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JPH0452401B2 - - Google Patents
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JPH0452401B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0452401B2
JPH0452401B2 JP9937083A JP9937083A JPH0452401B2 JP H0452401 B2 JPH0452401 B2 JP H0452401B2 JP 9937083 A JP9937083 A JP 9937083A JP 9937083 A JP9937083 A JP 9937083A JP H0452401 B2 JPH0452401 B2 JP H0452401B2
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JP
Japan
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wavelength
interference
light
measured
light intensity
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JP9937083A
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Yoshitada Oshida
Toshihiko Nakada
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、物体間の微小間隔測定装置に係り、
特に磁気デイツクヘツドの浮上量の測定や、半導
体作製プロセスにおける膜厚の測定等、微小間隙
を高速度かつ高精度で行うために好適な微小間隔
測定装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a device for measuring minute distances between objects,
In particular, the present invention relates to a micro-gap measuring device suitable for measuring micro-gap measurements at high speed and with high precision, such as measuring the flying height of a magnetic disk head or measuring film thickness in a semiconductor manufacturing process.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

磁気デイスクヘツドの浮上量や、半導体作製プ
ロセスにおける膜厚等の測定技術として、従来ス
ペクトル幅の狭い波長の光を照射し、得られる干
渉縞の強度パターン分布の山や谷を求め次に波長
を変化させ、同様の測定を繰り返して行い、間隙
の絶対測定を行つていた。
Conventional technology for measuring the flying height of magnetic disk heads and film thickness in semiconductor manufacturing processes involves irradiating light with a wavelength with a narrow spectral width, finding the peaks and valleys of the intensity pattern distribution of the resulting interference fringes, and then determining the wavelength. Absolute measurements of the gap were made by changing the gap and repeating the same measurements.

しかしながら、前記従来技術には、次のような
欠点がある。
However, the prior art has the following drawbacks.

波長を変化させるのに時間を要する。 It takes time to change the wavelength.

干渉縞強度パターンの山や谷の検出に時間を
要する。
It takes time to detect the peaks and valleys of the interference fringe intensity pattern.

真に測定したい間隙量は、前記干渉縞強度の
山や谷から外挿する必要があるため、正確な測
定ができない。
The amount of gap that is truly desired to be measured needs to be extrapolated from the peaks and troughs of the interference fringe intensity, so accurate measurement cannot be performed.

これらの点につき、図面に沿つてさらに詳しく
説明する。
These points will be explained in more detail with reference to the drawings.

第1図、第2図a,b,cおよびdは、微小間
隙測定の従来技術を示すもので、磁気デイスクヘ
ツドの浮上量の測定に適用した場合を示す。
FIGS. 1, 2a, 2b, c, and d show a conventional technique for measuring minute gaps, and show a case in which it is applied to measuring the flying height of a magnetic disk head.

その第1図に示すように、スペクトル幅の狭い
照射光13は、ビームスプリツタ14により微小
間隙Gの形成面に照射される。磁気デイスクヘド
の磁気ヘツド11とガラスデイスク12で反射し
た光は、干渉光となり、レンズ16を通り、撮像
装置17に入射する。この撮像装置17には、干
渉縞が形成されるので、第2図aに示すように磁
気ヘツド11上の浮上面にx座標を取ると、x軸
に沿つて干渉強度は第2図b,cのように変化す
る。すなわち、第2図bは波長λがλ1の場合の干
渉強度であり、波長λをλ1からλ2に変えると干渉
強度は第2図cのように変わる。それぞれについ
て、干渉強度が最大および最小となる位置を求め
れば、第2図cに示すように微小間隙Gが求ま
る。
As shown in FIG. 1, the irradiation light 13 having a narrow spectrum width is irradiated by a beam splitter 14 onto the surface where the minute gap G is formed. The light reflected by the magnetic head 11 of the magnetic disk head and the glass disk 12 becomes interference light, passes through the lens 16, and enters the image pickup device 17. Since interference fringes are formed in this imaging device 17, if the x-coordinate is taken on the air bearing surface on the magnetic head 11 as shown in FIG. 2a, the interference intensity along the x-axis is as shown in FIG. 2b, It changes like c. That is, FIG. 2b shows the interference intensity when the wavelength λ is λ1 , and when the wavelength λ is changed from λ1 to λ2 , the interference intensity changes as shown in FIG. 2c. By finding the positions where the interference intensity is maximum and minimum for each, the minute gap G is found as shown in FIG. 2c.

なお、第1図、第2図a中101,102は被
測定部、第2図b,c中12は反射光の干渉
強度を示す。
Note that 101 and 102 in FIGS. 1 and 2A indicate the parts to be measured, and 1 and 2 in FIGS. 2B and 2C indicate the interference intensity of reflected light.

