(57)【要約】【課題】形状測定装置および形状測定方法を提供すること。【解決手段】測定対象基板を支持するワークステージと、光源、格子イメージを生成するために光源から発生された光を透過及び遮光させる格子部および前記測定対象基板の測定対象物に前記格子イメージを結像させる投影レンズ部を含むパターン投影部と、前記測定対象基板の測定対象物で反射される格子イメージを撮像する撮像部と、ワークステージ、パターン投影部および撮像部を制御し、前記格子イメージの信頼性指数と測定対象物に対する格子イメージの位相を算出して、前記位相と前記信頼性指数を利用して測定対象物を検査する制御部と、を含む。したがって、測定精度を向上させる。【選択図】図１
2010271316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象基板を支持するワークステージと、
光源、格子イメージを生成するために前記光源から発生された光を透過及び遮光させる格子部、および前記測定対象基板の測定対象物に前記格子イメージを結像させる投影レンズ部を含むパターン投影部と、
前記測定対象基板の測定対象物で反射される前記格子イメージを撮像する撮像部と、
前記ワークステージ、前記パターン投影部および前記撮像部を制御し、前記格子イメージの信頼性指数と前記測定対象物に対する格子イメージの位相を算出して、前記位相と前記信頼性指数を利用して前記測定対象物を検査する制御部と、を含むことを特徴とする形状測定装置。 
【請求項２】
前記測定対象物がパッドである場合、前記信頼性指数を利用して前記パッドの表面を検査することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記パッドは、外部機器と電気的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記信頼性指数は、信号強度、可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）、および信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）のうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記信頼指数が設定値の範囲から外れる場合、前記制御部は、前記パッドを不良と判断することを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記測定対象基板の測定対象物を検査するための補助光源を更に含み、
前記制御部は、前記パッドの信頼性指数が正常であると判断されても、前記補助光源で発生された光が前記パッドにより反射され、２次元イメージを形成するために前記撮像部により撮像された場合に前記パッドは前記２次元イメージにおいて不良であると判断することを特徴とする請求項５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
特定の回数だけ格子を移動させながら、測定対象物で反射された格子イメージを取得し、
前記格子イメージを利用して前記格子イメージの信号強度、可視度、および信号対雑音比のうち、少なくとも一つを信頼性指数として取得し、
前記測定対象物が外部機器と電気的に接続するパッドである場合には、前記信頼性指数が設定値の範囲である場合、前記パッドを良好と判断し、前記信頼性指数が設定値の範囲から外れる場合、前記パッドを不良と判断すること、を含むことを特徴とする形状測定方法。
【請求項８】
複数の方向から格子パターン光のそれぞれをＮ回変化させながら測定対象物に照射して、前記測定対象物から反射される前記格子パターン光を検出し、前記各方向に対する前記測定対象物のＮ個のパターン画像を取得し、
前記パターン画像からＸ−Ｙ座標系の各位置｛ｉ（ｘ，ｙ）｝に対応する前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝および輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝を抽出し、
前記輝度をパラメータとする加重関数を利用して前記各方向に対する高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を抽出し、
前記各方向に対する位相に基づいた高さおよび前記高さ加重を利用して前記各方向に対する加重高さ｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）・Ｈｉ（ｘ，ｙ）｝を計算し、前記加重高さを加算して前記各位置に対する高さ｛ΣＷｉ（ｘ，ｙ）・Ｈｉ（ｘ，ｙ）／ΣＷｉ（ｘ，ｙ）｝を計算すること、を含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項９】
前記輝度は、前記検出された格子パターン光を平均することにより得られた平均輝度であることを特徴とする請求項８に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１０】
前記加重関数は、
前記各方向に対するパターン画像から抽出された前記各方向に対する可視度および信号対雑音比のうち、少なくとも一つをパラメータとして更に用いることを含むことを特徴とする請求項９に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１１】
前記加重関数は、
前記各方向に対するパターン画像から抽出された前記格子パターン光のそれぞれにおける格子ピッチの測定範囲（λ）をパラメータとして更に用いることを含むことを特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１２】
前記測定範囲は、格子パターン光に応じた少なくとも二つ値を有す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】
前記加重関数は、
前記平均輝度が所定値から増加するか減少する時、前記高さ加重値を減少させることを特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１４】
前記所定値は、前記平均輝度の中間値であることを特徴とする請求項１３に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１５】
前記加重関数は、
前記可視度または前記信号対雑音比が増加する時、前記高さ加重値を増加させることを特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１６】
前記加重関数は、
前記測定範囲が増加する時、前記高さ加重値を減少させることを特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。 
【請求項１７】
前記高さ加重値を抽出することは、
前記パターン画像を影領域、飽和領域、および非飽和領域に区分することを含み、
前記影領域は、前記平均輝度が最小輝度以下であり、前記可視度または前記信号対雑音比が最小基準値以下である領域であり、
前記飽和領域は、前記平均輝度が最大輝度以上であり、前記可視度または前記信号対雑音比が最小基準値以下の領域であり、
前記非飽和領域は、前記影領域および前記飽和領域を除いた残りの領域であることを特徴とする請求項１０に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１８】
前記加重関数は、前記影領域および前記飽和領域における前記高さ加重値を「０」として計算することを特徴とする請求項１７に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１９】
前記非飽和領域に対応する前記加重関数は、
前記平均輝度が前記平均輝度の中間値から増加するか減少する時、前記高さ加重値を減少させ、
前記可視度または前記信号対雑音比が増加する時、前記高さ加重値を増加させ、
前記測定範囲が増加する時、前記高さ加重値を減少させることを特徴とする請求項１８に記載の３次元形状測定方法。
【請求項２０】
前記高さ加重値の合計は、「１」｛ΣＷｉ（ｘ，ｙ）＝１｝であることを特徴とする請求項８に記載の３次元形状測定方法。
【請求項２１】
複数の方向から格子パターン光のそれぞれをＮ回変化させながら測定対象物に照射し、前記測定対象物から反射される前記格子パターン光を検出し、前記各方向に対する前記測定対象物のＮ個のパターン画像を取得し、
前記パターン画像からＸ−Ｙ座標系の各位置｛ｉ（ｘ，ｙ）｝に対応する前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝および可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝を抽出し、
前記可視度をパラメータとして用いる加重関数を利用することにより前記各方向に対する高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を抽出し、
