JP5146636B2

JP5146636B2 - 高さ測定装置

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Publication number: JP5146636B2
Application number: JP2007021557A
Authority: JP
Inventors: 通伸水村
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2013-02-20
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Also published as: JP2008185551A

Description

本発明は、複数のビーム光を発生して被測定物上に集光させ、その反射光の輝度に基づいて被測定物上の各部の高さを測定する方法に関し、詳しくは、大面積の被測定物上の各部の高さ測定を短時間に行なおうとする高さ測定方法及び高さ測定装置に係るものである。

従来、被測定物上の異物等の欠陥は、撮像された画像のパターンと設計パターン又は撮像された周辺パターンとを比較し、異なる部位を捕えて異常の有無を判断していた。しかし、この場合、高さの情報は取得できないため、例えば突起部等の欠陥を認識することができなかった。

そこで、このような問題を解決するために、光ビームを被測定物上に集光する顕微鏡の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、上記マイクロミラーで反射された光ビームを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上記測定点選択手段のマイクロミラーを介して検出し、被測定物と対物レンズとを相対的にその光軸方向に移動させてその移動量を検出し、上記マイクロミラーを介して検出された光の輝度及び上記検出された移動量のデータからピーク輝度値を示す移動量を被測定物の測定点の高さとして求めるようした高さ測定方法がある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような従来の高さ測定方法においては、被測定物が大面積のものである場合には、顕微鏡又は被測定物をＸＹの二次元平面内をステップ移動して所定の領域毎に、上述のように被測定物と顕微鏡の対物レンズとを対物レンズの光軸方向に相対的に移動させて測定しなければならず、測定に長時間を要していた。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、大面積の被測定物上の各部の高さ測定を短時間に行なおうとする高さ測定方法及び高さ測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による高さ測定方法は、搬送手段により被測定物を一定方向に搬送し、光源からの光を受けてビーム光を発生する複数のビーム光発生部を前記被測定物の搬送方向及び該搬送方向と交差する方向に沿ってマトリクス状に配列し、前記搬送方向と交差する各列のビーム光発生部と前記搬送手段の上面との間の光学距離が列毎に異なるようにされたビーム光照射手段により前記搬送方向と交差する複数列のビーム光を生成して前記被測定物に向けて照射し、前記搬送手段の上面に対して光軸を直交させて設けられた集光光学系により、前記複数のビーム光のうち前記搬送方向に交差する各列のビーム光を列毎に前記被測定物の表面近傍の異なる高さ位置に集光させ、前記各列の各ビーム光により照射された前記被測定物上の各測定点からの反射光の輝度を光検出手段で検出し、前記光検出手段で検出された複数の輝度のうちから、前記被測定物が搬送されることにより同一の測定点が前記各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出し、前記抽出された複数の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、前記各ピーク輝度により各測定点の高さを求める、ものである。

また、本発明による高さ測定装置は、被測定物を載置して一定方向に搬送する搬送手段と、前記搬送手段の上方に配設され、光源からの光を受けてビーム光を発生する複数のビーム光発生部を前記被測定物の搬送方向及び該搬送方向と交差する方向に沿ってマトリクス状に配列し、前記複数のビーム光発生部のうち前記搬送方向に交差する各列のビーム光発生部と前記搬送手段の上面との間の光学距離が列毎に異なるようにされ、前記搬送方向と交差する複数列のビーム光を生成して前記被測定物に向けて照射するビーム光照射手段と、前記搬送手段と前記ビーム光照射手段との間に、前記搬送手段の上面に対して光軸を直交させて配設され、前記複数のビーム光発生部で発生された各ビーム光を列毎に前記被測定物の表面近傍の異なる高さ位置に集光させる集光光学系と、前記ビーム光照射手段の各ビーム光発生部に対応して複数の受光素子を具備し、前記各列の各ビーム光により照射された前記被測定物上の各測定点からの反射光の輝度を前記受光素子により検出する光検出手段と、前記光検出手段で検出された複数の輝度のうちから、前記被測定物が搬送されることにより同一の測定点が前記各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出し、該抽出された複数の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、該各ピーク輝度により各測定点の高さを求める制御手段と、を備えたものである。

