JP6140891B2 - 周波数走査干渉計を用いた形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、形状測定装置に関し、より具体的には、周波数走査干渉計を用いた形状測定装置に関するものである。

一般に、電子装置内には少なくとも１つの印刷回路基板(printed circuit board、PCB)が備えられ、このような印刷回路基板上には、回路パターン、連結パッド部、前記連結パッド部と電気的に連結された駆動チップなど、多様な回路素子が実装されている。

一般に、印刷回路基板(printed circuit board、PCB)上に電子部品が実装された実装基板は、多様な電子製品に用いられている。このような実装基板は、基板のパッド領域などにソルダリング(solder)を行った後、電子部品の端子をソルダー領域に結合させる方式で製造される。

このようなソルダリングを行うためにフラックス(flux)が主に使用されるが、前記フラックスは基板の所望の位置に適量を形成する必要がある。従って、前記フラックスの３次元形状を正確に測定できる測定装置及び測定方法が求められている。

本発明の目的は、周波数走査干渉計を用いて効果的に測定対象物の３次元形状を測定できる形状測定装置を提供することにある。

本発明の例示的な一実施例による形状測定装置は、光源部、光分離部、基準ミラー、光受信部及び処理部を含む。前記光源部は、光を発生させ、前記光の波長を変化させることができる。前記光分離部は、前記光源部から発生された光を少なくとも基準光及び測定光に分離する。前記基準ミラーは、前記基準光を反射させる。前記光受信部は、前記基準ミラーによって基準光経路を形成するように反射される前記基準光及び基板上に形成された光透過性を有する測定対象物によって測定光経路を形成するように反射される前記測定光を受信する。前記処理部は、前記光受信部によって受信される前記基準光と前記測定光との間の前記光の波長の変化に応じた干渉の変化に基づいて前記測定対象物の形状を算出し、前記測定対象物の第１領域の絶対高さ及び前記測定対象物の前記第１領域に対する第２領域の相対高さを算出して前記第１領域の絶対高さ及び前記第２領域の相対高さをマッチング(matching)して前記測定対象物の形状を算出する。

例えば、前記測定対象物は、粘性を有し得、平面的に観測する時にドット(dot)形状を有し得る。この時、前記第１領域は、前記測定対象物のピーク点を含むことができ、前記第２領域は、前記ピーク点の周囲に位置した傾斜面上の複数の傾斜点を含むことができる。

一実施例によれば、前記基板は、ベース基板、前記ベース基板上に形成されて少なくとも１つのホール(hole)が形成された絶縁層及び前記ホールに対応して前記絶縁層より薄い厚さで形成された導電層を含むことができ、前記測定対象物は、少なくとも前記導電層上に形成されたフラックス(flux)を含むことができる。前記導電層上に形成されたフラックスは、前記ホールの少なくとも一部を埋めるように形成され得、前記ホールに隣接した前記絶縁層の一部をカバーするように形成され得る。

一実施例によれば、前記処理部は、前記測定光のうち前記測定対象物の第１領域で直接反射される光と前記基準光との間の第１光経路差、及び前記測定光のうち前記測定対象物の第１領域を透過した後に前記導電層で反射される光と前記基準光との間の第２光経路差を用いて前記第１領域の絶対高さを算出することができる。

一実施例によれば、前記処理部は、前記測定光のうち前記測定対象物の第２領域を透過した後に、前記導電層で反射される光と前記基準光との間の第３光経路差を用いて前記第２領域の相対高さを算出することができる。

本発明の例示的な他の実施例による形状測定装置は、光源部、光分離部、基準ミラー、光受信部及び処理部を含む。前記光源部は光を発生させ、前記光の波長を変化させることができる。前記光分離部は、前記光源部から発生された光を少なくとも基準光及び測定光に分離する。前記基準ミラーは、前記基準光を反射させる。前記光受信部は、前記基準ミラーによって基準光経路を形成するように反射される前記基準光及び特定物質の表面上に形成された光透過性を有する測定対象物によって測定光経路を形成するように反射される前記測定光を受信する。前記処理部は、前記光受信部によって受信される前記基準光と前記測定光との間の前記光の波長の変化に応じた干渉の変化に基づいて前記測定対象物の形状を算出し、前記測定対象物の屈折率に基づいて絶対高さを算出して形状を算出する。

