JP6464021B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、金属薄板、シリコンウェーハー、及び樹脂薄板等の裏面の寸法、形状を測定する測定装置に関するものである。

従来、基台上に固定された板ガラスの寸法測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この寸法測定方法によれば、ＣＣＤカメラで板ガラスの表面の画像を撮影することにより板ガラスの形状を測定することができる。

特開２００１−２４１９２１号公報

しかしながら、上述の寸法測定方法においては、板ガラスの表面の形状を測定することはできても裏面の形状を測定することはできないという問題があった。このため、板ガラスの裏面の形状を測定する場合には、板ガラスを反転させる作業が必要であった。

本発明の目的は、測定対象物の裏面の形状を容易に測定することができる測定装置を提供することである。

本発明の測定装置は、平板状の測定対象物を載置するテーブル部と、対物レンズ及び撮像部を有する顕微鏡と、前記テーブル部の前記測定対象物の裏面側の測定位置に対応する位置に配置されたコーナーキューブとを備え、前記撮像部は、前記コーナーキューブ、及び前記対物レンズを介して前記測定対象物の裏面側の測定位置の像を撮像することを特徴とする。

また、本発明の測定装置は、前記テーブル部の前記測定対象物の裏面側の複数の前記測定位置に対応するそれぞれの位置に、前記コーナーキューブを配置する配置部が形成され、前記コーナーキューブは、前記配置部のそれぞれに配置され、更に前記顕微鏡を前記測定対象物の縁部に沿って移動させる顕微鏡移動部を備え、前記撮像部は、前記コーナーキューブ、及び前記対物レンズを介した前記測定対象物の裏面側の複数の測定位置の像を順次撮像することを特徴とする。

また、本発明の測定装置は、平板状の測定対象物を載置するテーブル部と、対物レンズ及び撮像部を有する顕微鏡と、前記測定対象物の裏面側に位置するコーナーキューブと、前記コーナーキューブを前記測定対象物の縁部に沿って移動させるコーナーキューブ移動部と、前記顕微鏡を前記測定対象物の縁部に沿って移動させる顕微鏡移動部と、前記コーナーキューブを前記顕微鏡の移動に追従させて前記測定対象物の裏面側の測定位置に順次移動させる制御部とを備え、前記撮像部は、前記コーナーキューブ、及び前記対物レンズを介した前記測定対象物の裏面側の複数の測定位置の像を順次撮像することを特徴とする。

また、本発明の測定装置は、前記測定対象物は、縁部に面取部分を有し、前記撮像部は、前記対物レンズ及び前記コーナーキューブを介して前記測定対象物の裏面の前記面取部分の像を撮像することを特徴とする。

また、本発明の測定装置は、前記測定対象物が、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、金属薄板、シリコンウェーハー、及び樹脂薄板の何れかであることを特徴とする。

本発明の測定装置によれば、測定対象物の裏面の形状を容易に測定することができる。

第１の実施の形態に係る測定装置の側面図である。 第１の実施の形態に係る測定装置のテーブル部の平面図である。 第１の実施の形態に係るコーナーキューブの斜視図である。 第１の実施の形態に係る測定装置のテーブル部に配置されたコーナーキューブを上方から視た図である。 第１の実施の形態に係る測定装置のテーブル部に載置されるワークの縁部の側面図である。 第１の実施の形態に係る測定装置を用いてワークの裏面を測定する状況を示す図である。 ミラーを用いてワークの裏面を測定する場合において、テーブル部の下部に配置されたミラーを上方から視た図である。 ミラーを用いてワークの裏面を測定する状況を示す図である。 第２の実施の形態に係る測定装置の側面図である。

以下、図面を参照して、第１の実施の形態に係る測定装置について、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板を測定対象物（以下、ワークという。）として測定する場合を例に説明する。図１は、第１の実施の形態に係る測定装置の側面図である。図１に示すように、測定装置２は、ワーク４を水平面に平行になるように載置する平板矩形状のテーブル部６、テーブル部６に載置されたワーク４を測定するための顕微鏡８を備えている。

テーブル部６には、図２に示すように、ワーク４がテーブル部６に載置された場合にワーク４の縁部に対応する位置６ａに、コーナーキューブ１２を配置するための配置部１４が複数形成されている。配置部１４は、テーブル部６の表面に形成された凹状部分であり、各配置部１４にはそれぞれのコーナーキューブ１２が配置されている。

図３は、コーナーキューブ１２の斜視図である。図３に示すように、コーナーキューブ１２は、上部１２ｘが円筒形状を有し下部１２ｙが三角錐形状を有する部材である。ここで、コーナーキューブ１２の上端には、光を入射させる円形の入射面１２ａが形成され、下部１２ｙの内面には、光を反射する反射面１２ｂが三面形成されている。

