(57)【要約】      （修正有）【課題】基板平面状に分布している複数個の突出部であるバンプの頭頂部の位置を精度よく求め、当該頭頂部の位置座標からバンプの高さを求める方法を提供する。【解決手段】基板平面１０に向けて垂直下方に所定波長の第１照明光Ｒと、斜め下方に第１照明光Ｒと異なる波長の第２照明光Ｇを照射し、第１照明光Ｒのうち突出部１１から正反射する第１反射光と、第２照明光Ｇのうち突出部１１からの第２反射光を第１カラー画像撮像ユニットで撮像し、取得した画像を光波長分解し、第１照明光成分と第２照明光成分を抽出し、照明光ごとに輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点および第２輝点を求める。両輝点を利用して突出部１１の頭頂部に相当する輝点を求め、突出部１１を特定する。輝点が特定された突出部１１ごとに、輝点の位置座標を利用してその高さを求める。【選択図】図２
2013200163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板平面上に分布している突出部の高さを測定する突出部高さ測定方法において、
前記基板平面に向けて第１方向から所定波長の第１照明光と、第２方向から第１照明光と異なる波長の第２照明光を照射する照射過程と、
前記第１照明光のうち突出部から正反射する第１反射光と、第２照明光のうち突出部からの第２反射光を第１カラー画像撮像ユニットで撮像する撮像する第１撮像過程と、
前記第１撮像過程で取得した画像を光波長分解し、第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第１抽出過程と、
前記第１抽出過程で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求める第１輝度値算出過程と、
前記第１抽出過程で抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第２輝点算出過程と、
前記第２輝点を基準に当該第２輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第１輝点の候補求め、突出部を特定する第１突出部特定過程と、
前記第１照明光のうち突出部からの第１反射光と、第２照明光のうち突出部から正反射する第２反射光を第２カラー画像撮像ユニットで撮像する撮像する第２撮像過程と、
前記第２撮像過程で取得した画像を光波長分解し、第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第２抽出過程と、
前記第２抽出過程で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求める第１輝度値算出過程と、
前記第１抽出過程で抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第２輝点算出過程と、
前記第１輝点を基準に当該第１輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第２輝点の候補を求め、突出部を特定する第２突出部特定過程と、
前記第１突出部特定過程で求めた第１輝点と第２突出部特定過程で求めた第２輝点の各座標を求める座標算出過程と、
前記第１輝点と第２輝点の座標を算出し、当該両座標に基づいて特定された突出部の高さを求める高さ算出過程と
を備えたことを特徴とする突出部高さ測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の突出部高さ測定方法において、
前記第１輝度値算出過程および第２輝度値算出過程で求める近似線は、正規分布により実輝度値をフィッティングして求める
ことを特徴とする突出部高さ測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の突出部高さ測定方法において、
前記第１突出部特定過程は、第２照明光の進行方向に沿って頭頂部の第１輝点の候補を求め、
前記第２突出部特定過程は、第２照明光の進行方向とは逆方向に沿って頭頂部の第２輝点の候補を求める
ことを特徴とする突出部高さ測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の突出部高さ測定方法において、
前記第１突出部特定過程および前記第２突出部特定過程は、第１輝点および第２輝点の各候補を予め決めた第１輝点と第２輝点の基準距離の所定の範囲内から求める
ことを特徴とする突出部高さ測定方法。
【請求項５】
基板平面上に分布している突出部の高さを測定する突出部高さ測定装置であって、
前記基板を保持する保持テーブルと、
前記基板平面に向けて第１方向から所定波長の第１照明光を照射する第１照明部と、
第２方向から第１照明光と異なる波長の第２照明光を照射する第２照明部と、
前記基板面から第１照明光が正反射してくる位置に配備した第１カラー撮像ユニットと、
前記基板面から第２照明光が正反射してくる位置に配備した第２カラー撮像ユニットと、
前記第１カラー撮像ユニットで撮像した画像を光波長分解し、当該画像に映り込んでいる第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第１光成分抽出部と、
前記第１光成分抽出部で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求めるとともに、抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第１輝点算出部と、
