JPH11190616A - Surface shape measuring device - Google Patents

Surface shape measuring device

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Publication number
JPH11190616A
JPH11190616A JP35255297A JP35255297A JPH11190616A JP H11190616 A JPH11190616 A JP H11190616A JP 35255297 A JP35255297 A JP 35255297A JP 35255297 A JP35255297 A JP 35255297A JP H11190616 A JPH11190616 A JP H11190616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
movement
surface shape
displacement signal
measurement
measured
Prior art date
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Pending
Application number
JP35255297A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Suzuki
隆 鈴木
Yasuhisa Nakamichi
泰久 中道
Hiroyuki Sato
浩幸 佐藤
Yoshihiko Hara
善彦 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
Priority to JP35255297A priority Critical patent/JPH11190616A/en
Publication of JPH11190616A publication Critical patent/JPH11190616A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify control processing for continuously measuring the surface shape of a measured object while copy-measuring it so as to measure the surface shape rapidly with high accuracy. SOLUTION: A contactless laser displacement gage 1 irradiates beams to a measured object W and outputs a displacement signal corresponding to surface shape. A Z-stage 5 moves the contactless laser displacement gage 1 in a Z- direction and outputs a displacement signal corresponding to the moving quantity. An automatic focusing unit 6 controls the movement of the Z-stage 5 for copy measurement, and adds the displacement signals from the contactless laser displacement gage 1 and the Z-stage 5 and outputs the added displacement signals as a displacement signal of the measured object W. A control means 20 controls the movement of X-, Y-stages 2, 3 and analyzes surface shape such as the height, width and sectional area of the measured object W on the basis of the displacement signal outputted from the automatic focusing unit 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で被測定物
の表面形状を高精度に測定できる表面形状測定装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring device capable of measuring the surface shape of an object to be measured in a non-contact manner with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】工業製品の小型化・高品質化が進むにつ
れ、製品に使用される素材や部品の形状検査は製品の品
質管理上、必要不可欠である。これらの形状検査におけ
るセンサとして非接触レーザ変位計を用いることによ
り、被測定物に傷を付けない、変形させない、高精度か
つ高速に測定できる、などを理由に従来から幅広い分野
で使用されている。
2. Description of the Related Art As industrial products become smaller and higher in quality, inspection of shapes of materials and parts used in the products is indispensable for quality control of the products. By using a non-contact laser displacement meter as a sensor in these shape inspections, it has been used in a wide range of fields because it does not damage or deform the object to be measured, and it can measure with high accuracy and high speed. .

【0003】この非接触レーザ変位計を用いた表面形状
測定装置は、磁気ディスクやウエハなどの平面度測定
用、ガラスなどの板材の反り・厚み測定用、バンプメッ
キや磁気ヘッドのジンバルなどの形状測定用、ICパッ
ケージの反りやエッチング加工面の高さの測定用として
使用されている。
A surface shape measuring device using this non-contact laser displacement meter is used for measuring flatness of a magnetic disk or a wafer, for measuring warpage and thickness of a plate material such as a glass plate, and for measuring a shape such as a bump plating or a gimbal of a magnetic head. It is used for measurement and for measuring the warpage of an IC package and the height of an etched surface.

【0004】非接触レーザ変位計は、被測定物に光ビー
ムを照射し、被測定物までの距離に基づき被測定物表面
の変位量を得る構成であり、所定方向に表面形状を連続
して測定するときには、同方向(X,Y軸方向)に被測
定物あるいは非接触レーザ変位計を移動させる構成とな
っている。また、表面の凹凸が大きい場合等には、同凹
凸方向(Z軸方向)にも移動させる必要がある。これら
X,Y方向に移動させる際にZ方向も移動制御する構成
は、倣い計測と呼称される技術として公知である。
The non-contact laser displacement meter irradiates an object to be measured with a light beam and obtains the amount of displacement of the surface of the object to be measured based on the distance to the object to be measured. When measuring, the object to be measured or the non-contact laser displacement meter is moved in the same direction (X, Y axis directions). Further, when the unevenness of the surface is large, it is necessary to move in the same unevenness direction (Z-axis direction). A configuration in which the movement in the Z direction is controlled when moving in the X and Y directions is known as a technique called scanning measurement.

【0005】従来の表面形状測定装置における倣い計測
では、非接触レーザ変位計の変位出力の零点を検出する
構成であり、非接触レーザ変位計の変位出力が零となる
ようZ軸方向に移動制御し、このときのZスケールの移
動量(例えば測長器出力)の値を変位出力とする構成で
あるため、測定動作が不連続となり、倣い計測を高速化
できなかった。
In the scanning measurement in the conventional surface profile measuring apparatus, a zero point of the displacement output of the non-contact laser displacement meter is detected, and the movement control in the Z-axis direction is performed so that the displacement output of the non-contact laser displacement meter becomes zero. However, since the value of the movement amount of the Z scale (for example, the output of the length measuring instrument) at this time is used as the displacement output, the measurement operation becomes discontinuous, and the scanning measurement cannot be speeded up.

