JP4526988B2 - Minute height measuring method, minute height measuring apparatus and displacement unit used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、被測定物の微小高さを測定する微小高さ測定方法に関し、詳しくは、被測定物上の測定点を任意に選択可能として測定点の高さを高速で測定しようとする微小高さ測定方法及びそれに用いる微小高さ測定装置並びに変位ユニットに係るものである。 The present invention relates to a minute height measuring method for measuring a minute height of an object to be measured, and more specifically, a minute point for measuring the height of a measuring point at high speed by arbitrarily selecting a measuring point on the object to be measured. The present invention relates to a height measuring method, a minute height measuring device used therefor, and a displacement unit.
従来のこの種の微小高さ測定装置は、光源であるレーザ発振器と、被測定物をレーザビームで走査するためのレーザビーム偏向部と、走査されるレーザビームを被測定物に集光する対物レンズと、被測定物からの反射光を二つの光路に分岐する光学系と、分岐された各々の光路における反射光の結像位置付近に配置した光学的に大きさの異なる二つの開口と、各開口を通過した反射光をそれぞれ検出する光検出器と、この光検出器の出力信号から被測定物の高さを算出する処理部とを備え、小さな開口を配置した光路から得られた反射光の高さに依存する測定値を、大きな開口を配置した光路から得られた反射光の絶対量値で除算して被測定物の高さを求め、これを予め計算・記憶しておいた高さ換算表と照らし合わせることにより、計算結果に応じた高さを得るようになっている(特許文献1参照)。 A conventional minute height measuring apparatus of this type includes a laser oscillator as a light source, a laser beam deflecting unit for scanning the object to be measured with a laser beam, and an objective for condensing the scanned laser beam on the object to be measured. A lens, an optical system for branching reflected light from the object to be measured into two optical paths, and two optically different openings arranged near the imaging position of the reflected light in each branched optical path, Reflection obtained from an optical path provided with a small aperture, which includes a photodetector that detects reflected light that has passed through each aperture, and a processing unit that calculates the height of the object to be measured from the output signal of the photodetector. The measured value depending on the height of light is divided by the absolute value of the reflected light obtained from the optical path with a large aperture to obtain the height of the object to be measured, and this is calculated and stored in advance. Compared with the height conversion table, Has thus obtain a height corresponding to the (see Patent Document 1).
しかし、上記微小高さ測定装置は、レーザビームをガルバノミラー等を用いて走査するため、走査スピードに限界があり、また走査ビームの揺らぎ現象の問題があった。 However, since the above-mentioned minute height measuring apparatus scans the laser beam using a galvanometer mirror or the like, there is a limit to the scanning speed, and there is a problem of fluctuation phenomenon of the scanning beam.
そこで、このような問題に対処するために、他の装置は、多数のマイクロレンズをアレイ状に配列したマイクロレンズディスクと、該マイクロレンズディスクと同一の回転軸により一体的に回転するようにされ、上記マイクロレンズディスクの各マイクロレンズの焦点位置にピンホールを形成したピンホールディスクと、上記マイクロレンズディスクのマイクロレンズ及びピンホールディスクのピンホールを通過した光ビームを被測定物上に集光させる対物レンズと、該対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置され被測定物からの反射・散乱光を検出する光検出器と、上記マイクロレンズディスクとピンホールディスクとの間に配設され被測定物からの反射・散乱光を上記光検出器側に反射する光分岐手段と、該反射光を上記光検出器の検出面上に集光するリレーレンズとを備えている(特許文献2参照)。 Therefore, in order to cope with such a problem, another device is configured to rotate integrally with a microlens disk in which a large number of microlenses are arranged in an array and the same rotation axis as the microlens disk. A pinhole disk in which a pinhole is formed at the focal position of each microlens of the microlens disk, and a light beam that has passed through the microlens of the microlens disk and the pinhole of the pinhole disk is condensed on the object to be measured. Between the microlens disk and the pinhole disk, an objective lens to be detected, a photodetector that is optically conjugate with the focal position of the objective lens and detects reflected / scattered light from the object to be measured. A light branching means for reflecting reflected / scattered light from the object to be measured to the photodetector side; and And a relay lens for condensing onto the detecting surface of the vessel (see Patent Document 2).
上記他の装置は、このような構成により、レーザビームをマイクロレンズディスクに配置された各マイクロレンズにより個別の光束として集光し、光分岐手段を透過後、ピンホールディスクに設けられた個々のピンホールを通過させ、対物レンズにより被測定物上に集光させる。そして、被測定物から発生した反射・散乱光を再び対物レンズによりピンホールディスクの個々のピンホール上に集光させ、個々のピンホールを通過後、上記光分岐手段により反射してリレーレンズにより光検出手段上に集光させる。これにより、マイクロレンズディスクとピンホールディスクとを一体的に回転してレーザビームを観察領域全体に高速走査することができる。
しかし、このような従来の微小高さ測定装置においては、いずれも光ビームの走査を機械的に行うものであったので、光ビームの走査速度には限界があり、高速測定が困難であった。また、観察領域全体をレーザビームで走査して被測定物の高さを測定するものであったので、任意の測定点を選択して測定することができず、被測定物上の任意の点の高さを高速度で測定することができなかった。 However, since all of these conventional minute height measuring devices mechanically scan the light beam, the scanning speed of the light beam is limited and high-speed measurement is difficult. . In addition, since the entire observation area is scanned with a laser beam to measure the height of the object to be measured, it is not possible to select and measure any measurement point, and any point on the object to be measured. Could not be measured at high speed.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被測定物上の測定点を任意に選択可能として測定点の高さを高速で測定しようとする微小高さ測定方法及びそれに用いる微小高さ測定装置並びに変位ユニットを提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention addresses such a problem, and allows a measurement point on the measurement object to be arbitrarily selected so that the height of the measurement point can be measured at a high speed and a minute height used in the method. An object of the present invention is to provide a measuring device and a displacement unit.
上記目的を達成するために、第1の発明による微小高さ測定方法は、光ビームを被測定物上に集光する対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置され、複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段の当該マイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを傾けて光源からの光ビームを被測定物方向に反射させ、前記少なくとも一のマイクロミラーで反射された光ビームを前記対物レンズにより被測定物上に集光し、該被測定物上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段の前記少なくとも一のマイクロミラーを介して検出し、前記被測定物を前記対物レンズに対して相対的にその光軸方向に変位させてその変位量を検出し、前記少なくとも一のマイクロミラーを介して検出された光の輝度及び前記検出された変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求めるものである。 In order to achieve the above object, a minute height measuring method according to a first invention is arranged in an optically conjugate relationship with a focal position of an objective lens for condensing a light beam on an object to be measured. Among the micromirrors of the measurement point selection means in which the mirrors are arranged in a matrix, at least one micromirror is tilted to reflect the light beam from the light source toward the object to be measured, and reflected by the at least one micromirror. The light beam is condensed on the object to be measured by the objective lens, and the reflected and scattered light from the condensing point of the light beam condensed on the object to be measured is converted into the at least one micro of the measurement point selecting means. Detecting through the mirror, detecting the amount of displacement by displacing the object to be measured in the optical axis direction relative to the objective lens, and detecting through the at least one micromirror From the data of brightness and the detected amount of displacement of the light it is intended to obtain the displacement amount indicating the maximum brightness value as the height of the measurement point of the object to be measured.