このような構成により、搬送手段で被測定物を載置して一定方向に搬送し、搬送手段の上方に配設され、光源からの光を受けてビーム光を発生する複数のビーム光発生部を被測定物の搬送方向及び該搬送方向と交差する方向に沿ってマトリクス状に配列し、上記複数のビーム光発生部のうち搬送方向に交差する各列のビーム光発生部と搬送手段の上面との間の光学距離が列毎に異なるようにされたビーム光照射手段で搬送方向と交差する複数列のビーム光を生成して被測定物に向けて照射し、搬送手段の上面に対して光軸を直交させて配設された集光光学系で上記複数のビーム光発生部で発生された各ビーム光を列毎に被測定物の表面近傍の異なる高さ位置に集光させ、ビーム光照射手段の各ビーム光発生部に対応して複数の受光素子を具備した光検出手段の該受光素子により上記各列の各ビーム光により照射された被測定物上の各測定点からの反射光の輝度を検出し、制御手段で上記検出された複数の輝度のうちから、被測定物が搬送されることにより同一の測定点が各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出し、該抽出された複数の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、該各ピーク輝度により各測定点の高さを求める。

また、前記ビーム光照射手段のビーム光発生部は、個別に傾動可能に形成されたマイクロミラーである。これにより、個別に傾動可能に形成されたマイクロミラーでビーム光を発生する。

さらに、前記ビーム光照射手段は、前記被測定物の上面に対して前記搬送方向に所定の角度だけ傾斜させて備えられたものである。これにより、ビーム光照射手段を被測定物の上面に対して搬送方向に所定の角度だけ傾斜させて備えることにより、複数のビーム光発生部のうち搬送方向に交差する各列のビーム光発生部と搬送手段の上面との間の距離を列毎に異ならせる。

そして、前記集光光学系は、テレセントリック光学系である。これにより、テレセントリック光学系でビーム光照射手段の複数のビーム光発生部で発生された各ビーム光を列毎に被測定物の表面近傍の異なる高さ位置に集光させる。

請求項１に係る高さ測定方法によれば、被測定物を一方向に搬送するだけで被測定物上の各部の高さを測定することができる。したがって、従来技術におけるように、顕微鏡又は被測定物をＸＹの二次元平面内をステップ移動して所定の領域毎に被測定物と顕微鏡の対物レンズとを対物レンズの光軸方向に相対的に移動させる必要がないので、大面積の被測定物上の各部の高さ測定を短時間に行なうことができる。この場合、ビーム光照射手段による複数列のビーム光の照射領域が被測定物の搬送方向と交差する方向の幅よりも狭いときには、集光光学系、ビーム光照射手段、光源、及び光検出手段を含む光学系を一組として上記被測定物の搬送方向と交差する方向に複数組並べるだけで、上述と同様の方法により被測定物全面の高さ測定をすることができる。

また、請求項２に係る高さ測定装置によれば、被測定物を一方向に搬送するだけで被測定物上の各部の高さを測定することができる。したがって、従来技術におけるように、顕微鏡又は被測定物をＸＹの二次元平面内をステップ移動して所定の領域毎に被測定物と顕微鏡の対物レンズとを対物レンズの光軸方向に相対的に移動させる必要がないので、大面積の被測定物上の各部の高さ測定を短時間に行なうことができる。この場合、ビーム光照射手段による複数列のビーム光の照射領域が被測定物の搬送方向と交差する方向の幅よりも狭いときには、集光光学系、ビーム光照射手段、光源、及び光検出手段を含む光学系を一組として上記被測定物の搬送方向と交差する方向に複数組並べるだけで、上述と同様の方法により被測定物全面の高さ測定をすることができる。また、駆動機構は、被測定物を一方向に搬送する機構だけであるので、装置の構成が簡単となる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、所定のマイクロミラーを選択して傾動させることができ、被測定物上の測定点の選択が容易になる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、ビーム光照射手段の被測定物上面に対する傾斜角度を変えることにより、被測定物の搬送方向と交差する各列の各ビーム光発生部からのビーム光の集光高さ位置を容易に調整することができる。これにより、高さ測定の分解能の調整を容易に行なうことができる。

