(57)【要約】本発明の立体形状測定装置は、光源と、前記光源からの照明光を分割するビーム分割器と、前記ビーム分割器からの照明光が照射され、最高点と最低点との間の段差を有する測定対象物と、前記ビーム分割器からの照明光が照射される基準面と、前記測定対象物の表面及び前記基準面から反射されて合成された干渉紋を撮影する撮影装置と、前記撮影装置を通して撮影された映像を処理する制御コンピュータとを含む立体形状測定装置に関するもので、前記基準面は、前記測定対象物の最高点反射距離及び前記測定対象物の最低点反射距離とそれぞれ同一の反射距離を提供する反射距離調節手段をさらに備える。【選択図】図１
2010528314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの照明光を分割するビーム分割器と、
前記ビーム分割器からの照明光が照射され、最高点と最低点との間の段差を有する測定対象物と、
前記ビーム分割器からの照明光が照射される基準面と、
前記測定対象物の表面及び前記基準面から反射されて合成された干渉紋を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置を通して撮影された映像を処理する制御コンピュータと、を含む立体形状測定装置において、
前記基準面は、前記測定対象物の最高点反射距離及び前記測定対象物の最低点反射距離とそれぞれ同一の反射距離を提供する反射距離調節手段をさらに備えることを特徴とする立体形状測定装置。
【請求項２】
前記反射距離調節手段は、前記測定対象物の段差と同一の厚さを有する補助ビーム分割器であることを特徴とする請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項３】
前記反射距離調節手段は、
前記ビーム分割器と前記基準面との間に備わる補助ビーム分割器と、
前記補助ビーム分割器を前後方に微小に駆動させる微小駆動機と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項４】
前記反射距離調節手段は、
前記ビーム分割器と前記基準面との間に備わり、互いに異なる厚さを有し、選択的に前記基準面の前方に配置される多数の補助ビーム分割器を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項５】
前記補助ビーム分割器は、
それぞれ測定対象物の最高点反射率及び前記測定対象物の最低点反射率に対応する反射率を有するように反射率を調節可能に構成されることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の立体形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体形状測定装置に関するもので、より詳細には、最高点と最低点との間の段差を有する測定対象物に対する最低点反射距離と同一の基準面反射距離及び最高点反射距離と同一の基準面反射距離を生成する反射距離調節手段を備えて、最低点と最高点に対する干渉紋を同時に獲得できるようにする立体形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
精密部品の微細な表面形状を測定する方法としては、触針式測定法、走査式電子顕微鏡測定法、走査式触針顕微鏡測定法、光位相遷移干渉計測定法、白色光走査干渉計測定法、共焦点走査顕微鏡測定法などがある。
【０００３】
主に、このような測定法は、２次元平面上の幾何学的形状、例えば、円や線、角度、線幅などを測定したり、パターンの欠陥、異物質、非対称性などを検査し、光学顕微鏡、照明及びＣＣＤカメラで代表される撮像素子で構成されたプローブシステム及び映像処理技術に基づいている。
【０００４】
これら測定法のうち白色光走査干渉計測定法及び光位相遷移干渉計測定法は、半導体パターン測定から軟質材料の表面粗さ測定、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）ボール測定、レーザマーキングパターン測定、ビアホール測定などの微細形状に対する３次元測定の全般にわたって幅広く適用される非接触式測定法として脚光を浴びている。
【０００５】
これら二つの測定法は、互いに異なる測定原理に基づいたものであるが、多重波長及び単色波長を用いるという点を除いては、同一の光学及び測定システムで具現可能であるので、商用化された測定システムではこれら二つの測定法を共に用いることができる。
【０００６】
これら測定法は、任意の基準点から同時に出発した光がそれぞれ異なる光経路を移動した後で合成されるとき、二つの光が通過した距離差によって光が明るい形態又は暗い形態で表現される光干渉信号を用いる。
【０００７】
図４は、一般的な干渉計の測定原理を示した図で、光源からの照明光がビーム分割器を通して分割されて基準面（すなわち、基準ミラー及び測定面）に照射され、基準面及び測定面から反射された後、ビーム分割器を通して合成される。