しかし、この従来技術では第2図bの・印、お
よび第2図cの×印のみが測定され、実際に測定
したい被測定部101は第2図b,cから得られ
る第2図dの間隙データを外挿するほかはない。
ところが、この外挿値は磁気ヘツド11の面形状
が正確に分かつていない限り、正確に求まらない
という欠点があり、また高速度で測定できない欠
点もある。
However, in this prior art, only the * mark in FIG. 2b and the x mark in FIG. There is no choice but to extrapolate the gap data.
However, this extrapolated value has the disadvantage that it cannot be accurately determined unless the surface shape of the magnetic head 11 is accurately known, and also has the disadvantage that it cannot be measured at high speed.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決す
べく、複数個所の微小間隔を高速度で、しかも高
精度に測定することができるようにした微小間隔
測定装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a micro-distance measuring device capable of measuring micro-distances at a plurality of locations at high speed and with high precision, in order to solve the problems of the prior art.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記目的を達成するために、多波長
可干渉光源と、この多波長可干渉光源から出射さ
れた多波長光束を複数の光束に分離し、分離され
た各光束を微小スポツトに集束させて、対向する
二つの面の間で微小間〓を形成する被測定部の異
なる複数の位置に照射させる微小スポツト照射手
段と、該被測定部の異なる複数の位置の各々にお
ける二つの面からの反射光による生ずる複数の干
渉光について各波長成分ごとに分離する波長分離
手段と、上記被測定部とほぼ結像関係にあり、上
記複数の位置の各々における上記被測定部を形成
する二つの面以外の面からの反射光を遮光し、上
記波長分離手段で分離された複数の干渉光の各々
について各波長ごとの干渉光を通す4つ以上の遮
光手段と、該遮光手段の各々を通過した複数の干
渉光の各々について各波長ごとに干渉光強度成分
を干渉光強度信号として別々に検出する4つ以上
の干渉光強度検出手段と、該干渉光強度検出手段
の各々により、複数の干渉光に対応させて、各波
長ごとに検出される干渉光強度信号の各々に対し
て、予め算出された各波長ごとの任意の干渉光強
度に対する間〓候補値の関係から共通する微小間
隔量を計算して上記被測定部の異なる複数の位置
での微小間隔について算出する微小間隔算出手段
とを備え、複数個所の微小間隔を予め算出された
各波長ごとの任意の干渉光強度に対する間〓候補
値の関係から高速度で、しかも被測定部を形成す
る二つの面以外の面からの反射光を遮光して複数
個所の微小間隔を高精度に測定することができる
ようにしたことを特徴とする微小間隔測定装置で
ある。
In order to achieve the above object, the present invention includes a multi-wavelength coherent light source, a multi-wavelength coherent light source that separates the multi-wavelength light beam emitted from the multi-wavelength coherent light source into a plurality of light beams, and focuses each separated light beam on a minute spot. micro-spot irradiation means for irradiating a plurality of different positions of the part to be measured forming a micro-gap between two opposing surfaces; a wavelength separation means for separating into each wavelength component a plurality of interference lights generated by the reflected light; and two wavelength separation means that are in substantially image forming relationship with the measurement target part and forming the measurement target part at each of the plurality of positions. four or more light blocking means for blocking reflected light from surfaces other than the surface and passing the interference light for each wavelength for each of the plurality of interference lights separated by the wavelength separation means; and passing through each of the light blocking means. four or more interference light intensity detection means for separately detecting the interference light intensity component for each wavelength as an interference light intensity signal for each of the plurality of interference lights; For each of the interference light intensity signals detected for each wavelength in correspondence with the light, a common minute interval amount is calculated from the relationship between the pre-calculated interfering light intensity of each wavelength and the candidate value. a micro-interval calculation means for calculating micro-intervals at a plurality of different positions of the part to be measured; Due to the relationship between the values, it is possible to measure minute intervals at multiple locations with high precision at high speed and by blocking reflected light from surfaces other than the two surfaces forming the part to be measured. This is a minute interval measuring device.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

まず、本発明の原理について第3図および第4
図に基づいて説明する。
First, we will explain the principle of the present invention in Figures 3 and 4.
This will be explained based on the diagram.

本発明の原理を示すものは、多波長可干渉性光
源18、スポツト形成手段19、スポツト照射手
段19、スポツト照射手段としてのビームスプリ
ツタ21、ミラー25、波長選択ビームスプリツ
タ26〜28、干渉フイルタ29〜32、レンズ
33〜36、スリツト37〜40、干渉強度検出
手段としての光強度検出器41〜44、演算実行
手段としての計算回路45とを備えて構成されて
いる。
The principles of the present invention are illustrated by the multi-wavelength coherent light source 18, the spot forming means 19, the spot irradiating means 19, the beam splitter 21 as the spot irradiating means, the mirror 25, the wavelength selective beam splitters 26 to 28, and the interference beam splitter 21. It comprises filters 29-32, lenses 33-36, slits 37-40, light intensity detectors 41-44 as interference intensity detection means, and a calculation circuit 45 as calculation execution means.

この原理においては、磁気ヘツド11とガラス
デイスク12とを備える磁気デイスクヘツドの浮
上量としての、前記磁気ヘツド11の表面とガラ
スデイスク12の裏面間の微小間隙について、1
個所の被測定部101を測定するようになつてい
る。
According to this principle, the fine gap between the front surface of the magnetic head 11 and the back surface of the glass disk 12 as the flying height of the magnetic disk head including the magnetic head 11 and the glass disk 12 is 1
The measured portion 101 is measured at a certain location.

前記多波長可干渉性光源18は、多数の波長成
分を有する可干渉光を同時に出射させるようにな
つている。
The multi-wavelength coherent light source 18 is adapted to simultaneously emit coherent light having a large number of wavelength components.

