JP4266632B2 - 二次元測定機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＣＤなどに用いられているガラス基板等の検査に用いる二次元測定機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノートパソコン等の移動端末で広く用いられるようになったＴＦＴ液晶ディスプレイなどのＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、液晶を２枚のガラス基盤で挟みこみ、液晶に電圧をかけて光の透過率を制御することによりディスプレイ上の点を明滅させるものである。このガラス基板上には、液晶にかける電圧を制御するトランジスタや、配線などの光を透過しない部分と、電極や、カラーフィルタなどの光を透過する部分とが配置され、その形状や寸法などが、数十μｍから数μｍの精度で作られている。
【０００３】
従来、ガラス基板上の上記種々の寸法を測定、および検査するために、測定テーブルを備えた二次元測定機が用いられている。この二次元測定機では、ガラス基板を測定テーブルのガラス板上に載置して、該ガラス基板に向けて光を照射すると共に、ガラス基板の上方に顕微鏡を光学部として備えたカメラによってガラス基板を透過した光を拡大、受光してその形状や寸法をμｍ単位の精度で測定されている。
【０００４】
上記種々の寸法測定をμｍ単位で実現するために、測定テーブルとカメラとの相対位置が高い精度で位置決めされ、各測定ポイントにおける上記相対位置の差から上記種々の寸法を求めている。
例えば、分解能が粗いリニアエンコーダを用いた位置決め制御と、リニアエンコーダの分解能よりも小さい距離単位で伸縮可能なピエゾアクチュエータとを併用して位置決めされていたり（例えば、特許文献１参照。）、上記寸法精度で測定可能な分解能の高い測定装置（例えば、レーザ干渉計）で上記相対位置を測定し、その測定情報がフィードバックされて上記相対位置の位置決めがされていたりする。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１７１３５号公報 （第３−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の二次元測定機においては、上記相対位置を制御するのに、分解能が粗いリニアエンコーダとピエゾアクチュエータとを用いている。このリニアエンコーダは分解能が粗いので、その測定誤差の精度も分解能の精度と同様に粗くなる。その結果、上記相対位置を決定するにも上記測定誤差の精度の影響を受け、それら上記相対位置の差から求められる上記種々の寸法も影響を受けるという問題があった。
【０００７】
また、分解能の高い測定装置を用いて、上記相対位置の位置決めを行っていると、上記分解能に相当する距離を移動する毎にフィードバック制御される。したがって、所定距離を移動するのに膨大な回数のフィードバック制御がされ、移動速度が遅くなるという問題があった。
分解能を低くした測定装置を用いると、フィードバック制御される回数が少なくなり、移動速度を速くすることができる。しかし、上記相対位置の位置決め精度が低下し、それら上記相対位置の差から求められる上記種々の寸法精度も低下するという問題があった。
【０００８】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、測定精度を落とすことなく被検査体の大型化による測定時間の増大を防ぎ、測定サイクルタイムの短縮化ができる二次元測定機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次元測定機では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１にかかる発明は、基台と、該基台上に配置された下部ガイドと、該下部ガイド上に配置され被検査体を保持するテーブルと、該