そして、前記測定点選択手段は、複数のマイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを任意に選択して駆動するものである。これにより、測定点選択手段の複数のマイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを任意に選択して駆動する。 The measurement point selecting means arbitrarily selects and drives at least one of the plurality of micromirrors. Thereby, at least one micromirror is arbitrarily selected and driven among the plurality of micromirrors of the measurement point selection means.
また、第2の発明による微小高さ測定装置は、光ビームを照射する光源と、前記光源からの光ビームを被測定物上に集光する対物レンズと、該対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置され、前記光源からの光ビームが被測定物方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段と、前記被測定物上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、前記被測定物を前記対物レンズに対して相対的にその光軸方向に変位させると共にその変位量を検出して出力する変位手段と、前記測定点選択手段の各マイクロミラーを個別に駆動制御し、前記変位手段の変位を制御すると共に、前記光検出手段で検出された光の輝度及び前記変位手段より入力した変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、を備えたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a micro-height measuring apparatus comprising: a light source for irradiating a light beam; an objective lens for condensing the light beam from the light source on an object to be measured; And measuring point selection means in which a plurality of micromirrors individually arranged in a matrix are arranged so that the light beam from the light source is reflected in the direction of the object to be measured, and is collected on the object to be measured. A light detection means for detecting reflected and scattered light from the condensing point of the light beam through the measurement point selection means; and the object to be measured relative to the objective lens in the optical axis direction. Displacement means that detects and outputs the displacement amount, and each micromirror of the measurement point selection means is individually driven and controlled to control the displacement of the displacement means and detected by the light detection means Luminance of light and the change And control means for obtaining a displacement amount indicating the maximum luminance value from the input displacement amount of data from the means as the height of the measurement point of the object to be measured, but with a.
このような構成により、光源から光ビームを照射し、制御手段で対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置された測定点選択手段のマトリクス状に配列された複数のマイクロミラーを個別に駆動制御して、上記光源からの光ビームを被測定物方向に反射するように傾け、対物レンズにより上記マイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に集光し、光検出手段で被測定物上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を上記測定点選択手段を介して検出し、制御手段で変位手段の変位を制御し、変位手段で被測定物を上記対物レンズに対して相対的にその光軸方向に変位させてその変位量を検出して出力し、制御手段により上記光検出手段で検出された光の輝度及び上記変位手段より入力した変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める。 With such a configuration, a light beam is emitted from a light source, and a plurality of micromirrors arranged in a matrix of measurement point selection means arranged in an optically conjugate relationship with the focal position of the objective lens are individually controlled by a control means. The light beam from the light source is tilted so as to be reflected in the direction of the object to be measured, and the light beam reflected by the micromirror by the objective lens is condensed on the object to be measured. The reflected and scattered light from the condensing point of the light beam collected on the object to be measured is detected through the measuring point selection means, the displacement of the displacement means is controlled by the control means, and the object to be measured is detected by the displacement means. Is displaced relative to the objective lens in the direction of the optical axis, the amount of displacement is detected and output, and the luminance of the light detected by the light detection means by the control means and the displacement input from the displacement means Maximum from quantity data A displacement amount indicating the degree value determined as the height of the measurement point of the object to be measured.
また、第3の発明による微小高さ測定装置は、被測定物に照射する光ビームを発生する光源と、該光源からの光ビームが前記被測定物方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段と、前記被測定物上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、前記測定点選択手段を前記被測定物への光ビームの照射方向に変位させる変位手段と、該変位手段の変位を制御すると共に前記測定点選択手段の変位量及び前記光検出手段で検出された光の輝度のデータを互いに関連づけて出力する変位計制御回路とを有する変位計ユニットと、前記変位計ユニットの光源からの光ビームを前記被測定物上に集光する対物レンズと、前記変位計ユニットの測定点選択手段の各マイクロミラーを個別に駆動制御すると共に、前記変位計ユニットから出力された変位量及び光の輝度のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、を備えたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a micro-height measuring apparatus comprising: a light source that generates a light beam that irradiates an object to be measured; and a plurality of individually inclined light beams that reflect the light beam from the light source toward the object to be measured. Measurement point selection means in which micromirrors are arranged in a matrix, light detection means for detecting reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured via the measurement point selection means, and the measurement points Displacement means for displacing the selection means in the irradiation direction of the light beam to the object to be measured, and the displacement of the measurement point selection means and the luminance of the light detected by the light detection means while controlling the displacement of the displacement means A displacement meter unit having a displacement meter control circuit that outputs the data of the displacement meter in association with each other, an objective lens that focuses the light beam from the light source of the displacement meter unit on the object to be measured, and measurement of the displacement meter unit The micromirrors of the selection means are individually driven and controlled, and the displacement amount indicating the maximum luminance value is obtained as the height of the measurement point of the object to be measured from the displacement amount and light luminance data output from the displacement meter unit. And a control means.
このような構成により、変位計ユニットの光源で光ビームを発生し、測定点選択手段のマトリクス状に配列された複数のマイクロミラーを制御手段で個別に駆動制御して上記光源からの光ビームを被測定物方向に反射するように傾け、上記対物レンズにより上記マイクロミラーで反射された光ビームを被測定物上に集光し、変位計制御回路で変位手段の変位を制御し、該変位手段で少なくとも上記測定点選択手段を被測定物への光ビームの照射方向に変位させ、光検出手段で被測定物上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を上記測定点選択手段を介して検出し、変位計制御回路で上記測定点選択手段の変位量及び上記光検出手段により検出された光の輝度のデータを互いに関連づけて出力し、制御手段で該データに基づいて最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める。 With such a configuration, a light beam is generated by the light source of the displacement meter unit, and a plurality of micromirrors arranged in a matrix of measurement point selection means are individually driven and controlled by the control means, so that the light beam from the light source is generated. Tilt so as to reflect in the direction of the object to be measured, the light beam reflected by the micromirror by the objective lens is condensed on the object to be measured, and the displacement of the displacement means is controlled by a displacement meter control circuit. Then, at least the measurement point selection means is displaced in the irradiation direction of the light beam on the object to be measured, and the reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured is detected by the light detection means via the measurement point selection means. The displacement meter control circuit outputs the displacement amount of the measurement point selection means and the light brightness data detected by the light detection means in association with each other, and the control means outputs the maximum brightness value based on the data. Obtaining a displacement amount indicating the height of the measurement point of the object to be measured.
また、前記制御手段は、前記測定点選択手段の複数のマイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを任意に選択して駆動させるものである。これにより、制御手段で測定点選択手段の複数のマイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを任意に選択して駆動させる。 Further, the control means arbitrarily selects and drives at least one micromirror among the plurality of micromirrors of the measurement point selection means. Thereby, at least one micromirror is arbitrarily selected and driven among the plurality of micromirrors of the measurement point selection means by the control means.