【０００８】
このように合成された干渉紋をＣＣＤカメラのような光検出素子を通して検出して干渉紋の位相を計算したり、又は干渉紋の包絡線から可干渉性の最大点を抽出して高さを測定する。
【０００９】
このとき、干渉紋は、ビーム分割器と測定面との距離と、ビーム分割器と基準面との距離とが一致する地点で表れる。
【００１０】
これによって、段差を有する測定対象に対しては、高さ情報によって干渉紋獲得区間を一定に分割し、分割された区間別に基準面や測定対象を微小に移動させながら干渉紋を獲得した後、獲得された多数の干渉紋を合成して表面形状を測定しなければならない。
【００１１】
一方、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄｅ  Ａｒｒａｙ）のように段差を有する立体形状であっても、最低点及び最大点に対する干渉紋を獲得するだけで、表面形状を類推したり、不良可否を判断することもできる。
【００１２】
ところが、この場合も、一度獲得される映像では立体形状全体を測定できないので、最高点に該当する干渉紋と最低点に該当する干渉紋を獲得した後、合成を通して単一の干渉紋を獲得したり、最高点から最低点までの区間全体に対して干渉紋を獲得しなければならない。
【００１３】
すなわち、ビーム分割器と測定物の最低点との間の距離及びビーム分割器と基準面との間の距離を一致させて一つの干渉紋を獲得し、ビーム分割器と測定物の最高点との間の距離及びビーム分割器と基準面との間の距離を一致させて他の一つの干渉紋を獲得したり、白色光走査干渉計の場合、ビーム分割器と測定物の最低点との間の距離と、ビーム分割器と基準面との間の距離とが一致する区間から、ビーム分割器と測定物の最高点との間の距離と、ビーム分割器と基準面との間の距離とが一致する区間までの距離全体に対して干渉紋を獲得しなければならない。
【００１４】
このように、従来の技術によれば、ＢＧＡのように最低点及び最高点に対する干渉紋が必要な測定物に対する干渉紋を獲得するためには、最低点及び最高点に対する映像をそれぞれ獲得して合成したり、最低点及び最大点を含む区間全体に対して映像を獲得しなければならないという短所がある。
【００１５】
一方、最高点と最低点の反射率が異なる場合、例えば、ＢＧＡのように、最高点は反射率の高い金属面からなり、最低点は反射率の低いＰＣＢからなる場合、基準面の反射率を最高点又は最低点のいずれか一つの部分に合わせると、反射率が合わされていない他の部分がよく測定されないという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記のような従来技術に係る問題を解決するための本発明の目的は、測定対象物の表面及び基準面から反射される光を合成して干渉紋を獲得する装置において、基準面に測定対象物の最高点と最低点との間の段差と同一の厚さを有する反射距離調節手段をさらに備えて、測定対象物に対する最高点表面干渉紋及び最低点表面干渉紋を同時に獲得できるようにする立体形状測定装置を提供することにある。
【００１７】
また、本発明は、基準面の前方に微小駆動を通して反射距離を調節できる補助ビーム分割器、又は、互いに異なる厚さを有し、選択的に基準面の前方に配置される多数のビーム分割器を備えて、互いに異なる高さを有する測定対象物を単一の装備で検査できる立体形状測定装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明は、検査対象物の最高点反射距離及び最低点反射距離に対応するように二つの反射面を有する基準面で構成し、二つの反射面の反射率を測定対象物の最高点と最低点の反射率に合わせることによって、測定物の最高点と最低点の反射率が異なるとしても、二つの領域を正確に測定できる立体形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記のような技術的課題を解決するための本発明の立体形状測定装置は、光源と、前記光源からの照明光を分割するビーム分割器と、前記ビーム分割器からの照明光が照射され、最高点と最低点との間の段差を有する測定対象物と、前記ビーム分割器からの照明光が照射される基準面と、前記測定対象物の表面及び前記基準面から反射されて合成された干渉紋を撮影する撮影装置と、前記撮影装置を通して撮影された映像を処理する制御コンピュータとを含む立体形状測定装置に関するもので、前記基準面は、前記測定対象物の最高点反射距離及び前記測定対象物の最低点反射距離とそれぞれ同一の反射距離を提供する反射距離調節手段をさらに備える。
【００２０】
ここで、前記反射距離調節手段は、前記測定対象物の段差と同一の厚さを有する補助ビーム分割器であるか、前記ビーム分割器と前記基準面との間に備わる補助ビーム分割器と、前記補助ビーム分割器を前後方に微小に駆動させる微小駆動機とを含んで構成されるか、又は、前記ビーム分割器と前記基準面との間に備わり、互いに異なる厚さを有し、選択的に前記基準面の前方に配置される多数の補助ビーム分割器を含んで構成される。