前記位相に基づいた高さに前記高さ加重値を乗算して前記各方向に対する加重高さ｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）・Ｈｉ（ｘ，ｙ）｝を計算し、前記加重値高さを加算して前記各位置における高さ｛ΣＷｉ（ｘ，ｙ）・Ｈｉ（ｘ，ｙ）／ΣＷｉ（ｘ，ｙ）｝を計算すること、を含むことを特徴とする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、形状測定装置および形状測定方法に関わり、より詳細には、測定の正確性を向上させることのできる形状測定装置および形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置は、より軽量化および小型化するために開発されてきた。よって、これら電子装置において欠陥が発生する可能性が増大しつつあり、これを検査するための装備も発展及び改良されつつある。
【０００３】
最近、３次元形状測定技術は、様々な技術分野において有効になりつつある。３次元形状測定技術として、接触法により３次元形状を検出する座標測定機（ＣＭＭ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｍａｃｈｉｎｅ）が利用されていたが、光学理論により３次元形状を検査する非接触法も開発されつつある。
【０００４】
ＭｅａｄｏｗｓとＴａｋａｓａｋｉは、１９７０年に代表的な非接触法の３次元形状検査方法である影式モアレ（ｓｈａｄｏｗ  Ｍｏｉｒｅ）法を開発した。影式モアレ法は、測定に用いる格子の大きさが測定対象物より大きくなければならないという問題があり、このような問題を解決するため、Ｙｏｓｈｉｎｏは投影モアレ（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｉｒｅ）法を開発した。また、Ｋｕｊａｗｉｎｓｋａは、測定解像度を向上させるように、３次元形状を検査するモアレ技術に対して光干渉を分析するために用いられる位相シフト法を適用して、モアレパターンの制限を排除した。
【０００５】
このような３次元形状測定技術はプリント回路基板の検査に利用して、精度の向上が試みられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、２次元形状と３次元形状とを同時に測定することができ、測定の精度を向上させることが可能な、形状測定装置を提供する。
【０００７】
本発明の実施形態は、２次元形状と３次元形状とを同時に測定することができ、測定の精度を向上させることが可能な形状測定方法を提供する。
【０００８】
本発明のさらなる特徴は、以下の説明において説明され、その部分は説明から明らかにされるか、本発明の実施により確認される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る形状測定装置は、測定対象基板を支持するワークステージ（ｗｏｒｋ  ｓｔａｇｅ）と、光源、格子イメージを生成するために前記光源から照射された光を透過及び遮断する格子部および前記格子部の格子イメージを前記測定対象基板の測定対象物に結像させる投影レンズ部を含むパターン投影部と、前記測定対象基板の測定対象物で反射される前記格子イメージを撮像する撮像部と、前記ワークステージ、前記パターン投影部および前記撮像部を制御し、前記格子イメージの信頼性指数と前記測定対象物に対応する位相を算出して、前記位相と前記信頼性指数とを利用して前記測定対象物を検査する制御部と、を含む。
【００１０】
前記形状測定装置は、前記測定対象物がパッドである場合、前記信頼性指数を利用して前記パッドの表面を検査してもよい。前記パッドは、外部機器と電気的に接続されてもよい。前記信頼性指数は、信号強度、可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）、および信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）のうち、少なくとも一つであってもよい。前記制御部は、前記信頼性指数が設定値の範囲から外れる場合、前記パッドを不良と判断してもよい。前記形状測定装置は、前記測定対象基板の測定対象物を検査するための補助光源を更に含んでもよい。前記制御部は、前記信頼性指数が前記パッドを正常であることを示していたとしても、前記補助光源で生成された光が前記パッドによって反射され、二次元イメージを形成するために前記撮像部により撮像された２次元形状イメージにおいて前記パッドが不良と判定された場合、前記パッドを不良と判定してもよい。
【００１１】
本発明の他の実施形態に係る形状測定方法は、所定の回数だけ格子イメージをシフトさせながら、測定対象物で反射された格子イメージを取得し、前記格子イメージを利用して格子イメージに対する信号強度、可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）、および信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）のうち、少なくとも一つを含む信頼性指数取得し、前記測定対象物が外部機器と電気的に接続するパッドである場合には、前記信頼性指数が設定値の範囲である場合、前記パッドを良好と判断し、前記信頼性指数の範囲が設定値の範囲から外れる場合、前記パッドを不良と判断すること、を含む。
【００１２】
本発明の他の実施形態に係る３次元形状測定方法は、複数の方向から格子パターン光のそれぞれをＮ回変化させながら測定対象物に照射し、前記測定対象物から反射される前記格子パターン光を検出し、前記各方向に対して前記測定対象物のＮ個のパターン画像を取得し、前記パターン画像からＸ−Ｙ座標系の各位置｛ｉ（ｘ、ｙ）｝に対応する前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ、ｙ）｝および輝度｛Ａｉ（ｘ、ｙ）｝を抽出し、パラメータとして前記輝度を使用する加重関数を利用して前記各方向に対する高さ加重｛Ｗｉ（ｘ、ｙ）｝を抽出し、前記各方向に対する位相に基づいた高さおよび前記高さ加重値を利用して前記各方向に対する加重高さ｛Ｗｉ（ｘ、ｙ）・Ｈｉ（ｘ、ｙ）｝を計算し、前記加重高さを加算して前記各位置における高さ｛ΣＷｉ（ｘ、ｙ）・Ｈｉ（ｘ、ｙ）／ΣＷｉ（ｘ、ｙ）｝を計算すること、を含む。
【００１３】
前記輝度は、前記検出された格子パターン光を平均して得た平均輝度に対応してもよい。
【００１４】
前記加重関数は、パラメータとして前記各方向に対するパターン画像から抽出された前記各方向に対する可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）および信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）のうち、少なくとも一つを更に使用してもよい。
【００１５】
前記加重関数は、パラメータとして前記各方向に対するパターン画像から抽出された前記格子パターン光のそれぞれにおける格子ピッチに対応する測定範囲（λ）を更に使用してもよい。前記測定範囲は、前記格子パターン光に応じた少なくとも二つ値を有してもよい。
【００１６】
前記加重関数は、前記平均輝度が所定値から増加するか減少する時、前記高さ加重を減少させてもよい。前記所定値は、前記平均輝度の中間値であってもよい。
【００１７】
前記加重関数は、前記可視度または前記信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が増加する時、前記高さ加重を増加させてもよい。
【００１８】
前記加重関数は、前記測定範囲が増加する時、前記高さ加重を減少させてもよい。
【００１９】
各方向に対して前記高さ加重を抽出することは、前記パターン画像を影領域、飽和領域、および非飽和領域に区分することを含めてもよい。前記影領域は、前記平均輝度が最小輝度以下であり、前記可視度または前記信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が最小基準値以下であり、前記飽和領域は、前記平均輝度が最大輝度以上であり、前記可視度または前記信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が最小基準値以下であり、前記非飽和領域は、前記影領域および前記飽和領域を除いた残りの領域である。前記影領域および前記飽和領域における前記加重関数は、前記高さ加重値を「０」として計算してもよい。前記非飽和領域に対応する前記加重関数は、前記平均輝度が前記平均輝度の中間値から増加するか減少する時、前記高さ加重を減少させてもよく、前記可視度または前記信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が増加する時、前記高さ加重を増加させてもよく、前記測定範囲が増加する時、前記高さ荷重を減少させてもよい。
【００２０】
前記高さ加重の合計は、「１」｛ΣＷｉ（ｘ、ｙ）＝１｝であってもよい。
【００２１】
