KR101677001B1 - 측정 장치 - Google Patents

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KR101677001B1
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가츠미 고노
다츠야 아오키
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신토 에스 프레시젼 가부시키가이샤
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Abstract

측정 대상물을 탑재하는 탑재부(12)와, 상기 탑재부에 탑재된 상기 측정 대상물의 측정 기준 위치를 포함하는 영역을 관찰하는 얼라이먼트 현미경(36)과, 상기 얼라이먼트 현미경에 의해 관찰된 상기 측정 기준 위치를 포함하는 영역의 화상을 촬상하는 촬상부(26)와, 상기 촬상부에 의해 촬상된 화상의 화상 데이터로부터 상기 측정 기준 위치를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에 의해 검출된 상기 측정 기준 위치에 근거하여 기준 좌표계를 작성하는 기준 좌표 작성부와, 상기 기준 좌표 작성부에 의해 작성된 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 소정의 측정 위치를 지정하는 지정부와, 상기 지정부에 의해 지정된 상기 측정 대상물의 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 측정부(38)를 구비한다.

Description

측정 장치{MEASURING APPARATUS}
본 발명은 크랭크 샤프트 등의 마모되는 부품이나 프린트 기판 등의 미세한 표면 형상을 갖는 부품 등의 표면 거칠기, 표면 형상을 측정하는 측정 장치에 관한 것이다
연삭·연마 가공 등이 실시된 정밀 가공 부품이나, 도금 등에 의해 표면이 처리된 부품을 검사하는 경우, 부품의 표면 거칠기가 중요한 검사 항목이 된다. 종래, 부품의 표면 거칠기를 측정하는 장치로서는, 예를 들어 촉침의 선단을 측정 대상물에 접촉시켜 표면 거칠기를 측정하는 촉침식의 측정기가 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 1996-313248 호 공보
그렇지만, 상술한 촉침식의 측정기에 있어서는, 육안으로 측정 위치를 결정해야 하기 때문에, 측정 대상물의 측정 위치를 정확하게 측정하기 어렵다는 문제가 있었다.
예를 들면, 크랭크 샤프트 등의 미끄럼 운동면을 갖는 부품의 내마모성을 검사하는 경우, 반복하여 동일 개소의 거칠기를 측정할 필요가 있지만, 육안으로 측정 위치를 결정하므로, 측정 위치에 오차가 생겨서, 동일 개소의 거칠기를 측정하는 것은 곤란했다.
또한, 프린트 기판의 패턴의 표면 형상을 측정하는 경우, 패턴의 볼록 부분을 구성하는 랜드 부분에 촉침의 선단을 접촉시켜 표면 형상을 측정할 필요가 있지만, 최근 프린트 기판에 인쇄되는 패턴은 미세화되어 있기 때문에, 육안으로 랜드 부분에 촉침의 선단의 위치를 맞추는 것은 곤란했다.
본 발명의 목적은 측정 대상물의 측정 위치를 정확하게 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 측정 장치는, 측정 대상물을 탑재하는 탑재부와, 상기 탑재부에 탑재된 상기 측정 대상물의 측정 기준 위치를 포함하는 영역을 관찰하는 얼라이먼트 현미경과, 상기 얼라이먼트 현미경에 의해 관찰된 상기 측정 기준 위치를 포함하는 영역의 화상을 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부에 의해 촬상된 화상의 화상 데이터로부터 상기 측정 기준 위치를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에 의해 검출된 상기 측정 기준 위치에 근거하여 기준 좌표계를 작성하는 기준 좌표 작성부와, 상기 기준 좌표 작성부에 의해 작성된 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 소정의 측정 위치를 지정하는 지정부와, 상기 지정부에 의해 지정된 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 측정부와, 상기 측정 기준 위치, 상기 기준 좌표계 및 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치를 기억하는 기억부와, 상기 탑재부에 재차 상기 측정 대상물이 탑재된 경우에 있어서, 상기 얼라이먼트 현미경의 상기 촬상부에 의해 촬상된 화상의 화상 데이터로부터, 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 측정 기준 위치를 검출하고, 상기 측정 기준 위치를 이용하여 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 기준 좌표계를 설정하는 기준 좌표계 설정부를 구비하고, 상기 측정부는, 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 재측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는, 