例えば、前記特定物質は、金属、プラスチック、皮膚のうち一つを含むことができ、前記測定対象物は、所定の粘性及び所定の屈折率を有する物質であり得る。

一実施例によれば、前記処理部は、前記光分離部と前記基準ミラーまでの距離より前記基準ミラーと前記測定対象物までの距離が近い場合に算出された前記測定対象物の形状は、既設定された基準線対比上下反転を行うことができる。

本発明によれば、周波数走査干渉計を用いて効果的に測定対象物の３次元形状を測定することができる。前記測定対象物を領域別に区分して第１領域では絶対高さを測定し、第２領域では相対高さを測定して前記絶対高さ及び前記相対高さをマッチングすることで、前記測定対象物の形状を算出することができる。

また、前記測定対象物が金属、プラスチック、皮膚などの上に形成された所定の屈折率を有する物質である場合にも、前記測定対象物の屈折率に基づいて絶対高さを測定することで、前記測定対象物の形状を正確に算出することができる。

本発明の一実施例による周波数走査干渉計を用いた形状測定装置を示した概念図である。 図１の測定対象物の具体的な一例を示した斜視図である。 図２の測定対象物をI-I’に沿って切断した断面図である。 図１の処理部が測定対象物に対する測定光の挙動から測定対象物の形状を算出する過程を説明するための概念図である。 図１の処理部が測定対象物の他の例に対する測定光の挙動から測定対象物の形状を算出する過程を説明するための概念図である。

本発明は、多様な変更を加えることができ、また、様々な形態を有することができるところ、特定の実施例等を図面に例示して本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

第１、第２等の用語は多様な構成要素を説明するのに用いられるが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱せずに第１の構成要素は第２の構成要素と呼ばれることができ、同様に第２の構成要素は第１の構成要素と呼ばれることができる。

本出願で使用する用語は単に特定の実施例を説明するために使用しており、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で、「含む」または「有する」等の用語は明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

異なって定義しない限り、技術的であったり科学的である用語を含めてここで使用される全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般に理解されるものと同一の意味を有する。

一般に使用される辞典に定義されている用語等は関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的であったり過度に形式的な意味に解釈されない。

以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施例をより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例による周波数走査干渉計(frequency scanning interferometer、FSI)を用いた形状測定装置を示した概念図である。

図１を参照すると、一実施例による形状測定装置１００は、光源部１１０、光分離部１２０、基準ミラー１３０、光受信部１４０及び処理部１５０を含む。

前記光源部１１０は、光を発生させ、前記光の波長を変化させることができる。

一実施例によれば、前記光源部１１０は、波長可変型レーザ装置、例えば、チューナブルレーザ(tunable laser)を含むことができる。

例えば、前記波長可変型レーザ装置は、レーザ光を発生させ得、前記発生されたレーザ光は特定の波長範囲内で連続的あるいは不連続的な値を有し得る。

前記光分離部１２０は、前記光源部１１０から発生された光を少なくとも基準光ＲＬ及び測定光ＭＬに分離する。

例えば、前記光分離部１２０は、ビームスプリッタ(beam splitter)を含むことができる。

一実施例によれば、前記光分離部１２０は、前記光源部１１０から発生された光の少なくとも一部を透過させて、透過された前記基準光ＲＬは後述する基準ミラー１３０に提供され得る。また、前記光分離部１２０は、前記光源部１１０から発生された光の少なくとも一部を反射させて、反射された前記測定光ＭＬは形状測定を所望の測定対象物１０に向かって提供され得る。

前記基準ミラー(mirror)１３０は前記基準光ＲＬを反射させる。

反射された前記基準光ＲＬは前記光分離部１２０に戻り、後述する光受信部１４０に向かって反射され得る。

前記光受信部１４０は、前記基準光ＲＬ及び前記測定光ＭＬを受信する。

前記基準光ＲＬは、前記基準ミラー１３０により基準光経路を形成するように反射される。例えば、前記基準光ＲＬの基準光経路は図１に点線矢印で示された形態で形成され得る。

前記測定光ＭＬは、前記測定対象物１０により測定光経路を形成するように反射される。例えば、前記測定光ＭＬの測定光経路は図１に実線矢印で示された形態で形成され得る。

前記測定対象物１０は基板２０上に形成されて、光透過性を有する。従って、前記測定光経路は、前記測定対象物１０により反射されることで形成され得、また、透過した後に、前記基板２０により反射されることで形成され得る。

例えば、前記測定対象物１０は粘性を有し得、平面的に観測する時にドット(dot)形状を有し得る。

図２は、図１の測定対象物の具体的な一例を示した斜視図であり、図３は、図２の測定対象物をI-I’に沿って切断した断面図である。

図２及び図３を参照すると、一実施例によれば、前記測定対象物１０は前記基板２０上に半球と類似の形状、凸な山形状などで形成され得、具体的な形状は、前記測定対象物１０の表面張力及び接着力の大きさに応じて決定され得る。

