(57)【要約】      （修正有）【課題】演算処理の負荷を高めることなく段差高さを正確に計測可能な段差測定装置、段差測定方法、段差測定プログラムおよび機器を提供する。【解決手段】測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定装置であって、投光部１１と、受光部１２と、測定制御部と、演算部と、を備え、測定制御部は、測定対象物Ｗの表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、基準点からの段差高さの測定位置である測定点と、平面部上に位置する３箇所の参照点と、を少なくとも含む形状データを取得し、演算部は、３箇所の参照点を含む平面方程式により平面部の平面を規定し、規定された平面における測定点の平面位置と形状データにおける基準点との高さ方向のズレ量を算出し、形状データにおける基準点と測定点との高さの差をズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する。【選択図】図１
2019060812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定装置であって、
前記測定対象物に測定光を照射する投光部と、
前記測定対象物からの反射光を受光する受光部と、
前記投光部および前記受光部による測定を実行し前記測定対象物の表面形状を示す形状データを取得する測定制御部と、
前記測定制御部で測定された形状データに基づいて前記段差の高さを算出する演算部と、
を備え、
前記測定制御部は、前記測定対象物の表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、前記基準点からの段差高さの測定位置である測定点と、前記平面部上に位置する３箇所の参照点と、を少なくとも含む前記形状データを取得し、
前記演算部は、
前記３箇所の参照点を含む平面方程式により前記平面部の平面を規定し、
規定された前記平面における前記測定点の平面位置と前記形状データにおける前記基準点との高さ方向のズレ量を算出し、
前記形状データにおける前記基準点と前記測定点との高さの差を前記ズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する、
段差測定装置。
【請求項２】
前記３箇所の参照点のうちのいずれか１つを前記基準点とする、請求項１に記載の段差測定装置。
【請求項３】
前記３箇所の参照点を、平面視で前記測定点を囲む位置に設定する、請求項１または２に記載の段差測定装置。
【請求項４】
前記測定対象物の段差は、前記測定対象物の前記平面部に隣接し下側へ凹む凹部の深さである、請求項１から３のいずれか１項に記載の段差測定装置。
【請求項５】
前記測定対象物を前記投光部および前記受光部に対して相対移動させるステージ装置を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の段差測定装置。
【請求項６】
前記ステージ装置は、複数の前記測定対象物を保持するパレットを支持可能であり、
前記パレット上の前記測定対象物の表面の段差を順次測定可能である、
請求項５に記載の段差測定装置。
【請求項７】
測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定方法であって、
前記測定対象物に投光部から測定光を照射する工程と、
前記測定対象物からの反射光を受光部で受光する工程と、
前記受光部から出力される測定データに基づいて、前記測定対象物の表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、前記基準点からの段差高さの測定位置である測定点と、前記平面部上に位置する３箇所の参照点と、を少なくとも含む前記測定対象物の形状データを取得する工程と、
前記３箇所の参照点を含む平面方程式により前記平面部の平面を規定し、規定された前記平面における前記測定点の平面位置と前記形状データにおける前記基準点との高さ方向のズレ量を算出し、前記形状データにおける前記基準点と前記測定点との高さの差を前記ズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する工程と、
を有する、段差測定方法。
【請求項８】
測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定プログラムであって、
前記測定対象物に投光部から測定光を照射する機能と、
