CN107709923B - 形状测定装置及搭载有形状测定装置的涂布装置 - Google Patents

Abstract

形状测定装置的控制装置(6)对压电平台(5)和拍摄装置(4)进行控制，一边使干涉仪(3)沿光轴方向进行移动，一边在多个位置(h)对各个图像进行拍摄，关于各图像的像素的亮度直方图利用判别分析法求出分离度(R)，将压电平台(5)配置于与多个图像中的分离度(R)成为最大值(Rmax)的图像相对应的位置(hf)，从而将干涉仪(3)的焦点(P1)配置于对象物(7)的表面。因此，能容易地使干涉仪(3)的焦点(P1)对准对象物(7)的表面。

Description

形状测定装置及搭载有形状测定装置的涂布装置

技术领域

本发明涉及形状测定装置及搭载有形状测定装置的涂布装置，特别涉及利用干涉仪来对对象物的表面形状进行测定的形状测定装置。更特定的，本发明涉及对金属、树脂及它们的加工品等的表面形状进行测定、或对半导体装置、电子电路、平板显示器等的基板的表面形状进行测定的形状测定装置。

背景技术

在日本专利特开2000-56210号公报(专利文献1)中公开了一种自动对焦装置，该自动对焦装置一边利用Z工作台使DDC摄像头相对于对象物进行移动，一边在多个位置对各个图像进行拍摄，对各图像所包含的多个像素的亮度的微分值(以下有时简写为图像的微分值)进行计算，将CCD摄像头配置于与微分值最大的图像相对应的位置上，从而使CCD摄像头的焦点对准对象物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2000-56210号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

图像的微分值例如在像对象物与背景之间的边界那样明暗图案急剧变化的部位为较大的值。在焦点对准的状态下被拍摄到的图像中，与在焦点未对准的状态下被拍摄到的图像相比，对象物与背景之间的边界较为清晰，图像的微分值较大。因此，将CCD摄像头配置于图像的微分值最大的位置，从而能将CCD摄像头的焦点对准对象物。

因此，在利用干涉仪来对对象物的表面形状进行测定的形状测定装置中，通常在将干涉仪的焦点对准对象物的基准面之后开始测定。作为对象物的基准面，多选择对象物的上端面那样的平面部、或者球面的顶点部。在像这样的基准面中，形状和明暗图案的变化较平缓，干涉条纹的明暗变化也较平缓，干涉条纹的图像的微分值较小。因此，如专利文献1那样，难以仅使用干涉条纹的图像的微分值来将干涉仪的焦点对准基准面。另外，在现有技术(专利文献1)中，为了将焦点对准需要成为目标的图案，若没有目标则聚焦的作业有可能会产生问题。

因此，本发明的主要目的在于，提供能容易地将干涉仪的焦点对准对象物表面的形状测定装置。

解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的形状测定装置是对对象物的表面形状进行测定的形状测定装置，包括：干涉仪，该干涉仪将从照明装置射出的白色光分离为第一及第二光束，将第一光束照射至对象物的表面，并将第二光束照射至参照面，将来自对象物表面的反射光与来自参照面的反射光进行合成，生成与对象物的表面形状相对应的干涉条纹；观察光学系统，该观察光学系统用于对干涉条纹进行观察；拍摄装置，该拍摄装置经由观察光学系统对干涉条纹的图像进行拍摄；第一定位装置，该第一定位装置使对象物和干涉仪沿光轴方向进行相对移动；以及控制装置，该控制装置对拍摄装置和第一定位装置进行控制，执行使干涉仪的焦点对准对象物的表面的第一自动焦点动作。控制装置在第一自动焦点动作中，一边使对象物和干涉仪沿光轴方向进行相对移动，一边在多个相对位置上对各个图像进行拍摄，针对各图像的每个图像对该图像所包含的多个像素的亮度分布图利用判别分析法求出分离度，在与多个图像中分离度最大的图像相对应的相对位置上配置对象物和干涉仪。

发明效果

在本发明所涉及的形状测定装置中，针对各图像的每个图像对该图像所包含的多个像素的亮度分布图利用判别分析法来求出分离度，在与多个图像中分离度最大的图像相对应的相对位置上配置对象物和干涉仪，从而将干涉仪的焦点对准对象物的表面。因此，能容易地使干涉仪的焦点对准对象物的表面。另外，由于能容易且可靠地使干涉仪的焦点对准对象物的表面，因此，不会产生在聚焦后所进行的作业的问题，能力图提高作业效率。此外，能缩短包含本发明的处理的整个作业时间，能力图降低产品的制造成本。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的形状测定装置的结构的框图。

图2是更详细地表示图1所示的形状测定装置的结构的图。

图3是表示图2所示的米劳干涉仪的结构和动作的图。

图4是利用图3所示的米劳干涉仪所生成的干涉条纹的图像的亮度直方图。

图5是表示图1所示的压电平台(Piezo Stage)的位置与图像的分离度之间的关系的图。

图6是例示出图1～图5所示的形状测定装置的自动焦点动作的图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的形状测定装置的结构的框图。

图8是例示出图7所示的形状测定装置的自动焦点动作的图。

图9是表示搭载有基于本实施方式的形状测定装置的涂布装置的整体结构的立体图。

图10是表示观察光学系统及墨水涂布机构的主要部分的立体图。

图11是从图10的A方向观察主要部分的图。

图12是用于对墨水涂布动作进行说明的第1图。

图13是用于对墨水涂布动作进行说明的第2图。

图14是用于对墨水涂布动作进行说明的第3图。

图15是用于对墨水涂布动作进行说明的第4图。

图16是用于对墨水涂布动作进行说明的第5图。

图17是用于对膜厚检查方法进行说明的图。

图18是用于对膜厚检查处理进行说明的流程图。

具体实施方式

[实施方式1]

