構成したものである(請求項3)。The example of the light flux displacement means shown in FIG. 4 is a "displacement mechanism" in which the holder 100 holding a pair of lenses 140 is composed of a step motor 110 and a screw rod 112.
Is configured to be displaced in the direction (vertical direction in the drawing) orthogonal to the light beam optical axis (claim 3).
【0065】1対のレンズ140は、この例では同一の
焦点距離を持つ凸レンズで、光軸を共有し、互いの焦点
位置を合致させている。このような構成の光束変位手段
では、保持体100を距離:sだけ変位させると、その
方向に、光束をs’=2sだけ平行移動させることがで
きる。In this example, the pair of lenses 140 are convex lenses having the same focal length, share the optical axis, and match their focal positions. In the light flux displacement means having such a configuration, when the holding body 100 is displaced by the distance: s, the light flux can be translated in that direction by s ′ = 2s.
【0066】図5の例では、光束変位手段は、ペンタプ
リズム80を保持した保持体100を、ステップモータ
110と螺子棒112とで構成される変位機構により、
入射光束の光軸方向(図の上下方向)へ変位させるよう
に構成したものである(請求項4,5)。In the example shown in FIG. 5, the luminous flux displacement means uses the holder 100 holding the pentaprism 80 as a displacement mechanism composed of a step motor 110 and a screw rod 112.
It is configured so as to be displaced in the optical axis direction of the incident light flux (vertical direction in the figure) (claims 4 and 5).
【0067】このような構成の光束変位手段では、保持
体100を距離:sだけ変位させると、その方向に光束
をsだけ平行移動させることができる。In the luminous flux displacing means having such a structure, when the holder 100 is displaced by the distance: s, the luminous flux can be translated in that direction by s.
【0068】図6の例では、光束変位手段は、コーナー
キューブ150を保持した保持体100を、ステップモ
ータ110と螺子棒112により構成される変位機構に
で入射光束の光軸に直交する方向(図の左右方向)へ変
位させるようにし、コーナーキューブ150により折り
返された光束を、装置空間に固定的なミラー113によ
り反射させる構成のものである(請求項4,5)。In the example of FIG. 6, the luminous flux displacing means causes the holder 100, which holds the corner cube 150, to move in a direction perpendicular to the optical axis of the incident luminous flux by a displacement mechanism composed of a step motor 110 and a screw rod 112 ( The light flux reflected by the corner cube 150 is reflected by the mirror 113 fixed to the device space (claims 4 and 5).
【0069】このような構成の光束変位手段では、保持
体100を距離:sだけ変位させると、その方向に、光
束を大きく(距離:s’)平行移動させることができ
る。コーナーキューブ150に代えてプリズムを用いて
も良い。In the luminous flux displacing means having such a configuration, when the holder 100 is displaced by the distance: s, the luminous flux can be largely translated (distance: s') in that direction. A prism may be used instead of the corner cube 150.
【0070】上記図4,5,6に示す光束変位手段は、
保持体100の運動誤差が光学的に補償される構成とな
っている。The luminous flux displacement means shown in FIGS.
The configuration is such that a motion error of the holder 100 is optically compensated.
【0071】図7の例では、光束変位手段は、平面鏡1
60を保持した保持体100を、ステップモータ110
と螺子棒112により構成される変位機構により入射光
束の光軸に直交する方向(図の左右方向)へ変位させる
構成のものである(請求項4,5)。保持体100の移
動方向は光源1からの入射光束に平行な方向でも良い。In the example of FIG. 7, the light beam displacement means is the plane mirror 1.
The holding body 100 holding 60 is used as a step motor 110.
And a screw rod 112 for displacing the incident light beam in a direction (right and left direction in the drawing) orthogonal to the optical axis (claims 4 and 5). The moving direction of the holder 100 may be parallel to the incident light beam from the light source 1.
【0072】図8に示す例では、光束変位手段は、光源
1からの平行光束の光軸に光軸を合わせた第1の正レン
ズ200aと、第1の正レンズ200aの焦点位置に鏡
面の回転軸を合致させたガルバノミラー300と、第2
の正レンズ200bとを有する(請求項6)。In the example shown in FIG. 8, the luminous flux displacement means has a first positive lens 200a whose optical axis is aligned with the optical axis of the parallel luminous flux from the light source 1, and a mirror surface at the focal position of the first positive lens 200a. The Galvano mirror 300 whose rotation axis is aligned with the second
And the positive lens 200b of (6).
