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JP4565663B2 - Droplet shape measuring method and apparatus - Google Patents
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Description

本発明は、回折パターンを用いて基板上に配置した微小な液滴の、形状を正確に計測するための形状計測方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a shape measuring method and apparatus for accurately measuring the shape of minute droplets arranged on a substrate using a diffraction pattern.

通常、接触角計を用いて液滴の形状を計測する場合、まず対象となる基板上に液体を滴下し、1mm程度の直径をもつ液滴を形成する。そののちに形成した液滴を、基板に対して平行な方向から撮像し、撮像した液滴の画像から接触角および液滴などの液滴の形状を測定する方法がとられていた。100μm角以下の領域を対象とした濡れ性評価のためには、100μm以下の直径をもつ液滴を基板上に形成し、その形状を計測する必要がある。   Usually, when measuring the shape of a droplet using a contact angle meter, first, a liquid is dropped on a target substrate to form a droplet having a diameter of about 1 mm. Thereafter, a method has been used in which the formed droplet is imaged from a direction parallel to the substrate, and the contact angle and the shape of the droplet such as the droplet are measured from the captured image of the droplet. In order to evaluate wettability for a region of 100 μm square or less, it is necessary to form a droplet having a diameter of 100 μm or less on a substrate and measure the shape.

従来の接触角計を用いて、直径が100μm以下の微小な液滴の形状を計測すると、通常の場合と比べ測定対象物である液滴が格段に小さいため、接触角計の撮像装置に非常に高い解像度が要求される。したがって、そのような高い機能を有する撮像装置を備えるのはコストの面から実用的ではなかった。   When using a conventional contact angle meter to measure the shape of a minute droplet with a diameter of 100 μm or less, the droplet that is the object to be measured is much smaller than in the normal case. High resolution is required. Therefore, it is not practical from the viewpoint of cost to provide an imaging device having such a high function.

一方で100μm以下の微小な物体の形状を測定する有力な方法としては、光の干渉現象を利用した干渉計を用いた形状計測技術が従来から知られている。   On the other hand, as an effective method for measuring the shape of a minute object having a size of 100 μm or less, a shape measuring technique using an interferometer using an optical interference phenomenon is conventionally known.

干渉計を用いた形状計測技術は、光の干渉現象を利用するため、光の波長、すなわちサブミクロン以下の精度で物体の形状を計測することが可能である。このため干渉計をもちいた形状計測技術は半導体微細加工の分野などで、加工物の形状評価手法として広く利用されている。   Since the shape measurement technique using an interferometer uses the interference phenomenon of light, it is possible to measure the shape of an object with the accuracy of light wavelength, that is, submicron or less. For this reason, the shape measurement technique using an interferometer is widely used as a method for evaluating the shape of a workpiece in the field of semiconductor microfabrication.

従来の干渉計のなかで、表面形状を評価する方法として主なものを挙げる。   Among conventional interferometers, the main ones are listed as methods for evaluating the surface shape.

特許文献1に記載の反射型干渉計によると、まず規則的に配置されたパターンを備える基板に対して、レーザー光を斜めに入射させる。そして、入射した際に発生する回折パターンを解析することによって、基板上に形成された規則的に配置されたパターンの膜厚を測定することができる。   According to the reflection type interferometer described in Patent Document 1, first, laser light is obliquely incident on a substrate having a regularly arranged pattern. Then, by analyzing the diffraction pattern generated upon incidence, the film thickness of the regularly arranged pattern formed on the substrate can be measured.

この技術では、発生する回折パターンをあらかじめ光学理論に基づいて計算して判定テーブルとし、膜厚の測定時には判定テーブルを検索して回折強度と最も近い場合の膜厚を抽出する。   In this technique, a diffraction pattern to be generated is calculated in advance based on optical theory and used as a determination table, and when measuring the film thickness, the determination table is searched to extract the film thickness when the diffraction intensity is closest.

また、特許文献2に記載の反射型干渉計では、偏光を利用した方法が提案されている。これは、試料の手前におかれた透明平行板に、例えば光線のS偏光成分を反射し、P偏光成分を透過するようなコーティングを施すことで試料に入射させるレーザー光を参照光と試料光に分割し、互いに干渉させることで回折パターンを得るものである。   In the reflection interferometer described in Patent Document 2, a method using polarized light has been proposed. This is because, for example, by applying a coating that reflects the S-polarized light component of the light beam and transmits the P-polarized light component on the transparent parallel plate placed in front of the sample, the laser light that is incident on the sample is used as the reference light and the sample light. The diffraction pattern is obtained by dividing into two and interfering with each other.

特許文献3には透過型干渉計が記載されている。透明領域の透過光に対し、位相差が生じるような位相領域を有するパターンが形成されたものについて、透過光が作る回折パターンから位相領域の位相差を求める方法が提案されている。ここでは、直線偏光を複屈折プリズムとコンデンサレンズに透過させ、異なる偏光方向の2光束に分離し、試料に照射する。試料を透過した2光束は再度複屈折プリズムで再結合され、結像面に干渉像を生成する。干渉像の明暗は2光束の位相差によって変化するため、回折パターンを評価することで試料上の位相差を検出することができる。   Patent Document 3 describes a transmission interferometer. There has been proposed a method for obtaining a phase difference of a phase region from a diffraction pattern formed by the transmitted light, in which a pattern having a phase region that causes a phase difference is formed with respect to the transmitted light of a transparent region. Here, linearly polarized light is transmitted through a birefringent prism and a condenser lens, separated into two light beams having different polarization directions, and irradiated onto a sample. The two light beams that have passed through the sample are recombined by the birefringent prism, and an interference image is generated on the image plane. Since the contrast of the interference image changes depending on the phase difference between the two light beams, the phase difference on the sample can be detected by evaluating the diffraction pattern.

特開2002−277216号公報JP 2002-277216 A 特開2001−41724号公報JP 2001-41724 A 特開平8−94444号公報JP-A-8-94444

ところが、上記に挙げた光の回折パターンを利用した微細加工物の表面形状の測定技術は、液滴に用いた際に、下記のような点について問題がある。   However, the above-described technique for measuring the surface shape of a fine workpiece using the light diffraction pattern has the following problems when used for droplets.

特許文献1の技術は、レーザーを斜めから照射するので、測定対象物が液滴の場合、レーザー光が照射されない部分が生じてしまう。
したがって、特許文献1に記載の光学系を液滴の形状計測に適用すると、正確に形状を求めることはできない。
Since the technique of Patent Document 1 irradiates the laser from an oblique direction, when the measurement target is a droplet, a portion where the laser beam is not irradiated is generated.
Therefore, when the optical system described in Patent Document 1 is applied to droplet shape measurement, the shape cannot be obtained accurately.

特許文献2に掲載されている反射光学系を用いた位相シフト法を用いる測定方法では、形状を計測するために、測定対象物を移動させるか、物体に入射する光の位相を変更し、少なくとも2種類以上の干渉縞を計測する必要があった。このため測定に時間がかかってしまう。   In the measurement method using the phase shift method using the reflective optical system described in Patent Document 2, in order to measure the shape, the measurement object is moved or the phase of light incident on the object is changed, and at least It was necessary to measure two or more types of interference fringes. For this reason, measurement takes time.

したがって、数秒で蒸発してしまう微小な液滴の形状を計測することは困難である。   Therefore, it is difficult to measure the shape of a minute droplet that evaporates in a few seconds.

