特開 2016-122010 オブジェクト領域とグラウンド領域とを区別する方法及び３次元形状測定方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-122010(P2016-122010A)

(43)【公開日】2016年7月7日

(54)【発明の名称】オブジェクト領域とグラウンド領域とを区別する方法及び３次元形状測定方法。

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20160610BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20160610BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/25 H

   G06T1/00 305B

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-21646(P2016-21646)

(22)【出願日】2016年2月8日

(62)【分割の表示】特願2014-139443(P2014-139443)の分割

【原出願日】2011年4月18日

(31)【優先権主張番号】10-2010-0035255

(32)【優先日】2010年4月16日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2010-0035347

(32)【優先日】2010年4月16日

(33)【優先権主張国】KR

(71)【出願人】

【識別番号】506414749

【氏名又は名称】コー・ヤング・テクノロジー・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】權 達 顔

【テーマコード（参考）】

2F065

5B057

【Ｆターム（参考）】

2F065AA03

2F065AA20

2F065AA24

2F065AA53

2F065BB01

2F065CC25

2F065CC28

2F065DD03

2F065FF04

2F065FF07

2F065FF09

2F065GG23

2F065GG24

2F065HH06

2F065HH13

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065LL12

2F065QQ13

2F065QQ29

2F065QQ31

2F065QQ33

2F065QQ42

2F065QQ43

5B057AA03

5B057BA02

5B057CA08

5B057CA13

5B057CA16

5B057CB08

5B057CB13

5B057CB16

5B057CC01

5B057DA07

5B057DB03

5B057DB09

5B057DC23

5B057DC36

(57)【要約】

【課題】領域区別方法及びそれを用いた３次元形状測定方法を提供する。
【解決手段】このような３次元形状測定方法は測定対象物が配置された基板に向かって光を照射し測定対象物が配置された基板から反射された光を受光してイメージを取得し、取得されたイメージの検査領域のうち、測定対象物が位置するオブジェクト領域と検査領域のうちオブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを設定し、測定対象物が配置された基板に向かってパターン光を照射し測定対象物が配置された基板から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得し取得されたパターンイメージを用いて検査領域の各地点における測定対象物の高さを取得し、設定されたグラウンド領域の高さを測定対象物に対するグラウンド高さに設定することを含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物が配置された基板に向かって少なくとも互いに異なる２つ以上の方向からそれぞれパターン光を照射し、前記測定対象物が配置された基板から反射された前記パターン光を受光して、互いに異なる２つ以上のパターン光イメージを取得し、
前記パターン光イメージのそれぞれについて、検査領域のうち、前記測定対象物が位置するオブジェクト領域と前記検査領域のうち前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを設定し、
前記パターン光イメージのそれぞれの前記グラウンド領域の各地点の位相を平均してグラウンド位相を取得し、前記オブジェクト領域の各地点の位相から前記グラウンド位相を差し引きして前記オブジェクト領域の位相をシフトさせることによって、前記パターン光イメージのそれぞれの前記グラウンド領域の位相を互いに一致させ、
前記パターン光イメージを用いて前記検査領域の各地点の高さを取得し、前記設定されたグラウンド領域の高さを前記測定対象物に対するグラウンド高さに設定すること、
を含み、
前記パターン光イメージのそれぞれの前記グラウンド領域の位相を互いに一致させた後に、前記パターン光イメージそれぞれの位相の左側と右側に発生したエラーを除去し、影領域を除去することを特徴とする３次元形状測定方法。

【請求項2】

前記パターン光イメージの検査領域のうち前記測定対象物が位置する前記オブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いた前記グラウンド領域とを設定することは、
前記パターン光イメージから前記検査領域の各地点の強度を取得し、
前記強度を第１軸とし、前記強度に対応する各地点の個数を第２軸とするグレースケールヒストグラムを形成し、
前記グレースケールヒストグラムから前記オブジェクト領域及び前記グラウンド領域を設定すること、を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法。

【請求項3】

前記検査領域はＦＯＶであり、前記グラウンド領域はＦＯＶ内の全てのオブジェクトに対する共通グラウンド領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元形状測定方法。

【請求項4】

前記グレースケールヒストグラムから前記オブジェクト領域及び前記グラウンド領域を設定することは、
前記グレースケールヒストグラムで最小の個数範囲に対応する強度に対応する領域を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界領域に決定すること、または前記オブジェクト領域に決定された領域を前記境界領域に膨張させて形成される位置を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に設定することをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定方法。

【請求項5】

前記検査領域は少なくとも２つ以上の前記測定対象物が含まれるように設定され、前記グラウンド領域は前記２つ以上の測定対象物のうち一つの測定対象物に対するグラウンド領域に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の３次元形状測定方法。

【請求項6】

パターンを変化させながら基板に向かって、少なくとも互いに異なる２つ以上の方向からそれぞれパターン光を照射し、前記基板から反射されたパターン光を受光して互いに異なる２つ以上のパターン光イメージを取得し、
前記パターン光イメージのそれぞれのグラウンド領域の各地点の位相を平均してグラウンド位相を取得し、オブジェクト領域の各地点の位相から前記グラウンド位相を差し引きしてオブジェクト領域の位相をシフトさせることによって、前記パターン光イメージのそれぞれの前記グラウンド領域の位相を互いに一致させ、
前記パターン光イメージの各地点においての平均、最大値、最小値、モジュレーション、視認性、位相及び信号対雑音比のうちいずれか一つの結果画像を取得し、
前記結果画像からオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別すること、
を含み、
前記パターン光イメージのそれぞれの前記グラウンド領域の位相を互いに一致させた後に、前記パターン光イメージそれぞれの位相の左側と右側に発生したエラーを除去し、影領域を除去することを特徴とする領域区別方法。