前記基板２０は、ベース基板２２、前記ベース基板２２上に形成されて少なくとも１つのホール(hole)ＨＬが形成された絶縁層２４及び前記ホールＨＬに対応して前記絶縁層２４より薄い厚さで形成された導電層２６を含むことができる。

例えば、前記絶縁層２４はソルダーレジスト(solder resist)を含むことができ、前記導電層２６は銅(copper)を含むことができる。

一実施例によれば、前記測定対象物１０は、少なくとも前記導電層２６上に形成されたフラックス(flux)を含むことができる。前記フラックスはソルダリングのために用いられる。

前記導電層２６上に形成されたフラックスは、前記ホールＨＬの少なくとも一部を埋めるように形成され得、前記ホールＨＬに隣接した前記絶縁層２４の一部をカバーするように形成されることもできる。また、前記フラックスは、前記ホールＨＬの全てを埋めるように形成されて前記導電層２６をいずれもカバーすることもできる。図２及び図３では、一実施例によれば、前記フラックスが前記ホールＨＬの全てを埋めるように形成される。

前記処理部１５０は、前記光受信部１４０により受信される前記基準光ＲＬ及び前記測定光ＭＬの間の干渉の変化に基づいて前記測定対象物の形状を算出する。この時、前記干渉の変化は、前記光の波長の変化による。

前記処理部１５０は、前記測定対象物１０の第１領域ＡＲ１の絶対高さ及び前記測定対象物１０の前記第１領域ＡＲ１に対する第２領域ＡＲ２の相対高さを算出し、前記第１領域ＡＲ１の絶対高さ及び前記第２領域ＡＲ２の相対高さをマッチング(matching)して前記測定対象物１０の形状を算出する。

前記第１領域ＡＲ１は、前記測定対象物１０により反射された光を前記光受信部１４０で受信できる領域であり得、前記第２領域ＡＲ２は、前記測定対象物１０により反射された光を前記光受信部１４０で十分に受信できない領域であり得る。また、前記第１領域ＡＲ１及び前記第２領域ＡＲ２は、いずれも前記測定対象物１０を透過した後、前記導電層２６で反射される反射光を前記光受信部１４０で受信できる領域であり得る。

前記第１領域ＡＲ１は前記測定対象物１０のピーク点ＰＰを含むことができ、前記第２領域ＡＲ２は前記ピーク点ＰＰの周囲に位置した傾斜面上の複数の傾斜点ＳＰを含むことができる。

前記処理部１５０は、第１光経路差及び第２光経路差を用いて前記第１領域の絶対高さを算出することができる。前記第１光経路差は、前記測定光ＭＬのうち前記測定対象物１０の第１領域で反射される光及び前記測定光ＭＬのうち前記測定対象物１０の周辺に位置した基準領域ＲＡＲで反射される光の間の光経路差であり、前記第２光経路差は、前記測定光ＭＬのうち前記測定対象物１０の第１領域を透過した後に、前記導電層２６で反射される光及び前記測定光ＭＬのうち前記基準領域ＲＡＲで反射される光の間の光経路差である。

前記基準領域ＲＡＲは前記測定対象物の形状を算出するための基準として設定可能な領域であって、例えば、図２に示された通り、前記基板１０の上面であり得る。

図４は、図１の処理部が測定対象物に対する測定光の挙動から測定対象物の形状を算出する過程を説明するための概念図である。

図４を参照すると、前記測定光ＭＬは前記測定対象物１０により第１測定光M１、第２測定光Ｍ２及び第３測定光Ｍ３の形態で反射され得る。また、前記測定光ＭＬは前記測定対象物１０の周辺に位置した所定の基準領域で反射され得、図４に示された通り、前記基板１０の上面によって基準測定光ＲＭＬの形態で反射され得る。

前記処理部１５０は、前記光受信部１４０で取得した前記第１、第２及び第３測定光Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を用いて前記測定対象物１０の形状を測定することができる。

一実施例によれば、前記処理部１５０は後述する数式１〜５により前記第１領域ＡＲ１の絶対高さを算出することができる。

数式１〜３において、Ｏは基準測定光経路、Ｏ_１'は第１測定光経路、Δ_１は第１光経路差である。

前記基準測定光経路は、前記測定光ＭＬが前記測定対象物１０により反射されて形成され、図１に実線矢印で示された形態で形成される測定光経路のうち一つであって、前記測定対象物１０と関係なく固定不変の経路であれば十分である。一実施例によれば、前記基準測定光経路は図４に示された前記基準測定光ＲＭＬにより形成される経路である。