【0006】上記課題を解決するため、本出願人は図4
に示す構成の表面形状測定装置を発明した。構成を説明
すると、Xステージ60はX方向に移動自在であり、こ
の上にはYステージ61が設けられY方向に移動自在で
ある。Yステージ61上には被測定物Wが載置され、こ
れらX,Yステージ60,61によりX,Y方向に移動
自在である。ベース62にはアーム62aが設けられて
おり、Z方向に移動自在なZステーズ63を介して非接
触レーザ変位計50が取り付けられている。
In order to solve the above-mentioned problem, the present applicant has proposed FIG.
The inventors have invented a surface shape measuring device having the configuration shown in FIG. Explaining the configuration, the X stage 60 is movable in the X direction, and a Y stage 61 is provided thereon, and is movable in the Y direction. An object to be measured W is placed on the Y stage 61, and is movable in the X and Y directions by the X and Y stages 60 and 61. An arm 62a is provided on the base 62, and a non-contact laser displacement meter 50 is mounted via a Z stage 63 movable in the Z direction.

【0007】図5は、非接触レーザ変位計50の変位検
出の原理を示す図である。光源51から放射された光ビ
ーム(投光ビーム)は、投光レンズ52で絞られて光変
位センサ50の端面50aから所定距離L0 の被測定物
表面に照射され、基準位置Pで照射点をつくる。この照
射点から反射または散乱した光ビーム(反射ビーム)
は、結像レンズ53で集光され、光検出素子54上の位
置Kに照射点の像をつくる。これら投光ビームと反射ビ
ームは、図示のように所定の角度を有し異なる箇所から
入出射される。この像は被測定物が上下に移動すると光
検出素子54上を移動し、この移動量に対応した変位信
号が光検出素子54から出力される。即ち、光ビームの
照射点位置が基準位置PよりΔLだけ高い位置Qにある
ときはこの変位距離(+ΔL)に対応した信号を出力
し、照射点位置が基準位置PよりΔLだけ低い位置Rに
あるときはこの変位距離(−ΔL)に対応した変位信号
を出力する。
FIG. 5 is a diagram showing the principle of displacement detection of the non-contact laser displacement meter 50. The light beam (light projection beam) emitted from the light source 51 is converged by the light projection lens 52 and is irradiated on the surface of the object to be measured at a predetermined distance L0 from the end face 50a of the optical displacement sensor 50. to make. Light beam reflected or scattered from this irradiation point (reflected beam)
Are condensed by the imaging lens 53 and form an image of the irradiation point at a position K on the photodetector 54. The light beam and the reflected beam have a predetermined angle as shown in the figure and enter and exit from different places. This image moves on the light detection element 54 when the object to be measured moves up and down, and a displacement signal corresponding to the amount of movement is output from the light detection element 54. That is, when the irradiation point position of the light beam is at the position Q higher than the reference position P by ΔL, a signal corresponding to this displacement distance (+ ΔL) is output, and the irradiation point position is shifted to the position R lower by ΔL than the reference position P. When there is, a displacement signal corresponding to the displacement distance (-ΔL) is output.

【0008】非接触レーザ変位計50から出力される変
位信号は、表示部64を介して制御手段70に出力され
る。表示部64にはセンサ処理部64aが設けられ、変
位信号の表示処理がなされる。また、Zステージ63の
変位量(非接触レーザ変位計50のZ方向の移動量)
は、測長器65で測定され、処理部66を介して制御手
段70に出力される。
The displacement signal output from the non-contact laser displacement meter 50 is output to the control means 70 via the display 64. The display unit 64 is provided with a sensor processing unit 64a, and performs display processing of a displacement signal. Also, the displacement amount of the Z stage 63 (the movement amount of the non-contact laser displacement meter 50 in the Z direction)
Is measured by the length measuring device 65 and output to the control means 70 via the processing section 66.

【0009】X,Y,Zステージ60,61の移動量は
図示しない移動量検出器で検出され、制御手段70に出
力される。制御手段70は、パソコンで構成され、I/
Fボード(1)71と、I/Fボード(2)72と、I
Fボード(3)73とを備えている。また、この制御手
段70には、計測結果を画面出力するCRT75と、印
字出力するプリンタ76が接続されている。
The movement amounts of the X, Y and Z stages 60 and 61 are detected by a movement amount detector (not shown) and output to the control means 70. The control means 70 is constituted by a personal computer,
F board (1) 71, I / F board (2) 72,
An F board (3) 73 is provided. Further, a CRT 75 for outputting a measurement result on a screen and a printer 76 for printing out are connected to the control means 70.