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치에 대응하는 기계 좌표계에 있어서의 상기 소정의 측정 위치의 위치 좌표의 바로 위에 상기 측정부의 위치를 이동시키는 이동부를 구비하고, 상기 측정부는 상기 기계 좌표계에 의해 표시된 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는, 상기 지정부가 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 소정의 측정 위치의 위치 좌표를 수치 입력하는 수치 입력부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는, 상기 기준 좌표 작성부가 복수의 상기 측정 기준 위치를 기준으로 하는 상기 기준 좌표계를 작성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는, 상기 측정부가 백색 간섭 현미경 방식, 공초점 현미경 방식, 또는 촉침 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 상기 표면 거칠기 및 상기 표면 형상 중 적어도 하나의 측정을 실행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는, 상부에 상기 촬상부가 배치되고, 하부에 상기 얼라이먼트 현미경 또는 상기 측정부가 배치되는 경통부와, 상기 경통부의 하부에 상기 얼라이먼트 현미경 또는 상기 측정부 중 어느 하나가 배치되도록 상기 얼라이먼트 현미경 및 상기 측정부의 위치를 전환하는 전환 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 측정 장치는, 상부에 제 1 촬상부가 배치되고, 하부에 상기 얼라이먼트 현미경이 배치된 제 1 경통부와, 상부에 제 2 촬상부가 배치되며, 하부에 상기 측정부가 배치된 제 2 경통부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 측정 장치에 의하면, 측정 대상물의 표면 거칠기나 표면 형상을 정확한 측정 위치에서 측정할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 측정 장치를 구성하는 시스템의 사시도,
도 2는 실시형태에 따른 측정기의 사시도,
도 3은 실시형태에 따른 측정 장치의 블록 구성도,
도 4는 실시형태에 따른 측정 대상물인 크랭크 샤프트를 도시하는 도면,
도 5는 실시형태에 따른 측정 장치를 이용하여 측정 대상물인 크랭크 샤프트를 최초로 측정하는 경우의 처리를 나타내는 흐름도,
도 6은 실시형태에 따른 측정기의 측정시의 상태를 도시하는 사시도,
도 7은 실시형태에 따른 측정 장치를 이용하여 크랭크 샤프트를 2번째 이후에 측정하는 경우의 처리를 나타내는 흐름도,
도 8은 다른 실시형태에 있어서 측정하는 측정 대상물에 인쇄된 얼라이먼트 마크를 도시하는 도면,
도 9는 다른 실시형태에 있어서 측정하는 측정 대상물에 인쇄된 얼라이먼트 마크를 도시하는 도면,
도 10은 다른 실시형태에 따른 측정기를 도시하는 사시도.
이하, 도면을 참조하여, 실시형태에 따른 측정 장치에 대하여, 크랭크 샤프트 등의 마모되는 부품이나 프린트 기판 등의 미세한 표면 형상을 갖는 부품 등의 표면 거칠기, 표면 형상을 측정하는 측정 장치를 예로 들어 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 측정 장치를 구성하는 시스템의 사시도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 측정 장치(2)는, 측정기(4), 측정기(4)의 각 부를 제어하는 제어부(6)(도 3 참조)를 내장하는 제어 박스(60), 및 측정기(4)의 조작을 실행하는 조작부(8)에 의해 구성되어 있다. 여기서, 제어부(6)와 측정기(4), 및 제어부(6)와 조작부(8)는 서로 유선 또는 무선으로 접속되어 있다.
도 2는 실시형태에 따른 측정기(4)의 사시도이다. 도 2에는 도 1에 도시하는 커버(4a)를 분리한 상태의 측정기(4)가 도시되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는 XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하여 설명한다. XYZ 직교 좌표계는, 도 2에 도시하는 바와 같이, XY 평면이 측정기(4)를 탑재하는 수평면에 평행한 면으로 설정되며, Z축이 연직 상방향으로 설정된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 측정기(4)는, XY 평면 내에서 측정 대상물을 이동시키기 위한 이동 기구(14), 측정 대상물을 측정하는 측정 기구(16), 대좌(臺座)(18), 대좌(18) 상에 있어서 이동 기구(14)와 측정 기구(16)가 각각 소정의 위치에 위치하도록 지지하는 지주(20)를 구비하고 있다. 여기서, 지주(20)에는, 직사각 형상의 베이스 플레이트(20c)가 장착되며, 베이스 플레이트(20c)에는, 슬라이더(42)를 Z축 방향으로 이동시키는 미도시의 볼 나사가 수납된 가이드 레일(20a)이 고정되어 있다. 또한, 볼 나사는 가이드 레일(20a)의 상단에 구비된 스테핑 모터(20z)에 의해 구동된다.