前記第１測定光経路は、図１に実線矢印で示された形態で形成される測定光経路のうち一つであって、前記測定光ＭＬが前記測定対象物１０により反射される前記第１測定光ＭＬ１の形態で形成される経路である。

前記第１光経路差は、前記基準測定光経路と前記第１測定光経路との間の光経路の差であって、前記光受信部１４０により取得され得る。

このように、前記第１測定光経路差は光経路の差であるため、図１の光学系の構成において挙動する前記測定光ＭＬが移動する経路のうち共通される経路は前記第１測定光経路差の計算において無視することができ、所定の基礎線ＢＬに基づいて表現され得る。例えば、前記基礎線ＢＬは、図１で点線で示された前記基準光経路と同一の大きさの光経路に該当する臨界線であり得る。即ち、前記測定光ＭＬの経路は、前記測定光ＭＬが前記基礎線ＢＬの下で移動する距離だけ前記基準光経路より大きい。

数式１を参照すると、前記基準測定光経路は、前記基礎線ＢＬと前記基板２０の上面との間の距離Ｌを二回移動する２Ｌで表され得る。

数式２を参照すると、前記第１測定光経路は、前記測定対象物１０により反射されて戻ってくるので、前記基礎線ＢＬと前記測定対象物１０のピーク点ＰＰとの間の距離（Ｌ−ｈ）を二回移動する２（Ｌ−ｈ）で表され得る。ここで、ｈは、前記ピーク点ＰＰと前記基板２０の上面との間の距離である。

従って、数式３を参照すると、前記第１光経路差は２Ｌ-２（Ｌ−ｈ）で表され得、これによりｈ(＝Δ_１/２)を算出することができる。

前記基準測定光経路と前記第１測定光経路は、前記測定対象物１０を透過せずに空気中で光経路を形成するので、前記測定対象物１０により光の進行速度が低下しない。これにより、光経路が測定対象物１０の屈折率に影響を受けて増加せずに実際の光が移動する距離で表現される。

数式１、４及び５において、Ｏは基準測定光経路、Ｏ_２'は第２測定光経路、Δ_２は第２光経路差である。

前記基準測定光経路は上述した通りである。

前記第２測定光経路は、図１に実線矢印で示された形態で形成される測定光経路のうち一つであって、前記測定光ＭＬが前記測定対象物１０を透過した後に、前記導電層２６により反射される前記第２測定光ＭＬ２の形態で形成される経路である。

前記第２光経路差は、前記基準測定光経路と前記第２測定光経路との間の光経路の差であって、前記光受信部１４０により取得され得る。

このように、前記第２測定光経路差は光経路の差であるため、図１の光学系の構成において挙動する前記測定光ＭＬが移動する経路のうち共通される経路は、前記第２測定光経路差の計算において無視することができ、所定の基礎線ＢＬに基づいて表現され得る。例えば、前記基礎線ＢＬは図１で点線で示された前記基準光経路と同一の大きさの光経路に該当する臨界線であり得る。即ち、前記測定光ＭＬの経路は、前記測定光ＭＬが前記基礎線ＢＬの下で移動する距離だけ前記基準光経路より大きい。

数式１を参照すると、前記基準測定光経路は、前記基礎線ＢＬと前記基板２０の上面との間の距離Ｌを二回移動する２Ｌで表され得る。

数式４を参照すると、前記第２測定光経路は「２（Ｌ−ｈ）＋２ｎｈ＋２ｎｄ」で表現され得る。前記第２測定光ＭＬ２は前記測定対象物１０を透過した後に、前記導電層２６により反射されて戻ってくるので、前記基礎線ＢＬと前記測定対象物１０のピーク点ＰＰとの間の距離（Ｌ−ｈ）、前記ピーク点ＰＰと前記基板２０の上面との間の距離ｈ、及び前記基板２０の上面と前記ピーク点ＰＰに対応する底点ＢＰとの間の距離ｄをそれぞれ二回ずつ移動する。この時、一回目に対しては、前記測定対象物１０を透過せずに空気中で光経路を形成するので、光経路は（Ｌ−ｈ）で表現され、二回目及び三回目に対しては、前記測定対象物１０を透過して前記測定対象物１０内で光経路を形成するので、光経路は屈折率ｎを乗じただけ増加してそれぞれｎｈ、ｎｄで表現される。従って、前記第２測定光経路は「２（Ｌ−ｈ）＋２ｎｈ＋２ｎｄ」で表現される。