本発明の他の実施形態に係る３次元形状測定方法は、複数の方向から格子パターン光のそれぞれをＮ回変化させながら測定対象物に照射し、前記測定対象物から反射される前記格子パターン光を検出し、前記各方向に対する前記測定対象物のＮ個のパターン画像を取得し、前記パターン画像からＸ−Ｙ座標系の各位置｛ｉ（ｘ、ｙ）｝に対応する前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ、ｙ）｝および可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）｛Ｖｉ（ｘ、ｙ）｝を抽出し、パラメータとして前記可視度を使用する加重関数を利用して前記各方向に対する高さ加重｛Ｗｉ（ｘ、ｙ）｝を抽出し、前記位相に基づいた高さに前記高さ加重値を乗算して前記各方向に対する加重高さ｛Ｗｉ（ｘ、ｙ）・Ｈｉ（ｘ、ｙ）｝を計算し、前記加重高さを加算して前記各位置における高さ｛ΣＷｉ（ｘ、ｙ）・Ｈｉ（ｘ、ｙ）／ΣＷｉ（ｘ、ｙ）｝を計算すること、を含む。
【００２２】
本発明によれば、二次元形状イメージのために追加データを要求することがないように、二次元形状イメージは測定した三次元データを利用して得られてもよい。
【００２３】
さらに、二次元形状イメージと三次元形状イメージを共に用いて双方を測定する場合、プリント回路基板の欠陥は効率的に検査される。
【００２４】
また、各方向において撮影した前記パターン画像から平均輝度、可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）、または信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）、及び測定範囲を抽出し、抽出結果に応じて高さ荷重を判断することにより、影領域及び飽和領域を含む合計領域における測定対象物の各位置の高さをより精確に測定することができる。
【００２５】
上述した一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例かつ説明例であり、本発明の更なる説明を提供することを目的とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、３次元形状測定データを利用して２次元形状を測定することになるため、２次元形状測定するための追加データを収集しなければならないなどの無駄な要素を除去することができる。
【００２７】
また、２次元形状と３次元形状のデータとを共に測定してプリント回路基板などの欠陥をより効率的に検査することができる。また、２次元形状の輝度を利用して検査精度をより向上させることができる。
【００２８】
また、平坦な金属面からなるため、カメラが受信する値の飽和によって位相の測定が容易でないパッド部の場合にも、信頼性指数を利用して容易に不良可否を検査することができる。
【００２９】
また、各方向で撮影されたパターン画像から平均輝度、可視度、または信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）、そして測定範囲を抽出し、抽出された結果により高さ加重値を決めることによって、影領域および飽和領域を含むすべての領域で測定対象物の各位置による高さをより正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示す概略的な側面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る形状測定装置を示す概略的な平面図である。
【図３】図１で示した測定対象基板を示す平面図である。
【図４】本発明に係る３次元イメージを測定する形状測定装置を示す図である。
【図５】本発明に係る２次元イメージを測定するための原理を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る３次元形状測定方法に用いられる３次元形状測定装置を示す概略図である。
【図７】図６において測定対象物に照射された格子パターン光による格子パターンイメージを示す平面図である。
【図８】格子パターン光が右側から測定対象物に照射される時のカメラに測定された画像を示す平面図である。
【図９】格子パターン光が左側から測定対象物に照射される時のカメラに測定された画像を示す平面図である。
【図１０】カメラに測定されたパターン画像の平均輝度と加重値との関係を示すグラフである。
【図１１】カメラに測定されたパターン画像の可視度またはＳＮＲと加重値との関係を示すグラフである。
【図１２】カメラに測定されたパターン画像の測定範囲と加重値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は多様に変更することができ、多様な形態を有することができるが、ここでは、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。但し、ここでの記載は、本発明を特定の開示形態に限定するものではなく、本発明の権利範囲は、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を理解すべきである。
【００３２】
第１、第２、第３等の用語は、多様な構成要素を説明するために使用されるが、構成要素は用語によって限定されない。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としてのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなしに、第１構成要素は第２構成要素と称されてもよく、同様に第２構成要素も第１構成要素に称されてもよい。
【００３３】
本出願において用いた用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであって、本発明を限定するのではない。単数の表現は、文脈上、明白に相違が示されない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを意図するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又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ことを理解しなければならない。
【００３４】
なお、異なるものとして定義しない限り、技術的であるか科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、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によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に用いられる辞典に定義されているもののような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有することと解釈すべきであり、本出願で明白に定義されない限り、異常的であるか過度に形式的な意味に解釈されない。
【００３５】
なお、異なるものとして定義しない限り、技術的であるか科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、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によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。一般的に用いられる辞典に定義されているもののような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有することと解釈すべきであり、本出願で明白に定義されない限り、異常的であるか過度に形式的な意味に解釈されない。
【００３６】
空間に関連する要件として、“下方に（ｂｅｎｅａｔｈ）”、“下方に（ｂｅｌｏｗ）”、“下側の（ｌｏｗｅｒ）”、“上側に（ａｂｏｖｅ）”、“上方の（ｕｐｐｅｒ）”等は、図に示される一つの要件又は特徴と他の要件又は特徴の関係を開示する説明を容易にするために、以下で使用される。空間に関連する要件は、図において表現される動作に加えて、使用中又は動作中の装置の異なる動作を含むことを理解すべきである。例えば、図において装置が回転すれば、他の要件又は特徴の“下方に（ｂｅｎｅａｔｈ）”又は“下方に（ｂｅｌｏｗ）”として表される要素は、その他の要件又は特徴の“上側に（ａｂｏｖｅ）”に配置される。このように、典型的な用語“下方に（ｂｅｌｏｗ）”は、“上側に（ａｂｏｖｅ）”及び“下方に（ｂｅｌｏｗ）”の両方向を含めることができる。装置は、他に配置される（９０°又は他方向に回転される）こと、及びここで用いられる空間に関連する記述は、適宜解釈される。
【００３７】
ここで用いられる技術用語は、特定の実施の形態のみを記述する目的であり、本発明を制限するものではない。ここで用いられる単数形“ａ”、“ａｎ”及び“ｔｈｅ”は、前後関係が明らかにされない限り、複数形も含むものとする。更に、用語“構成する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”及び／又は“構成する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”が本明細書において用いられる場合、規定された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を示すが、一つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、構成要素、及び／又はそのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００３８】