이동 기구(14)는, 측정 대상물을 탑재하는 평판 직사각형상의 테이블(12), 테이블(12)을 Y축 방향으로 이동시키는 미도시의 볼 나사가 수납된 수납부(14k), 및 볼 나사를 구동시키는 스테핑 모터(14y)를 구비하고 있다. 또한, 테이블(12)을 지지하는 슬라이더(13), 슬라이더(13)를 X축 방향으로 이동시키는 미도시의 볼 나사가 수납된 수납부(14m), 및 볼 나사를 구동시키는 스테핑 모터(14x)를 구비하고 있다. 또한, 슬라이더(13)의 하방에는, 슬라이더(13)를 지지하는 지지부를 구비하고 있다.
여기서, 슬라이더(13)의 표면에는, 테이블(12)을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 크로스 롤러 가이드(13a)가 형성되며, 슬라이더(13)의 이면에는, 테이블(12)을 X축 방향으로 이동시키기 위한 미도시의 크로스 롤러 가이드가 형성되어 있다.
측정 기구(16)는, 상단에 카메라(26)가 장착된 제 1 경통(28), 상단에 조명(30)이 장착된 제 2 경통(32), 광로 박스(34), 얼라이먼트용 대물 렌즈(36), 백색 간섭용 대물 렌즈(38), 및 제 1 경통(28)과 제 2 경통(32)을 지지하고 가이드 레일(20a)을 따라서 Z축 방향으로 이동하는 슬라이더(42)를 구비하고 있다.
여기서, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)는 측정 대상물의 측정 기준 위치가 되는 얼라이먼트 위치를 관찰하기 위한 대물 렌즈이고, 백색 간섭용 대물 렌즈(38)는 측정 위치의 표면 거칠기나 표면 형상을 관찰하기 위한 대물 렌즈이다. 또한, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)와 백색 간섭용 대물 렌즈(38)는 X축 방향으로 슬라이드 가능하게 배치되어 있으며, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36) 또는 백색 간섭용 대물 렌즈(38) 중 어느 하나가 제 1 경통(28)의 바로 아래에 위치하도록 전환할 수 있다. 또한, 광로 박스(34)의 내부에는, 미도시의 미러나 비임 스플리터(beam splitter)가 배치되어 있다.
도 3은 실시형태에 따른 측정 장치(2)의 블록 구성도이다. 측정 장치(2)는 제어부(6)를 구비하고, 제어부(6)에는 테이블(12)을 XYZ축 방향으로 수동으로 이동시키기 위한 조작부(8), 카메라(26) 내에 배치되고 피사체광을 촬상하여 촬상 신호를 생성하는 촬상 소자(52), 화상 데이터에 근거하는 화상을 표시하는 화상 표시부(56), 스테핑 모터(14x, 14y, 20z), 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)와 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 위치를 전환하는 전환 모터(63), 키보드(64) 및 마우스(65)가 접속되어 있다.
도 4는 측정 대상물인 크랭크 샤프트(80)를 도시하는 도면이다. 크랭크 샤프트(80)는, 크랭크 샤프트(80)의 회전축인 메인 저널(82), 크랭크 웨브(84), 크랭크 웨브(84)를 거쳐서 메인 저널(82)끼리를 연결하는 크랭크 핀(86)을 구비하고 있다. 또한, 크랭크 핀(86)에는, 크랭크 핀(86) 내에 형성된 미도시의 오일 통로의 입구인 제 1 오일 구멍(86a), 제 2 오일 구멍(86b)이 마련되어 있다.
다음에, 실시형태에 따른 측정 장치(2)를 이용하여 크랭크 샤프트(80)를 최초로 측정하는 경우(티칭 작업)의 처리에 대하여, 도 5에 나타내는 흐름도를 참조하여 설명한다. 또한, 도 5에 나타내는 흐름도에는, 제어부(6)의 처리를 주체로 하여 기재되어 있다.
티칭 작업에 있어서, 우선 작업자는, 크랭크 핀(86)이 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)의 하방에 위치하고, 또한 제 1 오일 구멍(86a), 제 2 오일 구멍(86b)이 상방을 향하도록 하여 크랭크 샤프트(80)를 테이블부(12)에 탑재한다.
다음에, 작업자는, 화상 표시부(56)에 표시된 버튼, 키보드(64) 및 마우스(65) 중 어느 하나를 조작하여 백색 간섭용 대물 렌즈(38)와 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)를 -X 방향으로 이동시켜, 도 6에 도시하는 바와 같이, 당초 제 1 경통(28)의 바로 아래에 위치하고 있는 백색 간섭용 대물 렌즈(38)를, 도 2에 도시하는 바와 같이, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)로 전환한다. 여기서, 조명(30)이 점등되고, 조명(30)으로부터 조명광이 사출되면, 사출된 조명광은, 제 2 경통(32) 내를 통과한 후, 광로 박스(34) 내의 미러, 비임 스플리터에서 반사되고, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)를 통과하여, 크랭크 핀(86)의 표면을 조명한다.
크랭크 핀(86)의 표면에서 반사된 반사광은, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)에 입사된 후에 제 1 경통(28) 내를 통과하고, 카메라(26) 내의 촬상 소자(52)의 촬상면에 결상된다. 이에 의해, 촬상 소자(52)의 촬상면에 결상된 크랭크 핀(86)의 표면의 화상이 촬상되고 화상 표시부(56)에 표시된다.
다음에, 작업자는, 화상 표시부(56)를 보면서 조작부(8)를 조작하고, 제 1 오일 구멍(86a), 제 2 오일 구멍(86b)을 포함하는 영역을 적확하게 촬영할 수 있도록 테이블부(12)의 XY축 방향의 위치, 및 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)의 Z축 방향의 위치를 미조정한다. 여기서, 테이블부(12)의 Y축 방향의 위치는 스테핑 모터(14y)에 의해 수납부(14k)에 수납된 볼 나사를 구동시켜 조정된다. 한편, 테이블부(12)의 X축 방향의 위치는, 스테핑 모터(14x)에 의해 수납부(14m)에 수납된 볼 나사를 구동시켜, 슬라이더(13)를 X축 방향으로 이동시키는 것에 의해 조정된다. 또한, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)의 Z축 방향의 위치는, 스테핑 모터(20z)에 의해 가이드 레일(20a)에 수납된 볼 나사를 구동시켜, 슬라이더(42)를 Z축 방향으로 이동시키는 것에 의해 조정된다.
다음에, 작업자가 화상 표시부(56)에 표시된 버튼, 키보드(64) 및 마우스(65) 중 어느 하나를 조작하여 촬상 지시를 실행하면, 제어부(6)는 촬상부(52)에 의해 제 1 오일 구멍(86a)을 촬상하고, 화상 처리에 의해 제 1 오일 구멍(86a)의 중심의 위치 좌표를 기억한다(단계(S1)). 다음에 제 2 오일 구멍(86b)을 촬상하고, 화상 처리에 의해 제 2 오일 구멍(86b)의 중심의 위치 좌표를 기억한다(단계(S2)). 다음에, 제어부(6)는, 화상 내의 좌표계에 있어서의 제 1 오일 구멍(86a)의 중심의 위치 좌표를 제 1 얼라이먼트 위치로서 특정하고, 화상 내의 좌표계에 있어서의 제 2 오일 구멍(86b)의 중심의 위치 좌표를 제 2 얼라이먼트 위치로서 특정하여 기억한다(단계(S3)).
다음에, 제어부(6)는, 제 1 얼라이먼트 위치를 원점으로 하고, 제 1 얼라이먼트 위치와 제 2 얼라이먼트 위치를 연결하는 선분을 X 좌표축으로 하고, 또한 제 1 얼라이먼트 위치에서 X 좌표축과 직교하는 좌표축을 Y 좌표축으로 하는 기준 좌표계를 작성한다(단계(S4)). 제어부(6)는 작성된 기준 좌표계를 기억한다. 또한, 기준 좌표계에 있어서의 제 1 얼라이먼트 위치의 위치 좌표, 및 기준 좌표계에 있어서의 제 2 얼라이먼트 위치의 위치 좌표에 대해서는, 화상 표시부(56)에 표시된 기준 좌표계 상에 수치 표시시킬 수 있다. 이 때문에, 작업자는, 기준 좌표계에 있어서의 제 1 얼라이먼트 위치의 위치 좌표, 및 기준 좌표계에 있어서의 제 2 얼라이먼트 위치의 위치 좌표를 화상 표시부(56)에서 확인할 수 있다.
다음에, 작업자는, 화상 표시부(56)에 표시된 버튼, 키보드(64) 및 마우스(65) 중 어느 하나를 조작함으로써 기준 좌표에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 입력한다. 예를 들면, 기준 좌표에 있어서의 제 1 얼라이먼트 위치와 기준 좌표에 있어서의 제 2 얼라이먼트 위치의 중점의 위치 좌표를 기준 좌표에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표로서 입력한다. 제어부(6)는 입력된 기준 좌표에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 기억한다(단계(S5)).