【0010】I/Fボード(1)71には処理部66を
介してZステージの変位量が入力され、I/Fボード
(2)72には、非接触レーザ変位計50からの変位信
号が入力される。制御手段70は、メモリに記憶された
倣い計測用の制御プログラムに基づき、上記入力される
Zステージの変位量と、非接触レーザ変位計50からの
変位信号とを合成して被測定物の変位量を求める演算処
理を行う。また、非接触レーザ変位計50を被測定物の
表面形状に倣って計測させる倣い計測のために必要な
X,Y,Zステージ60,61,63の移動制御を行
う。このための移動信号は、I/Fボード(3)73か
らモータドライバ77を介して各X,Y,Zステージ6
0,61,63に供給される。
The amount of displacement of the Z stage is input to the I / F board (1) 71 via the processing unit 66, and the I / F board (2) 72 receives a displacement signal from the non-contact laser displacement meter 50. Is entered. The control means 70 synthesizes the displacement amount of the Z stage and the displacement signal from the non-contact laser displacement meter 50 based on the scanning measurement control program stored in the memory to thereby displace the object to be measured. An arithmetic operation for obtaining the quantity is performed. Also, the movement control of the X, Y, and Z stages 60, 61, and 63 necessary for scanning measurement in which the non-contact laser displacement meter 50 measures the surface shape of the object to be measured is performed. The movement signal for this is transmitted from the I / F board (3) 73 via the motor driver 77 to each of the X, Y, Z stages 6.
0, 61, 63.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、被測定物が微
細化・高集積化するにつれて、さらに高精度の測定が要
求されてきている。上述した非接触レーザ変位計50を
センサとしてより高精度の形状測定を行う場合に、非接
触レーザ変位計50固有の特性 ・測定範囲が狭い ・投光側の光ビームのビームスポット径が測定範囲の中
で一定ではない ・投光ビームが斜め入射なので検出する変位により測定
箇所が横ずれする などは被測定物のミクロンレベルの凹凸を検出するとき
に、要求された精度を具体化する点で無視できなくな
る。これらを解決するためには、常時、非接触レーザ変
位計50のビームスポット径ができるだけ最小になるよ
うに(零点に近づけるように)被測定物の表面形状にセ
ンサ自体を追従させながら測定を行う倣い計測を行う必
要があった。
However, as the object to be measured is miniaturized and highly integrated, more accurate measurement is required. When performing high-precision shape measurement using the above-described non-contact laser displacement meter 50 as a sensor, the characteristics unique to the non-contact laser displacement meter 50 are as follows: ・ The measurement range is narrow ・ The beam spot diameter of the light beam on the projection side is measured・ Because the projecting beam is obliquely incident, the measurement location is displaced laterally due to the displacement to be detected.When detecting micron-level irregularities on the DUT, it is ignored in embodying the required accuracy. become unable. In order to solve these problems, the measurement is always performed while the sensor itself follows the surface shape of the object to be measured so that the beam spot diameter of the non-contact laser displacement meter 50 becomes as small as possible (close to the zero point). Copying measurement had to be performed.

【0012】しかしながら、上記構成の装置では、単一
の制御手段70が被測定物の変位量の演算処理と、倣い
計測のための移動制御をいずれも実行する構成であるた
め、制御(制御プログラム等)が複雑となり、制御処理
が制御手段70に負荷となっていた。即ち、Zステージ
63の変位量と、非接触レーザ変位計50からの変位信
号との合成処理と、倣い計測用のX,Y,Zステージ6
0,61,63の移動制御をリアルタイムに処理してい
かねばならないため、これら異なる制御処理は単一の制
御手段(CPU)70での処理が負担であった。これに
より、従来は、移動制御を高速制御することができず、
表面形状全体の測定に時間がかかっていた。
However, in the apparatus having the above configuration, the single control means 70 is configured to execute both the calculation processing of the displacement amount of the object to be measured and the movement control for the scanning measurement. ) Becomes complicated, and the control process is a load on the control means 70. That is, the synthesis processing of the displacement amount of the Z stage 63 and the displacement signal from the non-contact laser displacement meter 50, and the X, Y, and Z stages 6 for scanning measurement
Since the movement control of 0, 61, and 63 must be performed in real time, these different control processes have to be performed by a single control means (CPU) 70. As a result, conventionally, high-speed movement control cannot be performed,
It took time to measure the entire surface profile.

【0013】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、被測定物の表面形状を倣い計測しなが
ら連続的に測定するための制御処理を簡素化でき、表面
形状の高精度な測定を高速に行える表面形状測定装置を
提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can simplify a control process for continuously measuring the surface shape of an object to be measured while following the surface shape of the object. It is an object of the present invention to provide a surface shape measuring device capable of performing a complicated measurement at a high speed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の表面形状測定装置は、被測定物(W)に光
ビームを照射し、該照射点からの光を受光して受光位置
の変化によって被測定物表面の形状を測定し対応する変
位信号を出力する非接触測定手段(1)と、前記被測定
物と非接触測定手段を相対的にX,Y軸方向に移動させ
るX,Y移動手段(2,3)と、前記非接触測定手段を
前記被測定物に対しZ軸方向に移動させ、移動量に対応
した変位信号を出力するZ移動手段(5,7)と、前記
非接触測定手段と前記Z移動手段から出力される変位信
号を加算して被測定物の表面形状を示す変位信号を出力
するとともに、常時、前記非接触測定手段から照射され
るビームスポット径が被測定物表面で最小となるよう変
位信号の出力値の変化に基づいて前記Z移動手段を移動
制御するオートフォーカスユニット(6)と、予め設定
した測定ルートに沿って前記X,Y移動手段を移動制御
し、該移動制御による座標位置と前記オートフォーカス
ユニットから出力された変位信号に基づき前記被測定物
の高さ、幅、断面積等の各種表面形状を演算処理する制
御手段(20)と、を具備することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a surface shape measuring apparatus according to the present invention irradiates an object to be measured (W) with a light beam, receives light from the irradiated point, and receives a light from a light receiving position. Non-contact measuring means (1) for measuring the shape of the surface of the object to be measured and outputting a corresponding displacement signal in accordance with the change in the position of the object, and X for moving the object and the non-contact measuring means relatively in the X and Y axis directions. , Y moving means (2, 3), Z moving means (5, 7) for moving the non-contact measuring means in the Z-axis direction with respect to the object to be measured, and outputting a displacement signal corresponding to the moving amount; The displacement signal output from the non-contact measurement means and the Z movement means are added to output a displacement signal indicating the surface shape of the object to be measured. Change the output value of the displacement signal so that it is minimized on the surface of the DUT. An auto-focus unit (6) for controlling the movement of the Z-moving means on the basis of the above, and for controlling the movement of the X and Y-moving means along a preset measurement route, and Control means (20) for calculating and processing various surface shapes such as the height, width and cross-sectional area of the object to be measured based on the output displacement signal.