前記第２輝点を基準に当該第２輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第１輝点の候補求め、突出部を特定する第１突出部特定部と、
前記第２カラー撮像ユニットで撮像した画像を光波長分解し、当該画像に映り込んでいる第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第２光成分抽出部と、
前記第２光成分抽出部で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求めるとともに、抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第２輝点算出部と、
前記第２輝点を基準に当該第１輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第２輝点の候補求め、突出部を特定する第２突出部特定部と、
前記第１輝点と第２輝点の座標を算出し、当該両座標に基づいて特定された突出部の高さを求める高さ算出部と
を備えたことを特徴とする突出部高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）などのバンプを備える半導体など各種基板およびＣｏＣ（Chip on a Chip）のようにバンプを搭載したチップなどのように複数個の突出部が分布している当該突出部の高さを測定する突出部高さ測定方法および突出部高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエレクトロニクス機器、特に携帯用電子機器などは、小型化および高性能化に伴い、内部に搭載される電子部品が一層に高密度で実装されるようになっている。この中でＩＣのパッケージも小型化されており、ＢＧＡやＣＳＰのように、バンプ接合タイプのパッケージが急速に普及している。さらにはＣｏＣのようにバンプを搭載したチップを上下に積み重ねて実装する方法も提案・実施されている。
【０００３】
このようなバンプ接合タイプのパッケージの場合、パッケージ裏面の端子上にはんだボールを載せてバンプを形成し、パッケージ裏面を実装対象基板に対接させて、バンプ（ボール状のはんだ）をリフローなどにより加熱し、実装対象基板上の配線ランド部に対してはんだ接合をさせることにより実装を行っている。
【０００４】
バンプは、パッケージ上に多数形成されているが、バンプ形成時のプロセスマージンが小さく、均一な高さのバンプを形成するのが難しい。そのため、個々に高さの異なるバンプや半球形状にならずに異形に形成されてしまう場合がある。このような状況下では、一部のバンプに対して抜き取りで高さ測定し、他のバンプの高さを推定すると、不適切なケースが生じる。当該ケースを解消するために、全バンプの高さを測定することが求められている。また、バンプの密集化からチップおよびウエハあたりのバンプ数は増加しているが、ウエハに掛けられるバンプ測定のための処理時間はできるだけ短時間である事が求められる。
【０００５】
そこで、バンプの高さを測定する方法として、ステレオカメラ法が提案・実施されている。例えば、２台のアライメント用照明装置から異なる角度でバンプに光を照射し、バンプの頭頂部からの反射光を異なる角度に配置した２台の撮像装置で撮像する。各撮像装置で取得した画像を白と黒の２値画像とし、白く明るい輝点の部位をバンプの頭頂部の座標として両画像から１点ずつ求める。当該２つの座標を利用して各バンプの高さを求めている（特許文献１を参照）。
【０００６】
また、他の例として、一方の第１照明装置からバンプに対して垂直に光りを照射し、バンプで正反射して同軸を戻る反射光を第１撮像手段で撮像する。他方の第２照明装置からバンプに斜め方向から光を照射し、正反射する反射光を所定角度に配備した第２撮像手段で撮像する。両撮像手段で取得した各画像に映り込んだ１つの輝点の座標に基づいてステレオグラム法を利用してバンプの高さを求めている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３０７１８号公報
【特許文献２】特平２００１−１２４５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の方法では、次のような問題がある。すなわち、バンプに向けて照射した光は、バンプ以外の基板の表面でも反射する。それ故に、基板上に分布しているバンプ形状が小さく、隣接するバンプ同士のピッチも狭い場合、撮像した画像には基板からの反射光とバンプの頭頂部からの反射光とが高い輝度で映り込んでいる。したがって、２値画像から所定の閾値により輝度の高い部位を抽出すると、基板からの反射光も抽出し、当該基板面をバンプとして誤検出している。
【０００９】
また、バンプの中には、表面に凹凸を含む異形なものも含まれている。当該異形のバンプを撮像した場合、１個のバンプであるにも関わらず、複数個の輝点が現れ、正確にバンプごとに１つの頭頂部の位置を精度よく検出することができないといった問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、基板平面上に複数個が分布している各突出部の頭頂部の位置を精度よく抽出し、当該位置座標に基づいて突出部の頭頂部の高さを、短時間でかつ高精度に測定することができる突出部高さ測定方法および突出部高さ測定装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明は、基板平面上に分布している突出部の高さを測定する突出部高さ測定方法において、