そして、請求項５に係る発明によれば、ビーム光照射手段の各ビーム光発生部と前記搬送手段の上面との間の距離が変わって、被測定物上における各ビーム光の照射位置は変化しない。したがって、各列のビーム光発生部と搬送手段上面との間の距離を変えて高さ測定の分解能を調整する場合にも、調整がより容易に行なえる。

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は本発明による高さ測定装置の実施形態を示す概要図である。この高さ測定装置は、複数のビーム光を発生して被測定物上に集光させ、その反射光の輝度から被測定物上の各部の高さを測定するもので、搬送手段１と、光源２と、デジタルマイクロミラーデバイス（以下「ＤＭＤ」（米国テキサス・インスツルメンツ社の商標）と記載する）３と、集光光学系４と、光検出手段５と、制御手段６とを備えて構成されている。以下、被測定物がカラーフィルタ基板の場合について説明する。

上記搬送手段１は、カラーフィルタ基板７を載置して矢印Ａで示す方向に搬送するものであり、ステージ８を図示省略のモータ、ギヤ等を組み合わせた駆動手段により所定の速度で移動させることができるようになっている。また、搬送手段１には、図示省略の速度センサー、位置検出センサーが設けられており、後述の制御手段６に夫々ステージの移動速度情報、位置情報を出力するようになっている。

上記搬送手段１の上方には、光源２が配設されている。この光源２は、カラーフィルタ基板を照射するビーム光を発生させるための光を放射するものであり、例えばレーザ発振器である。なお、光源２は、波長の異なる複数のレーザ光源を組み合わせて構成し、ステージ８の上面に載置された被測定物の測定点の下地の色に応じてスイッチで切り換えて選択できるようにしてもよい。また、光源２から放射された光は、ビームエキスパンダ９でその径が広げられ、コリメータレンズ１０で平行光とされて射出するようになっている。

光源２から放射される光の放射方向前方には、ＤＭＤ３が配設されている。このＤＭＤ３は、光源２からの光を受けてビーム光を発生するビーム光発生部としての複数のマイクロミラー１１をカラーフィルタ基板７の搬送方向（図１に示す矢印Ａ方向）及び該搬送方向と交差する方向に沿ってマトリクス状に配列したものであり、ビーム光照射手段となるものである。そして、複数のマイクロミラー１１のうち上記搬送方向に交差する各列のマイクロミラー１１と搬送手段１のステージ８の上面との間の距離が列毎に異なるようにされている。

具体的には、ＤＭＤ３は、図１に示すように搬送手段１のステージ８の上面からの距離が矢印Ａで示す搬送方向の手前側の端部が先方側の端部よりも遠い位置となるように、搬送手段１のステージ８上面に対して搬送方向に所定の角度だけ傾斜させて配置されている。これにより、搬送方向に交差する各列のマイクロミラー１１と搬送手段１のステージ８上面との間の光学距離が列毎に異なるようになる。

また、上記各マイクロミラー１１は、図２に実線で示すように光源２からの光をカラーフィルタ基板７方向に反射するように個別に傾動するようになっている。以下、この状態をマイクロミラー１１が「オン状態」という。一方、マイクロミラー１１が「オフ状態」においては、マイクロミラー１１は、同図に破線で示すように傾き、光源２からの光ビームをカラーフィルタ基板７方向とは異なる方向に反射することになる。なお、この反射光は図示省略の光吸収体により吸収されるようになっている。

