CN109564089B - 测量装置 - Google Patents

测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109564089B
CN109564089B CN201780050584.5A CN201780050584A CN109564089B CN 109564089 B CN109564089 B CN 109564089B CN 201780050584 A CN201780050584 A CN 201780050584A CN 109564089 B CN109564089 B CN 109564089B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
measurement
axis direction
predetermined
imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780050584.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109564089A (zh
Inventor
石垣裕之
间宫高弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CKD Corp
Original Assignee
CKD Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CKD Corp filed Critical CKD Corp
Publication of CN109564089A publication Critical patent/CN109564089A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109564089B publication Critical patent/CN109564089B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608—Height gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/45—Multiple detectors for detecting interferometer signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70—Using polarization in the interferometer

Abstract

本发明提供一种能够实现测量精度的提高并且能够实现测量效率的提高的测量装置。测量装置(1)基于由拍摄系统(4A、4B)拍摄而得到的干涉条纹图像针对在工件W的规定的测量区域内预先设定的一部分z位置调查区域获取z方向多个位置处的复振幅数据。接着，从该多组复振幅数据获取与z位置调查区域相关的多组强度图像，基于该多组强度图像决定z位置调查区域在z方向上的位置。然后，针对测量区域整体获取该位置处的复振幅数据，执行与测量区域相关的三维测量。

Description

测量装置
技术领域
本发明涉及对被测量物的形状进行测量的测量装置。
背景技术
以往，作为测量被测量物的形状的测量装置，已知有利用干涉仪的测量装置(例如，参照专利文献1)。其中，还有基于相位不同的多个干涉条纹图像通过相移法进行测量的测量装置等(例如，参照专利文献2)。
但是，如果不将被测量物适当地设置在拍摄单元的对焦范围内，则无法获取焦点对准的精度良好的图像数据，测量精度有可能降低。
因此，以往需要在开始测量之前高精度地进行将被测量物设置在对焦范围内的前处理等，测量所需的时间整体上有可能变长。另外，高度测量的测量范围也有可能受到对焦范围的制约。
与此相对，近年来，也有具备校正焦点模糊像差的功能的干涉摄像装置等(例如，参照专利文献3)。通过校正焦点模糊像差，能够通过运算处理将产生了焦点模糊的图像数据变换为焦点对准的图像数据，因此能够获取高精度的图像数据。其结果是，能够实现测量精度的提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-219722号公报
专利文献2：日本特开平11-337321号公报