本発明の一実施の形態は、本発明の理想化した一実施の形態の概略図（中間構造）である断面図を参照して説明する。その結果として、図面の形状からの変形例は、例えば、製造技術、及び／又は、許容範囲が予想される。その結果、本発明の一実施の形態は、ここに図示した範囲の特定の形状に限定して解釈されるものではなく、例えば、製造から生じる形状から逸脱するものも含まれる。例えば、長方形として図示された挿入部は、一般的にその端部が非挿入部に挿入されてから二元変更されるよりむしろ、挿入部の円くなった、又は湾曲した特徴、及び／又は、勾配を有している。同様に、挿入により形成される埋設領域は、埋設領域と表面との間の領域で行われる挿入の結果である。図形において図示された領域は、事実上の概要であり、それらの形状は装置の領域の実質的な形状を図示することを目的とするものではなく、本発明の範囲を制限することを目的とするものではない。
【００３９】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態をより詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示す概略的な側面図である。
【００４０】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る形状測定装置１１００は、ワークステージ（ｗｏｒｋ  ｓｔａｇｅ）１１３０、パターン投影部１１１０、撮像部１１５０、および制御部１１４０を含む。更に、前記形状測定装置１１００は、第１補助光源１１６０および第２補助光源１１７０を更に含んでもよい。
【００４１】
前記ワークステージ１１３０は、測定対象物（Ａ）が配置された測定対象基板１１２０を支持する。また、前記ワークステージ１１３０は、測定対象物（Ａ）をｘ軸方向またはｙ軸方向に沿って移送させる。前記ワークステージ１１３０は、前記制御部１１４０により制御されて前記測定基板１１２０を適切な位置に移送した時、第１補助光源１１６０および第２補助光源１１７０が測定対象基板１１２０の測定対象物（Ａ）に向かって光を照射し、測定対象基板１１２０の識別マークを利用して測定対象基板１１２０の全体測定領域を設定する。
【００４２】
前記パターン投影部１１１０は、前記測定対象物(Ａ)に向かって格子イメージを投影する。前記形状測定装置１１００は、複数の前記パターン投影部１１１０が配置され、複数のパターン投影部１１１０は、前記測定対象基板１１２０の法線に対して特定の角度で前記測定対象基板１１２０に向かって格子イメージを照射するように配置される。また、複数のパターン投影部１１１０は、前記法線に対して対称的に配置されてもよい。それぞれの前記パターン投影部１１１０は、光源１１１１、格子部１１１２、および投影レンズ部１１１３を含む。例えば、２つのパターン投影部１１１０は、前記測定対象物（Ａ）に対して対称的に配置されてもよい。
【００４３】
前記光源１１１１は、前記測定対象物（Ａ）に向かって光を放射する。前記格子部１１１２は、前記光源１１１１により発生された光を利用することにより格子イメージを作成する。前記格子部１１１２は、光遮断領域（図示せず）と光透過領域（図示せず）を含む。前記光遮断領域は、前記光源１１１１により発生された光の一部を遮断し、前記光透過領域は、前記光の他の部分を透過する。前記格子部１１１２は、様々な形式に形成されてもよい。例えば、前記格子部１１１２は、光遮断領域と光透過領域をパターン化した格子をガラ板上に形成してもよい。また、液晶表示パネルを前記格子部１１１２として用いてもよい。
【００４４】
前記ガラス基板上に光遮断領域および光透過領域を有する格子を前記格子部１１１２として使用する場合は、前記形状測定装置１１００は、前記格子部１１１２を微細に移動させるためのアクチュエータ（図示せず）を更に含んでもよい。液晶表示パネルに表示される格子パターン前記格子部１１１２として使用する場合は、前記形状測定装置１１００はアクチュエータを必要としない。
【００４５】
前記投影レンズ部１１１３は、前記格子部１１１２の格子イメージを前記測定対象基板１１２０の測定対象物（Ａ）に結像させる。前記投影レンズ部１１１３は、例えば、複数のレンズを含み、前記格子部１１１２を通じて形成された格子イメージをフォーカシングして前記測定対象基板１１２０上の測定対象物（Ａ）に結像させる。
【００４６】
前記撮像部１１５０は、前記測定対象基板１１２０の測定対象物（Ａ）で反射する前記格子イメージ光を撮像する。前記撮像部１１５０は、例えば、カメラ１１５１および受光レンズ部１１５２を含む。前記測定対象物（Ａ）により反射された格子イメージは、前記受光レンズ部１１５２を経て前記カメラ１１５１によって撮像される。
【００４７】
前記制御部１１４０は、前記ワークステージ１１３０、パターン投影部１１１０、および撮像部１１５０を制御し、前記撮像部１１５０で撮像された格子イメージの信頼性指数と前記測定対象物(Ａ)の位相を算出し、前記撮像部１１５０で撮像された格子イメージを処理して、２次元形状および３次元形状を測定する。前記制御部１１４０により実行される２次元形状および３次元形状を測定するプロセスについては後で詳細に説明する。
【００４８】
前記制御部１１４０は、前記位相と前記信頼性指数を利用して前記測定対象物を検査する。この際、前記位相は、測定対象物(Ａ)の３次元形状の測定に利用してもよいし、前記信頼性指数は、測定対象物の不良の可否判断に利用してもよい。例えば、信号強度、可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）、および信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）のうち、少なくとも一つは、信頼性指数に用いてもよい。信号強度は、下記の数式１４および１５で説明され、可視度は、数式１６または１７を参照して説明され、信号対雑音比は、撮像部１１５０で撮像されたイメージをフィルタリングするＮ−バケットアルゴリズムプロセス中に生成された周期関数と、実信号との間の比率または差分を意味する。より具体的には、信号対雑音比ＳＮＲは、（数式１の可視度＊Ｄ）／一時ノイズ（ｔｅｍｐｏｒａｌ  ｎｏｉｓｅ）Ｄである。
【００４９】
制御部１１４０は、信頼性指数が設定値の範囲から外れる場合、測定対象物（Ａ）を不良として判断する。例えば、前記制御部１１４０は、数式１６または１７を通じて得られた前記形状イメージの特定領域の可視度（γ）と周辺領域の可視度（γ）との差が設定値の範囲から外れる場合、前記測定対象物を不良として判定する。
【００５０】
また、前記第１補助光源１１６０および第２補助光源１１７０のうち、いずれか一つは２次元形状を測定するために使用されてもよい。より具体的には、前記第１補助光源１１６０および第２補助光源１１７０のうち、いずれか一つを利用して測定対象基板１１２０の測定対象物（Ａ）に向けて光を照射し、反射された光は前記撮像部１１５０の前記カメラ１１５１によって撮像されて２次元形状イメージが生成される。
【００５１】
また、前記制御部１１４０は、信頼性指数が前記設定値の範囲内の場合であっても前記２次元形状イメージにおいて特定領域の輝度と周辺領域の輝度との差が設定値の範囲から外れる場合に、測定対象物（Ａ）を不良として判定してもよい。また、前記制御部１１４０は、測定対象物（Ａ）の特定領域の輝度が他の設定値の範囲から外れる場合、前記測定対象物（Ａ）を不良として判定してもよい。
【００５２】
例えば、数式１６または１７を通じて得られた特定領域の可視度（γ）と周辺領域の可視度（γ）との差が前記設定値範囲内である場合であっても、前記第１補助光源１１６０または第２補助光源１１７０通して得られた２次元形状イメージの特定領域の輝度（または、信号強度）と周辺領域の輝度（または、信号強度）との差が設定値の範囲から外れる場合、または、全体領域のうち、一部領域が前記設定値の範囲から外れる場合、前記制御部１１４０は測定対象物（Ａ）を不良として判定する。
【００５３】
前記制御部１１４０は、視野（ＦＯＶ：ｆｉｅｌｄｓ  ｏｆ  ｖｉｅｗ）における関心領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の２次元形状および３次元形状を順に検査する。
【００５４】
図２は、本発明の他の実施形態に係る形状測定装置を示す概略的な平面図である。本実施形態に係る形状測定装置は、図１に示した形状検査装置１１００とパターン投影部を除いて実質的に同一である。したがって、同一の構成要素は同一の参照符号用いて、その重複する説明は省略する。
【００５５】
図２を参照すると、本実施形態に係る形状測定装置は、各々格子部１１１２を有する複数のパターン投影部１１１０を含む。前記複数のパターン投影部１１１０は、多角形の頂点の位置に配置される。図２で、４個のパターン投影部１１１０は、例えば、正方形の頂点に配置されているが、正六角形、正八角形などの頂点に配置されてもよい。