【請求項7】

前記オブジェクト領域とグラウンド領域とを区別することは、各方向から取得された前記結果画像の論理積画像、論理合画像及び論理合領域から論理積領域を差し引きした画像のうち少なくとも一つ以上の合成画像を生成して前記オブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを区別することを含むことを特徴とする請求項６に記載の領域区別方法。

【請求項8】

測定対象物の表面粗さによって、非パターン光源またはパターン光源のうちどれを用いるかを判断し、
前記測定対象物の表面の粗さが既設定値より低い場合、非パターン光源の光を照射し前記測定対象物から反射された光を受光して非パターンイメージを取得し、前記非パターンイメージの検査領域のうち、前記非パターンイメージに基づいて前記測定対象物が位置するオブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを区別し、
前記測定対象物の表面の粗さが既設定値より高い場合、互いに相異した二つ以上の方向からパターン光源をシフトさせながら前記測定対象物に向かってパターン光を照射し、前記測定対象物から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得し、前記取得されたパターンイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別すること、
を含むことを特徴とする領域区別方法。

【請求項9】

前記非パターンイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別することは、
検査領域の各地点の強度を取得し、前記強度を第１軸とし該当強度に対応する各地点の個数を第２軸とするグレースケールヒストグラムを形成した後、前記グレースケールヒストグラムからオブジェクト領域とグラウンド領域との境界を取得することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の領域区別方法。

【請求項10】

前記非パターン光源の方向は前記測定対象物に対して垂直方向に照射されることを特徴とする請求項８に記載の領域区別方法。

【請求項11】

基板に向かって複数のパターン光を照射し、前記基板から反射されたパターン光を受光してパターン光イメージを取得し、
前記パターン光イメージを併合して併合イメージを生成し、
前記併合イメージから検査領域の各地点の高さに対応する位相を取得し、
位相を第１軸とし、前記位相に対応する各地点の個数を第２軸とする位相ヒストグラムを形成し、
前記取得されたパターン光イメージを用いて前記検査領域の各地点の高さを取得し、
前記位相ヒストグラムから、表示される高低差に基づいて、オブジェクト領域と前記オブジェクト領域よりも低い高さを有するグラウンド領域とを区別し、
前記グラウンド領域の高さを測定対象物に対するグラウンド高さにすること、
を特徴とする３次元形状測定方法。

【請求項12】

前記検査領域は少なくとも２つ以上の前記測定対象物が含まれるように設定され、前記グラウンド領域は２つ以上の前記測定対象物のうち一つの前記測定対象物に対するグラウンド領域に設定されることを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状測定方法。

【請求項13】

前記検査領域はＦＯＶであり、前記グラウンド領域はＦＯＶ内の全てのオブジェクトに対する共通グラウンド領域であることを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状測定方法。

【請求項14】

前記測定対象物は上部面が平坦な形状であることを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状測定方法。

【請求項15】

前記位相ヒストグラムからオブジェクト領域及びグラウンド領域を設定することは、
前記位相ヒストグラムにおいて最小の個数範囲に対応する強度に対応する領域を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界領域に決定すること、または前記オブジェクト領域に決定された領域を前記境界領域に膨張して形成される位置を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に設定することをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の３次元形状測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は領域を区別する方法及びその方法を用いた３次元形状測定方法に関し、より詳細には、モアレパターンを用いた位相シフト方式を用いた３次元形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子装備は目立つ発展をなりつつあり、漸次軽量化、小型化が進行されている。従って、電子装備などの製造工程で欠陥が発生する可能性が増大しており、これを検出するための装備もそれに合わせて改良されている。

【0003】

最近、３次元形状測定技術は光学分野のみならず、その応用分野を多様な範囲に拡張している。このような分野の要求を満足させることのできる３次元形状測定技術として過去には３次元座標測定器（ＣＣＭ）を用いた接触式測定法があったが、光学理論に基づいた非接触式３次元形状測定技術に対する活発な研究が進行されつつある。

【0004】

代表的な非接触式測定法の一つであるモアレ現象を用いた３次元形状測定方法は、位相をシフトした格子パターンを照射してｘｙ平面上の各地点の高さを検出することで、３次元形状を測定する。

【0005】

より詳細には、測定領域（ＦＯＶ）に格子パターンを照射し、測定対象物が形成された検査領域（ＲＩＯ）を照射する。ところで、基板の反り（warpage）などがある場合、対象
物の実際の位置はＣＡＤ上の位置と一致しなくて、検査の正確性が低下する問題点があった。

【0006】

特に、図１のように複数のバンプを有する半導体のためのプリント回路基板などを測定する場合にはパターン（Ｐ）と接続されたソルダ（Ｓ）、即ち、測定対象物が密に配置されているのでオブジェクト領域と、オブジェクト領域外郭の底（グラウンド）領域（Ｂ）とを区別するのが容易ではない。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従って、本発明が解決しようとする課題は、検査時の正確性を向上させることができる領域を区別する方法を提供することにある。