专利文献3：日本特表2016-504947号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献3涉及的现有技术中，构成为对被测量物可能存在的光轴方向(高度方向)规定范围内的光轴方向多个位置分别生成像差校正图像，从其中提取焦点对准的图像。即，由于必须生成多个对由拍摄单元拍摄得到的图像整体进行了像差校正处理的像差校正图像，所以处理负荷极大，该处理所需要的时间也有可能变长。其结果是，测量效率有可能显著降低。
本发明是鉴于上述情况等而完成的，其目的在于提供一种能够实现测量精度的提高并且能够实现测量效率的提高的测量装置。
用于解决问题的手段
以下，分项说明适于解决上述问题的各技术方案。另外，根据需要对相应的技术方案附注特有的作用效果。
技术方案1：一种测量装置，其特征在于，包括：
规定的光学系统(特定光学系统)，将入射的规定的光分割为两种光，能够将一种光作为测量光照射到被测量物(例如晶片基板)上，且能够将另一种光作为参照光照射到参照面，并且能够将该两种光再次合成并射出；
照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的规定的光；
拍摄单元，能够拍摄从所述规定的光学系统射出的输出光；以及
图像处理单元，能够基于由所述拍摄单元拍摄得到的干涉条纹图像来执行与所述被测量物的规定的测量区域(被测量物的整个区域或其一部分)相关的测量，
所述图像处理单元包括：
第一数据获取单元，基于由所述拍摄单元拍摄得到的干涉条纹图像针对在所述测量区域内预先设定的一部分特定区域至少在光轴方向规定范围内每隔规定间隔获取多组光轴方向规定位置处的复振幅数据；
图像获取单元，从由所述第一数据获取单元获取的与所述特定区域相关的每隔所述规定间隔的多组复振幅数据中，获取与所述特定区域相关的每隔所述规定间隔的多组强度(亮度)图像；
位置决定单元，基于由所述图像获取单元获取的所述多组强度图像决定光轴方向上的规定位置(例如，得到最聚焦的强度图像的位置)；
第二数据获取单元，针对所述测量区域整体获取由所述位置决定单元决定的位置处的复振幅数据；以及
测量执行单元，基于由所述第二数据获取单元获取的复振幅数据执行与所述测量区域相关的测量。
另外，“规定的光学系统”不仅包括“使参照光和测量光在内部干涉后作为干涉光输出的光学系统”，还包括“使参照光和测量光在内部不干涉而仅作为合成光输出的光学系统”。但是，在从“规定的光学系统”输出的“输出光”为“合成光”的情况下，为了拍摄“干涉条纹图像”，至少在由“拍摄单元”拍摄的前一阶段，通过规定的干涉单元变换为“干涉光”。
即，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，将入射的规定的光分割为两种光，能够将一种光作为测量光照射到被测量物且能够将另一种光作为参照光照射到参照面，并且将它们再次合成并射出的光学系统称为“干涉光学系统”。因此，在上述技术方案1中(在以下的各技术方案中也同样)，也可以将“规定的光学系统(特定光学系统)”称为“干涉光学系统”。
根据上述技术方案1，首先，最初不是针对测量区域整体而是仅针对在测量区域内预先设定的一部分特定区域(有限的狭窄范围)获取光轴方向多个位置上的复振幅数据，基于该复振幅数据搜索并决定焦点对准被测量物(特定区域)的最佳位置。然后，获取关于该位置的测量区域整体的复振幅数据，进行与该测量区域相关的测量。
由此，能够减轻用于获取进行与测量区域相关的测量所需的数据的处理的负荷，并且能够缩短该处理所需的时间。其结果是，能够实现测量精度的提高，并且能够实现测量效率的提高。
另外，作为上述“规定间隔”，例如可以列举出光轴方向上的“对焦范围”、“测量范围”的间隔等。
技术方案2：根据技术方案1所述的测量装置，其特征在于，所述位置决定单元基于由所述图像获取单元获取的所述多组强度图像决定所述特定区域的光轴方向位置。
根据上述技术方案2，构成为确定被测量物(特定区域)在光轴方向上的位置(高度方向位置)，获取该位置上的测量区域整体的复振幅数据来进行测量。由此，与仅从每隔规定间隔多组获取的复振幅数据中提取最佳的数据的结构相比，能够获取焦点对准被测量物(特定区域)的最佳且高精度的数据。其结果是，能够实现测量精度的进一步提高。
技术方案3：根据技术方案2所述的测量装置，其特征在于，所述特定区域是在进行与所述测量区域相关的光轴方向的测量时成为基准的区域。
根据上述技术方案3，能够在焦点对准成为测量基准的特定区域的最佳且高精度的数据下进行测量，能够实现测量精度的进一步提高。
技术方案4：根据技术方案1至3中任一个所述的测量装置，其特征在于，所述特定区域被设定在多处。
根据上述技术方案4，由于特定区域有多个，所以容易找到应获取测量区域整体的复振幅数据的、最佳的位置。
另外，例如在被测量物翘曲或成为倾斜的状态等而在测量区域产生高低差的情况下，假设所述特定区域仅设定有一处时，有可能无法获取焦点对准测量区域整体的数据。