さらに、前記光検出手段は、前記光源と前記測定点選択手段との間の光路上に配設されて、前記測定点選択手段からの光路を二つに分岐する光分岐手段により反射された光を受光するものである。これにより、光源と測定点選択手段との間の光路上に配設されて、測定点選択手段からの光路を二つに分岐する光分岐手段で測定点選択手段からの光を反射し、それを光検出手段で受光する。 Further, the light detection means is disposed on the optical path between the light source and the measurement point selection means, and is reflected by the light branching means that branches the optical path from the measurement point selection means in two. Is received. Thereby, the light splitting means is arranged on the optical path between the light source and the measuring point selecting means and splits the optical path from the measuring point selecting means in two, and reflects the light from the measuring point selecting means. Is received by the light detection means.
さらにまた、前記光検出手段は、光電子増倍管若しくは撮像素子であり、又はその両者を組み合わせてそれぞれ切り換えて光検出可能としたものである。これにより、光電子増倍管若しくは撮像素子で被測定物からの反射及び散乱光を検出し、又はその両者を組み合わせたものでそれぞれ切り換えて被測定物からの反射及び散乱光を検出する。 Furthermore, the light detection means is a photomultiplier tube or an image pickup device, or a combination of the two, which can be switched to enable light detection. As a result, the reflected and scattered light from the object to be measured is detected by a photomultiplier tube or an image sensor, or a combination of the two is switched to detect the reflected and scattered light from the object to be measured.
そして、前記光源は、レーザ光源若しくは白色光源であり、又はその両者を組み合わせてそれぞれ切り換えて照射可能とし、或いは波長の異なるレーザ光源を組み合わせてそれぞれ切り換えて照射可能としたものである。これにより、レーザ光源若しくは白色光源で照射し、またはその両者を組み合わせたもの、或いは波長の異なるレーザ光源を組み合わせたものでそれぞれ切り換えて照射する。 The light source is a laser light source or a white light source, or a combination of the two can be switched for irradiation, or a combination of laser light sources having different wavelengths can be switched for irradiation. Thereby, the laser light source or the white light source is used for irradiation, or a combination of the two or a combination of laser light sources having different wavelengths is used for irradiation.
また、第4の発明による変位計ユニットは、被測定物に照射する光ビームを発生する光源と、該光源からの光ビームが被測定物方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段と、前記被測定物上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、前記測定点選択手段を前記被測定物への光ビームの照射方向に変位させる変位手段と、該変位手段の変位を制御すると共に、前記測定点選択手段の変位量及び前記光検出手段で検出された光の輝度のデータを互いに関連づけて出力する変位計制御回路と、を備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a displacement meter unit comprising: a light source that generates a light beam that irradiates an object to be measured; and a plurality of micromirrors that are individually tilted so that the light beam from the light source is reflected toward the object to be measured. Measurement point selection means arranged in a matrix, light detection means for detecting reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured via the measurement point selection means, and the measurement point selection means. Displacement means for displacing the object to be measured in the irradiation direction of the light beam, and controlling the displacement of the displacement means, the displacement amount of the measurement point selection means, and the luminance data of the light detected by the light detection means Is provided with a displacement meter control circuit that outputs in association with each other.
このような構成により、光源で光ビームを発生し、個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段で光源からの光ビームが被測定物方向に反射し、光検出手段で上記被測定物上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を上記測定点選択手段を介して検出し、変位手段で少なくとも上記測定点選択手段を上記被測定物への光ビームの照射方向に変位させ、変位計制御回路で上記測定点選択手段の変位量及び前記光検出手段で検出された光の輝度のデータを互いに関連づけて出力する。 With such a configuration, a light beam is generated by the light source, and the light beam from the light source is reflected in the direction of the object to be measured by the measurement point selection means in which a plurality of micromirrors that are individually inclined are arranged in a matrix, and the light detection means Reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured is detected via the measurement point selecting means, and at least the measuring point selecting means is displaced by the displacing means and the irradiation direction of the light beam on the object to be measured. The displacement amount of the measurement point selecting means and the luminance data of the light detected by the light detecting means are output in association with each other by the displacement meter control circuit.
さらに、前記光検出手段は、前記光源と前記測定点選択手段との間の光路上に配設されて、前記測定点選択手段からの光路を二つに分岐する光分岐手段により反射された光を受光するものである。これにより、光源と測定点選択手段との間の光路上に配設された光分岐手段で測定点選択手段からの光路を二つに分岐し、光検出手段で光分岐手段により反射された光を受光する。 Further, the light detection means is disposed on the optical path between the light source and the measurement point selection means, and is reflected by the light branching means that branches the optical path from the measurement point selection means in two. Is received. Thereby, the light splitting means disposed on the optical path between the light source and the measuring point selecting means splits the optical path from the measuring point selecting means into two, and the light reflected by the light splitting means by the light detecting means Is received.
さらにまた、前記光検出手段は、光電子増倍管若しくは撮像素子であり、又はその両者を組み合わせてそれぞれ切り換えて光検出可能としたものである。これにより、光電子増倍管若しくは撮像素子で被測定物からの反射及び散乱光を検出し、又はその両者を組み合わせたものでそれぞれ切り換えて被測定物からの反射及び散乱光を検出する。 Furthermore, the light detection means is a photomultiplier tube or an image pickup device, or a combination of the two, which can be switched to enable light detection. As a result, the reflected and scattered light from the object to be measured is detected by a photomultiplier tube or an image sensor, or a combination of the two is switched to detect the reflected and scattered light from the object to be measured.
そして、前記光源は、レーザ光源若しくは白色光源であり、又はその両者を組み合わせてそれぞれ切り換えて照射可能とし、或いは波長の異なるレーザ光源を組み合わせてそれぞれ切り換えて照射可能としたものである。これにより、レーザ光源若しくは白色光源で照射し、またはその両者を組み合わせたもの、或いは波長の異なるレーザ光源を組み合わせたものでそれぞれ切り換えて照射する。 The light source is a laser light source or a white light source, or a combination of the two can be switched for irradiation, or a combination of laser light sources having different wavelengths can be switched for irradiation. Thereby, the laser light source or the white light source is used for irradiation, or a combination of the two or a combination of laser light sources having different wavelengths is used for irradiation.
請求項1又は3に係る発明によれば、光ビームを被測定物上に集光する対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置された測定点選択手段のマトリクス状に配列された複数のマイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを傾けて光源からの光ビームを被測定物方向に反射すると共に、該被測定物の測定点からの反射及び散乱光を上記測定点選択手段の少なくとも一のマイクロミラーを介して検出するようにしたことにより、測定点を任意に選択することができ、被測定物上の測定点の高さを高速で測定することができる。したがって、例えば、液晶表示パネルのセルギャップ中の異物の高さを高速で検査することができる。 According to the first or third aspect of the present invention, the measurement point selection means are arranged in a matrix in an optically conjugate relationship with the focal position of the objective lens that focuses the light beam on the object to be measured. Among the plurality of micromirrors, at least one micromirror is tilted to reflect the light beam from the light source toward the object to be measured, and the reflected and scattered light from the measurement point of the object to be measured is reflected by the measurement point selection unit. By detecting through at least one micromirror, the measurement point can be arbitrarily selected, and the height of the measurement point on the object to be measured can be measured at high speed. Therefore, for example, the height of the foreign matter in the cell gap of the liquid crystal display panel can be inspected at high speed.
