(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物における微小ギャップを設けるための基板に一体形成した微小形状部となるスペーサ用突起の高さを光干渉法により測定する微小形状部の寸法測定方法において、前記微小形状部の少なくとも高さ方向を含む位置を検出する予備測定部と前記微小形状部の高さを白色光干渉法により測定する主測定部を一定の位置関係に設定し、測定時に、前記予備測定部により前記微小形状部を検出して当該微小形状部に対する位置決めを行うとともに、この後、前記主測定部を前記一定の位置関係に基づく設定距離だけ移動させ、前記主測定部を基準位置に位置させることにより前記微小形状部の高さ測定を行うことを特徴とする微小形状部の寸法測定方法。
【請求項２】
被測定物における微小ギャップを設けるための基板に一体形成した微小形状部となるスペーサ用突起の高さを光干渉法により測定する微小形状部の寸法測定装置において、前記微小形状部の少なくとも高さ方向を含む位置を検出する予備測定部と前記微小形状部の高さを白色光干渉法により測定する主測定部を一定の位置関係に設定した測定機構部と、前記予備測定部による前記微小形状部の検出により当該微小形状部に対する位置決めを行うとともに、前記主測定部を前記一定の位置関係に基づく設定距離だけ移動させることにより前記微小形状部の高さ測定を行う基準位置に位置させる移動機構部とを有する測定ユニットを備えてなることを特徴とする微小形状部の寸法測定装置。
【請求項３】
複数の被測定物を順次搬送し、かつ所定の測定位置で停止させる搬送機構部を備えることを特徴とする請求項２記載の微小形状部の寸法測定装置。
【請求項４】
前記搬送機構部の搬送方向に対する垂直方向に、前記測定ユニットを複数配列させて構成したことを特徴とする請求項３記載の微小形状部の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物における微小形状部の高さを光干渉法により測定する際に用いて好適な微小形状部の寸法測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物における微小形状部の形状を光干渉法により測定する方法（装置）は、特表平８−５０２８２８号公報，特表平９−５０３０６５号公報及び特開平１０−６２１３９号公報等で知られており、また、特に、微小形状部の高さを測定する方法（装置）としては、特開平８−３２７３２７号公報等で開示される高さ測定方法及び装置が知られている。
【０００３】
光干渉法（白色光干渉法）を用いた形状測定（高さ測定方法）では、まず、白色光光源から可干渉距離の短い白色光を二光束干渉光学系におけるハーフミラーに照射し、参照光と測定光に分けるとともに、この参照光と測定光を干渉させて干渉縞を発生させる。この際、測定光路と参照光路の距離が一致すれば、干渉縞の輝度は最大となるため、参照光路に対して測定光路の距離を相対的に変化させるとともに、発生する干渉縞を撮像し、画像処理により最大となる光路差を求めることにより、被測定物の三次元形状（Ｚ軸高さ）を測定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶表示器に用いるカラーフィルタでは、微小ギャップを設ける必要性から、基板上にスペーサ用突起を一体形成する。このスペーサ用突起は、通常、高さが５ミクロンメートル程度に形成され、また、数百ミクロンメートル程度の間隔で設けられるとともに、このスペーサ用突起の高さは、一定の公差に収める必要があるため、検査工程において高さの測定を行い、公差内に収まっているか否かをチェックしている。
【０００５】