与此相对，通过如本技术方案那样具有多个特定区域，能够对多个特定区域每一个执行与上述技术方案1相关的一系列的处理，作为整体，能够获取焦点对准测量区域整体的数据。例如对于测量区域中第一区域，使用光轴方向上的第一位置处的数据，对于第二区域，使用光轴方向上的第二位置处的数据，能够获取焦点对准测量区域整体的数据。
技术方案5：根据技术方案1至4中任一个所述的测量装置，其特征在于，包括在所述参照光和所述测量光之间赋予相对的相位差的相移单元，
所述图像处理单元被构成为能够基于由所述拍摄单元拍摄所述输出光而得到的多组干涉条纹图像，执行与所述被测量物的规定的测量区域相关的测量，所述输出光是被所述相移单元进行了多组(例如三组或四组)相位移动而得到的输出光。
技术方案6：根据技术方案1至5中任一个所述的测量装置，其特征在于，
所述照射单元包括：
第一照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的、包含第一波长的偏振光的第一光；以及
第二照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的、包含第二波长的偏振光的第二光，
所述拍摄单元包括：
第一拍摄单元，能够拍摄通过使所述第一光入射到所述规定的光学系统而从所述规定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光；以及
第二拍摄单元，能够拍摄通过使所述第二光入射到所述规定的光学系统而从所述规定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光。
如上述技术方案6那样，如果利用波长不同的两种光，则能够扩大测量范围。进而，在第一数据获取单元以测量范围间隔获取与特定区域相关的复振幅数据的情况下，能够实现处理负担的减轻。
另外，从“第一照射单元”照射的“第一光”只要是至少包含“第一波长的偏振光(第一偏振光)”的光即可，之后，也可以是包含在“规定的光学系统”中被切割的其他多余分量的光(例如“非偏振光”或“圆偏振光”)。
同样地，从“第二照射单元”照射的“第二光”只要是至少包含“第二波长的偏振光(第二偏振光)”的光即可，之后，也可以是包含在“规定的光学系统”中被切割的其他多余分量的光(例如“非偏振光”或“圆偏振光”)。
另外，从“规定的光学系统(特定光学系统)”输出的“第一光涉及的输出光”中包含“第一光涉及的参照光和测量光的合成光、或使该合成光干涉的干涉光”，在“第二光涉及的输出光”中包含“第二光涉及的参照光和测量光的合成光、或使该合成光干涉的干涉光”。
技术方案7：根据技术方案1至6中任一个所述的测量装置，其特征在于，所述被测量物是形成有凸块的晶片基板。
根据上述技术方案7，能够进行在晶片基板上形成的凸块的测量。进而，在凸块的检查中，能够基于该测量值进行凸块的好坏判定。因此，在该检查中，能够发挥上述各技术方案的作用效果，能够高精度地进行好坏判定。其结果是，能够实现凸块检查装置中的检查精度及检查效率的提高。
附图说明
图1是测量装置的概略结构图。
图2是表示测量装置的电气结构的框图。
图3是表示第一光的光路的光路图。
图4是表示第二光的光路的光路图。
图5是表示测量处理的流程的流程图。
图6是用于说明工件与拍摄元件的位置关系等的说明图。
图7是用于说明工件与拍摄元件的位置关系等的说明图。
图8是表示形成有凸块的晶片基板的侧面示意图。
图9是用于说明凸块的三维测量的说明图。
图10是用于说明凸块的二维测量的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对测量装置的一个实施方式进行说明。图1是表示本实施方式涉及的测量装置1的概略结构的示意图，图2是表示测量装置1的电气结构的框图。以下，为了方便，以图1的纸面前后方向为“X轴方向”，以纸面上下方向为“Y轴方向”，以纸面左右方向为“Z轴方向”进行说明。
测量装置1基于迈克尔逊干涉仪原理而构成，具备：两个光投射系统2A、2B(第一光投射系统2A、第二光投射系统2B)，作为能够输出特定波长的光的照射单元；干涉光学系统3，入射从该光投射系统2A、2B分别射出的光；两个拍摄系统4A、4B(第一拍摄系统4A、第二拍摄系统4B)，作为能够对从该干涉光学系统3射出的光进行摄像的拍摄单元；以及控制装置5，进行光投射系统2A、2B和干涉光学系统3、拍摄系统4A、4B等的各种控制和图像处理、运算处理等。