【0015】また、前記非接触測定手段(1)は、投光
ビームと反射ビームが所定角度を有し、該非接触測定手
段のビームスポットを中心として所定角度回転自在なΘ
移動手段(9)を備えた構成としてもよい。
In the non-contact measuring means (1), the projected beam and the reflected beam have a predetermined angle, and are rotatable by a predetermined angle about a beam spot of the non-contact measuring means.
It is good also as a structure provided with the moving means (9).

【0016】被測定物Wの表面形状の測定時に制御手段
20は、予め定められた測定ルートに沿ってX,Yステ
ージ2,3を移動制御し被測定物Wを同X,Y軸方向に
移動させる。この移動時、オートフォーカスユニット6
は、被測定物Wの凹凸など表面形状に合わせてZ移動手
段5を移動制御し、非接触測定手段1をZ軸方向に移動
させる(倣い計測)。このときオートフォーカスユニッ
ト6は、非接触測定手段1とZ移動手段7の出力を加算
し被測定物Wの変位量を示す変位信号を出力する。制御
手段20は、オートフォーカスユニット6から出力され
た変位信号とX,Y座標軸とを関連させ、測定ルート全
体のデータに基づき被測定物Wの高さ、幅、断面積など
表面形状を演算出力する。このように、制御手段20に
よる移動制御及び表面形状の演算処理と、オートフォー
カスユニット6による倣い計測のためのZ軸方向への移
動制御を分離独立して制御する構成により、被測定物W
の表面形状を高精度で高速かつ連続的に測定できる。
When measuring the surface shape of the object W, the control means 20 controls the movement of the X and Y stages 2 and 3 along a predetermined measurement route to move the object W in the X and Y axis directions. Move. During this movement, the auto focus unit 6
Controls the movement of the Z moving means 5 in accordance with the surface shape such as the unevenness of the workpiece W, and moves the non-contact measuring means 1 in the Z-axis direction (scanning measurement). At this time, the autofocus unit 6 adds the outputs of the non-contact measuring means 1 and the Z moving means 7 and outputs a displacement signal indicating the displacement of the workpiece W. The control unit 20 associates the displacement signal output from the autofocus unit 6 with the X and Y coordinate axes, and calculates and outputs the surface shape such as the height, width, and cross-sectional area of the workpiece W based on the data of the entire measurement route. I do. As described above, the movement of the object to be measured W is controlled by separating and independently controlling the movement control and the surface shape calculation processing by the control means 20 and the movement control in the Z-axis direction for the scanning measurement by the autofocus unit 6.
Surface shape can be measured at high speed and continuously with high accuracy.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の表面形状測定装
置を示す全体図である。非接触レーザ変位計(非接触測
定手段)1は、従来技術で説明した構成のものと同じ三
角測量方式で被測定物Wの表面形状に対応した変位信号
を出力し、所定の測定範囲を有している。また、CCD
カメラが内蔵されビームスポットを中心として所定範囲
を拡大して被測定物Wの表面をモニタで観察できるよう
になっている。
FIG. 1 is an overall view showing a surface shape measuring apparatus according to the present invention. The non-contact laser displacement meter (non-contact measuring means) 1 outputs a displacement signal corresponding to the surface shape of the workpiece W by the same triangulation method as that of the configuration described in the related art, and has a predetermined measurement range. doing. Also, CCD
A camera is built-in, and a predetermined range is enlarged around the beam spot so that the surface of the object W can be observed on a monitor.

【0018】被測定物Wと非接触レーザ変位計1はX,
Y,Z,Θの各移動手段により、相対的にX,Y,Z,
Θの各軸方向に移動自在となっている。Xステージ2は
X方向に移動自在であり、この上にはYステージ3が設
けられY方向に移動自在である。Yステージ3上には被
測定物Wが載置され、これらX,Yステージ2,3によ
りX,Y方向に移動自在である。ベース4にはアーム4
aが設けられており、Z方向に移動自在なZステージ5
を介して非接触レーザ変位計1が取り付けられている。
これらX,Yステージ2,3の移動量は図示しない測長
器で測定され、制御手段20に出力される。
The object W and the non-contact laser displacement meter 1 are X,
By means of Y, Z, Θ, X, Y, Z,
It is movable in each axis direction of Θ. The X stage 2 is movable in the X direction, and the Y stage 3 is provided thereon, and is movable in the Y direction. An object to be measured W is placed on the Y stage 3 and is movable in the X and Y directions by the X and Y stages 2 and 3. Arm 4 on base 4
a is provided, and the Z stage 5 is movable in the Z direction.
The non-contact laser displacement meter 1 is attached via the.
The movement amounts of the X and Y stages 2 and 3 are measured by a length measuring device (not shown) and output to the control means 20.