다음에, 제어부(6)는, 미리 기억하고 있는 측정기(4)의 원점을 기준으로 하는 좌표계인 기계 좌표계에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표를 검출하고, 기준 좌표에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표를 특정한다. 다음에, 기계 좌표계에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표, 기준 좌표계에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표를 이용하여 기준 좌표계를 기계 좌표계에 대응시켜, 측정 위치의 기계 좌표에 있어서의 위치 좌표를 특정한다(단계(S6)).
다음에, 작업자는, 화상 표시부(56)에 표시된 버튼, 키보드(64) 및 마우스(65) 중 어느 하나를 조작하는 것에 의해 제 1 경통(28)의 바로 아래에 위치하는 대물 렌즈를 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)로부터 백색 간섭용 대물 렌즈(38)로 전환한다. 제어부(6)는 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표의 바로 위에 백색 간섭용 대물 렌즈(38)가 위치하도록 테이블부(12)의 XY 방향에 있어서의 위치를 조정한다.
다음에, 제어부(6)는, 소정의 피치로 백색 간섭용 대물 렌즈(38)를 상부 방향 또는 하부 방향으로 스텝 이동시키면서 연속적으로 측정 위치의 상을 촬상하고, 촬상된 복수 화상의 화상 데이터를 이용하여 측정 위치의 표면 거칠기를 측정한다(단계(S7)). 여기서, 표면 거칠기의 측정은, 예를 들면, 다음과 같이 하여 실행한다. 즉, 우선 촬상된 각각의 화상 데이터에 대하여, 화상 데이터를 구성하는 각 화소의 휘도값으로부터 화소마다 휘도값의 포락선을 구하고, 포락선의 값이 최대가 되는 Z 위치를 산출하여, 각 화소의 상대 높이를 결정한다. 다음에, ISO 규격이나 JIS 규격에 준거한 계산식으로 측정 위치에 상당하는 위치의 거칠기 파라미터를 산출한다.
다음에, 2번째 이후의 크랭크 샤프트(80)의 측정 처리에 대하여, 도 7에 나타내는 흐름도를 참조하면서 설명한다. 우선 작업자는, 크랭크 샤프트(80)를 테이블부(12) 상에 탑재하고, 화상 표시부(56)에 표시된 버튼, 키보드(64) 또는 마우스(65)를 이용하여 재측정의 지시를 실행한다. 재측정의 지시가 실행되면, 제어부(6)는, 우선 전환 모터(63)를 구동하여 제 1 경통(28)의 바로 아래에 위치하는 대물 렌즈를 백색 간섭용 대물 렌즈(38)로부터 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)로 전환한다. 다음에, 제어부(6)는, 조명(30)을 점등하여 조명(30)으로부터 조명광을 사출시켜서 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)의 바로 아래의 영역을 조명하고, 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)를 통하여, 촬상 소자(52)에 의해 제 1 오일 구멍(86a)을 촬상하고, 또한 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)를 통하여 촬상 소자(52)에 의해 제 2 오일 구멍(86b)의 위치를 촬상한다(단계(S21)).
다음에, 제어부(6)는, 제 1 오일 구멍(86a) 및 제 2 오일 구멍(86b)의 촬상시의 오토포커스나 화상 처리에 에러가 발생하지 않고 있는 것을 확인하여, 얼라이먼트의 합부를 판정한다(단계(S22)).
오토포커스 에러나 화상 처리 에러가 발생한 경우(단계(S22) : 아니오), 제어부(6)는, 예를 들어 "수동으로 재측정을 실행하시겠습니까" 등의 경고를 화상 표시부(56)에 표시한다(단계(S23)). 한편, 단계(S22)에서 에러가 발생하지 않고 촬상이 성공했다고 판단된 경우에는(단계(S22)：예), 제어부(6)는, 촬상한 화상의 화상 데이터에 대하여 소정의 화상 처리를 실시하는 것에 의해, 화상 내의 좌표계에 있어서의 제 1 오일 구멍(86a)의 중심의 위치 좌표, 화상 내의 좌표계에 있어서의 제 2 오일 구멍(86b)의 중심의 위치 좌표를 산출한다(단계(S24)).
다음에, 제어부(6)는, 제 1 오일 구멍(86a)의 중심의 위치 좌표 및 제 2 오일 구멍(86b)의 중심의 위치 좌표를 이용하여, 촬상된 화상 내에 있어서의 기준 좌표계의 위치를 설정한다(단계(S25)). 다음에, 제어부(6)는, 기계 좌표계에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표를 검출하고, 기준 좌표에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표를 특정한다. 다음에, 제어부(6)는, 기억되어 있는 기준 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표, 기준 좌표계에 있어서의 카메라(26)의 위치 좌표를 이용하여 측정 위치의 기계 좌표에 있어서의 위치 좌표를 특정한다(단계(S26)).
