(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の形状および表面を測定または検査する形状等測定装置であって、
広帯域光を出力する照明装置と、
この照明装置から出力された前記広帯域光を前記対象物の表面に照射し、この対象物の表面からの反射光を分岐させて二つの光路に導く光学系と、
この光学系で分岐させた反射光をそれぞれ撮像する二つの撮像装置と、
を備え、
前記光学系は、前記二つの撮像装置の各撮像面にそれぞれ反射光を結像させる結像レンズを有し、
前記二つの撮像装置における一方の撮像装置の撮像面を、前記一方の撮像装置に対応する結像レンズの焦点位置に配置し、他方の撮像装置の撮像面を、前記他方の撮像装置に対応する結像レンズの焦点位置に対し、光軸方向にずらして配置したことを特徴とする形状等測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状等測定装置において、前記光学系は、前記照明装置と前記対象物との光路途中に介在された干渉対物レンズを有し、この干渉対物レンズは、前記照明装置から出射された前記広帯域光を二光束に分離して一方の光束を前記対象物の表面に照射すると共に、他方の光束を定められた参照面に照射し、これら対象物の表面および参照面からの反射光を干渉させる干渉光とするレンズであり、前記一方の撮像装置の撮像面に、前記干渉対物レンズからの干渉光を結像させ、前記他方の撮像装置の撮像面に反射光を結像させる形状等測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の形状等測定装置において、前記他方の撮像装置の撮像面に対し、前記他方の撮像装置に対応する結像レンズを光軸方向に相対的にずらす位置調整手段を設けた形状等測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の形状等測定装置において、前記位置調整手段は、前記他方の撮像装置と前記光学系との間に配置したスペーサである形状等測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の形状等測定装置において、前記位置調整手段は、前記結像レンズを前記撮像面に対し光軸方向に相対的に位置調整可能なステージである形状等測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、形状等測定装置に関し、例えば、金属や樹脂およびそれらの加工品の表面、半導体や電子回路、フラットディスプレイなどの基板表面の形状を測定でき、これら表面の検査を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
先端径が数十μｍの塗布針や、スポット径が数μｍ〜十μｍのレーザ光を用いたパターン加工技術は、マイクロメートルオーダーの精密位置決め技術と組み合わせることにより、微細なパターンでも所定の位置を正確に加工することができる。このため、従来より、フラットパネルディスプレイの修正作業や、太陽電池のスクライブ作業などに、前記パターン加工技術が利用されてきた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特に、塗布針を用いる加工技術は、ディスペンサが不得意とする粘度の高いペーストも塗布できることから、最近では、フラットパネルディスプレイと比較して厚い１０μｍ以上の膜の形成にも利用されている。例えば、ＭＥＭＳやセンサなど半導体デバイスの電子回路パターンやプリント基板配線の形成に用いられる。また、将来的に有望な製造技術であるプリンテッドエレクトロニクス技術で作製されるパターンも厚膜に分類され、今後の用途拡大が期待される加工技術である。
【０００４】
以上のような微細加工では、加工後に、正常に加工されたか否かを判定することは重要であり、例えば、液晶パネルを構成するカラーフィルタ基板の修正において、修正後に加工部の品位を検査する手法が特許文献２で提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２２２５９号公報
【特許文献２】特開２００９−２３７０８６号公報
【特許文献３】特開２０１２−６０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、修正処理前後における欠陥を含む領域の画像を撮像し、修正処理前後の画像の明るさを比較し、比較結果に基づいて修正処理の異常を検出している。
しかしながら、例えば、カラーフィルタ基板では、修正箇所にインクを盛り過ぎると突起欠陥となり、ＴＦＴ基板との貼り合わせができない。また、プリント基板配線においては、配線パターンの欠損部にインクを塗布して修正する場合、塗布量が不十分であると抵抗値が大きくなり基板が正常に動作しないことがある。