前記基板平面に向けて第１方向から所定波長の第１照明光と、第２方向から第１照明光と異なる波長の第２照明光を照射する照射過程と、
前記第１照明光のうち突出部から正反射する第１反射光と、第２照明光のうち突出部からの第２反射光を第１カラー画像撮像ユニットで撮像する撮像する第１撮像過程と、
前記第１撮像過程で取得した画像を光波長分解し、第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第１抽出過程と、
前記第１抽出過程で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求める第１輝度値算出過程と、
前記第１抽出過程で抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第２輝点算出過程と、
前記第２輝点を基準に当該第２輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第１輝点の候補求め、突出部を特定する第１突出部特定過程と、
前記第１照明光のうち突出部からの第１反射光と、第２照明光のうち突出部から正反射する第２反射光を第２カラー画像撮像ユニットで撮像する撮像する第２撮像過程と、
前記第２撮像過程で取得した画像を光波長分解し、第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第２抽出過程と、
前記第２抽出過程で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求める第１輝度値算出過程と、
前記第１抽出過程で抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第２輝点算出過程と、
前記第１輝点を基準に当該第１輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第２輝点の候補を求め、突出部を特定する第２突出部特定過程と、
前記第１突出部特定過程で求めた第１輝点と第２突出部特定過程で求めた第２輝点の各座標を求める座標算出過程と、
前記第１輝点と第２輝点の座標を算出し、当該両座標に基づいて特定された突出部の高さを求める高さ算出過程と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
（作用・効果）  この方法によれば、基板から反射してきた異なる波長の光を含む基板の所定領域の画像が、第１カラー画像撮像ユニットによって撮像される。取得した画像を光波長分解して当該２波長の光成分を抽出することにより、２つの異なる色の輝度の高い部位が表示される。つまり、第１抽出過程において抽出した基板上から正反射する第１照明光の第１照明光成分は、突出部周りの基板面と突出部中に高い輝度の分布として現れる。他方の第２照明光の第２照明光成分は、突出部中にのみ輝点として現れる。
【００１３】
これら両照明光成分の輝度分布から個々に近似線を求めることにより、２本の異なる正弦波が作成され、各正弦波から各照明光成分のピークとなる複数個の第１輝点と第２輝点を求めることができる。ここで、第１輝点は、誤検出を招く基板面のからの反射光を含んでいるので、基板面からの反射光を含まない第２輝点を基準に同一突出部内に位置する第１輝点の候補を求め、当該候補から突出部を特定する。
【００１４】
同様に、第２カラー画像撮像ユニットによって撮像された画像を利用する第２抽出過程では、基板上から正反射する第２照明光の第２照明光成分が、突出部周りの基板面と突出部中に高い輝度の分布として現れる。他方の第１照明光の第１照射成分は、突出部中にのみ輝点として現れる。
【００１５】
これら両照明光成分の輝度分布から個々に近似線を求めることにより、２本の異なる正弦波が作成され、各正弦波から各照明光成分のピークとなる複数個の第１輝点と第２輝点を求めることができる。ここで、第２輝点は、誤検出を招く基板面からの反射光を含んでいるので、基板面からの反射光を含まない第１輝点を基準に同一突出部内に位置する第１輝点の候補を求め、当該候補から突出部を特定する。
【００１６】
第１抽出過程および第２抽出過程で求めた突出部ごとの一対の第１輝点および第２輝点の各位置座標を求め、異なる角度で得た同一突出部の座標を利用して各突出部の高さが求められる。
【００１７】
すなわち、突出部上で現れる異なる色の２つの輝点のうち、突出部中に現れる一方の照明光の輝点を基準に画像ごとに突出部を特定し、突出部の頭頂部の輝点の候補を求めるので、基板面からの反射光により突出部として誤検出するのを回避することができる。したがって、突出部の高さ精度よく求めることができる。
【００１８】
上記方法において、第１輝度値算出過程および第２輝度値算出過程で求める近似線は、正規分布により実輝度値をフィッティングして求めることが好ましい。
【００１９】
この方法によれば、突出部の表面に微小な凹凸があり、複数個の輝点が現れた場合であっても、理論演算により輝点が１点に絞り込まれる。したがって、突出部の表面の凹凸による誤検出を回避することができる。
【００２０】
上記方法において、第１突出部特定過程は、第２照明光の進行方向に沿って頭頂部の第１輝点の候補を求め、
前記第２突出部特定過程は、第２照明光の進行方向とは逆方向に沿って頭頂部の第２輝点の候補を求めることが好ましい。
【００２１】
この方法によれば、光の照射する方向によって突出部の頭頂部の現れる輝点の位置関係が決まっているので、基準となる輝点から当該光の照射方向またはその逆方向に沿って隣接する輝点を求めることにより、容易に突出部の頭頂部の候補となる輝点を求めることができる。