また、請求項2又は5に係る発明によれば、測定点選択手段の複数のマイクロミラーのうち、少なくとも一のマイクロミラーを任意に選択して駆動するものとしたことにより、所望の測定点及び測定点数を任意に選択することができる。したがって、被測定物上の任意の測定点の高さを高速度で測定することができる。
According to the invention according to
さらに、請求項4に係る発明によれば、光源と、測定点選択手段と、光検出手段と、変位手段と、変位計制御回路とを有して変位計ユニットを構成し、該変位計ユニットの測定点選択手段を被測定物への光ビームの照射方向に変位させるものとしたことにより、測定点選択手段の変位量が対物レンズの倍率に応じて拡大されて、対物レンズの光軸方向に被測定物を相対的に変位させる場合よりも微小高さの測定精度を向上することができる。また、測定精度を上記被測定物を相対的に変位させる場合と同じにしたときには、測定点選択手段の変位量の測定をラフに行うことができる。したがって、この場合、変位量を測定するための例えばエンコーダやリニアスケール等の特別なセンサーを必要とせず、変位手段の駆動パルス数をカウントして変位量を測定することができ変位手段の構成が簡単となる。さらに、対物レンズの焦点を被測定物上に合わせた状態で各測定点における微小高さを測定することができるので、測定点を容易に指定することができる。
Further, according to the invention according to
さらに、請求項6又は10に係る発明によれば、光源と測定点選択手段との間の光路上に配設されて、測定点選択手段からの光路を二つに分岐する光分岐手段により反射された光を受光するものとしたことにより、光源から発射された光と干渉することなく測定点選択手段からの光を受光することができる。
Further, according to the invention according to
さらにまた、請求項7又は11に係る発明によれば、光検出手段を光電子増倍管若しくは撮像素子であり、又はその両者を組み合わせてそれぞれ切り換えて光検出可能なものとしたことにより、光電子増倍管を使用した場合には検出感度が高いため光検出精度が向上し、微小高さの測定精度を向上することができる。また、撮像素子を使用した場合には複数の測定点の高さ測定を同時に行うことができ、微小高さの測定をより高速で行うことができる。さらに、両者を組み合わせてそれぞれ切替可能とすれば、目的に応じて適宜切り換えて使用することができ、利便性が拡大する。
Furthermore, according to the invention according to
そして、請求項8又は12に係る発明によれば、光源を、レーザ光源若しくは白色光源であり、又はその両者を組み合わせてそれぞれ切り換えて照射可能とし、或いは波長の異なるレーザ光源を組み合わせてそれぞれ切り換えて照射可能なものとしたことにより、複数の波長のレーザ光源を使用する場合には、被測定物の測定点の下地の色に応じてレーザ光源の波長を選択することができ、光検出をより高感度で行うことができる。また、白色光源を使用したと場合には、被測定物の測定点の下地の色に影響されることなく光検出を高感度で行うことができる。
According to the invention according to
また、請求項9に係る発明によれば、複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段の該複数のマイクロミラーを個別に傾けて光源からの光ビームを被測定物方向に反射し、被測定物上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を検出すると共に、上記測定点選択手段を被測定物への光ビームの照射方向に変位させ、測定点選択手段の変位量及び上記検出光の輝度のデータを互いに関連づけて出力するものとしたことにより、既存の顕微鏡に取り付けて微小高さ測定装置を容易に構成することができる。 According to the ninth aspect of the invention, the plurality of micromirrors of the measurement point selection means in which a plurality of micromirrors are arranged in a matrix are individually tilted to reflect the light beam from the light source toward the object to be measured. Detecting the reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured, and displacing the measuring point selection means in the irradiation direction of the light beam to the object to be measured, Since the luminance data of the detection light is output in association with each other, it is possible to easily configure a minute height measuring device attached to an existing microscope.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明による微小高さ測定装置の第1の実施形態を示す概念図である。この微小高さ測定装置は、共焦点光学系を用いて被測定物1の高さを測定するもので、光源2と、対物レンズ3と、測定点選択手段4と、光検出手段5と、変位手段6と、制御手段7とからなり、例えば液晶表示パネルのセルギャップの検査を高速で行おうとするものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a first embodiment of a minute height measuring apparatus according to the present invention. This minute height measuring apparatus measures the height of the
上記光源2は、光ビームを発射するものであり、例えばレーザ発振器である。
上記被測定物1と対向して対物レンズ3が設けられている。この対物レンズ3は、上記光源2からの光ビームを被測定物1上に集光するものである。
The
An
上記対物レンズ3の焦点位置と光学的に共役の関係に測定点選択手段4が配置されている。この測定点選択手段4は、被測定物1上の側定点を任意に選択するものであり、光源2からの光ビームが被測定物1方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)をマトリクス状に配列したものである。このマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)のサイズは、例えば16μm角程度に形成することが可能であり、該マイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)でそれと略同サイズのスポット光を生成することができる。
Measuring point selection means 4 is arranged in an optically conjugate relationship with the focal position of the
なお、上記対物レンズ3と測定点選択手段4との間には、結像レンズ8が対物レンズ3の光軸に一致させて設けられており、対物レンズ3によって被測定物1上に生成された光ビームのビームスポットの像を上記マイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)上に結像させるようになっている。そして、上記対物レンズ3と、測定点選択手段4と、結像レンズ8とで共焦点光学系9を構成している。
An
上記光源2と測定点選択手段4との間には、光検出手段5が設けられている。この光検出手段5は、上記被測定物1上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を上記測定点選択手段4を介して光電変換して検出するものであり、例えば光電子増倍管(Photo Multiplier Tube:PMT)である。そして、光検出手段5は、上記光源2と測定点選択手段4との間の光路上に配設されて、上記測定点選択手段4からの光路を二つに分岐する光分岐手段11例えばハーフミラー等により反射された測定点選択手段4からの光を、光源2から発射される光ビームと干渉することなく受光できるようになっている。なお、上記光検出手段5は、光を光電変換して検出することができるものであれば上記PMTに限られない。
A light detection means 5 is provided between the
上記共焦点光学系9には、変位手段6が設けられている。この変位手段6は、共焦点光学系9をその光軸方向に変位させるものであり、図示省略のモータと位置検出センサーとを備え、後述の制御手段7からの制御信号に基づいて上記モータを駆動して共焦点光学系9をその光軸方向(図1において矢印A,Bで示す方向)に変位させ、予め設定した基準位置からの変位量を上記位置検出センサーで検出してその検出信号を制御手段7に送るようになっている。
The confocal