【0008】

また、本発明が解決しようとする課題は前記した方法を用いる３次元形状測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一実施形態による３次元形状測定方法は、測定対象物が配置された基板に向かって光を照射し前記測定対象物が配置された基板から反射された光を受光してイメージを取得し、前記取得されたイメージの検査領域のうち、前記測定対象物が位置するオブジェクト領域と前記検査領域のうち前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを設定するし、前記測定対象物が配置された基板に向かってパターン光を照射し前記測定対象物が配置された基板から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得し、前記取得されたパターンイメージを用いて前記検査領域の各地点の高さを取得し、前記設定されたグラウンド領域の高さを前記測定対象物に対するグラウンド高さに設定すること、を含む。

【0010】

この際、前記３次元形状測定方法は測定対象物が配置された基板に向かって光を照射し前記測定対象物が配置された基板から反射された光を受光してイメージを取得することにおいて、前記光の照射方向は前記測定対象物に対して垂直方向に照射されてもよい。

【0011】

前記３次元形状測定方法は反射鏡を用いて前記測定対象物に対して垂直方向になるように光の照射方向を調節することができる。

【0012】

この際、前記取得されたイメージの検査領域のうち前記測定対象物が位置する前記オブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いた前記グラウンド領域設定すること、前記イメージから前記検査領域の各地点の強度を取得し、前記強度を第１軸とし、前記強度に対応する各地点の個数を第２軸とするグレースケールヒストグラムを形成し、前記グレースケールヒストグラムから前記オブジェクト領域及び前記グラウンド領域を設定すること、を含んでいてもよい。

【0013】

前記検査領域はＦＯＶ（Field Of View）であり、前記グラウンド領域はＦＯＶ内の全
てのオブジェクトに対する共通グラウンド領域である。

【0014】

この際、前記グレースケールヒストグラムから前記オブジェクト領域及び前記グラウンド領域を設定することは、前記グレースケールヒストグラムで最小の個数範囲に対応する強度に対応する領域を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に決定すること、または前記オブジェクト領域に決定された領域を前記境界領域に膨張させて形成される位置を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に設定することをさらに含んでいてもよい。

【0015】

前記検査領域は少なくとも２つ以上の前記測定対象物が含まれるように設定され、前記グラウンド領域は前記２つ以上の測定対象物のうち一つの測定対象物に対するグラウンド領域に設定してもよい。

【0016】

本発明の他の実施例による領域区別方法は、パターンを変化させながら基板に向かってパターン光を照射し、前記基板から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得し、前記取得されたパターンイメージの各地点においての平均、最大値、最小値、モジュレーション、視認性、位相及び信号対雑音比のうちいずれか一つの結果画像を取得し、前記結果画像からオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別すること、を含む。

【0017】

この際、前記パターンを変化させながら基板に向かってパターン光を照射し、前記基板から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得することは、少なくとも互いに異なる２つ以上の方向からそれぞれパターン光を照射し、前記オブジェクト領域とグラウンド領域とを区別することは、各方向から取得された前記結果画像の論理積画像、論理合画像及び論理合領域から論理積領域を差し引きした画像のうち少なくとも一つ以上の合成画像を生成して前記オブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを区別する。

【0018】

本発明のさらに他の実施例による領域区別方法は、測定対象物の表面粗さによって、光源またはパターンのうちどれを用いるかを判断することと、前記測定対象物の表面の粗さが既設定値より低い場合、光源を照射し前記測定対象物から反射された光を受光してイメージを取得し前記取得されたイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別することと、前記測定対象物の表面の粗さが既設定値より高い場合、互いに相異した一つ以上の方向からパターンをシフトさせながら前記測定対象物に向かってパターン光を照射し、前記測定対象物から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得し、前記取得されたパターンイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別すること、を含む。

【0019】

この際、前記取得されたイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別することは、検査領域の各地点の強度を取得し、前記強度を第１軸とし前記強度に対応する各地点の個数を第２軸とするグレースケールヒストグラムを形成した後、前記グレースケールヒストグラムからオブジェクト領域とグラウンド領域との境界を取得することをさらに含んでいてもよい。

【0020】

前記光源方向は前記測定対象物に対して垂直方向に照射してもよい。

【0021】

本発明の他の実施例による３次元形状測定方法は、基板に向かって複数のパターン光を照射し、前記基板から反射されたパターン光を受光してパターンイメージを取得し、前記取得されたパターンイメージを併合してイメージを生成し、前記イメージから検査領域の各地点の強度を取得し、強度を第１軸とし、前記強度に対応する各地点の個数を第２軸とするグレースケールヒストグラムを形成し、前記取得されたパターンイメージを用いて前記検査領域の各地点の高さを取得し、前記グレースケールヒストグラムからオブジェクト領域及びグラウンド領域をオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別し、前記グラウンド領域の高さを前記測定対象物に対するグラウンド高さにすること、を含む。

【0022】

この際、前記検査領域は少なくとも２つ以上の前記測定対象物が含まれるように設定され、前記グラウンド領域は前記２つ以上の前記測定対象物のうち一つの前記測定対象物に対するグラウンド領域に設定される。