従って、数式５を参照すると、前記第２光経路差は「２Ｌ−{２（Ｌ−ｈ）＋２ｎｈ＋２ｎｄ}」で表現され得、これによりｄ(＝｛２ｈ（１−ｎ）−Δ_２｝/２ｎ)を算出することができる。この時、屈折率ｎは、前記測定対象物１０が知られている物質の場合、知られている物性値によって容易に分かり、知られている物質ではない場合サンプルを通じて予め取得することができる。前記光受信部１４０により取得されるΔ_２は数式５を参照して負の値を有するようになることがわかる。従って、前記ｄは符号を負から正に反転させる。

結果的に、数式３及び５を用いて、ｈとｄを足すことで前記測定対象物１０の絶対高さを取得することができる。

一方、前記測定対象物１０はアレイ（ａｒｒａｙ）形態の複数に形成され得る。この場合、前記第１測定光ＭＬ１による第１光経路差が所定の基準値を逸脱するように検出される場合、周辺の測定対象物１０で取得されたｄを活用することができる。この場合、周辺の測定対象物１０で取得されたｄと屈折率ｎの情報及び数式５を用いて高さｈを取得でき、ｈとｄを足すことで前記測定対象物１０の絶対高さを取得することができる。

一実施例によれば、前記処理部１５０は、前記測定光ＭＬのうち前記測定対象物１０の第２領域ＡＲ２を透過した後に、前記導電層２６で反射される光及び前記基準光ＲＬの間の第３光経路差を用いて前記第２領域ＡＲ２の相対高さを算出することができる。

例えば、前記処理部１５０は、後述する数式６〜８によって前記第２領域ＡＲ２の相対高さを算出することができる。

数式６〜８において、Ｏは基準測定光経路、Ｏ _３'は第３測定光経路、Δ_３は第３光経路差である。

前記基準測定光経路は上述した通りである。

前記第３測定光経路は、図１に実線矢印で示された形態で形成される測定光経路のうち一つであって、前記測定光ＭＬが前記測定対象物１０を屈折して透過した後に、前記導電層２６により反射される前記第３測定光ML３の形態で形成される経路である。

前記第３光経路差は、前記基準測定光経路と前記第３測定光経路との間の光経路の差であって、前記光受信部１４０により取得され得る。

このように、前記第３測定光経路差は光経路の差であるため、図１の光学系の構成において挙動する前記測定光ＭＬが移動する経路のうち共通される経路は、前記第３測定光経路差の計算において無視することができ、所定の基礎線ＢＬに基づいて表現され得る。例えば、前記基礎線ＢＬは図１で点線で示された前記基準光経路と同一の大きさの光経路に該当する臨界線であり得る。即ち、前記測定光ＭＬの経路は、前記測定光ＭＬが前記基礎線ＢＬの下で移動する距離だけ前記基準光経路より大きい。

数式１を参照すると、前記基準測定光経路は、前記基礎線ＢＬと前記基板２０の上面との間の距離Ｌを二回移動する２Ｌで表現され得る。

数式６を参照すると、前記第３測定光経路は「２(L-ｈ_SP)＋２ｎｄ_SP」で表現され得る。前記第３測定光ＭＬ３は前記測定対象物１０を透過した後に、前記導電層２６により反射されて戻ってくるので、前記基礎線ＢＬと前記測定対象物１０の傾斜点ＳＰとの間の距離(L-ｈ_SP)及び前記傾斜点ＳＰと前記傾斜点ＳＰで屈折されて前記導電層２６に達する距離ｄ_SPをそれぞれ二回ずつ移動する。この時、一回目に対しては前記測定対象物１０を透過せずに空気中で光経路を形成するので光経路は（L-ｈ_SP）で表現されて、二回目に対しては前記測定対象物１０を透過して前記測定対象物１０内で光経路を形成するので光経路は屈折率ｎを乗じただけ増加してｎｄ_SPで表現される。従って、前記第２測定光経路は'２(L-ｈ_SP)＋２ｎｄ_SP'で表現される。