【０００７】
形状測定に関しては、非接触測定が可能で、比較的単純な構成の白色干渉計を用いる手法がある。白色干渉計は、検査装置の顕微鏡筒を利用することが可能であり、装置に付加することは容易である。また、レーザなどの特別な照明装置を用いる必要はなく、顕微鏡で一般的に用いられている白色光源を用いることができ、低価格な形状測定機能を提供することができる。
【０００８】
しかしながら、対象物に焦点を合わせると干渉縞が障害となり、撮影した画像を用いた外観検査は難しい。また、外観検査用の顕微鏡筒を追加すると、装置の価格はアップしてしまう。
【０００９】
この発明の目的は、従来技術よりも装置のコスト低減を図りながら、対象物の形状および表面を測定または検査することができる形状等測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の形状等測定装置は、対象物の形状および表面を測定または検査する形状等測定装置であって、
広帯域光を出力する照明装置と、
この照明装置から出力された前記広帯域光を前記対象物の表面に照射し、この対象物の表面からの反射光を分岐させて二つの光路に導く光学系と、
この光学系で分岐させた反射光をそれぞれ撮像する二つの撮像装置と、
を備え、
前記光学系は、前記二つの撮像装置の各撮像面にそれぞれ反射光を結像させる結像レンズを有し、
前記二つの撮像装置における一方の撮像装置の撮像面を、前記一方の撮像装置に対応する結像レンズの焦点位置に配置し、他方の撮像装置の撮像面を、前記他方の撮像装置に対応する結像レンズの焦点位置に対し、光軸方向にずらして配置したことを特徴とする。
【００１１】
前記光学系は、前記照明装置と前記対象物との光路途中に介在された干渉対物レンズを有し、この干渉対物レンズは、前記照明装置から出射された前記広帯域光を二光束に分離して一方の光束を前記対象物の表面に照射すると共に、他方の光束を定められた参照面に照射し、これら対象物の表面および参照面からの反射光を干渉させる干渉光とするレンズであり、前記一方の撮像装置の撮像面に、前記干渉対物レンズからの干渉光を結像させ、前記他方の撮像装置の撮像面に反射光を結像させるものとしても良い。
【００１２】
この場合、干渉対物レンズの焦点が対象物の表面に合っているとき、干渉光を観察し得る。したがって、結像レンズの焦点位置に配置した一方の撮像装置の撮像面では、干渉対物レンズと対象物との距離が前記干渉対物レンズの作動距離に等しいとき、干渉光を観察することができる。他方の撮像装置の撮像面では、結像レンズの焦点位置から光軸方向にずれているため、干渉対物レンズの作動距離は短くなっており、合焦画像が撮像される位置で干渉光を観察することはない。以上のことから、複数の光学系を用いることなく一つの光学系のみで、干渉光を利用した対象物の形状測定と、反射光を利用した対象物の表面検査を行うことができる。
【００１３】
したがって、対象物の形状および表面を測定または検査するに際し、例えば、外観検査用の顕微鏡筒を追加する必要のある従来技術よりもコスト低減を図ることができる。
【００１４】
前記他方の撮像装置の撮像面に対し、前記他方の撮像装置に対応する結像レンズを光軸方向に相対的にずらす位置調整手段を設けても良い。
前記位置調整手段は、前記他方の撮像装置と前記光学系との間に配置したスペーサであっても良い。例えば、前記他方の撮像装置を光学系に取り付ける際、接写リング等のスペーサを、光学系における前記撮像装置の取り付け部に設けることで容易に位置調整を行える。
【００１５】
前記位置調整手段は、前記結像レンズを前記撮像面に対し光軸方向に相対的に位置調整可能なステージであっても良い。この場合、撮像面に対し結像レンズを相対的に遠ざけるだけでなく近づけて配置することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の形状等測定装置は、対象物の形状および表面を測定または検査する形状等測定装置であって、広帯域光を出力する照明装置と、この照明装置から出力された前記広帯域光を前記対象物の表面に照射し、この対象物の表面からの反射光を分岐させて二つの光路に導く光学系と、この光学系で分岐させた反射光をそれぞれ撮像する二つの撮像装置とを備え、前記光学系は、前記二つの撮像装置の各撮像面にそれぞれ反射光を結像させる結像レンズを有し、前記二つの撮像装置における一方の撮像装置の撮像面を、前記一方の撮像装置に対応する結像レンズの焦点位置に配置し、他方の撮像装置の撮像面を、前記他方の撮像装置に対応する結像レンズの焦点位置に対し、光軸方向にずらして配置した。このため、従来技術よりも装置のコスト低減を図りながら、対象物の形状および表面をそれぞれ測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施形態に係る形状等測定装置の構成を概略示す図である。