【0023】

前記検査領域はＦＯＶ（Field Of View）であり、前記グラウンド領域はＦＯＶ内の全
てのオブジェクトに対する共通グラウンド領域である。また、前記測定対象物は上部面が平坦な形状である。

【0024】

前記グレースケールヒストグラムからオブジェクト領域及びグラウンド領域を設定することは、前記グレースケールヒストグラムにおいて最小の個数範囲に対応する強度に対応する領域を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に決定すること、または前記オブジェクト領域に決定された領域を前記境界領域に膨張させて形成される位置を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に設定することをさらに含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、基板の反り、ソルダ形成位置の欠陥、ソルダの付けすぎ（オーバードーズ）または不足（アンダードーズ）などに起因した測定対象物の位置が不明確である場合、実際に測定された２次元イメージを用いて測定対象物と基板表面の境界を明確にしグラウンド領域測定された位相を平均してグラウンド位相の信頼度を向上させることで、３次元形状測定の正確性を向上させることができる。

【0026】

また、本発明によると、前記検査領域の位相は少なくとも２つ以上の方向から取得し、２つ以上の方向で取得された前記検査領域の位相で前記グラウンド領域の位相を一致させることで、検査の正確性を向上させ、また、２次元検査によって確定されたグラウンド領域を複数の方向から測定されたデータに活用して、それぞれの方向から取得された位相毎にオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別しないことにより、検査時間を短縮することができる。

【0027】

また、検査領域に測定対象物が密に配置されており、それぞれの測定対象物に対する検査領域の設定が容易でなく、またグラウンド領域の面積が狭くグラウンド領域に対する信頼性が低い場合であっても、本発明によると、測定領域全体でグラウンド領域の位相を取得して反復性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】半導体のバンプに対応するソルダである測定対象物が位置する場合を示す平面図である。

【図2a】モアレパターンをシフトすることによって３次元形状を測定する測定装置の撮影部で撮影される測定領域を示す平面図である。

【図2b】測定領域が検査領域と同一である場合、複数の測定対象物が形成される測定領域を示す平面図である。

【図3】測定対象物の表面が滑らかな場合、図２ａに示されたＩ−Ｉ’線の断面図である。

【図4】図３の測定対象物の位相図面である。

【図5】図４に示す位相を補正した位相図面である。

【図6】強度に対応する頻度数のグレースケールヒストグラムを示す図面である。

【図7a】ノイズ除去の前の状態で位相に対応する頻度数の位相ヒストグラムを示す図面である。

【図7b】ノイズ除去の後の状態で位相に対応する頻度数の位相ヒストグラムを示す図面である。

【図8】多様なパターン光照射方向による結果画像を示す図面である。

【図9】一つのパターン光照射方向による結果画像を示す図面である。

【図10】一つのパターン光照射方向による結果画像を示す図面ある。

【図11】一つのパターン光照射方向による結果画像を示す図面である。

【図12】図８乃至図１１の結果画像の論理合領域を示す図面である。

【図13】図８乃至図１１の結果画像の論理積領域を示す図面である。

【図14】図１２に示す論理合領域から図１３に示す論理積領域を差し引きして取得されたオブジェクト領域とグラウンド領域との境界領域を示す図面である。

【図15】測定対象物の上部表面が粗い場合、図２ａに示すＩ−Ｉ‘線の断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0029】

本発明は多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができる。ここでは、特定の実施例を図面に例示し本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定した開示形態に対して限定するのではなく、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こととして理解されるべきである。

【0030】

第１、第２などの用語は多用な構成要素を説明するに用いられるが、前記構成要素は前記用語によって限定解釈されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみとして用いられる。例えば、本発明の権利範囲を外れることなく第１構成要素を第２構成要素ということができ、類似に第２構成要素も第１構成要素ということができる。

【0031】

本出願において使用した用語は単なる特定の実施例を説明するために用いられるもので、本発明を限定しようとする意図で用いられるものではない。単数の表現は文脈上明白に示さない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書に記載された特徴、数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたのが存在することを意味し、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないこととして理解されるべきである。

【0032】

特別に定義しない限り、技術的、科学的用語を含んで本明細書で用いられる全ての用語は、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的に理解される用語と同一の意味を有する。

【0033】

一般的に使用される辞書に定義されている用語と同じ用語は関連技術の文脈上有する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、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。

【0034】

以下、本発明の理解のために、モアレパターンを用いた位相シフト方式による３次元形状測定方法を簡単に説明する。

【0035】

モアレパターンを用いた位相シフト方式では光を格子パターンに通して格子柄イメージを測定対象物に照射し、測定対象物から反射される格子イメージを撮影して３次元形状を測定する。

【0036】

この際、基板表面の各位置をｘｙ平面と仮定し、各ｘｙ座標値に対応する光の強度（インテンシティ）Ｉ_ｋは下の数式１で表すことができる。

【数1】

【0037】

この式において、Ｉ_ｋは測定光の強度、ＡはＩ_ｋの平均値、Ｂは変調（モジュレーション）である。例えば、４−バケットアルゴリズムの場合、下添え字_ｋは１、２、３及び４を有することができ、 δ_１、δ_２、δ_３、δ_４はそれぞれπ/２、 π、３、 π/２を示す
。