しかし、このようなスペーサ用突起を生産ライン上で検査する場合、光干渉法を用いた従来の高さ測定方法及び装置では、光干渉法により測定を開始する基準位置を見つけることが容易でなく、通常は推定した位置へ移動させる方法に頼っている。このため、正確な位置を見つける確実性が小さく、結局、測定に時間がかかることによる測定能率の低下を招くとともに、測定時の自動化を確立することが容易でなく、量産性に劣るという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、測定時の自動化を容易にして量産性を高めるとともに、測定時間の短縮化により生産時の測定能率を高めることができる微小形状部の寸法測定方法及び装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る微小形状部の寸法測定方法は、被測定物Ｗにおける微小ギャップを設けるための基板Ｂに一体形成した微小形状部Ｗｓとなるスペーサ用突起Ｗｓｓの高さＨを光干渉法により測定するに際し、微小形状部Ｗｓの少なくとも高さ方向を含む位置を検出する予備測定部２と微小形状部Ｗｓの高さＨを白色光干渉法により測定する主測定部３を一定の位置関係に設定し、測定時に、予備測定部２により微小形状部Ｗｓを検出して当該微小形状部Ｗｓに対する位置決めを行うとともに、この後、主測定部３を一定の位置関係に基づく設定距離Ｌｓだけ移動させ、主測定部３を基準位置Ｐｓに位置させることにより微小形状部Ｗｓの高さ測定を行うようにしたことを特徴とする。
【０００８】
一方、本発明に係る微小形状部Ｗｓの寸法測定装置１は、被測定物Ｗにおける微小ギャップを設けるための基板Ｂに一体形成した微小形状部Ｗｓとなるスペーサ用突起Ｗｓｓの高さＨを光干渉法により測定する装置であって、微小形状部Ｗｓの少なくとも高さ方向を含む位置を検出する予備測定部２と微小形状部Ｗｓの高さＨを白色光干渉法により測定する主測定部３を一定の位置関係に設定した測定機構部Ｆｓと、予備測定部２による微小形状部Ｗｓの検出により当該微小形状部Ｗｓに対する位置決めを行うとともに、主測定部３を一定の位置関係に基づく設定距離Ｌｓだけ移動させることにより微小形状部Ｗｓの高さ測定を行う基準位置Ｐｓに位置させる移動機構部Ｆｍとを有する測定ユニットＭを備えてなることを特徴とする。
【０００９】
この場合、寸法測定装置１は、複数の被測定物Ｗ…を順次搬送し、かつ所定の測定位置で停止させる搬送機構部４を備えるとともに、搬送機構部４の搬送方向Ｔに対する垂直方向に、測定ユニットＭ…を複数配列させて構成することができる。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
まず、本実施例に係る寸法測定装置１の構成について、図１〜図５を参照して説明する。なお、実施例の被測定物Ｗは、液晶表示器に用いられるカラーフィルタの基板Ｂであり、微小形状部Ｗｓは、この基板Ｂ上に一体形成されたスペーサ用突起Ｗｓｓである。本実施例に係る寸法測定装置１（寸法測定方法）は、このようなスペーサ用突起Ｗｓｓに適用して、特に良好な結果
（効果）を期待することができる。
【００１２】
寸法測定装置１は、図１に示すように、測定機構部Ｆｓと移動機構部Ｆｍを有する測定ユニットＭを備える。また、測定機構部Ｆｓは、予備測定部２と主測定部３を備え、この予備測定部２と主測定部３は、結合部材５１を介して一体化し、両者間に一定の位置関係をもたせる。
【００１３】
予備測定部２は、微小形状部Ｗｓの少なくとも高さ方向を含む位置を検出する機能を備える。実施例の予備測定部２は、微小形状部Ｗｓに対して、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の位置を検出する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置は、予備測定部２に備えるＣＣＤカメラ１０により、被測定物Ｗを上方から撮像し、画像処理により座標点として検出する。また、Ｚ軸方向の位置は、測距センサ１１により上方から微小形状部Ｗｓまでの距離を測定する。この場合、Ｚ軸方向については、位置の測定時に、移動機構部Ｆｍを用いて測定ユニットＭをＺ軸方向に変位させ、フォーカシング処理を行うことにより高さ方向に対する位置決めを同時に行う。なお、後述する搬送機構部４における被測定物Ｗのセッティング位置（Ｘ軸方向位置）の設定と、被測定物Ｗに対する搬送量（Ｙ軸方向位置）の設定を行えば、予備測定部２におけるＸ軸方向とＹ軸方向の位置検出（位置決め）を不要にできる。この予備測定部２に用いるＣＣＤカメラ１０は、被測定物Ｗの傷や異物付着等の不良を検出する画像処理検査工程のＣＣＤカメラを兼用することができる。
【００１４】