这里，“控制装置5”构成本实施方式中的“图像处理单元”，“干涉光学系统3”构成本实施方式中的“规定的光学系统(特定光学系统)”。另外，在本实施方式中，以产生光的干涉(拍摄干涉条纹图像)为目的，将入射的规定的光分割为两个光(测量光及参照光)，在使该两个光产生光程差的基础上，再次合成并输出的光学系统被称为“干涉光学系统”。即，不仅是使两个光在内部干涉后作为干涉光输出的光学系统，也可以不使两个光在内部干涉而简单地作为合成光输出的光学系统也称为“干涉光学系统”。因此，如在本实施方式中后述那样，在两个光(测量光及参照光)不发生干涉而作为合成光从“干涉光学系统”输出的情况下，在至少被拍摄的前一阶段(例如拍摄系统的内部等)经由规定的干涉单元得到干涉光。
首先，对两个光投射系统2A、2B(第一光投射系统2A、第二光投射系统2B)的结构进行详细说明。第一光投射系统2A包括第一发光部11A、第一光隔离器12A、第一非偏振分光器13A等。在此，“第一发光部11A”构成本实施方式中的“第一照射单元”。
虽然省略了图示，但第一发光部11A具备能够输出特定波长λ1的直线偏振光的激光光源、将从该激光光源输出的直线偏振光放大并作为平行光射出的扩束器、用于进行强度调整的偏振板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。
在该结构下，在本实施方式中，从第一发光部11A开始将相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的波长λ1(例如λ1＝1500nm)的直线偏振光向Z轴方向向左射出。在此，“波长λ1”相当于本实施方式中的“第一波长”。以下，将从第一发光部11A射出的波长λ1的光称为“第一光”。
第一光隔离器12A是仅透射在一个方向(在本实施方式中为Z轴方向向左)上行进的光并且截断相反方向(在本实施方式中为Z轴方向向右)的光的光学元件。由此，仅使从第一发光部11A射出的第一光透射，能够防止由返回光引起的第一发光部11A的损伤或不稳定化等。
第一非偏振分光器13A是将直角棱镜(以直角等腰三角形为底面的三棱柱状的棱镜，以下相同)粘合而成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面13Ah上实施有例如金属膜等的涂层。“第一非偏振分光器13A”构成本实施方式中的“第一导光单元”。
以下同样，非偏振分光器也包括偏振状态，以规定的比率将入射光分割为透射光和反射光。在本实施方式中，采用具有1：1的分割比的所谓半透半反镜。即，透射光的P偏振光分量及S偏振光分量和反射光的P偏振光分量及S偏振光分量全部以相同的比率被分割，并且透射光和反射光的各偏振状态与入射光的偏振状态相同。
另外，在本实施方式中，将与图1的纸面平行的方向(Y轴方向或Z轴方向)作为偏振光方向的直线偏振光称为P偏振光(P偏振光分量)，将与图1的纸面垂直的X轴方向作为偏振光方向的直线偏振光称为S偏振光(S偏振光分量)。
此外，在第一非偏振分光器13A中，以夹着其接合面13Ah而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交的方式配置。也就是说，第一非偏振分光器13A的接合面13Ah被配置为相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地，被配置为经由第一光隔离器12A从第一发光部11A在Z轴方向上向左入射的第一光的一部分(一半)在Z轴方向上向左透射，使剩余部分(一半)以向Y轴方向下方反射。
类似于第一光投射系统2A，第二光投射系统2B包括第二发光部11B、第二光隔离器12B、第二非偏振分光器13B等。在此，“第二发光部11B”构成本实施方式中的“第二照射单元”。
第二发光部11B与上述第一发光部11A同样，具备能够输出特定波长λ2的直线偏振光的激光光源、将从该激光光源输出的直线偏振光放大并作为平行光射出的扩束器、用于进行强度调整的偏振板、用于调整偏振光方向的1/2波长板等。
在该结构下，在本实施方式中，从第二发光部11B开始将相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的方向作为偏振光方向的波长λ2(例如λ2＝1503nm)的直线偏振光向Y轴方向上方射出。在此，“波长λ2”相当于本实施方式中的“第二波长”。以下，将从第二发光部11B射出的波长λ2的光称为“第二光”。
第二光隔离器12B与第一光隔离器12A同样，是仅透射向一个方向(在本实施方式中为Y轴方向朝上)行进的光而截断相反方向(在本实施方式中为Y轴方向朝下)的光的光学元件。由此，仅使从第二发光部11B射出的第二光透射，能够防止由返回光引起的第二发光部11B的损伤或不稳定化等。