前記スポツト形成手段19は、多波長可干渉性
光源18から出射された多波長光を微小スポツト
20に集束するようになつている。
The spot forming means 19 is adapted to focus the multi-wavelength light emitted from the multi-wavelength coherent light source 18 onto a minute spot 20.

前記ビームスプリツタ21は、多波長の微小ス
ポツト20を、微小間隙を有する物体としての磁
気ヘツド11とガラスデイスク12間の被測定部
101に照射させるようになつている。
The beam splitter 21 is configured to irradiate a multi-wavelength minute spot 20 onto a part to be measured 101 between the magnetic head 11 and the glass disk 12, which is an object having a minute gap.

前記ミラー25は、磁気ヘツド11の表面と、
ガラスデイスク12の裏面と表面からの反射光2
2,23,24を波長選択ビームスプリツタ26
〜28に反射させるようになつている。
The mirror 25 is connected to the surface of the magnetic head 11;
Reflected light 2 from the back and front surfaces of the glass disk 12
2, 23, 24 as a wavelength selection beam splitter 26
~28 is designed to be reflected.

前記波長選択ビームスプリツタ26〜28と、
干渉フイルタ29〜32と、レンズ33〜36
と、スリツト37〜40とは、微小間隙を形成し
ている2面から反射した干渉光を各波長成分に分
離する波長分離手段を構成している。前記波長選
択ビームスプリツタ26〜28は微小間隙を形成
している2面である磁気ヘツド11の表面とガラ
スデイスク12の裏面からの反射光22,23の
干渉光を各波長成分ごとに分離するようになつて
いる。前記干渉フイルタ29〜32は、分離され
た各光から純粋の各波長成分のみ取り出すように
なつている。前記レンズ33〜36は、各波長ご
との光を集束するようになつている。前記スリツ
ト37〜40は、磁気ヘツド11の表面とガラス
デイスク12の裏面から反射した光の干渉光のみ
を選択的に取り出し、ガラスデイスク12の表面
からの反射光を遮断し得るように配置されてい
る。
the wavelength selective beam splitters 26 to 28;
Interference filters 29-32 and lenses 33-36
The slits 37 to 40 constitute wavelength separation means for separating the interference light reflected from the two surfaces forming the minute gap into each wavelength component. The wavelength selection beam splitters 26 to 28 separate the interference light beams 22 and 23 reflected from the front surface of the magnetic head 11 and the back surface of the glass disk 12, which are two surfaces forming a minute gap, into respective wavelength components. It's becoming like that. The interference filters 29 to 32 extract only pure wavelength components from each separated beam. The lenses 33 to 36 are designed to focus light of each wavelength. The slits 37 to 40 are arranged so as to selectively take out only the interference light of the light reflected from the front surface of the magnetic head 11 and the back surface of the glass disk 12, and to block the reflected light from the surface of the glass disk 12. There is.

前記光強度検出器41〜44は、各波長成分の
光から干渉強度をほぼ同時に検出するようになつ
ている。
The light intensity detectors 41 to 44 are configured to detect interference intensities from light of each wavelength component almost simultaneously.

前記計算回路45は、光強度検出器41〜44
の検出結果としての干渉強度信号に基づいて微小
間隙を計算するようになつている。
The calculation circuit 45 includes light intensity detectors 41 to 44.
The micro gap is calculated based on the interference intensity signal as a result of detection.

次に、本発明の原理に係る作用について説明す
る。
Next, the operation according to the principle of the present invention will be explained.

多波長可干渉性光源18から出射された多数の
波長成分を有する光は、微小スポツト形成手段1
9により数十〜数百ミクロン径の微小スポツト2
0に集束され、この微小スポツト20はビームス
プリンタ21を介して磁気ヘツド11とガラスデ
イスク12間の被測定部101に照射される。
The light having a large number of wavelength components emitted from the multi-wavelength coherent light source 18 is transmitted to the micro spot forming means 1.
9, a minute spot 2 with a diameter of several tens to hundreds of microns
0, and this minute spot 20 is irradiated onto the part to be measured 101 between the magnetic head 11 and the glass disk 12 via the beam splinter 21.

前記磁気ヘツド11の表面とガラスデイスク1
2の裏面間の間隙は、0.2〜2μm程度の微小間隙
であるため、磁気ヘツド11からの反射光22
と、ガラスデイスク12の裏面からの反射光23
は同一光路を進み、干渉が生ずる。そして、被測
定部101への入射光は、ガラスデイスク12に
対して数十〜十度程度の入射角を有しているた
め、ガラスデイスク12の表面からの反射光24
は第4図に拡大して示すように、前記反射光2
2,23とは別の光路を通る。
The surface of the magnetic head 11 and the glass disk 1
Since the gap between the back surfaces of the magnetic heads 2 and 2 is a minute gap of about 0.2 to 2 μm, the reflected light 22 from the magnetic head 11
and reflected light 23 from the back surface of the glass disk 12.
travel along the same optical path and interference occurs. Since the incident light on the measured part 101 has an incident angle of about several tens to ten degrees with respect to the glass disk 12, the reflected light 24 from the surface of the glass disk 12
As shown enlarged in FIG. 4, the reflected light 2
2 and 23.