テーブルの上方に前記下部ガイドと直交するように配置された上部ガイドと、該上部ガイドに配置され前記被検査体を測定するＣＣＤカメラと、前記テーブルを下部ガイドに沿って相対移動させる第一の駆動部と、前記ＣＣＤカメラを上部ガイドに沿って相対移動させる第二の駆動部と、前記第一及び第二の駆動部を制御する制御部とを備える二次元測定機において、前記下部ガイドに沿って設けられていて前記テーブルの位置を検知して位置決め制御に用いる第一のリニアスケールと、前記上部ガイドに沿って設けられていて前記ＣＣＤカメラの位置を検知して位置決め制御に用いる第二のリニアスケールと、前記テーブルと前記ＣＣＤカメラとの相対移動距離を検査用に測定するレーザ干渉計とを備え、前記第一及び第二のリニアスケールの出力に基づいて前記制御部により前記第一及び第二の駆動部を駆動制御することで、前記ＣＣＤカメラの測定及び前記レーザ干渉計の測定が一度の前記相対移動で行われ、前記第一及び第二のリニアスケールは前記レーザ干渉計よりも分解能が低く前記相対移動距離を制御用に測定するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
この発明にかかる二次元測定機によれば、検査用測定装置と制御用測定装置との分解能を別々に設定することができるため、検査用測定装置の分解能は高く、制御用測定装置の分解能は検査用の測定装置の分解能より低く設定することができる。そのため、所定距離を移動する際に、制御用測定装置から出力される出力回数を少なくすることができ、上記出力に基づいて制御部が駆動部を制御する回数も減少し、移動に要する時間を短縮することができる。
【００１１】
しかも、レーザ干渉計を用いているので、高い精度でテーブルとＣＣＤカメラとの相対移動距離を測定することができる。
【００１２】
しかも、リニアスケールを用いているので、分解能を落としてテーブルとＣＣＤカメラの移動に要する時間を短縮することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について、図１から図６を参照しながら説明する。
図１および図２に示すように、二次元測定機１０は、基台１１と、基台１１上に平行に配置された一対の下部ガイド１２と、下部ガイド１２に沿って移動するテーブル１３と、基台１１上に立設された一対の支柱１４と、これらの支柱１４に支えられテーブル１３の上方を下部ガイド１２に対して直交するように配置された上部ガイド（梁体）１５と、上部ガイド１５に沿って移動する支持台１６と、支持台１６の側面に配置されガラス基板（被検査体）Ｐを測定するＣＣＤカメラ（光学検査装置）１７と、ＣＣＤカメラ１７の光学部としてガラス基板Ｐの測定ポイントを拡大する顕微鏡１８とを備えている。
【００１６】
テーブル１３は、その外周を構成する筐体２１と、ガラス基板Ｐを載置する２枚に分割されたガラス板２２、２２と、ガラス板２２をコマ（図示せず）を介して支持するベース２４と、ベース２４の下方に配置されガラス基板Ｐを照射する光源（図示せず）とを備えている。
【００１７】
支持台１６の側方には、支持台１６を駆動する上部リニアモータ（駆動部）２６が備えられ、支持台１６の側面に、上部リニアモータ２６の上部移動部２６ａが配置され、上部リニアモータ２６の上部固定部２６ｂが上部ガイド１５に対して平行に配置されている。テーブル１３の下部には、テーブル１３を駆動する下部リニアモータ（駆動部）２７が備えられ、テーブル１３の下面に、下部リニアモータ２７の下部移動部２７ａが備えられ、下部リニアモータ２７の下部固定部２７ｂが基台１１上に下部ガイド１２に対して平行に配置されている。
【００１８】
上部ガイド１５と支持台１６との間には、支持台１６の位置決め制御に用いる上部ガラススケールエンコーダ（制御用測定装置）２８が配置され、上部ガイド１５には、上部ガラススケールエンコーダ２８の上部ガラススケール２８ａが備えられている。下部ガイド１２とテーブル１３との間には、テーブル１３の位置決め制御に用いる下部ガラススケールエンコーダ（制御用測定装置）２９が配置され、下部ガイド１２には、下部ガラススケールエンコーダ２９の下部ガラススケール２９ａが備えられている。