一方、主測定部３は、微小形状部Ｗｓの高さＨを光干渉法により測定する機能を備える。実施例の主測定部３は、ミラウ式干渉計を用いたものであり、図１に示すように、ハロゲンランプを用いた白色光光源１２と、水平に対して４５°に傾斜させたハーフミラー１３と、このハーフミラー１３の横側方に配した照明レンズ１４と、白色光光源１２からの白色光を照明レンズ１４に対して水平方向から入射させる光ファイバ１５と、ハーフミラー１３の上方に配した結像レンズ１６と、ハーフミラー１３の下方に配した対物レンズ１７と、対物レンズ１７の下方に水平に配したハーフミラー１８と、このハーフミラー１８と対物レンズ１７間に配した微小ミラー１９と、測定光路（測定距離）を可変するピエゾアクチュエータ２０と、結像レンズ１６の上方に配したＣＣＤカメラ２１をそれぞれ備えて構成する。
【００１５】
他方、移動機構部Ｆｍは、予備測定部２による微小形状部Ｗｓの検出により当該微小形状部Ｗｓに対する位置決めを行うとともに、主測定部３を一定の位置関係に基づく設定距離Ｌｓだけ移動させることにより微小形状部Ｗｓの高さ測定を行う基準位置Ｐｓに位置させる機能を備える。即ち、移動機構部Ｆｍは、測定機構部ＦｓをＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動機構部２５と、このＸ軸方向移動機構部２５をＺ方向に移動させるＺ軸方向移動機構部２６と、このＺ軸方向移動機構部２６をＹ方向に移動させるＹ軸方向移動機構部２７をそれぞれ備え、これにより、測定機構部Ｆｓを、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させることができる。
【００１６】
さらに、３１は、コンピュータ処理機能を内蔵したコントローラであり、本実施例に係る寸法測定方法のためのシーケンス制御やデータ処理などを実行する。コントローラ３１は、測定機構部Ｆｓに関連して、ピエゾアクチュエータ２０を制御する位置制御部３２と、白色光光源１２を制御する光源制御部３３と、予備測定部２及びＣＣＤカメラ２１から得る信号を処理（画像処理）する信号処理部３４をそれぞれ備えるとともに、移動機構部Ｆｍに関連して、Ｘ軸方向移動機構部２５を駆動制御するＸ軸ドライバ部３５と、Ｚ軸方向移動機構部２６を駆動制御するＺ軸ドライバ部３６と、Ｙ軸方向移動機構部２７を駆動制御するＹ軸ドライバ部３７をそれぞれ備える。
【００１７】
また、コントローラ３１には、測定状態を監視するディスプレイ（モニター）を備える。図４及び図５には、ディスプレイにおける表示画面の一例を示す。図４は、主に、測定データ及びその測定データの判定結果等を示す表示画面Ｖ１であり、微小形状部ＷｓのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置をＸ−Ｙ座標で示すイメージデータ表示部４１，微小形状部ＷｓのＸ軸方向及びＺ軸方向の位置をＸ−Ｚ座標で示すイメージデータ表示部４２及び各種数値データを表示する数値データ表示部４３等を有するとともに、図５に示す表示画面Ｖ２には、微小形状部Ｗｓ（スペーサ用突起Ｗｓｓ）を三次元表示する立体表示部４４を有する。
【００１８】
このような測定機構部Ｆｓと移動機構部Ｆｍを有する測定ユニットＭは、図２に示すように、生産ラインを構成する搬送機構部４に付設して寸法測定装置１の全体を構成する。この場合、搬送機構部４は、横二列に配した複数の被測定物Ｗ…を順次搬送するとともに、所定の測定位置で停止させる機能を備える。また、測定ユニットＭ…は複数（実施例は四台）用意し、各測定ユニットＭ…を、搬送機構部４の搬送方向Ｔに対する垂直方向に配列させて設置する。測定ユニットＭ…を、このように複数配列させて構成すれば、さらなる量産性と測定能率の向上に寄与できる。
【００１９】
次に、本実施例に係る寸法測定方法を含む寸法測定装置１の動作（機能）について、図１〜図５及び図７を参照しつつ、図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００２０】
まず、搬送機構部４を制御することにより、被測定物Ｗ…を矢印Ｔで示す搬送方向へ搬送する（ステップＳ１）。そして、予め設定された測定位置で搬送を停止する（ステップＳ２，Ｓ３）。この場合、測定機構部Ｆｓは、Ｘ軸方向移動機構部２５により、図７に示す位置、即ち、予備測定部２により微小形状部Ｗｓを検出する検出位置Ｐｄにセットされるため、この位置において、微小形状部Ｗｓに対する検出処理を実行する（ステップＳ４）。なお、検出処理には、検出のみならず、検出結果に基づく微小形状部Ｗｓに対する測定機構部Ｆｓの位置決め処理が含まれる。