【００２２】
上記方法において、第１突出部特定過程および前記第２突出部特定過程は、第１輝点および第２輝点の各候補を予め決めた第１輝点と第２輝点の基準距離の所定の範囲内から求めることが好ましい。
【００２３】
この方法によれば、突出部の頭頂部に相当する輝点の現れる範囲が特定されているので、必要以上に外れた位置での誤検出を回避することができる。また、演算処理の負荷も軽減することができる。
【００２４】
また、この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
【００２５】
すなわち、基板平面上に分布している突出部の高さを測定する突出部高さ測定装置であって、
前記基板を保持する保持テーブルと、
前記基板平面に向けて第１方向から所定波長の第１照明光を照射する第１照明部と、
第２方向から第１照明光と異なる波長の第２照明光を照射する第２照明部と、
前記基板面から第１照明光が正反射してくる位置に配備した第１カラー撮像ユニットと、
前記基板面から第２照明光が正反射してくる位置に配備した第２カラー撮像ユニットと、
前記第１カラー撮像ユニットで撮像した画像を光波長分解し、当該画像に映り込んでいる第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第１光成分抽出部と、
前記第１光成分抽出部で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求めるとともに、抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第１輝点算出部と、
前記第２輝点を基準に当該第２輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第１輝点の候補求め、突出部を特定する第１突出部特定部と、
前記第２カラー撮像ユニットで撮像した画像を光波長分解し、当該画像に映り込んでいる第１照明光成分と第２照明光成分を抽出する第２光成分抽出部と、
前記第２光成分抽出部で抽出した第１照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値のピークとなる第１輝点を求めるとともに、抽出した第２照明光成分の輝度分布から近似線を作成し、所定間隔で現れる複数個の輝度値がピークとなる第２輝点を求める第２輝点算出部と、
前記第２輝点を基準に当該第１輝点ごとに同一突出部内の頭頂部からの反射光に相当する第２輝点の候補求め、突出部を特定する第２突出部特定部と、
前記第１輝点と第２輝点の座標を算出し、当該両座標に基づいて特定された突出部の高さを求める高さ算出部と
を備えたことを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、上記方法を好適に実施することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の突出部高さ測定方法および突出部高さ測定装置によれば、基板平面上に複数個の突出部が分布している各突出部の頭頂部の高さ高さを短時間でかつ高精度に測定することができる。その結果、本発明をはんだバンプの測定に適用すれば、はんだ不良（隣接電極同士のショートや、導通不良）の発生を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】突出部高さ測定装置の斜視図である。
【図２】突出部高さ測定装置の正面である。
【図３】突出部高さ測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施例装置による処理を示したフローチャートである。
【図５】実施例装置を利用した撮像時の模式図である。
【図６】第１の観察部で撮像された画像である。
【図７】第１観察部で撮像した画像から第１照明光と第２照明光のそれぞれ成分について表示した画像である。
【図８】第１観察部で撮像した画像の輝度分布に基づくフィッティング処理を示す図である。
【図９】第２の観察部で撮像された画像である。
【図１０】第２観察部で撮像した画像から第１照明光と第２照明光のそれぞれ成分について表示した画像である。
【図１１】第２観察部で撮像した画像の輝度分布に基づくフィッティング処理を示す図である。
【図１２】突出部の高さ求めるための模式図である。
【図１３】変形例の数式を導くための模式図である。
【図１４】図１３の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
【００３０】
図１は、本発明の突出部高さ測定方法に係る実施形態の一例を示す斜視図である。図２は、実施例装置の概略構成を示す正面図である。以下、各図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向とする。特にＺ方向は矢印の方向を上とし、その逆方向を下と表現する。
【００３１】
突出部高さ測定装置１は、図１に示すように、基板移動部２、第１の観察部３、第２の観察部４および制御ユニット５から構成されている。以下、各部について詳述する。
【００３２】
［基板移動部］
基板移動部２は、突出部高さ測定装置１の装置ベース（図示せず）上に載置されたＹ軸ステージ２１、Ｙ軸ステージ２１上に取り付けられたＸ軸ステージ２２およびＸ軸ステージ２２上に取り付けられた保持テーブル２３とから構成されている。
【００３３】
Ｙ軸ステージ２１は、上面に設けられたガイドに沿ってＸ軸ステージ２２をＹ方向に所定の速度で水平に往復移動可能に構成されている。
【００３４】