다음에, 제어부(6)는, 전환 모터(63)를 구동하여 제 1 경통(28)의 바로 아래에 위치하는 대물 렌즈를 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)로부터 백색 간섭용 대물 렌즈(38)로 전환하고, 또한 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표가 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 바로 아래에 위치하도록 테이블부(12)의 XY 방향에 있어서의 위치를 조정한다.
다음에, 제어부(6)는, 소정의 피치로 백색 간섭용 대물 렌즈(38)를 상부 방향 또는 하부 방향으로 스텝 이동시키면서 연속적으로 측정 위치의 상을 촬상하고, 촬상된 복수 화상의 화상 데이터를 이용하여 측정 위치의 표면 거칠기를 측정한다(단계(S27)).
이러한 실시형태에 따른 측정 장치에 의하면, 얼라이먼트 위치를 기준으로 하는 기준 좌표계를 작성하고, 기준 좌표계를 이용한 측정 위치에서 측정을 실행하는 것에 의해, 정확한 측정 위치에서 표면 거칠기나 표면 형상을 측정할 수 있다. 특히, 크랭크 샤프트(80)와 같이 마모되는 부품을 측정 대상물로 한 경우, 동일한 측정 위치를 반복하여 측정할 수 있으므로, 정확하게 내마모도를 평가할 수 있다. 또한, 복수의 얼라이먼트 위치를 기준으로 하여 기준 좌표계를 작성하기 때문에, 측정 대상물의 위치가 XY 평면 내에서 회전하는 일이 없어, 측정 위치를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 이러한 실시형태에 따른 측정 장치는, 복수의 측정 대상물의 동일한 측정 위치를 측정하는 경우에 이용해도, 측정 위치를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 복수의 얼라이먼트 위치를 기준으로 하여 기준 좌표계를 작성하지만, 하나의 얼라이먼트 위치를 기준으로 하여 기준 좌표계를 작성해도 좋다. 예를 들면, 프린트 기판과 같이 직사각형상의 부품을 측정 대상물로 한 경우, 맞댐 지그 등을 이용하여 프린트 기판의 위치가 XY 평면 내에서 회전하는 일이 없도록 프린트 기판을 테이블부(12)의 소정의 위치에 탑재한다. 이러한 경우, 작업자는, 테이블부(12)의 XY축 방향의 위치, 및 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)의 Z축 방향의 위치를 미조정하여 테이블부(12)의 프린트 기판의 코너를 포함하는 영역의 화상을 촬상하고, 촬상한 화상의 화상 데이터를 기억한다. 제어부(6)는, 기억된 화상 내의 좌표계에 있어서의 프린트 기판의 코너의 위치 좌표를 산출하고, 화상 내의 좌표계에 있어서의 프린트 기판의 코너의 위치 좌표를 얼라이먼트 위치로서 특정한다. 다음에, 얼라이먼트 위치를 원점으로 하여, 화상 내의 좌표계에 있어서의 X 좌표축을 X 좌표축으로 하고, 화상 내의 좌표계에 있어서의 Y 좌표축을 Y 좌표축으로 하는 기준 좌표계를 작성한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 측정 위치의 표면 거칠기를 측정하는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 측정 위치의 표면 형상을 측정해도 좋다. 예를 들면, 프린트 기판과 같이 미세한 표면 형상을 갖는 부품을 측정 대상물로 하는 경우, 작업자는, 프린트 기판의 표면에 형성된 패턴의 일부를 포함하는 영역의 화상을 촬상 소자(52)에 의해 촬상시킨다. 다음에, 제어부(6)에 의해, 촬상된 화상의 화상 데이터를 이용하여 기준 좌표계가 작성되면, 작업자는 패턴의 볼록 부분을 구성하는 랜드부 상의 기준 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 측정 위치의 위치 좌표로서 입력한다. 제어부(6)는, 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 산출하고, 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 바로 아래에 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표의 위치를 위치시켜, 랜드부의 표면 형상을 측정한다. 또한, 표면 형상으로서는, 예를 들어 랜드부의 높이나 폭 등을 측정한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 프린트 기판의 표면 거칠기나 표면 형상을 측정하는 경우, 예를 들어 얼라이먼트 위치를 특정할 때의 지표가 되는 얼라이먼트 마크를 미리 부품의 표면에 인쇄해 두어도 좋다. 이러한 경우, 제어부(6)는, 우선 촬상 소자(52)에 의해, 얼라이먼트 마크를 포함하는 영역의 화상을 촬상하고, 촬상한 화상의 화상 데이터를 이용하여 얼라이먼트 마크의 중심 위치의 화상 내의 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 산출한다. 예를 들면, 제어부(6)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 얼라이먼트 마크(100)가 십자 형상인 경우, 얼라이먼트 마크(100)의 십자 형상을 구성하는 4개의 영역(105)에 포함되는 얼라이먼트 마크(100)의 윤곽을 검출한다. 