JPS62238403A - 表面形状測定装置 - 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］ この発明は、被測定面の表面形状の状態を測定する表面
形状測定装置に関し、特に測定精度の向上を図ることが
できる表面形状測定装置に関する。

［従来の技術］ 第４図は、従来の表面形状測定装置の構成を示す構成図
であり、同図において、（１）は光源、（２）は光を平
行光にするためのビームエキスパンダ、（３）は入射光
と反射光を分離するための偏光ビームスプリフタ、（４
）は月波長板、（５）は光を絞るための対物レンズ、（
θ）は被測定物、（７）は被測定物（６）の表面上で反
射した光を二方向に分離するビームスプリッタ、　（８
ａ）、（ａｂ）は反射光に非点収差を与えるための円筒
レンズ、　（９ａ）、（９ｂ）は反射光の光量または強
度変動を光電変換するための４分割フォトダイオード、
（１３）は被測定物（８）を固定するための取付台、（
１４）は被測定物（６）を移動させるための微動台、（
１５）は微動台（１４）を動作させるパルスモータであ
る。

次に上記従来装置の動作について説明する。光８（１）
によって発せられた光は、ビームエキスパンダ（２）に
よって拡大平行光にされた後、偏光ビームスプリッタ（
３）と基波長板（４）を通過して、対物レンズ（５）に
よって、被測定物（６）上に２ｇｍ程度のスポット光を
結像させる。

次いで、被測定物（θ）の表面で反射した光は、対物レ
ンズ（５）と３波長板（４）を通過し、偏光ビームスプ
リッタ（３）によって反射され、ビームスプリッタ（７
）で光路が２分割され、円筒レンズ（８ａ）および（８
ｂ）によって非点収差を与えられた後、４分割フォトダ
イオード（８ａ）および（θｂ）によってその光量が電
気信号に変換される。

光源（１）にて発せられた光が被測定物（６）上で焦点
が合っているとき、反射した光は、４分割フォトダイオ
ード（９ａ）、（９ｂ）上で円の像（１０）になる。

また、被測定物（６）が対物レンズ（５）に近づき焦点
内に位置するとき長軸が鉛直な楕円の像（１１）になり
、被測定物（６）が対物レンズ（５）から遠のき焦点外
に位置するとき、長袖が水平な楕円の像（１２）になる
。被測定物（６）の表面の位置によって変化する光の像
の形状を、４分割フォトダイオード（９ａ）　、　（９
ｂ）によって光電変換し、演算することによって、被測
定物（６）の表面位置に対応した電気的な出力信号を得
る。

次に、被測定物（８）を、取付台（１３）を介して微動
台（１４）に取り付け、この微動台（１４）をパルスモ
ータ（１５）で駆動し、被測定物を移動させる。

被測定物（８）を移動させていき、４分割フォトダイオ
ードの出力の変化をペンレコーダ（図示を省略する）等
に記録することによって、被測定物（８）の表面形状を
測定する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の表面形状測定装置は光のスポット径が２ｐｍ程度
であるため、広い面の形状を測定するためには、被測定
物をルｍ等級で移動させる必要があり、数百〜子持間の
間、測定を行なわなければならず、また、測定範囲が０
．００１ｇｍ〜２ｇｍであるため、ｇｍ等級以上の表面
の凹凸を有する機械加工を施された表面の形状の測定が
不可能であるなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、測定能力の向上、特に測定精度、範囲を向上
させると共に測定時間を短縮できる表面形状測定装置を
得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る表面形状測定装置は、被測定面に光を照
射し、該被測定面からの反射光に基づき被測定面の表面
形状の状態を検出能力を異にする複数の検出手段を備え
、上記一の検出手段の検出結果に基づいて他の検出手段
の検出微調整を行なって被測定面の表面形状の状態を検
出する構成である。