【0038】

このような数式１の位相値ΦはI_１、I_２、I_３及びI_４を用いて次の数式２のように表すことができる。

【数2】

一方、次の数式３のように、数式２に示す位相Φは高さｈと比例する。

【数3】

【0039】

数式３において、Ａはモアレ等価波長である。
以上の数式を用いて、各ｘｙ座標値に対応する位相値は、まず、対象物に反射される格子パターンから取得された強度Ｉ_ｋから求め、このような位相値を用いてｘ、ｙ座標値に対応する高さを求めることで測定対象物の３次元形状を測定ことができる。

【0040】

図２ａはモアレパターンをシフトすることによって３次元形状測定装置の撮影部で撮影される測定領域を示す平面図である。図２ｂは測定領域が検査領域と同一である場合、複数の測定対象物が形成される測定領域を示す平面図である。図３は測定対象物の表面が滑らかな場合、図２ａに示されたＩ−Ｉ’線の断面図である。

【0041】

図２ａ及び図３を参照すると、一般的に、撮影部で撮影される測定領域１００には複数の検査領域１１０が含まれ、各検査領域１１０は測定対象物が形成されたオブジェクト領域１１１とオブジェクト領域１１１外郭のグラウンド領域１１２を含む。一方、図２ｂに示すように、検査領域１１０は図２ａの測定領域１００と実質的に同一であってもよく、検査領域１１０内に複数の測定対象物にそれぞれ対応する複数のオブジェクト領域１１１を含んでいてもよい。例えば、このような複数のオブジェクト領域１１１にそれぞれ対応する測定対象物は以後説明するコイン型のバンプであってもよい。

【0042】

一方、格子パターンは図３に示すように、例えば、第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２に、測定対象物０に傾斜方向に照射される。このため、測定対象物の３次元形状が正確に測定できない場合が発生する。より詳細に説明すると、第１方向Ｄ１に格子パターンを測定対象物０に照射する場合、測定対象物０の右側に影領域が発生し、反対に第２方向Ｄ２に格子パターンを照射する場合、測定対象物０の左側に影領域が発生する。このような影領域に対応する測定対象物０の一部の３次元形状を正確に測定するために、測定対象物０の両側で位相を測定する。一方、検査の正確性を向上するために格子パターンを二つ以上の方向に照射することもできる。

【0043】

図４は図３の測定対象物の位相図面であるである。

【0044】

図４を参照すると、図３の第１方向Ｄ１に格子パターンを照射することで測定された位相は右側にエラーＳ１が発生し、第２方向Ｄ２に格子パターンを照射することで測定された位相は左側にエラーＳ２が発生し得る。従って、このように測定対象物の両方向から観測された位相を補正し、オブジェクト領域を明確にすることで、測定対象物の正確な高さを測定することができる。

【0045】

一方、モアレパターンを用いた位相シフト法は絶対的な高さではなく相対的な高さが測定されるので、図４に示すように、第１方向Ｄ１で測定されたグラウンド領域の位相に対応するグラウンド位相（Φ_Ａ）と第２方向Ｄ２で測定されたグラウンド領域の位相に対応するグラウンド位相（Φ_Ｂ）とが互いに相異であり得るので、これを補正することが必要である。

【0046】

これを補正するために、まず、測定領域１００の一部である検査領域１１０のうち、測定対象物が位置するオブジェクト領域１１１と前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域１１２とを区別する必要がある。

【0047】

その後、グラウンド領域の各地点ｘ、ｙの位相を平均してグラウンド位相を取得し、オブジェクト領域の各地点ｘ、ｙの位相から前記グラウンド位相を差し引きして前記オブジェクト領域の位相をシフトさせる。このように両方向で測定されてグラウンド位相にシフトされた二つの位相で影領域を除去することで図５に示す位相ダイアグラムを取得し、前記数式３を用いて各地点ｘ、ｙの高さを求めて測定対象物の３次元形状を測定する。

【0048】

本発明の一実施例によると、オブジェクト領域とグラウンド領域とを区別するために、測定対象物が形成された基板の２次元イメージを取得する。即ち、オブジェクト領域とグラウンド領域とを区別するために、前記検査領域の各地点の強度を測定する。このような２次元イメージは、例えば、白色の単色イメージであっても、複数のカラーイメージであってもよいのである。

【0049】

これのために、まず、基板上に特徴値（例えば、配線パターンの特異な形状など）を用いてレファレンスデータと２次元イメージとの間の歪曲に対する定量的補償を通じて検査領域設定を正確にするための、パッドレポランシング（Pad Referencing）過程を選択的に行うこともできる。即ち、設計や製造データを用いて以後説明する白色の単色イメージまたは複数のカラーイメージからオブジェクト領域を臨時に確定した後、より正確なオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別することもできる。以上説明したように、パッドレポランシング過程を行う場合、オブジェクト領域とグラウンド領域の位置をまず知ることができるので、オブジェクト領域とグラウンド領域を区別するに必要な時間を短縮することができる。

【0050】

まず、白色の単色イメージを用いたオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別する方法を説明する。

【0051】

まず、白色光を検査領域または測定領域に照射し、前記検査領域の各地点の強度を取得する。測定領域全体において強度を取得することが望ましい。このように測定領域全体のグラウンド位相を計算するための測定領域全体の強度を取得した場合、測定領域内部の他の検査領域を検査する場合、同一のグラウンド位相を適用することができるので反復性が向上できる。さらに、検査領域内でオブジェクト領域がグラウンド領域に比べて相当大きい場合、グラウンド領域のグラウンド位相の正確性が低下することがあるが、測定領域全体のグラウンド位相を測定すると、より正確な位相を適用ことができる。

