(57)【要約】      （修正有）【課題】光学式高さ・段差測定装置の測定精度を高めると共に、測定時間を短縮する。【解決手段】Ｚ方向に相対移動する被測定物に投影したターゲットマーク像の合焦点の検出操作により、Ｚ方向の移動量を検出して、被測定物のＺ方向の寸法を測定する測定装置において、照明光束を光軸と直交する方向に２分割して反対方向に偏向させるよう、クサビ方向が反対となるように組み合わされた一対のクサビ部分を有するクサビ型プリズム１１を投影光学系に配すると共に、２分割された光束を跨ぐように配したターゲットマークを投影原板上に複数個設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ方向に相対移動する被測定物に投影したターゲットマーク像の合焦点の検出操作により、Ｚ方向の移動量を検出して、被測定物のＺ方向の寸法を測定する測定装置において、照明光束を光軸と直交する方向に２分割して反対方向に偏向させるよう、クサビ方向が反対となるように組み合わされた一対のクサビ部分を有するクサビ型プリズムを投影光学系に配すると共に、２分割された光束を跨ぐように配したターゲットマークを投影原板上に複数個設けたことを特徴とする光学式高さ・段差測定装置。
【請求項２】
複数個のターゲットマークの設け方を違えた投影原板を複数種用意し、これらを選択的に投影光学系に挿入可能とした請求項１記載の光学式高さ・段差測定装置。
【請求項３】
投影光学系の光軸と直交する方向に水平移動可能なスライド部材の移動方向に、クサビ型プリズムと投影原板の組からなる複数組のターゲットマーク像投影用部材を配することにより、これらを選択的に投影光学系に挿入する手段とした請求項２記載の光学式高さ・段差測定装置。
【請求項４】
投影光学系の光軸に対しオフセットされた位置に回転中心を有する回転部材の回転方向に、クサビ型プリズムと投影原板の組からなる複数組のターゲットマーク像投影用部材を配することにより、これらを選択的に投影光学系に挿入する手段とした請求項２記載の光学式高さ・段差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は被測定物に接触しないで、その高さや段差を測定する光学式高さ・段差測定装置に関し、より詳細には被測定物に投影したターゲットマーク像の合焦点の検出操作により測定を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＩＣなどの電子部品や精密加工部品などの被測定物の高さや段差を測定する場合において、高さ・段差測定装置が使用されている。被測定物の高さや段差を測定するに際しては被測定物に測定子を接触させる接触式測定装置（例えば、特許文献１）と、被測定物に投影したターゲットマーク像の合焦点の検出操作により測定を行う光学式測定装置（例えば、特許文献２、３）が公知である。
【０００３】
この場合、前記のいずれの測定装置においても高さや段差を測定する際には、まず被測定物の１点（以下、「基準箇所」と称する。）に測定子を接触させたり、ターゲットマーク像を合焦させて、この場合の高さ方向（以下、「Ｚ方向」と称する。）の測定値を記録することによりこれを基準値とし、次いで被測定物の高さや段差を測りたい箇所（以下、「被測定箇所」と称する。）に測定子やターゲットマーク像が位置するように、Ｘ、Ｙステージなどにより被測定物を縦方向（以後、「Ｘ方向」と称する。）、横方向（以後、「Ｙ方向」と称する。）などの平面方向に移動させて、この箇所における測定値と前記基準値の差をもって高さや段差の値としていた。
【特許文献１】特開２００５−２１４８３３号公報
【特許文献２】特開昭６３−８５０８号公報
【特許文献３】特開平１０−２２１０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の従来技術の測定装置の説明から明らかなように、従来技術においては被測定物のＺ方向の寸法を測定するに際して、被測定物を平面方向に移動させることが不可避であった。この場合、被測定物を平面方向に移動させるに際しては、少なからずＺ方向のぶれが生じることは容易に想定して得るところであり、それが測定時の不確かな要因として残るおそれがある。そこで、それを可及的に減少させるためにＸ、Ｙステージなどの工作精度を高める努力が要求された。
【０００５】