また、測定対象物を移動させる機構が必要であったり、光の位相を変更したりする機構が必要で、コストや装置構成の複雑さも問題である。   In addition, a mechanism for moving the measurement object or a mechanism for changing the phase of light is necessary, and the cost and complexity of the apparatus configuration are also problems.

特許文献3に掲載されている透過光学系を用いた位相シフト法では、膜厚を位相差によって測定することが可能であるが、基板に対して急峻に高さが変化する液滴などの形状を測定することは困難である。   In the phase shift method using the transmission optical system described in Patent Document 3, the film thickness can be measured by the phase difference, but the shape of a droplet or the like whose height changes sharply with respect to the substrate Is difficult to measure.

また、測定に時間がかかり、測定対象物を移動させる機構が必要であったり、光の位相を変更したりする機構が必要であり、測定時間およびコストや装置構成の複雑さにやはり難がある。   In addition, it takes time to measure, and a mechanism for moving the measurement object is necessary, and a mechanism for changing the phase of light is necessary, which is also difficult in terms of measurement time, cost, and complexity of the apparatus configuration. .

したがって、基板上に配置した直径が20〜100μm程度の液滴の形状を迅速かつ簡便に求めるのはやはり困難であった。   Therefore, it is still difficult to quickly and easily obtain the shape of a droplet having a diameter of about 20 to 100 μm arranged on the substrate.

本発明の目的は、従来の技術では測定が困難であった基板上に配置された100μm以下の直径を持つ微小な液滴の形状を、できるだけ簡便な構成で、正確に測定ができる液滴形状計測方法及び装置を提供することである。   It is an object of the present invention to form a droplet having a diameter of 100 μm or less arranged on a substrate, which is difficult to measure with the prior art, with a simple configuration as much as possible and capable of accurately measuring the droplet shape. It is to provide a measurement method and apparatus.

本発明の液滴形状計測方法は、基板上に配置された液滴に対して、レーザー光を前記基板に垂直に照射し、前記液滴に前記レーザー光が照射される際に発生する回折光同士が干渉することで生じる干渉縞(回折パターンを検出する第1の工程と、
前記液滴の屈折率、及び検出された前記干渉縞(回折パターンから、前記液滴表面の形状を求める第2の工程と、を有することを特徴とする。
The droplet shape measuring method of the present invention is a diffracted light generated when a laser beam is irradiated perpendicularly to the substrate with respect to a droplet placed on the substrate and the laser beam is irradiated to the droplet. A first step of detecting interference fringes ( diffraction patterns ) caused by mutual interference;
And a second step of determining the shape of the surface of the droplet from the refractive index of the droplet and the detected interference fringe ( diffraction pattern ) .

本発明においては、接触径が100mm以下の液滴の形状を、簡便な構成で正確且つ迅速に計測することが可能である。   In the present invention, it is possible to accurately and quickly measure the shape of a droplet having a contact diameter of 100 mm or less with a simple configuration.

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、位相状態が既知のレーザー光源1に対し、レーザー光Lのビーム径を調整することが可能な光学系2を設置する。基板3は光軸に対し垂直に設置し、基板3には予め液滴4が配置されている。レーザー光Lを基板3の裏面側から液滴4に照射し、得られる回折パターンを検出器5(スクリーン)上に結像させる。この回折パターンを撮像装置6によって撮像し、解析装置へ入力し、液滴4の形状を検出する。   As shown in FIG. 1, an optical system 2 capable of adjusting the beam diameter of the laser light L is installed for the laser light source 1 whose phase state is known. The substrate 3 is installed perpendicular to the optical axis, and droplets 4 are arranged on the substrate 3 in advance. The laser beam L is irradiated onto the droplet 4 from the back side of the substrate 3, and the resulting diffraction pattern is imaged on the detector 5 (screen). The diffraction pattern is imaged by the imaging device 6 and input to the analysis device, and the shape of the droplet 4 is detected.

本発明の液滴形状計測方法の流れを図8にしたがって説明する。   The flow of the droplet shape measuring method of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、S1の工程は基板3上に配置された液滴4に対して、レーザー光Lを照射する工程である。つづいてS2の工程として、照射したレーザー光Lによって発生する回折光同士が干渉することによって生じる回折パターンを検出器5に結像させる。S3の工程においては、撮像装置6などを用い、回折パターンの強度分布を記録する。なお、S2,S3の工程をエリアセンサなどを用いて一括して行っても良い。S4の工程では、S3の工程で記録した回折パターンを解析装置に入力し、数値データに変換する。S5の工程では、解析装置を用いて、予め計算によって用意しておいた接触径と接触角と屈折率ごとに作成された回折パターンのデータベースに記録された回折パターンと、S4の工程で変換した回折パターンの数値データとを比較し、最も一致するものを求める。S6の工程は、最も一致したデータベースの形状値を計測結果として出力する。   First, step S <b> 1 is a step of irradiating the droplet 4 disposed on the substrate 3 with the laser beam L. Subsequently, as a step of S2, a diffraction pattern generated by interference of diffracted light generated by the irradiated laser light L is imaged on the detector 5. In step S3, the intensity distribution of the diffraction pattern is recorded using the imaging device 6 or the like. In addition, you may perform the process of S2, S3 collectively using an area sensor etc. In step S4, the diffraction pattern recorded in step S3 is input to the analyzer and converted into numerical data. In the process of S5, the diffraction pattern recorded in the database of diffraction patterns prepared for each of the contact diameter, the contact angle, and the refractive index prepared in advance by calculation using the analysis device, and converted in the process of S4. Compare the numerical data of the diffraction pattern and find the most consistent one. In step S6, the most matched database shape value is output as a measurement result.

本発明による液滴形状計測方法は、レーザー光Lを基板3の上の液滴4に照射して発生させた回折パターンを検出する第1の工程と、前記液滴4の屈折率及び検出された回折パターンより液滴4の形状をもとめる第2の工程を有する。   The droplet shape measuring method according to the present invention includes a first step of detecting a diffraction pattern generated by irradiating the droplet 4 on the substrate 3 with the laser light L, the refractive index of the droplet 4 and the detected refractive index. A second step of determining the shape of the droplet 4 from the diffraction pattern.

次に、図9を用いて、解析装置について説明する。   Next, the analysis apparatus will be described with reference to FIG.

解析装置7は、ビデオボード71、CPU72、メモリ74、記憶領域73から成るPCを利用する。但し、回折パターンを予め外部記憶域77に蓄えている場合は、ビデオボード71は必須ではない。この解析装置7には、回折パターンを取得するための撮像装置6、ユーザーインターフェースを表示するためのディスプレイ75、種々の入力を行なうキーボード76と、必要に応じて外部記憶域77が接続されている。   The analysis device 7 uses a PC including a video board 71, a CPU 72, a memory 74, and a storage area 73. However, when the diffraction pattern is stored in the external storage area 77 in advance, the video board 71 is not essential. The analysis device 7 is connected to an imaging device 6 for acquiring a diffraction pattern, a display 75 for displaying a user interface, a keyboard 76 for performing various inputs, and an external storage area 77 as required. .