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的形状测定装置的结构的框图。在图1中，该形状测定装置包括头部10和控制装置6，所述头部10包含照明装置1、观察光学系统2、米劳干涉仪3、拍摄装置4和压电平台(第一定位装置)5而构成。照明装置1输出白色光。观察光学系统2用于对从照明装置1输出的白色光进行反射而提供给米劳干涉仪3，并对由米劳干涉仪3所生成的干涉条纹进行观察。

米劳干涉仪3将从照明装置1经由观察光学系统2而射入的白色光分离为第一光束和第二光束，将第一光束照射至对象物7的表面并将第二光束照射至参照面，使来自对象物7表面的反射光和来自参照面的反射光发生干涉，以生成干涉条纹。拍摄装置4由控制装置6来进行控制，经由观察光学系统2对由米劳干涉仪3所生成的干涉条纹的图像进行拍摄。将由拍摄装置4所拍摄到的各图像保存于控制装置6。压电平台5由控制装置6来进行控制，使米劳干涉仪3相对于对象物7沿光轴方向(垂直方向)进行移动。

控制装置6对整个形状测定装置进行控制。特别是控制装置6对拍摄装置4和压电平台5进行控制，一边使米劳干涉仪3相对于对象物7沿光轴方向进行移动，一边在多个位置对各个图像进行拍摄，执行基于多个图像使米劳干涉仪3的焦点对准对象物7的表面的自动焦点动作(第一自动焦点动作)。后文将对自动焦点动作进行详细说明。

图2是更详细地表示图1所示的形状测定装置的结构的图，图3是表示米劳干涉仪3的结构和动作的图。在图2和图3中，照明装置1配置于观察光学系统2的侧面，包含白色光源11和滤光器12。照明装置1的光轴A1(即白色光源11的光轴)沿水平方向进行配置，与观察光学系统2的光轴A2正交。白色光源11射出白色光。滤光器12配置于白色光源11与观察光学系统2之间，使从白色光源11射出的白色光中具有规定的中心波长λ0和波长范围Δλ的白色光通过。

观察光学系统2包含聚焦透镜21、半反射镜22和成像透镜23。观察光学系统2的光轴A2(即聚焦透镜23的光轴)沿垂直方向进行配置。聚焦透镜21配置于滤光器12与半反射镜22之间，将从白色光源11射出并通过滤光器12后的白色光转换为平行光。

半反射镜22配置于2根光轴A1、A2的交叉部，分别相对于2根光轴A1、A2呈45度的角度进行配置。在半反射镜22的下方配置有米劳干涉仪3，在半反射镜22的上方配置有聚焦透镜23和拍摄装置4。半反射镜22使从照明装置1经由聚焦透镜21而射入的白色光向下方进行反射，并使来自米劳干涉仪3的光(即干涉条纹的像)通过至上方。聚焦透镜23使来自米劳干涉仪3的光聚焦于拍摄装置4的光传感器。

米劳干涉仪3隔着压电平台5设于观察光学系统2的下端，包含物镜31、反射镜32和半透镜33。米劳干涉仪3的光轴A3(即物镜31的光轴)与观察光学系统2的光轴A2相一致。压电平台5使米劳干涉仪3沿光轴A3的方向进行移动。在图2和图3中，对象物7为基板，光轴A3垂直配置于基板的表面，米劳干涉仪3的焦点P1(即物镜31的焦点)表示配置于基板表面的状态。

反射镜32使其反射面(参照面)朝下，固定于物镜31的下表面的中央部。半透镜33配置于反射镜32的反射面与焦点P1之间的中间位置。反射镜32和半透镜33分别与光轴A3正交。

如图3所示，从照明装置1射出并经由观察光学系统2而射入米劳干涉仪3的白色光L0被物镜31折射而射向焦点P1。白色光L0的一部分通过半透镜33的一端部而成为第一光束L1，白色光L0的剩余部分被半透镜33的一端部反射而成为第二光束L2。即，白色光L0被半透镜33分离为第一光束L1和第二光束L2。

第一光束L1被对象物7的表面反射而成为第一反射光L1r，并射向半透镜33的另一端部。第二光束L2被对象物32的反射面反射而成为第二反射光L2r，并射向半透镜33的另一端部。第一反射光L1r和第二反射光L2r在半透镜33的另一端部合流，互相干涉而成为干涉光L3。

在两束反射光L1r、L2r的相位差为0度的情况下，干涉光L3的振幅最大，干涉光L3的亮度最大。在两束反射光L1r、L2r的相位差为180度的情况下，干涉光L3的振幅最小，干涉光L3的亮度最小。对米劳干涉仪3进行设计，使得在第一光束L1被焦点P1所反射时，反射光L1r、L2r的光路长差成为0。

因此，在米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面相一致时(即聚焦时)，反射光L1r、L2r的相位差和光路长差都为0，干涉光L3最亮，随着焦点P1与对象物7的表面之间的距离增大，干涉光L3变暗。半透镜33上现出与对象物7的表面形状相对应的干涉条纹。能基于该干涉条纹来对对象物7的表面形状进行测定。

为了获得鲜明的干涉条纹，需要使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面相一致。以下，对使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面相一致的自动焦点动作进行说明。

控制装置6在自动焦点动作时，对拍摄装置4和压电平台5进行控制，一边使米劳干涉仪3沿光轴A3的方向移动，一边在多个位置对多个图像进行拍摄，生成拍摄到的多个图像的各个亮度直方图，关于各亮度直方图利用判别分析法来求出分离值R，将米劳干涉仪3配置于分离值R最大的位置。

图4是某个干涉条纹的图像的亮度直方图。图像包含配置成多行多列的多个像素。各像素显示多个阶段(例如256阶段)的亮度中的任意一个阶段的亮度。图4的横轴示出多个阶段的亮度，其纵轴示出显示各亮度的像素的数量。若使米劳干涉仪3的焦点P1接近对象物7的表面，则如图4所示，亮度直方图成为如双峰性所示那样。

在判别分析法中，利用亮度阈值Lth将图像的亮度直方图分离为两个类别CL1、CL2。类别CL1是亮度比亮度阈值Lth要小的像素的集团。类别CL2是亮度比亮度阈值Lth要大的像素的集团。对亮度阈值Lth进行设定，使得类别内分散σW2最小，且类别间分散σB2最大，将类别间分散σB2与类别内分散σW2之比σB2/σW2设为分离度R。

类别内分散σW2是类别内的直方图的宽度状态，类别间分散σB2是两个类别CL1、CL2之间的宽度状态。类别内分散σW2和类别间分散σB2分别用数学式(1)(2)来表示。

σW2＝(n1×σ12+n2×σ22)/(n1+n2)…(1)

σB2＝[n1(μ1-μ0)2+n2(μ2-μ0)2]/(n1+n2)…(2)

其中，σ12、σ22分别为类别CL1、CL2内的亮度的分散，μ0为全像素的亮度的平均值，μ1、μ2分别为类别CL1、CL2内的亮度的平均值，n1、n2分别为类别CL1、CL2内的像素数。

图5是例示出压电平台5的位置h与分离度R之间的关系的图。在图5中，示出了以下情况：一边使压电平台5的位置h(压电平台5的可动部的高度方向的坐标)从0μm变化至20μm，一边对多个图像进行拍摄，以生成各图像的亮度直方图，求出各亮度直方图的分离度R。在图5中，分离度R在h≒7.5μm的时刻从0开始上升，在h≒9.2μm的时刻成为最大值(约0.105)，之后下降，在h≒10.7μm的时刻成为0。将压电平台5配置于分离度R成为最大值(约0.105)时的位置(h≒9.2μm)上，从而能使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面相一致。

接着，对该形状测定装置中的自动焦点动作进行具体说明。控制装置6在自动焦点动作时对拍摄装置4和压电平台5进行控制，一边使米劳干涉仪3沿光轴A3的方向以一定速度V1进行移动，一边在多个位置h对各个图像进行拍摄。若将拍摄装置4的图像的获取周期设为T1(秒)，将从照明装置1输出的白色光的中心波长设为λ0(μm)，则对米劳干涉仪3的移动速度V1进行设定，使得获取周期T1(秒)的期间米劳干涉仪3仅移动λ0/8(μm)。设米劳干涉仪3最初移动的方向为米劳干涉仪3接近对象物7的方向和远离的方向中的任意一个方向。

在利用压电平台5使米劳干涉仪3以一定速度V1进行移动的期间，控制装置6以规定周期T1(秒)从拍摄装置4获取图像。控制装置6在图像获取完成时对图像的分离度R进行计算，求出拍摄到分离度R最大的图像时的压电平台5的位置hf。最终，控制装置6将压电平台5的位置h设定至拍摄到分离度R最大的图像时的位置hf，并结束自动焦点动作。

若详细说明，则控制装置6在压电平台5的驱动速度达到一定速度V1时，一边以T1(秒)间隔从拍摄装置4获取图像，一边开始图像的分离度R的计算，与获取图像时的压电平台5的位置h相关联地将分离度R存储于存储器部(未图示)。

在存储多组(例如3组)分离度R和位置h后，如图6(a)(b)所示，画出横轴示出位置h、纵轴示出分离度R的图，并画出连结多个点的近似直线。在图6(a)中，示出了压电平台5能从位置h1移动至位置h2、使压电平台5沿从h2朝向h1的方向进行移动的状态。

例如如图6(a)所示，在相对于压电平台5的位置h的移动方向分离度R减少的情况下，在使压电平台5暂停后，如图6(b)所示，使压电平台5沿相反方向进行移动，在位置h成为h2之前一边使压电平台5移动，一边以规定周期T1(秒)获取图像。在从最初起分离度R相对于压电平台5的位置h的移动方向增加的情况下，在位置h成为h1之前一边使压电平台5进行移动，一边以规定周期T1(秒)获取图像。

一边获取图像，一边求出图像的分离度R，求出与分离度R成为最大值Rmax的图像相对应的压电平台5的位置h。即，在存储多组(例如8组)分离度R和位置h后，求出多个分离值R中的最大值Rmax。接着，求出最大值Rmax与最初的组的分离值Rs之差的绝对值ΔRs＝∣Rmax-Rs∣、以及最大值Rmax与最后的组的分离值Re之差的绝对值ΔRe＝∣Rmax-Re∣，在ΔRs和ΔRe都大于规定的阈值Rth时，求出与分离度R成为最大值Rmax的图像相对应的压电平台5的位置hf，使压电平台5移动至该位置hf。此时，米劳干涉仪3的焦点P1的位置与对象物7的表面相一致。

在ΔRs、ΔRe中的至少一个比阈值Rth要小的情况下，在压电平台位置到达h1或h2之前持续进行探索。在虽然达到h1或h2但无法检测出ΔRs和ΔRe都比规定阈值Rth要大的Rmax时，使压电平台5返回探索开始位置，在压电平台位置达到h1或h2之前沿相反方向持续进行探索。在h1～h2之间无法检测到ΔRs和ΔRe都比规定阈值Rth要大的Rmax时，设自动焦点动作失败并结束。

