JPH0384403A - Ｔ面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、サブミクロン程度の平面形状（表面の凹凸）
を光学式のフォーカスエラ一方式を用いて測定す、る平
面形状測定装置における測定精度の改善に関する。

〈従来の技術〉 従来より、測定試料のサブミクロン程度の平面形状を光
学式フォーカスエラ一方式を用いて測定する平面形状測
定装置がある。フォーカスエラー方式には臨界角法と非
点収差法とがある。

第６図（イ）は臨界角法の原理構成図、同図（ロ）はそ
のｉｌ力特性を示す図である。対象物表面で反射した光
は、対物レンズｌを通って臨界角プリズム２に入射し、
プリズム端面で反射した後光電検出器３ａ、３ｂに入射
する。この２分割された光電検出器は光軸を境として配
置されており、差動増幅器４はこの光電検出素子の出力
の差（Ｖｏｕｔ　）を求めるようになっている。

図において、Ｂ点が合焦点であり、そのときは光電検出
器３ａ、３ｂに同一光量が戻り、出力Ｖｏｕｔは零とな
る。Ａ、０点は焦点からずれた位置であり、そのときは
プリズム２の臨界角より小さいと光電検出器に光が戻ら
ず、Ｖｏｕｔは同図（ロ）に示すＡ、Ｃ点のように零以
外の値となる、第７図（イ）は非点収差法の原理構成図
、同図（ロ）はその出力特性を示す図である。測定試料
の反射光路上の、対物レンズ１の後に円筒レンズ５を設
置することにより、Ａ（焦点内）、Ｃ（焦点外）点で非
点収差が発生する。同図（ハ）に示すように４分割され
た光電検出器ａ、　ｌ）、　ｃ、　ｄを反射光集束点の
近傍に配置しておき、反射光を受光した時同図（ロ）に
示すような光スポツト形状になる。

各光電検出器の出力より、（ｃ十ｂ）−（ａ＋ｄ）を演
算し、その値からフォーカス状態を知ることができる。

フォーカスエラーは第７図（二〉に示すような特性とな
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、臨界角法においては次のような問題があ
る。第８図に示すように、合焦点にある均一表面の対象
試料における反射率が部分的に異なる（低反射率と高反
射率）ような場合、光学系が移動したとき高反射率表面
ａおよび低反射率表面Ｃでは光電検出器３ａ、３ｂに戻
る光量は同一であり、差動増幅器４の出力ｖｏｕｔは零
となるが、反射率の変化する境界すの近傍では同一平面
上であるにもかかわらず戻る光量が同一でなく出力ｖｏ
ｕｔは零とはならない。

すなわち、反射率の変化によってもフォーカスエラーが
生じ、平面形状を正しく測定することができないという
問題があった。なお、非点収差法においても同様である
。

゛本発明の目的は、このような点に鑑みてなされたもの
で、反射率の変化する試料でも正しく平面形状を測定す
ることのできる平面形状測定装置を提供することにある
。

く課題を解決するための手段〉 このような目的を遠戚するために、本発明では、被測定
試料表面に光を照射し、その反射光を収束レンズの合焦
点位置からずれた位置に配置された多分割の光電検出器
で受け、各光電変換器により電気信号に変換して出力す
る測定光学系出力回路と、 この測定光学系出力回路の出力信号が記憶されるメモリ
と、 前記測定光学系出力回路より与えられる新たな測定値と
前記メモリに記憶されている以前の値とを比較し、変化
のあるときは新たな値を前記メモリに記憶すると同時に
平面形状を示す信号を出力する比較演算器 を具備したことを特徴とする。

く作用〉 本発明では、被測定試料からの反射光を多分割の光電検
出器で受けるが、光電検出器を焦点位置よりわずかにず
れた位置に配置しておく。

比較演算器では、メモリに記憶した以前の測定値と、多
分割の充電検出器より出力される今回値を比較観察し、
変化の状態により同一反射率面か反射率境界領域である
かなどを判断し、メモリへの新たな値の書き込みおよび
平面形状を示す信号の出力を行う。

〈実施例〉 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る平面形状測定装置の一実施例を示
す構成図である０図において、１０は対象試料、２０は
測定光学系出力回路、３０はメモリ、４０は比較演算器
である。