上記測定点選択手段4、光検出手段5及び変位手段6に接続して制御手段7が設けられている。この制御手段7は、図2に示すように、上記測定点選択手段4の複数のマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)のうちから一つを任意に選択して駆動すると共に、上記光検出手段5で検出された光の輝度及び上記共焦点光学系9の変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物1の測定点における高さとして求めるものであり、制御及び処理部12と、A/D変換部13と、メモリ14と、ホームコンピュータ(以下、「制御用PC」と記載する)15とを備えている。
A control means 7 is provided in connection with the measurement point selection means 4, the light detection means 5 and the displacement means 6. As shown in FIG. 2, the control means 7 arbitrarily selects and drives one of the plurality of
上記制御及び処理部12は、外部に接続して備えた制御用PC15により、予め指定された各測定点に対応するマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)のアドレス情報を測定点選択手段4に送って、該アドレス情報により指定されたアドレスのマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)を駆動する。また、上記制御用PC15により予め指定されたサンプリング間隔及びサンプリング回数並びに変位速度に関する指令信号を変位手段6に送り、共焦点光学系9を該指令信号で定められる最大変位量だけ所定の速度で変位させる。さらに、上記サンプリング間隔のタイミングで上記サンプリング回数だけA/D変換部13を起動する変換タイミング信号を上記A/D変換部13に出力すると共に、上記A/D変換部13から上記タイミングで取得する輝度データと上記変位手段6から上記タイミングで入力する位置検出センサーの検出信号に基づいて生成される変位量データとを関連付けて上記メモリ14に書き込む。そして、上記メモリ14から読み出した各測定点の全ての輝度データとそれに関連付けられた変位量データとを制御用PC15に出力する。
The control and
上記A/D変換部13は、上記光検出手段5から入力したアナログ信号をデジタルデータに変換するものであり、上記制御及び処理部12から入力する変換タイミング信号に基づいて所定のタイミングでデジタル変換するようになっている。また、上記メモリ14は、輝度データと変位量データとを関連付けて記憶するものであり、例えばRAMである。そして、制御用PC15は、オペレータが各測定点に対応するマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)のアドレス情報や、共焦点光学系9の変位速度及びサンプリング間隔並びにサンプリング回数等の各種パラメータを入力することを可能とすると共に、制御及び処理部12から互いに関連付けて出力された光の輝度及び変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を各測定点における被測定物1の高さとして求めるものであり、その結果を表示部15aに表示させるようになっている。
The A /
次に、このように構成された微小高さ測定装置の動作及びそれを用いて実施する微小高さ測定方法について図3を参照して説明する。
先ず、ステップS1においては、制御手段7の制御及び処理部12は、オペレータが予め入力して指定した各測定点に対応するマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)のアドレス情報や、共焦点光学系9の変位速度及び変位量データを取得するためのサンプリング間隔並びにそのサンプリング回数等の各種パラメータを制御用PC15から入力する。なお、上記各測定点の座標位置が予め測定されている場合には、そのデータを保存したファイルから制御用PC15に取り込んで自動的に設定してもよい。
Next, the operation of the minute height measuring apparatus configured as described above and the minute height measuring method performed using the apparatus will be described with reference to FIG.
First, in step S1, the control and
ステップS2においては、上記入力した各種パラメータを処理して各マイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)の駆動順番K=1〜kを設定し、該設定された順番Kに従って駆動するマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)のアドレス情報を測定点選択手段4に順次送る。
In step S2, the inputted various parameters are processed to set the driving order K = 1 to k of each micromirror 10 (1,1) to 10 (m, n) , and the driving is performed according to the set order K. The address information of the
ステップS3においては、上記測定点選択手段4は、先ずK=1番に設定されたマイクロミラー10(1,i)(図1参照)を駆動して光源2から発射された光ビームを被測定物1側に反射する。上記マイクロミラー10(1,i)で反射された光ビームは、結像レンズ8及び対物レンズ3を通って被測定物1上の選択された第1の測定点に集光する。なお、この場合、他のマイクロミラーで反射される光ビームは、被測定物1とは異なる方向に向くようにされているので、これらの光ビームが被測定物1に集光することはない。
In step S3, the measurement point selecting means 4 first measures the light beam emitted from the
上記被測定物1上の第1の測定点で発生した光ビームの反射及び散乱光は、対物レンズ3を通って結像レンズ8により上記マイクロミラー10(1,i)に集光する。そして、上記反射及び散乱光は、該マイクロミラー10(1,i)で光源2側に反射されて光分岐手段11に入射し、該光分岐手段11で光源2とは異なる方向に反射されて光検出手段5に入射する。
The reflected and scattered light of the light beam generated at the first measurement point on the object to be measured 1 passes through the
ステップS4においては、上記光検出手段5で受光した光強度のアナログ信号を制御手段7のA/D変換部13でデジタルの輝度データに変換する。この場合、A/D変換部13では、上記制御用PC15から入力した各種パラメータのうちサンプリング間隔及びサンプリング回数のデータに基づいて制御及び処理部12で生成された変換タイミング信号により所定のタイミングで所定回数だけデジタル変換が行われる。
In step S4, the light intensity analog signal received by the light detection means 5 is converted into digital luminance data by the A /
同時に、制御及び処理部12は、制御用PC15から入力したサンプリング間隔及びサンプリング回数並びに変位速度に関する指令信号を変位手段6に送り、変位手段6のモータを駆動して共焦点光学系9を該指令信号で定められる変位量だけ所定の速度で図1に示す矢印A又はB方向に変位させる。
At the same time, the control and
ステップS5においては、制御及び処理部12は、A/D変換部13から所定のタイミングでデジタル変換された輝度データを順次入力する。また、同時に、変位手段6の位置検出センサーから上記タイミングに同期して順次入力される検出信号に基づいて共焦点光学系9の変位量データを生成する。
In step S <b> 5, the control and
この場合、被測定物1の測定点の位置が共焦点光学系9の対物レンズ3の焦点位置と一致しているときには、上記焦点位置からの反射光の略全てがマイクロミラー10(1,i)の反射面に集光して反射され、その結果、光検出手段5で検出される輝度値(光強度)は高くなる。一方、被測定物1の測定点の位置が上記対物レンズ3の焦点位置からずれているときには、測定点におけるビームスポットがぼけて大きくなり、そのビームスポットのマイクロミラー10(1,i)上に結像される像の大きさは、マイクロミラー10(1,i)のサイズよりも大きくなる。したがって、マイクロミラー10(1,i)の反射面で反射される光量が減って光検出手段5で検出される輝度値(光強度)は低下する。そして、測定点の上記焦点位置からのずれ量が大きくなるほど輝度値(光強度)はより低下する。
In this case, when the position of the measurement point of the