若具体说明，则在图6(a)中，从N＝1的位置起开始获取图像，在N＝3的位置上获取图像后，求出连结3点的近似直线，判定为相对于移动方向近似直线的倾斜度为负，如图6(b)所示，开始沿相反方向进行探索。在相反方向的探索中，从M＝1的位置起开始获取图像，在从M＝8的位置获取图像后，开始峰值判定，判定为M＝5的位置的分离度R为最大值Rmax，判定为ΔRs、ΔRe都比阈值Rth要大，将压电平台5配置于与M＝5相对应的位置hf，使米劳干涉仪3的焦点P1对准对象物7的表面。

如上所述，在该实施方式1中，对压电平台5和拍摄装置4进行控制，一边使米劳干涉仪3沿光轴方向进行移动，一边在多个位置h对各个图像进行拍摄，关于各图像的像素的亮度直方图利用判别分析法求出分离度R，将压电平台5配置于与多个图像中的分离度R成为最大值Rmax的图像相对应的位置hf，从而将米劳干涉仪3的焦点P1配置于对象物7的表面。因此，能容易地使米劳干涉仪3的焦点P1对准对象物7的表面，能力图提高作业效率。

此外，在本实施方式1中，固定对象物7，利用压电平台5来使米劳干涉仪3进行移动，但并不局限于此，只要使对象物7与米劳干涉仪3相对移动即可，可以通过任意方法进行移动。例如，可以固定米劳干涉仪3而使对象物7移动，也可以使米劳干涉仪3与对象物7两者沿相反方向移动。

另外，在本实施方式1中，对使用米劳干涉仪3的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以使用其它类型的干涉仪。例如，也可以使用迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪。

[实施方式2]

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的形状测定装置的结构的图，是与图1进行对比的图。参照图7，该形状测定装置与图1的形状测定装置的不同点在于追加了Z平台(第二定位装置)40这一点。照明装置1、观察光学系统2、米劳干涉仪3、拍摄装置4和压电平台5构成一个光学单元，该光学单元搭载于Z平台40。Z平台40由控制装置6所控制，使光学单元向高度方向进行移动。

Z平台40的行程比压电平台5的行程要大。在实施方式1中，一边仅利用压电平台5来使米劳干涉仪3进行移动，一边对多个图像进行拍摄，基于所拍摄到的多个图像的分离度R来对准焦点(第一自动焦点动作)，而在本实施方式2中，在执行第一自动焦点动作之前，一边利用Z平台40使米劳干涉仪3进行移动，一边对多个图像进行拍摄，基于所拍摄到的多个图像的微分值D来对焦点的位置进行粗调整(第二自动焦点动作)。在压电平台5的行程内无法对准焦点的情况下有效。

接着，对该形状测定装置中的第二自动焦点动作进行具体说明。控制装置6在第二自动焦点动作时对拍摄装置4和Z平台40进行控制，一边使米劳干涉仪3沿光轴A3的方向以一定速度V2进行移动，一边在多个位置H对各个图像进行拍摄。Z平台40的移动速度V2比压电平台5的移动速度V1要大。设米劳干涉仪3最初移动的方向为米劳干涉仪3接近对象物7的方向和远离的方向中的任意一个方向。

在利用Z平台40使米劳干涉仪3以一定速度V2进行移动的期间，控制装置6以规定周期T2(秒)从拍摄装置4获取图像。控制装置6在每次图像获取完成时都对图像的微分值D进行计算，求出拍摄到微分值D最大的图像时的Z平台40的位置Hf(Z平台40的可动部的高度方向的坐标)。最终，控制装置6将Z平台40的位置H设定至拍摄到微分值D最大的图像时的位置Hf，并结束第二自动焦点动作。图像的微分值D用数学式(3)(4)(5)来表示。

[数学式1]

d_x(x，y)＝|F(x，y)-F(x-1，y)|…(4)

d_y(x，y)＝|F(x，y)-F(x，y-1)|…(5)

其中，F表示获取图像，(x，y)表示图像F的像素的位置，dx表示水平方向的微分值，dy表示垂直方向的微分值。

若详细说明，则控制装置6在Z平台40的驱动速度达到一定速度V2时，一边以T2(秒)间隔从拍摄装置4获取图像，一边开始图像的微分值D的计算，与获取图像时的Z平台40的位置H相关联地将微分值D存储于存储器部(未图示)。

在存储多组(例如3组)微分值D和位置H后，如图8(a)(b)所示，画出横轴示出位置H、纵轴示出微分值D的图，并画出连结多个点的近似直线。在图8(a)中，示出了Z平台40能从位置H1移动至位置H2、使Z平台40沿从H2朝向H1的方向进行移动的状态。

例如如图8(a)所示，在相对于Z平台40的位置H的移动方向微分值D减少的情况下，在使Z平台40暂停后，如图8(b)所示，使Z平台40沿相反方向进行移动，在位置H成为H2之前一边使Z平台40移动，一边以规定周期T2(秒)获取图像。在从最初起微分值D相对于Z平台40的位置H的移动方向增加的情况下，在位置H成为H1之前一边使Z平台40进行移动，一边以规定周期T2(秒)获取图像。

一边获取图像，一边求出图像的微分值D，求出与微分值D成为最大值Dmax的图像相对应的Z平台40的位置Hf。即，在存储多组(例如8组)微分值D和位置H后，求出多个微分值D中的最大值Dmax。接着，求出最大值Dmax与最初的组的微分值Ds之差的绝对值ΔDs＝∣Dmax-Ds∣、以及最大值Dmax与最后的组的微分值De之差的绝对值ΔDe＝∣Dmax-De∣，在ΔDs和ΔDe都大于规定的阈值Dth时，求出与微分值D成为最大值Dmax的图像相对应的Z平台40的位置Hf，使Z平台40移动至该位置Hf。此时，米劳干涉仪3的焦点P1的位置与对象物7的表面相一致。