Ｘ軸ステージ２２は、上面に設けられたガイドに沿って保持テーブル２３をＸ方向に所定の速度で水平に往復移動可能に構成されている。
【００３５】
テーブル２３は、表面に載置された基板１０を吸着保持するチャックテーブルである。当該チャックテーブルは、開閉制御用バルブを介して外部に設置された真空源に連通接続されている。なお、テーブル２２は、本発明の保持テーブルに相当する。
【００３６】
［第１の観察部］
第１の観察部３は、図２に示すように、第１照明装置３１および第１カラー画像撮像ユニット３２から構成されている。第１照明装置３１は、第１撮像装置３１を構成する第１カラーカメラ３３の先端に装着された鏡筒３４の側面に連通して設けられている。また、第１照明装置３１には、所定波長の光を透過させる第１フィルタ３５が装着されている。なお、本実施例において、第１フィルタ３５は、ＲＧＢの三原色のうち赤の波長の光を透過させるものを利用している。
【００３７】
第１カラーカメラ３３は、保持テーブルに２３に対して垂直に向けられている。また、第１カラーカメラ３３の先端に装着された鏡筒３４内には、ビームスプリッタおよびレンズなどの光学素子が組み込まれている。したがって、第１照射装置３１から照射された第１照明光が、ビームスプリッタによって鉛直下方に向けられ、保持テーブル２３上に載置保持された基板１０の表面で正反射して同軸を戻る反射光をビームスプリッタで透過させ、当該透過光を、レンズを通じて第１カラーカメラ３３の撮像素子に結像されるように構成されている。
【００３８】
［第２の観察部］
第２の観察部４は、第２照明装置４１および第２カラー画像撮像ユニット４２か構成されている。一方の第２照明装置４１は、保持テーブル２３に向けて所定角度の傾斜姿勢で配備されている。他方の第２カラー画像撮像ユニット４２は、第２照明装置４１から照射された第２照明光がバンプで正反射した反射光を、先端に装着された鏡筒４４を通じて第２カラーカメラ４３が受光できるよう、所定角度の傾斜姿勢に配備されている。
【００３９】
第２照明装置４１には、所定波長の光を透過させる第２フィルタ４５が装着されている。なお、本実施例において、第２フィルタ４５は、ＲＧＢの三原色のうち緑の波長の光を透過させるものを利用している。
【００４０】
第２カラーカメラ４３の先端に装着された鏡筒４４内には、レンズなどの光学素子が組み込まれている。したがって、第２照射装置４１から照射された第２照明光が、斜め傾斜の所定角度で基板１０の突出部に向けられ、当該突出部で正反射した反射光を鏡筒４４内に通過させ、光学素子を通じて第２カラーカメラ４３の撮像素子に結像されるように構成されている。
【００４１】
第１および第２カラーカメラ３３，４３と、第１および第２照明装置３１，４１は、突出部高さ測定装置１のベースフレーム（不図示）に取り付けられている。
【００４２】
［制御ユニット］
図３は、制御ユニット５を示すブロック図である。図３に示すように、入力操作部５１、情報出力部５２、記憶部５３、機器制御部５４および画像処理部６０などが含まれている。
【００４３】
入力操作部５１は、キーボード、マウス、タッチパネル、スイッチなどから構成されており、各種条件の設定などを行う。
【００４４】
情報出力部５２は、画像表示ディスプレイやランプなどがから構成されている。
【００４５】
記憶部５３は、メモリーカードやデータディスクなどの、半導体記録媒体、磁気記録媒体および光磁気記録媒体などから構成されており、第１カラーカメラ３３および第２カラーカメラ４３で撮像した画像データ、機器の設定条件などを記憶している。
【００４６】
機器制御部５４は、基板移動部２、第１の観察部３および第２の観察部４に接続されており、各構成部を駆動制御する。例えば、基板上の任意の領域で、第１および第２カラーカメラ３３，４３によって所定視野で画像を取得できるように、保持テーブル２３の位置を変更させて画像を取得させる。
【００４７】
また、機器制御部５４は、第１照明装置３１および第２照明装置４１の光量をそれぞれ個別に調節することを可能にしている。例えば、機器制御部５４は、両照明装置３１，４１に備わった光量調節ユニットに印可する電圧や電流を調節したり、電圧や電流の印可時間を調節したりする。
【００４８】
画像処理部６０は、第１光成分抽出部６１、同軸輝点算出部６２、突出部特定部６３、第２光成分抽出部６４、斜軸輝点算出部６５、突出部特定部６６および高さ算出部６７を備えている。これら各部については、当該実施離装置によって突出部の高さを測定する以下の動作説明において詳述する。なお、同軸輝点算出部６２は、本発明の第１輝点算出部に、突出部特定部６３は第１突出部特定部に、斜軸輝点算出部６５は第２輝点算出部に、突出部特定部６６は第２突出部特定部にそれぞれ相当する。
【００４９】
図４は、本実施例装置を利用して基板上に分布している突出部の高さ測定の処理を示したフローチャートである。以下、当該フローチャートに沿って突出部高さの測定処理について詳述する。
【００５０】
＜ステップＳ１＞  条件設定
保持テーブル２３に基板１０を載置保持し、基板上の突出部の撮像条件を設定する。例えば、基板１０の撮像範囲、各照明装置の光量などが入力操作部５１の操作によって設定される。
【００５１】
＜ステップＳ２＞  照射開始
条件の設定が終了すると、装置を作動させて第１照明装置３１および第２照明装置４１から基板１０に向けて同時に光を照射する。ここで、第１照明装置３１は、図２および図５に示すように、赤色の第１照明光Ｒを基板１０に向けて垂直に照射し、第２照明装置４２は、緑色の第２照明光Ｇを斜めから基板１０に向けて照射する。基板１０への光の照射に伴って、第１カラーカメラ３３および第２カラーカメラ４３のそれぞれが基板１０の撮像を開始する。以下、各カラーカメラ３３，４３によって撮像された画像処理がパラレルに実行される。そこで、先ず、第１カラーカメラ３３で取得する画像の処理いついて説明する。