このような構成の解析装置7では以下のような処理が行なわれる。まず、解析装置7のビデオボード71と撮像装置6により回折パターンを取得する。この回折パターンは記憶領域73に保存される。記憶領域73に保存した画像データは、キーボード76などの入力手段により、適切な命令を受け、メモリ74に蓄えられ、CPU72によって解析に用いる形式の数値データに変換される。変換された数値データはメモリ74に書き出された後、記憶領域73に保存される。次に、メモリ74にデータベースを読み込む。   In the analysis apparatus 7 having such a configuration, the following processing is performed. First, a diffraction pattern is acquired by the video board 71 and the imaging device 6 of the analysis device 7. This diffraction pattern is stored in the storage area 73. The image data stored in the storage area 73 receives an appropriate command by input means such as a keyboard 76, is stored in the memory 74, and is converted into numerical data in a format used for analysis by the CPU 72. The converted numerical data is written in the memory 74 and then stored in the storage area 73. Next, the database is read into the memory 74.

このとき、データベースは、解析装置7の内部の記憶領域73に保存されている場合と外部記憶域77に保存されている場合がある。読み込まれたデータベースはメモリ74に入力される。解析を行なう、数値データを記憶領域73よりメモリ74に読み込み、CPU72によってデータベースとの照合が行なわれる。最も一致する結果をディスプレイ75に表示する。解析装置7はこのような構成であるが、以上説明した場合に限定されないことは言うまでもない。   At this time, the database may be stored in the storage area 73 inside the analysis device 7 or may be stored in the external storage area 77. The read database is input to the memory 74. Numerical data to be analyzed is read from the storage area 73 into the memory 74, and the CPU 72 performs collation with the database. The most consistent result is displayed on the display 75. Although the analyzer 7 has such a configuration, it is needless to say that the analyzer is not limited to the case described above.

本発明のレーザー光源1としては、物体への入射位置で光軸に対して垂直な位相面をもつなど、位相状態が既知であるレーザー光源を用いることが好ましい。   As the laser light source 1 of the present invention, it is preferable to use a laser light source whose phase state is known, such as having a phase plane perpendicular to the optical axis at the incident position on the object.

レーザーの種類として、ガスレーザーや固体レーザー、レーザーダイオードなどレーザー媒質により様々なものがあるが、波長や波長の幅、射出時のビーム形状、ビーム強度などについて、液滴4の吸収スペクトルや検出方法に応じて最適なものを選択する。特にビーム形状が真円でビーム品質の良いガスレーザーを用いるのが好ましい。   There are various types of lasers depending on the laser medium such as gas laser, solid state laser, laser diode, etc., but the absorption spectrum and detection method of droplet 4 in terms of wavelength, wavelength width, beam shape at the time of emission, beam intensity, etc. Select the best one according to your needs. It is particularly preferable to use a gas laser having a perfect beam shape and good beam quality.

レーザービーム形状は液滴4の形状にもよるが、測定や解析の容易さから真円である方が好ましい。またビーム径は液滴4の代表長さより大きい方が好ましい。レーザー光の位相状態は液滴4への入射位置で光軸に対し垂直な面を有すれば良いので、ビームを平行光束にするコリメート光学系でも、基板3上でビームが最も細くなる集光光学系のどちらでも利用可能である。従ってレーザー光を調整する光学系2としては、レーザー光が基板3上で任意の径で等位相面を持つようにするものであれば良い。   Although the shape of the laser beam depends on the shape of the droplet 4, it is preferably a perfect circle from the viewpoint of ease of measurement and analysis. The beam diameter is preferably larger than the representative length of the droplet 4. Since the phase state of the laser beam only needs to have a plane perpendicular to the optical axis at the incident position on the droplet 4, the collimating optical system that converts the beam into a parallel beam also condenses that the beam is the thinnest on the substrate 3. Either optical system can be used. Therefore, the optical system 2 that adjusts the laser beam may be any system that allows the laser beam to have an equiphase surface with an arbitrary diameter on the substrate 3.

レーザー光の状態や検出方法によってはレーザー光を調整する光学系2を用いなくても良い。   Depending on the state of the laser light and the detection method, the optical system 2 for adjusting the laser light may not be used.

基板3の材質は透過光学系を用いるか、反射光学系を用いるかで決まる。基板3の背面よりレーザー光を垂直に入射し、レーザー光が液滴4を透過する透過光学系の場合は、基板3は使用するレーザー光に対し透明である必要がある。基板3の表面の状態としては、使用するレーザー光の波長以下の厚みでかつ透明であれば、表面に薄膜やパターンがあっても問題はない。   The material of the substrate 3 is determined depending on whether a transmission optical system or a reflection optical system is used. In the case of a transmission optical system in which laser light is vertically incident from the back surface of the substrate 3 and the laser light is transmitted through the droplet 4, the substrate 3 needs to be transparent to the laser light to be used. As the surface state of the substrate 3, there is no problem even if there is a thin film or pattern on the surface as long as it has a thickness equal to or less than the wavelength of the laser light to be used and is transparent.

また、図5に示すように、液滴4に対して、レーザー光源21から光学系22を経てレーザー光を直接照射する反射光学系を用いる場合は、表面の荒さが波長に対して小さく、極端にレーザー光を吸収することがなければ、基板の種類や材質に特に制限はない。   Further, as shown in FIG. 5, when a reflection optical system that directly irradiates the droplet 4 with laser light from the laser light source 21 through the optical system 22, the surface roughness is small with respect to the wavelength. If the substrate does not absorb the laser beam, there is no particular limitation on the type and material of the substrate.

ただし、基板表面に金属膜などによるパターンがある場合や、基板そのものに段差があり、波長より大きな構造を持つ場合は発生する回折パターンの形状に影響するため、予め基板の構造を把握しておく必要がある。   However, if there is a pattern due to a metal film or the like on the substrate surface, or if the substrate itself has a step and has a structure larger than the wavelength, it affects the shape of the generated diffraction pattern, so grasp the substrate structure in advance. There is a need.

液滴4は、少なくとも1種類以上の組成からなる液体、ソフトマテリアルなどからなる。
本発明による形状計測方法が特に効果を発揮する液滴4の大きさは、接触径が100μm以下であり、屈折率が既知であれば良い。
The droplet 4 is made of a liquid having at least one composition, a soft material, or the like.
The size of the droplet 4 for which the shape measuring method according to the present invention is particularly effective is that the contact diameter is 100 μm or less and the refractive index is known.

なお、本発明における測定対象物としては、液滴だけでなく、基板の法線方向に対して軸対象な形状であれば測定することができる。例えばマイクロレンズなどを基板上に配置して、測定対象物としても形状を計測することは可能である。   In addition, as a measuring object in this invention, it can measure not only a droplet but if it is a shape of an axial object with respect to the normal line direction of a board | substrate. For example, it is possible to measure the shape of a measurement object by arranging a microlens or the like on the substrate.

さて、光源や測定対象物について詳細に述べたので、次に本発明に特徴的な光学系について以下に説明する。   Now that the light source and the measurement object have been described in detail, the optical system characteristic of the present invention will be described below.

本願発明者らは、本発明による光学系2は、測定対象物が液滴4であることから、その基本構成として、レーザー光Lを液滴4を配置した基板3に対し、垂直であればよいことを見出した。   The inventors of the present invention have the optical system 2 according to the present invention, since the object to be measured is the droplet 4, as a basic configuration, the laser light L is perpendicular to the substrate 3 on which the droplet 4 is disposed. I found a good thing.