前記測定対象物からの反射光を受光部で受光する機能と、
前記受光部から出力される測定データに基づいて、前記測定対象物の表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、前記基準点からの段差高さの測定値である測定点と、前記平面部上に位置する３箇所以上の参照点と、を少なくとも含む形状データを取得する機能と、
前記３箇所の参照点を含む平面方程式により前記平面部の平面を規定し、規定された前記平面における前記測定点の平面位置と前記形状データにおける前記基準点との高さ方向のズレ量を算出し、前記形状データにおける前記基準点と前記測定点との高さの差を前記ズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する機能と、
をコンピュータに実現させる、段差測定プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体または記録した機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段差測定装置、段差測定方法、段差測定プログラム、機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の表面に光を照射して反射光を計測することにより、測定対象物の各種寸法を計測する光学式変位計が知られる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７０８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の変位計では、測定対象物の位置ずれを補正するために、全体の基準となるプロファイル（マスタプロファイル）を用いていた。この場合、測定毎に測定されたプロファイルとマスタプロファイルとの差分を演算する必要があり、多数の測定対象物を次々と測定するインライン測定には不向きであった。
【０００５】
本発明の一態様は、演算処理の負荷を高めることなく段差高さを正確に計測可能な段差測定装置、段差測定方法、段差測定プログラムおよび機器を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定装置であって、前記測定対象物に測定光を照射する投光部と、前記測定対象物からの反射光を受光する受光部と、前記投光部および前記受光部による測定を実行し前記測定対象物の表面形状を示す形状データを取得する測定制御部と、前記測定制御部で測定された形状データに基づいて前記段差の高さを算出する演算部と、を備え、前記測定制御部は、前記測定対象物の表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、前記基準点からの段差高さの測定位置である測定点と、前記平面部上に位置する３箇所の参照点と、を少なくとも含む前記形状データを取得し、前記演算部は、前記３箇所の参照点を含む平面方程式により前記平面部の平面を規定し、規定された前記平面における前記測定点の平面位置と前記形状データにおける前記基準点との高さ方向のズレ量を算出し、前記形状データにおける前記基準点と前記測定点との高さの差を前記ズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する、段差測定装置が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定方法であって、前記測定対象物に投光部から測定光を照射する工程と、前記測定対象物からの反射光を受光部で受光する工程と、前記受光部から出力される測定データに基づいて、前記測定対象物の表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、前記基準点からの段差高さの測定位置である測定点と、前記平面部上に位置する３箇所の参照点と、を少なくとも含む前記測定対象物の形状データを取得する工程と、前記３箇所の参照点を含む平面方程式により前記平面部の平面を規定し、規定された前記平面における前記測定点の平面位置と前記形状データにおける前記基準点との高さ方向のズレ量を算出し、前記形状データにおける前記基準点と前記測定点との高さの差を前記ズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する工程と、を有する、段差測定方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、測定対象物の表面に位置する段差の高さを測定する段差測定プログラムであって、前記測定対象物に投光部から測定光を照射する機能と、前記測定対象物からの反射光を受光部で受光する機能と、前記受光部から出力される測定データに基づいて、前記測定対象物の表面のうち、段差測定の基準となる平面部上に位置する基準点と、前記基準点からの段差高さの測定値である測定点と、前記平面部上に位置する３箇所以上の参照点と、を少なくとも含む形状データを取得する機能と、前記３箇所の参照点を含む平面方程式により前記平面部の平面を規定し、規定された前記平面における前記測定点の平面位置と前記形状データにおける前記基準点との高さ方向のズレ量を算出し、前記形状データにおける前記基準点と前記測定点との高さの差を前記ズレ量により補正した値を、段差高さとして算出する機能と、をコンピュータに実現させる、段差測定プログラムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、演算処理の負荷を高めることなく段差高さを正確に計測可能な段差測定装置、段差測定方法、段差測定プログラムおよび機器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態の段差測定装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の段差測定装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、実施形態の段差測定方法のフロー図である。
【図４】図４は、レーザ測定器による形状測定工程の説明図である。
【図５】図５は、測定対象物の一例を示す平面図および部分断面図である。
【図６】図６は、段差測定装置により得られる三次元測定イメージを示す図である。
【図７】図７は、測定対象物ＷがパレットＰ上で傾いている状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、鉛直方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向であって図１の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方と直交する方向とする。
【００１２】
図１は、本実施形態の段差測定装置を示す斜視図である。図２は、本実施形態の段差測定装置の機能ブロック図である。
本実施形態の段差測定装置１００は、図１に示すように、レーザ測定器１０と、レーザ測定器１０および測定対象物Ｗを支持し、レーザ測定器１０と測定対象物Ｗとを相対移動させるステージ装置２０と、タッチパネル付きの表示部３０と、を備える。レーザ測定器１０は、測定対象物Ｗに測定光を照射する投光部１１と、測定対象物Ｗからの反射光を受光する受光部１２とを有する。本実施形態の場合、投光部１１は、光切断法により形状データを取得するためのライン状のレーザ光を測定対象物Ｗに照射する。
【００１３】
ステージ装置２０は、ワークステージ部２１と、ヘッドステージ部２２とを有する。ワークステージ部２１は、ステージ装置２０の下部に位置し、複数の測定対象物Ｗを保持するパレットＰを支持する。ワークステージ部２１は、パレットＰを水平方向に移動させる。ヘッドステージ部２２は、ステージ装置２０の上部に位置し、レーザ測定器１０を支持する。ヘッドステージ部２２は、レーザ測定器１０を水平方向および鉛直方向に移動させる。上記の構成により、段差測定装置１００は、パレットＰ上の複数の測定対象物Ｗの段差を順次測定可能であり、インライン検査に好適に使用できる。
【００１４】
図２に示すように、段差測定装置１００は、装置制御部５０を備える。装置制御部５０は、レーザ測定器１０、ステージ装置２０、および表示部３０と接続され、これらを総合的に制御する。本実施形態の場合、装置制御部５０は、外部サーバ２００と通信可能である。装置制御部５０は、主制御部、記憶部、作業記憶部、通信部等のハードウェアを含むコンピュータである。
【００１５】
装置制御部５０は、レーザ測定器１０およびステージ装置２０を制御する測定制御部５１と、レーザ測定器１０により取得される形状データを処理する演算部５２と、タッチパネル付き表示部３０に画像を表示する表示制御部５３と、タッチパネル付き表示部３０のタッチパネルからの操作入力を受け付ける操作入力部５４と、を有する。
【００１６】
測定制御部５１は、レーザ測定器１０の通信部１３と通信可能に接続される。測定制御部５１は、通信部１３に対して、投光部１１および受光部１２を動作させる制御信号を出力する。測定制御部５１は、通信部１３を介して、受光部１２により取得された測定データを取得する。測定制御部５１は、ステージ装置２０に、測定対象物Ｗおよびレーザ測定器１０の位置制御情報に基づく制御信号を出力する。