上記マイクロミラー１１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１１で横断面形状がそれと略同サイズのビーム光を発生することができる。また、このマイクロミラー１１は、カラーフィルタ基板７上で反射されて戻る光に対してはピンホールとして作用する。

上記搬送手段１とＤＭＤ３との間には、集光光学系４が配設されている。この集光光学系４は、ＤＭＤ３の各マイクロミラー１１で発生された複数列のビーム光を搬送方向と交差する列毎にカラーフィルタ基板７の表面近傍の異なる高さ位置に集光させるものであり、テレセントリック光学系である。

図３はＤＭＤ３からカラーフィルタ基板７に向けて照射された各ビーム光が集光光学系４により列毎に異なる高さ位置に集光される状態を示す説明図である。同図において、破断線よりも上側の部分は、光源２からの光がＤＭＤ３で集光光学系４側に反射され、及び集光光学系４方向からの光がＤＭＤ３で光検出手段５に向けて反射された状態を示している。また、破断線よりも下側の部分は、集光光学系４を射出した光がカラーフィルタ基板７の表面近傍に集光し、及びカラーフィルタ基板７で反射された光が集光光学系４側に戻る状態を示しており、破断線の上側の部分よりも大きい倍率で示されている。ＤＭＤ３の各列のマイクロミラー１１において、同図に示すように、例えばカラーフィルタ基板７の上面からの光学距離が近い順にマイクロミラー列１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとすると、各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄで発生された各ビーム光は、各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄのカラーフィルタ基板７の表面からの光学距離に応じて列毎に異なる高さ位置に集光することになる。なお、図３においては、マイクロミラー列１１ａで発生されたビーム光がカラーフィルタ基板７のカラーフィルタ１２上の平面１３ａ内に集光し、以下マイクロミラー列１１ｂによるビーム光は平面１３ｂ内に集光し、マイクロミラー列１１ｃによるビーム光は平面１３ｃ内に集光し、マイクロミラー列１１ｄによるビーム光は平面１３ｄ内に集光する場合を示している。そして、各平面の間隔ｚが高さ測定の分解能となる。また、同図において、符号１４はブラックマトリクスを示し、符号１５はカラーフィルタ基板７の表面に発生した突起部を示している。

表１は、本実施形態に適用されたＤＭＤ３の一構成例を示している。このＤＭＤ３はサイズが13.6μmのマイクロミラー１１を14μmの配列ピッチａで縦に768個、横に1024個マトリクス状に配置したものであり、カラーフィルタ基板７の上面に対する角度θが24度となるように搬送方向に傾けて設けられている。これにより、マイクロミラー１１の傾斜ピッチｂは12.79μmとなり、マイクロミラー１１の高さ方向のＺピッチｃは5.69μmとなる。また、カラーフィルタ基板７側から見たマイクロミラー１１の実効サイズは12.42μmとなる。なお、図３において、複数のマイクロミラー１１のうちオン駆動されるものは、搬送方向については２ピッチ間隔で示しているが、カラーフィルタ基板７からの反射光にて隣接する反射光がＤＭＤ３面で干渉するのを防止するために、実際には、表１に示すように５個置きのピッチ間隔で駆動される。従って、搬送方向に隣接する駆動マイクロミラー１１の間隔は63.95μmとなる。

表２は、倍率が10倍の集光光学系４を使用したときの上記ＤＭＤ３からの各ビーム光の集光状態を示している。これによると、カラーフィルタ基板７上に照射された各列のビーム光によるビームスポット列の間隔ｘが6.39μm、ビーム光が集光する平面の高さ方向の間隔ｚが0.28μm、ビーム光の集光点におけるビームスポットサイズｗが1.24μm、Ｚスキャン幅（マイクロミラー１１の集光高さの最高位置と最低位置との差）が58.31μmとなる。