【0019】また、Zステージ5と非接触レーザ変位計
1との間にはΘステージ9が設けられ、非接触レーザ変
位計1をビームスポットを中心として回転可能に保持し
ている。非接触レーザ変位計1は測定原理上、投受光面
をもっており、断面形状を測定する際には被測定物Wに
対する非接触レーザ変位計1の移動方向に対してこの投
受光面を常時直交させる。すなわち非接触レーザ変位計
1は回転自在に構成されている。
A Θ stage 9 is provided between the Z stage 5 and the non-contact laser displacement meter 1, and holds the non-contact laser displacement meter 1 rotatably about a beam spot. The non-contact laser displacement meter 1 has a light emitting and receiving surface in terms of the measurement principle, and when measuring the cross-sectional shape, the light emitting and receiving surface is always orthogonal to the moving direction of the non-contact laser displacement meter 1 with respect to the workpiece W. . That is, the non-contact laser displacement meter 1 is rotatable.

【0020】非接触レーザ変位計1から出力される変位
信号は、オートフォーカスユニット6に入力される。オ
ートフォーカスユニット6には、非接触レーザ変位計1
の種類や信号形態に適応したセンサ処理部6aが装着さ
れる。また、Zステージ5の変位量(非接触レーザ変位
計1のZ方向の移動量)は、測長器7で測定され、オー
トフォーカスユニット6に入力される。Z移動手段は、
Zステージ5と測長器7で構成される。尚、非接触レー
ザ変位計1と測長器7はZステージ5の移動精度に起因
する幾何学的測定誤差を最小にするためにアッベの原理
を満たすように配置されている。
The displacement signal output from the non-contact laser displacement meter 1 is input to the autofocus unit 6. The autofocus unit 6 includes a non-contact laser displacement meter 1
The sensor processing unit 6a adapted to the type and signal form of the sensor is mounted. The displacement amount of the Z stage 5 (the movement amount of the non-contact laser displacement meter 1 in the Z direction) is measured by the length measuring device 7 and input to the autofocus unit 6. Z moving means,
It comprises a Z stage 5 and a length measuring device 7. The non-contact laser displacement meter 1 and the length measuring device 7 are arranged so as to satisfy Abbe's principle in order to minimize a geometrical measurement error caused by the movement accuracy of the Z stage 5.

【0021】図2は、オートフォーカスユニット6の内
部構成を示すブロック図である。このオートフォーカス
ユニット6は非接触レーザ変位計1による被測定物Wの
表面形状の倣い計測を主に実行する。CPU10は、倣
い計測の処理内容であるオートフォーカス動作制御およ
びデータ処理を実行する(詳細は後述する)。11a,
11bは、非接触レーザ変位計1および制御手段20と
のインターフェースである。
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the autofocus unit 6. The autofocus unit 6 mainly performs the scanning measurement of the surface shape of the workpiece W by the non-contact laser displacement meter 1. The CPU 10 executes autofocus operation control and data processing, which are the contents of the scanning measurement (details will be described later). 11a,
Reference numeral 11b denotes an interface with the non-contact laser displacement meter 1 and the control means 20.

【0022】測長器7から出力される変位量(変位信
号)は、処理部12、I/F13を介してCPU10に
入力される。Zステージ5とΘステージ9はそれぞれモ
ータドライバ15,16により移動制御される。Θステ
ージ9のモータドライバ16は、非接触レーザ変位計1
を回転制御し、非接触レーザ変位計1の特性を補う。こ
の機能もオートフォーカスユニット6に搭載すること
で、倣い計測を含む断面形状測定時の非接触レーザ変位
計1の制御が簡素化できる。
The displacement (displacement signal) output from the length measuring device 7 is input to the CPU 10 via the processing unit 12 and the I / F 13. The movement of the Z stage 5 and the 移動 stage 9 are controlled by motor drivers 15 and 16, respectively.モ ー タ The motor driver 16 of the stage 9 is the non-contact laser displacement meter 1
Is controlled to compensate for the characteristics of the non-contact laser displacement meter 1. By mounting this function in the autofocus unit 6, the control of the non-contact laser displacement meter 1 at the time of measuring the cross-sectional shape including the scanning measurement can be simplified.

【0023】・オートフォーカス動作制御の内容 非接触レーザ変位計1から出力される変位信号は、オー
トフォーカスユニット6に内蔵されたセンサ処理部6a
を通してディジタル信号でCPU10に送られる。CP
U10は、制御手段20からオートフォーカス動作指令
を受けると、非接触レーザ変位計1から出力される変位
信号の値があらかじめ設定した閾値を越えている場合、
変位信号がこの閾値以下になるようにZステージ5の移
動を開始する。この際のZステージ5の移動速度は非接
触レーザ変位計1の変位信号の変化量に比例して変化す
る。例えば、非接触レーザ変位計1の変位を所定周期
(例えば16kHz)ごとに監視し、Zステージ5への
1パルス出力ごとに移動速度を変化させ、測定範囲の中
心付近(閾値近傍の閾値外)で測定している時は遅い速
度で、両端付近(閾値から遠い地点)で測定している時
は速い速度で移動させる制御を実行する。
The content of the autofocus operation control The displacement signal output from the non-contact laser displacement meter 1 is a sensor processing unit 6a built in the autofocus unit 6.
And sent to the CPU 10 as a digital signal. CP
When U10 receives the autofocus operation command from the control means 20, if the value of the displacement signal output from the non-contact laser displacement meter 1 exceeds a preset threshold,
The movement of the Z stage 5 is started so that the displacement signal becomes equal to or less than the threshold value. At this time, the moving speed of the Z stage 5 changes in proportion to the change amount of the displacement signal of the non-contact laser displacement meter 1. For example, the displacement of the non-contact laser displacement meter 1 is monitored at every predetermined cycle (for example, 16 kHz), and the moving speed is changed every one pulse output to the Z stage 5, and the vicinity of the center of the measurement range (outside the threshold near the threshold) The control is performed to move at a low speed when measuring at the speed, and at a high speed when measuring near both ends (points far from the threshold).