【００５２】
＜ステップＳ３Ａ＞  画像取得
基板１０への光の照射に伴って、第１カラーカメラ３３は、視野内の基板１０を撮像する。取得された、画像は、第１照射装置３１によって垂直下方に向けて照射され、基板１０の表面および基板１０上に分布している突出部１１で正反射し、照明光路と同一光路（同軸）を戻る第１照明光Ｒの反射光と、第２照明装置３１から照射されて基板上で乱反射した散乱光である第２照明光Ｇとが映り込む。つまり、図６に示すように、基板１０の表面と突出部１１の頭頂部で正反射した第１照明光Ｒが、突出部１１周りと突出部１１の中心に映り込む。また、第２照明光Ｇは、突出部１１の中にのみ映り込む。
【００５３】
＜ステップＳ４Ａ＞  第１光成分抽出処理
第１光成分抽出部６１は、取得した画像をＲＧＢの三原色の光波長に分解し、第１照明光Ｒと第２照明光Ｇの光波長成分のみを抽出する。当該抽出した光波長成分ごと画像を再現すると、図７に示すようになる。つまり、一方の主たる第１照明光Ｒの成分のみを抽出した画像は、基板１０の表面の輝度の高い領域と突出部１１中の第１輝点ＲＰが表示される。他方の第２照明光Ｇの成分のみを抽出した画像は、第２輝点ＧＰのみが表示される。
【００５４】
＜ステップＳ５Ａ＞  同軸輝点算出処理
同軸輝点算出部６２は、光波長分解した第１照明光Ｒの成分と第２照明光Ｇの成分ごとに、Ｘ軸またはＹ軸方向に沿って実側輝度のレベルに応じて輝度分布から近似線を求める。例えば、Ｙ軸方向に沿って輝度分布を正規分布によるフィッティング処理をかける。Ｙ軸に沿って２個の突出部１１が含まれる領域で正弦波を求めると図８に示すようになる。照明光ごとに当該正弦波上の複数個のピーク値を求め、一方の主たる第１照明光Ｒの各ピーク値を軸方向に沿って順に第１輝点ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３とする。他方の第２照明光Ｇの各ピーク値を軸方向に沿って順に第２輝点ＧＰ１、ＧＰ２とする。
【００５５】
＜ステップＳ６Ａ＞  突出部判定処理
ここで、突出部１１の配列が映り込んだ画像において、３個の第１輝点ＲＰが求められるのに対し、第２輝点ＧＰについては２個が求められる。つまり、正反射して撮像された画像に基板１０の表面からの反射光である第１照明光Ｒが含まれていることを意味する。したがって、突出部特定部６３は、不要な基板１０からの反射光の成分を含まず突出部１１中にのみ映り込む第２輝点ＧＰを突出部１１の頭頂部を示す第１輝点ＲＰの候補を求めるための基準にする。
【００５６】
突出部特定部６３は、当該候補を利用し、例えば次のようにして各突出部１１を特定する。先ず、第２輝点ＧＰ１を基準にすると、当該基準位置から第２照明光Ｇの進行方向にサーチして最初に現れる第１輝点ＲＰ１を同一突出部１１内に存在する輝点であると特定する。次に、第２輝点ＧＰ２についても同様にして当該位置を基準にして第２照明光Ｇの進行方向に向かってサーチして最初に現れる第１輝点を求める。この場合、第１輝点ＲＰ３が求まる。すなわち、候補から外れた第１輝点ＲＰ２は、基板１０からの反射光によって生じた輝点であることを意味する。
【００５７】
当該算出方法は、第１照明装置３１と第２照明装置４１の位置関係から突出部１１において第１輝点ＲＰと第２輝点ＧＰの輝点の現れる位置が決まっているので、有効に機能させることができる。
【００５８】
突出部１１ごとに第１輝点ＲＰと第２輝点ＧＰのペアが求まると当該ペア部分を突出部１１と特定し、両輝点の位置座標が関連付けされて、記憶部５３に記憶される。
【００５９】
次に、第２カラーカメラ４３で取得する画像の処理について説明する。
【００６０】
＜ステップＳ３Ｂ＞  画像取得
基板１０への光の照射に伴って、第２カラーカメラ４３は、視野内の基板１０を撮像する。取得された、画像は、第２照射装置４１から斜め下方に照射され、基板１０の表面および基板１０上に分布している突出部１１で正反射した第２照明光Ｇと、第１照明装置３１から照射されて基板上で乱反射した散乱光である第１照明光Ｒとが映り込む。つまり、図９に示すように、基板１０の表面と突出部１１の頭頂部で正反射した第２照明光Ｇが、突出部１１周りと突出部１１に映り込む。また、第１照明光Ｒは、突出部１１の中にのみ映り込む。
【００６１】
＜ステップＳ４Ｂ＞  第２光成分抽出処理
第２光成分抽出部６４は、取得した画像をＲＧＢの三原色の光波長に分解し、第１照明光Ｒと第２照明光Ｇの光波長成分のみを抽出する。当該抽出した光波長成分ごと画像を再現すると、図１０に示すようになる。つまり、一方の主たる第２照明光Ｇの成分のみを出出した画像は、基板１０の輝度の高い領域と突出部１１中の第２輝点ＧＰが表示される。他方の第１照明光Ｒの成分のみを抽出した画像は、第１輝点ＲＰのみが表示される。
【００６２】
＜ステップＳ５Ｂ＞  斜軸輝点算出処理
斜軸輝点算出部６５は、光波長分解した第１照明光Ｒの成分と第２照明光Ｇの成分ごとに、Ｘ軸またはＹ軸方向に沿って実側輝度のレベルに応じて輝度分布から近似線を求める。ステップＳ５Ａと同一条件で輝度分布を正規分布によるフィッティング処理をかける。つまり、Ｙ軸に沿って２個の突出部１１が含まれる領域で正弦波を求めると図１１に示すようになる。照明光ごとに正弦波上の複数個のピーク値を求め、一方の主たる第２照明光Ｇの各ピーク値を軸方向に沿って順に第２輝点ＧＰ１、ＧＰ２、ＧＰ３とする。他方の第１照明光Ｒの各ピーク値を軸方向に沿って順に第１輝点ＲＰ１、ＲＰ２とする。