ステップS6においては、制御及び処理部12は、各タイミング毎に得られた上記輝度データと変位量データとを第1の測定点の情報として互に関連付けてメモリ14に書き込む。
In step S6, the control and
ステップS7においては、K=kか否かを制御及び処理部12で判定する。ここで、“NO”判定となるとステップS3に戻ってK=2番に設定されたマイクロミラー10(1,i+1)の駆動に切り換え、上記ステップS4〜S6を実行する。そして、被測定物1の第2の測定点における輝度データと変位量データとを得て、それらを互いに関連づけてメモリ14に書き込む。
In step S7, the control and
一方、ステップS7において、“YES”判定となると全ての測定点に対する測定データの取り込みが終了し、ステップS8に進んで制御及び処理部12は、メモリ14から各測定点の輝度データと変位量データとを順次読み出し、各測定点における輝度値が最大となる変位量を被測定物1上の各測定点の高さとして定め、その結果を制御用PC15の表示部15aに表示する。
On the other hand, if “YES” determination is made in
なお、上記実施形態においては、共焦点光学系9を変位させる場合について説明したが、これに限られず、被測定物1側を対物レンズ3の光軸方向に変位させてもよい。
In the above embodiment, the case where the confocal
図4は、本発明による微小高さ測定装置の第2の実施形態を示す正面図である。この微小高さ測定装置は、被測定物1と対向して配設され、光ビームを被測定物1上に集光する対物レンズ3と、該対物レンズ3に対して上記被測定物1と反対側に配設されており、図5に示すように光ビームを照射する光源2と、光源2からの光ビームが被測定物1方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段4と、上記被測定物1上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を測定点選択手段4を介して検出する光検出手段5と、少なくとも上記測定点選択手段4を上記対物レンズ3と切り離して被測定物1への光ビームの照射方向に変位させる変位手段6と、該変位手段6の変位を制御すると共に測定点選択手段4の変位量及び光検出手段5で検出された光の輝度のデータを互いに関連づけて出力する変位計制御回路16とを有する変位計ユニット17と、該変位計ユニット17の測定点選択手段4の各マイクロミラーを個別に駆動制御し、上記変位手段6の変位を制御すると共に、上記変位計ユニット17から出力された変位量及び光の輝度のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める例えばホストコンピュータからなる制御手段18と、を備えたものである。
FIG. 4 is a front view showing a second embodiment of the minute height measuring apparatus according to the present invention. This minute height measuring apparatus is disposed opposite to the object to be measured 1, and has an
そして、上記対物レンズ3と、被測定物1の像を上記測定点選択手段4のミラー面に結像する結像レンズ8とを鏡筒19内に備えて顕微鏡を構成している。なお、図5において、符号19は変位手段6を駆動するモータドライバであり、符号20はモータドライバ19を制御するモータコントローラであり、符号21は、光ビームを反射する反射ミラーであり、符号22は測定点選択手段4で反射される不要光を吸収する光吸収器である。
The
以下、上記第2実施形態の動作及びそれを用いて行う微小高さ測定方法を、図6を参照して詳細に説明する。なお、図6は、測定点をマニュアル設定して行う場合について示している。
先ず、図6に示すステップS11において、対物レンズ3を介して取得した被測定物1上の像を上記顕微鏡の鏡筒19に取り付けられた図示省略のオートフォーカス用カメラで撮像して対物レンズ3の焦点を被測定物1上に合わせる。
Hereinafter, the operation of the second embodiment and the minute height measurement method performed using the operation will be described in detail with reference to FIG. FIG. 6 shows a case where measurement points are set manually.
First, in step S11 shown in FIG. 6, an image on the object to be measured 1 acquired through the
ステップS12においては、オペレータがホストコンピュータからなる制御手段18に予め入力して設定した変位計ユニット17の変位速度及び変位量データを取得するためのサンプリング間隔並びにそのサンプリング回数等の各種パラメータを変位計ユニット17に入力してメモリ11に保存する。
In step S12, various parameters such as a sampling interval and the number of times of sampling for acquiring the displacement speed and displacement amount data of the
ステップS13においては、予め測定して制御手段18に保存された測定点の座標位置のうち、第1番目の測定点の座標データに基づいて例えば顕微鏡をXY軸方向に移動し、第1番目の測定点を上記対物レンズ3の視野内に設定する。この場合、対物レンズ3を介して取得した被測定物1上の像を上記顕微鏡の鏡筒19に取り付けられた図示省略の観察用カメラで撮像してこれを上記制御手段18の表示部に表示する。なお、顕微鏡の移動は、オペレータが表示部に表示された像を観察しながら手動で行ってもよい。また、移動するのは顕微鏡側ではなくて被測定物1側であってもよい。
In step S13, for example, the microscope is moved in the XY-axis direction based on the coordinate data of the first measurement point among the coordinate positions of the measurement points previously measured and stored in the control means 18, and the first The measurement point is set within the field of view of the
ここで、オペレータが表示部の画面上で制御手段18に備えるマウスのカーソル23を上記測定点の近傍部の平坦面を参照点として選択してマウスをクリックして確定し、さらに上記測定点にカーソル23を合わせてクリックして測定点を確定する。これにより、制御手段18から測定点選択手段4の上記参照点と測定点に対応するマイクロミラーを駆動するためのフレーム情報が作成されて変位計ユニット17に出力される。なお、測定点が接近していて、例えば図7(a)に示すように同一視野内に複数点、例えば二つの測定点が観察されたときには、マウスで先ず参照点として任意に選択した平坦な面上の点Rをクリックし、次に測定点の点P1をクリックし、さらに点P2をクリックにする。そして、上記フレーム情報は、制御及び処理部12を介して測定点選択手段4に送られ、そこに備える図示省略のメモリに一旦保存される。
Here, the operator selects the
ステップS14において、変位計ユニット17の制御及び処理部12は、オートフォーカスや被測定面を観察するために点灯していた図示省略の照明用光源をOFFすると共に測定用の光源2、例えばレーザ光源をONする。
In step S14, the control and
ステップS15においては、上記フレーム情報に基づいて測定点選択手段4が駆動されて、上記参照点R及び測定点P1,P2に対応するマイクロミラーが光源2からの光ビームを被測定物1方向に反射するように傾けられる。
In step S15, the measurement point selection means 4 is driven based on the frame information, and the micromirrors corresponding to the reference point R and the measurement points P1 and P2 send the light beam from the
ステップS16においては、制御及び処理部12は、変位計制御回路16のメモリ11に保存された各種パラメータから、変位計ユニット17を変位させるための速度データとサンプリング間隔のデータを読み出してモータコントローラ20に送る。モータコントローラ20は、上記各データに基づいてモータドライバ19をパルス制御して変位手段6を駆動し、変位計ユニット17を所定量だけ変位させる。
In step S <b> 16, the control and