［作用］ この発明における表面形状測定装置は、粗検出部を形成
する一の検出手段で被測定物表面のＩＬｍ等級以上の凹
凸やうねりを測定し、さらに、凹凸やうねりに対応した
信号を微検出部へ送り、微検出部を形成する他の検出手
段で凹凸やうねりに追従させて駆動しながら、メツメー
タ等級の表面粗さや微小な突起を検出する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づ
いて説明する。第１図において、（１Ｂ）は測定範囲が
広い粗検出部、　（１７）は粗検出部（１８）を移動さ
せるための微動台で、この微動台（１７）はパルスモー
タ（１８）によって駆動される。（１９）は粗検出部（
１Ｂ）と比較して測定範囲が狭く、測定精度の高い微検
出部、（２０）は微検出部（１８）を鉛直方向に駆動す
るための圧電素子で、この圧電素子（２０）の他端に、
パルスモータ（１Ｂ）によって駆動される微動台（１７
）が取り付けられている。粗検出部（１Ｂ）の対向面に
微検出部（１９）が配置され、（２１）は光を絞るため
の対物レンズで、１１検出部（１９）の対物レンズ（５
）よりも開口比を大きくとっである。　（２２）は被測
定物（６）を固定するステージ、（２３）は、ステージ
（２２）を回転させるためのモータ、（２４）はステー
ジ（２２）の回転に応じてパルス信号を発生させる回転
数検出器である。

第２図において、（２５）は粗検出部（１６）および微
検出部（１９）の電気信号を増巾するための増幅器、（
２６）は粗検出部（１６）と微検出部（１９）の相対位
置のずれを補正するだめのスイッチング回路で、ずれ量
を補正した後、圧電素子（２０）に電圧を印加し微検出
部（１９）を駆動する。　（２７）は粗検出部（１Ｂ）
と微検出部（１８）からの電気信号をデジタル化するた
めのＡ／Ｄ変換器、（２８）はＡ／Ｄ変換器（２７）か
らの信号を記憶するためのメモリ、（２９）は信号を処
理するための表示装置である。

次にこの実施例の動作について説明する。粗検出部（１
Ｂ）では、測定範囲が数４ｍ〜８０ｐｍ程度となるよう
に対物レンズ（２１）の開口比をとり、７ｔｍ等級以上
の被測定物（６）のうねりや凹凸を検出し、微検出部（
１θ）では、測定範囲が０．００１ｐｍ〜２ＩＬｍ程度
となるように対物レンズ（５）の開口比をとり、ｇｍ等
級以下の表面粗さや微小な突起を検出する。

まず、被測定物（６）をステージ（２２）に取付け、モ
ータ（２３）によって回転させる０回転検出器（２４）
でステージ（２２）の回転数を検出し、一定の回転数に
落ちついた状態で、被測定物（８）の表面形状を、粗検
出部（１Ｂ）、および微検出部（１９）によって測定す
る。このとき、第２図に示す如く、粗検出部（１６）で
検出された被測定物（６）の表面形状に対応した電気信
号は、増幅器（２５）を通して増巾されて圧電素子（２
０）へ送られ、粗検出部（１Ｂ）で検出した被測定物（
６）のうねりや凹凸に追従するように微検出部（１８）
を圧電素子（２０）によって駆動し、被測定物（８）の
表面が、Ｗ１検出部（１９）の測定範囲内に収まるよう
に制御される。

粗検出部（１Ｂ）と微検出部（１８）はそれぞれ対向し
た位置に配置し、この２つの検出部（１Ｂ）、（ｔ８）
の相対的な位置ずれは、増幅器（２５）と圧電素子（２
０）の間にスイッチング回路（２６）を設け、粗検出部
（１６）からの信号を相対位置のずれ量に応じた時間分
遅らせて圧電素子（２０）に送ることによって電気的に
補正する。したがって、粗検出部（１Ｂ）と微検出部（
１９）の相対的な位置ずれがあっても、被測定物（８）
の同一場所の表面形状を測定することが可能となる。