【００２１】
検出処理は、予備測定部２におけるＣＣＤカメラ１０により被測定物Ｗを上方から撮像し、画像処理により座標点としてＸ軸方向及びＹ軸方向における微小形状部Ｗｓの位置を検出する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を検出したなら、Ｘ軸ドライバ部３５及びＹ軸ドライバ部３７により、Ｘ軸方向移動機構部２５及びＹ軸方向移動機構部２７をそれぞれ駆動制御し、予備測定部２における測距センサ１１の検出中心が微小形状部Ｗｓの上端になるように変位させるとともに、Ｚ軸ドライバ部３６によりＺ軸方向移動機構部２６を駆動制御し、予備測定部２をＺ軸方向に変位させることによりフォーカシング処理を行う。なお、搬送機構部４における被測定物Ｗのセッティング位置（Ｘ軸方向位置）を設定するとともに、被測定物Ｗに対する搬送量（Ｙ軸方向位置）の設定を行えば、予備測定部２におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の位置検出（位置決め）は不要となる。
【００２２】
そして、予備測定部２による検出処理が終了したなら、Ｘ軸ドライバ部３５によりＸ軸方向移動機構部２５を駆動制御し、測定機構部Ｆｓを設定距離Ｌｓだけ移動させる（ステップＳ５，Ｓ６）。これにより、主測定部３は、微小形状部Ｗｓの高さＨを測定する基準位置Ｐｓまで変位する。この場合、予備測定部２と主測定部３は一定の位置関係により設定されているため、設定距離Ｌｓは、この一定の位置関係に基づいて設定、即ち、予備測定部２の検出中心と主測定部３の測定中心間の距離が設定距離Ｌｓとして設定される。
【００２３】
このように、予備測定部２を利用して測定機構部Ｆｓに対する少なくとも高さ方向（Ｚ軸方向）を含むＸ軸方向及びＹ軸方向の位置決めを行えば、Ｘ軸方向移動機構部２５により測定機構部Ｆｓを単に設定距離Ｌｓだけ移動させるのみで、主測定部３を、微小形状部Ｗｓの高さ測定を行うための基準位置Ｐｓに容易かつ確実にセットすることができる。
【００２４】
主測定部３が基準位置Ｐｓにセットされたなら、主測定部３により微小形状部Ｗｓの高さを測定する測定処理を実行する（ステップＳ７）。測定時には、白色光光源１２の白色光が、光ファイバ１５，照明レンズ１４及びハーフミラー１３を介して対物レンズ１７に入射する。白色光は対物レンズ１７により集束されるが、ハーフミラー１８により半分の光量が反射されて微小ミラー１９に入射するとともに、残りの半分の光量は、ハーフミラー１８を透過して下方へ出射する。また、微小形状部Ｗｓを反射した光と微小ミラー１９を反射した光は、再びハーフミラー１８に戻り、ここで干渉縞が発生する。干渉縞の輝度が最も大きくなるのはハーフミラー１８から微小ミラー１９までの距離と微小形状部Ｗｓ上で反射した光の光路長が一致する場合である。この際、光の波長に拘わらずに位相が一致するため、最も輝度の大きい干渉縞が発生するとともに、他方、一致点から離れることにより、光の波長ごとに位相差が大きくなるため、干渉縞の輝度（干渉強度）が急速に小さくなる。
【００２５】
したがって、基準位置Ｐｓに着目して、対物レンズ１７を連続的に光軸方向に動かせば、図３に示す干渉縞の強度曲線Ｋが得られる。即ち、干渉縞は結像レンズ１６によりＣＣＤカメラ２１上に結像するため、コントローラ３１によりピエゾアクチュエータ２０を制御し、対物レンズ１７を光軸方向へ間欠的に微小量移動させることにより画像を取り込めば、干渉縞の輝度データがコントローラ３１におけるメモリに記憶され、一定の間隔でサンプリングした図３に示す強度曲線Ｋが得られる。よって、サンプリングしたデータから干渉中心点を求め、これを二次元的に捕らえれば、微小形状部Ｗｓの高さＨを高精度で測定することができる。
【００２６】
このような処理は、図２に示す各測定ユニットＭ…毎に独立して並行処理が可能である。そして、各被測定物Ｗ…は、搬送機構部４により順次搬送され、同様の測定処理が繰り返して行われる（ステップＳ８，Ｓ９）。よって、このような微小形状部Ｗｓの寸法測定方法（寸法測定装置１）によれば、予備測定部２を利用して微小形状部Ｗｓに対する主測定部３の位置決めを正確かつ迅速に行うことができるため、測定時の自動化を容易にして量産性を高めることができるとともに、測定時間の短縮化により生産時の測定能率を高めることができる。