【００５６】
格子イメージが一つの側のみで撮像される場合、測定対象物（Ａ）が突部であるため、測定対象物（Ａ）の他の側に格子イメージが届くならば、正確な３次元形状が得られるかもしれない。したがって、格子イメージは、正確な３次元形状を得るために、対向する両側部にて撮像されてもよい。
【００５７】
例えば、前記制御部１１４０は、前記測定対象物(Ａ)が四角形である場合、対向して配置された二つのパターン投影部１１１０をターンオンさせてもよい。前記制御部１１４０により把握された前記測定対象物（Ａ）の形状が複雑である場合、前記制御部１１４０は、２つ以上のパターン投影部１１１０をターンオンさせてもよい。
【００５８】
図３は、図１に示した測定対象基板を示す平面図である。図３を参照すると、プリント回路基板（ＰＣＢ）のような測定対象基板１１２０には、例えば、パッド領域（または、ファンアウト（ｆａｎ  ｏｕｔ）領域）１１２１と素子実装領域１１２２が含まれる。
【００５９】
前記パッド領域１１２１は、電気的に接続するためのパッドが形成される領域であり、素子実装領域１１２２は、素子が実装される領域である。
【００６０】
素子実装領域１１２２には、半田ペーストによって素子が実装される。前記半田ペーストの形や量が間違って調節された場合、隣り合う素子の電気的接続に短絡を発生させる可能性がある。したがって、半田ペーストの形や量が間違って調節されることをチェックするために、半田ペーストの形状や高さを測定して、半田ペーストの３次元形状を得るように測定する。
【００６１】
さらに、パッド領域１１２１は、また、隣り合うパッド領域と電気的短絡を防止するためにチェックする必要がある。この場合、下記の数式１４または数式１５を用いて得られる２次元形状は、パッド領域間の電気的短絡をチェックするために用いられる。
【００６２】
また、パッド領域１１２１は、平らな表面を有さなければならない。パッド領域１１２１は、スクラッチされた場合、素子との接続が不良になる可能性がある。したがって、パッド領域１１２１の表面検査は、非常に重要である。
【００６３】
表面検査をするために、前記パッド領域１１２１の信頼性指数を調べて特定領域の信頼性指数が設定値の範囲から外れる場合、前記パッド領域１１２１は不良として判断する。また、特定領域の信頼性指数が設定値の範囲内にある場合であっても、図１の前記第１補助光源１１６０および第２補助光源１１７０のうち、いずれか一つ用いて得られた２次元形状の特定領域の輝度と周辺領域の輝度との差が他の設定値の範囲から外れる場合、前記パッドはスクラッチを有するため不良であると判断する。
【００６４】
パッド領域１１２１は、平坦な金属面であって、パッド領域１１２１で反射されて図１の撮像部１１５０のカメラ１１５１で撮像された光の量は飽和（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）こともある。そのため、位相シフト値が測定される。また、信頼性指数も測定される。したがって、パッド領域１１２１で反射された光の量が飽和した場合であっても、パッド領域１１２１は信頼性指数を利用して検査が可能である。また、各パターン投影部１１１０の信頼性指数は、各パターン投影部１１１０によって測定された高さに対する加重値として用いてもよい。
【００６５】
以上では、本発明の実施形態に係る形状検査装置について説明した。本発明の実施形態に係る形状測定方法は、形状測定装置とほぼ同一である。すなわち、本発明の形状測定方法は、所定の回数だけ格子を移動させながら、測定対象物で反射された格子イメージを取得する。その後、前記格子イメージに対する信頼性指数を取得し、前記信頼性指数が設定値の範囲である場合、前記測定対象物が良好であると判断し、前記信頼性指数が前記設定値の範囲から外れる場合、前記測定対象物が不良であると判断する。さらに、前記測定対象物の２次元形状イメージを取得し、前記パッドの信頼性指数が前記設定値の範囲内である場合でも、前記２次元形状イメージの特定領域の輝度と周辺領域の輝度との差が特定値の範囲から外れる場合、前記パッドを不良と判断してもよい。
【００６６】
図４は、３次元イメージを測定する形状測定装置を示す図である。
【００６７】
格子イメージは、図１の前記測定対象基板１１２０上に照射される。そして、前記測定対象基板１１２０で反射され、前記撮像部１１５０で撮像されたイメージの光強度（Ｉ）は、モアレ方程式に対応する下記の数式（１）として示される。
【数１】
2010271316.tif 000003
ここで、Ｉは撮像部１１５０で撮像された光強度、Ｄは信号強度（または、ＤＣ光強度（光源光強度）と反射率の関数）、γは可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ、反射率と格子周期の関数）、Λはモアレ等価周期（倍率、格子周期および放射角θの関数）である。
【００６８】
数式（１）で光強度（Ｉ）は、高さ（ｈ）の関数であるため、光強度（Ｉ）を利用することにより高さ（ｈ）が求められる。
【００６９】
前記格子の位相をシフトさせて図１の撮像部１１５０で反射されたイメージを撮像すると、数式（１）は数式（２）として表される。
【数２】
2010271316.tif 000004
この式で、δｋは位相シフト量、２πｈ／Λは測定対象物に対応する位相Φである。
【００７０】
前記数式（２）を利用して高さ(ｈ)を求めるためにはすくなくとも３回の位相シフトが必要である。例えば、３回の位相シフト（３回のバケット（ｂｕｃｋｅｔ）アルゴリズム）を適用する３場合に高さ（ｈ）は以下のように求められる。数式（２）において、δ１として０ラジアン（０°）を適用してＩ１を求めると、数式（２）は下記の数式（３）のように示される。
【数３】
2010271316.tif 000005
【００７１】
数式（２）において、δ２に２π／３ラジアン（１２０°）を適用してＩ２を求めると、数式（２）は下記の数式（４）のように示される。
【数４】
2010271316.tif 000006
【００７２】
数式（２）において、δ３に４π／３ラジアン（２４０°）を適用してＩ３を求めると、数式（２）は下記の数式（５）のように示される。
【数５】
2010271316.tif 000007
【００７３】
前記数式（３）、数式（４）及び数式（５）を用いることにより下記の数式（６）が得られる。
【数６】
2010271316.tif 000008
【００７４】
前記数式（６）を用いることにより、高さｈは下記の数式（７）として求められる。
【数７】
2010271316.tif 000009
【００７５】
例えば、４回の位相シフト（４回のバケット（ｂｕｃｋｅｔ）アルゴリズム）を適用すると、高さ（ｈ）は以下のように求められる。数式（２）において、δ１に０ラジアン（０°）を適用してＩ１を求めると、数式（２）は下記の数式（８）のように示される。
【数８】
2010271316.tif 000010
【００７６】
数式（２）において、δ２にπ/２ラジアン（９０°）を適用してＩ２を求めると、数式（２）は下記の数式（９）のように示される。
【数９】
2010271316.tif 000011
【００７７】
数式（２）において、δ３にπラジアン（１８０°）を適用してＩ３を求めると、数式（２）は下記の数式（１０）のように示される。
【数１０】
2010271316.tif 000012
【００７８】
数式（２）において、δ４に３π/２ラジアン（２７０°）を適用してＩ４を求めると、数式（２）は下記の数式（１１）のように示される。
【数１１】
2010271316.tif 000013
【００７９】
数式（８）、数式（９）、数式（９）、数式（１０）及び数式（１１）を用いることにより下記の数式（１２）が得られる。
【数１２】
2010271316.tif 000014
【００８０】
数式（１２）を用いることにより、高さｈは下記の数式（１３）として求められる。
【数１３】
2010271316.tif 000015
【００８１】
前記格子イメージは、前記格子をシフトさせながら前記測定対象物上に照射され、反射されたイメージが撮像された場合、前記測定対象物の３次元形状は数式（７）または数式（１３）を用いることにより求められる。
【００８２】
図５は、２次元イメージを測定する原理を示すグラフである。Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、およびＩ４の算術平均値Ｉａｖｅを求めると、下記の数式１４として求められる。
【数１４】
2010271316.tif 000016
【００８３】
数式（１４）に示したように平均を求めた場合、格子による影響は相殺され、２次元形状イメージが求められる。
【００８４】
３回のバケットアルゴリズムを適用した場合、数式（３）、（４）、および（５）におけるＩ１、Ｉ２、およびＩ３の算術平均値Ｉａｖｅは、個々に下記の数式（１５）として示される。
【数１５】
2010271316.tif 000017
【００８５】