この理由としては以下のことが挙げられる。   The reason for this is as follows.

まず、透過型の光学系2について述べる。透過型の光学系2では、液滴4の設置された基板3に対し、斜めにレーザー光Lを入射させた場合、液滴4での回折光に加えて、基板3をレーザー光Lが透過する際の屈折や散乱を考慮しなくてはならない。そのため垂直に入射する場合に比べ、解析に用いるパラメータが増加する。また、観察される回折パターンの強度分布も同心円ではなく、複雑になるため計算すべきデータの数も増加する。これらの理由から、透過型の光学系2に対してレーザー光Lを斜に入射させることは、計測及び解析時間の増加や工程の複雑化を招き、実用には適さなくなってしまう。   First, the transmissive optical system 2 will be described. In the transmissive optical system 2, when the laser light L is incident obliquely on the substrate 3 on which the droplet 4 is placed, the laser light L is transmitted through the substrate 3 in addition to the diffracted light from the droplet 4. Refraction and scattering must be taken into account. For this reason, the parameters used for the analysis are increased as compared with the case of vertical incidence. In addition, the intensity distribution of the observed diffraction pattern is not concentric but complicated, and the number of data to be calculated increases. For these reasons, making the laser light L obliquely incident on the transmissive optical system 2 increases measurement and analysis time and complicates the process, and is not suitable for practical use.

次に、反射型の光学系2について述べる。反射型の場合、レーザー光Lを斜めに入射させた場合、液滴4の形状のため、レーザー光Lが当たらない部分が発生する場合がある。また、入射光の角度が液滴4の接触角よりも大きくないと、入射側の液滴表面での反射光が、検出器5に到達しない。   Next, the reflective optical system 2 will be described. In the case of the reflection type, when the laser beam L is incident obliquely, a portion where the laser beam L does not hit may occur due to the shape of the droplet 4. Further, unless the incident light angle is larger than the contact angle of the droplet 4, the reflected light on the incident-side droplet surface does not reach the detector 5.

したがって、反射型において、レーザー光Lを斜めに入射させると、液滴表面からの回折光を正確に検出することが困難になる。そのため高精度な計測はできない。さらには、透過型の場合と同様に、回折パターンの強度分布が複雑になるため、解析やデータベースの計算に多大な時間がかかってしまうという問題がある。   Therefore, in the reflection type, when the laser light L is incident obliquely, it becomes difficult to accurately detect the diffracted light from the droplet surface. Therefore, highly accurate measurement is not possible. Furthermore, as in the case of the transmissive type, the intensity distribution of the diffraction pattern becomes complicated, and there is a problem that it takes a lot of time for analysis and database calculation.

以上のことから、基板上に配置した液滴を、簡便な手段をもって、高速かつ高精度にその形状を計測するためには、本発明のように、レーザー光を垂直に入射する必要がある。   From the above, in order to measure the shape of a droplet placed on a substrate at high speed and with high accuracy using simple means, it is necessary to make laser light incident vertically as in the present invention.

検出器5の材質としては、回折パターンを投影できるものであれば特に制限はない。光を散乱する材質を用いたスクリーンに回折パターンを投影し、投影したパターンを、撮像装置6を用いて撮像するか、またはフォトダイオードなどの光学センサーを用いて、回折パターンの任意の領域を直接検出する方法などが考えられる。スクリーンの材料としてはトレーシングペーパーや、拡散板、オパールガラスなどが考えられる。   The material of the detector 5 is not particularly limited as long as it can project a diffraction pattern. A diffraction pattern is projected onto a screen using a material that scatters light, and the projected pattern is imaged using the imaging device 6, or an arbitrary area of the diffraction pattern is directly captured using an optical sensor such as a photodiode. A method for detection is conceivable. As the material of the screen, tracing paper, a diffusion plate, opal glass, etc. can be considered.

撮像装置6を用いて回折パターンを撮像する際は、レーザー光源1と、液滴4と検出器5との位置関係が重要である。図1の(a)に示したように、液滴4に対して垂直にレーザー光Lを入射させ、レーザー光Lを入射させることで発生した回折光による回折パターンを精度良く撮影するためには、検出器5(スクリーン)に投影し、撮像装置6を垂直に設置するとよい。   When imaging a diffraction pattern using the imaging device 6, the positional relationship among the laser light source 1, the droplet 4, and the detector 5 is important. As shown in FIG. 1A, in order to accurately photograph a diffraction pattern of diffracted light generated by causing laser light L to enter the droplet 4 perpendicularly and causing the laser light L to enter. It is good to project on the detector 5 (screen) and to set the imaging device 6 vertically.

検出器5が透過型のスクリーンであれば、スクリーンの背面より撮影が可能であるので、光軸に対し撮像装置6を垂直に設置可能である。正面から撮影する場合は、ハーフミラーを用いて撮影することで、光軸に垂直な画像を撮影可能である。しかしながら、それ以外では垂直に設置することが困難である。撮像装置6を垂直以外に設置する場合は、撮像装置6の傾きや距離に基づき、回折パターンから液滴の形状を求める際に補正する必要がある。   If the detector 5 is a transmissive screen, it is possible to shoot from the back of the screen, so the imaging device 6 can be installed perpendicular to the optical axis. When photographing from the front, an image perpendicular to the optical axis can be photographed by photographing using a half mirror. However, it is difficult to install vertically otherwise. When the imaging device 6 is installed in a position other than vertical, it is necessary to correct the shape of the droplet from the diffraction pattern based on the inclination and distance of the imaging device 6.

撮像装置6の種類としては、デジタル一眼レフカメラや、CMOS、CCDカメラなど、輝度に対するダイナミックレンジが大きく、シャッタースピードが可変なものが好ましい。またフレームレートの高いカメラを撮像手段として使うと、本発明の測定対象としている100μm以下の接触径をもつ微小な液滴の蒸発過程などの、非常に短い時間に起きる液滴の経時変化を捉えることもできる。   As the type of the imaging device 6, a digital single-lens reflex camera, a CMOS, a CCD camera, or the like that has a large dynamic range with respect to luminance and a variable shutter speed is preferable. In addition, when a camera with a high frame rate is used as an imaging means, it captures changes with time of droplets that occur in a very short time, such as the evaporation process of a minute droplet having a contact diameter of 100 μm or less, which is the measurement object of the present invention. You can also.

解析装置7においては、撮像装置6から回折パターンのデータを入力し、回折パターンから物体形状を計測可能であれば、一般的なPCで問題はない。   In the analysis device 7, if a diffraction pattern data is input from the imaging device 6 and an object shape can be measured from the diffraction pattern, there is no problem with a general PC.

検出器5又は撮像装置6で検出した回折パターンから基板3上の物体の形状を決定するためには、回折パターンの解析結果から光学理論に基づいて測定対象物の形状を決定する必要がある。   In order to determine the shape of the object on the substrate 3 from the diffraction pattern detected by the detector 5 or the imaging device 6, it is necessary to determine the shape of the measurement object based on the optical theory from the analysis result of the diffraction pattern.

回折パターンから形状を特定する方法としては、以下のようなものが考えられる。   The following can be considered as a method for specifying the shape from the diffraction pattern.