【００２７】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。
【００２８】
例えば、光干渉法を用いた光干渉計としてミラウ式干渉計を例示したが、リニック式干渉計やトワイマングリーン式干渉計等の他の光干渉計を排除するものではない。さらに、検出処理の段階でフォーカシング処理を行ったが、距離を測定し、移動させた後に、測定結果に基づいて高さを補正するなど、本発明の効果を失わない以上、細部の処理手順等の変更は任意である。
【００２９】
一方、上述した実施例は、Ｘ軸方向移動機構部２５を用いて測定機構部Ｆｓを移動させる場合を示したが、図８に示すように、回転駆動部６１を利用し、この回転駆動部６１の回転シャフト６２に固定したベース部６３に、同様の予備測定部２と主測定部３を取付け、矢印Ｒで示す方向へ一定角度範囲回転させても同様に実施できる。
【００３０】
【発明の効果】
このように、本発明に係る微小形状部の寸法測定方法（寸法測定装置）は、被測定物における微小ギャップを設けるための基板に一体形成した微小形状部となるスペーサ用突起の高さを光干渉法により測定するに際し、微小形状部の少なくとも高さ方向を含む位置を検出する予備測定部と微小形状部の高さを白色光干渉法により測定する主測定部を一定の位置関係に設定し、測定時に、予備測定部により微小形状部を検出して当該微小形状部に対する位置決めを行うとともに、この後、主測定部を一定の位置関係に基づく設定距離だけ移動させ、主測定部を基準位置に位置させることにより微小形状部の高さ測定を行うようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００３１】
（１）  予備測定部を利用して、微小形状部に対する主測定部の位置決めを正確かつ迅速に行うことができるため、測定時の自動化を容易にして量産性を高めることができるとともに、測定時間の短縮化により生産時の測定能率を高めることができ、特に、微小ギャップを設けるための基板に一体形成したスペーサ用突起の測定に適用して、良好な結果を期待できる。
【００３２】
（２）  好適な実施の形態により、複数の被測定物を順次搬送し、かつ所定の測定位置で停止させる搬送機構部を設けるとともに、搬送機構部の搬送方向に対する垂直方向に、測定ユニットを複数配列させて構成すれば、さらなる量産性と測定能率の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施例に係る寸法測定装置の模式的正面構成図、
【図２】  同寸法測定装置の搬送機構部を含む全体の模式的平面構成図、
【図３】  光干渉法を用いた場合に発生する干渉縞の強度曲線図、
【図４】  同寸法測定装置に備えるディスプレイの表示画面図、
【図５】  同寸法測定装置に備えるディスプレイの他の表示画面図、
【図６】  本発明の好適な実施例に係る寸法測定方法による処理手順を示すフローチャート、
【図７】  同寸法測定装置の測定機構部を検出位置にセットした状態の模式的正面構成図、
【図８】  本発明の変更実施例に係る寸法測定装置の一部を示す模式的平面構成図、
【符号の説明】
１      寸法測定装置
２      予備測定部
３      主測定部
４      搬送機構部
Ｗ      被測定物
Ｗｓ    微小形状部
Ｗｓｓ  スペーサ用突起
Ｈ      微小形状部の高さ
Ｌｓ    設定距離
Ｐｓ    基準位置
Ｂ      基板
Ｆｓ    測定機構部
Ｆｍ    移動機構部
Ｍ      測定ユニット
Ｔ      搬送方向
【図１】
0003670627.tif 000002
【図２】
0003670627.tif 000003
【図３】
0003670627.tif 000004
【図４】
0003670627.tif 000005
【図５】
0003670627.tif 000006
【図６】
0003670627.tif 000007
【図７】
0003670627.tif 000008
【図８】
0003670627.tif 000009