測定光学系出力口′＃Ｉ２０は後述するように多分割の
光電検出器を備えており、その光電検出器の出力値は測
定の初期においてはそのままメモリ３０に格納される。

比較演算器４０はその後の測定値（光電検出器の出力ｆ
Ｒ）をメモリ３０に格納された以前のデータと比較し、
差異のあった場合のみその新たな測定値を格納する。

第２図は測定光学系出力回路２０の詳細を示す構成図で
ある。レーザダイオード等の光源（図示せず〉からの光
ビームはプリズム２２で面内した後対物レンズ２１によ
り試料１０上に集束される。

試料で反射した光は対物レンズ２１およびプリズム２２
を通過して収束レンズ２３により絞られ、焦点より少し
ずれた位置に配置された光電検出器２４に入射する。

光電検出器２４は第３図（イ）に示すような８分割され
たフォトダイオードセンサアレイである。

すなわち、四角形をまず４つの四角形に等分割し、更に
分割の中心を中心とする円で分割する。これにより、図
示のように外側にａ〜ｄ、内側に１〜４の分割光電検出
素子が形成される。

なお、合焦時に光電検出器の出力（ａ十り＋ｃ十ａ）−
（１＋２＋３＋４）が零になる位置に光電検出器を設置
し、試料の平面形状（凹凸）により焦点がずれるとその
信号は第４図に示すように＋−に変化する。

変換口＃ｔ２５は、分割光電検出素子の各出力（電流出
力〉を電気信号（電圧信号）に変換し、更にこれをディ
ジタル変換して出力するものである。

このような構成における測定動作を第５図の動作フロー
を参照して次に説明する。

■：：定光学系出力回路２０で試料１０表面からの反射
光を光電検出器２４で受光し、変換回路２５で変換され
た各検出素子ａ〜ｄ、１〜４の各出力値をメモリ３０に
格納する。

■：：較演算器４０において光電検出器の出力（ａ＋ｂ
十ｃ＋ｄ）　　　（１＋２＋３＋４）を演算する。■こ
の演算結果によりフォーカスエラー信号（平面形状信号
）を出力しホールドする。

■：：定終了なら、メモリ３０をリセットする。

■：時時間後後サンプリングして光電検出器出力の総和
（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋１＋２＋３＋４）とメモリの値を比
較する。一致すれば（変化がなければ）同−反射率面で
あり、そのまま演算を行う。

光電検出器出力の総和が変化すると反射率が変化してい
る領域になる。

■〜■： 光電検出器出力のすべてが変化すれば新しい反射率面に
完全に移動したことになるので、メモリ３０に新たな値
を記録する。一部の値のみの変化は反射率変化の境界領
域にいることになるので、変化した値はメモリの値を使
用してフォーカスエラー信号を演算する。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明では、フォーカスエ
ラー検出光学系として収束レンズと８分割の光電検出器
より構成され、光学系からの信号を電気信号に変換し、
メモリに記録する。そして、時分割で順次測定した信号
とメモリの信号の値を比較することにより、被測定物の
面が反射率の変化している領域にあるのかどうか判断す
ることが可能になる。その結果反射率の変化している領
域の場合には、メモリの値を用いて演算することにより
反射率変化に伴う平面形状（粗度）の測定でも正しい値
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る平面形状測定装置の一実施例を示
す構成図、第２図は測定光学系出力回路の詳細を示す構
成図、第３図は光電検出器の詳細を示す構成図、第４図
は光電検出器の出力の特性を示す図、第５図は動作フロ
ーを示す図、第６図は臨界角法の原理構成図、第７図は
非点収差法の原理構成図、第８図は反射率の変化が出力
に及ぼす影響を説明するための図である。 １０・・・被測定試料、２０・・・測定光学系出力回路
、３０・・・メモリ、 ４０・・・比較演算器。 第３図 第４図 第５図 第６図 （イ） （ロ） 第７図 ［ｃ＋ｂｌ−（ａ十ｄｌ （ニ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定試料表面に光を照射し、その反射光を多分割の光
   電検出器で受け、各光電変換器により電気信号に変換し
   て出力する測定光学系出力回路と、この測定光学系出力
   回路の出力信号が記憶されるメモリと、 前記測定光学系出力回路より与えられる新たな測定値と
   前記メモリに記憶されている以前の値とを比較し、変化
   のあるときは新たな値を前記メモリに記憶すると同時に
   平面形状を示す信号を出力する比較演算器 を具備したことを特徴とする平面形状測定装置。