【0052】

以後、強度を第１軸とし該当強度に対応する各地点の個数を第２軸とすることでグレースケールヒストグラムを形成した後、前記グレースケールヒストグラムを用いて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界を取得する。

【0053】

まず、測定領域の各地点の強度を取得するために、前記測定対象物の上部に向かって光
を照射し、前記測定対象物から反射された光を受光して測定領域の各地点の強度を測定する。

【0054】

一方、測定対象物に光を照射するとき、測定領域全体に均等に光を照射できるようにすることが重要である。測定対象物から反射される光が均等でなく一部分のインテンシティが高かったり低かったりする場合、正確度が劣れるからである。

【0055】

これを避けるために、光の照射方向が測定対象物に対して垂直するように調節することができる。

【0056】

一つの方法として、測定対象物、受光部及び光源が垂直する同軸線上にあるように配置することができ、測定領域上部で同心円に配置された光源から測定領域に向かって光を照射することができ、またはドーム形態に配置された光源から測定領域に向かって光を照射することもできる。一方、光源を即部に配置し反射鏡を用いて光の照射方向が測定対象物に対して垂直するように調節することができる。

【0057】

このように測定された測定領域の各地点ｘ、ｙの強度を用いてイ強度を第１軸とし、該当強度に対応する各地点の個数の第２軸としてグレースケールヒストグラムを形成する。

【0058】

図６は強度に対応する頻度数を示すグレースケールヒストグラムの図面であり、図７は位相に対応する頻度数を示す位相ヒストグラムの図面である。

【0059】

図６を参照すると、例えば、強度の低いＡ領域と強度の高いＢ領域のうちいずれか一つはオブジェクト領域に対応し、他の一つはグラウンド領域に対応する。測定対象物の反射率がグラウンド領域より高い場合、例えば、ＰＣＢ基板（グラウンド領域）にソルダ（測定対象物）が形成された場合には測定対象物の強度が高く、グラウンド領域の強度が低い。この場合にはＡ領域がグラウンド領域に対応し、Ｂ領域がオブジェクト領域に対応する。反面、測定対象物反射率がグラウンド領域より低い場合には測定対象物の強度が低く、グラウンド領域の強度が高い場合にはＢ領域がグラウンド領域に対応しＡ領域がオブジェクト領域に対応する。

【0060】

この場合、強度の低いＡ領域と強度の高いＢ領域との間に頻度数が少ないＣ領域がオブジェクト領域とグラウンド領域との境界部に対応することができる。

【0061】

一方、測定対象物を形成するためのＣＡＤデータまたはステンシルの開口部のエッジ（edge）に対応する領域がオブジェクト領域とグラウンド領域との境界に対応することができる。

【0062】

図７ａを参照すると、レファレンスデータの位置情報とオブジェクト領域の大きさと周辺の相関関係を考慮して位相のノイズを除去する段階をさらに含むことができる。レファレンスデータによる位置情報によってＰＣＢ基板などで配線パターンなどを連結するためのホール及びプリント回路基板表面にシルクスクリン印刷方法で形成されるシルクスクリンパターン領域及びＯＣＲ領域は除去する。ホールには光が反射されなくシルクスクリンパターン領域及びＯＣＲ領域に光がサチュレイション（saturation）されてノイズとして作用するようになる。他にも、周辺の相関関係、即ち、周辺に比べて急な変化のある領域は除去するノイズとみなされる。

【0063】

図７ｂを参照すると、このように前記グレースケールヒストグラムで最小の個数範囲の強度に対応する領域を前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界に決定し、グラウンド領域を決定した後、グラウンド領域Ａ’の位相を平均してグラウンド位相を取得する。または、影領域を考慮してオブジェクト領域を膨張させてオブジェクト領域とグラウンド領域との新しい境界に確定し、グラウンド領域を決定した後、グラウンド領域Ａ’の位相を平均してグラウンド位相を取得することもできる。

【0064】

一方、前記グレースケールヒストグラムから前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界を取得するために、０ｔｓｕアリゴリズムを用いて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界を決定するか、または０ｔｓｕアリゴリズムを用いて取得した前記オブジェクト領域を膨張させて新しい境界を設定してこの新しい境界で決定されるグラウンド領域の位相を平均してグラウンド位相を取得することもできる。

【0065】

０ｔｓｕアリゴリズムで、オブジェクト領域とグラウンド領域との境界を決定する方法を詳細に説明すると、まず、オブジェクト領域とグラウンド領域との境界値Ｔを推定する。例えば、オブジェクト領域とグラウンド領域との境界値Ｔを推定するためにＣＡＤデータが使用されても、前述したグレースケールヒストグラムで最小の頻度数を有する領域が使用されてもよいのである。

【0066】

次に、推定された境界値Ｔによってオブジェクト領域Ｇ１とグラウンド領域Ｇ２の２つのグループに分けて、オブジェクト領域の平均強度ｍ１を求め、グラウンド領域の平均強度ｍ２を求める。