上記光源２とＤＭＤ３との間にてＤＭＤ３から光源２に向かう光路がハーフミラー１６により分岐された光路上には、光検出手段５が設けられている。この光検出手段５は、各列の各ビーム光により照射されたカラーフィルタ基板７上の各測定点からの反射光の輝度を検出するものであり、上記ＤＭＤ３の各マイクロミラー１１にそれぞれ対応して複数の受光素子（以下「画素」という）を備えた二次元撮像カメラであり、リレーレンズ１７によってＤＭＤ３のミラー面の像が上記画素に結像されるようになっている。

なお、カラーフィルタ基板７が大面積のものである場合には、上記集光光学系４、ＤＭＤ３、光源２、及び光検出手段５を一組として、カラーフィルタ基板７の搬送方向と交差する方向に複数組並べて設けるとよい。

上記搬送手段１と、ＤＭＤ３と、光検出手段５とに結線して制御手段６が設けられている。この制御手段６は、光検出手段５により検出された複数の輝度のうちから、カラーフィルタ基板７が搬送されることにより同一の測定点が各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出し、該抽出された複数の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、これらのピーク輝度により各測定点の高さを求めるものであり、図４に示すように搬送手段駆動コントローラ１８と、ＤＭＤ駆動コントローラ１９と、画像処理部２０と、メモリ２１と、演算部２２と、制御部２３とを備えている。

上記搬送手段駆動コントローラ１８は、搬送手段１のステージ８の移動方向及び移動速度を制御するものである。また、上記ＤＭＤ駆動コントローラ１９は、所定のマイクロミラー１１を選択的に駆動するものである。さらに、上記画像処理部２０は、上記ＤＭＤ３の複数のマイクロミラー１１のうちオン駆動される各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄのマイクロミラー１１を介して光検出手段５により検出されるカラーフィルタ基板７上の複数の測定点からの反射光の輝度を所定のタイミングで処理し、各測定点に対応する輝度データを生成すると共に、該輝度データに基づいて各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄを介して取得される複数の二次元画像の画像データを生成するものである。また、上記メモリ２１は、表１及び表２に記載された各ディメンションを予め記憶すると共に、画像処理部２０により生成された輝度データ及び複数の二次元画像データ等を一時的に保存するものである。さらに、演算部２２は、搬送手段１から入力したカラーフィルタ基板７の搬送速度とメモリ２１から読み出したビームスポット列間隔ｘ（図３参照）とに基づいて、上記複数の二次元画像の取得タイミングの時間間隔ｔ（図６参照）を演算し、測定点毎に異なるタイミングで検出された複数の反射光の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、これらのピーク輝度により各測定点の高さを算出するものである。そして、上記制御部２３は、画像処理部２０の処理タイミングを制御し、光検出手段５により検出された複数の輝度のうちから、カラーフィルタ基板７が搬送されることにより同一の測定点が各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出すると共に、上記各構成要素が適切に駆動するように制御するものである。

次に、このように構成された高さ測定装置を使用して行う高さ測定方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図示省略の入力手段を操作して初期設定がなされる。この初期設定は、例えば、カラーフィルタ基板７の搬送速度Ｖや、ＤＭＤ３のマイクロミラー１１の駆動パターンであってカラーフィルタ基板７の搬送方向及び搬送方向と交差する方向のマイクロミラー１１の駆動間隔等であり、入力されたデータは制御手段６のメモリ２１に記憶される。

ステップＳ１においては、図示省略の起動スイッチの投入により制御手段６の搬送手段駆動コントローラ１８によって制御されて搬送手段１のステージ８が移動を開始し、ステージ８上に載置されたカラーフィルタ基板７が図１の矢印Ａ方向に設定速度Ｖで搬送される。このとき、同時に、ＤＭＤ３のマイクロミラー１１が上記入力された駆動パターンに従ってオン駆動される。

ステップＳ２においては、光源２からの光ビームを受けてＤＭＤ３によりマトリクス状に並んだ複数のビーム光が発生される。そして、この複数のビーム光は、図３に示すように、集光光学系４によりカラーフィルタ基板７上に照射され、上記搬送方向と交差する列毎に高さの異なる平面１３ａ〜１３ｄ内に集光される。