従って、数式７を参照すると、ｄ_SPはｈ_SP/cosθであるので前記第３光経路差は２ｈ_SP(１−ｎ/cosθ)で表現され得る。

数式８を参照すると、ｈ_SPはΔ_３/２(１−ｎ/cosθ)で表現され得、これによりｈ_SPはΔ_３cosθ/(cosθ-ｎ)に比例することがわかる。

従って、前記傾斜点ＳＰの位置に応じてθが大きく変わらないので、絶対高さｈ_SPはΔ_３に概して比例する。結果的に、多数の傾斜点ＳＰの相対高さは前記光受信部１４０により取得されるΔ_３によって定められ得る。即ち、前記傾斜点ＳＰの相対高さを、既に取得された前記第１領域ＡＲ１のピーク点ＰＰを基準としてマッチングさせると、前記第２領域ＡＲ２の高さプロファイル(profile)を取得することができる。

一方、前記光受信部１４０により取得されるΔ_３は数式７を参照して負の値を有するようになることがわかる。従って、前記マッチングに先立ち多数の傾斜点ＳＰに対するΔ_３の値はいずれも符号を負から正に反転させる。

再び図１〜図３を参照すると、前記処理部１５０は、前記測定対象物１０の第３領域ＡＲ１の予測高さを算出でき、これにより前記第１領域ＡＲ１の絶対高さ、前記第２領域ＡＲ２の相対高さ及び前記第３領域ＡＲ３の予測高さを用いて前記測定対象物１０の形状を算出することができる。

具体的には、前記処理部１５０は前記第２領域ＡＲ２の絶対高さを用いて前記第３領域ＡＲ３を設定して、前記第２領域ＡＲ２の高さ分布に基づいて前記第３領域ＡＲ３の高さ分布を予測することで、前記予測高さを算出することができる。

前記第３領域ＡＲ３は前記測定対象物１０により反射された光が受信されず、前記測定光ＭＬが前記測定対象物１０を透過した後に、前記絶縁層２４により前記導電層２６まで到達できず前記導電層２６で反射された光もまた受信されない領域である。従って、前記第３領域ＡＲ３は前記測定光ＭＬが受信されない領域に設定するか、前記第３領域ＡＲ３の内側境界及び外側境界を不連続的に示される地点に設定することができる。

前記第３領域ＡＲ３の外側境界は、他の実施例によれば、前記測定対象物１０の上方で撮影した２次元平面画像から導き出されることもできる。即ち、前記２次元平面画像には前記測定対象物１０の平面形状が示されるので、前記第３領域ＡＲ３の外側境界を設定することができる。

このように、前記第３領域ＡＲ３が設定された後に、前記第３領域ＡＲ３の内側境界の高さは前記第２領域ＡＲ２と同一に設定して前記第３領域ＡＲ３の外側境界の高さは０に設定することができる。

次いで、前記処理部１５０は前記第２領域ＡＲ２の高さ情報に基づいて外挿法(extrapolation)を適用することで、前記第３領域ＡＲ３の予測高さを算出することができる。前記第２領域ＡＲ２の高さ情報は、上述した通り、前記第２領域ＡＲ２の相対高さ及び前記第１領域ＡＲ１の絶対高さをマッチングして算出した前記第２領域ＡＲ２の絶対高さに関する情報である。

これとは異なり、前記第３領域ＡＲ３の範囲が大きくなく、前記第３領域ＡＲ３に該当する前記測定対象物１０の体積が全体に比べて大きくないので、前記処理部１５０は前記内側境界と前記外側境界との間の前記第３領域ＡＲ３の高さ分布を線状に仮定して算出することもできる。

上記のように、前記処理部１５０は前記第１領域ＡＲ１、前記第２領域ＡＲ２及び前記第３領域ＡＲ３の高さを算出でき、これにより前記測定対象物１０の高さに基づいた３次元形状を測定することができる。

図５は、図１の処理部が測定対象物の他の例に対する測定光の挙動から測定対象物の形状を算出する過程を説明するための概念図である。

図５を参照すると、測定対象物１０ａは前記ホールＨＬの全てを埋めるように形成されず前記ホールＨＬの一部を埋めるように形成され、前記測定対象物１０ａの一部は、前記ホールＨＬに隣接した前記絶縁層２４の一部をカバーするように形成される。

前記測定光ＭＬは図２〜図４に示した通り、前記測定対象物１０ａにより第１測定光ＭＬ１、第２測定光ＭＬ２及び第３測定光ＭＬ３の形態で反射され得る。また、前記測定光ＭＬは前記測定対象物１０ａの周辺に位置した所定の基準領域で反射され得、図４に示された通り、前記基板１０の上面によって基準測定光ＲＭＬの形態で反射され得る。これに加えて、前記測定光ＭＬは前記測定対象物１０ａが埋められていない前記ホールＨＬの一部、即ち、前記導電層２６が露出された部分で第４測定光ＭＬ４の形態で反射され得る。