第二非偏振分光器13B与第一非偏振分光器13A同样，是贴合直角棱镜而成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面13Bh上施加有例如金属膜等涂层。“第二非偏振分光器13B”构成本实施方式中的“第二导光单元”。
此外，在第二非偏振分光器13B中，以夹着其接合面13Bh而相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交且另一个面与Z轴方向正交的方式配置。也就是说，第二非偏振分光器13B的接合面13Bh被配置为相对于Y轴方向和Z轴方向倾斜45°。更具体地，被配置为通过第二光隔离器12B从第二发光部11B沿Y轴方向向上入射的第二光的一部分(一半)沿Y轴方向向上透射，使剩余部分(一半)在Z轴方向向右反射。
接着，对干涉光学系统3的结构进行详细说明。干涉光学系统3具有偏振分光器(PBS)20、1/4波长板21、22、参照面23、设置部24等。
偏振分光器20是贴合直角棱镜而成为一体的立方体型的公知的光学部件，在其接合面(边界面)20h上施加有例如电介质多层膜等涂层。
偏振分光器20将入射的直线偏振光分割为偏振光方向相互正交的2个偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)。本实施方式中的偏振分光器20构成为使P偏振光分量透射使S偏振光分量反射。
偏振分光器20被配置成夹着其接合面20h相邻的两个面中的一个面与Y轴方向正交，而另一个面与Z轴方向正交。即，偏振分光器20的接合面20h被配置成相对于Y轴方向及Z轴方向倾斜45°。
更具体地，从上述第一非偏振分光器13A在Y轴方向上向下反射的第一光入射的偏振分光器20的第一面(Y轴方向上侧面)20a、以及与该第一面20a相对置的第三面(Y轴方向下侧面)20c以与Y轴方向正交的方式配置。“偏振分光器20的第一面20a”相当于本实施方式中的“第一输入输出部”。
另一方面，作为隔着接合面20h与第一面20a相邻的面的、从上述第二非偏振分光器13B沿Z轴方向向右反射的第二光入射的偏振分光器20的第二面(Z轴方向左侧面)20b、以及与该第二面20b相对置的第四面(Z轴方向右侧面)20d以与Z轴方向正交的方式配置。“偏振分光器20的第二面20b”相当于本实施方式中的“第二输入输出部”。
另外，以在Y轴方向上与偏振分光器20的第三面20c相对置的方式配置1/4波长板21，以在Y轴方向上与该1/4波长板21相对置的方式配置有参照面23。
1/4波长板21具有将直线偏振光变换为圆偏振光并且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器20的第三面20c射出的直线偏振光(参照光)经由1/4波长板21变换为圆偏振光后照射到参照面23。另外，在参照面23反射的参照光再次经由1/4波长板21从圆偏振光变换为直线偏振光后入射到偏振分光器20的第三面20c。
另一方面，以在Z轴方向上与偏振分光器20的第四面20d相对置的方式配置1/4波长板22，以在Z轴方向上与该1/4波长板22相对置的方式配置有设置部24。
1/4波长板22具有将直线偏振光变换为圆偏振光并且将圆偏振光变换为直线偏振光的功能。即，从偏振分光器20的第四面20d射出的直线偏振光(测量光)经由1/4波长板22变换为圆偏振光后照射到放置在设置部24上的作为被测量物的工件W。另外，由工件W反射的测量光再次经由1/4波长板22从圆偏振光变换为直线偏振光后入射到偏振分光器20的第四面20d。
接着，对两个拍摄系统4A、4B(第一拍摄系统4A、第二拍摄系统4B)的结构进行详细说明。第一拍摄系统4A具备1/4波长板31A、第一偏振板32A、构成第一拍摄单元的第一照相机33A等。
1/4波长板31A用于将在Z轴方向上左方向透射第二非偏振分光器13B的直线偏振光(第一光的参照光分量以及测量光分量)分别变换为圆偏振光。
第一偏振板32A选择性地透射由1/4波长板31A转换为圆偏振光的第一光的各分量。由此，能够使旋转方向不同的第一光的参照光分量和测量光分量在特定的相位上干涉。“第一偏振板32A”构成本实施方式中的“相移单元”和“干涉单元”。
本实施方式涉及的第一偏振板32A被构成为能够以Z轴方向为轴心旋转，并且被控制成其透射轴方向每次变化45°。具体而言，透射轴方向相对于Y轴方向变化为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”。
由此，能够使透射了第一偏振板32A的第一光的参照光分量及测量光分量以四组相位干涉。即，能够生成相位相差90°的干涉光。具体而言，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。