【００１７】
演算部５２は、測定制御部で測定された形状データに基づいて、測定対象物Ｗの段差の高さを算出する。
タッチパネル付き表示部３０は、測定対象物Ｗを測定して得られた形状データに基づく画像、および上記画像データを用いた段差計測処理の結果を表示する。タッチパネル付き表示部３０には、装置制御部５０の動作状態が表示され、使用者は、タッチパネル付き表示部３０のタッチパネルを操作することにより、メニュー選択操作、表示画像の操作等の操作入力が可能である。段差測定装置１００は、タッチパネルと表示パネルとを別々の機器として備えていてもよい。
【００１８】
図３は、本実施形態の段差測定方法のフロー図である。図４は、レーザ測定器による形状測定工程の説明図である。図５は、測定対象物の一例を示す平面図および部分断面図である。図６は、段差測定装置により得られる三次元測定イメージを示す図である。
【００１９】
段差測定装置１００を用いる段差測定方法は、図３に示す工程Ｓ１〜Ｓ４を含む。
工程Ｓ１は、測定対象物Ｗの形状を測定する工程である。
工程Ｓ１において、段差測定装置１００は、図４に示すように、レーザ測定器１０により測定対象物Ｗの表面形状を測定する。
【００２０】
具体的に、装置制御部５０は、測定制御部５１から通信部１３に制御信号を出力し、レーザ測定器１０の投光部１１から測定対象物Ｗに測定光Ｌを照射する工程と、測定対象物Ｗからの反射光を受光部１２で受光する工程と、を実行する。このとき、測定制御部５１は、ステージ装置２０に制御信号を出力し、ワークステージ部２１により測定対象物Ｗを−Ｘ方向に移動させる。これにより、投光部１１から照射される測定光Ｌは、測定対象物Ｗの表面をＸ方向に走査され、受光部１２は一定間隔で反射光をサンプリングし、測定対象物Ｗの表面形状の測定データを生成する。通信部１３は、受光部１２で得られた測定データを測定制御部５１に送信する。
【００２１】
段差測定装置１００における測定対象物Ｗは、小型アクチュエータなどの長さ数ｍｍ〜数ｃｍの電子部品である。測定対象物Ｗは、例えば図５に示すように、直方体状の筐体７１と、筐体７１内に収容された本体部７２とを有する。測定対象物Ｗは、筐体７１の上面に、段差測定の基準となる平面部７１ｓを有する。測定対象物Ｗは、平面部７１ｓの中央部に、筐体７１の長手方向に並んだ２箇所の凹部Ｔ１、Ｔ２を有する。
【００２２】
凹部Ｔ１および凹部Ｔ２は、図５右側の部分断面図に示すように、筐体７１を上下方向に貫通する貫通孔７３を有する。貫通孔７３の内部に本体部７２の上面が露出する。本実施形態では、凹部Ｔ１、Ｔ２は、貫通孔７３を側面の一部とし、貫通孔７３の内部に露出する本体部７２の上面を底面とする凹部である。
段差測定装置１００は、凹部Ｔ１、Ｔ２の段差高さとして、筐体７１の平面部７１ｓの中央に設定した基準点Ｐ０から、凹部Ｔ１、Ｔ２の底面の測定点Ｔｐまでの上下方向の距離を測定する。
【００２３】
工程Ｓ１において、測定制御部５１は、図５に示す基準点Ｐ０と、測定点Ｔｐを含む凹部Ｔ１、Ｔ２と、平面部７１ｓに含まれる３箇所の参照点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含む測定対象物Ｗの表面領域を、レーザ測定器１０により測定する。レーザ測定器１０は、基準点Ｐ０、測定点Ｔｐ、参照点Ｐ１〜Ｐ３の位置情報を含む測定データを、測定制御部５１に送信する。装置制御部５０は、測定制御部５１において取得された測定データを、測定対象物Ｗの形状データとして装置制御部５０の記憶部に記憶する。本実施形態の場合、図５に示す測定対象物Ｗを測定することにより、図６に示す三次元測定イメージを構成可能な形状データが得られる。
【００２４】
図３に示す工程Ｓ２では、測定制御部５１を介して取得された形状データに基づき、平面部７１ｓが特定される。演算部５２は、記憶部から測定対象物Ｗの形状データを取得し、形状データに含まれる３箇所の参照点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置情報を用いた平面方程式により、測定対象物Ｗ上の平面部７１ｓを特定する。
【００２５】
本実施形態では、図５に示すように、３箇所の参照点Ｐ１〜Ｐ３を、平面視で測定点Ｔｐ（凹部Ｔ１、Ｔ２）を囲む位置に設定する。これにより、平面部７１ｓのうちでも、凹部Ｔ１、Ｔ２とその近傍の領域における平面を、３箇所の参照点Ｐ１〜Ｐ３に基づいて特定できるため、平面部７１ｓの傾きに基づく段差高さの補正をより精度よく行える。