在ΔDs、ΔDe中的至少一个比阈值Dth要小的情况下，在压电平台位置到达H1或H2之前持续进行探索。在虽然达到H1或H2但无法检测出ΔDs和ΔDe都比规定阈值Dth要大的Dmax时，使压电平台5返回探索开始位置，在压电平台位置达到H1或H2之前沿相反方向持续进行探索。在H1～H2之间无法检测到ΔDs和ΔDe都比规定阈值Dth要大的Dmax时，设自动焦点动作失败并结束。

之后，将Z平台40固定于与微分值D为最大值Dmax的图像相对应的位置Hf,利用实施方式1中所说明的方法(第一自动焦点动作)使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面精密地相一致。

若具体说明，则在图8(a)中，从N＝1的位置起开始获取图像，在N＝3的位置上获取图像后，求出连结3点的近似直线，判定为相对于移动方向近似直线的倾斜度为负，如图8(b)所示，开始沿相反方向进行探索。在相反方向的探索中，从M＝1的位置起开始获取图像，在从M＝8的位置获取图像后，开始峰值判定，判定为M＝5的位置的微分值D为最大值Dmax，判定为ΔDs、ΔDe都比阈值Dth要大，将Z平台40配置于与M＝5相对应的位置Hf，使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面大体相一致。

如上所述，在本实施方式2中，在利用实施方式1的方法(第一自动焦点动作)来使焦点对准之前，对Z平台40和拍摄装置4进行控制，一边使米劳干涉仪3沿光轴方向进行移动，一边在多个位置H处对各个图像进行拍摄，求出各图像的微分值D，将Z平台40配置于与多个图像中的微分值D为最大值的图像相对应的位置Hf，从而使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7的表面大体相一致。因此，即使在仅利用压电平台5无法使焦点P1对准的情况下，也能容易地使米劳干涉仪3的焦点P1与对象物7对准，能力图提高作业效率。

此外，在本实施方式2中，固定对象物7，利用Z平台40来使米劳干涉仪3进行移动，但并不局限于此，只要使对象物7与米劳干涉仪3相对移动即可，可以通过任意方法进行移动。例如，可以固定米劳干涉仪3而使对象物7移动，也可以使米劳干涉仪3与对象物7两者沿相反方向移动。

另外，在本实施方式2中，对使用米劳干涉仪3的情况进行了说明，但并不局限于此，也可以使用其它类型的干涉仪。例如，也可以使用迈克尔逊干涉仪或林尼克干涉仪。

[涂布装置的结构]

最后，作为使用基于本实施方式的形状测定装置的装置的一个示例，对涂布装置的概要进行说明。

图9是表示具备基于本实施方式的形状测定装置的涂布装置100的整体结构的立体图。涂布装置100构成为能横跨多层透明的墨水(液态材料)涂布于基板9的主面上。参照图9，涂布装置100包括：由观察光学系统2、CCD摄像头4、切割用激光装置8、墨水涂布机构50和墨水固化用光源20所构成的涂布头部；使该涂布头部沿与涂布对象的基板9垂直的方向(Z轴方向)进行移动的Z平台40；搭载有Z平台40而使其沿X轴方向进行移动的X平台42；搭载有基板9而使其沿Y轴方向进行移动的Y平台44；对装置整体的动作进行控制的控制用计算机70；显示由CCD摄像头4所拍摄到的图像等的监视器74；以及用于向控制用计算机7输入来自操作者的指令的操作面板72。

观察光学系统2包含照明用的光源(图1的照明装置1)，对基板9的表面状态、由墨水涂布机构50所涂布的墨水的状态进行观察。利用CCD摄像头4来将由观察光学系统2所观察到的图像转换为电信号，并将其显示于监视器74。切割用激光装置8经由观察光学系统2向基板9上的不需要的部位照射激光来去除该部位。

墨水涂布机构50将墨水涂布于基板9的主面上。墨水固化用光源20例如包含CO₂激光，对由墨水涂布机构50所涂布的墨水照射激光来使其固化。

此外，该装置结构是一个示例，例如也可以采用将搭载有观察光学系统2等的Z平台40搭载于X平台、再将X平台搭载于Y平台、使Z平台40能沿XY方向移动的被称为龙门架方式的结构，只要是能使搭载有观察光学系统2等的Z平台40相对于对象的基板9沿XY方向相对移动的结构即可，可以是任意的结构。

接着，对使用了多个涂布针的涂布机构50的示例进行说明。图10是表示观察光学系统2及墨水涂布机构50的主要部分的立体图。参照图10，该涂布装置100包括：可动板15；倍率不同的多个(例如5个)物镜19；以及用于对由不同材质所构成的墨水进行涂布的多个(例如5个)涂布单元17。

可动板15可沿X轴方向和Y轴方向移动地设置于观察光学系统2的观察镜筒2a的下端与基板9之间。另外，可动板15上形成有例如5个贯通孔15a。

物镜19沿Y轴方向以规定的间隔固定于可动板15的下表面，使得分别与贯通孔15a相对应。5个涂布单元17分别与5个物镜19相邻地进行配置。使可动板15进行移动，从而能将所希望的涂布单元17配置于对象的基板9的上方。

