JP2006170847A

JP2006170847A - 形状と材質の測定方法

Info

Publication number: JP2006170847A
Application number: JP2004364674A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kaneko; 正金子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】測定対象物の膜材質の屈折率が既知かどうかに関わらず、不明瞭な境界領域を残すことなく、又、高精度に誤差要因を含む膜厚分布を測定することなく、直接測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類ができる形状と材質の測定方法を提供すること。
【解決手段】白色干渉形状測定を用いる形状と材質の測定方法であり、白色干渉光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、白色干渉光学系内で光軸方向に相対移動させ、干渉縞強度の極大値の発生の回数を数えることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、形状と材質の測定方法に関するものであり、特に、紙の上に、部分的にトナーを積層したハーフトーン印字物のように、測定対象が積層された膜から成る場合に測定領域の表面材質の分類を行う方法に関するものである。

従来、積層された膜から成る表面を白色干渉形状測定する方法として、特許文献１のように、膜表面や膜の下側の面からの反射光の干渉縞波形ピークを分離してから、干渉縞波形ピークの特性値ごとにローパスフィルタによる平滑化処理を行うことで求まる包絡線からそれぞれのピーク位置情報を求め、各領域の膜厚測定を行い、膜厚分布を求める方法がある。

白色干渉形状測定を用いて、測定領域の材質を分離する方法としては、特許文献２のように白色干渉形状測定器で測定した形状データと、形状測定領域の濃度画像情報に基づいて領域を２値化したデータを組み合わせることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の検査を行う方法がある。

特開２００４−３１７２３８号公報特開平８−１２２０２３号公報

上記背景技術の膜厚分布を求める方法では、既知の膜の屈折率を用いて、膜厚測定値や膜の下側の形状を算出する。

この方法を用いて、測定対象が積層された膜から成る測定領域の表面材質の分類を行う場合、予め知れている膜材質の屈折率を用いて、膜厚分布を測定しなければ、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行うことができないという課題に加え、測定対象物の膜材質の屈折率が予め分からなければならないという課題や、直接表面材質の分類を行うことがでないという課題があった。

又、上記背景技術の白色干渉形状測定器で測定した形状データと、形状測定領域の濃度画像情報に基づいて領域を２値化したデータを組み合わせることで測定面内の各測定位置ごとの表面材質の検査を行う方法では、形状測定領域の濃度画像を取得する必要があり、白色干渉形状測定器で、形状測定領域の濃度画像を取得することができず、形状測定領域近傍の濃度画像を別の画像取得手段で取得するため、形状測定領域と濃度測定領域が一致しないという問題があった。

又、紙の上に透明なトナーが印字された領域と、紙面とを分離できないという問題があった。

このため、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行う場合、境界領域が不明瞭になるという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、測定対象物の膜材質の屈折率が既知かどうかに関わらず、不明瞭な境界領域を残すことなく、又、高精度に誤差要因を含む膜厚分布を測定することなく、直接測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類ができる形状と材質の測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、白色干渉形状測定を用いる形状と材質の測定方法であり、白色干渉光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、白色干渉光学系内で光軸方向に相対移動させ、干渉縞強度の極大値の発生の回数を数えることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行うことを特徴とする。

本発明によれば、白色干渉光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、白色干渉光学系内で光軸方向に相対移動させ、干渉縞強度の極大値の発生の回数を数えるようにしたため、測定対象物の膜材質の屈折率が既知かどうかに関わらず、不明瞭な境界領域を残すことなく、又、高精度に誤差要因を含む膜厚分布を測定することなく、直接測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１の処理の流れを説明するための図、図２は本発明の実施の形態１の測定対象物を説明する図、図３は白色干渉光学系を説明するための図、図４は観測される干渉縞の状態を説明する図、図５〜図７は干渉縞から層の境界の数を数える方法を説明する図である。