ステップＳ３においては、各ビーム光がカラーフィルタ基板７上に照射された各測定点からの反射光が対応するマイクロミラー１１を介して光検出手段５に入射し、各マイクロミラー１１に対応する光検出手段５の各画素により上記各反射光の輝度が検出される。そして、この輝度は、画像処理部２０において所定のタイミングでＡ／Ｄ変換され、カラーフィルタ基板７上の各測定点の輝度データに変換される。

この場合、カラーフィルタ基板７が図１において矢印Ａ方向に速度Ｖで搬送されているので、搬送方向と交差する各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄを介して夫々取得される例えば図６（ａ）に示すカラーフィルタ基板７の表面画像は、図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように二次元画像である。具体的には、図６（ｂ）の二次元画像の取得は、マイクロミラー列１１ａにより時刻ｔ_１から開始される。また、同図（ｃ）の二次元画像の取得は、マイクロミラー列１１ｂにより時刻ｔ_２から開始される。さらに、同図（ｄ）の二次元画像の取得は、マイクロミラー列１１ｃにより時刻ｔ_３から開始される。そして、同図（ｅ）の二次元画像の取得は、マイクロミラー列１１ｄにより時刻ｔ_４から開始される。また、図３に示すようにビームスポット列間隔がｘであるので、カラーフィルタ基板７の搬送速度をＶとすると、上記各二次元画像は、夫々ｔ＝ｘ／Ｖの時間間隔で取得されることになる。

従って、ステップＳ４においては、各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄを介して取得された輝度データに基づいて、画像処理部２０で上記複数の二次元画像（図６においては、四枚の二次元画像）の画像データが生成される。

ここで、マイクロミラー列１１ａにより発生されたビーム光は、図３に示すように、カラーフィルタ基板７上の平面１３ａに集光するため、図６（ｂ）に示すようにカラーフィルタ基板７上の平面１３ａで反射され、マイクロミラー列１１ａを介して検出される反射光の輝度は高くなる。一方、カラーフィルタ基板７上の突起部１５においては、上記ビーム光のスポットサイズは広がるため、突起部１５で反射されマイクロミラー列１１ａを介して検出される反射光の輝度は低くなる。特に、突起部１５における反射光の輝度は、その反射位置が高くなるほど低くなる。例えば、輝度を高輝度から低輝度まで“4”，“3”，“2”，“1”の４段階に分類して表示すると、図６（ｂ）の二次元画像において輝度は、突起部１５の周辺にてカラーフィルタ基板７上の平面１３ａが“4”と最も高く、突起部１５の裾野付近が“3”でやや高く、突起部１５の中程が“2”でやや低く、突起部１５の頂部が“1”で最も低くなる。

また、マイクロミラー列１１ｂにより発生されたビーム光は、図３に示すように、カラーフィルタ基板７上の平面１３ａよりもｚだけ高い平面１３ｂ内に集光する。したがって、図６（ｃ）に示すように、平面１３ｂと略同等の高さ位置で反射され、マイクロミラー列１１ｂを介して取得される反射光の輝度は高くなるが、それ以外の高さ位置で反射されマイクロミラー列１１ｂを介して取得される反射光の輝度は低くなる。特に、高さ方向の平面１３ｂからのずれ量が大きいほど反射光の輝度の低下が大きくなる。例えば、輝度を上記４段階で表示すると、図６（ｃ）の二次元画像において輝度は、突起部１５の周辺にてカラーフィルタ基板７上の平面１３ａが“3”、突起部１５の裾野付近が“4”、突起部１５の中程が“3”、突起部１５の頂部が“2”となる。