다음에, 제어부(6)는, 화상 내의 좌표계에 있어서의 윤곽의 위치 좌표를 산출하고, 산출한 윤곽의 위치 좌표를 이용하여 화상 내의 좌표계에 있어서의 십자 형상의 중심의 위치 좌표를 특정한다. 다음에, 화상 내의 좌표계에 있어서의 얼라이먼트 마크(100)의 십자 형상의 중심의 위치 좌표를 기준으로 하는 기준 좌표계를 작성한다. 다음에, 작업자가 기준 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 입력하면, 제어부(6)는, 기준 좌표에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표로 변환하여 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표가 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 바로 아래에 위치하도록 테이블부(12)의 XY 방향에 있어서의 위치를 조정하여, 측정 위치의 표면 거칠기를 측정한다.
또한, 작업자가 육안으로 얼라이먼트 마크의 중심을 결정하도록 해도 좋다. 이러한 경우, 예를 들어 얼라이먼트 마크를 관찰할 때에 화상 표시부(56)에 그리드선(도 9 참조)을 표시시킨다. 다음에, 작업자는, 조작부(8)를 조작하여 테이블부(12)의 XY 방향의 위치를 미조정하는 것에 의해, 도 9에 도시하는 바와 같이, 그리드선(150)의 교점의 위치를 얼라이먼트 마크(180)의 중심의 위치에 맞추어, 얼라이먼트 마크(180)의 중심 위치의 위치 좌표를 기준으로 하는 기준 좌표계를 작성한다. 다음에, 작업자가, 기준 좌표계에 있어서의 측정 위치를 입력하면, 제어부(6)는, 기준 좌표에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표로 변환하여 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표가 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 바로 아래에 위치하도록 테이블부(12)의 XY 방향에 있어서의 위치를 조정하여, 측정 위치의 표면 거칠기를 측정한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 백색 간섭용 대물 렌즈(38)를 이용하여 측정 위치를 측정하는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 백색 간섭용 대물 렌즈(38)를 대신하여 공초점 현미경 방식에 의한 삼차원 표면 형상 측정이 가능한 현미경을 이용하여 측정 위치를 측정해도 좋다. 또한, 대물 렌즈를 대신하여, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 경통(28)의 하단에 촉침식의 측정부(201)를 구비해도 좋다. 실시형태의 측정 장치(2)는, 육안이 아니라 측정 위치를 특정할 수 있도록 얼라이먼트 위치를 기준으로 한 기준 좌표계를 이용하여 측정 위치를 특정하기 때문에, 촉침식의 측정부(201)를 구비한 경우에 있어서도, 적확하게 측정 위치에 촉침(202)의 선단(202a)을 접촉시켜, 측정 대상물의 표면 거칠기나 표면 형상을 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 측정 장치(2)가 전환 모터(63)를 구비하지 않도록 해도 좋다. 예를 들면, 측정기(4)가 얼라이먼트 위치 검출용의 얼라이먼트 현미경과 측정용의 측정 현미경을 별도로 구비하도록 한다. 여기서, 얼라이먼트 현미경에는, 경통의 상단에 카메라가 장착되고, 경통의 하단에 얼라이먼트용 대물 렌즈(36)가 장착된 것을 이용한다. 또한, 측정 현미경에는, 경통의 상단에 카메라가 장착되고, 경통의 하단에 백색 간섭용 대물 렌즈(38)가 장착된 것을 이용한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 복수의 측정 위치의 표면 거칠기를 측정해도 좋다. 이러한 경우, 작업자는, 예를 들어 입력부에 의해 기준 좌표에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표를 복수 입력한다. 다음에, 제어부(6)는, 기준 좌표계에 있어서의 각각의 측정 위치의 위치 좌표를 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 위치 좌표로 변환한다. 여기서, 작업자에 의해, 제 1 경통(28)의 바로 아래에 위치하는 대물 렌즈가 백색 간섭용 대물 렌즈(38)로 전환되면, 제어부(6)는, 테이블부(12)를 이동시켜서, 순차적으로 기계 좌표계에 있어서의 각각의 측정 위치의 위치 좌표를 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 바로 아래에 위치시켜, 각각의 측정 위치의 표면 거칠기를 측정한다. 이에 의해, 복수의 측정 위치를 반복하여 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 테이블부(12)를 이동시켜 측정 위치의 XY 평면 내의 위치를 백색 간섭용 대물 렌즈(38)의 바로 아래에 위치시키는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 테이블부(12)를 이동시키지 않고 측정 기구(16)의 XY 방향에 있어서의 위치를 조정해도 좋다. 예를 들면, 측정 위치를 측정하는 경우에는, 측정 기구(16)의 위치를 XY 평면 내에서 이동시켜, 기계 좌표계에 있어서의 측정 위치의 바로 위에 백색 간섭용 대물 렌즈(38)를 위치시킨다.