【0073】第2の正レンズ200bは、その焦点を第
1の正レンズ200aの焦点位置に合致させ、光軸が第
1の正レンズ200aの光軸と交わる(この例では直交
している)ように配備され、ガルバノミラー300によ
る反射光束を平行光束化するように配備される。The second positive lens 200b has its focal point aligned with the focal position of the first positive lens 200a, and its optical axis intersects with the optical axis of the first positive lens 200a (in this example, it is orthogonal). The galvano mirror 300 is arranged so as to collimate the luminous flux reflected by the galvano mirror 300.
【0074】ガルバノミラー300を偏向させることに
より、第2の正レンズ200bから射出する平行光束
を、第2の正レンズ200bの光軸に直交する方向へ平
行移動させることができる。By deflecting the Galvano mirror 300, the parallel light flux emitted from the second positive lens 200b can be translated in a direction orthogonal to the optical axis of the second positive lens 200b.
【0075】図7,8に示した光束変位手段は、光束の
変位が、保持体100の運動誤差やガルバノミラー30
0の反射点と正レンズ200a,200bの焦点位置相
互の位置誤差の影響を受ける。従って、このような光束
変位手段は、図2に即して説明した請求項2記載の形状
測定装置において「偏向角測定手段」とともに用いるの
が良い。In the luminous flux displacement means shown in FIGS. 7 and 8, the displacement of the luminous flux depends on the movement error of the holder 100 and the galvano mirror 30.
It is affected by the positional error between the reflection point of 0 and the focal positions of the positive lenses 200a and 200b. Therefore, such a light beam displacement means is preferably used together with the "deflection angle measurement means" in the shape measuring apparatus according to the second aspect described with reference to FIG.
【0076】[0076]
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な形状測定装置を提供できる。As described above, according to the present invention, a novel shape measuring device can be provided.
【0077】この発明の形状測定装置は、被測定面に照
射する平行光束を光束変位手段により変位させ、この光
束変位をアフォーカル系により拡大して被走査面を走査
するので、走査のための移動機構が大型化することがな
く、高速走査が可能である。In the shape measuring apparatus of the present invention, the parallel luminous flux irradiating the surface to be measured is displaced by the luminous flux displacing means, and the luminous flux displacement is enlarged by the afocal system to scan the surface to be scanned. High-speed scanning is possible without increasing the size of the moving mechanism.
【0078】また、傾斜分布をオートコリメーションに
より精度良く検出でき、演算も1回の積分演算でよいか
ら、演算が簡単で演算時間を短縮でき、高速測定が可能
である。Further, since the slope distribution can be detected with high accuracy by autocollimation and the calculation can be performed only once, the calculation is simple, the calculation time can be shortened, and high-speed measurement is possible.
【図1】請求項1記載の発明の1実施例を説明するため
の図である。FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 1;
【図2】請求項1記載の発明の変形実施例を説明するた
めの図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a modified embodiment of the invention according to claim 1;
【図3】請求項2記載の発明の1実施例を説明するため
の図である。FIG. 3 is a diagram for explaining one embodiment of the invention according to claim 2;
【図4】請求項3記載の発明の1実施例の特徴部を説明
するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a characteristic part of one embodiment of the invention according to claim 3;
【図5】請求項4,5記載の発明の1実施例の特徴部を
説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a characteristic part of one embodiment of the invention described in claims 4 and 5;
【図6】請求項4,5記載の発明の別実施例の特徴部を
説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a characteristic part of another embodiment of the invention described in claims 4 and 5;
【図7】請求項4,5記載の発明の他の実施例の特徴部
を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a characteristic portion of another embodiment of the invention described in claims 4 and 5;
【図8】請求項6記載の発明の1実施例の特徴部を説明
するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a characteristic part of one embodiment of the invention according to claim 6;
1 光源 2 口径の小さいレンズ 4 ハーフミラー 5 口径の大きい正レンズ 7 位置センサ 11 光束変位手段 12 アフォーカル系 1 light source 2 lens with small aperture 4 half mirror 5 positive lens with large aperture 7 position sensor 11 luminous flux displacement means 12 afocal system
Claims (6)
斜分布を積分することにより上記被測定面の形状を求め
る形状測定装置において、 平行光束を放射する光源と、 光源からの平行光束を光軸と直交する方向へ変位させる
光束変位手段と、 この光束変位手段を通過した平行光束を入射される口径
の小さいレンズと、 測定ステージの測定領域に対向して配備され、上記口径
の小さいレンズと共にアフォーカル系を構成する口径の
大きい正レンズと、 上記口径の小さいレンズと口径の大きい正レンズとの間
で、且つ、上記正レンズとその物体側焦点との間に配備
されるハーフミラーと、 上記口径の大きい正レンズの物体側焦点面の、上記ハー
フミラーによる反射共役面に配備され、被測定面からの
反射光を受光する位置センサと、 この位置センサの出力に対して所定の演算を行う演算手
段とを有することを特徴とする形状測定装置。1. A shape measuring device for measuring a tilt distribution of a surface to be measured and integrating the obtained tilt distribution to obtain the shape of the surface to be measured, comprising: a light source for emitting a parallel light beam; and a parallel light beam from the light source. Light beam displacing means for displacing the light beam in a direction orthogonal to the optical axis, a lens having a small diameter through which the parallel light flux that has passed through the light beam displacing means is incident, and a lens arranged so as to face the measurement area of the measurement stage and having the small diameter A positive lens having a large aperture forming an afocal system together with a lens, and a half mirror provided between the lens having a small aperture and the positive lens having a large aperture, and between the positive lens and its object-side focal point. And a position sensor disposed on the object-side focal plane of the positive lens having a large aperture, which is a reflection conjugate plane by the half mirror, and receives the reflected light from the measured surface, and this position A shape measuring device, comprising: a calculation unit that performs a predetermined calculation on the output of the sensor.