【0024】・データ処理の内容 オートフォーカスユニット6は、CPU10で取り込ん
だ非接触レーザ変位計1の変位信号と、測長器7の変位
信号を加算処理し、この加算値を制御手段20に出力す
る。
The contents of the data processing The autofocus unit 6 adds the displacement signal of the non-contact laser displacement meter 1 fetched by the CPU 10 and the displacement signal of the length measuring device 7 and outputs the added value to the control means 20. I do.

【0025】制御手段20は、パソコンで構成され、C
PUと、ROM,RAM等のメモリが搭載されたI/F
ボード(1)21と、I/Fボード(2)22とを備え
ている。また、この制御手段20には、各種設定及び計
測結果を画面出力するCRT25と、印字出力するプリ
ンタ26が接続されている。この制御手段20は、オー
トフォーカスユニット6から出力された加算後の変位信
号をI/Fボード(2)22を介して取込む処理と、
X,Yステージ2,3の移動制御を実行する。I/Fボ
ード(1)21は、このための移動信号をモータドライ
バ27を介してX,Yステージ2,3に出力する。制御
手段20は、現在の測定箇所を示すX,Yステージ2,
3の座標位置と、オートフォーカスユニット6から出力
された変位信号を関連づけ、測定全体のデータに基づき
被測定物Wの表面形状(高さ、幅、断面積など)を演算
する。
The control means 20 is constituted by a personal computer,
I / F with PU and memory such as ROM and RAM
A board (1) 21 and an I / F board (2) 22 are provided. The control means 20 is connected to a CRT 25 for outputting various settings and measurement results on a screen, and a printer 26 for printing out. The control means 20 takes in the displacement signal after addition output from the autofocus unit 6 via the I / F board (2) 22;
The movement control of the X and Y stages 2 and 3 is executed. The I / F board (1) 21 outputs a movement signal for this purpose to the X and Y stages 2 and 3 via the motor driver 27. The control means 20 includes an X, Y stage 2 indicating a current measurement point,
The coordinate position of No. 3 is associated with the displacement signal output from the autofocus unit 6, and the surface shape (height, width, cross-sectional area, etc.) of the workpiece W is calculated based on the data of the entire measurement.

【0026】ここで、本発明における倣い計測では、
X,Yステージ2,3の移動制御で被測定物Wが移動
し、非接触レーザ変位計1の出力に変化が生じるとオー
トフォーカスユニット6は非接触レーザ変位計1の変位
信号が0μm(被測定物Wに照射されるビームスポット
径が最小となるように調整されている)になるようにZ
ステージ5を移動制御(オートフォーカス制御)する。
Zステージ5の移動量は測長器7にて検出される。この
時、非接触レーザ変位計1の出力は厳密には0μmにな
らないため、オートフォーカスユニット6は非接触レー
ザ変位計1の変位信号と測長器7の変位信号との和を演
算して被測定物Wの変位として制御手段20に出力す
る。
Here, in the scanning measurement according to the present invention,
When the object to be measured W moves by the movement control of the X and Y stages 2 and 3 and the output of the non-contact laser displacement meter 1 changes, the autofocus unit 6 sets the displacement signal of the non-contact laser displacement meter 1 to 0 μm ( Z is adjusted so that the beam spot diameter applied to the measurement object W is minimized).
The stage 5 is moved (autofocus control).
The movement amount of the Z stage 5 is detected by the length measuring device 7. At this time, since the output of the non-contact laser displacement meter 1 does not exactly become 0 μm, the auto-focus unit 6 calculates the sum of the displacement signal of the non-contact laser displacement meter 1 and the displacement signal of the length measuring device 7 and receives the signal. The displacement of the measurement object W is output to the control means 20.

【0027】上記表面形状測定装置は、例えば、液晶デ
ィスプレイの品質管理を目的としたシール剤形状検査機
に適用される。液晶ディスプレイの製造工程には、2枚
のガラス基板をシール剤と呼ばれる接着剤で貼り合わせ
るセル組立工程がある。ここで貼り合わせ時の応力分布
がギャップ精度に影響することから、貼り合わせる前の
シール剤(被測定物W)の断面形状を測定し、高さ、
幅、断面積を算出して、シール剤の塗布量を管理する必
要がある。本発明の装置は、このシール剤の表面形状を
測定する。
The above surface profile measuring apparatus is applied, for example, to a sealant profile inspection machine for quality control of a liquid crystal display. The manufacturing process of a liquid crystal display includes a cell assembly process in which two glass substrates are bonded with an adhesive called a sealant. Here, since the stress distribution at the time of bonding affects the gap accuracy, the cross-sectional shape of the sealant (the workpiece W) before bonding is measured, and the height,
It is necessary to calculate the width and the cross-sectional area to control the amount of the sealant applied. The device of the present invention measures the surface shape of the sealant.

