(57)【要約】【課題】測定対象物の膜材質の屈折率が既知かどうかに関わらず、不明瞭な境界領域を残さずに、装置が複雑になる膜厚分布を測定することなく、高精度に、直接、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を可能にすること【解決手段】共焦点光学系による形状測定を用いる形状と材質の測定方法であり、共焦点光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、共焦点光学系内で光軸方向に相対移動させることで、被測定物の測定面に対する合焦位置に配置されたピンホールを通過する光量の極大値の発生の回数を数えることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共焦点光学系による形状測定を用いる形状と材質の測定方法であり、
共焦点光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、共焦点光学系内で光軸方向に相対移動させることで、被測定物の測定面に対する合焦位置に配置されたピンホールを通過する光量の極大値の発生の回数を数え、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行うことを特徴とする形状と材質の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状と材質の測定方法に関するものであり、特に、紙の上に部分的にトナーを積層したハーフトーン印字物のように、測定対象が積層された膜から成る場合に、測定領域の表面材質の分類を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層された膜から成る表面を共焦点光学系で形状測定し、測定領域の材質を分離する第１の方法として、共焦点光学系による形状データと、形状測定領域の濃度画像情報に基づいて領域を２値化或いは多値化したデータを組み合わせることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う方法がある。
【０００３】
第２の方法として、共焦点光学系による形状データを用い、高さ情報の閾値に基づいて領域を２値化或いは多値化したデータを組み合わせることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う方法がある。
【０００４】
第３の方法として、特許文献１に、レーザ光源から放射されたレーザ光をビーム走査手段により寸法が測定される微細パターン上に照射して走査し、該パターンからの反射光強度変化を検出して該微細パターンの寸法を測定する方法が開示されている。
【０００５】
上記測定方法においては、前記微細パターンが基板部に対して段差と共に斜面部を有する形状の場合、基板部とパターン部からの反射光強度が等しくなるように照射レーザ光の焦点位置を制御し、その焦点位置でパターン上を走査して反射光強度信号を作成し、該反射光強度信号の極値強度位置を検出してパターン斜面部の中央位置を検出すると共に、前記反射光強度信号の極値強度の大きさを検出し、予め設定された極値強度とパターン斜面幅の関係を表す参照データによりパターン斜面幅を検出し、前記斜面中央位置と斜面幅の２つのデータからパターンのエッジ位置を検出して微細パターンの寸法を測定する。
【０００６】
第４の方法として、測定領域の材質を分離する第２の方法としては、特許文献２には、低コヒーレンス光干渉測定手段と、共焦点光学測定手段とを具備し、測定対象物の屈折率と厚さを同時測定する装置があり、膜厚分布を求めて、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う方法が開示されている。
第５の方法として、白色干渉形状測定による形状データを用い、形状測定領域の濃度画像情報や高さ情報の閾値に基づいて領域を２値化或いは多値化したデータを組み合わせることで測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う方法がある。
【０００７】
【特許文献１】特願平６−１２５８号明細書
【特許文献２】特開２００１−１４１６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記背景技術の第１の方法では、紙の上に透明なトナーが印字された領域と、紙面とを分離できないという問題があった。又、形状測定領域の濃度画像を取得する必要があり、共焦点光学系による形状測定器で、形状測定領域の濃度画像を取得することができず、形状測定領域近傍の濃度画像を別の画像取得手段で取得するため、形状測定領域と濃度測定領域が一致しないという問題があった。このため、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う場合、境界領域が不明瞭になるという問題があった。
【０００９】
上記背景技術の第２の方法では、境界領域の積層膜厚が緩やかに変化する場合、高さ情報の閾値の設定誤差による領域分離誤差が大きく、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類誤差が大きいという問題があった。例えば、表面粗さと膜厚が同程度の場合、形状から領域の分離ができないという問題があった。
【００１０】
又、形状データを測定後に２値化するため、時間が掛かるという問題があり、測定直後に領域分離したデータを利用できないという問題があった。
【００１１】
上記背景技術の第３の方法は、紙の上に部分的にトナーを積層したハーフトーン印字物のように、測定対象が積層された膜から成る場合に測定領域の反射光は、膜の上面と下面の反射光が混在するため、反射光強度信号の極値強度位置の検出が困難であり、その適用範囲は、基板上のパターン部が金属表面の材質の場合に限定されるという問題があった。
【００１２】
上記背景技術の第４の方法では、２種類の光学測定手段を用いなければならないため、装置が複雑になるという課題があった。
【００１３】
上記背景技術の第５の方法では、白色干渉形状計測の結果から測定領域の表面材質の分類を行うと、光軸に水平方向の測定の横解像度が不足する場合があるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、測定対象物の膜材質の屈折率が既知かどうかに関わらず、不明瞭な境界領域を残さずに、装置が複雑になる膜厚分布を測定することなく、高精度に、直接、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を達成するため、共焦点光学系による形状測定を用い、共焦点光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、共焦点光学系内で光軸方向に相対移動させることで、被測定物の測定面に対する合焦位置に配置されたピンホールを通過する光量の極大値の発生の回数を数え、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行うことを特徴とする。