【００６３】
＜ステップＳ６Ｂ＞  突出部判定処理
ここで、突出部１１の配列が映り込んだ画像において、３個の第２輝点ＧＰが求められるのに対し、第１輝点ＲＰについては２個が求められる。つまり、正反射して撮像された画像に基板１０の表面からの反射光である第２照明光Ｇが含まれていることを意味する。したがって、突出部特定部６６は、不要な基板１０からの反射光の成分を含まず突出部１１中にのみ映り込む第１輝点ＲＰを突出部１１の頭頂部を示す第２輝点ＧＰの候補を求めるための基準にする。
【００６４】
突出部特定部６６は、当該候補を利用し、上記ステップＳ６Ａと同様に、次のようにして各突出部を特定する。所定の第１輝点ＲＰを基準にすると、当該基準位置から第２照明光Ｇの進行方向とは逆方向に第２輝点ＧＰをサーチする。つまり、図１１において、先ず第１輝点ＲＰ１を基準にすると、左向きにサーチをする。その結果、第２輝点ＧＰ１が求まる。次に、第１輝点ＲＰ２を基準にサーチすると、第２輝点ＧＰ３が求まる。すなわち、候補から外れた第２輝点ＧＰ２は、基板１０からの反射光によって生じた輝点であることを意味する。
【００６５】
突出部１１ごとに第１輝点ＲＰと第２輝点ＧＰのペアが求まると当該ペア部分を突出部１１と特定し、両輝点の位置座標が関連付けされて、記憶部５３に記憶される。
【００６６】
＜ステップＳ７＞  高さ算出処理
高さ算出部６７は、上記ステップＳ６ＡおよびステップＳ６Ｂで求めた輝点座標のペアに基づいて、ステレオグラム法により、各突出部の高さを次のようにして求める。
【００６７】
図１２は、ステレオグラム法による突出部１１の高さを算出する形態の一例を示す正面図であり、図５をＸ軸の矢印方向から見た図である。
【００６８】
第１カラーカメラ３３で撮像される突出部１１ｂ１〜１１ｂ３の頭頂部の第１輝点ＲＰの位置を示すｄ１〜ｄ３は、突出部１１ｂ１〜１１ｂ３の高さがばらついていても変化しない。一方、第２カラーカメラ４３で撮像される突出部１１ｂ１〜１１ｂ３の頭頂部の第１輝点ＲＰの位置を示すｄ’１〜ｄ’３は、突出部１１ｂ１〜１１ｂ３の高さがばらつくと、その高さのばらつきに比例して変化する。
【００６９】
ここで、突出部１１ｂ１〜１１ｂ３のそれぞれの高さをＨ１〜Ｈ３とした場合、それらのばらつきをΔｈ１〜Δｈ３とする。つまり、ｎ番目の突出部の高さをＨｎ、それらのばらつきをΔｈｎと定義して表す。
【００７０】
図１２において、突出部１１ｂ１〜１１ｂ３の高さＨ１〜Ｈ３＝ｈに対して、突出部１１ｂ３’の高さＨ３’＝ｈ−Δｈ３となった状態が図示されている。つまり、突出部１１ｂ３が、破線で示す突出部１１ｂ３’の様に、高さがΔｈ３だけ低い場合、突出部１１ｂ３’の頭頂部で反射される破線で示す反射光は、高さのばらつきが無いと過程した実線で示す反射光と比較して、Ｙ’方向にΔｄ３だけずれることになる。
【００７１】
基板１０の表面と第１照明光Ｒの反射光のなす角度θ１が９０度で、基板１０の表面と第２照明光Ｇの反射光のなす角度θ２と角度θ１との角度差を角度θとすると、ｎ番目の突出部における高さのばらつきΔｈｎと、その頭頂部を観察された画像に基づいて算出されるずれ量Δｄｎとの間には、次式の関係が成立する。
【００７２】
【数１】
2013200163.tif 000003
【００７３】
【数２】
2013200163.tif 000004
【００７４】
当該関係式に基づいて、Δｈｎが算出できる。すなわち、突出部１１の高さが規定の高さ満たしている場合と、当該規定の高さに対してばらつく突出部１１のずれ量Δｄｎとが求まるので、規定高さからずれ量を減算することにより、突出部１１の高さが求まる。
【００７５】
なお、本実施例に適用させる場合、基板１０の突出部１１を適宜所定の撮像範囲に区分けし、区分けした撮像範囲ごとに第１観察部３と第２観察部４により同時に撮像する（ステップＳ８）。そして、撮像した画像から上記処理によって得た各輝点情報から、それぞれの突出部の頭頂部の高さのばらつきおよび高さを算出することができる。
【００７６】
上記実施例装置によれば、異なる波長の光を異なる角度で基板１０に同時に照射し、基板１０を異なる角度で配備した２台の第１および第２カラーカメラ３３，４３で撮像することにより、基板上に分布する各突出部１１の中に２個の輝点が映り込む。当該画像をＲＧＢに光波長分解することにより、赤色の領域と緑色の領域の分けた画像を得ることができる。さらに、光波長成分ごとに輝度分布を求め、さらに正規分布によるフッティング処理により正弦波が作成され、当該正弦波から反射光ごとの第１輝点ＲＰと緑色の第２輝点ＧＰを求めることができる。
【００７７】
ここで、両画像において、散乱光の反射光は、基板１０の表面からの反射光を含まず、突出部１１で反射した反射光のみが映り込んでいる。したがって、当該散乱光から得られる輝点を基準に同じ突出部１１の画像内に映り込む輝点を求めることにより、基板１０の面からの反射光によって映り込んで突出部１１の輝点として誤検出するのを回避し、突出部１１ごとに頭頂部の輝点を正確に求めることができる。したがって、突出部１１ごとに求められた輝点を利用することにより、突出部１１の高さを精度よく求めることができる。
【００７８】
本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。
【００７９】