前記磁気ヘツド11の表面からの反射光22と
ガラスデイスク12の裏面からの反射光23との
干渉光と、ガラスデイスク12の表面からの反射
光24は、ミラー25により波長選択ビームスプ
リツタ26〜28に向かつて反射され、波長選択
ビームスプリツタ26〜28で多波長可干渉光の
各波長成分ごとに分離され、この分離された各光
から干渉フイルタ29〜32によりさらに純粋の
各波長成分のみが取り出され、各波長成分の光は
レンズ33〜36により集束され、スリツト37
〜40により磁気ヘツド11の表面とガラスデイ
スク12の裏面から反射した光の干渉光のみが取
り出され、ガラスデイスク12の表面からの反射
光は遮断される。
The interference light between the reflected light 22 from the front surface of the magnetic head 11 and the reflected light 23 from the back surface of the glass disk 12 and the reflected light 24 from the front surface of the glass disk 12 are transmitted by a mirror 25 to wavelength selective beam splitters 26 to 26. The wavelength selective beam splitters 26 to 28 separate each wavelength component of the multi-wavelength coherent light, and from this separated light, interference filters 29 to 32 further separate each wavelength component into pure wavelength components. is extracted, and the light of each wavelength component is focused by lenses 33 to 36, and passed through slit 37.
40, only the interference light of the light reflected from the front surface of the magnetic head 11 and the back surface of the glass disk 12 is extracted, and the reflected light from the surface of the glass disk 12 is blocked.

各スリツト37〜40を透過した光は、光強度
検出器41〜44に送られ、干渉強度が検出さ
れ、その検出結果としての干渉強度信号は計算回
路45に送られる。
The light transmitted through each of the slits 37 to 40 is sent to light intensity detectors 41 to 44, where the interference intensity is detected, and an interference intensity signal as a result of the detection is sent to a calculation circuit 45.

前記計算回路45には、あらかじめ各波長強度
に対する間隙候補値が計算されており、この計算
値から非常に短時間のうちに微小間隙量を計算す
る。
The calculation circuit 45 has calculated gap candidate values for each wavelength intensity in advance, and calculates the minute gap amount from these calculated values in a very short time.

これにより、磁気デイスクヘツドの浮上量とし
ての、磁気ヘツド11の表面とガラスデイスク1
2の裏面間の微小間隙について、被測定部101
の微小間隙を高速度で、しかも高精度で測定する
ことができる。
As a result, the surface of the magnetic head 11 and the glass disk 1 are combined as the flying height of the magnetic disk head.
Regarding the minute gap between the back surfaces of 2, the part to be measured 101
It is possible to measure minute gaps at high speed and with high accuracy.

次に、本発明の実施例について第5図に基づい
て説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described based on FIG. 5.

この図に示す実施例のものは、多波長可干渉性
光源としての多波長同時発信レーザ46、ビーム
拡大光学系47、微小スポツト形成手段としての
集光レンズ48、マルチビーム発生器50、レン
ズ53,54、スポツト照射手段としてのビーム
スプリツタ55、レンズ58、ミラー59、波長
選択ビームスプリツタ60〜62、レンズ63〜
66、干渉フイルタ67〜70、スリツト71〜
74、干渉強度検出手段としての光強度検出器7
5〜78、演算実行手段としての計算回路79と
を備えている。
The embodiment shown in this figure includes a multi-wavelength simultaneous emission laser 46 as a multi-wavelength coherent light source, a beam expanding optical system 47, a condensing lens 48 as a minute spot forming means, a multi-beam generator 50, and a lens 53. , 54, beam splitter 55 as spot irradiation means, lens 58, mirror 59, wavelength selective beam splitters 60-62, lenses 63-
66, interference filters 67-70, slits 71-
74. Light intensity detector 7 as interference intensity detection means
5 to 78, and a calculation circuit 79 as a calculation execution means.

そして、この実施例においては、磁気ヘツド1
1とガラスデイスク12とを有する磁気デイスク
ヘツドの浮上量としての、前記磁気ヘツド11の
表面とガラスデイスク12の裏面間の微小間隙に
ついて、2個所の被測定部101,102を測定
すべく構成されている。
In this embodiment, the magnetic head 1
1 and a glass disk 12, and the fine gap between the front surface of the magnetic head 11 and the back surface of the glass disk 12 is measured at two locations to be measured 101 and 102. ing.

また、ガラスデイスク12の表面には、反射防
止コーテイングが施されており、ガラスデイスク
12の表面からの正反射光による影響を除去して
いる。
Further, the surface of the glass disk 12 is coated with antireflection coating to eliminate the influence of specularly reflected light from the surface of the glass disk 12.

前記多波長同時発振レーザ46は、多波長レー
ザビームを同時に発振し得るようになつている。
The multi-wavelength simultaneous oscillation laser 46 is capable of simultaneously emitting multi-wavelength laser beams.

前記ビーム拡大光学系47は、多波長レーザビ
ームを設定径に拡大するようになつている。
The beam expanding optical system 47 is configured to expand the multi-wavelength laser beam to a set diameter.

前記集光レンズ48は、前記多波長レーザビー
ムを微小スポツト49に集束するようになつてい
る。
The condensing lens 48 is adapted to focus the multi-wavelength laser beam onto a minute spot 49.