【００１９】
また、基台１１には、図１および図３に示すように、テーブル１３および支持台１３の位置測定に用いられるレーザ干渉計（検査用測定装置）３０が備えられている。基台１１の側面には、レーザ干渉計３０のレーザヘッド３１が備えられていると共に、レーザヘッド３１には、２周波Ｈｅ−Ｎｅレーザを発振するレーザ発振部３２と、測長レーザとリファレンス用レーザとを分離するレーザスプリッタ３３と、リファレンス用レーザの周波数を検知するフォトディテクタ３４とが備えられている。
基台１１上には、レーザヘッド３１から照射された測長レーザをテーブル測長レーザと支持台測長レーザとに分離するビームスプリッタ３５と、各測長レーザを後述するターゲットプリズム３７、３７に向けて曲げる複数のビームベンダ３６、３６とが備えられていると共に、テーブル１３および支持台１５には、後述する干渉部３８、３８へ各測長レーザを反射して反射光を返すターゲットプリズム３７、３７が備えられている。
各測長レーザの経路上には、各ターゲットプリズム３７、３７に対向して干渉部３８、３８が備えられる共に、干渉部３８には、各測長レーザから参照光を分離するビームスプリッタ３９と、分離された参照光をビームスプリッタ３９へ反射するリファレンスプリズム４０と、反射光と参照光との干渉光の周波数を検知するフォトディテクタ４１とが備えられている。
【００２０】
さらに、図３および図４に示すように、レーザ干渉計３０を用いた検査系Ｃとテーブル１３および支持台１６の駆動制御系とに接続されたＰＣ４２が備えられると共に、検査系Ｃに、フォトディテクタ４１の信号を処理する換算処理部４３が備えられ、駆動制御系Ｄに、ＰＣ４２からの信号を仲介するインターフェース４４と、各リニアモータ２６、２７を駆動制御するモータドライバ（制御部）４５と、各ガラススケールエンコーダ２８、２９からの出力を処理する計算処理部４６とが備えられている。換算処理部４３には、パルスコンバータ４７とカウンタ４８とが備えられている。
【００２１】
上記の構成からなる二次元測定機１０においてガラス基板Ｐを測定する時には、図１および図２に示すように、ガラス基板Ｐをガラス板２２上に保持し、ガラス基板Ｐに設けられた複数の測定ポイントを測定する。
ＰＣ４２には、ガラス基板Ｐ上の各測定ポイントの設計寸法値が入力してあり、この設計寸法値に基づいてテーブル１３および支持台１６の位置決め制御を行う。
【００２２】
まず、図１および図４に示すように、ＰＣ４２からインターフェース４４を介してモータドライバ４５に駆動信号を出力し、各リニアモータ２６、２７を駆動して顕微鏡１８およびＣＣＤカメラ１７を、第１測定ポイントの設計配置位置上方に移動させる。移動の際は、テーブル１３および支持台１６の位置をガラススケールエンコーダ２８、２９で検知し、検知情報を計算処理部４３に出力して計算処理し、その情報をモータドライバ４５にフィードバックして位置制御する。
【００２３】
顕微鏡１８およびＣＣＤカメラ１７が、第１測定ポイントの設計配置位置上方に移動すると、第１測定ポイントはＣＣＤカメラ１７の視野に入り、第１測定ポイントを透過した光を顕微鏡１８で拡大してＣＣＤカメラ１７に取り込む。その取り込んだ画像の中心（すなわち、視野内座標系の中心）から第１測定ポイントの中心までの距離（ｘ１、ｙ１）を、ＣＣＤ画素数をカウントしてμｍ単位で求める。このとき同時に、テーブル１３および支持台１６の位置（すなわち、テーブル座標系における視野内座標系中心の位置）（Ｘ１、Ｙ１）を、レーザ干渉計３０を用いてμｍ単位で測定する。
【００２４】
次に、ＰＣ４２から駆動信号を出力し、各リニアモータ２６、２７を駆動して顕微鏡１８およびＣＣＤカメラ１７を、第２測定ポイントの設計配置位置上方に移動させる。移動の際は、前述したように、各ガラススケールエンコーダ２８、２９で検知した情報をフィードバックして位置制御する。