て、光束の一部を分離するハーフミラーと、 このハーフミラーにより分離された平行光束を集光させ
る正レンズと、 この正レンズの像側焦点面に配備された位置センサとに
よる偏向角検出手段を有することを特徴とする形状測定
装置。2. The shape measuring device according to claim 1, wherein a half mirror is provided between the light flux displacing means and the lens having a small aperture to separate a part of the light flux, and a parallel mirror separated by the half mirror. A shape measuring device comprising: a positive lens for condensing a light beam; and a deflection angle detecting means including a position sensor provided on an image-side focal plane of the positive lens.
いて、 光束変位手段が、光軸と焦点とを合致させた2枚の正レ
ンズと、これら2枚の正レンズを光軸直交方向へ一体的
に変位させる変位手段とを有することを特徴とする形状
測定装置。3. The shape measuring device according to claim 1 or 2, wherein the light flux displacing means includes two positive lenses whose optical axis and focal point match each other, and these two positive lenses in the direction orthogonal to the optical axis. A shape measuring device, comprising: a displacement unit that displaces integrally.
いて、 光束変位手段が、反射光学素子と、これを所定方向へ変
位させる変位手段とを有することを特徴とする形状測定
装置。4. The shape measuring device according to claim 1, wherein the luminous flux displacing means includes a reflective optical element and a displacing means for displacing the reflective optical element in a predetermined direction.
いはコーナーキューブ、または平面鏡であることを特徴
とする形状測定装置。5. The shape measuring apparatus according to claim 4, wherein the reflective optical element is a pentaprism, a prism, a corner cube, or a plane mirror.
いて、 光束変位手段が、第1の正レンズと、この第1の正レン
ズの焦点位置に鏡面の回転軸を合致させたガルバノミラ
ーと、上記焦点位置に焦点を合致させ光軸が上記第1の
正レンズの光軸と交わるように配備され、上記ガルバノ
ミラーによる反射光束を平行光束化する第2の正レンズ
とを有することを特徴とする形状測定装置。6. The shape measuring device according to claim 1 or 2, wherein the luminous flux displacement means comprises a first positive lens and a galvano mirror in which a rotation axis of a mirror surface is aligned with a focal position of the first positive lens. And a second positive lens which is provided so as to match the focal point with the optical axis and intersects the optical axis of the first positive lens, and which collimates the light flux reflected by the galvano mirror. Shape measuring device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6624395A JPH08261734A (en) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Shape measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6624395A JPH08261734A (en) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Shape measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08261734A true JPH08261734A (en) | 1996-10-11 |
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ID=13310241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6624395A Pending JPH08261734A (en) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | Shape measuring apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH08261734A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008196970A (en) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Niigata Univ | Shape measuring method and apparatus |
JP2011095147A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Union Tool Co | Device for measuring surface shape |
CN103134443A (en) * | 2013-01-30 | 2013-06-05 | 中国科学院光电技术研究所 | Large-caliber large-diameter-thickness ratio reflector surface shape auto-collimation detection device and method |
KR101422101B1 (en) * | 2010-12-17 | 2014-07-23 | 캐논 가부시끼가이샤 | Measurement method and measurement apparatus |
CN115325956A (en) * | 2022-10-17 | 2022-11-11 | 南昌昂坤半导体设备有限公司 | Wafer warping degree measuring method |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP6624395A patent/JPH08261734A/en active Pending
Cited By (6)
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