なお、コーナーキューブ１２は、図４に示すように、入射面１２ａの中心がワーク４の縁部に対応する位置６ａの外側に位置するように、ワーク４の裏面側の測定位置に対応する位置に配置されている。また、それぞれのコーナーキューブ１２は、入射面１２ａがテーブル部６の表面の位置よりも０〜２ｍｍ低くなるように配置部１４内に配置されている。

顕微鏡８は、図１に示すように、鏡筒８ａの下側の端部に所定の倍率でワーク４を観察する対物レンズ８ｂを備え、鏡筒８ａの上側の端部に対物レンズ８ｂを介してワーク４の像を撮像するＣＣＤカメラ８ｃを備えている。また、顕微鏡８は、鏡筒８ａの側方に落射照明部８ｅを備えている。なお、顕微鏡８は、ワーク４の表面に沿って水平面内を二次元的に移動できる図示しないフレームに支持されている。

図５は、ワーク４の縁部の側面図である。図５に示すように、ワーク４の縁部には面取り加工が施され、側面４ａの上下に上傾斜面４ｂ、下傾斜面４ｃがそれぞれ形成されている。なお、図５に示す上傾斜面４ｂの面取り寸法Ｌ１、及び下傾斜面４ｃの面取り寸法Ｌ２が測定装置２による測定対象である。

次に図面を参照し、測定装置２を用いてワーク４の裏面の形状を測定する処理について、対物５倍の対物レンズ８ｂ、及び外径３０ｍｍ、高さ２２．７ｍｍのコーナーキューブ１２を使用した場合を例に説明する。なお、対物レンズ８ｂの本来の作動距離（以下、ワーキングディスタンスという。）は、６４ｍｍである。ワーキングディスタンスについては、後に詳しく説明する。

まず、測定装置２の図示しない制御部は、図示しない駆動部を駆動させてフレームに支持された顕微鏡８を移動させ、図６に示すように、コーナーキューブ１２の直上に顕微鏡８の位置を合わせる。次に、対物レンズ８ｂの中心軸Ｘの位置がコーナーキューブ１２の入射面１２ａの中心Ｙの位置から所定の距離離れた位置に位置するように対物レンズ８ｂの水平位置を調整し、対物レンズ８ｂの射出面からコーナーキューブ１２の入射面１２ａまでの距離Ａが３４．１３２ｍｍとなるように対物レンズ８ｂの鉛直位置を調整する。ここで、ワーク４の縁部からコーナーキューブ１２の入射面１２ａの中心Ｙまでの距離Ｆは４ｍｍである。また、コーナーキューブ１２の入射面１２ａからワーク４の裏面までの距離Ｇは２ｍｍである。

次に、制御部は、落射照明部８ｅから照明光を射出する。射出された照明光は、鏡筒８ａ内の図示しないダイクロイックミラーで反射された後、対物レンズ８ｂを介してコーナーキューブ１２の入射面１２ａに入射する。入射面１２ａに入射した照明光は、反射面１２ｂで反射を繰り返し、ワーク４の裏面の測定位置を照射する。

ワーク４の裏面の測定位置で反射された反射光は、反射面１２ｂで反射を繰り返し、入射面１２ａを介して対物レンズ８ｂに入射した後、ダイクロイックミラーを透過して図示しない撮像素子に結像し、撮像素子に結像した像がＣＣＤカメラ８ｃによって撮像される。これにより、撮像された撮像データに基づいて下傾斜面４ｃの面取り寸法Ｌ２が測定される。

以降、制御部は、全ての測定位置を撮像するまで、ワーク４の縁部に沿って顕微鏡８を移動させながら、順次コーナーキューブ１２の直上から測定位置の像を撮像する処理を繰り返す。

次に、対物レンズ８ｂのワーキングディスタンスについて説明する。上述したように、対物５倍の対物レンズ８ｂの本来のワーキングディスタンスＢは、６４ｍｍである。また、コーナーキューブ１２内の光路長は、距離Ｃ（１９．８７２ｍｍ）、距離Ｄ（８．４８５ｍｍ）、距離Ｅ（１７．０４３ｍｍ）を合計した４５．４ｍｍである。

なお、コーナーキューブ１２の屈折によって延びる光路長は、数式１に基づいて算出すことができる。数式１において、ｔはコーナーキューブ１２内の光路長であり、ｎはコーナーキューブ１２の屈折率である。

ｔ（ｎ−１）／ｎ … 数式１
数式１によると、屈折によって延びる光路長は、４５．４ｍｍ×（１．５２ｍｍ−１ｍｍ）／１．５２ｍｍ＝１５．５３２ｍｍとなる。

コーナーキューブ１２内の光路長を空気中の光路長に換算する場合、コーナーキューブ１２内の光路長（４５．４ｍｍ）から屈折によって延びる光路長（１５．５３２ｍｍ）を減算する。この結果、４５．４ｍｍ−１５．５３２ｍｍ＝２９．８６８ｍｍが空気中の光路長として算出される。