前記処理部１５０が前記光受信部１４０で取得した前記第１、第２及び第３測定光ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３を用いて前記測定対象物１０ａの形状を測定する過程は図４で説明した過程と実質的に同一なので、重複する詳細な説明は省略する。ただし、図４と異なり、前記測定対象物１０ａの一部は、前記絶縁層２４をカバーせず、これに対応する前記測定対象物１０ａの領域(図５の右側傾斜面の端部)は前記第３領域ＡＲ３に該当せず、前記第２領域ＡＲ２に該当する。

図５において、前記処理部１５０は前記光受信部１４０で取得した前記第４測定光ＭＬ４を用いて前記測定対象物１０に隣接して露出された前記導電層２６の絶対高さを測定することができ、具体的に前述した数式３と類似の下の数式９及び１０を通じて測定することができる。

数式９及び１０において、Ｏは基準測定光経路、Ｏ_４'は第４測定光経路、Δ_４は第４光経路差である。

前記基準測定光経路は上述した通りである。

前記第４測定光経路は、図１に実線矢印で示された形態で形成される測定光経路のうち一つであって、前記測定光ＭＬが前記導電層２６により反射される前記第４測定光ＭＬ４の形態で形成される経路である。

前記第４光経路差は、前記基準測定光経路と前記第１測定光経路との間の光経路の差であって、前記光受信部１４０により取得され得る。

数式９及び１０を用いて、上述したｈを求める方法と同一の方法で、前記基礎線ＢＬと前記導電層２６の上面との間の距離ＬＣＬを求めることができる。

上記のように、前記処理部１５０は前記第１領域ＡＲ１、前記第２領域ＡＲ２及び前記第３領域ＡＲ３の高さを算出でき、これにより前記測定対象物１０の高さに基づいた３次元形状を測定することができる。

上記のような形状測定装置によれば、周波数走査干渉計を用いて効果的に測定対象物の３次元形状を測定することができる。前記測定対象物を領域別に区分して第１領域では絶対高さを測定して、第２領域では相対高さを測定して前記絶対高さ及び前記相対高さをマッチングすることで、前記測定対象物の形状を算出することができる。

上記のような実施例は絶縁層２４と導電層２６をいずれも含む基板２０に測定対象物１０が形成された状態で測定対象物１０の形状を測定するためのものであるが、他の実施例によれば、特定物質表面に測定対象物が形成された場合にも測定が可能であることはもちろんである。測定対象物１０はフラックスだけでなく所定の屈折率を有する物質であればいずれも適用可能なことはもちろんである。即ち、所定の粘性及び透過性を有する液状物質測定に望ましい。

ここで、前記特定物質は乱反射性質を有し得る金属、プラスチック、皮膚などであり得るが、これに限定されない。このような特定物質表面に形成された測定対象物を周波数走査干渉計を用いて測定する場合、周波数走査干渉計の特性によって測定対象物の形状の高さがマイナスで測定され得る。即ち、測定対象物の屈折率により測定対象物の上下反転で特定物質表面の基準点または基準線より中に入って見えるようになる。

具体的に、光分離部と基準ミラーまでの距離より基準ミラーと測定対象物までの距離が近い場合には、基準線対比上下反転になり、前記光分離部と基準ミラーまでの距離より基準ミラーと測定対象物までの距離が遠い場合には、一定の高さを有する形状を抽出することができる。

この時、設定された基準点を用いて上下反転になった場合には、再び上下反転を行うことで正常な形状を得ることができる。即ち、上下反転は形状の高さがマイナスで測定された場合、再びマイナスを乗じたりマイナス高さに絶対値(例えば、|ｈ|)を適用する方式が用いられ、これを通じて基準ミラーと測定対象物との間の距離に関係なく測定対象物の形態は基準線対比プラス値の高さでディスプレーされることができる。

ここに前記数式４及び５でｄ値(２ｎｄ項)を除いて算出すると、測定対象物の絶対高さｈが分かり、測定対象物の絶対高さに基づいて先に図１〜図５で説明した方式を適用すると、測定対象物の全体形状を測定することができる。

上記のような形状測定装置によれば、前記測定対象物が金属、プラスチック、皮膚などの上に形成された所定の屈折率を有する物質である場合にも、前記測定対象物の屈折率に基づいて絶対高さを測定することで、前記測定対象物の形状を正確に算出することができる。

