JPS6329208A - モアレ縞による平坦度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、基準格子と被検体−ヒの変形格子とによっ
て形成されるモアレ縞を利用して、被検体表面の平坦度
を測定することができるモアレ縞にｊ且 よる平−度測定方法に関する。

（従来の技術） 従来より、モアレ縞を利用した計測法として、等高線パ
ターン計測法、すなわちモアレトポグラフィ法が知られ
ている。第３図は、前記モアレトポグラフィ法の一つで
ある格子閘射型モアレトポグラフィ法の原理図を示す。

即ち、この方法によれば第３図に示すように、被検体の
直前におかれ、透過部および不透過部が黒白等間隔に製
作された基準格子Ｇが、この基準格子より距離すに置か
ねた点または線光源Ｓで照射されると、光線は黒白の明
暗をもった放射状の光束となり、被検体上に黒白のパタ
ーン（模様）を形成する。このパターンは、基準格子Ｇ
より距離すで、前記光＃Ｓより距離βの位置で観察また
は撮影されると、被検体表面の形状に応じて変形を受け
た変形格子となって見える。そして、基準格子Ｇの透明
部と被検体上の変形格子の白線部とが交わった点列が、
等高線モアレ縞（単にモアレ縞ともいう）となって明る
く見える。

そして、この格子照射型モアレトポグラフィ法にあって
は、基準格子ＧのピッチをＰ。、モアレ縞次数をＮとす
ると、基準格子ＧからＮ次の等高線モアレ縞の形成され
る位置迄の距離ｈＮは、被横面の凹凸量を表わし一般に
次式（イ）で表わされる。

ｈＮ　＝　ｂＮＰｏ　／　（ｆ　　ＮＰｏ　）−−（イ
）前式において、ｈＮは測定感度を表わし、パラメータ
ー、ｂ−１およびＰ。を適当に選ぶことにより、最小測
定感度は１０μｍ程度まで可能である。

第４図は、前記格子照射型モアレトポグラフィ法に基づ
いて構成された従来例を示す。手≠にドい−＃ミロ −４図において、基準格子２は被検体１の直前に配設さ
れ、基準格子２上の光源３により照明されて、被検体１
の表面−ヒにその表面の凹凸により変形を受けた変形格
子を形成する。この変形格子と基準格子２とが重なり合
って等高線モアレ縞が生ずる。この等高線モアレ縞を、
光源３からβの距離で基準格子２からｂの距離に正対さ
せて配設されたカメラ４で撮影すれば、そのモアレ縞か
ら紙、ウェハー金属などの被検体１の表面の平坦度を非
接触で容易に測定可能である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、第４図の測定方法において、１がセラミック
ス等の多孔質の被検体である場合は、その表面に微小の
穴が存在するので、照明光により反射光や散乱光を生ず
る。従い、その反射光や散乱光がフレアとなるため、被
検体表面に生ずる等高線モアレ縞を明瞭かつ精確に観察
したり撮影することが、実際−ト困難であった。そこで
この点を改善する方法として第５図の方法が考えられる
。

第５図Ｔａｌは側面図、第５図ｆｂｌは平面図を示す。

第５図において、被検体１の被検面１ａによる光源３の
正反射光Ｒがカメラ４に入射するように、カメラ４は基
準格子２から距Ｍｂで光源３からβの距離で光源３、光
源３から被検体１に入射する入射光１、被検面Ｔａ上に
立てた法線Ｎ、入射光Ｉに対応する反射光Ｒを含む面内
に設けられている。

第５図の方法によれば、カメラ４は被検面１ａからの正
反射光Ｒを充分に集光できるので等高線モアレ縞のコン
トラストは改善されるが、カメラ４に基準格子２からの
反射光や回折光も同時に入射し集光され、それらが雑音
となるため平面度の測定精度が劣化するものであった。

（問題点を解決するための手段） 前記事情に鑑み、本願発明のモアレ縞による平坦度測定
方法は、前記基準格子と変形格子との重ね合せにより生
ずる等高線モアレ縞を観察もしくは撮影する手段を、被
検体の被検面から反射する光源の正反射光を受光しない
位置に設けるようにしたものである。

（作用） 本発明のモアレ縞による平坦度測定方法は１次のように
して行う。モアレ縞を観察もしくは撮影する手段を、被
検面による光源の正反射光を受光しない位置に設ける。

このようにすることにより、前記正反射光や基準格子に
よる回折光、更には被検体からの散乱光が、観察もしく
は撮影手段に入射しなくなる。これらの光と等高線モア
レ縞は重なり合うことがないので、観察もしくは撮影さ
れた等高線モアレ縞を読み取ると、そのモアレ縞の縞次
数から被検体の被検面の平坦度測定が行える。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について添付図面を参照しなが
ら説明する。第１図（ａｌおよびｆｂ）は、それぞれ、
本発明に係るモアレ縞による平坦度測定方法を示す平面
図および側面図を表わす。図中符号ｌはセラミック等の
多孔質の材料からなる被検体であり、ｌａはその被検面
である。２は基準格子、３は光源、４はカメラを示し、
Ｏは光源の中心、Ｃは被検面１の中心、Ｈはカメラに備
えられた撮影レンズＬの主点位置を表わす。

基準格子２は、第２図に示すように透過部２ａ、不透過
部２ｂが、ピッチＰ。で構成され、その格子は光源３の
中心Ｏからの光線に対して、直角方向に向けられ、被検
体ｌの被検面１ａに近接または軽く接触して置かれる。