さらに、マイクロミラー列１１ｃにより発生されたビーム光は、図３に示すように、カラーフィルタ基板７上の平面１３ａよりも２ｚだけ高い平面１３ｃ内に集光する。したがって、図６（ｄ）に示すように、平面１３ｃと略同等の高さ位置で反射され、マイクロミラー列１１ｃを介して取得される反射光の輝度は高くなるが、それ以外の高さ位置で反射されマイクロミラー列１１ｃを介して取得される反射光の輝度は低くなる。特に、高さ方向の平面１３ｃからのずれ量が大きいほど反射光の輝度の低下が大きくなる。例えば、上述と同様に、輝度を上記４段階で表示すると、図６（ｄ）の二次元画像において輝度は、突起部１５の周辺にてカラーフィルタ基板７上の平面１３ａが“2”、突起部１５の裾野付近が“3”、突起部１５の中程が“4”、突起部１５の頂部が“3”となる。

そして、マイクロミラー列１１ｄにより発生されたビーム光は、図３に示すように、カラーフィルタ基板７の表面１３ａよりも３ｚだけ高い平面１３ｄ内に集光する。したがって、図６（ｅ）に示すように、平面１３ｄと略同等の高さ位置で反射され、マイクロミラー列１１ｄを介して取得される反射光の輝度は高くなるが、それ以外の高さ位置で反射されマイクロミラー列１１ｄを介して取得される反射光の輝度は低くなる。特に、高さ方向の平面１３ｄからのずれ量が大きいほど反射光の輝度の低下が大きくなる。例えば、上述と同様に、輝度を上記４段階で表示すると、図６（ｅ）の二次元画像において輝度は、突起部１５の周辺にてカラーフィルタ基板７上の平面１３ａが“1”、突起部１５の裾野付近が“2”、突起部１５の中程が“3”、突起部１５の頂部が“4”となる。

このように、各マイクロミラー列１１ａ〜１１ｄを介して撮像され、図６（ｂ）〜（ｅ）に示す輝度情報及び高さ情報を含む二次元画像の画像データは、それぞれメモリ２１に保存される。

ステップＳ５においては、メモリ２１から制御部２３に上記撮像された図６（ｂ）〜（ｅ）の例えば四枚の二次元画像の画像データが読み出される。そして、上記四枚の二次元画像は、制御部２３で図７（ａ）に示すようにＸＹＺ座標軸を合わせて重ね合わされ、カラーフィルタ基板７上の複数の測定点毎に異なるタイミングで取得された複数の輝度データが抽出される。例えば、図７（ａ）に示すように、四枚の二次元画像において同一の測定点Ｐに対応する輝度データＩ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４が抽出される。

ステップＳ６においては、演算部２２で上記四枚の二次元画像の高さ情報及び上記抽出された複数の輝度データＩ_１〜Ｉ_４に基づいて、例えば図８に示すように、公知の手法により補完処理して測定点毎にピーク輝度Ｉ_Ｐが演算される。

ステップＳ７においては、演算部２２で測定点毎に上記演算されたピーク輝度Ｉ_Ｐを示す高さｚ_Ｐが算出される。そして、それら高さデータは、各測定点のＸＹ座標データと共にメモリ２１に保存される。

ステップＳ８においては、メモリ２１から各測定点の高さデータ及びＸＹ座標データを読出し、例えば、図７（ｂ）に示すように図示省略の表示部に三次元表示する。

なお、上記実施形態においては、被測定物がカラーフィルタ基板７の場合について説明したが、本発明はこれに限られず、如何なるものであってもよい。

また、上記実施形態においては、ＤＭＤ３を搬送手段１の上面に対して搬送方向に所定の角度だけ傾斜させて配置した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、ライン状に並んだマイクロミラー列を階段上に配置してもよい。

そして、以上の説明においては、ビーム光発生部がマイクロミラー１１である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、ピンホールであってもよく、又は、液晶表示素子の画素や非線形光学結晶からなる光スイッチであってもよい。