【図２】同形状等測定装置で対象物と光学系の作動距離を変更した例を示す図である。
【図３】この発明の他の実施形態に係る形状等測定装置の構成を概略示す図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態に係る形状等測定装置の構成を概略示す図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態に係る形状等測定装置の構成を概略示す図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態に係る形状等測定装置の構成を概略示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明の実施形態に係る形状等測定装置を図１および図２と共に説明する。
図１に示すように、この形状等測定装置は、対象物の形状および表面を測定し、前記対象物の表面を検査する装置である。前記対象物として、例えば、金属や樹脂およびそれらの加工品、半導体や電子回路、太陽電池となる素材となる基板、フラットディスプレイなどの基板が挙げられる。但し、これらの対象物に限定されるものではない。
【００１９】
この形状等測定装置は、照明装置１と、光学系１５と、二つの撮像装置１０，１１と、位置調整手段１６とを備えている。照明装置１は白色光源を含む。この白色光源は、可視光線の範囲における周波数成分を万遍なく含む広帯域光を出力する。
【００２０】
＜光学系１５について説明する。＞
光学系１５は、照明装置１から出力された広帯域光を対象物１４の表面に照射し、この対象物１４の表面からの反射光を分岐させて二つの光路に導く。この光学系１５は、後述する対物レンズ５を通過した対象物１４の反射光が平行光束として後述の結像レンズ８，９に入射するように構成された無限遠補正の光学系である。光学系１５は、集光レンズ２、反射ミラー３、ハーフミラー４、対物レンズ５、ハーフミラー６、結像レンズ８、反射ミラー７、および結像レンズ９を有する。集光レンズ２は、照明装置１と反射ミラー３との間の光路途中に設けられ、照明装置１から出力された広帯域光を集光する。
【００２１】
反射ミラー３は、集光レンズ２を通過した光をハーフミラー４の方向に反射する。ハーフミラー４は、反射ミラー３からの光を対物レンズ５の方向に反射し、この対物レンズ５を通過した対象物１４の反射光を透過してハーフミラー６に導く。対物レンズ５は、ハーフミラー４の反射光を対象物１４に照射し、対象物１４の反射光をハーフミラー４に導く。
【００２２】
ハーフミラー６は、ハーフミラー４を透過した対象物１４の反射光のうち、一部を結像レンズ８に、残りを反射ミラー７に分岐する。結像レンズ８は、一方の撮像装置１０の撮像面１２に対象物１４の反射光を結像させる。反射ミラー７は、ハーフミラー６から分岐された対象物１４の反射光を結像レンズ９の方向に反射する。この結像レンズ９は、他方の撮像装置１１の撮像面１３に対象物１４の反射光を結像させる。結像レンズ８，９は同一のレンズが適用される。
【００２３】
＜撮像装置１０，１１について説明する。＞
二つの撮像装置１０，１１は、前述の光学系１５で分岐させた反射光をそれぞれ撮像する。これら撮像装置１０，１１は、この例では光学系１５に取り付けられている。これら撮像装置１０，１１における一方の撮像装置１０の撮像面１２は、この撮像装置１０に対応する結像レンズ８の焦点位置に配置する。さらに他方の撮像装置１１の撮像面１３は、この撮像装置１１に対応する結像レンズ９の焦点位置に対し、光軸方向に距離「Ｄ」だけ遠ざけて配置する。これにより、他方の撮像装置１１の撮像面１３では、一方の撮像装置１０の撮像面１２と比較し、対象物１４と対物レンズ５との作動距離が短い近距離を撮影し得る。
【００２４】
＜位置調整手段１６等について説明する。＞
図１および図２に示すように、位置調整手段１６は、撮像装置１１の撮像面１２に対し、結像レンズ９を光軸方向に相対的にずらす手段である。この例では、位置調整手段１６として、例えば、接写リング等のスペーサが適用される。具体的には、撮像装置１１を光学系１５に取り付ける際、前記接写リング等のスペーサを、光学系１５における撮像装置１１の取り付け部に挿入する。これにより、結像レンズ９の焦点位置に対し、撮像装置１１の撮像面１３を光軸方向に遠ざけて配置し得る。
【００２５】
図１は、同図左側の撮像装置１０の撮像面１２において合焦画像が撮像されているときの対象物１４と形状等測定装置との位置関係を示しており、同図右側の撮像装置１１の撮像面１３には焦点が合っていない。