第1の方法は、予想しうる全ての形状を抽出し、それぞれその形状をもつ物体を実際に用意して、上記の光学系2によって回折パターンを検出し、データベース化したのち、液滴4から得られた回折パターンと比較する方法である。   In the first method, all shapes that can be predicted are extracted, objects having the respective shapes are actually prepared, the diffraction pattern is detected by the optical system 2 described above, and the database is created. This is a method for comparison with the obtained diffraction pattern.

第2の方法は、予想しうる全ての形状を抽出し、上記の光学系2によって発生する回折パターンを光学理論に基づいて算出し、データベースを作成し、得られた回折パターンと比較する方法である。   The second method is a method in which all predictable shapes are extracted, the diffraction pattern generated by the optical system 2 is calculated based on optical theory, a database is created, and the obtained diffraction pattern is compared. is there.

第3の方法は、検出した回折パターンごとに光学理論に基づく計算によって、液滴4の形状を算出する方法である。   The third method is a method of calculating the shape of the droplet 4 by calculation based on optical theory for each detected diffraction pattern.

このような方法の中から、物体の形状や解析装置の性能に応じて最適なものを選べば良い。   From these methods, an optimum method may be selected according to the shape of the object and the performance of the analysis apparatus.

第一の方法は、容易に実施できる。本実施形態では、以下に第2の方法を例に挙げて、得られた回折パターンから液滴の形状を決定する方法を説明する。   The first method can be easily implemented. In the present embodiment, a method for determining the shape of a droplet from the obtained diffraction pattern will be described below by taking the second method as an example.

まず、上記で説明した本発明の光学系2による形状測定を行なう前に、あらかじめデータベースの作成を行なう。このデータベースは、液滴4に対して光学理論に基づいた数値計算によって、液滴4の屈折率及び液滴4と検出器5(スクリーン)までの距離などの実際の測定と同じ条件にした場合の、液滴の形状と回折パターンとを関係づけた数値データを記録したものである。本測定では、測定対象物は全て液滴形状であるものとして、接触径と接触角に対応した数値データを複数保持したものが、屈折率ごとに用意されていることが望ましい。このデータベース作成の工程は、図8のS0の工程に当たる。   First, a database is created in advance before measuring the shape with the optical system 2 of the present invention described above. This database is based on the numerical calculation based on the optical theory for the droplet 4 when the conditions are the same as the actual measurement such as the refractive index of the droplet 4 and the distance between the droplet 4 and the detector 5 (screen). The numerical data relating the shape of the droplet and the diffraction pattern is recorded. In this measurement, it is desirable that all the objects to be measured have a droplet shape, and that a plurality of numerical data corresponding to the contact diameter and the contact angle are stored for each refractive index. This database creation step corresponds to the step S0 in FIG.

以上のように、本発明の液滴形状計測方法は、簡便な装置構成で迅速に形状計測を行なうため、100μm以下の微小な液滴の形状計測に好適に利用可能である。   As described above, the droplet shape measuring method of the present invention can be suitably used for measuring the shape of a minute droplet having a size of 100 μm or less because it quickly measures the shape with a simple apparatus configuration.

また、測定対象物が蒸発しやすい液体からなるものであれば、回折パターンが逐次で経時変化する。したがって、適当な時間間隔で決められた時刻での測定対象物の形状を決定すれば、蒸発しやすい測定対象物の形状の経時変化を観測することも可能である。   In addition, if the measurement object is made of a liquid that easily evaporates, the diffraction pattern changes sequentially with time. Therefore, if the shape of the measurement object at the time determined at an appropriate time interval is determined, it is possible to observe a change with time of the shape of the measurement object that easily evaporates.

図1の(a)は、実施例1による液滴形状計測装置を示す。この液滴形状計測装置は基板3上の液滴4の背面より、光学系2によってビーム径を調整したレーザー光Lを照射し、液滴4を透過することで生じる回折光による回折パターンを検出器5で検出する。検出器5には透過型のスクリーンを用い、検出器5の背面より光軸に垂直な像を得られるように撮像装置6を設置してある。撮像装置6で撮影した画像は解析装置7によって画像処理を行ない、液滴4の形状を測定する。   FIG. 1A shows a droplet shape measuring apparatus according to the first embodiment. This droplet shape measuring apparatus irradiates a laser beam L whose beam diameter is adjusted by the optical system 2 from the back surface of the droplet 4 on the substrate 3 and detects a diffraction pattern by the diffracted light generated by transmitting the droplet 4. This is detected by the device 5. A transmissive screen is used as the detector 5, and the imaging device 6 is installed so that an image perpendicular to the optical axis can be obtained from the back surface of the detector 5. The image captured by the imaging device 6 is subjected to image processing by the analysis device 7 and the shape of the droplet 4 is measured.

レーザー光源1には、波長632.8nmのHe−Neレーザーを用いた。射出径は0.8mmであった。   As the laser light source 1, a He-Ne laser having a wavelength of 632.8 nm was used. The injection diameter was 0.8 mm.

レーザービーム径は基板3上で約150μmになるように光学系2を調整した。ビーム径調整用の光学系はビームエキスパンダーと平凸レンズによって構成した。本実施例では、波長632.8nmに最適化された倍率3倍のビームエキスパンダーを用いた。平凸レンズは焦点距離400mmのものを使用した。この構成によってビーム径は基板3上の液滴4の位置で最も細くなり、位相面が光軸に対し水平面となるよう調整される。液滴4を配置する基板3には厚さ0.7mmのガラスを用いた。測定対象物として本実施例ではエチレングリコール液滴を用いた。   The optical system 2 was adjusted so that the laser beam diameter was about 150 μm on the substrate 3. The optical system for adjusting the beam diameter is composed of a beam expander and a plano-convex lens. In this example, a beam expander with a magnification of 3 times optimized for a wavelength of 632.8 nm was used. A plano-convex lens having a focal length of 400 mm was used. With this configuration, the beam diameter becomes the smallest at the position of the droplet 4 on the substrate 3, and the phase plane is adjusted to be a horizontal plane with respect to the optical axis. For the substrate 3 on which the droplets 4 are arranged, glass having a thickness of 0.7 mm was used. In this example, ethylene glycol droplets were used as the measurement object.

エチレングリコールの屈折率は常温で1,431である。   The refractive index of ethylene glycol is 1,431 at room temperature.

検出器5としては、トレーシングペーパーを透過型のスクリーンとして用いた。このときレーザー光源1の光軸とスクリーンが垂直となるように調整した。調整はスクリーン保持具にミラーを取り付け、レーザー光Lの戻り光がレーザー光射出部に戻るように保持具の角度を調整した。   As the detector 5, tracing paper was used as a transmissive screen. At this time, the optical axis of the laser light source 1 and the screen were adjusted to be vertical. In the adjustment, a mirror was attached to the screen holder, and the angle of the holder was adjusted so that the return light of the laser light L returned to the laser light emitting portion.

検出器5であるスクリーンと基板3との距離は5cmとした。   The distance between the screen which is the detector 5 and the substrate 3 was 5 cm.

撮影装置6は画素数1024×1024のCMOSカメラに焦点距離55mmのマクロレンズを装着した。これにより画角は約50×50mmとなり、解像度は約42μm/画素となった。   The photographing apparatus 6 is a CMOS camera having a pixel number of 1024 × 1024 and a macro lens having a focal length of 55 mm. As a result, the field angle was about 50 × 50 mm, and the resolution was about 42 μm / pixel.