一方、数式（２）における可視度（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）γは３回のバケットアルゴリズムを適用した場合に、数式（３）、（４）、（５）、および（１５）を用いることにより以下の数式（１６）として示される。
【数１６】
2010271316.tif 000018
【００８６】
数式（２）においてγは、４回のバケットアルゴリズムを適用した場合に、数式（８）、（９）、（１０）、（１１）、および（１４）を用いることにより以下の数式（１７）として示される。
【数１７】
2010271316.tif 000019
【００８７】
本発明によると、３次元形状測定データを利用することにより２次元形状イメージ得られるため、２次元形状イメージのための追加データが必要なくなる。また、２次元形状イメージと３次元形状イメージが共に測定される場合、プリント回路基板の欠陥は効率的に検査される。
【００８８】
図６は、本発明の一実施形態に係る３次元形状測定方法に用いられる３次元形状測定装置を示す概略図である。図６を参照すると、本実施形態に係る３次元形状測定方法に用いられる３次元形状測定装置は、測定ステージ部１００、画像撮影部２００、第１照明部３００、第２照明部４００、画像取得部５００、モジュール制御部６００、および中央制御部７００を含む。
【００８９】
前記測定ステージ部１００は、測定対象物１０を支持するステージ１１０および前記ステージ１１０を移送させるステージ移送ユニット１２０を含む。本実施形態において、前記ステージ１１０によって前記測定対象物１０が前記画像撮影部２００と前記第１および第２照明部(３００、４００)に対して移動することによって、前記測定対象物１０での測定位置が変更される。
【００９０】
前記画像撮影部２００は、前記ステージ１１０の上部に配置されて前記測定対象物１０から反射された光の受け、前記測定対象物１０の画像を測定する。すなわち、前記画像撮影部２００は、前記第１および第２照明部（３００、４００）から出射されて前記測定対象物１０で反射された光を受け、前記測定対象物１０の平面画像を撮影する。
【００９１】
前記画像撮影部２００は、カメラ２１０、結像レンズ２２０、フィルタ２３０、およびランプ２４０を含む。前記カメラ２１０は、前記測定対象物１０から反射される光を受けて前記測定対象物１０の平面画像を撮影する。前記カメラ２１０は、例えば、ＣＣＤカメラとＣＭＯＳカメラのうち、一つを含む。前記結像レンズ２２０は、前記カメラ２１０の下部に配置され、前記測定対象物１０で反射される光を前記カメラ２１０に結像させる。前記フィルタ２３０は、前記結像レンズ２２０の下部に配置され、前記測定対象物１０で反射される光をフィルタリングして前記結像レンズ２２０に提供し、周波数フィルタ、カラーフィルタ、および光強度調節フィルタのうち、いずれか一つを含む。前記ランプ２４０は、円形形状で前記フィルタ２３０の下部に配置され、前記測定対象物１０の２次元形状のような特定画像を撮影するために光を提供する。
【００９２】
前記第１照明部３００は、前記画像撮影部２００の右側に前記測定対象物１０を支持する前記ステージ１１０に対して傾くように配置される。前記第１照明部３００は、第１光源ユニット３１０、第１格子ユニット３２０、第１格子移送ユニット３３０、および第１集光レンズ３４０を含む。前記第１光源ユニット３１０は、光源と少なくとも一つのレンズで構成されて光を発生させ、前記第１格子ユニット３２０は、前記第１光源ユニット３１０の下部に配置されて前記第１光源ユニット３１０で発生した光を格子紋パターンを有する第１格子パターン光に変更する。前記第１格子移送ユニット３３０は、前記第１格子ユニット３２０と連結されて前記第１格子ユニット３２０を移送し、例えば、ＰＺＴ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）移送ユニットや微細直線移送ユニットのうち一つを含む。前記第１集光レンズ３４０は、前記第１格子ユニット３２０の下部に配置されて前記第１格子ユニット３２０から出射された前記第１格子パターン光を前記測定対象物１０上に集光させる。
【００９３】
前記第２照明部４００は、例えば、前記画像撮影部２００の左側に前記測定対象物１０を支持する前記ステージ１１０に対して傾くように配置される。前記第２照明部４００は、第２光源ユニット４１０、第２格子ユニット４２０、第２格子移送ユニット４３０、および第２集光レンズ４４０を含む。前記第２照明部４００は、上述した前記第１照明部３００と実質的に同一であるため、詳しい説明は省略する。
【００９４】
前記第１照明部３００は、前記第１格子移送ユニット３３０が前記第１格子ユニット３２０をＮ回順次移動しながら、前記測定対象物１０にＮ個の第１格子パターン光を照射する時、前記画像撮影部２００は、前記測定対象物１０で反射された前記Ｎ個の第１格子パターン光を順次受けてＮ個の第１パターン画像を撮影する。また、前記第２照明部４００は、前記第２格子移送ユニット４３０が前記第２格子ユニット４２０をＮ回順次移動しながら、前記測定対象物１０にＮ個の第２格子パターン光を照射する時、前記画像撮影部２００は、前記測定対象物１０で反射された前記Ｎ個の第２格子パターン光を順次受けてＮ個の第２パターン画像を撮影する。ここで、前記Ｎは自然数であり、例えば、４であってもよい。
【００９５】
本実施形態では、前記第１および第２格子パターン光を発生させる照明装置として前記第１および第２照明部(３００、４００)を説明したが、前記照明部の数は３個以上であってもよい。すなわち、前記測定対象物１０に照射される格子パターン光が多様な方向から照射して、多様なパターン画像を撮影してもよい。例えば、３個の照明部が前記画像撮影部２００を中心に正三角形の形態に配置される場合、３個の格子パターン光が互いに異なる方向から前記測定対象物１０に照射される。例えば、４個の照明部が前記画像撮影部２００を中心に正方形形態に配置される場合、４個の格子パターン光が互いに異なる方向から前記測定対象物１０に照射される。
【００９６】
前記画像取得部５００は、前記画像撮影部２００のカメラ２１０と電気的に接続され、前記カメラ２１０から前記パターン画像を取得して格納する。例えば、前記画像取得部５００は、前記カメラ２１０で撮影された前記Ｎ個の第１パターン画像および前記Ｎ個の第２パターン画像を受けて格納するイメージシステムを含んでもよい。
【００９７】
前記モジュール制御部６００は、前記測定ステージ部１００、前記画像撮影部２００、前記第１照明部３００、および前記第２照明部４００と電気的に接続されて、前記測定ステージ部１００、前記画像撮影部２００、前記第１照明部３００、および前記第２照明部４００を制御する。前記モジュール制御部６００は、例えば、照明コントローラ、格子コントローラ、およびステージコントローラを含む。前記照明コントローラは、前記第１および第２光源ユニット（３１０、４１０）をそれぞれ制御して光を発生させ、前記格子コントローラは、前記第１および第２格子移送ユニット（３３０、４３０）をそれぞれ制御して前記第１および第２格子ユニット（３２０、４２０）を移動させる。前記ステージコントローラは、前記ステージ移送ユニット１２０を制御して前記ステージ１１０を上下左右に移動させる。
【００９８】
前記中央制御部７００は、前記画像取得部５００および前記モジュール制御部６００と電気的に接続されて、前記画像取得部５００および前記モジュール制御部６００を制御する。具体的に、前記中央制御部７００は、前記画像取得部５００のイメージシステムから前記Ｎ個の第１パターン画像および前記Ｎ個の第２パターン画像を受け、これを処理して前記測定対象物の３次元形状を測定する。また、前記中央制御部７００は、前記モジュール制御部６００の照明コントローラ、格子コントローラ、およびステージコントローラをそれぞれ制御してもよい。このように、前記中央制御部は、イメージ処理ボード、制御ボード、およびインターフェースボードを含んでもよい。
【００９９】
図７は、図６の測定対象物に照射された格子パターン光による格子パターンイメージを示す平面図である。図６および図７を参照すると、複数の照明部のうち、いずれか一つの照明部から出射された格子パターン光が前記測定対象物１０に照射される時、前記測定対象物１０上には格子パターンイメージが形成される。この際、前記格子パターンイメージは、複数の格子パターンを含み、本実施形態では前記格子パターンの間隔、すなわち格子ピッチを測定範囲（λ）と定義する。
【０１００】
前記測定範囲（λ）は、前記格子パターン光の種類に関係なく同一のものであってもよく、また、前記格子パターン光の種類によって互いに異なるものであってもよい。前記測定範囲（λ）は、前記格子パターン光の種類によって少なくとも２つの値を有することが望ましい。例えば、前記第１照明部３００から発生した前記第１格子パターン光による格子パターンイメージは、第１測定範囲の格子パターンを有し、前記第２照明部４００から発生した前記第２格子パターン光による格子パターンイメージは、前記第１測定範囲と異なる第２測定範囲の格子パターンを有してもよい。
【０１０１】
図８は、格子パターン光が右側方向から測定対象物に照射される時にカメラで撮影された画像を示す平面図であり、図９は、格子パターン光が左側方向から測定対象物に照射される時にカメラで撮影された画像を示す平面図である。この際、図８および図９の画像では、格子パターンを省略し、単に明るさ(輝度)に対する相対的な量のみを示す。