【００２６】
工程Ｓ３では、工程Ｓ２で演算部５２により特定された平面部７１ｓと、形状データにおける基準点Ｐ０との高さ方向のズレ量を算出する。
ここで図７は、測定対象物ＷがパレットＰ上で傾いている状態を示す概略図である。測定対象物Ｗが水平方向に対して傾いている場合、形状データから直接得られる凹部Ｔ１の深さ（段差高さ）は、基準点Ｐ０と測定点Ｔｐとの高さ位置の差である。したがって、図７に示すように、基準点Ｐ０から凹部Ｔ１に向かうに従って上側へ傾斜する方向に測定対象物Ｗが傾いている場合、形状データにおける高さ位置の差として得られる凹部Ｔ１の深さｈは、実際の凹部Ｔ１の深さよりも大きくなる。
【００２７】
上記の凹部Ｔ１の深さの値の相違は、測定対象物Ｗが傾いていることにより、平面部７１ｓと、基準点Ｐ０を通る水平面Ｈ０がずれることに起因する。工程Ｓ３では、測定点Ｔｐの高さ方向の基準点を、水平面Ｈ０内の基準位置Ｔｐ０から、平面部７１ｓの平面内の基準位置Ｔｐ１に補正するためのズレ量Δｈを算出する。
【００２８】
演算部５２は、工程Ｓ２で特定された平面部７１ｓにおいて、測定点Ｔｐの平面位置（ＸＹ座標）における基準位置Ｔｐ１の高さ位置（Ｚ座標）を取得する。演算部は、基準位置Ｔｐ１の高さ位置と、基準点Ｐ０の高さ位置との差を、基準点Ｐ０の高さ方向のズレ量Δｈとして算出する。
【００２９】
工程Ｓ４では、凹部Ｔ１の深さを、工程Ｓ３で得られたズレ量Δｈにより補正する。具体的に、演算部５２は、形状データから算出される凹部Ｔ１の深さ（測定点Ｔｐと基準点Ｐ０の高さ位置の差）を、ズレ量Δｈにより補正する。本実施形態の場合、形状データから得られる凹部Ｔ１の深さｈは、実際の深さよりも大きい値になっているため、凹部Ｔ１の深さｈからズレ量Δｈを減算する。これにより、凹部Ｔ１の実際の深さ（ｈ−Δｈ）が得られる。
【００３０】
本実施形態では、基準点Ｐ０の他に、３箇所の参照点Ｐ１〜Ｐ３を設定することとしたが、３箇所の参照点Ｐ１〜Ｐ３のうちのいずれか１つを、段差高さの基準点としてもよい。この場合、基準点を必ず含む平面を平面方程式により特定できるため、基準点のズレ量Δｈに基づく凹部Ｔ１、Ｔ２の深さの補正をより精度よく行える。したがって、凹部Ｔ１、Ｔ２の深さに相当する段差高さを精度よく測定できる。
【００３１】
以上に説明した本実施形態の段差測定装置１００によれば、凹部Ｔ１、Ｔ２の深さ測定、すなわち段差高さの測定において、測定対象物Ｗが傾いている場合にも、平面方程式を用いて特定した平面に基づいて、測定対象物Ｗの傾きに起因する測定点Ｔｐと基準点Ｐ０との高さ方向のズレ量Δｈを取得し、凹部Ｔ１、Ｔ２の深さを補正するので、測定対象物Ｗの傾きによる測定値のずれを小さくでき、高精度の段差高さ測定が可能である。本実施形態において、段差測定と傾き補正には、最低４点の位置情報を含む形状データがあればよいため、演算負荷が低く、インライン測定に好適である。
【００３２】
本実施形態の段差測定装置１００の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行することにより処理を行なってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含む。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含む。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持する態様を含む。
【００３３】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現する構成であってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できる構成、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１１…投光部、１２…受光部、２０…ステージ装置、５１…測定制御部、５２…演算部、７１ｓ…平面部、１００…段差測定装置、ｈ…深さ、Ｌ…測定光、Ｐ…パレット、Ｐ０…基準点、Ｐ１…参照点、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…工程、Ｔ１，Ｔ２…凹部、Ｔｐ…測定点、Ｗ…測定対象物
【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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