前記マルチビーム発生器50は、プリズム等を
有しており、微小スポツト49を被測定部の数に
相当する本数のビーム、すなわちこの第2の実施
例では2本のビーム51,52に分割し得るよう
に構成されている。
The multi-beam generator 50 has a prism or the like, and divides the micro spot 49 into a number of beams corresponding to the number of parts to be measured, that is, two beams 51 and 52 in this second embodiment. It is configured to obtain.

前記レンズ53は各ビームをそれぞれ平行なマ
ルチビームに形成し、他のレンズ54は各ビーム
を互いに平行になし得るようになつている。
The lens 53 forms each beam into parallel multi-beams, and the other lens 54 forms each beam into parallel multi-beams.

前記ビームスプリツタ55は、各ビームを被測
定部101,102に反射させ、集光させ得るよ
うに配置されている。
The beam splitter 55 is arranged so as to reflect each beam onto the parts to be measured 101 and 102 and condense the beams.

前記レンズ58は被測定部101,102から
反射した光の干渉光56,57をそれぞれ平行に
形成してミラー59に送り、ミラー59は各干渉
光を波長選択ビームスプリツタ60〜62に反射
させるようになつている。
The lens 58 forms interference beams 56 and 57 of the light reflected from the parts to be measured 101 and 102 in parallel, respectively, and sends them to a mirror 59, and the mirror 59 reflects each interference beam to wavelength selection beam splitters 60 to 62. It's becoming like that.

前記波長選択ビームスプリツタ60〜62と、
レンズ63〜66と、干渉フイルタ67〜70
と、スリツト71〜74とにより、微小間隙を形
成している2面から反射した光の干渉光を各波長
成分に分離する波長分離手段を構成している。そ
の波長選択ビームスプリツタ60〜62は、各干
渉光を各波長成分ごとに分離するようになつてい
る。前記レンズ63〜66は、各波長成分ごとに
分離された光をスリツト71〜74の開口上に集
光させるように配置されている。前記干渉フイル
タ67〜70は各波長成分ごとに分離された光か
ら純粋な波長成分のみを取り出すようになつてい
る。前記スリツト71〜74は、干渉フイルタ6
7〜70から取り出された各波長成分の光を光強
度検出器75〜78に透過させるように設置され
ている。
the wavelength selective beam splitters 60 to 62;
Lenses 63-66 and interference filters 67-70
and the slits 71 to 74 constitute wavelength separation means that separates the interference light of the light reflected from the two surfaces forming the minute gap into each wavelength component. The wavelength selective beam splitters 60 to 62 are configured to separate each interference light into each wavelength component. The lenses 63-66 are arranged so as to focus the light separated into each wavelength component onto the openings of the slits 71-74. The interference filters 67 to 70 are adapted to extract only pure wavelength components from the light separated for each wavelength component. The slits 71 to 74 are connected to the interference filter 6.
The light intensity detectors 75 to 78 are installed so that the light of each wavelength component extracted from the detectors 7 to 70 is transmitted through the light intensity detectors 75 to 78.

前記光強度検出器75〜78は、被測定部10
1,102に対応させてそれぞれ検出素子75
1,752の組、761,762の組、771,
772の組、781,782の組を有し、被測定
部101,102の反射光の各波長成分ごとの干
渉強度をほぼ同時に検出し得るように構成されて
いる。
The light intensity detectors 75 to 78 are connected to the part to be measured 10.
Detection elements 75 correspond to 1 and 102, respectively.
1,752 sets, 761,762 sets, 771,
There are a set of 772 and a set of 781 and 782, and the interference intensity of each wavelength component of the reflected light from the parts to be measured 101 and 102 can be detected almost simultaneously.

前記計算回路79は、検出素子751,752
の組761,762の組、771,772の組、
781,782の組から送り込まれる検出結果と
しての干渉強度信号に基づいて、被測定部10
1,102の微小間隙量を計算するようになつて
いる。
The calculation circuit 79 includes detection elements 751 and 752.
The set 761,762, the set 771,772,
Based on the interference intensity signal as a detection result sent from the set of 781 and 782, the part to be measured 10
The micro gap amount of 1,102 is calculated.

ついで、この実施例の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be explained.

多波長同時発振レーザ46から発振された多波
長レーザビームは、ビーム拡大光学系47により
設定幅のビームに拡大され、ついで集光レンズ4
8により微小スポツト49に集束される。
The multi-wavelength laser beam oscillated by the multi-wavelength simultaneous oscillation laser 46 is expanded into a beam with a set width by the beam expansion optical system 47, and then passed through the condenser lens 4.
8 to focus on a minute spot 49.

前記集光レンズ48により集束された微小スポ
ツト48は、マルチビーム発生器50により、こ
の実施例では被測定部101,102に対応して
2本のビーム51,52に分割され、各ビーム5
1,52はレンズ53によりそれぞれ平行なビー
ムに形成され、ついで2本のビームはレンズ54
により互いに平行に形成され、ビームスプリツタ
55に送られる。
The minute spot 48 focused by the condensing lens 48 is divided into two beams 51 and 52 by a multi-beam generator 50 corresponding to the parts to be measured 101 and 102 in this embodiment.
1 and 52 are formed into parallel beams by a lens 53, and then the two beams are formed by a lens 54.
The beams are formed parallel to each other and sent to the beam splitter 55.

前記2本のビームは、ビームスプリツタ55に
より反射され、被測定部101,102に集光さ
れ照射される。
The two beams are reflected by the beam splitter 55, and are focused and irradiated onto the parts to be measured 101 and 102.