이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 기재된 것으로서, 본 발명을 한정하기 위해서 기재된 것은 아니다. 따라서, 상기의 실시형태에 개시된 각 요소는 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.
2 : 측정 장치 4 : 측정기
6 : 제어부 8 : 조작부
12 : 테이블부 13 : 슬라이더
14 : 이동 기구 14x, 14y : 스테핑 모터
16 : 측정 기구 20z : 스테핑 모터
26 : 카메라 28 : 제 1 경통
30 : 조명 32 : 제 2 경통
36 : 얼라이먼트용 대물 렌즈 38 : 백색 간섭용 대물 렌즈
52 : 촬상 소자 63 : 전환 모터

Claims (7)

  1. 측정 대상물을 탑재하는 탑재부와,
    상기 탑재부에 탑재된 상기 측정 대상물의 측정 기준 위치를 포함하는 영역을 관찰하는 얼라이먼트 현미경과,
    상기 얼라이먼트 현미경에 의해 관찰된 상기 측정 기준 위치를 포함하는 영역의 화상을 촬상하는 촬상부와,
    상기 촬상부에 의해 촬상된 화상의 화상 데이터로부터 상기 측정 기준 위치를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부에 의해 검출된 상기 측정 기준 위치에 근거하여 기준 좌표계를 작성하는 기준 좌표 작성부와,
    상기 기준 좌표 작성부에 의해 작성된 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 소정의 측정 위치를 지정하는 지정부와,
    상기 지정부에 의해 지정된 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 측정부와,
    상기 측정 기준 위치, 상기 기준 좌표계 및 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치를 기억하는 기억부와,
    상기 탑재부에 재차 상기 측정 대상물이 탑재된 경우에 있어서, 상기 얼라이먼트 현미경의 상기 촬상부에 의해 촬상된 화상의 화상 데이터로부터, 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 측정 기준 위치를 검출하고, 상기 측정 기준 위치를 이용하여 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 기준 좌표계를 설정하는 기준 좌표계 설정부를 구비하고,
    상기 측정부는 상기 기억부에 기억되어 있는 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 재측정하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치에 대응하는 기계 좌표계에 있어서의 상기 소정의 측정 위치의 위치 좌표의 바로 위에 상기 측정부의 위치를 이동시키는 이동부를 구비하고,
    상기 측정부는 상기 기계 좌표계에 의해 표시된 상기 측정 대상물의 상기 소정의 측정 위치의 표면 거칠기 및 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지정부는 상기 기준 좌표계에 있어서의 상기 소정의 측정 위치의 위치 좌표를 수치 입력하는 수치 입력부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기준 좌표 작성부는 복수의 상기 측정 기준 위치를 기준으로 하는 상기 기준 좌표계를 작성하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정부는 백색 간섭 현미경 방식, 공초점 현미경 방식, 또는 촉침 방식 중 어느 하나의 방식에 의해 상기 표면 거칠기 및 상기 표면 형상 중 적어도 하나의 측정을 실행하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상부에 상기 촬상부가 배치되고, 하부에 상기 얼라이먼트 현미경 또는 상기 측정부가 배치되는 경통부와,
    상기 경통부의 하부에 상기 얼라이먼트 현미경 또는 상기 측정부 중 어느 하나가 배치되도록 상기 얼라이먼트 현미경 및 상기 측정부의 위치를 전환하는 전환 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상부에 제 1 촬상부가 배치되고, 하부에 상기 얼라이먼트 현미경이 배치된 제 1 경통부와,
    상부에 제 2 촬상부가 배치되고, 하부에 상기 측정부가 배치된 제 2 경통부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    측정 장치.
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