第一照相机33A是具备透镜和拍摄元件33Aa(参照图6)等的公知的照相机。在本实施方式中，作为第一照相机33A的拍摄元件33Aa，采用了CCD区域传感器。当然，拍摄元件33Aa并不限定于此，例如也可以采用CMOS区域传感器等。另外，作为透镜，优选使用远心透镜。
由第一照相机33A拍摄的图像数据在第一照相机33A内部被变换为数字信号后，以数字信号的形式输入到控制装置5(图像数据存储装置54)。
具体而言，由第一照相机33A拍摄第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。
第二拍摄系统4B与第一拍摄系统4A同样，具备1/4波长板31B、第二偏振板32B、构成第二拍摄单元的第二照相机33B等。
1/4波长板31B用于将在Y轴方向上向上透射第一非偏振分光器13A的直线偏振光(第二光的参照光分量以及测量光分量)分别变换为圆偏振光。
第二偏振板32B与第一偏振板32A同样，选择性地透射由1/4波长板31B变换为圆偏振光的第二光的各分量。由此，能够使旋转方向不同的第二光的参照光分量和测量光分量在特定的相位上干涉。“第二偏振板32B”构成本实施方式中的“相移单元”和“干涉单元”。
本实施方式涉及的第二偏振板32B被构成为能够以Y轴方向为轴心旋转，并且被控制成其透射轴方向每次变化45°。具体而言，透射轴方向相对于X轴方向变化为“0°”、“45°”、“90°”、“135°”。
由此，能够使透射了第二偏振板32B的第二光的参照光分量及测量光分量以四组相位干涉。即，能够生成相位相差90°的干涉光。具体而言，能够生成相位为“0°”的干涉光、相位为“90°”的干涉光、相位为“180°”的干涉光、相位为“270°”的干涉光。
第二照相机33B与第一照相机33A同样，是具备透镜和拍摄元件33Ba(参照图6)等的公知的照相机。在本实施方式中，与第一照相机33A同样，作为第二照相机33B的拍摄元件33Ba，采用了CCD区域传感器。当然，拍摄元件33Ba并不限定于此，例如也可以采用CMOS区域传感器等。另外，作为透镜，优选使用远心透镜。
与第一照相机33A同样，由第二照相机33B拍摄的图像数据在第二照相机33B内部被变换为数字信号之后，以数字信号的形式输入到控制装置5(图像数据存储装置54)。
具体而言，由第二照相机33B拍摄第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像、相位“90°”的干涉条纹图像、相位“180°”的干涉条纹图像、相位“270°”的干涉条纹图像。
在此，对控制装置5的电气结构进行说明。如图2所示，控制装置5包括：执行测量装置1整体控制的CPU及输入输出接口51、由键盘和鼠标、或者触摸面板构成的作为“输入单元”的输入装置52、具有液晶画面等显示画面的作为“显示单元”的显示装置53、用于依次存储由照相机33A、33B拍摄的图像数据等的图像数据存储装置54、用于存储各种运算结果的运算结果存储装置55、预先存储各种信息的设定数据存储装置56。另外，这些各装置52～56与CPU及输入输出接口51电连接。
接着，对测量装置1的作用进行说明。另外，如后所述，本实施方式中的第一光及第二光的照射是同时进行的，第一光的光路与第二光的光路一部分重叠，在此，为了更容易理解，对于第一光和第二光的每个光路，使用不同的附图分别进行说明。
首先，参照图3对第一光的光路进行说明。如图3所示，波长λ1的第一光(偏振光方向相对于X轴方向和Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第一发光部11A在Z轴方向向左射出。
从第一发光部11A射出的第一光通过第一光隔离器12A入射到第一非偏振分光器13A上。入射到第一非偏振分光器13A的第一光的一部分在Z轴方向上向左方透射，剩余部分在Y轴方向上向下反射。
其中，在Y轴方向向下反射的第一光(偏振光方向相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射到偏振分光器20的第一面20a。另一方面，在Z轴方向向左方透射的第一光不会入射到任何光学系统等，而成为舍弃光。
在此，如果根据需要将成为舍弃光的光用于波长测量或光的功率测量，则能够实现使光源稳定化，进一步实现测量精度的提高。
从偏振分光器20的第一面20a沿Y轴方向向下入射的第一光中，其P偏振光分量向Y轴方向下方透射并作为参照光从第三面20c射出，另外其S偏振光分量向Z轴方向右方反射并作为测量光从第四面20d射出。