以上により、本来のワーキングディスタンスＢ（６４ｍｍ）から２９．８６８ｍｍを差し引いた３４．１３２ｍｍが、外径３０ｍｍ、高さ２２．７ｍｍのコーナーキューブ１２を使用した場合のワーキングディスタンス（距離Ａ）となる。さらに、入射面１２ａからワーク４の裏面までの距離Ｇ（２ｍｍ）を距離Ａ（３４．１３２ｍｍ）から差し引いた３２．１３２ｍｍが、このコーナーキューブ１２を使用した場合における対物レンズ８ｂの射出面から測定位置までの実際のワーキングディスタンスとなる。

このように、対物レンズ８ｂの倍率、対物レンズ８ｂの位置、コーナーキューブ１２のサイズ、コーナーキューブ１２の位置を適切に組み合わせることにより、適切なワーキングディスタンスと光路長を確保することができ、ワーク４の裏面の形状を測定することが可能になる。

この第１の実施の形態に係る測定装置２によれば、テーブル部６においてワーク４の縁部に対応する位置６ａにコーナーキューブ１２を配置することにより、ワーク４を反転させることなくワーク４の裏面の形状を容易に測定することができる。

なお、図７に示すように、テーブル部６において、ワーク４の縁部に対応する位置６ａと平行に一対のミラー２０を配置し、図８に示すように、ミラー２０で光を反射させることによってワーク４の裏面の形状を測定することも考えられる。この場合、ミラー２０の角度調整が困難であるが、第１の実施の形態に係る測定装置２によれば、ミラー２０の角度を調整する必要がなく、ワーク４の裏面の形状を容易に測定することができる。

次に、第２の実施の形態に係る測定装置について説明する。この第２の実施の形態に係る測定装置は、第１の実施の形態のように、配置部１４にコーナーキューブ１２を配置することに代えて、テーブル部６にコーナーキューブ１２を移動させるスリットを形成し、顕微鏡８に追従してコーナーキューブ１２を移動させるようにしたものである。従って、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略する。

図９は、第２の実施の形態に係る測定装置の側面図である。図９に示すように、測定装置２８は、ワーク４を水平面に平行になるように載置する平板矩形状のテーブル部６、テーブル部６に載置されたワーク４を測定するための顕微鏡８を備えている。

ここで、テーブル部６には、ワーク４がテーブル部６に載置された場合にワーク４の縁部に対応する位置６ａ（図２参照）に沿ってスリット３０が形成されている。また、テーブル部６の下部には、コーナーキューブ１２を搭載したスライダー３２、スライダー３２をスリット３０に沿ってスライド可能に支持するガイドレール３４、ガイドレール３４に沿ってスライダー３２を移動させるボールねじ３６、ボールねじ３６を駆動させるモータ３８が備えられている。また、顕微鏡８は、ワーク４の表面に沿って水平面内を二次元的に移動できるフレームに支持されている。

次に、図面を参照して第２の実施の形態に係る測定装置２８を用いてワーク４の裏面の形状を測定する場合の処理について説明する。なお、以下では、第１の実施の形態と同様に、対物５倍の対物レンズ８ｂ、及び外径３０ｍｍ、高さ２２．７ｍｍのコーナーキューブ１２を使用した場合を例に説明する。

まず、測定装置２８の図示しない制御部は、図示しない駆動部を駆動させてフレームに支持された顕微鏡８を移動させ、図９に示すように、コーナーキューブ１２の直上に顕微鏡８の位置を合わせる。次に、制御部は、対物レンズ８ｂの落射照明部８ｅから照明光を射出する。射出された照明光は、鏡筒８ａ内の図示しないダイクロイックミラーで反射された後、対物レンズ８ｂを介してコーナーキューブ１２の入射面１２ａに入射する。入射面１２ａに入射した照明光は、反射面１２ｂで反射を繰り返し、ワーク４の裏面の測定位置を照射する。

ワーク４の裏面の測定位置で反射された反射光は、反射面１２ｂで反射を繰り返し、入射面１２ａを介して対物レンズ８ｂに入射した後、ダイクロイックミラーを透過して図示しない撮像素子に結像する。

制御部は、この状態でモータ３８を駆動してボールねじ３６を回転させ、ガイドレール３４に沿ってコーナーキューブ１２を搭載したスライダー３２を順次移動させると共に、フレームに支持された顕微鏡８をスリット３０に沿って順次移動させながらＣＣＤカメラ８ｃによる撮像を行う。これにより、連続的にワーク４の下傾斜面４ｃにおける複数の測定位置の面取り寸法Ｌ２を測定することができる。