基板3上にインクジェット法を用いてエチレングリコールを1滴滴下した後、基板3を光軸上に設置した。エチレングリコール液滴にレーザー光Lが照射されるように基板3の位置を調整し、回折パターンがスクリーン上に写ることを目視で確認した後、カメラなどの撮像装置6で回折パターン撮影した。   One drop of ethylene glycol was dropped on the substrate 3 using an inkjet method, and then the substrate 3 was placed on the optical axis. The position of the substrate 3 was adjusted so that the ethylene glycol droplets were irradiated with the laser beam L, and it was visually confirmed that the diffraction pattern appeared on the screen, and then the diffraction pattern was photographed by the imaging device 6 such as a camera.

図2は撮影した回折パターンの画像を示す。図2に示すように、回折パターンは同心円のパターンであった。   FIG. 2 shows a photographed image of the diffraction pattern. As shown in FIG. 2, the diffraction pattern was a concentric pattern.

図1の(b)は図2の回折パターン画像における、同心円の中心付近の様子を模式化したものである。回折パターンの中心8を起点に中心から離れるにつれて、暗部9、明部10、暗部11と明暗が繰り返されている。   FIG. 1B schematically shows a state near the center of the concentric circles in the diffraction pattern image of FIG. As the distance from the center starts from the center 8 of the diffraction pattern, the dark part 9, the bright part 10, the dark part 11, and the light and dark are repeated.

回折パターンを撮影する前に、エチレングリコール液滴を滴下せずに、レーザー光Lのみを基板3に照射し、検出器5(スクリーン)上の光軸位置を求めておいた。その位置を回折パターンの中心として半径方向(図1の(b)の矢印で例示した。同心円状の回折パターンの中心を始点とした任意の方向を選んでよい。)の輝度を計測した。回折パターンの暗部を縞位置と定義して、検出した回折パターンの縞位置を計測すると、中心から順に0.46mm、0.8mm、1.22mmとなった。   Before photographing the diffraction pattern, the laser beam L alone was irradiated onto the substrate 3 without dropping the ethylene glycol droplets, and the optical axis position on the detector 5 (screen) was obtained. The brightness in the radial direction (illustrated by the arrow in FIG. 1B. The arbitrary position starting from the center of the concentric diffraction pattern may be selected) is measured with the position as the center of the diffraction pattern. When the dark part of the diffraction pattern was defined as the stripe position and the stripe position of the detected diffraction pattern was measured, the positions were 0.46 mm, 0.8 mm, and 1.22 mm in order from the center.

本実施例において用いたエチレングリコール液滴は、インクジェットによって吐出された数十plの液滴である。このサイズの液滴4は基板3上での接触径が100μm以下になる。接触径が100μm程度以下の液滴は重力の影響が極めて小さく、形状は基板3の表面張力と液滴4の内部圧力のみで決定される。このような場合、液滴形状は球の一部となる。球の一部であれば、液滴形状は接触径と接触角で記述可能である。   The ethylene glycol droplets used in this example are tens of pl droplets ejected by inkjet. The droplet 4 of this size has a contact diameter on the substrate 3 of 100 μm or less. A droplet having a contact diameter of about 100 μm or less is extremely less affected by gravity, and its shape is determined only by the surface tension of the substrate 3 and the internal pressure of the droplet 4. In such a case, the droplet shape becomes a part of a sphere. If it is a part of a sphere, the droplet shape can be described by a contact diameter and a contact angle.

液滴4は接触径と接触角で記述可能であることから、液滴4のレーザー光Lを照射した際に得られる回折パターンの解析は容易である。   Since the droplet 4 can be described by the contact diameter and the contact angle, it is easy to analyze the diffraction pattern obtained when the laser beam L of the droplet 4 is irradiated.

また、理論上、回折パターンは液滴の形状と屈折率に固有である。したがって1つの回折パターンからは1つの液滴形状のみが決定できる。   Theoretically, the diffraction pattern is specific to the shape and refractive index of the droplet. Therefore, only one droplet shape can be determined from one diffraction pattern.

本発明では、理論的な計算結果に基づく液滴形状と回折パターンのデータベースを用いて形状を測定することが望ましい。   In the present invention, it is desirable to measure the shape using a database of droplet shapes and diffraction patterns based on theoretical calculation results.

本実施例においては、図3に示すような縞位置と接触径、接触角の関係を記録したデータベースを用意し、エチレングリコール液滴の形状計測に利用する。   In this embodiment, a database recording the relationship between the stripe position, the contact diameter, and the contact angle as shown in FIG. 3 is prepared and used for measuring the shape of the ethylene glycol droplet.

この図3は、本装置構成において得られる回折パターンの縞位置と接触径の関係を、光学理論にもとづき計算し、グラフ化したものである。理論的に、中心に近い縞位置は接触角や屈折率の影響が小さいことがわかっている。したがって、液滴径は屈折率によらず、この図を用いて求めることができる。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the fringe position of the diffraction pattern and the contact diameter obtained in this apparatus configuration based on optical theory. Theoretically, it is known that the fringe position near the center is less affected by the contact angle and the refractive index. Therefore, the droplet diameter can be obtained using this figure regardless of the refractive index.

図3では、中心に最も近い暗部位置から順に1次縞位置、2次縞位置、としたとき、1次〜4次までの縞位置と接触径の関係をグラフにしている。   In FIG. 3, when the primary fringe position and the secondary fringe position are set in order from the dark part position closest to the center, the relationship between the fringe positions from the first to the fourth order and the contact diameter is graphed.

図3に示すような接触径と縞位置の関係をもとに、図2の回折パターンの縞位置から想定される接触径を求めると、約90μmであった。この値を元に、エチレングリコールの屈折率に対し、接触角を変化させ回折パターンを計算した。計算された回折パターンと、検出した回折パターンと比較したところ、良く一致したものは44〜46度であった。   Based on the relationship between the contact diameter and the fringe position as shown in FIG. 3, the estimated contact diameter from the fringe position of the diffraction pattern in FIG. 2 was about 90 μm. Based on this value, the diffraction pattern was calculated by changing the contact angle with respect to the refractive index of ethylene glycol. When the calculated diffraction pattern was compared with the detected diffraction pattern, the good agreement was found to be 44 to 46 degrees.

したがって、このエチレングリコール液滴の形状は、接触径が約90μmで、接触角が44〜46度と考えられた。   Therefore, the shape of this ethylene glycol droplet was considered to be a contact diameter of about 90 μm and a contact angle of 44 to 46 degrees.

本実施例におけるエチレングリコール液滴は数秒で蒸発した。回折パターンの経時変化に沿って、適当な時間間隔でエチレングリコールの液滴の形状を測定したところ、接触径、接触角の経時変化を計測できた。したがって、本装置を用いて、液滴蒸発に伴う形状変化の過程を観察することもできるといえる。   The ethylene glycol droplets in this example evaporated in a few seconds. When the shape of the ethylene glycol droplets was measured at appropriate time intervals along the time-dependent change of the diffraction pattern, changes in the contact diameter and contact angle over time could be measured. Therefore, it can be said that the process of shape change accompanying droplet evaporation can be observed using this apparatus.