【００２１】
このとき、本発明の多様な実施例の補助ビーム分割器は、それぞれ測定対象物の最高点反射率及び前記測定対象物の最低点反射率に対応する反射率を有するように反射率を調節可能に構成されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例に係る立体形状測定装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る立体形状測定装置の構成図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る立体形状測定装置の構成図である。
【図４】一般的な干渉計の測定原理を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施例に係る立体形状測定装置の構成図である。
【００２４】
図１を参照すれば、本発明の第１の実施例は、光源１、ビーム分割器２、測定対象物３、基準面４、撮影装置５及び制御コンピュータ７を含んで構成される。
【００２５】
ここで、ビーム分割器２は、光源１からの照明光を分割し、基準面４及び測定対象物３の表面にそれぞれ照射し、測定対象物３の表面及び基準面４から反射される光を合成して干渉紋パターンを形成する。このとき、光源１とビーム分割器２との間には投影レンズ２２が設置される。
【００２６】
測定対象物３は、ビーム分割器２からの照明光が照射されるもので、高さ段差、例えば、ＢＧＡのように最高点と最低点との高さ差を有する対象物に該当する。
【００２７】
基準面４は、ビーム分割器２から分割された照明光が照射されるもので、本発明の特徴的な様相によって、基準面４は、測定対象物３の最高点反射距離及び前記測定対象物３の最低点反射距離とそれぞれ同一の反射距離を提供する反射距離調節手段６をさらに備える。
【００２８】
本発明の第１の実施例では、反射距離調節手段６として、測定対象物３の最低点と最高点との間の段差と同一の厚さを有する補助ビーム分割器６１を用いる。
【００２９】
すなわち、干渉紋は、ビーム分割器２からの照明光が測定対象物の表面から反射される距離と、ビーム分割器２からの照明光が基準面から反射される距離とが同一である場合に生成されるので、測定対象物の最高点及び最低点に対する干渉紋を一度に獲得するためには、測定対象物３の最低点反射距離及び最高点反射距離と同一の基準面反射距離をそれぞれ生成しなければならない。
【００３０】
すなわち、測定対象物３の高さと同一の厚さを有する補助ビーム分割器６１を基準面の前方に配置し、最高点の反射距離Ａ１及び最低点の反射距離Ａ２と同一の反射距離を生成する。
【００３１】
このような構成により、本発明の第１の実施例は、測定対象物の底面から反射された光Ａ１と基準面４から反射された光Ａ１との和による干渉紋と、測定対象物の最高高さ表面から反射された光Ａ２と基準面４前方の補助ビーム分割器６１の表面から反射される光Ａ２との和による干渉紋を同時に獲得することができる。
【００３２】
一方、撮影装置５は、測定対象物３の表面及び基準面４から反射され、ビーム分割器２を通して合成される干渉紋パターンを撮影するもので、ビーム分割器２と撮影装置５との間にはイメージングレンズ５１が備わる。
【００３３】
そして、制御コンピュータ７は、撮影装置５を通して撮影された映像を通して測定対象物の高さや立体形状を測定し、測定結果を通して不良有無を判別することもできる。
【００３４】
図２は、本発明の第２の実施例に係る立体形状測定装置の構成図であって、図１と同一の構成要素に対する具体的な構成及び作用については、その説明を省略することにする。
【００３５】
図２を参照すれば、本発明の第２の実施例は、反射距離調節手段６として、ビーム分割器２と基準面４との間に備わる補助ビーム分割器６１と、補助ビーム分割器６１を前後方に微小に駆動させる微小駆動機６２とを含んで構成される。
【００３６】
このように、本発明の第２の実施例は、補助ビーム分割器６１及び微小駆動機６２を用いて段差情報によって測定対象物３と基準面４との距離を調節することができる。
【００３７】
すなわち、測定対象物の段差情報が変化する場合、最高点反射距離と最低点反射距離が変化するので、補助ビーム分割器６１と基準面４との距離調節が必要である。
【００３８】
したがって、測定対象物の段差情報変化によって微小駆動機６２を用いて補助ビーム分割器６１を前方又は後方に移送させ、反射距離を調節することが望ましい。
【００３９】
このように、本発明の第２の実施例は、測定対象物の段差が変化するとしても、微小駆動機６２を用いて補助ビーム分割器６１を微小に駆動させ、測定対象物３の最高点表面反射距離Ｂ１と補助ビーム分割器の表面反射距離Ｂ１とを一致させ、測定対象物３の底面反射距離Ｂ２と基準面４の反射距離Ｂ２とを一致させることによって、測定対象物３の底面干渉紋と最高点表面干渉紋を同時に獲得することができる。