図１に示すように、白色干渉光学系で、測定対象物の干渉縞データを取得する。

測定対象物は、図２に示すように、白紙の上に離散的にトナーを印字したハーフトーン印字物である。

干渉縞データの取得の詳細は、図３に示すように、白色干渉光学系で、測定対象物の測定面がミラウ対物レンズの光軸に対して光軸に垂直になるように設置し、測定対象物をピエゾステージで上下動させ、測定対象物の測定面上の各点の干渉縞の状態をＣＣＤカメラで観測する。

この各点の干渉縞ごとに、図１に示すように、形状測定部で測定対象物の測定面の形状を求めることと平行して、層の数のカウンターによって発生した干渉縞から層の境界の数が数えられる。

図４に観測される干渉縞の状態を示す。

図４Ａは、測定対象物の紙の表面が大気に対して露出している場合に観測される干渉縞の状態を説明する図で、ピエゾステージの送りで測定対象物を上下動させても層の境界の数が１回しか観測されないことを示す。

図４Ｂは、測定対象物の紙の表面にトナーが載っている場合に観測される干渉縞の状態を説明する図で、ピエゾステージの送りで測定対象物を上下動させて層の境界の数が２回観測されることを示す。

ピエゾステージの送りは、図３で測定対象物を下から上に移動させるため、この１回目の干渉縞群は、トナー表面と大気との境界による干渉縞であり、２回目は紙とトナーの境界面で発生する干渉縞であるため、図１に示すように、干渉縞の数で測定対象物の表面の形状と材質のデータを取得することができる。

図５〜図７は干渉縞から層の境界の数を数える方法を説明する図である。

図５〜図７で、干渉縞が観測されない状態の通常の光量強度を中心強度とし、中心強度を中心として、一定強度範囲の上限を上限強度、下限を下限強度として示している。

上限強度と下限強度の範囲を超える振幅が観測される場合は、干渉縞が発生しているとものとし、その範囲を干渉縞観測範囲とすると、それはピエゾステージ送り量の一定範囲として測定される。

図５は、図４Ａの干渉縞が観測された場合を示し、干渉縞の群が１回だけ観測される例で、測定対象物の紙の表面が露出している場合に相当する。

図５で、干渉縞観測範囲は、図示した白色干渉光源の可干渉範囲以内であるため、可干渉範囲内には白色光を反射する層の境界の数は１個しかないことが分かる。

図６は、図４Ｂの干渉縞が観測された場合を示し、干渉縞の群が２個以上観測される例で、測定対象物のトナー表面を測定している場合に相当する。

この干渉縞観測範囲は、図示した白色干渉光源の可干渉範囲以内には収まらないため、可干渉範囲内には白色光を反射する層の境界の数は少なくとも２個存在することが分かる。

図７は、干渉縞の群が２個以上ある場合に相当し、トナー膜厚が可干渉光路長以内である測定対象物のトナー表面を測定している場合に相当する。

＜実施の形態２＞
以下、本発明の実施の形態２を図８〜図１０に基づいて説明する。

図８〜図１０は、本発明の実施の形態２で干渉縞の群の数を数える方法を説明する図である。

実施の形態１と同じく、干渉縞が観測されない状態の通常の光量強度を中心強度とし、中心強度を中心として、一定強度範囲の上限を上限強度、下限を下限強度として示している。

上限強度と下限強度の範囲を超える振幅が観測される場合は、干渉縞が発生しているとものする。

又、干渉縞の群の個数は、ピエゾステージ送りが上に送られる場合に上限強度を超えた極大値の個数で測定され、干渉縞の極大値の個数と境界の個数の関係は、白色干渉光源の波長光量分布や上限強度と下限強度の値で変わり、本実施の形態の場合は、極大値が４個以下の場合は、干渉縞の群が１個だけある場合で、層の境界の数は１個しかないことに相当する。