変位計ユニット17が変位されると、制御及び処理部12で生成された変換タイミング信号がA/D変換部13に出力され、該A/D変換部13が所定時間だけ駆動されて指定された被測定物1の上記参照点R及び測定点P1,P2からの反射及び散乱されて光検出手段5で検出された光の輝度データを上記指定順番に取り込む。そして、この時の変位計ユニット17の変位量のデータ及び光検出手段5で検出された輝度データを互いに関連付けてメモリ11に保存する。
When the
ステップS17においては、予め設定されたサンプリング回数の測定が全て終了したか否かを制御及び処理部12で判定する。ここで、上記参照点R及び測定点P1,P2に対する測定が終了していないときには、“NO”判定となってステップS16に戻り、変位計ユニット17をさらに所定量変位して上記各点における新たな変位量及び輝度データを取得する。一方、上記参照点R及び測定点P1,P2に対する全ての測定が終了すると、“YES”判定となってステップS18に進む。なお、トータル変位量は、モータコントローラ20の1パルス当りの変位計ユニット17の移動量が予め分かっている場合にはパルス数をカウントして検出することができる。
In step S <b> 17, the control and
ステップS18においては、被測定物1上に設定された全ての測定点に対する高さ測定が終了したか否かを制御及び処理部12で判定する。ここで、まだ測定が終了していないときには、“NO”判定となってステップS19に進み、光源2をOFFすると共に証明用光源をONする。そして、ステップS16に戻り、顕微鏡を次の測定点に設定して上述と同様にして上記測定点の高さ測定を行う。一方、全ての測定点に対する測定が終了したときには、“YES”判定となってステップS20に進む。
In step S18, the control and
ステップS20においては、参照点及び各測定点における測定データをメモリ11から読み出して制御手段18に送る。制御手段18は、入力した参照点及び各測定点における測定データに基づいて各点の最大輝度値を示す変位量を各点における高さとして定める。そして、上記各測定点、例えば点P1,P2の高さを参照点Rの高さと比較して相対高さを算出し、図7(b)に示すように表示部に各測定点に対応してその高さの値を表示する。なお、表示方法は、上記方法に限られず、リスト表示等いかなる方法であってもよい。
In step S20, the reference point and the measurement data at each measurement point are read from the
なお、上述したような測定点をマニュアル設定して測定する方法に限らず、測定点を自動設定して測定するようにしてもよい。この場合、図6のステップS13において、制御手段18で各測定点の測定順番を予め自動設定して保存しておく。次に、図8に示すように、例えば顕微鏡を移動して対物レンズ3の視野内に第1番目の測定点P1を引き込む。さらに、図示省力の観察用カメラによる取得画像を画像処理して画面中央と測定点P1との距離を測定し、同図(b)に示すように同寸法だけ顕微鏡を微動して上記測定点P1を対物レンズ3の光軸に合致させて測定点を設定する。また、同図(c)に示すように、測定点P1の近傍にて所定距離はなれた点を参照点として設定する。この場合、例えば予め測定して制御手段18に保存されている測定点P1の測定データのうちからそのサイズ情報を得て、所定方向にそのサイズの何倍かはなれた点を参照点Rとして設定するようにしてもよい。このようにして、測定点P1と参照点Rが設定されると、測定点P1に対応した測定点選択手段4のマイクロミラーであって、上記対物レンズ3の光軸と合致したマイクロミラー及び上記参照点Rに対応したマイクロミラーを駆動するためのフレーム情報を制御手段18で作成して変位計ユニット17に出力する。以下、ステップ14〜20を実行すれば、被測定物1上の各測定点の微小高さを測定することができる。
The measurement point is not limited to the method of manually setting the measurement points as described above, and the measurement points may be automatically set and measured. In this case, in step S13 of FIG. 6, the control means 18 automatically sets and stores the measurement order of each measurement point in advance. Next, as shown in FIG. 8, for example, the microscope is moved and the first measurement point P <b> 1 is drawn into the field of view of the
また、上記第2の実施形態によれば、測定位置におけるプロファイルを測定することができる。その測定方法は、例えば図9(a)に示すように、先ず観察用カメラの取得画像により測定点P1の位置を確認し、マウスでプロファイルを測定する位置を指定してそれを画面上に表示する。次に、同図(b)に示すようにプロファイル測定位置に対応する測定点選択手段4のマイクロミラーを傾けて光ビームをプロファイル測定位置に照射して測定位置を確認した後、観察用の照明光源をOFFして変位計ユニット17を所定のステップで変位させながら上記測定位置上の各測定点おける反射及び散乱光の輝度を測定する。そして、各点における最大輝度値及び変位量データに基づいて各点の高さを算出し、同図(c)に示すように測定されたプロファイル情報を画面上に表示する。
Further, according to the second embodiment, the profile at the measurement position can be measured. For example, as shown in FIG. 9A, the measurement method first confirms the position of the measurement point P1 from the acquired image of the observation camera, designates the position for measuring the profile with the mouse, and displays it on the screen. To do. Next, as shown in FIG. 4B, the micromirror of the measurement point selection means 4 corresponding to the profile measurement position is tilted and irradiated with a light beam to the profile measurement position to confirm the measurement position, and then illumination for observation The brightness of the reflected and scattered light at each measurement point on the measurement position is measured while turning off the light source and displacing the
なお、以上の説明においては、光源2が一つレーザ光源の場合について述べたが、これに限られず、光源2は波長の異なる複数のレーザ光源又は白色光源であってもよく、それらを切換スイッチで切り換えて使用してもよい。被測定物の測定点における下地の色に応じてレーザ光源の波長又は白色光源を選択するとよい。レーザ光源は、輝度が高いため測定感度を向上することができ、白色光源は、被測定物の下地の色に影響されることなく測定することができる。
In the above description, the case where the
また、光検出手段5はPMTに限らず、CCDやCMOSの撮像素子であってもよく、それらを切換スイッチで切り換えて使用してもよい。この場合、PMTは、一点ずつの測定に限られるが、光の検出感度が高いため測定精度を向上することができる。一方、撮像素子は検出感度が低いものの同時に多点の測定が可能であるため測定速度を向上することができる。 The light detection means 5 is not limited to the PMT, but may be a CCD or CMOS image sensor, and these may be used by switching them with a changeover switch. In this case, the PMT is limited to point-by-point measurement, but the measurement accuracy can be improved because the light detection sensitivity is high. On the other hand, although the image sensor has a low detection sensitivity, it can simultaneously measure multiple points, so that the measurement speed can be improved.