また、測定の都度、被測定物を平面方向にいちいち移動させなくてはならないので、そのための作業時間を余分に要し、測定時間の短縮化の妨げとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は前記の問題を解消した高さ・段差測定装置を提供することを目的として創作されたものであり、被測定物に投影したターゲットマーク像の合焦点の検出操作により測定を行う光学式測定装置を直接的な先行技術とする。すなわち、この発明の高さ・段差測定装置はＺ方向に相対移動する被測定物に投影したターゲットマーク像の合焦点の検出操作により、Ｚ方向の移動量を検出して、被測定物のＺ方向の寸法を測定する測定装置において、照明光束を光軸と直交する方向に２分割して反対方向に偏向させるよう、クサビ方向が反対となるように組み合わされた一対のクサビ部分を有するクサビ型プリズムを投影光学系に配すると共に、２分割された光束を跨ぐように配したターゲットマークを投影原板上に複数個設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、ここでは第２発明として、前記第１発明において複数個のターゲットマークの設け方を違えた投影原板を複数種用意し、これらを選択的に投影光学系に挿入可能とした高さ・段差測定装置も開示する。
【０００８】
前記の第２発明において、複数種用意した投影原板を選択的に投影光学系に挿入可能とする手段としては、投影光学系の光軸と直交する方向に水平移動可能なスライド部材の移動方向に複数種用意した投影原板を配する他、投影光学系の光軸に対しオフセットされた位置に回転中心を有する回転部材の回転方向に複数種用意した投影原板を配することが挙げられる。また、これらの場合において投影原板単独でなく、クサビ型プリズムと投影原板の組からなる複数組のターゲットマーク像投影用部材を配することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、ターゲットマークを被測定物上に投影するための照明光束は、クサビ方向が反対となるように組み合わされた一対のクサビ部分を有するクサビ型プリズムにより光軸と直交する方向に２分割されて、それぞれが反対方向に偏向される。一方、ターゲットマークは２分割された光束を跨ぐように配されるので、被測定物上に投影されるターゲットマーク像は合焦位置以外では分割ラインを挟んでずれることとなり、ターゲットマークが比較的小さくても容易に合焦操作を行うことが可能となる。
【００１０】
この発明においては、前記のターゲットマークは比較的小さくても容易に合焦操作を行うことが可能であることより、投影原板上にターゲットマークを複数個設けている。そうすることにより、被測定物の基準箇所および被測定箇所が視野内の複数個のターゲットマーク像のどれかに合致している限り、被測定物を平面方向に移動させることなく２点間の寸法差を測定することが可能となる。すなわち、視野内の基準箇所に位置するターゲットマーク像の合焦操作を光学系と被測定物のＺ方向への相対移動により行った後に、被測定物の平面方向の位置はそのままで、視野内の被測定箇所に位置する別のターゲットマーク像の合焦操作を同じく行えば、これらの間の移動量が求める測定値となる。
【００１１】
また、第２発明によれば複数個のターゲットマークの設け方を違えた投影原板を複数種用意し、これらを選択的に投影光学系に挿入可能としているので、被測定物の種類に応じてそれに適したターゲットマークの設け方を実施した投影原板を選択することが可能となり、被測定物を平面方向に移動させなくてはならない場面を極力少なくすることが可能となる。被測定物は例えば、ＩＣなどの電子部品や精密加工部品などの種類に応じて、表面の凹凸の傾向はある程度類型化できるので、これらに応じたターゲットマークの設け方を実施した投影原板を複数種用意して選択することは特に有効である。
【００１２】
なお、スライド部材や回転部材に複数種の投影原板を配するに際して、投影原板単独でなく、クサビ型プリズムと投影原板の組からなる複数組のターゲットマーク投影用部材を配することは切り替え時の精度を高めるために特に有効である。
【００１３】
以上のとおり、この発明の光学式高さ・段差測定装置によれば被測定物を平面方向に移動することなく高さや段差を測定できるので精度の高い測定が可能となり、また、測定時間も短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の光学式高さ・段差測定装置の具体的実施例を添付図面に基づいて説明する。図１はこの測定装置の光学系を示す図である。図中符号Ａは測定者が被測定物を測定のために観察する観察光学系であり、ステージ上の被測定物（図示せず）の観察光束は対物レンズ５を通過して、ビームスプリッター４（ここでは半透ミラーを採用している）により反射されて偏向され、チューブレンズ８を通過し、更にミラー７により偏向され、プリズム６により測定者の接眼レンズ（図示せず）方向とカメラ（図示せず）方向に入射される。
【００１５】
一方、図中符号Ｂは、ターゲットマーク像を被測定物に投影するための投影光学系であり、光源１からの照明光束は集光レンズ２を介して、クサビ型プリズム１１および投影原板１２を通過した後、チューブレンズ３を通過し、更にビームスプリッター４を通過して対物レンズ５に入射される。
【００１６】