[参考例1]
次に、実施例1と同じ光学系を用いて、マイクロレンズの形状計測を行なった。マイクロレンズは形状的に液滴と等価であり、同じ理論によって形状の測定が可能である。また、液滴と異なり経時変化がないため、別の測定方法によって計測が可能である。別の測定方法の測定結果と、本測定の測定結果を比較することで、測定の確からしさを証明することが可能である。
[Reference Example 1]
Next, using the same optical system as in Example 1, the shape of the microlens was measured. Microlenses are equivalent in shape to droplets, and the shape can be measured by the same theory. Moreover, since there is no change with time unlike a droplet, it can be measured by another measurement method. By comparing the measurement result of another measurement method with the measurement result of this measurement, it is possible to prove the certainty of the measurement.

マイクロレンズの屈折率は、光学的な測定方法を用いて計測したところ、使用するレーザー波長に対し1.596であった。   When the refractive index of the microlens was measured using an optical measurement method, it was 1.596 with respect to the laser wavelength used.

基板上に形成されたこのマイクロレンズに対し、実施例1と同様の手順によって、回折パターンを獲得した。図4はこのマイクロレンズから得られた回折パターンである。図4より、縞位置を計測すると中心から順に、1.5mm、2.3mm、3.6mmであった。   A diffraction pattern was obtained for the microlens formed on the substrate by the same procedure as in Example 1. FIG. 4 shows a diffraction pattern obtained from this microlens. From FIG. 4, the fringe positions were measured to be 1.5 mm, 2.3 mm, and 3.6 mm in order from the center.

図3を用いて、接触径を求めると、約30μmと測定された。また、マイクロレンズの屈折率に対して接触角を変化させた回折パターンを計算すると、図4と良く一致する回折パターンは、接触角が約29度か30度のものであった。   Using FIG. 3, the contact diameter was determined to be about 30 μm. Further, when calculating a diffraction pattern in which the contact angle is changed with respect to the refractive index of the microlens, the diffraction pattern which is in good agreement with FIG. 4 has a contact angle of about 29 degrees or 30 degrees.

したがって、本参考例によって計測したマイクロレンズの形状は接触径約30μm、接触角29度または30度といえる。   Therefore, it can be said that the shape of the microlens measured by this reference example has a contact diameter of about 30 μm and a contact angle of 29 degrees or 30 degrees.

測定結果の確からしさを確認するため、マイクロレンズの形状を共焦点顕微鏡によって計測したところ、接触径は31.2μm、接触角は28.1度であった。この値は、本参考例で計測した値と非常によく一致している。特に共焦点顕微鏡による形状測定と本参考例による形状測定結果を比較すると、接触径は約1μm、接触角は約2度の誤差内で計測可能と考えられる。   In order to confirm the certainty of the measurement result, the shape of the microlens was measured with a confocal microscope. As a result, the contact diameter was 31.2 μm and the contact angle was 28.1 degrees. This value agrees very well with the value measured in this reference example. In particular, comparing the shape measurement with the confocal microscope and the shape measurement result according to this reference example, it is considered that the contact diameter can be measured within an error of about 1 μm and the contact angle within about 2 degrees.

[参考例2]
図5は、反射光学系による回折パターンを計測する装置構成の例を示す。この形状計測装置は、レーザー光源21より射出されたレーザー光Lを、基板3上でレーザー光Lが光軸に水平な等位相面を持つように光学系22によって調整し、レーザー光Lを液滴形状の測定対象物24に垂直に入射させる。測定対象物24に入射したレーザー光Lは液滴形状の測定対象物24を透過し、基板3で反射され、液滴形状の測定対象物24から出射する。このときレーザー光Lは液滴形状の測定対象物24の形状に応じて位相がずれ、回折パターンが発生する。検出器5でこの回折パターンを観測し、撮像装置6で撮影する構成である。検出器5及び撮像装置6の組み合わせは、トレーシングペーパーなどからなる回折パターンを単に写しだすスクリーンとカメラなどの一般的な撮像装置を用いてよい。また検出器5としてエリアセンサなどを用いて、回折パターンを直接画像データとして記録してもよい。
[Reference Example 2]
FIG. 5 shows an example of an apparatus configuration for measuring a diffraction pattern by the reflection optical system. This shape measuring apparatus adjusts the laser light L emitted from the laser light source 21 by the optical system 22 so that the laser light L has an equiphase surface horizontal to the optical axis on the substrate 3. Incidently incident on the drop-shaped measurement object 24. The laser light L incident on the measurement object 24 passes through the droplet-shaped measurement object 24, is reflected by the substrate 3, and exits from the droplet-shaped measurement object 24. At this time, the phase of the laser beam L is shifted in accordance with the shape of the measurement object 24 having a droplet shape, and a diffraction pattern is generated. This diffraction pattern is observed by the detector 5 and photographed by the imaging device 6. The combination of the detector 5 and the imaging device 6 may be a general imaging device such as a screen and a camera that simply captures a diffraction pattern made of tracing paper or the like. Further, the diffraction pattern may be directly recorded as image data by using an area sensor or the like as the detector 5.

検出器5のスクリーンを光軸に垂直に設置するため、中央にレーザー光Lが通る穴を設けてある。   In order to install the screen of the detector 5 perpendicular to the optical axis, a hole through which the laser beam L passes is provided in the center.

レーザー光源21には波長632.8nmのHe−Neレーザーを用いた。   As the laser light source 21, a He-Ne laser having a wavelength of 632.8 nm was used.

レーザービーム径は測定対象物24への入射位置で約150μmになるように光学系22を設定した。ビーム径調整用の光学系22はビームエキスパンダーと平凸レンズによって構成した。本参考例では、波長632.8nmに最適化された倍率3倍のビームエキスパンダーを用いた。平凸レンズは焦点距離400mmのものを使用した。この構成によってビーム径は基板3上の測定対象物24の位置で最も細くなり、位相面が光軸に対し水平面となるよう調整される。   The optical system 22 was set so that the laser beam diameter was about 150 μm at the incident position on the measurement object 24. The beam diameter adjusting optical system 22 is composed of a beam expander and a plano-convex lens. In this reference example, a beam expander with a magnification of 3 times optimized for a wavelength of 632.8 nm was used. A plano-convex lens having a focal length of 400 mm was used. With this configuration, the beam diameter becomes the smallest at the position of the measurement object 24 on the substrate 3, and the phase plane is adjusted so as to be a horizontal plane with respect to the optical axis.

本参考例における測定対象物24として参考例1で利用したものとは別のマイクロレンズを用いた。   A microlens different from that used in Reference Example 1 was used as the measurement object 24 in this Reference Example.

検出器5としてトレーシングペーパーを透過型のスクリーンとして用いた。このときレーザー光源21の光軸とスクリーンは垂直になるように調整した。   As the detector 5, tracing paper was used as a transmissive screen. At this time, the optical axis of the laser light source 21 and the screen were adjusted to be vertical.

検出器5(スクリーン)と基板3との距離は8cmとした。   The distance between the detector 5 (screen) and the substrate 3 was 8 cm.

撮像装置6は画素数3504×2336のデジタル一眼レフカメラを用いた。画角は約70×47mmとなり、解像度は約20μm/画素となった。   The imaging device 6 used a digital single-lens reflex camera with 3504 × 2336 pixels. The field angle was about 70 × 47 mm, and the resolution was about 20 μm / pixel.

撮像装置6の設置角度は、光軸から約20度傾いている。   The installation angle of the imaging device 6 is inclined about 20 degrees from the optical axis.