さらに、光検出手段5としてCCDやCMOS等の二次元撮像素子を使用した場合には、被測定物の三次元形状を測定することができる。その測定方法は、図10(a)に示すような観察用カメラの観察範囲に対応して同図(b)に示すように測定点選択手段4のマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)が設けられているとき、図11(a)に黒く塗りつぶして示すようにマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)を例えば二枚おきに傾けて光源2からの光ビームを図5に実線で示すように被測定物1に向けて反射し、被測定物1からの反射及び散乱光を同じマイクロミラーで同図に破線で示すように反射し、二次元撮像素子からなる光検出手段5でその反射光を検出して二次元画像の輝度データを取得する。以下、図11(b)に拡大して示すようにマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)を、例えば同図に数字を付して示す順番に傾けて九枚の二次元画像を取得し、各二次元画像の輝度データを取得する。なお、他の部分のマイクロミラーも図11(b)に示す順番で傾けられる。
Furthermore, when a two-dimensional image sensor such as a CCD or CMOS is used as the light detection means 5, the three-dimensional shape of the object to be measured can be measured. The measurement method is 10 micro-mirror 10 (1,1) of the measuring
次に、変位計ユニット17を所定方向に所定量変位させて、上述と同様にして九枚の二次元画像を取得して各二次元画像の輝度データを取得する。以下、これを繰り返して被測定物1の高さ方向の二次元画像の輝度データを全て取り終えると、各マイクロミラーに対応する被測定物1上の各測定点の最大輝度値を示す変位量を制御手段18で算出してそれを各測定点の高さとして求める。そして、その結果を制御手段18の表示部に表示させることにより、被測定物1の三次元形状を表すことができる。なお、被測定物1上の隣接する測定点からの反射及び散乱光がマイクロミラー上で干渉するのを避けるためには、同時に傾けるマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)は少なくとも一枚おきとするのがよく、好ましくはマイクロミラーが15μm×15μmの場合には、15μm×4(枚)=60μm以上離れているのがよい。これにより、光の干渉を回避して高さ測定を高精度に行うことができる。
Next, the
さらに、本発明の微小高さ測定装置においては、測定点選択手段4が複数のマイクロミラー10(1,1)〜10(m,n)をマトリクス状に配列したものである場合について説明したが、測定点選択手段4は透過型の液晶パネルであってもよい。この場合は、液晶パネルの各セルを個別に駆動して光を透過させて、測定点を任意に選択すればよい。
Furthermore, in the minute height measuring apparatus of the present invention, the case where the measurement
1…被測定物
2…光源
3…対物レンズ
4…測定点選択手段
5…光検出手段
6…変位手段
7,18…制御手段
10(1,1)〜10(m,n),10(1,i)…マイクロミラー
11…光分岐手段
16…変位計制御回路
17…変位計ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記少なくとも一のマイクロミラーで反射された光ビームを前記対物レンズにより被測定物上に集光し、
該被測定物上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段の前記少なくとも一のマイクロミラーを介して検出し、
前記被測定物を前記対物レンズに対して相対的にその光軸方向に変位させてその変位量を検出し、
前記少なくとも一のマイクロミラーを介して検出された光の輝度及び前記検出された変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める、
ことを特徴とする微小高さ測定方法。 At least one of the micromirrors of the measurement point selection means, which is arranged in an optically conjugate relationship with the focal position of the objective lens for condensing the light beam on the object to be measured, and in which a plurality of micromirrors are arranged in a matrix. Tilt the micromirror to reflect the light beam from the light source toward the object being measured,
The light beam reflected by the at least one micromirror is condensed on the object to be measured by the objective lens,
Detecting reflected and scattered light from a condensing point of the light beam collected on the object to be measured via the at least one micromirror of the measuring point selecting means;
Detecting the amount of displacement by displacing the object to be measured relative to the objective lens in the optical axis direction;
A displacement amount indicating a maximum luminance value is obtained as a height of the measurement point of the object to be measured from the luminance of the light detected through the at least one micromirror and the detected displacement amount data.
A minute height measuring method characterized by the above.
前記光源からの光ビームを被測定物上に集光する対物レンズと、
該対物レンズの焦点位置と光学的に共役の関係に配置され、前記光源からの光ビームが被測定物方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段と、
前記被測定物上に集光された光ビームの集光点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、
前記被測定物を前記対物レンズに対して相対的にその光軸方向に変位させると共にその変位量を検出して出力する変位手段と、
前記測定点選択手段の各マイクロミラーを個別に駆動制御し、前記変位手段の変位を制御すると共に、前記光検出手段で検出された光の輝度及び前記変位手段より入力した変位量のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、
を備えたことを特徴とする微小高さ測定装置。 A light source that emits a light beam;
An objective lens for condensing the light beam from the light source on the object to be measured;
Measuring point selection means in which a plurality of micromirrors arranged in an optically conjugate relationship with the focal position of the objective lens and individually tilted so that the light beam from the light source reflects toward the object to be measured are arranged in a matrix. When,
A light detection means for detecting reflected and scattered light from the light collection point of the light beam collected on the object to be measured via the measurement point selection means;
Displacement means for displacing the object to be measured relative to the objective lens in the optical axis direction and detecting and outputting the displacement amount;
Each micromirror of the measurement point selection means is individually driven and controlled, and the displacement of the displacement means is controlled, and the maximum is determined from the data of the luminance of the light detected by the light detection means and the displacement amount input from the displacement means. Control means for obtaining the amount of displacement indicating the luminance value as the height of the measurement point of the object to be measured;
A minute height measuring device characterized by comprising:
前記変位計ユニットの光源からの光ビームを前記被測定物上に集光する対物レンズと、
前記変位計ユニットの測定点選択手段の各マイクロミラーを個別に駆動制御すると共に、前記変位計ユニットから出力された変位量及び光の輝度のデータから最大輝度値を示す変位量を被測定物の測定点の高さとして求める制御手段と、
を備えたことを特徴とする微小高さ測定装置。 A light source that generates a light beam that irradiates the object to be measured, and a measuring point selection unit that includes a plurality of micromirrors that are individually inclined so that the light beam from the light source is reflected in the direction of the object to be measured; Light detecting means for detecting reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured via the measuring point selecting means, and the irradiation direction of the light beam to the object to be measured using the measuring point selecting means And a displacement meter control circuit for controlling the displacement of the displacement means and outputting the displacement amount of the measurement point selection means and the luminance data of the light detected by the light detection means in association with each other. A displacement meter unit having
An objective lens for condensing the light beam from the light source of the displacement meter unit on the object to be measured;
The micromirrors of the measurement point selection means of the displacement meter unit are individually driven and controlled, and the displacement amount indicating the maximum luminance value is calculated from the displacement amount and light luminance data output from the displacement meter unit. Control means to obtain as the height of the measurement point;
A minute height measuring device characterized by comprising:
該光源からの光ビームが被測定物方向に反射するように個別に傾く複数のマイクロミラーをマトリクス状に配列した測定点選択手段と、
前記被測定物上の光ビームの照射点からの反射及び散乱光を前記測定点選択手段を介して検出する光検出手段と、
前記測定点選択手段を前記被測定物への光ビームの照射方向に変位させる変位手段と、
該変位手段の変位を制御すると共に、前記測定点選択手段の変位量及び前記光検出手段で検出された光の輝度のデータを互いに関連づけて出力する変位計制御回路と、
を備えたことを特徴とする変位計ユニット。 A light source for generating a light beam for irradiating the object to be measured;
Measuring point selecting means in which a plurality of micromirrors individually inclined so that the light beam from the light source is reflected in the direction of the object to be measured are arranged in a matrix;
Light detection means for detecting reflected and scattered light from the irradiation point of the light beam on the object to be measured via the measurement point selection means;
Displacement means for displacing the measurement point selection means in the irradiation direction of the light beam to the object to be measured;
A displacement meter control circuit that controls the displacement of the displacement means and outputs the displacement amount of the measurement point selection means and the luminance data of the light detected by the light detection means in association with each other;
A displacement meter unit characterized by comprising:
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