从偏振分光器20的第三面20c射出的第一光涉及的参照光(P偏振光)通过1/4波长板21而变换为右旋的圆偏振光，然后被参照面23反射。在此，维持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第一光涉及的参照光再次通过1/4波长板21，由此从右旋的圆偏振光变换为S偏振光之后再入射到偏振分光器20的第三面20c上。
另一方面，从偏振分光器20的第四面20d射出的第一光涉及的测量光(S偏振光)通过1/4波长板22被转换成左旋的圆偏振光，然后被工件W反射。在此，维持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第一光涉及的测量光再次通过1/4波长板22，由此从左旋的圆偏振光变换为P偏振光之后再入射到偏振分光器20的第四面20d上。
在此，从偏振分光器20的第三面20c再次入射的第一光涉及的参照光(S偏振光)在接合面20h向Z轴方向左方向反射，另外从第四面20d再次入射的第一光涉及的测量光(P偏振光)向Z轴方向左方向透射接合面20h。然后，第一光涉及的参照光和测量光被合成的合成光作为输出光从偏振分光器20的第二面20b射出。
从偏振分光器20的第二面20b射出的第一光涉及的合成光(参照光和测量光)入射到第二非偏振分光器13B上。相对于第二非偏振分光器13B向Z轴方向左方向入射的第一光涉及的合成光中，其一部分向Z轴方向左方向透射，剩余部分向Y轴方向下方反射。其中，向Z轴方向左方向透射的合成光(参照光及测量光)入射到第一拍摄系统4A。另一方面，向Y轴方向下方反射的合成光被第二光隔离器12B截断其行进，成为舍弃光。
入射到第一拍摄系统4A的第一光涉及的合成光(参照光及测量光)首先由1/4波长板31A将其参照光分量(S偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光，其测量光分量(P偏振光分量)被变换成右旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，所以不干涉。
第一光涉及的合成光接着通过第一偏振板32A，由此其参照光分量和测量光分量以与第一偏振板32A的角度对应的相位进行干涉。然后，通过第一照相机33A拍摄该第一光涉及的干涉光。
接着，参照图4对第二光的光路进行说明。如图4所示，波长λ2的第二光(偏振光方向相对于X轴方向及Z轴方向倾斜45°的直线偏振光)从第二发光部11B向Y轴方向上方射出。
从第二发光部11B射出的第二光通过第二光隔离器12B，并入射在第二非偏振分光器13B上。入射到第二非偏振分光器13B的第二光的一部分在Y轴方向上向上透射，剩余部分在Z轴方向上向右反射。
其中，向Z轴方向右方反射的第二光(偏振光方向相对于X轴方向及Y轴方向倾斜45°的直线偏振光)入射到偏振分光器20的第二面20b。另一方面，在Y轴方向上向上透射的第二光不入射到任何光学系统等，而成为舍弃光。
在此，如果根据需要将成为舍弃光的光用于波长测量或光的功率测量，则能够实现使光源稳定化，进而实现测量精度的提高。
从偏振分光器20的第二面20b沿Z轴方向向右入射的第二光中，其S偏振光分量向Y轴方向下方反射而作为参照光从第三面20c射出，另外其P偏振光分量向Z轴方向右方透射而作为测量光从第四面20d射出。
从偏振分光器20的第三面20c射出的第二光涉及的参照光(S偏振光)通过1/4波长板21被变换成左旋的圆偏振光，然后被参照面23反射。在此，维持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第二光涉及的参照光再次通过1/4波长板21，由此从左旋的圆偏振光变换成P偏振光后再次入射到偏振分光器20的第三面20c。
另一方面，从偏振分光器20的第四面20d射出的第二光涉及的测量光(P偏振光)通过1/4波长板22被变换成右旋的圆偏振光，然后被工件W反射。在此，维持相对于光的行进方向的旋转方向。之后，第二光涉及的测量光再次通过1/4波长板22，由此从右旋的圆偏振光变换为S偏振光后再次入射到偏振分光器20的第四面20d。
这里，从偏振分光器20的第三面20c再次入射的第二光涉及的参照光(P偏振光)在Y轴方向上向上透射接合面20h，另外从第四面20d再次入射的第二光涉及的测量光(S偏振光)在接合面20h向Y轴方向上方反射。然后，第二光涉及的参照光和测量光被合成的状态的合成光作为输出光从偏振分光器20的第一面20a射出。