【0028】装置の全体動作を説明すると、まず、ガラ
ス基板をセッティングベース(Yステージ3)の上に載
せ、CRT25上に表示されるルート設定画面に従い測
定ルートの設定を行う。測定ルートは始点・終点の二つ
の座標で定義される。始点・終点はX,Yステージ2,
3を移動させて非接触レーザ変位計1のビームスポット
を被測定物Wの測定箇所に合わせ、その時の非接触レー
ザ変位計1の現在座標(X−Y軸)を入力する。これら
の作業は非接触レーザ変位計1に設けられたモニタを併
用することで行われる。測定ルート数は複数登録でき、
ルート設定内容はファイルに保存され、次回同じ測定を
行う時にこのファイルを呼び出して同じルートの測定を
行うことができる。
The overall operation of the apparatus will be described. First, a glass substrate is placed on a setting base (Y stage 3), and a measurement route is set according to a route setting screen displayed on the CRT 25. The measurement route is defined by two coordinates, a start point and an end point. Start and end points are X and Y stages 2,
3 is moved so that the beam spot of the non-contact laser displacement meter 1 is aligned with the measurement location of the workpiece W, and the current coordinates (XY axes) of the non-contact laser displacement meter 1 at that time are input. These operations are performed by using a monitor provided in the non-contact laser displacement meter 1 together. You can register multiple measurement routes,
The route setting contents are saved in a file, and the same measurement can be performed by calling this file the next time the same measurement is performed.

【0029】次に測定画面で「スタート」を選択すると
非接触レーザ変位計1は原点位置から最初のルートの始
点に移動する。同時に非接触レーザ変位計1の投受光面
が測定していく移動方向(走査方向)に対して直交する
ようにΘステージ9が回転する。非接触レーザ変位計1
は始点でオートフォーカス動作を行い、終点方向に倣い
計測を開始する。制御手段20は、設定されたピッチで
オートフォーカスユニット6から出力される変位信号を
取り込み、最初のルート測定が終了すると非接触レーザ
変位計1は2番目のルートの始点に移動して同様に測定
を行う。すべてのルートの測定が終了すると非接触レー
ザ変位計1は原点位置に戻る。
Next, when "start" is selected on the measurement screen, the non-contact laser displacement meter 1 moves from the origin position to the starting point of the first route. At the same time, the stage 9 rotates so that the light emitting / receiving surface of the non-contact laser displacement meter 1 is orthogonal to the moving direction (scanning direction) in which the measurement is performed. Non-contact laser displacement meter 1
Performs an autofocus operation at the start point and starts scanning measurement in the end point direction. The control means 20 captures the displacement signal output from the autofocus unit 6 at the set pitch, and when the first route measurement is completed, the non-contact laser displacement meter 1 moves to the start point of the second route and performs the same measurement. I do. When the measurement of all routes is completed, the non-contact laser displacement meter 1 returns to the origin position.

【0030】測定終了後、制御手段20は、測定データ
の解析を行い被測定物W(シール剤)の高さ、幅、断面
積を演算して求める。図3はこの解析処理内容を示す波
形図である。(a)〜(d)において、いずれも横軸は
移動方向、縦軸は被測定物Wの高さ方向の形状に対応し
た信号である。(a)は、測定した断面形状波形であ
り、平な部分はガラス基板、凸の部分はシール剤に相当
する。(b)は、断面形状波形を微分したものであり、
変曲点を求め変曲点間の距離をシール剤の幅として算出
する。(c)は、ガラス基板に相当する断面形状波形か
ら基準線を求め、断面形状波形から基準線を減算して傾
斜補正を行ったものであり、山のピーク値を検出しシー
ル剤の高さとして算出する。(d)は、(c)の波形を
積分したものであり、最大値をシール剤の断面積として
算出する。
After completion of the measurement, the control means 20 analyzes the measurement data and calculates and obtains the height, width and cross-sectional area of the measured object W (sealant). FIG. 3 is a waveform diagram showing the contents of this analysis processing. In each of (a) to (d), the horizontal axis represents the movement direction, and the vertical axis represents the signal corresponding to the shape of the DUT W in the height direction. (A) is a measured cross-sectional shape waveform, where a flat portion corresponds to a glass substrate and a convex portion corresponds to a sealant. (B) is a derivative of the cross-sectional shape waveform,
An inflection point is determined and the distance between the inflection points is calculated as the width of the sealant. (C) is obtained by obtaining a reference line from a cross-sectional shape waveform corresponding to the glass substrate, subtracting the reference line from the cross-sectional shape waveform, and correcting the inclination. The peak value of the peak is detected, and the height of the sealant is detected. Is calculated as (D) is obtained by integrating the waveform of (c), and the maximum value is calculated as the cross-sectional area of the sealant.