顕微鏡１８およびＣＣＤカメラ１７が、第２測定ポイントの設計配置位置上方に移動すると、第１測定ポイントの測定時と同様に、視野内座標系中心から第２測定ポイントの中心までの距離（ｘ２、ｙ２）と、その時のテーブル座標系における視野内座標系中心の位置（Ｘ２、Ｙ２）をμｍ単位で測定する。
【００２５】
これら測定した視野内座標系と第１測定ポイントおよび第２測定ポイントとの位置関係が、例えば図５に示す位置関係であるとすると、第１測定ポイントのテーブル座標系における位置は（Ｘ１＋ｘ１，Ｙ１＋ｙ１）となり、第２測定ポイントのテーブル座標系における位置は（Ｘ２−ｘ２,Ｙ２−ｙ２）となる。
したがって、第１測定ポイントと第２測定ポイントとの相対位置は、テーブル座標系において（（Ｘ２−ｘ２）−（Ｘ１＋ｘ１），（Ｙ２−ｙ２）−（Ｙ１＋ｙ１））と表せる。
【００２６】
本実施形態で使用したレーザ干渉計３０は、２周波式へテロダインレーザ干渉計と呼ばれるものであり、図３を用いて説明する。
レーザ発振部３２において発振した２つの周波数（Ｌ１およびＬ２）のＨｅ−Ｎｅレーザは、ビームスプリッタ３３において測長レーザとリファレンスレーザとに分離される。リファレンスレーザは、フォトディテクタ３４に入射し、その周波数差（Ｌ１−Ｌ２）がリファレンス信号としてパルスコンバータ４７へ出力される。
測長レーザは、レーザスプリッタ３９において参照光（周波数Ｌ２）が分離してリファレンスプリズム４０に向かい、残りの測長レーザ（周波数Ｌ１）がターゲットプリズム３７に向かう。ターゲットプリズム３７は、テーブル１３および支持台１６の移動に伴い移動するので、反射するレーザの周波数はドップラ効果により△Ｄだけ変化する（Ｌ１±△Ｄ）。
反射した測長レーザと参照光とは、レーザスプリッタ３９において干渉して、フォトディテクタ４１に入射し、その周波数差（Ｌ１−Ｌ２±△Ｄ）が干渉信号としてパルスコンバータ４７に出力される。
パルスコンバータ４７では、リファレンス信号（Ｌ１−Ｌ２）と干渉信号（Ｌ１−Ｌ２±△Ｄ）とを信号処理してドップラ効果による周波数信号差（±△Ｄ）をカウンタ４８にカウントし、これらの情報を位置誤差情報としてＰＣ４２に出力して正確な位置を測定する。
【００２７】
また、同じく本実施形態で用いたガラススケールエンコーダ２８、２９について説明する。
ガラススケール２８ａ、２８ｂには、等間隔に目盛りが付してあり、テーブル１３および支持台１６にも同様に等間隔に目盛りが付してある移動側スケール（図示せず）が備えられている。ガラススケール２８ａ、２８ｂ上を移動側スケールが移動すると、目盛りが重なって隙間のある明るい時と、に示すように目盛りが互い違いに並び隙間のない暗い時との２つの状態を繰り返す。この明滅繰り返しを検知器（図示せず）で検出し、明滅の繰り返し回数と目盛り間隔とから位置を算出する。
【００２８】
上記の構成によれば、テーブル１３および支持台１６は、各ガラススケールエンコーダ２８、２９の出力に基づき位置決め制御されているので、テーブル１３および支持台１６を移動させるときには、各ガラススケールエンコーダ２８、２９の分解能により決まる頻度で制御される。各ガラススケールエンコーダ２８、２９の分解能は、計測に求められる分解能より低い分解能であるので、所定距離を移動する際の位置決め制御頻度は少なく、移動に要する時間を短縮することができる。
【００２９】
レーザ干渉計を測定に用いているので、μｍ単位でテーブル１３および支持台１６の位置、つまりテーブル座標系における視野内座標系中心の位置を測定することができる。その結果、高い精度で測定ポイントの位置を測定することができ、各測定ポイントの相対位置関係を高い精度で求めることができる。
【００３０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