【０１０２】
図６、図８、および図９を参照すると、複数の照明部のうち、いずれか一つの照明部から出射された格子パターン光が前記測定対象物１０に照射される時、前記カメラ２１０で撮影された画像には相対的に暗い影領域（ｓｈａｄｏｗ  ａｒｅａ）および相対的に明るい飽和領域（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ａｒｅａ）が含まれる。
【０１０３】
例えば、図８に示すように右側から格子パターン光が前記測定対象物１０に照射される場合、一般的に前記飽和領域は、前記測定対象物１０の右側に形成され、前記影領域は、前記測定対象物１０の左側に形成される。一方、図９に示すように、格子パターン光が左側から前記測定対象物１０に照射される場合、一般的に前記飽和領域は、前記測定対象物１０の左側に形成され、前記影領域は、前記測定対象物１０の右側に形成される。
【０１０４】
以下、図６〜図８を再び参照しながら、上述した内容に基づいて本実施形態に係る３次元形状測定方法を説明する。まず、複数の方向で発生した格子パターン光を前記ステージ１１０上に配置された前記測定対象物１０に順次照射し、前記測定対象物１０から反射された前記格子パターン光を前記カメラ２１０で順次検出して複数のパターン画像を取得する。
【０１０５】
具体的に、前記格子パターン光のそれぞれはＮ回、例えば３回または４回、横に移動しながら前記測定対象物１０に照射することによって、前記各方向で前記測定対象物１０に対するＮ個のパターン画像を取得する。例えば、図６に示すように前記第１および第２照明部(３００、４００)から発生された前記第１および第２格子パターン光が前記測定対象物１０に照射される場合、Ｎ個の第１パターン画像とＮ個の第２パターン画像が取得される。
【０１０６】
続いて、前記各方向に対するＮ個のパターン画像からＸ−Ｙ座標系の各位置｛ｉ（ｘ、ｙ）｝でのＮ個の明るさ程度｛Ｉｉ１，Ｉｉ２，…，ＩｉＮ｝と、図７に示すように測定範囲（λ）を抽出する。そして、前記Ｎ個の明るさ程度｛Ｉｉ１，Ｉｉ２，…，ＩｉＮ｝ら前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝、輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、および可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝を計算する。前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝、輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、および可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝は、Ｎ回のバケットアルゴリズム（Ｎ−ｂｕｃｋｅｔ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を利用して計算してもよい。また、前記輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝は、前記検出された格子パターン光を平均化して得た平均明るであることが望ましい。したがって、以下では、前記輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝を平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝と呼ぶことにする。
【０１０７】
例えば、前記Ｎが３である場合、前記各方向に対して３個のパターン画像から３個の明るさ程度｛Ｉｉ１、Ｉｉ２、Ｉｉ３｝が抽出され、３回のバケットアルゴリズムを通じて以下の数式（１８）〜（２０）に示すように位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝、平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、および可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝を計算してもよい。下記の数式（１８）〜（２０）において、Ｂｉ（ｘ，ｙ）は、前記各方向に対する３個のパターン画像での画像信号（明るさ信号）の振幅を示す。Ｉｉ１は“ａ＋ｂｃｏｓ（Φ）”に対応し、Ｉｉ２は“ａ＋ｂｃｏｓ（φ＋２π／３）”に対応し、Ｉｉ３は“ａ＋ｂｃｏｓ（φ＋４π／３）”に対応する。
【０１０８】
【数１８】
2010271316.tif 000020
【数１９】
2010271316.tif 000021
【数２０】
2010271316.tif 000022
【０１０９】
一方、例えば、前記Ｎが４である場合、前記各方向に対する４個のパターン画像から４個の明るさ程度｛Ｉｉ１、Ｉｉ２、Ｉｉ３、Ｉｉ４｝が抽出され、４回のバケットアルゴリズムを通じて下記の数式（２１）〜（２３）のように位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝、平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、および可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝を計算してもよい。下記の数式（２１）〜（２３）においてＢｉ（ｘ，ｙ）は前記各方向に対する４個のパターン画像での画像信号（明るさ信号）の振幅を示す。Ｉｉ１は“ａ＋ｂｃｏｓ（Φ）”に対応し、Ｉｉ２は“ａ＋ｂｃｏｓ（φ＋π／２）”に対応し、Ｉｉ３は“ａ＋ｂｃｏｓ（φ＋π）”に対応し、Ｉｉ４は“ａ＋ｂｃｏｓ（φ＋３π／２）”に対応する。
【０１１０】
【数２１】
2010271316.tif 000023
【数２２】
2010271316.tif 000024
【数２３】
2010271316.tif 000025
【０１１１】
本実施形態では、信号対雑音比は、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝の代わりに、または前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝と共に用いて計算してもよい。前記ＳＮＲは、前記各方向に対するＮ個のパターン画像においてノイズ信号（Ｎ）に対する画像信号（Ｓ）の比｛Ｓ／Ｎ｝を示すものである。
【０１１２】
続いて、前記各方向に対する位相｛Ｐｉ（ｘ，ｙ）｝から前記各方向に対する高さ｛Ｈｉ（ｘ，ｙ）｝を下記の数式（２４）により計算される。下記の数式（２４）において、ｋｉ（ｘ，ｙ）は位相と高さとの変換比率を示す位相対高さ変換スケールである。
【数２４】
2010271316.tif 000026
【０１１３】
前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝および前記測定範囲（λ）のうち、少なくとも一つを用いて、前記各方向に対する高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を計算する。前記各方向に対する高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝は、例えば、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝、および前記測定範囲（λ）をパラメータとする加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝によって下記の数式（２５）により求められる。すべての方向における前記高さ加重値の合計は‘１’であること｛ΣＷｉ（ｘ，ｙ）＝１｝が望ましい。
【数２５】
2010271316.tif 000027
【０１１４】
続いて、前記各方向に対する高さ｛Ｈｉ（ｘ，ｙ）｝に前記各方向に対する高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を乗算して前記各方向に対する加重高さ｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）・Ｈｉ（ｘ，ｙ）｝を計算する。そして、すべての方向における前記加重高さを加算して前記高さ加重値の和｛ΣＷｉ（ｘ，ｙ）｝に分け、前記各位置における高さ｛ΣＷｉ（ｘ，ｙ）・Ｈｉ（ｘ，ｙ）／ΣＷｉ（ｘ，ｙ）｝を計算する。
【０１１５】
その後、このように計算された前記各位置による高さを統合することにより、前記測定対象物１０の３次元形状が正確に測定される。以下、前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝の特性、すなわち前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝または前記ＳＮＲ、および前記測定範囲（λ）と、前記各方向に対する高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ、ｙ）｝との間の関係をより詳しく説明する。