図５および図６は上記のうち、ターゲットマーク像を被測定物に投影するための投影光学系Ｂの構成の詳細および作用を説明する図である。この発明の測定装置においては、照明光束は投影光学系に配されるクサビ型プリズム１１により光軸Ｓと直交する方向に２分割されて反対方向に偏向する。このクサビ型プリズム１１は適切な角度（例えば２〜３°）で形成された一対のクサビ部分１１Ａ、１１Ｂが反対になるように組み合わされるものであり、クサビを形成する両面は精度良く平面に研磨されている。また、その形状は、ここでは平面半円形のものを左右方向に組み合わせたものを図示しているが、これ以外の形状や組み合わせであってもよいことは勿論である。
【００１７】
一方、前記のクサビ型プリズム１１と接合または間隔を空けて設けられる原板１２上に配されるターゲットマークは２分割された光束の分割ラインを跨ぐように配され、これを言い換えればターゲットマークはクサビ型プリズムのクサビ部分１１Ａ、１１Ｂの相対向する稜線を跨ぐように配されることとなる。このターゲットマークは上記の稜線範囲内に複数個配されるものであり、例えば中心１点を含む数か所、もしくは稜線上全てに配される。図４の（４Ａ）〜（４Ｄ）はターゲットマークの設け方を違えた投影原板１２の例を示す図であり、図中符号Ｍはターゲットマークを指す。
【００１８】
この発明によれば、ターゲットマークは２分割された光束を跨ぐように配されるので、被測定物上に投影されるターゲットマーク像は合焦位置以外では分割ラインを挟んでずれることとなる。図５〜図６の投影光学系においては投影原板１２には２つのターゲットＭ１、Ｍ２が配されているが、被測定物２０上のこれらのターゲット像ＭＭ１、ＭＭ２は同一の視野内に収まっているので、被測定物２０を平面方向に移動することなく双方を視認することが可能である。そこで、先ず被測定物２０の基準箇所２０Ａに位置するターゲットマーク像ＭＭ１の合焦操作を粗微動装置（図示せず）による光学系または被測定物を載せたステージのＺ方向への移動により行い（図５参照）、次いで被測定物の平面方向の位置はそのままで、視野内の被測定箇所２０Ｂに位置する別のターゲットマーク像ＭＭ２の合焦操作を同じく行い（図６参照）、Ｚ軸スケール（高さ・段差) により検出されたこれらの間の移動量を電気信号としてカウンターに送って表示させ、被測定物の高さあるいは段差として表示する。
【００１９】
ところで、被測定物は例えば、ＩＣなどの電子部品や精密加工部品などの種類に応じて、表面の凹凸の傾向はある程度類型化できるので、これらに応じたターゲットマークの設け方を予め想定することができる。そこで、被測定物の種類に適したターゲットマークとすれば、被測定物を平面方向に移動させなくてはならない場面を極力少なくすることが可能となる。この実施例においては、前記の前提に立って複数個のターゲットマークの設け方を違えた投影原板を複数種用意し、これらを選択的に投影光学系に挿入可能としている。ここでは、そのための機構として投影光学系の光軸Ｓと直交する方向に水平移動可能なスライド部材１０の移動方向に、クサビ型プリズム１１と投影原板１２の組からなる２組のターゲットマーク像投影用部材を配し、つまみ１３によるスライド操作により、これらを選択的に投影光学系に挿入している。
【００２０】
また、図７〜図８は複数個のターゲットマークの設け方を違えた投影原板を投影光学系に挿入するための異なる機構の実施例を示す図であり、ここでは投影光学系の光軸Ｓに対しオフセットされた位置に回転中心２３を有する回転部材２０の回転方向に、クサビ型プリズム２１と投影原板２２の組からなる複数組のターゲットマーク像投影用部材を配し、回転操作により、これらを選択的に投影光学系に挿入している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明に光学式高さ・段差測定装置の光学系を示す構成図。
【図２】同上、クサビ型プリズムと投影原板箇所の断面図。
【図３】同上、クサビ型プリズムと投影原板箇所の平面図。
【図４】同上、投影原板の例を示す平面図。
【図５】同上、照明光学系を示す一部省略斜視図。
【図６】同上、照明光学系を示す一部省略斜視図。
【図７】同上、クサビ型プリズムと投影原板箇所の異なる実施例の断面図。
【図８】同上、クサビ型プリズムと投影原板箇所の異なる実施例の一部切り欠き平面図。
【符号の説明】
【００２２】
Ｍ            ターゲットマーク
１            光源
１１          クサビ型プリズム
１２          投影原板
【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】
2009198336.tif 000008
【図７】
2009198336.tif 000009
【図８】
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