各被測定部101,102で各ビームが反射さ
れた光の干渉光56,57は、ビームスプリツタ
55およびレンズ58を透過し、ミラー59で反
射され、波長選択ビームスプリツタ60〜62に
より各波長成分ごとに分離され、ついでレンズ6
3〜66によりスリツト71〜74の開口上に集
光され、その間干渉フイルタ67〜70により純
粋の各波長成分のみが取り出され、スリツト71
〜74を透過する。
Interfering light beams 56 and 57 of the beams reflected by the respective measurement target parts 101 and 102 are transmitted through the beam splitter 55 and the lens 58, reflected by the mirror 59, and each wavelength-selective beam splitter 60 to 62 It is separated into each wavelength component, and then the lens 6
The light is focused onto the openings of the slits 71 to 74 by the slits 71 to 74, and only the pure wavelength components are extracted by the interference filters 67 to 70.
~74 is transmitted.

各スリツト71〜74を透過した光は、被測定
部101,102ごとの干渉強度を検出する光強
度検出器75〜78の検出素子751,752の
組、761,762の組、771,772の組お
よび781,782の組に導かれ、これら8個の
検出素子によりほぼ同時に干渉強度が検出され、
その干渉強度信号は計算回路79に送り込まれ
る。
The light transmitted through each of the slits 71 to 74 is detected by a set of detection elements 751, 752, a set of detection elements 761, 762, and a set of detection elements 771, 772 of light intensity detectors 75 to 78 that detect the interference intensity of each part to be measured 101, 102. and the sets 781 and 782, and the interference intensity is detected almost simultaneously by these eight detection elements,
The interference intensity signal is sent to calculation circuit 79.

前記計算回路79には、第2図bとdおよび第
2図cとdに示すように予め各波長について、任
意の干渉強度に対する複数の間〓候補値が計算さ
れていて、この計算値(間〓候補値)から上記入
力される各波長毎の干渉強度信号に対して共通す
る微小間〓量が極めて短時間のうちに求まる。
As shown in FIGS. 2b and d and 2c and d, the calculation circuit 79 has previously calculated a plurality of candidate values for arbitrary interference intensity for each wavelength, and this calculated value ( From the interval (candidate value), a common infinitesimal interval value for the input interference intensity signals for each wavelength can be found in an extremely short time.

この実施例では、複数個所の被測定部を同時
に、高速度でかつ高精度に測定することができ
る。
In this embodiment, multiple parts to be measured can be measured simultaneously at high speed and with high precision.

なお、この実施例では前述のごとくガラスデイ
スク12の表面に反射防止コーテイングが施され
ており、ガラスデイスク12の表面からの正反射
光による影響を除去するようにしているが、前記
実施例のように、ガラスデイスク12への入射角
を数度にし、スリツトによりガラスデイスク12
の表面からの反射光を除去するようにしてもよ
い。
In this embodiment, as described above, the surface of the glass disk 12 is coated with anti-reflection coating to eliminate the influence of specularly reflected light from the surface of the glass disk 12. In this case, the angle of incidence on the glass disk 12 is set to several degrees, and the glass disk 12 is
The reflected light from the surface may be removed.

また、前記実施例において、干渉強度検出手段
としての光強度検出器を、時間的間隔をおいて
次々に検出し得るように構成し、演算実行手段と
しての計算回路で刻々の検査結果から微小間隙量
を計算し得るようにすれば、微小間隙の動的変化
を測定することが可能である。
Further, in the above embodiment, the light intensity detector as the interference intensity detection means is configured to be able to detect one after another at a time interval, and the calculation circuit as the calculation execution means detects minute gaps from the inspection results moment by moment. If the amount can be calculated, it is possible to measure dynamic changes in the microgap.

さらに、非常に高速の変化を測定する場に合
は、計算回路のメモリに一旦データを蓄積し、デ
ータ採取後、計算を行つてもよい。
Furthermore, in the case of measuring very high-speed changes, the data may be temporarily stored in the memory of the calculation circuit, and calculations may be performed after data collection.

また、本発明ではスポツト位置変化手段を設
け、任意の測定個所を選択的に測定するようにし
てもよい。
Further, in the present invention, a spot position changing means may be provided to selectively measure any measurement location.

なお、第1、第2の実施例とも、図示の磁気デ
イスクヘツドの浮上量の測定のみならず、半導体
作製プロセスにおける膜厚測定等、微小間隙測定
一般に適用することができる。
Both the first and second embodiments can be applied not only to measuring the flying height of the illustrated magnetic disk head, but also to general micro gap measurements such as film thickness measurements in semiconductor manufacturing processes.

前記実施例によれば、従来技術との対比におい
て、次のような効果がある。
According to the embodiment, the following effects are achieved in comparison with the prior art.

(1) 多波長可干渉性光源からの出射光を被測定部
にのみ集光するため、微小間隙を有する物体の
全体をカバーするように大きなビーム径で照射
する場合に比べ、検出信号が非常に大きくな
る。
(1) Since the emitted light from the multi-wavelength coherent light source is focused only on the part to be measured, the detection signal is much smaller than when irradiating with a large beam diameter to cover the entire object with minute gaps. becomes larger.