【０１１６】
図１０は、カメラにおいて測定されたパターン画像の平均輝度と加重値との関係を示すグラフである。
【０１１７】
図１０を参照すると、前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝は、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝が所定値から増加するか或いは減少するとき、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を減少させるように作用する。すなわち、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝が前記所定値である時、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝は相対的に最も高い値を有し、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝が前記所定値から外れるほど前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝は減少する。ここで、前記所定値は、試験石（ｓｐｅｃｉｍｅｎ  ｓｔｏｎｅ）を用いて３次元測定条件を定める時に設定されるか、またはユーザによって任意で設定されてもよい。しかし、前記所定値は平均値、すなわち平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝の中間値であることが望ましい。
【０１１８】
図１１は、カメラにおいて測定されたパターン画像の可視度またはＳＮＲと加重値との関係を示すグラフである。
【０１１９】
図１１を参照すると、前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝は、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝または、前記ＳＮＲが増加する時、前記高さ加重値を増加させるように作用する。すなわち、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝または、前記ＳＮＲが徐々に増加する時、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝の値も徐々に増加する。
【０１２０】
図１２は、カメラにおいて測定されたパターン画像の測定範囲と加重値との関係を示すグラフである。図１２を参照すると、前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝は、前記測定範囲（λ）が増加する時、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を減少させるように作用する。すなわち、前記測定範囲（λ）の値が徐々に増加する時、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝の値は徐々に減少する。
【０１２１】
図７、図１０、および図１１を再び参照すると、前記各方向に対するＮ個のパターン画像は、影領域、飽和領域、および非飽和領域に区分され、各領域により互いに異なる高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝が付与される。前記影領域では、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝が最小明るさ値(Ａ１)以下であり、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝または前記ＳＮＲが最小基準値（Ｖｍｉｎ）以下である。前記飽和領域では、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝が最大輝度（Ａ２）以上であり、前記可視度または前記ＳＮＲが最小基準値（Ｖｍｉｎ）以下である。前記非飽和領域は、前記影領域および前記飽和領域を除いた残りの領域である。
【０１２２】
まず、前記影領域および前記飽和領域における前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝は、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を「０」として計算する。すなわち、前記影領域および前記飽和領域における前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝は「０」に決定される。
【０１２３】
続いて、前記非飽和領域での前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝は、図１０〜図１２に示すように、前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝が中間値から増加するか減少する時、前記高さ加重値を減少させ、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝または前記ＳＮＲが増加する時、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を増加させ、前記測定範囲（λ）が増加する時、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を減少させる。
【０１２４】
一方、前記非飽和領域における前記加重関数｛ｆ（Ａｉ，Ｖｉ，λ）｝は、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を求めるために同一値としてもよい。例えば、前記非飽和領域内で４方向に対する高さ加重値をそれぞれ第１〜第４高さ加重値（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）とする時、前記第１〜第４高さ加重値（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）の全てを「１／４」に決定してもよい。
【０１２５】
本実施形態によると、前記各方向で撮影されたＮ個のパターン画像から前記平均輝度｛Ａｉ（ｘ，ｙ）｝、前記可視度｛Ｖｉ（ｘ，ｙ）｝またはＳＮＲ、そして前記測定範囲（λ）を抽出し、抽出された結果によって前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を決めることによって、すべての領域において前記測定対象物１０の各位置による高さを正確に測定することができる。
【０１２６】
特に、前記各方向に対するＮ個のパターン画像を影領域、飽和領域、および非飽和領域に区分し、前記各領域により互いに異なる高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を付与することによって、前記影領域および前記飽和領域での高さ値の信頼性が低下することを防止することができる。すなわち、前記高さ加重値｛Ｗｉ（ｘ，ｙ）｝を前記影領域および前記飽和領域で相対的に低い値、例えば「０」を付与して、前記非飽和領域で相対的に高い値を付与することによって、前記影領域および前記飽和領域による影響を補償して前記測定対象物の３次元形状をより正確に測定することができる。
【０１２７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２８】
１０    測定対象物
１００    測定ステージ部
２００    画像撮影部
３００    第１照明部
４００    第２照明部
５００    画像取得部
６００    モジュール制御部
７００    中央制御部
１１００    形状測定装置
１１１０    投影部
１１１１    光源
１１１２    格子部
１１１３    投影レンズ部
１１２０    測定対象基板
１１２１    パッド領域
１１２２    素子実装領域
１１３０    ワークステージ
１１４０    制御部
１１５０    撮像部
１１５１    カメラ
１１５２    受光レンズ部
１１６０    第１補助光源
１１７０    第２補助光源
【図１】
2010271316.tif 000028
【図２】
2010271316.tif 000029
【図３】
2010271316.tif 000030
【図４】
2010271316.tif 000031
【図５】
2010271316.tif 000032
【図６】
2010271316.tif 000033
【図７】
2010271316.tif 000034
【図８】
2010271316.tif 000035
【図９】
2010271316.tif 000036
【図１０】
2010271316.tif 000037
【図１１】
2010271316.tif 000038
【図１２】
2010271316.tif 000039
【外国語明細書】
2010271316000001.pdf