【００２６】
一方、図２は、同図右側の撮像装置１１の撮像面１３において合焦画像が撮像されているときの対象物１４と形状等測定装置との位置関係を示しており、同図左側の撮像装置１０の撮像面１２には焦点が合っていない。また、対象物１４と対物レンズ５との作動距離は、図１の場合よりも図２の場合の方が短い。なお作動距離は、対物レンズ５の前面（この例では下面）から、焦点が合う位置までの光軸方向の距離である。
なお、これまで、撮像面１３と結像レンズ９との距離を変更したが、撮像面１２と結像レンズ８との距離を変更しても良い。
【００２７】
以上説明した形状等測定装置によると、例えば、対象物１４の表面を修正後にその表面性状を検査する場合、対象物１４と対物レンズ５との作動距離が長くなる部分については、他方の撮像装置１１より作動距離を長く確保できる一方の撮像装置１０を用いて検査し得る。逆に作動距離が短くなる部分については、他方の撮像装置１１を用いて検査し得る。このように作動距離の違いに応じて一方または他方の撮像装置１０，１１を選択的に用いて精度良く、且つ、安価に表面性状を検査することができる。
【００２８】
他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００２９】
図１のスペーサ等の位置調整手段１６の代わりに、図３に示すように、位置調整手段１６Ａとして、結像レンズ９を撮像面１３に対し光軸方向に相対的に位置調整可能なステージを設けても良い。この場合、撮像面１３に対し結像レンズ９を相対的に遠ざけるだけでなく近づけて配置することができる。
【００３０】
図４は、他の実施形態に係る形状等測定装置の構成を概略示す図である。この形状等測定装置では、図１の対物レンズ５をミラウ型の干渉対物レンズ２２に変更している。この干渉対物レンズ２２は、対物レンズ１７、参照鏡１８、およびビームスプリッタ１９を含む。対物レンズ１７に入射した光は、ビームスプリッタ１９において、対象物１４の方向に通過する光と参照鏡１８の方向に反射する光、すなわち二つの光に分けられる。
【００３１】
対象物１４および参照鏡１８の表面でそれぞれ反射した光は、再びビームスプリッタ１９で合流し、対物レンズ１７で集光される。この後、対物レンズ１７から出た光は、ハーフミラー４を通過した後、前述の実施形態と同様に、結像レンズ８および結像レンズ９へと導かれ、撮像装置１０，１１の撮像面１２，１３にそれぞれ入射する。
【００３２】
図４は、同図左側の撮像装置１０の撮像面１２において合焦画像が撮像されているときの対象物１４とこの形状等測定装置との位置関係を示しており、同図右側の撮像装置１１の撮像面１３には焦点が合っていない。干渉光は、干渉対物レンズ２２の焦点が対象物１４の表面に合っているとき観察できるように設計されている。
【００３３】
したがって、撮像面１２では、対物レンズ１７と対象物１４との距離が、対物レンズ１７の作動距離に等しいとき、干渉光を観察することができる。撮像面１３は、この撮像装置１１に対応する結像レンズ９の焦点位置に対し、光軸方向に距離「Ｄ」だけ遠ざけて配置しているため、対物レンズ１７の作動距離は短くなっており、合焦画像が撮像される位置で干渉光を観察することはない。
以上のことから、複数の光学系を用いることなく一つの光学系のみで、撮像面１２の干渉光を利用した対象物１４の高さ測定と、撮像面１３の画像を利用した外観検査等を行うことができる。
【００３４】
図５に示すように、干渉対物レンズ２２と対象物１４とを光軸方向に相対移動させるステージ２０を設けても良い。このステージ２０は、光学系１５の全体を対象物１４に対し相対移動可能に構成している。
【００３５】
図６に示すように、干渉対物レンズ２２と対象物１４とを光軸方向に相対移動させるステージ２１を、光学系１５における干渉対物レンズ２２の取り付け部分に配置しても良い。この場合、図５の構成よりもステージの小型化を図りコスト低減を図れる。なお図５のステージ２０および図６のステージ２１は、十分な位置決め分解能が得られるピエゾステージを用いることが望ましい。
【００３６】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３７】
１…照明装置
８，９…結像レンズ
１０，１１…撮像装置
１２，１３…撮像面
１４…対象物
１５…光学系
１６，１６Ａ…位置調整手段
２２…干渉対物レンズ
【図１】
0006415948.tif 000002
【図２】
0006415948.tif 000003
【図３】
0006415948.tif 000004
【図４】
0006415948.tif 000005
【図５】
0006415948.tif 000006
【図６】
0006415948.tif 000007