光源３は、ハロゲン灯や水銀灯等を発光源とする点ある
いは線状光源から成り、基準格子２を照明する。照明さ
れた基準格子２は、それに近接または接触している被検
体１の被検面Ｔａ上に、その被検面１ａの凹凸により変
形を受けた変形格子を形成する。この変形格子と基中格
子２は、重なり合って等高純モアレ縞を生ずる。光源３
の中心Ｏは、被検体ｌの被検面１ａから高さ方向でｂの
距離にある。

カメラ４は、撮影レンズ上１フイルムＦを備えている。

その撮影レンズの主点Ｈは、光源Ｏからｌの距離、被検
面１ａからｂの距離で、光源３の中心Ｏと被検面ｌの中
心Ｃ上に立てた、法Ｌ？ＩＮとを含む平面外で被検面１
の中心Ｃに向って角度θ−１０°の位置に置かれている
。この角度θは、被検体１の大きさやレンズＩ、の画角
を考慮して、被検面１ａからの正反射光Ｒが、レンズＩ
−によって築光されないような角度に決められる。カメ
ラ４を前記のごとく説明した位置に置くと被検体１によ
る光源の正反射光や基準格子２による回折光、更には被
検体からの散乱光等の有害光が、カメラ４に入射しなく
なるので、被検体１の被検面１ａトにルした等高線千ア
レ縞が、撮影レンズＬを通して鮮明にフィルムＦｌに撮
影される。この場合、カメラ４は等高純モアレ縞を斜視
的にとらえるので、モアレ縞のピッチは前記■）。でな
（Ｐ　’　−ｐ。

／ｃｏｓθで表わされる値となる。前記（イ）式に、Ｐ
、の代わりにＰ′、距Ｍｂ、１、および撮影されたモア
レ縞次数Ｎを代入すれば、被検体１の被検面１ａの凹凸
￥ｈ）１が求められる。１例として、Ｐｏ　　　−０，
］ｍｍ　Ｘ　　ｂ＝２３５　１鳳、　　７！　＝１２０
０ｍ＋＋　Ｘ　　Ｎ　　＝１、θ＝１０°の場合、被検
面１ａの凹凸１ｈＮ＝にヰは　０．０１９９ｍｍとなる
。第６図は、本願発明の第１図＋ａ＋、（ｂｌの方法に
より、被検面としてセラミックの表面をＰ、−０，１ｍ
ｓ、ｂ＝２３５ｍｍ、ｆｆ−１２００ｍｍ、θ−１Ｏ°
に設定して、焦点距Ｈ５０ｍｖｓのレンズＩ、で撮影し
た写真である。この第６図の写真において、モアレ縞１
本は０．０２　ｍｓの凹凸量を表わす。第７図は第４図
に示す従来の方法により、前記セラミックの表面をＰ。

−０，１１１、ｂ−２５ｆ）ｍｎ、、＃＝１０００ｍ−
に設定して、前記焦点距離５０謳謹のレンズＬで撮影し
た写真である。この第７図の写真において、千了し縞１
本は０．０２５　ｍｍの凹凸￥を表わす。前記両図を比
較すると、本願発明による第６図の写真は従来例の第７
図の写真に比べ、セラミック表面の凹凸状態を示すモア
レ縞をはるかに鮮明に記録していることが知れる。

このモアレ縞による平坦度測定方法の他の実用的な使用
法として、次の方法もある。前記（イ）弐かられかるよ
うに、先にモアレ縞のピッチＰ。、距離す及びｌ、許容
される被検面の凹凸Ｗｋ　ｈ　Ｎを決めておき、これら
の数値からモアレ縞の次数Ｎｏを求める。このＮｏを限
界値として、カメラに撮影されたモアレ縞の次数Ｎが前
記Ｎｏ以内であれば、被検面１ａの凹凸量ｈＮは許容値
内にあると判定するものである。

なお、前記カメラの代わりにテレビカメラや投影スクリ
ーンを用いれば、瞬時にモアレ縞を読み取ることができ
るため、作業を能率的に行える。

モアレ縞の観察手段や撮影手段の選択は、その作業内容
や作業場の広さ等を考慮して決められる。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明のモアレ縞による平坦
度測定方法によれば、モアレ縞を観察もしくは撮影する
手段を被検体の被検面から反射する光源の正反射光を受
光しない０置に設けたから、被検体としてセラミ、り等
の多ＪＬｔＴ材の平坦度測定が、前記正反射光等の有害
光の影響を受けろことなく正確に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ及びｆｂｌは、それぞれ本発明に係るモア
レ縞による平坦度測定方法を示す平面図及び側面図、第
２図は本発明の構成要素である基準格子を説明する説明
図、第３図は格子照射型モアレトポグラフィ法の原理を
説明する説明図、第４図は第３Ｍの原理に基づいて構成
された従来例、第５図（ａｌ及び（ｂｌは、それぞれ第
３図の原理に基づいて構成された他の従来例を示す側面
図及び平面図である。第６Ｍは本願発明の第１図の方法
により撮影したセラミック表面のモアレ縞の写真である
。第７図は従来例の第４図の方法により撮影したセラミ
ック表面のモアレ縞の写真である。 １・・・被検体、 １ａ・・・被検面、 ２・・・基Ｙ１！！格子、 ３・・・光源、 ４・・・カメラ、 Ｃ・・・被検面の中心、 θ・・・カメラが被検面の中心を見こむ角度。 ′　　１０チホ序妹　富士写真光機株式会社男２履 第３１ 菊４朋 篤５図（α） 茗ｙ図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可視光を発光する光源により照射される基準格子と、こ
   の基準格子に近接または接触する被検体の被検面上に生
   ずる変形格子との重ね合せにより形成される等高線モア
   レ縞を観察もしくは撮影する方法において、前記観察も
   しくは撮影する手段を前記被検面から反射する光源の正
   反射光を受光しない位置に設けることを特徴とするモア
   レ縞による平坦度測定方法。