【0031】上記のように非接触レーザ変位計1の特性
を補間する倣い計測に必要な機能はユニット化されたオ
ートフォーカスユニット6に設けられ、制御手段20か
ら分離させた構成とすることにより、非接触レーザ変位
計1による高精度、広範囲測定を行いつつ、制御手段2
0の制御負担を軽減できるようになる。また、オートフ
ォーカスユニット6が制御手段20から分離してユニッ
ト化されているため、非接触レーザ変位計1をセンサと
する表面形状測定装置に対する倣い計測機能自体の搭載
も容易に行える。
As described above, the function necessary for the scanning measurement for interpolating the characteristics of the non-contact laser displacement meter 1 is provided in the unitized auto-focus unit 6 and is separated from the control means 20. Control means 2 while performing high-precision, wide-range measurement by non-contact laser displacement meter 1
0 can be reduced. Further, since the autofocus unit 6 is formed as a unit separated from the control means 20, it is possible to easily mount the scanning measurement function itself on a surface shape measuring apparatus using the non-contact laser displacement meter 1 as a sensor.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、倣い計測のための制御
をオートフォーカスユニットに分離負担させ、制御手段
は連続測定の移動制御と測定データに基づく被測定物の
表面形状の解析処理を実行する構成としたので、制御手
段にかかる処理負荷を軽減させることができ、表面形状
を高精度に測定できるとともに、測定動作が不連続とな
らず高速に測定していくことができる。
According to the present invention, the control for the scanning measurement is separately assigned to the autofocus unit, and the control means executes the movement control of the continuous measurement and the analysis processing of the surface shape of the object to be measured based on the measurement data. With this configuration, the processing load on the control means can be reduced, the surface shape can be measured with high accuracy, and the measurement operation can be performed at high speed without discontinuity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の表面形状測定装置の実施の形態を示す
全体図。
FIG. 1 is an overall view showing an embodiment of a surface shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】オートフォーカスユニットの内部構成を示すブ
ロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of an autofocus unit.

【図3】制御手段の演算内容を示す図。FIG. 3 is a diagram showing calculation contents of a control means.

【図4】従来の表面形状測定装置を示す全体図。FIG. 4 is an overall view showing a conventional surface shape measuring apparatus.

【図5】非接触レーザ変位計を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a non-contact laser displacement meter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…非接触レーザ変位計、2…Xステージ、3…Yステ
ージ、5…Zステージ、6…オートフォーカスユニッ
ト、7…測長器、9…Θステージ、10…CPU 20…制御手段、15,16,27…モータドライバ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Non-contact laser displacement meter, 2 ... X stage, 3 ... Y stage, 5 ... Z stage, 6 ... Autofocus unit, 7 ... Length measuring device, 9 ... Θstage, 10 ... CPU 20 ... Control means, 15, 16, 27 ... Motor driver.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 善彦 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiko Hara 5--10-27 Minamiazabu, Minato-ku, Tokyo Anritsu Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物(W)に光ビームを照射し、該
照射点からの光を受光して受光位置の変化によって被測
定物表面の形状を測定し対応する変位信号を出力する非
接触測定手段(1)と、 前記被測定物と非接触測定手段を相対的にX,Y軸方向
に移動させるX,Y移動手段(2,3)と、 前記非接触測定手段を前記被測定物に対しZ軸方向に移
動させ、移動量に対応した変位信号を出力するZ移動手
段(5,7)と、 前記非接触測定手段と前記Z移動手段から出力される変
位信号を加算して被測定物の表面形状を示す変位信号を
出力するとともに、常時、前記非接触測定手段から照射
されるビームスポット径が被測定物表面で最小となるよ
う変位信号の出力値の変化に基づいて前記Z移動手段を
移動制御するオートフォーカスユニット(6)と、 予め設定した測定ルートに沿って前記X,Y移動手段を
移動制御し、該移動制御による座標位置と前記オートフ
ォーカスユニットから出力された変位信号に基づき前記
被測定物の高さ、幅、断面積等の各種表面形状を演算処
理する制御手段(20)と、を具備することを特徴とす
る表面形状測定装置。
An object (W) is irradiated with a light beam, receives light from the irradiated point, measures the shape of the surface of the object according to a change in a light receiving position, and outputs a corresponding displacement signal. Contact measuring means (1); X, Y moving means (2, 3) for relatively moving the object to be measured and the non-contact measuring means in the X and Y axis directions; Z movement means (5, 7) for moving the object in the Z-axis direction and outputting a displacement signal corresponding to the movement amount, and adding the displacement signals output from the non-contact measurement means and the Z movement means. While outputting a displacement signal indicating the surface shape of the object to be measured, always based on a change in the output value of the displacement signal so that the beam spot diameter irradiated from the non-contact measuring means is minimized on the surface of the object to be measured. Autofocus unit that controls the movement of the Z movement means ( 6) and controlling the movement of the X, Y moving means along a preset measurement route, and based on the coordinate position by the movement control and the displacement signal output from the autofocus unit, Control means (20) for calculating various surface shapes such as width and cross-sectional area.
【請求項2】 前記非接触測定手段(1)は、投光ビー
ムと反射ビームが所定角度を有し、該非接触測定手段の
ビームスポットを中心として所定角度回転自在なΘ移動
手段(9)を備えた請求項1記載の表面形状測定装置。
2. The non-contact measuring means (1) includes a Θ moving means (9) which has a predetermined angle between a projected beam and a reflected beam and is rotatable by a predetermined angle around a beam spot of the non-contact measuring means. The surface shape measuring device according to claim 1, further comprising:
JP35255297A 1997-10-20 1997-12-22 Surface shape measuring device Pending JPH11190616A (en)

Priority Applications (1)

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Applications Claiming Priority (3)

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JP9-287056 1997-10-20
JP28705697 1997-10-20
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