上述した本発明の詳細な説明では本発明の望ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練した当業者または当該技術分野に通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できるであろう。従って、前述した説明及び下記図面は本発明の技術思想を限定するものとしてではなく、本発明を例示するものとして解釈されるべきである。

Claims (13)

1. 光を発生させ、前記光の波長を変化させる光源部と、
   前記光源部から発生された光を少なくとも基準光及び測定光に分離する光分離部と、
   前記基準光を反射させる基準ミラーと、
   前記基準ミラーによって基準光経路を形成するように反射される前記基準光及び光透過性物質である測定対象物によって測定光経路を形成するように反射される前記測定光を受信する光受信部と、
   前記光受信部によって受信される前記基準光と前記測定光との間の前記光の波長の変化に応じた干渉の変化に基づいて前記測定対象物の形状を算出する処理部と、
   を含み、
   前記処理部は、前記測定対象物の第１領域の絶対高さ及び前記測定対象物の前記第１領域に対する第２領域の相対高さを算出し、前記第１領域の絶対高さ及び前記第２領域の相対高さをマッチング(matching)して前記測定対象物の形状を算出する、
   ことを特徴とする形状測定装置。
2. 前記測定対象物は基板、金属、プラスチック、皮膚のうちいずれか一つの表面上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記測定対象物は、平面的に観測する時にドット(dot)形状を有することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
4. 前記測定対象物は基板上に形成されるフラックス(flux)を含むことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
5. 前記基板はベース基板、前記ベース基板上に形成されて少なくとも１つのホール(hole)が形成された絶縁層及び前記ホールに対応して前記絶縁層より薄い厚さで形成された導電層を含み、
   前記フラックスは、少なくとも前記導電層上に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
6. 前記導電層上に形成されたフラックスは、前記ホールの少なくとも一部を埋めるように形成され、前記ホールに隣接した前記絶縁層の一部をカバーするように形成されたことを特徴とする請求項５に記載の形状測定装置。
7. 前記第１領域は、前記測定対象物のピーク点を含み、
   前記第２領域は、前記ピーク点の周囲に位置した傾斜面上の複数の傾斜点を含むことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
8. 前記処理部は、前記測定光のうち前記測定対象物の第１領域で反射される光と前記測定光のうち前記測定対象物の周辺に位置した基準領域で反射する光との間の第１光経路差、及び前記測定光のうち前記測定対象物の第１領域を透過した後に導電層で反射される光と前記測定光のうち前記基準領域で反射される光との間の第２光経路差を用いて前記第１領域の絶対高さを算出することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
9. 前記処理部は、前記測定光のうち前記測定対象物の第２領域を透過した後に前記導電層で反射される光と前記測定光のうち前記基準領域で反射される光との間の第３光経路差を用いて前記第２領域の相対高さを算出することを特徴とする請求項８に記載の形状測定装置。
10. 前記処理部は、前記測定対象物の屈折率に基づいて前記測定対象物の絶対高さを算出して前記測定対象物の形状を算出することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
11. 前記処理部は、前記光分離部と前記基準ミラーまでの距離より前記基準ミラーと前記測定対象物までの距離が近い場合に算出された前記測定対象物の形状は既に設定された基準線に基づいて上下反転を行うことを特徴とする請求項８に記載の形状測定装置。
12. 光を発生させ、前記光の波長を変化させる光源部と、
    前記光源部から発生された光の少なくとも一部である第１光が第１光経路を有するようにする第１光経路変更部と、
    前記光源部から発生された光の少なくとも一部であり前記第１光と異なる第２光が基板上に形成された光透過性物質である測定対象物によって反射されて第２光経路を有するようにする第２光経路変更部と、
    前記第１光経路を経た第１光及び前記第２光経路を経た第２光を受信する光受信部と、
    前記光受信部によって受信される前記第１光と前記第２光との間の前記光の波長の変化に応じた干渉の変化に基づいて前記測定対象物の形状を算出する処理部と、
    を含み、
    前記処理部は、前記測定対象物の第１領域の絶対高さ及び前記測定対象物の前記第１領域に対する第２領域の相対高さを算出し、前記第１領域の絶対高さ及び前記第２領域の相対高さをマッチング(matching)して前記測定対象物の形状を算出する、
    ことを特徴とする形状測定装置。
13. 前記第１光経路変更部は基準ミラーを含み、
    前記第２光経路変更部はビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項１２に記載の形状測定装置。

Images