【0067】

このように求められたオブジェクト領域の平均強度ｍ１とグラウンド領域の平均強度ｍ２を用いて平均強度ｍ１と平均強度ｍ２との平均に対応する新しい境界値（Ｔ＝（ｍ１＋ｍ２）/２）を求め、現在境界値と前境界値との差異が、特定値（ε）より小さくなる時ま
で上の過程を繰り返す。

【0068】

このような方法は０ｔｓｕアリゴリズムの一例として、多様な０ｔｓｕアリゴリズムが適用されてもよいのである。

【0069】

本発明の他の実施例においてはオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別するために、複数のカラー光を測定領域に照射して複数のカラーイメージを取得する。例えば、赤色光、緑色光及び青色光を測定領域にそれぞれ照射した後、それぞれのカラー光に対応される赤色イメージ、緑色イメージ及び青色イメージを取得する。

【0070】

互いに異なる波長を有する赤色光、緑色光及び青色光を使用することによって、色収差によって測定領域内に赤色イメージ、緑色イメージ及び青色イメージの分布が互いに異なって示される。図１に示すソルダ及び配線パターンを除いたグラウンド領域を区別するために、材質によって区別できる色相情報のある色相情報マップを用いると容易にグラウンド領域Ｂを区別することができる。

【0071】

例えば、彩度マップを用いるとグラウンド領域ＢをソルダＳ及び配線パターンＰから容易に区別することができる。一般的に、測定対象物、例えば、ソルダＳは無彩色に近いので、彩度マップ上で０に近い値を有する領域をオブジェクト領域として判断することができる。例えば、図１においてソルダＳと配線パターンＰは無彩色を有する。従って、基板から無彩色を有する領域を削除すると基板からグラウンド領域Ｂを取得することができる。

【0072】

このような彩度マップを形成するために、取得されたカラーイメージに対する色座標変換を通じてカラー別色相、彩度及び明度などが含まれたＨＳＩ情報を取得する。このようなＲＧＢ情報からＨＳＩ情報に変換する過程は周知の方法を通じて実行できるので、これに対する詳細な説明は省略する。

【0073】

選択的に、取得されたカラーイメージに対する色座標変換をする前に取得されたカラーイメージにそれぞれアベレージフィルタを適用して彩度を緩和させる過程を行ってもよい。

【0074】

以後、前記ＨＳＩ情報の画素でカラー別彩度情報を用いて彩度マップを生成する。

【0075】

前記彩度マップは赤色イメージ、緑色イメージ及び青色イメージの各画素の彩度情報を用いて生成することができる。具体的に彩度マップは次の数式４を通じて算出された画素別彩度に基づいて生成することができる。

【数4】

【0076】

前記数式４において、Ｒは赤色イメージでの各ピクセルに対する彩度情報であり、Ｇは緑色イメージでの各ピクセルに対する彩度情報であり、Ｂは青色イメージでの各ピクセルに対する彩度情報である。

【0077】

前記数式４を通じて生成された彩度マップは０〜１の値を有し、１に近いほど原色であることを示す。このような方法を通じてグラウンド領域を確定し、グラウンド領域の位相を平均してグラウンド位相を取得することができる。

【0078】

前述した実施例は半導体工程のコイン型バンプのうち上面の滑らかなバンプに対応する測定対象物の場合に有利である。なぜなら、上面が平坦なコイン型バンプは、パッド上部に導電体を塗布させた後、硬化過程（reflow）後に電気的な接触特性を向上させるために物理的に押えて上部を平坦化させたもので、硬化過程（reflow）後上部を平坦化させたコイン型を検査する場合、光の反射率が大きくて反射率が相対的に低いグラウンド面との差異が明確して２次元イメージによってオブジェクト領域とグラウンド領域とが明確に区別されるからである。前述したリフロー工程後には傾面反射がさらに酷くなることがあり得るので区別がより明確である。

【0079】

本発明の他の実施例においてはオブジェクト領域とグラウンド領域とを区別するために、まず、互いに相異した一つ以上の方向で、パターンをシフトしながら前記測定対象物の上部から前記測定対象物に向かってパターン光を照射し、前記測定対象物から反射されたパターン光を取得する。この際、前記パターン光は測定対象物及び受光部と垂直する同軸線と一定の角度を成す。次に、前記パターンをシフトしながら前記測定対象物から反射されたパターン光の下の数式５で表現される平均Ａ、数式６で表現される最大値（Ｍａｘ）、数式７で表現される最小値（Ｍｉｎ）、数式８で表現されるモジュレーションＢ、数式９で表現される視認性、数式１０で表現される信号対雑音比ＳＮＲ及び前述した数式２で表現される位相のうちいずれか一つの演算を実行した結果である結果画像（またはパターンイメージを併合したイメージ）を取得する。

【数5】

【数6】

【数7】

【数8】

【数9】

【数10】

【0080】

上述された数式５乃至１０は数式１から取得される。

【0081】

次に、一つ以上の方向から取得された前記結果画像を用いるか、または前記結果画像の合成画像を取得した後、このような合成画像を用いてオブジェクト領域と前記オブジェクト領域外郭のグラウンド領域とを区別する。

【0082】

図８乃至図１１は多様なパターン光照射方向による結果画像を示す図面である。図１２は図８乃至図１１の結果画像の論理合領域を示す図面であり、図１３は図８乃至図１１の結果画像の論理積領域を示す図面である。図１４は図１２に示す論理合領域から図１３に示す論理積領域を差し引きして取得された、オブジェクト領域とグラウンド領域との境界領域を示す図面である。