本発明による高さ測定装置の実施形態を示す概要図である。上記高さ測定装置に使用されるＤＭＤのマイクロミラーのオン及びオフ状態を示す説明図である。上記ＤＭＤからカラーフィルタ基板に向けて照射された各ビーム光が集光光学系により列毎に異なる高さ位置に集光される状態を示す説明図である。上記高さ測定装置の制御手段の構成例を示すブロック図である。上記高さ測定装置を使用して行う高さ測定方法の手順を示すフローチャートである。上記ＤＭＤの各マイクロミラー列を介して撮像される複数の二次元画像を示す説明図である。上記複数の二次元画像により同一の測定点から異なるタイミングで取得された複数の輝度データを抽出する例、及び高さ測定結果の表示例を示す説明図である。上記複数の二次元画像において同一の測定点に対応する複数の輝度データを用いて行なう高さの演算について説明するグラフである。

符号の説明

１…搬送手段
２…光源
３…ＤＭＤ（ビーム光照射手段）
４…集光光学系
５…光検出手段
６…制御手段
７…カラーフィルタ基板（被測定物）
１１…マイクロミラー（ビーム光発生部）
１１ａ〜１１ｄ…マイクロミラー列

Claims

搬送手段により被測定物を一定方向に搬送し、
光源からの光を受けてビーム光を発生する複数のビーム光発生部を前記被測定物の搬送方向及び該搬送方向と交差する方向に沿ってマトリクス状に配列し、前記搬送方向と交差する各列のビーム光発生部と前記搬送手段の上面との間の光学距離が列毎に異なるようにされたビーム光照射手段により前記搬送方向と交差する複数列のビーム光を生成して前記被測定物に向けて照射し、
前記搬送手段の上面に対して光軸を直交させて設けられた集光光学系により、前記複数のビーム光のうち前記搬送方向に交差する各列のビーム光を列毎に前記被測定物の表面近傍の異なる高さ位置に集光させ、
前記各列の各ビーム光により照射された前記被測定物上の各測定点からの反射光の輝度を光検出手段で検出し、
前記光検出手段で検出された複数の輝度のうちから、前記被測定物が搬送されることにより同一の測定点が前記各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出し、
前記抽出された複数の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、
前記各ピーク輝度により各測定点の高さを求める、
ことを特徴とする高さ測定方法。
被測定物を載置して一定方向に搬送する搬送手段と、
前記搬送手段の上方に配設され、光源からの光を受けてビーム光を発生する複数のビーム光発生部を前記被測定物の搬送方向及び該搬送方向と交差する方向に沿ってマトリクス状に配列し、前記複数のビーム光発生部のうち前記搬送方向に交差する各列のビーム光発生部と前記搬送手段の上面との間の光学距離が列毎に異なるようにされ、前記搬送方向と交差する複数列のビーム光を生成して前記被測定物に向けて照射するビーム光照射手段と、
前記搬送手段と前記ビーム光照射手段との間に、前記搬送手段の上面に対して光軸を直交させて配設され、前記複数のビーム光発生部で発生された各ビーム光を列毎に前記被測定物の表面近傍の異なる高さ位置に集光させる集光光学系と、
前記ビーム光照射手段の各ビーム光発生部に対応して複数の受光素子を具備し、前記各列の各ビーム光により照射された前記被測定物上の各測定点からの反射光の輝度を前記受光素子により検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出された複数の輝度のうちから、前記被測定物が搬送されることにより同一の測定点が前記各列のビーム光により異なるタイミングで照射されて得られた複数の輝度を測定点毎に抽出し、該抽出された複数の輝度に基づいて各測定点における反射光のピーク輝度を演算し、該各ピーク輝度により各測定点の高さを求める制御手段と、
を備えたことを特徴とする高さ測定装置。
前記ビーム光照射手段のビーム光発生部は、個別に傾動可能に形成されたマイクロミラーであることを特徴とする請求項２記載の高さ測定装置。
前記ビーム光照射手段は、前記被測定物の上面に対して前記搬送方向に所定の角度だけ傾斜させて備えられたことを特徴とする請求項２又は３記載の高さ測定装置。
前記集光光学系は、テレセントリック光学系であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の高さ測定装置。