【００１６】
又、共焦点光学系による形状測定時に、共焦点光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、共焦点光学系内で光軸方向に相対移動させることで、被測定物の測定面に対する合焦位置に配置されたピンホールを通過する光量の極大値の発生の回数を測定面内の各測定位置ごとに数え、発生回数により、その位置の膜の数を決定し、少なくとも膜の有無と膜の数のどちらか１つにより、表面材質の分類を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定対象物の膜材質の屈折率が既知かどうかに関わらず、不明瞭な境界領域を残さずに、装置が複雑になる膜厚分布を測定することなく、高精度に直接、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第一の実施形態について、図を用いて説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１の処理の流れを説明するための図、図２は本実施の形態の測定対象物を説明する図、図３は本実施の形態の共焦点光学系を説明するための図、図４は本実施の形態の観測される光量の状態を説明する図である。
【００２０】
図１に示すように、共焦点光学系で測定対象物からの反射光データを取得する。測定対象物は、図２に示すように、白紙の上に離散的にトナーを印字したハーフトーン印字物である。
【００２１】
反射光データの取得の詳細を図３に示す。
【００２２】
レーザ光源から出た光は、コリメータレンズを介して平行光となり、ビームスプリッタ、対物レンズ１を介して、測定対象物の測定面上に至る。測定対象物の測定面は対物レンズ１の光軸に対して光軸に垂直になるように設置し、測定対象物をピエゾステージで下から上へ動かし、測定面上の各点の反射光をビームスプリッタ、対物レンズ２、ピンホールを介して光量センサで受光し、反射光量が極大となるピエゾステージの位置を求める。
【００２３】
この動作は、光軸と垂直面内に移動方向を有するＸＹステージで面内移動させ、測定面上の各点で行う。
【００２４】
図４に、観測される反射光量の状態を示す。
【００２５】
図４Ａは、図２のＡ点を測定する場合に対応し、測定対象物の紙の表面が大気に対して露出している場合に観測される反射光量の状態を説明する図であり、反射光量の極大値は、紙と大気との境界面で１回だけ発生し、ピエゾステージの送りで測定対象物を上下動させても層の境界の数が１回しか観測されないことを示す。
【００２６】
図４Ｂは、図２のＢ点を測定する場合に対応し、測定対象物の紙の表面にトナーが載っている場合に観測される反射光量の状態を説明する図であり、反射光量の極大値は、トナーと大気との境界面で先ず発生し、続いて、トナーと紙との境界面で発生するため、ピエゾステージの送りで測定対象物を上下動させて層の境界の数が２回観測されることを示す。
【００２７】
測定対象物をピエゾステージで下から上へ動かしながら、反射光量の極大値を測定するため、この各点の最初に現れる反射光量の極大値は、表面形状に対応し、形状データはピエゾステージ送り位置ａとｂで求められる。
【００２８】
従って、図１に示すように、形状測定部で反射光量の極大値が発生した時のピエゾステージの位置情報から、測定対象物の測定面の形状を求めることと平行して、層の数のカウンターによって発生した反射光量の極大値の数から層の境界の数が数えられる。
【００２９】
＜実施の形態２＞
図５は、本発明の実施の形態2の観測される光量の状態を説明する図である。
【００３０】
実施の形態１との違いは、測定対象物をピエゾステージで上から下へ動かしながら、反射光量の極大値を測定するため、測定各点の最後に現れる反射光量の極大値が、表面形状に対応し、形状データはピエゾステージ送り位置ａとｃで求められることである。
【００３１】
＜実施の形態３＞
図６は本発明の実施の形態３の共焦点光学系を説明するための図である。実施の形態1例との違いは、ピエゾステージで対物レンズ１を移動させることである。
【００３２】
図７は本実施の形態の測定対象物を説明する図である。
【００３３】
図示するように、測定対象物の測定領域は、紙が露出した領域ａ、紙の上にトナー層が１層形成された領域ｂ、紙の上にトナー層が２層形成された領域ｃから成る。各トナー層と厚みは、互いにほぼ等しくなるように作製されている。
【００３４】
図８は、図６の共焦点光学系で対物レンズ１を上から下に動かして、図７の測定対象物を測定した場合に観測される光量の状態を説明する図であり、図７の領域ａ、ｂ、ｃの光量の測定状態は、それぞれ図８のＡ、Ｂ、Ｃに対応する。
【００３５】
図８Ａに示すように、紙が露出した領域ａだけは、光量極大値の数が１個だけであり、従って、紙の表面とトナーの表面とは分離される。
【００３６】
一方、図８Ｃは、マゼンダとシアンの境界で屈折率の差が殆ど無いため、境界での反射光量の極大値は観測されないが、２の極大値の発生間隔であるピエゾ送り量の違いから、図７の領域ｂと領域ｃの材質を分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１の処理の流れを説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１の測定対象物を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１の共焦点光学系を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の観測される光量の状態を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態２の観測される光量の状態を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態３の共焦点光学系を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３の測定対象物を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態３の観測される光量の状態を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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