图11(a)～(c)是从图10的A方向对主要部分进行观察的图，是表示墨水涂布动作的图。涂布单元17包含涂布针170和墨水罐172。首先，如图11(a)所示，将所希望的涂布单元17的涂布针170定位于对象的基板9的上方。此时，涂布针170的前端部浸渍于墨水罐172内的墨水内。

接着，如图11(b)所示，使涂布针170下降而使涂布针170的前端部从墨水罐172底的孔中突出。此时，涂布针170的前端部上附着有墨水。接着，如图11(c)所示，使涂布针170和墨水罐172下降而使涂布针170的前端部与基板9相接触，将墨水涂布于基板9。之后返回到图11(a)的状态。

关于使用了多个涂布针的墨水涂布机构的其它结构已知有各种技术，因此省略详细说明。例如在专利文献1等中所示。涂布装置100例如将如图10所示的机构用作为墨水涂布机构50，从而能涂布多个墨水中的所希望的墨水，另外，能利用多个涂布针中的所希望的涂布直径的涂布针来涂布墨水。

基于本实施方式的形状测定装置的头部10(图1)例如设置于涂布装置100的观察光学系统2。控制用计算机70在对墨水涂布机构50进行控制来进行墨水涂布动作后，使Z平台40进行移动从而将头部10定位于墨水涂布部表面上方的规定的位置。控制用计算机70进一步一边Z平台40相对于基板9进行相对移动，一边利用CCD摄像头4来对干涉光的图像进行拍摄。控制用计算机70针对每个像素对干涉光强度成为峰值的Z平台位置进行检测，利用所检测出的Z平台位置来计算墨水涂布部的膜厚或凹凸部的高度。

[墨水涂布动作的说明]

接着利用图12～16来对涂布装置100所执行的墨水涂布动作的详细情况进行说明。

涂布装置100利用Z平台40来使米劳干涉仪3相对于对象物进行相对移动，利用实施方式1中所示的方法来自动对焦点进行检测，以所检测出的焦点为基准来进行墨水涂布动作。

在焦点对准作为检查对象的面时出现由米劳干涉仪3所生成的干涉条纹。因此，例如在采用玻璃的表面、金属薄膜、铬膜等没有凹凸的光滑的面来作为涂布动作的高度方向的基准面的情况下使焦点对准时是有效的。在电子元器件的安装工序等中使用涂布装置100的情况下，有时会选择金属薄膜等的光滑的面来作为涂布动作的高度方向的基准面。

另外，如图5所示，分离度的山形波形的山麓的宽度小至几μm，波峰清晰显现，因此，能高精度地对焦点位置进行检测。

这里，如图12所示，对以基板9上的金属薄膜91的表面上的区域AR作为高度方向的基准面、将墨水涂布于涂布部92的情况下的动作的示例进行说明。此外，设金属薄膜91与涂布部92高度相同。

预先求出涂布部92与涂布针170的前端之间的偏移量，将其保存于涂布装置100的控制用计算机70。如下所述那样求出偏移量。

如图13所示，控制用计算机70利用实施方式1所示的方法使焦点对准设定于作为基准面的金属薄膜91的表面的区域AR。具体而言，关于区域AR的像素求出亮度直方图，基于该亮度直方图来对分离度R进行计算，以执行自动焦点动作。

接着，控制用计算机70将涂布装置100的墨水涂布机构50的可动板15沿图10的X轴方向或Y轴方向进行移动，将涂布针170向涂布部92的上方移动。之后，如图14所示，控制用计算机70在使Z平台40下降Δz后，对墨水涂布机构50进行控制，执行图11所说明的涂布动作，使可动板15返回至原来的位置。

对涂布装置100的监视器74进行确认，在未将墨水涂布于涂布部92的情况下，变更Δz，再次执行上述步骤。在将墨水涂布于涂布部92之前重复执行该操作，将首次进行涂布时的Δz保存于控制用计算机70。

在实际的涂布动作中，利用实施方式1所示的方法，在使焦点对准作为基准面的金属薄膜91表面后，将涂布装置100的墨水涂布机构50的可动板15沿图10的X轴方向或Y轴方向进行移动，以将涂布针170向涂布部92的上方进行移动。之后，在使Z平台40下降Δz后，对墨水涂布机构50进行控制来执行涂布动作，将可动板15返回至原来的位置。

在以上的说明中，设金属薄膜91与涂布部92高度相同来进行了说明，但如图15所示，在涂布部92比金属薄膜91要高的情况下，使Z平台40移动Δz减去两者的阶差Δd而得的(Δz-Δd)。另外，如图16所示，在涂布部92比金属薄膜91要低的情况下，使Z平台40移动Δz加上阶差Δd而得的(Δz+Δd)。此外，此处将Z平台40下降的方向设为正。

[膜厚检查方法的说明]

在上述方法中，在将墨水涂布于涂布部92后，对所涂布的墨水的膜厚进行检查。作为测定膜厚的方法，例如能利用日本专利特开2015-007564号公报所记载的方法来对表面形状进行测定。如图17所示，求出金属薄膜91与所涂布的墨水94的顶点部之间的阶差Δt。

在所求出的阶差Δt比预先保存于涂布装置100的控制用计算机70的下限值TL要小的情况下，再次涂布墨水。此时，若将所涂布的墨水的膜厚设为Δt，则将Z平台40的偏移量设为(Δz-Δt)来涂布墨水。在墨水的膜厚Δt超过下限值TL之前重复执行该动作。其中，将对涂布次数i进行计数，在i超过预先指定的最大次数N时中断涂布动作。