特に、上記の実施の形態においては、テーブル１３および支持台１６の駆動にリニアモータ２６、２７を用いたものに適応して説明したが、この駆動機構にリニアモータを用いたものに限られることなく、ボールネジ機構など、その他各種の駆動機構に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、テーブル１３および支持台１６の駆動制御用にガラススケールエンコーダ２８、２９を用いたものに適応して説明したが、この駆動制御用にガラススケールエンコーダ２８、２９を用いたものに限られることなく、ロータリーエンコーダなど、その他各種の検知装置に適応することができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、前記テーブルと前記ＣＣＤカメラとの相対移動距離を検査用に測定するレーザ干渉計と、制御用に測定する第一及び第二のリニアスケールとを備え、前記制御部が、前記第一及び第二のリニアスケールの出力に基づき、前記第一及び第二の駆動部を制御する。これにより、前記テーブルと前記ＣＣＤカメラとの相対移動速さを速くすることができ、被検査体の大型化による測定時間の増大を防ぎ、測定サイクルタイムの短縮化ができるという効果を奏する。
【００３２】
しかも、レーザ干渉計を用いることにより、高い精度でテーブルとＣＣＤカメラとの相対移動距離を測定することができるという効果を奏する。
【００３３】
しかも、リニアスケールを用いたことにより、測定精度を落としてテーブルとＣＣＤカメラの移動に要する時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による二次元測定機の一実施形態を示す上面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】 本発明による二次元測定機の一実施形態におけるレーザ干渉計の模式図である。
【図４】 本発明による二次元測定機の一実施形態における測定系と制御系の模式図である。
【図５】 本発明による二次元測定機の一実施形態におけるテーブル座標系と視野内座標系との関係図である。
【符号の説明】
１０ 二次元測定機
１１ 基台
１３ テーブル
１５ 上部ガイド（梁体）
１７ ＣＣＤカメラ（光学検査装置）
２６ 上部リニアモータ（駆動部）
２７ 下部リニアモータ（駆動部）
２８ 上部ガラススケールエンコーダ（制御用測定装置）
２９ 下部ガラススケールエンコーダ（制御用測定装置）
３０ レーザ干渉計（検査用測定装置）
４５ モータドライバ（制御部）
Ｐ ガラス基板（被検査体）

Claims (1)

1. 基台と、該基台上に配置された下部ガイドと、該下部ガイド上に配置され被検査体を保持するテーブルと、該テーブルの上方に前記下部ガイドと直交するように配置された上部ガイドと、該上部ガイドに配置され前記被検査体を測定するＣＣＤカメラと、
   前記テーブルを下部ガイドに沿って相対移動させる第一の駆動部と、前記ＣＣＤカメラを上部ガイドに沿って相対移動させる第二の駆動部と、前記第一及び第二の駆動部を制御する制御部とを備える二次元測定機において、
   前記下部ガイドに沿って設けられていて前記テーブルの位置を検知して位置決め制御に用いる第一のリニアスケールと、
   前記上部ガイドに沿って設けられていて前記ＣＣＤカメラの位置を検知して位置決め制御に用いる第二のリニアスケールと、
   前記テーブルと前記ＣＣＤカメラとの相対移動距離を検査用に測定するレーザ干渉計とを備え、
   前記第一及び第二のリニアスケールの出力に基づいて前記制御部により前記第一及び第二の駆動部を駆動制御することで、前記ＣＣＤカメラの測定及び前記レーザ干渉計の測定が一度の前記相対移動で行われ、
   前記第一及び第二のリニアスケールは前記レーザ干渉計よりも分解能が低く前記相対移動距離を制御用に測定するようにしたことを特徴とする二次元測定機。

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