（１）上記実施例では、ステップＳ６ＡおよびステップＳ６Ｂの突出部特定処理において、輝点をサーチする範囲を特定していなかたったが、予め決めた範囲内だけサーチするようにしてもよい。例えば、正常な形状をした突出部１１は、第１照明装置３１から照射された第１照明光Ｒを、図１３に示すように、突出部１１の頭頂部から外れた曲面上の特定の位置で反射角が変化し、乱反射して第２カラーカメラ４３に映り込む。このとき、第１カラーカメラ３３により撮像して得た画像において、第１照明光Ｒの正反射した反射光の光軸と乱反射する反射光の光軸との間の距離ｄｕまでの範囲でＸ軸方向に沿って同軸輝点のサーチを行えば、基板１０からの反射光によって生じる輝点を回避し、突出部１１の頭頂部の第１輝点ＲＰのみを求めることができる。
【００８０】
他方、第２カラーカメラ４３により撮像した画像において、第２照明光Ｇの正反射した反射光の光軸と第１照明光Ｒが乱反射して映り込んだ反射光の光軸との間の距離ｄｔまでの範囲でＸ軸方向に沿って斜軸輝点のサーチを行えば、基板１０からの反射光によって生じる輝点を回避し、突出部１１の頭頂部の第１輝点ＲＰのみを求めることができる。
【００８１】
ここで、距離ｄｕおよび距離ｄｔは、次のようにして設定することができる。すなわち、突出部１１で乱反射した第１照明光Ｒの反射光は、第２カラーカメラ４３で撮像されているので、第２照明光Ｇの正反射の角度θ１と同じである。
【００８２】
第１照明光Ｒが角度θ１で反射する位置を次のようにして推定する。先ず、突出部１１が存在しないと仮定した場合、正反射する第１照明光Ｒの光軸が到達する基板１０の位置を原点（０，０）とする。当該原点から延伸した破線によって、乱反射する位置に到達するまでの第１照明光Ｒの光軸と角度θ１の反射光とがなす角度を２等分する角度θ２の条件を求める。当該角度θ２は、次式によって求めることができる。
【００８３】
【数３】
2013200163.tif 000005
【００８４】
したがって、当該式から反射光がθ１をなす位置座標は、次のようにして求めることができる。
【００８５】
【数４】
2013200163.tif 000006
【００８６】
ここで、Ｚは、基板１０の原点から突出部１１の頭頂部までの距離である。なお、当該距離Ｚは、予め測定または規定されたものである。
【００８７】
当該座標が求まれば、図１４に示すように、当該座標から頭頂部の座標までの距離Ｌを次式によって求めることができる。
【００８８】
【数５】
2013200163.tif 000007
【００８９】
したがって、斜軸の輝点を求めるサーチ範囲の距離ｄｔは、次式により設定することができる。
【００９０】
【数６】
2013200163.tif 000008
【００９１】
また、同軸の輝点を求めるサーチ範囲の距離ｄｕは、次式により設定することができる。
【００９２】
【数７】
2013200163.tif 000009
【００９３】
このように、輝点を求めるサーチ範囲を予め設定することにより、演算負荷を軽減できるとともに、処理速度を高めることができる。
【００９４】
（２）上記実施例装置では、第１照明装置３１および第２照明装置４１から照射する光をＲＧＢのＲとＧを利用していたが、当該組み合わせに限定されるものではない。つまり、２つの反射光を光波長分解したとき、両反射光を分別できる帯域の光波長を有する組み合わせであればよい。
【００９５】
（３）上記実施例装置では、第１照明装置３１および第２照明装置４１から所定の波長の光を照射するために第１および第２フィルタ３５，４５を利用していたが、フィルタを使わずに所定波長の光を照射できる光源（例えば、ＬＥＤ）を利用した場合、当該フィルタ３５，４５を省くこともできる。
【００９６】
（４）上記実施例装置では、第１カラーカメラ３３を垂直配備していたが、当該形態に限定されるものではく、第２カラーカメラ４３と異なる角度で第１カラーカメラ３３をする構成であっても実現できる。
【００９７】
（５）上記実施例の同軸輝点算出処理（ステップＳ５Ａ）および斜軸輝点算出処理（ステップＳ５Ｂにおいて、実輝度値のレベルに応じた輝度分布から近似線を求めるのに、正規分布によるフィッティング処理を行っているが、最小二乗法によりフィッティング処理をかけてもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１  …  突出部高さ測定装置
２  …  基板移動部
１０  …  基板
１１  …  突出部
３１  …  第１照明装置
３２  …  第１カラー画像撮像ユニット
３３  …  第１カラーカメラ
３５  …  第１フィルタ
４１  …  第２照明装置
４２  …  第２カラー画像撮像ユニット
４３  …  第２カラーカメラ
４５  …  第２フィルタ
６０  …  画像処理部
６１  …  第１光成分抽出部
６２  …  同軸輝点算出部
６３  …  突出部特定部
６４  …  第２光成分抽出部
６５  …  斜軸輝点算出部
６６  …  突出部特定部
６７  …  高さ算出部
【図１】
2013200163.tif 000010
【図２】
2013200163.tif 000011
【図３】
2013200163.tif 000012
【図４】
2013200163.tif 000013
【図５】
2013200163.tif 000014
【図６】
2013200163.tif 000015
【図７】
2013200163.tif 000016
【図８】
2013200163.tif 000017
【図９】
2013200163.tif 000018
【図１０】
2013200163.tif 000019
【図１１】
2013200163.tif 000020
【図１２】
2013200163.tif 000021
【図１３】
2013200163.tif 000022
【図１４】
2013200163.tif 000023