極大値が５個以上確認された場合は、干渉縞の群が２個以上ある場合で、層の境界の数は２個以上あることに相当する。

図８は、実施の形態１の図４Ａの干渉縞の群の数を数える場合であり、干渉縞極大値が３個のため、層の境界の数は１個しかないことが分かる。従って、この干渉縞が発生している位置は紙の表面である。

図９は、実施の形態１の図４Ｂの干渉縞の群の数を数える場合であり、干渉縞極大値が６個のため、層の境界の数は２個以上あることが分かる。従って、この干渉縞が発生している位置は紙の上にトナーが載っている部分である。

図１０は、図７と同じく、干渉縞の群が２個以上ある場合に相当し、トナー膜厚が可干渉光路長以内である測定対象物のトナー表面を測定している場合に相当する。干渉縞極大値が６個のため、層の境界の数は２個以上あることが分かる。

従って、この干渉縞が発生している位置は紙の上にトナーが載っている部分である。

＜実施の形態３＞
以下、本発明の実施の形態３について図１１を用いて説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３の測定対象物の干渉縞の群の個数を数える方法を説明する図である。

図７と同じく、干渉縞の群が２個以上ある場合に相当し、トナー膜厚が可干渉光路長以内である測定対象物のトナー表面を測定している場合に相当する。

実施の形態２との違いは、極小値の数を数えることである。この場合の極小値の数は、５個であり、４個を超えるため、層の境界の数は２個以上あることが分かる。従って、この干渉縞が発生している位置は紙の上にトナーが載っている部分であることが分かる。

＜実施の形態４＞
以下、本発明の実施の形態４を図１２及び図１３を用いて説明する。

図１２は、本発明の実施の形態４の測定対象物を説明する図である。図１２に示すように、紙の上の一部の領域では、トナーが２層重なっている。実施の形態１と同じく干渉縞の群の数を数えると、紙の表面では１個しかない。又、トナーが１層だけの領域は、干渉縞の群の数は２個で、境界が２個である。

図１３は、トナーが載っている部分の干渉縞の出方を示し、図１３Ａはトナーがシアン１層の部分で、図１３Ｂはトナーがシアンの上にマゼンダが載った２層の部分である。

ピエゾステージの送りは、下から上に向かうため、図中、一番左側の干渉縞の群が大気層との境界で発生する干渉縞である。

図１３Ｂの２番目の干渉縞の群は、マゼンダとシアンの境界で屈折率の差が殆ど無いため、上限強度と下限強度の範囲内に埋もれて観測されないが、一番右側の干渉縞の群から、干渉縞の群の数は２個以上あり、境界が２個以上あることが分かる。従って、紙の表面とトナーの表面とは分離される。

又、トナーが１層か２層かは、予めトナー形成層が同じ膜厚で２層以下であることが知れている場合には、図中、一番左側の干渉縞の群が出現するステージ送り位置が早い方が２層トナーであることが分かる。

３層以上でも同様にトナー層数の分類が可能である。

本発明の実施の形態１の処理の流れを説明するための図である。本発明の実施の形態１の測定対象物を説明する図である。本発明の実施の形態１の白色干渉光学系を説明するための図である。本発明の実施の形態１において観測される干渉縞の状態を説明する図である。本発明の実施の形態１において干渉縞から層の境界の数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態１において干渉縞から層の境界の数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態１において干渉縞から層の境界の数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態２において干渉縞の群の数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態２において干渉縞の群の数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態２において干渉縞の群の数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態３の測定対象物の干渉縞の群の個数を数える方法を説明する図である。本発明の実施の形態４の測定対象物を説明する図である。トナーが載っている部分の干渉縞の出方を示す図である。

Claims

白色干渉形状測定を用いる形状と材質の測定方法であり、白色干渉光学系の光軸に垂直に設置した被測定物の測定面を、白色干渉光学系内で光軸方向に相対移動させ、干渉縞強度の極大値の発生の回数を数えることで、測定面内の各測定位置ごとの表面材質の分類を行うことを特徴とする形状と材質の測定方法。