例えば、磁気デイスクヘツドの浮上量を測定
する場合、磁気ヘツドとガラスデイスク面の間
隙は0.2〜2μm程度あり、しかも傾いているた
め場所により間隙が異なる。したがつて、正確
な測定を行うには50μm程度の領域の間隙を測
定する必要がある。いま、磁気ヘツドの概略寸
法を4mm口とすると、磁気ヘツド全体を照射す
る場合と、50μmφの領域を集中照射する場合
では、被測定部からの反射光強度の比は13000
となる。微小間隙を形成している物体の反射
率、光学系のロスを考慮すると、光源からの各
波長の出射光量の0.5%程度が受光される。各
波長の光量を例えば10mwとすると、本発明で
の受光強度は50μwと大きくなる。一方、従来
技術における全体一様照射法では4nwとなり、
このような微弱光量でSN比をよくして検出す
ることは非常に困難である。これに対して本発
明においては干渉強度の絶対測定を100以上の
SN比で測定することができる効果がある。
For example, when measuring the flying height of a magnetic disk head, the gap between the magnetic head and the glass disk surface is about 0.2 to 2 .mu.m, and since the disk is tilted, the gap varies depending on the location. Therefore, to perform accurate measurements, it is necessary to measure gaps in an area of about 50 μm. Now, assuming that the approximate size of the magnetic head is 4 mm, the ratio of the reflected light intensity from the part to be measured is 13000 when the entire magnetic head is irradiated and when a 50 μm diameter area is concentratedly irradiated.
becomes. Considering the reflectance of the object forming the microgap and the loss of the optical system, about 0.5% of the amount of light emitted at each wavelength from the light source is received. If the amount of light at each wavelength is, for example, 10 mw, the received light intensity in the present invention will be as large as 50 μw. On the other hand, the total uniform irradiation method in the conventional technology is 4nw,
It is extremely difficult to perform detection with a good signal-to-noise ratio with such a weak amount of light. In contrast, in the present invention, the absolute measurement of interference intensity is carried out over 100 times.
There is an effect that can be measured by the signal-to-noise ratio.

(2) 前述のように、従来技術では干渉縞の最暗部
または最明部の位置を求め、この位置での間隙
量から被測定部の間隙を外挿して求めるように
しているので、微小間隙を有する物体の面形状
が分かつていないと、正確に間隙量を求めるこ
とができない。これに対して、本発明では被測
定部を直接測定するため、精度は0.005μm以下
と非常に正確になる。
(2) As mentioned above, in the conventional technology, the position of the darkest or brightest part of the interference fringes is determined, and the gap at the measured part is determined by extrapolating from the gap amount at this position. Unless the surface shape of the object is known, the amount of gap cannot be determined accurately. On the other hand, in the present invention, since the part to be measured is directly measured, the accuracy is very accurate at 0.005 μm or less.

(3) 本発明では少数個所の干渉強度データを求め
るようにしているので、各測定データは同時に
求めることが可能であり、検出時点での正確な
微小間隙量を求めることができる。これに比
べ、従来の干渉画像を取り出す方法では、画像
の情報を取り出すのに数十msを要するため、
瞬間での情報が得られず、時間平均的な値とな
る。したがつて、動的な間隙変化を測定しよう
とすると、動的変化の測定周期を短くすること
は非常に困難となるばかりでなく、短時間に計
算できないため、非常に多数のデータを一旦保
存し、これを長時間かけて処理する必要があ
る。これに対して、本発明では少数のデータを
並列処理でき、短時間のうちにデータ処理でき
るため、微小間隙の高速の変化を正確に測定す
ることが可能となる。
(3) Since the present invention obtains interference intensity data at a small number of locations, each measurement data can be obtained simultaneously, and an accurate minute gap amount at the time of detection can be obtained. In comparison, conventional methods for extracting interference images require tens of milliseconds to extract image information.
It is not possible to obtain instantaneous information, and the values are averaged over time. Therefore, when trying to measure dynamic gap changes, it is not only very difficult to shorten the measurement period of dynamic changes, but also because it is impossible to calculate in a short time, it is necessary to save a large amount of data once. However, it is necessary to process this for a long time. In contrast, in the present invention, a small number of data can be processed in parallel and can be processed in a short period of time, making it possible to accurately measure high-speed changes in minute gaps.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、3つ以
上の面からの反射光が得られる例えば透明物体の
内部に存在する微小間隔から複数個所について同
時に非常に高感度の大きな干渉光強度信号を得
て、微小間隔を複数個所について高速度で、且つ
高精度で測定することができる効果を奏する。
As explained above, according to the present invention, reflected light from three or more surfaces can be obtained, for example, a large interference light intensity signal with very high sensitivity can be obtained at multiple locations from minute intervals inside a transparent object. As a result, it is possible to measure minute intervals at a plurality of locations at high speed and with high accuracy.