マイクロレンズが設置された基板3を光軸上に設置し、回折パターンが得られることを目視で確認した後、カメラで撮影した。   The substrate 3 on which the microlens was installed was placed on the optical axis, and it was visually confirmed that a diffraction pattern was obtained, and then photographed with a camera.

図6は撮影した回折パターンの画像の右半分である。この図に示すように、回折パターンは同心円のパターンであった。この時、中心からの縞位置を測定すると、0.28mm、0.44mm、0.74mmであった。予め、本装置構成用の縞位置と接触径のグラフを用意してある。測定した縞位置から求められた接触径は約49μmであった。また、透過光学系と同様に、求めた接触径49μmに対して、理論計算を用いて回折パターンを計算し、測定結果との比較を行なった。よく一致した回折パターンの接触角は約34〜37度であった。   FIG. 6 is the right half of the image of the captured diffraction pattern. As shown in this figure, the diffraction pattern was a concentric pattern. At this time, when the stripe position from the center was measured, they were 0.28 mm, 0.44 mm, and 0.74 mm. A graph of the stripe position and the contact diameter for this device configuration is prepared in advance. The contact diameter determined from the measured stripe position was about 49 μm. Similarly to the transmission optical system, a diffraction pattern was calculated using theoretical calculation for the obtained contact diameter of 49 μm, and compared with the measurement result. The contact angle of the closely matched diffraction pattern was about 34 to 37 degrees.

マイクロレンズの形状を共焦点顕微鏡によって計測したところ接触径は51.3μmで接触角は35.5度であった。この値は本参考例で計測した値と非常に近い。   When the shape of the microlens was measured with a confocal microscope, the contact diameter was 51.3 μm and the contact angle was 35.5 degrees. This value is very close to the value measured in this reference example.

すなわち、反射光学系においても、共焦点顕微鏡と比較すると、接触径は約2μm、接触角は約2度の誤差で計測可能であることがわかった。   That is, it was found that the reflection optical system can be measured with an error of about 2 μm in contact diameter and about 2 degrees in contact angle as compared with the confocal microscope.

[参考例3]
反射光学系と透過光学系での計測結果を比較するため、参考例2で用いたマイクロレンズを実施例1と同じ透過光学系を用いて計測した。
[Reference Example 3]
In order to compare the measurement results of the reflection optical system and the transmission optical system, the microlens used in Reference Example 2 was measured using the same transmission optical system as in Example 1.

図7は本参考例によって得られた回折パターンである。実施例1と同様に中心からの縞位置を求めると、0.83mm、1.33mm、2.12mmであった。これらの縞位置を用いて、グラフから接触径を求めると接触径は約50μmであった。また接触角については約35〜36度と測定された。この値は反射光学系の計測結果とほとんど同じであり、また共焦点顕微鏡の計測結果とも一致する。   FIG. 7 is a diffraction pattern obtained by this reference example. The fringe position from the center as in Example 1 was found to be 0.83 mm, 1.33 mm, and 2.12 mm. When the contact diameter was obtained from the graph using these stripe positions, the contact diameter was about 50 μm. The contact angle was measured to be about 35 to 36 degrees. This value is almost the same as the measurement result of the reflection optical system, and also coincides with the measurement result of the confocal microscope.

実施例1による透過光学系を用いた液滴形状計測方法を説明するもので、(a)は形状計測装置の構成を示す図、(b)は回折パターンの中心部を示す模式図である。The droplet shape measuring method using the transmission optical system by Example 1 is demonstrated, (a) is a figure which shows the structure of a shape measuring apparatus, (b) is a schematic diagram which shows the center part of a diffraction pattern. 液滴のパターン画像を示す図である。It is a figure which shows the pattern image of a droplet. 物体の形状が法線に対し軸対称である場合の物体の代表長さ(接触径)と回折パターンの暗部位置の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the representative length (contact diameter) of an object and the dark part position of a diffraction pattern in case the shape of an object is axisymmetric with respect to a normal line. 参考例1によるマイクロレンズのパターン画像を示す図である。It is a figure which shows the pattern image of the micro lens by the reference example 1. FIG. 参考例2による反射光学系を用いた液滴形状計測装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the droplet shape measuring apparatus using the reflective optical system by the reference example 2. FIG. 参考例2によるマイクロレンズのパターン画像を示す図である。It is a figure which shows the pattern image of the micro lens by the reference example 2. FIG. 参考例3によるマイクロレンズのパターン画像を示す図である。It is a figure which shows the pattern image of the micro lens by the reference example 3. FIG. 本発明の液滴形状計測方法の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the droplet shape measuring method of this invention. 本発明の液滴形状計測方法の実施に用いる解析装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the analyzer used for implementation of the droplet shape measuring method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、21 レーザー光源
2、22 光学系
3 基板
4 液滴
5 検出器
6 撮像装置
7 解析装置
1, 21 Laser light source 2, 22 Optical system 3 Substrate 4 Droplet 5 Detector 6 Imaging device 7 Analysis device

Claims (5)

基板上に配置された液滴に対して、レーザー光を前記基板に垂直に照射し、前記液滴に前記レーザー光が照射される際に発生する回折光同士が干渉することで生じる干渉縞を検出する第1の工程と、
前記液滴の屈折率、及び検出された前記干渉縞から、前記液滴表面の形状を求める第2の工程と、を有することを特徴とする液滴形状計測方法。
Interference fringes generated by irradiating laser beams perpendicularly to the substrate with respect to the liquid droplets arranged on the substrate and diffracted light generated when the laser light is irradiated on the liquid droplets. A first step of detecting;
And a second step of obtaining the shape of the surface of the droplet from the refractive index of the droplet and the detected interference fringe .
前記液滴の接触径は、100μm以下であることを特徴とする請求項1記載の液滴形状計測方法。   2. The droplet shape measuring method according to claim 1, wherein the contact diameter of the droplet is 100 [mu] m or less. 前記第2の工程は、前記液滴の形状と関係づけられた、前記第1の工程と同様の条件で干渉縞を発生させたときに得られる干渉縞と、検出された干渉縞と、を比較することで、前記液滴表面の形状を求めることを特徴とする請求項1記載の液滴形状計測方法。 The second step, the liquid and the shape of the droplet is related, and the interference fringes obtained when that caused the interference fringes in the same conditions as the first step, the detected interference fringes, the The droplet shape measuring method according to claim 1, wherein the shape of the surface of the droplet is obtained by comparison. 前記第2の工程は、検出された前記干渉縞と液滴の形状とを光学理論に基づき関係づけることで前記液滴の形状をもとめることを特徴とする請求項1記載の液滴形状計測方法。 2. The droplet shape measuring method according to claim 1, wherein in the second step, the shape of the droplet is obtained by relating the detected interference fringe and the shape of the droplet based on optical theory. . 基板上に配置された液滴に対して、レーザー光を基板に対して垂直に照射し、前記液滴からの回折光から干渉縞を発生させる光学系と、
発生した前記干渉縞を検出する検出器と、を有し、
前記液滴の屈折率及び前記干渉縞から前記液滴表面の形状を決定することを特徴とする特徴とする形状計測装置。
An optical system for irradiating a laser beam perpendicularly to the substrate with respect to the droplet disposed on the substrate and generating interference fringes from the diffracted light from the droplet;
A detector for detecting the generated interference fringes ,
A shape measuring apparatus, wherein the shape of the surface of the droplet is determined from the refractive index of the droplet and the interference fringes .
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