粗検出部（１６）、および微検出部（１９）から出力さ
れる信号は、Ａ／Ｄ変換器（２７）によってデジタル化
されて、メモリ（２８）に記憶されるとともに、表示装
置（２８）によって表面形状をモニタし、目視すること
ができる。第３図に示す如く、被測定物（６）の表面形
状（３ｏ）は７ｚｍ等級以上のうねり（３１）と、ｇｍ
等級以下の表面粗さく３２）を有する。粗検出部（１Ｂ
）で検出される表面形状は、ｇｍ等級以上のうねり（３
１）を検出し、微検出部（１９）ではＪＬｍ等級以下の
表面粗さく３２）を検出する。

微検出部（１９）は圧電素子（２ｏ）によって、ｇｍ等
級以下のうねり（３１）に追従するように駆動されてい
るため、うねりの成分は除去され、ｇｍ等級以下の表面
粗さく３２）の成分だけが検出される。粗検出部（１Ｂ
）で検出されたｐｍ等級以上のうねり（３１）と微検出
部（１９）で検出されたｇ、ｍ等級以下の表面粗さく３
２）を表示装置（２９）によって加算することにより、
被測定物（６）の表面形状（３ｏ）が得られる。

そして、被測定物（８）の所定の位置での測定が終了し
た後、粗検出部（１６）、および微検出部（１９）をパ
ルスモータ（１８）で駆動される微動台（１７）によっ
て移動させ、被測定物（６）の全面を走査するまで上記
の動作を繰り返して表面の形状を３１１定する。

なお、上記実施例では、微検出部（１９）をｇｍ等級以
上のうねりに追従させるため、圧電素子（２ｏ）を用い
ているが、微検出部（１９）中の対物レンズ（５）をボ
イスコイルを用いて鉛直方向に移動させることによって
も、　ｊＬｍ以上の等級のうねりに追従させることがで
きる。

また、上記実施例では、二つの検出部を備える構成とし
たが、二以上の複数の検出部を備え、これら複数の検出
部相互間で他の検出部の検出結果を順次又は択一的に利
用して検出微調整を行なう構成とすることもできる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明に係る表面形状測定装置は被測
定面に光を照射し、該被測定面からの反射光に基づき被
測定面の表面形状の状態を検出能力を異にして検出する
複数の検出手段を備え、上記一の検出手段の検出結果に
基づいて他の検出手段の検出微調整を行なって被測定面
の表面形状の状態を検…する構成を採ったことから、被
測定面の表面形状に適合した検出手段の調整を行なうこ
とができることとなり、被測定面の表面形状の状態を高
精度に測定できるという効果を奏する。また、測定時間
を短縮できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る表面形状測定装置の
構成図、第２図はこの発明の一実施例に係る制御部の構
成図、第３図はこの発明の一実施例における表面形状の
信号処理の信号波形図、第４図は従来の表面形状測定装
置の構成図を示す。 （１６）・・・粗検出部、（１７）・・・微動台、（１
８）・・・パルスモータ、（１９）・・・微検出部、（
２Ｇ）・・・圧電素子、（５）　、（２１）・・・対物
レンズ、（２２）・・・ステージ、（２３）・・・モー
タ、（２４）・・・回転数検出器。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定面に光を照射し、該被測定面からの反射光
   に基づき被測定面の表面形状の状態を、検出能力を異に
   して検出する複数の検出手段を備え、上記一の検出手段
   の検出結果に基づいて他の検出手段の検出微調整を行な
   い、上記被測定面の表面形状の状態を検出する構成とし
   たことを特徴とする表面形状測定装置。
2. （２）上記検出手段は反射光の光の光量、強度変動に基
   づいて被測定面の表面形状の状態を検出する構成とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面形状
   測定装置。
3. （３）上記他の検出手段は一の検出手段より検出の範囲
   、精度が高い検出能力を有する構成としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の表面形状
   測定装置。