【００４０】
図３は、本発明の第３の実施例に係る立体形状測定装置の構成図であって、図１及び図２と同一の構成要素に対する具体的な構成及び作用については、その説明を省略することにする。
【００４１】
図３を参照すれば、本発明の第３の実施例は、反射距離調節手段６として、ビーム分割器２と基準面４との間に備わり、互いに異なる厚さを有し、選択的に前記基準面４の前方に配置される多数の補助ビーム分割器６１を含んで構成される。
【００４２】
このとき、多数の補助ビーム分割器６１は、透明プレートに厚さ別に装着され、別途のモータのような駆動手段を通して基準面４の前方に選択的に配置されるが、本発明は、これによって限定されない。
【００４３】
例えば、本発明の第３の実施例で、多数の補助ビーム分割器６１は、透明プレートに垂直に一列に配列されたが、水平に一列に配列されることも可能であり、円状の透明プレートに備わり、モータ駆動や別途の駆動手段による回転を通して基準面４の前方に配置されることも可能である。
【００４４】
また、多数の補助ビーム分割器６１は、透明プレートに備わるように図示されたが、プレートによる光干渉が発生しうるので、それぞれプレートの後方に開放された溝部（図示せず）に装着されて備わる。
【００４５】
このような本発明の第３の実施例に係る多数の補助ビーム分割器は、多様な実施例を通して変形実施が可能である。
【００４６】
このように、本発明の第３の実施例は、互いに異なる厚さを有する多数の補助ビーム分割器を用いて異なる高さを有する多様なタイプの測定対象物を検査するとき、測定対象物の高さによって基準面４の前方に備わる補助ビーム分割器６１を選択し、測定対象物３の最高点表面反射距離Ｃ１と補助ビーム分割器の表面反射距離Ｃ１とを一致させ、測定対象物３の底面反射距離Ｃ２と基準面４の反射距離Ｃ２とを一致させる。
【００４７】
これによって、測定対象物の底面干渉紋と最高点表面干渉紋を同時に獲得することができる。
【００４８】
以上のように、検査対象物の最高点反射距離及び最低点反射距離に対応するように二つの反射面を有する補助ビーム分割器６１を備える本発明の第１の実施例〜第３の実施例において、補助ビーム分割器６１は、測定対象物の最高点反射率及び最低点反射率に対応するように反射率を調節可能に構成されることが望ましい。
【００４９】
そして、本発明の各実施例では、立体形状測定方式で基準面及び測定対象物の表面から反射される光の経路差によって発生する各干渉紋を解釈し、３次元立体形状を獲得するＰＳＩ（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）に焦点を合わせて説明したが、本発明がこれによって限定されることはなく、白色光の制限干渉性を用いてＰＺＴを駆動させながら、干渉紋の価値性が最大になる位置を感知する方法で高い段差を有する３次元立体形状を測定するＷＳＩ(ｗｈｉｔｅ―ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ)方式にも広く適用される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
上述したように、本発明は、測定対象物の表面及び基準面から反射される光を合成して干渉紋を獲得する装置において、基準面に測定対象物の最高点と最低点との間の段差と同一の厚さを有する反射距離調節手段をさらに備えて、測定対象物に対する最高点表面干渉紋及び最低点表面干渉紋を同時に獲得し、測定速度及び効率を向上させることができる。
【００５１】
また、本発明は、基準面の前方に微小駆動を通して反射距離を調節できる補助ビーム分割器、又は、互いに異なる厚さを有し、選択的に基準面の前方に配置される多数のビーム分割器を備えて、互いに異なる高さを有する測定対象物を単一の装備で検査することができ、実用性及び測定効率を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明は、検査対象物の最高点反射距離及び最低点反射距離に対応するように二つの反射面を有する基準面で構成し、二つの反射面の反射率を測定対象物の最高点及び最低点の反射率によって調節可能に構成することによって、測定物の最高点及び最低点の反射率が異なるとしても、二つの領域に対する反射率調節を通して正確に測定することができ、映像測定の信頼度を向上させることができる。
【００５３】
本発明は、添付の図面を参照して好適な実施例を中心に説明したが、当業者にとっては、このような記載から本発明の範疇を逸脱しない範囲で多様でかつ自明な変形が可能であることは明らかである。したがって、本発明の範疇は、このような多様な変形例を含むように記述された特許請求の範囲によって解釈されなければならない。
【図１】
2010528314.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2010528314.tif 000007
2010528314.tif 000008