在中断涂布动作时，操作者利用监视器74来对涂布部92的状态进行确认，对涂布是否正确执行进行判定。

图18是用于对控制用计算机70所执行的膜厚检查处理进行说明的流程图。

参照图18，当开始执行涂布动作时，控制用计算机70在步骤(以下将步骤简记为S)S100中，使焦点对准图12的金属薄膜91那样的预先设定的基准面(图13)。基于到此时的基准面为止的焦点距离、以及预先设定的物镜19与涂布针170之间的高度方向的偏移，控制用计算机70对从基准面到涂布针170的前端为止的高度Δz进行计算。

之后，控制用计算机70移动X平台42和Y平台44，涂布针170发生移动，使得位于涂布部92的上方。

接着，控制用计算机70在S110中将表示涂布次数的计数器i初始化为i＝1，使处理前进至S120。在S120中，控制用计算机70对计数器i是否为规定的最大次数N以下进行判定。

在计数器i为最大次数N以下(i≤N)的情况下(S120中为“是”)，处理前进至S130，控制用计算机70使Z平台40下降Δz，对涂布部92涂布墨水(图14)。

之后，控制用计算机70使Z平台40上升Δz而返回初始位置，进而对物镜19进行定位，使其位于涂布部92的上方。然后，在S140中，控制用计算机70一边使Z平台40相对于基板9沿高度方向进行相对移动，一边利用CCD摄像头4来对干涉光的图像进行拍摄，根据干涉光强度为波峰的Z平台40的位置来对所涂布的墨水的顶点部距离基准面的高度(膜厚)Δt进行测定(图17)。

在S150中，控制用计算机70对所测定到的墨水部的膜厚Δt是否为规定的下限值TL以上(Δt≥TL)进行判定。

在膜厚Δt小于下限值TL的情况下(S150中为“否”)，由于涂布量不够，因此，控制用计算机70在S160中使计数器i递增，使处理返回S120，再次执行涂布动作。此时，涂布针170的下降量修正为(Δz-Δt)。

此外，在重复执行上述涂布动作的过程中，在计数器i超过预先指定的最大次数N的情况下(i＞N)(S120中为“否”)，控制用计算机70中断涂布动作。

另外，在墨水部的膜厚Δt为下限值TL以上的情况下(S150中为“是”)，设涂布已完成，控制用计算机70结束涂布动作。

如上所述，利用基于本实施方式的形状测定装置，对应于上述处理来对涂布装置100进行控制，从而能高精度且高效地对所涂布的墨水的高度进行测定，因此，能改善作业效率。另外，首先在使焦点对准基准面后进行涂布动作，从而涂布针与涂布部之间的位置关系稳定，因此，能使附着于涂布部的墨水量稳定。

此外，对涂布后的膜厚进行测定，在该膜厚超过规定量之前重复进行涂布动作，从而能降低因涂布量不足而导致的产品的不良。另外，还能省去不良品的维修的麻烦，因此，能提高生产节奏。

本次公开的实施方式的所有内容应当被认为是用于例示而非用于限制。本发明的范围由权利要求的范围来表示，而并非由上述说明来表示，此外，本发明的范围还包括与权利要求的范围等同的意思及范围内的所有变更。

标号说明

1 照明装置

2 观察光学系统

2a 观察镜筒

3 米劳干涉仪

4 拍摄装置

5 压电平台

6 控制装置

7 对象物

8 切割用激光装置

9 基板

10 头部

11 白色光源

12 滤波器

15 可动板

15a 贯通孔

17 涂布单元

19、31 物镜

20 墨水固化用光源

21 聚焦透镜

22 半反射镜

23 成像透镜

32 反射镜

33 半透镜

40 Z平台

42 X平台

44 Y平台

50 墨水涂布机构

70 控制用计算机

72 操作面板

74 监视器

91 金属薄膜

92 涂布部

94 墨水

100 涂布装置

170 涂布针

172 墨水罐

A1～A3 光轴

Claims (10)

1.一种形状测定装置，该形状测定装置对对象物的表面形状进行测定，其特征在于，包括：

干涉仪，该干涉仪将从照明装置射出的白色光分离为第一及第二光束，将所述第一光束照射至所述对象物的表面，并将所述第二光束照射至参照面，将来自所述对象物的表面的反射光与来自所述参照面的反射光进行合成，生成与所述对象物的表面形状相对应的干涉条纹；

观察光学系统，该观察光学系统用于对所述干涉条纹进行观察；

拍摄装置，该拍摄装置经由所述观察光学系统对所述干涉条纹的图像进行拍摄；

第一定位装置，该第一定位装置使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动；以及

控制装置，该控制装置对所述拍摄装置和所述第一定位装置进行控制，执行使所述干涉仪的焦点对准所述对象物的表面的第一自动焦点动作，

所述控制装置在所述第一自动焦点动作中，一边使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动，一边在多个相对位置上对各个图像进行拍摄，针对各图像的每个图像对该图像所包含的多个像素的亮度分布图利用判别分析法求出分离度，在与多个图像中所述分离度最大的图像相对应的相对位置上配置所述对象物和所述干涉仪，

在所述判别分析法中，所述多个像素的亮度分布图根据亮度阈值分离为两个类别，对所述亮度阈值进行设定，使得类别内分散最小且类别间分散最大，将所述类别间分散与所述类别内分散之比设为所述分离度。

2.如权利要求1所述的形状测定装置，其特征在于，

所述干涉仪是米劳干涉仪，该米劳干涉仪包含：

物镜，该物镜与所述对象物的表面相对地进行设置；

半透镜，该半透镜设置于所述物镜与所述对象物的表面之间；以及

反射镜，该反射镜与所述半透镜相对地设置于所述物镜的中央部，具有所述参照面，

从所述照明装置射出的白色光被所述物镜所折射并射入所述半透镜，分离成透过所述半透镜的所述第一光束和被所述半透镜所反射的所述第二光束，

所述第一光束照射至所述对象物的表面并且所述第二光束照射至所述参照面，来自所述对象物的表面的反射光和来自所述参照面的反射光通过所述半透镜进行合成而成为干涉光，利用所述干涉光来生成所述干涉条纹，