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

第1図、第2図a,b,cおよびdは微小間隙
の従来の測定方法を示す図、第3図は本発明の原
理を示すブロツク図、第4図は第3図の被測定部
の反射光の光路を示す拡大図、第5図は本発明方
法を実施する装置の実施例を示すブロツク図であ
る。 11……測定すべき微小間隙を有する物体とし
ての磁気ヘツド、12……同ガラスデイスク、1
01,102……被測定部、18……多波長可干
渉性光源、19……スポツト形成手段、20……
微小スポツト、21……スポツト照射手段として
のビームスプリツタ、22〜23……反射光、2
6〜28……波長分離手段を構成する波長選択ビ
ームスプリツタ、29〜32……同干渉フイル
タ、33〜36……同レンズ、37〜40……同
スリツト、41〜44……干渉強度検出手段とし
ての光強度検出器、45……演算実行手段として
の計算回路、46……多波長可干渉性光源として
の多波長同時発振レーザ、47……ビーム拡大光
学系、48……スポツト形成手段としての集光レ
ンズ、49……微小スポツト、50……複数個の
微小スポツトを形成する手段としてのマルチビー
ム発生器、51,52……微小スポツトとしての
ビーム、53,54……複数個の微小スポツトを
導くレンズ、55……スポツト照射手段としての
ビームスプリツタ、56,57……被測定部の反
射光、60〜62……波長分離手段を構成する波
長選択ビームスプリツタ、63〜66……同レン
ズ、67〜70……同干渉フイルタ、71〜74
……同スリツト、75〜78……干渉強度検出手
段としての光強度検出器、79……演算実行手段
としての計算回路。
Figures 1, 2 a, b, c, and d are diagrams showing the conventional method for measuring minute gaps, Figure 3 is a block diagram showing the principle of the present invention, and Figure 4 is the part to be measured in Figure 3. FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of an apparatus for carrying out the method of the present invention. 11...Magnetic head as an object having a minute gap to be measured, 12...Glass disk, 1
01, 102... Part to be measured, 18... Multi-wavelength coherent light source, 19... Spot forming means, 20...
Micro spot, 21...Beam splitter as spot irradiation means, 22-23...Reflected light, 2
6-28... Wavelength selective beam splitter constituting the wavelength separation means, 29-32... Interference filter, 33-36... Same lens, 37-40... Same slit, 41-44... Interference intensity detection. Light intensity detector as means, 45... Calculation circuit as calculation execution means, 46... Multi-wavelength simultaneous oscillation laser as multi-wavelength coherent light source, 47... Beam expanding optical system, 48... Spot forming means A condensing lens as a means for forming a plurality of microspots, 49, 50, a multi-beam generator as a means for forming a plurality of microspots, 53, 54, a beam as a microspot, 53, 54, a plurality of microspots. Lens for guiding a minute spot, 55...Beam splitter as spot irradiation means, 56, 57...Reflected light from the measured part, 60-62...Wavelength selective beam splitter constituting wavelength separation means, 63-66 ...Same lens, 67-70 ...Same interference filter, 71-74
. . . same slit, 75 to 78 . . . light intensity detector as interference intensity detection means, 79 . . . calculation circuit as calculation execution means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 多波長可干渉光源と、この多波長可干渉光源
から出射された多波長光束を複数の光束に分離
し、分離された各光束を微小スポツトに集束させ
て、対向する二つの面の間で微小間〓を形成する
被測定部の異なる複数の位置に照射させる微小ス
ポツト照射手段と、該被測定部の異なる複数の位
置の各々における二つの面からの反射光による生
ずる複数の干渉光について各波長成分ごとに分離
する波長分離手段と、上記被測定部とほぼ結像関
係にあり、上記複数の位置の各々における上記被
測定部を形成する二つの面以外の面からの反射光
を遮光し、上記波長分離手段で分離された複数の
干渉光の各々について各波長ごとの干渉光を通す
4つ以上の遮光手段と、該遮光手段の各々を通過
した複数の干渉光の各々について各波長ごとの干
渉光強度成分を干渉光強度信号として別々に検出
する4つ以上の干渉光強度検出手段と、該干渉光
強度検出手段の各々により、複数の干渉光に対応
させて、各波長ごとに検出される干渉光強度信号
の各々に対して、予め算出された各波長ごとの任
意の干渉光強度に対する間〓候補値の関係から共
通する微小間隔量を計算して上記被測定部の異な
る複数の位置での微小間隔について算出する微小
間隔算出手段とを備えたことを特徴とする微小間
隔測定装置。
1 A multi-wavelength coherent light source, a multi-wavelength light beam emitted from this multi-wavelength coherent light source, is separated into a plurality of light beams, each separated light beam is focused on a minute spot, and the light beam is focused between two opposing surfaces. A minute spot irradiation means for irradiating a plurality of different positions of a part to be measured forming a minute interval, and a plurality of interference lights generated by reflected light from two surfaces at each of a plurality of different positions of the part to be measured. a wavelength separation means that separates each wavelength component; and a wavelength separation means that is substantially in an image forming relationship with the part to be measured and blocks reflected light from surfaces other than the two surfaces forming the part to be measured at each of the plurality of positions. , four or more light shielding means for passing the interference light of each wavelength for each of the plurality of interference lights separated by the wavelength separation means, and for each wavelength of each of the plurality of interference lights that have passed through each of the light shielding means. Four or more interference light intensity detection means for separately detecting the interference light intensity components of the interference light intensity components as interference light intensity signals, and each of the interference light intensity detection means detects each wavelength in correspondence with a plurality of interference lights. For each of the interference light intensity signals to be measured, a common minute interval amount is calculated from the relationship between the pre-calculated interfering light intensity for each wavelength and the candidate value. 1. A micro-distance measuring device comprising: micro-distance calculation means for calculating micro-distances at positions.
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