この第２の実施の形態に係る測定装置２８によれば、テーブル部６にコーナーキューブ１２を移動させるスリットを形成し、顕微鏡８に同期してコーナーキューブ１２を移動させることにより、ワーク４の裏面の形状を容易にかつ連続的に測定することができる。

なお、上述の各実施の形態で使用するワーク４は薄い平板状の測定対象物であればよく、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板の他に金属薄板、シリコンウェーハー、樹脂薄板等を使用することもできる。

また、上述の各実施の形態においては、外径３０ｍｍ、高さ２２．７ｍｍのコーナーキューブ１２を使用した場合を例に説明しているが、サイズの異なるコーナーキューブを使用してもよい。例えば、外径２０ｍｍ、高さ１５．５ｍｍのコーナーキューブを使用する。この場合、コーナーキューブ内の光路長は３１ｍｍであり、図６に示す距離Ｃは１２．６７２ｍｍ、距離Ｄは８．４８５ｍｍ、距離Ｅは９．８４３ｍｍとなる。この場合、距離Ａが４３．６０５ｍｍとなるように対物レンズ８ｂの鉛直位置を調整することにより、適切なワーキングディスタンスと光路長を確保することができ、ワーク４の裏面の形状を測定することが可能になる。

また、外径１８ｍｍ、高さ１４ｍｍのコーナーキューブを使用した場合、コーナーキューブ内の光路長は２８ｍｍであり、図６に示す距離Ｃは１１．１７２ｍｍ、距離Ｄは８．４８５ｍｍ、距離Ｅは８．３４３ｍｍとなる。この場合、距離Ａが４５．５７９ｍｍとなるように対物レンズ８ｂの鉛直位置を調整することにより、適切なワーキングディスタンスと光路長を確保することができ、ワーク４の裏面の形状を測定することが可能になる。

また、上述の各実施の形態においては、対物５倍の対物レンズ８ｂを使用する場合を例に説明しているが、異なる倍率の対物レンズを使用してもよい。例えば、対物１０倍の対物レンズを使用する。この場合、本来のワーキングディスタンスＢは４８ｍｍとなる。この場合においても、対物レンズ８ｂの鉛直位置を調整し、適切なワーキングディスタンスと光路長を確保することにより、ワーク４の裏面の形状を測定することが可能になる。

また、上述の第２の実施の形態においては、モータ３８とボールねじ３６を組み合わせた駆動系を例に説明しているが、リニアモーターを用いることによりスリット３０に沿ってコーナーキューブ１２を移動させてもよい。

２、２８…測定装置、４…ワーク、６…テーブル部、８…顕微鏡、８ａ…鏡筒、８ｂ…対物レンズ、８ｃ…ＣＣＤカメラ、１２…コーナーキューブ、３０…スリット

Claims (5)

1. 平板状の測定対象物を載置するテーブル部と、
   対物レンズ及び撮像部を有する顕微鏡と、
   前記テーブル部の前記測定対象物の裏面側の測定位置に対応する位置に配置されたコーナーキューブと
   を備え、
   前記撮像部は、前記コーナーキューブ、及び前記対物レンズを介して前記測定対象物の裏面側の測定位置の像を撮像することを特徴とする測定装置。
2. 前記テーブル部の前記測定対象物の裏面側の複数の前記測定位置に対応するそれぞれの位置には、前記コーナーキューブを配置する配置部が形成され、
   前記コーナーキューブは、前記配置部のそれぞれに配置され、
   更に前記顕微鏡を前記測定対象物の縁部に沿って移動させる顕微鏡移動部を備え、
   前記撮像部は、前記コーナーキューブ、及び前記対物レンズを介した前記測定対象物の裏面側の複数の測定位置の像を順次撮像することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 平板状の測定対象物を載置するテーブル部と、
   対物レンズ及び撮像部を有する顕微鏡と、
   前記測定対象物の裏面側に位置するコーナーキューブと、
   前記コーナーキューブを前記測定対象物の縁部に沿って移動させるコーナーキューブ移動部と、
   前記顕微鏡を前記測定対象物の縁部に沿って移動させる顕微鏡移動部と、
   前記コーナーキューブを前記顕微鏡の移動に追従させて前記測定対象物の裏面側の測定位置に順次移動させる制御部と
   を備え、
   前記撮像部は、前記コーナーキューブ、及び前記対物レンズを介した前記測定対象物の裏面側の複数の測定位置の像を順次撮像することを特徴とする測定装置。
4. 前記測定対象物は、縁部に面取部分を有し、
   前記撮像部は、前記対物レンズ及び前記コーナーキューブを介して前記測定対象物の裏面の前記面取部分の像を撮像することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の測定装置。
5. 前記測定対象物は、フラットパネルディスプレイ用ガラス基板、金属薄板、シリコンウェーハー、及び樹脂薄板の何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の測定装置。

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