【0083】

図８乃至図１１を参照すると、パターン光の照射方向Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって、例えば、影領域などによって測定対象物０の結果画像７００、８００、９００、１０００が相異に示されることがある。

【0084】

次に、図１２を参照すると、このような結果画像７００、８００、９００、１０００などを論理合して論理合画像１１００を形成する。ここで、「論理合」というのは数学的論理合ではなく、同一領域がグラウンド領域に表示される領域とオブジェクト領域に表示される領域のうち照射方向によってオブジェクト領域とグラウンド領域とで互いに相異に表現される場合、そのような領域はオブジェクト領域とすることを意味する。

【0085】

次に、図１３を参照すると、このような結果画像７００、８００、９００、１０００を論理積して論理積画像１２００を形成する。ここで、「論理積」というのは数学的論理積ではなく、同一領域がグラウンド領域に表示される領域とオブジェクト領域に表示される領域のうち照射方向によってオブジェクト領域とグラウンド領域とで互いに相異に表現される場合そのような領域はグラウンド領域とすることを意味する。

【0086】

図１４を参照すると、論理合画像１１０から論理積画像１２００を差し引きして取得された領域をオブジェクト領域とグラウンド領域との境界領域１３００にする。または、このような境界領域を外部に拡張し、拡張された境界領域外部をグラウンド領域に決定することもできる。

【0087】

以後、このように決定されたグラウンド領域の位相を平均して、グラウンド位相を取得する。

【0088】

本発明の例示的なさらに他の実施例によると、測定領域の一部である検査領域のうち、測定対象物が位置するオブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域を区別する領域区別方法によると、測定対象物の特性によって前述した２つの方法を平行する。

【0089】

より詳細には、まず前記測定対象物の表面粗さに合わせて前記測定対象物に光源を照射するか、パターン光を照射するかを判断する。

【0090】

図１５は図３と異なり、上部表面が粗い測定対象物を示す断面図である。図１５に示すように、測定対象物０の上部表面が粗い場合、基板のグラウンド面Ｂとの強度差異が小さくなる場合が発生し得る。例えば、ソルダのような測定対象物０は一般的に反射度が基板Ｂより大きくて強度が高く測定されるが表面が粗く形成されると表面で散乱されて測定される強度が高くない。この場合、測定対象物０とグラウンド領域の強度差異が大きくないので２次元イメージを用いた方法（即ち、強度を用いた方法）を適用すると正確性が劣れることがある。

【0091】

従って、この場合にはパターン光を照射する実施例を適用し、そうでない場合には光を照射する実施例を適用する。

【0092】

即ち、前記測定対象物の表面が既設定値より粗さが低い場合、光源を照射し、前記測定対象物から反射された光を受光してイメージを取得し前記取得されたイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別する。

【0093】

より詳細には、測定領域の各地点での強度を取得し、強度を第１軸とし該当強度に対応する各地点の個数を第２軸とするヒストグラムを形成した後、前記ヒストグラムから前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域との境界を取得する。または、前記検査領域に一つ以上のカラー光を照射してイメージを取得し、前記イメージの各地点で材質によって区別される色相情報を取得し取得された前記材質によって区別される色相情報のある色相情報マップを生成して前記色相情報マップを用いてグラウンド領域を区別する。

【0094】

反対に、測定対象物の表面が既設定値より粗さの高い場合、互いに相異した一つ以上の方向で、パターンをシフトしながら前記測定対象物の上部から前記測定対象物に向かってパターン光を照射し、前記測定対象物から反射されたパターン光を取得し、前記取得されたパターンイメージに基づいて前記オブジェクト領域と前記グラウンド領域とを区別する。

【0095】

より詳細には、前記パターンをシフトしながら前記測定対象物から反射されたパターン光の平均、最大値、最小値、モジュレーション、視認性、位相及び信号対雑音比のうちいずれか一つを用いて結果画像を取得し、一つ以上の方向から取得された前記結果画像の合成画像を取得した後、前記合成画像からオブジェクト領域と前記オブジェクト領域を除いたグラウンド領域とを区別する。

【0096】

以上で説明したように、本発明によると３次元形状測定の際、オブジェクト領域とグラウンド領域との区別を明確することができる。従って、多様な方向から測定されたグラウンド領域の位相を互いに一致させることで測定の精密度を向上させることができる。

【0097】

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

【符号の説明】

【0098】

１００ 測定領域
１１０ 検査領域
１１１ オブジェクト領域
１１２ グラウンド領域

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2016年3月9日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物が形成された基板に向かって複数の方向からそれぞれ照射されたパターン光によって、オブジェクト領域とグラウンド領域とを含む少なくとも一つの検査領域についての複数のパターン光の画像を取得することと、
前記検査領域に含まれる前記グラウンド領域について、前記複数のパターン光の画像の取得のたびに算出される第１グラウンド位相から一つの第２グラウンド位相を決定することと、
前記検査領域について、前記複数のパターン光の画像のうちの少なくとも一つで、前記第１グラウンド位相から前記第２グラウンド位相にシフトされた位相差だけ前記検査領域の各地点の位相をシフトし、前記シフトされた前記各地点の位相と前記第２グラウンド位相とから前記検査領域の各地点の高さを決定することと、
を含む３次元形状測定方法。