所述米劳干涉仪的光轴和焦点分别是所述物镜的光轴和焦点。

3.如权利要求2所述的形状测定装置，其特征在于，

还包括第二定位装置，该第二定位装置使所述干涉仪相对于所述对象物沿光轴方向进行相对移动，

至少所述第一定位装置、所述观察光学系统及所述干涉仪构成一个光学单元，

所述光学单元搭载于所述第二定位装置，

所述第二定位装置的行程比所述第一定位装置的行程要长，

所述控制装置

在执行所述第一自动焦点动作前，对所述拍摄装置和所述第二定位装置进行控制，执行对所述干涉仪的焦点的位置进行粗调整的第二自动焦点动作，

在所述第二自动焦点动作中，一边使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动，一边在多个相对位置上对各个图像进行拍摄，针对各图像的每个图像求出该图像所包含的多个像素的亮度的微分值，在与多个图像中所述微分值最大的图像相对应的相对位置上配置所述对象物和所述干涉仪。

4.如权利要求3所述的形状测定装置，其特征在于，

所述第一定位装置固定于所述观察光学系统，使所述干涉仪移动，

所述第二定位装置使所述光学单元移动。

5.如权利要求1所述的形状测定装置，其特征在于，

还包括第二定位装置，该第二定位装置使所述干涉仪相对于所述对象物沿光轴方向进行相对移动，

至少所述第一定位装置、所述观察光学系统及所述干涉仪构成一个光学单元，

所述光学单元搭载于所述第二定位装置，

所述第二定位装置的行程比所述第一定位装置的行程要长，

所述控制装置

在执行所述第一自动焦点动作前，对所述拍摄装置和所述第二定位装置进行控制，执行对所述干涉仪的焦点的位置进行粗调整的第二自动焦点动作，

在所述第二自动焦点动作中，一边使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动，一边在多个相对位置上对各个图像进行拍摄，针对各图像的每个图像求出该图像所包含的多个像素的亮度的微分值，在与多个图像中所述微分值最大的图像相对应的相对位置上配置所述对象物和所述干涉仪。

6.如权利要求5所述的形状测定装置，其特征在于，

所述第一定位装置固定于所述观察光学系统，使所述干涉仪移动，

所述第二定位装置使所述光学单元移动。

7.一种涂布装置，该涂布装置将液态材料涂布于对象物的表面，其特征在于，包括：

涂布单元，该涂布单元具有涂布针，将附着于所述涂布针的前端部的液态材料涂布于所述对象物的表面；

头部，该头部包含干涉仪、观察光学系统、拍摄装置及第一定位装置而构成，所述干涉仪将从照明装置射出的白色光分离为第一光束和第二光束，将所述第一光束照射至所述对象物的表面，并将所述第二光束照射至参照面，将来自所述对象物表面的反射光和来自所述参照面的反射光进行合成，以生成与所述对象物的表面形状相对应的干涉条纹，所述观察光学系统用于对所述干涉条纹进行观察，所述拍摄装置经由所述观察光学系统对所述干涉条纹的图像进行拍摄，所述第一定位装置使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动；

第二定位装置，该第二定位装置使所述头部和所述对象物沿所述光轴方向进行相对移动，以将所述头部定位于所述对象物表面的上方的所希望的位置；以及

控制装置，该控制装置对所述拍摄装置和所述第一定位装置和所述第二定位装置进行控制，通过针对所述第一定位装置的控制来执行使所述干涉仪的焦点对准所述对象物的表面的第一自动焦点动作，

所述控制装置在所述第一自动焦点动作中，一边使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动，一边在多个相对位置上分别对多个图像进行拍摄，针对各图像的每个图像对该图像所包含的多个像素的亮度分布图利用判别分析法求出分离度，在与所述多个图像中所述分离度最大的图像相对应的相对位置上配置所述对象物和所述干涉仪，

在所述判别分析法中，所述多个像素的亮度分布图根据亮度阈值分离为两个类别，对所述亮度阈值进行设定，使得类别内分散最小且类别间分散最大，将所述类别间分散与所述类别内分散之比设为所述分离度。

8.如权利要求7所述的涂布装置，其特征在于，

所述控制装置在所述第一自动焦点动作中，在使焦点对准设定于所述对象物上的基准面后，利用所述涂布针来将所述液态材料涂布于所述对象物的表面。

9.如权利要求8所述的涂布装置，其特征在于，

所述控制装置在涂布所述液态材料后，求出所述基准面与所涂布的所述液态材料的顶点之间的阶差，在所求出的所述阶差超过预先设定的下限值之前重复涂布动作。

10.如权利要求7至9的任一项所述的涂布装置，其特征在于，

所述第二定位装置的行程比所述第一定位装置的行程要长，

所述控制装置

在执行所述第一自动焦点动作前，对所述拍摄装置和所述第二定位装置进行控制，执行对所述干涉仪的焦点的位置进行粗调整的第二自动焦点动作，

在所述第二自动焦点动作中，一边使所述对象物和所述干涉仪沿光轴方向进行相对移动，一边在多个相对位置上对各个图像进行拍摄，针对各图像的每个图像求出该图像所包含的多个像素的亮度的微分值，在与多个图像中所述微分值最大的图像相对应的相对位置上配置所述对象物和所述干涉仪。

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