从偏振分光器20的第一面20a射出的第二光涉及的合成光(参照光和测量光)入射在第一非偏振分光器13A上。在Y轴方向上向上入射到第一非偏振分光器13A的第二光涉及的合成光中，其一部分在Y轴方向上向上透射，并且剩余部分在Z轴方向上向右反射。其中，向Y轴方向上方透射的合成光(参照光以及测量光)入射到第二拍摄系统4B。另一方面，沿Z轴方向向右反射的合成光被第一光隔离器12A截断其行进，成为舍弃光。
入射到第二拍摄系统4B的第二光涉及的合成光(参照光及测量光)首先由1/4波长板31B将其参照光分量(P偏振光分量)变换为右旋的圆偏振光，将其测量光分量(S偏振光分量)变换为左旋的圆偏振光。这里，左旋的圆偏振光和右旋的圆偏振光由于旋转方向不同，所以不干涉。
第二光涉及的合成光接着通过第二偏振板32B，由此其参照光分量和测量光分量以与第二偏振板32B的角度对应的相位进行干涉。然后，由第二照相机33B拍摄第二光涉及的干涉光。
接着，参照图5的流程图等详细说明由控制装置5执行的测量处理的过程。以下，在对该测量处理进行说明时，将第一照相机33A的拍摄元件33Aa面或第二照相机33B的拍摄元件33Ba面设为x-y平面，将与其正交的光轴方向作为z方向进行说明。当然，该坐标系(x，y，z)和用于说明测量装置1整体的坐标系(X，Y，Z)是不同的坐标系。
首先，在步骤S1中，执行获取与工件W的规定的测量区域有关的干涉条纹图像的处理。在本实施方式中，在此获取第一光涉及的相位不同的四组干涉条纹图像、及第二光涉及的相位不同的四组干涉条纹图像。以下进行详细说明。
将工件W设置到设置部24之后，将第一拍摄系统4A的第一偏振板32A的透射轴方向设定在规定的基准位置(例如“0°”)，并且将第二拍摄系统4B的第二偏振板32B的透射轴方向设定在规定的基准位置(例如“0°”)。
接着，在从第一光投射系统2A照射第一光的同时，从第二光投射系统2B照射第二光。其结果是，从干涉光学系统3的偏振分光器20的第二面20b射出第一光涉及的合成光(参照光和测量光)的同时，从偏振分光器20的第一面20a射出第二光涉及的合成光(参照光和测量光)。
然后，由第一拍摄系统4A拍摄从偏振分光器20的第二面20b射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从偏振分光器20的第一面20a射出的第二光涉及的合成光。
另外，在此，由于第一偏振板32A及第二偏振板32B的透射轴方向分别被设定为“0°”，因此由第一照相机33A拍摄第一光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像，由第二照相机33B拍摄第二光涉及的相位“0°”的干涉条纹图像。
然后，从各照相机33A、33B分别拍摄的图像数据被输出到控制装置5。控制装置5将输入的图像数据存储在图像数据存储装置54中。
接着，控制装置5进行第一拍摄系统4A的第一偏振板32A及第二拍摄系统4B的第二偏振板32B的切换处理。具体而言，使第一偏振板32A及第二偏振板32B分别转动移位到透射轴方向为“45°”的位置。
当该切换处理结束时，控制装置5进行与上述一系列的第一次摄像处理同样的第二次摄像处理。即，控制装置5在从第一光投射系统2A照射第一光的同时，从第二光投射系统2B照射第二光，由第一拍摄系统4A拍摄从偏振分光器20的第二面20b射出的第一光涉及的合成光，同时由第二拍摄系统4B拍摄从偏振分光器20的第一面20a射出的第二光涉及的合成光。由此，获取第一光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像，并且拍摄第二光涉及的相位“90°”的干涉条纹图像。
以后，反复进行两次与上述第一次和第二次的拍摄处理同样的拍摄处理。即，在将第一偏振板32A及第二偏振板32B的透射轴方向设定为“90°”的状态下进行第三次拍摄处理，获取第一光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“180°”的干涉条纹图像。
之后，在将第一偏振板32A及第二偏振板32B的透射轴方向设定为“135°”的状态下进行第四次拍摄处理，获取第一光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像，并且获取第二光涉及的相位“270°”的干涉条纹图像。
这样，通过进行四次摄像处理，能够获取进行工件W的规定的测量区域的测量所需的全部图像数据(由第一光涉及的四组干涉条纹图像和第二光涉及的四组干涉条纹图像构成的共计八个干涉条纹图像)。
在接下来的步骤S2中，控制装置5执行获取拍摄元件33Aa、33Ba面的光的复振幅数据Eo(x，y)的处理。详细地说，基于存储在图像数据存储装置54中的第一光涉及的四组干涉条纹图像及第二光涉及的四组干涉条纹图像来获取第一光和第二光各自涉及的拍摄元件33Aa、33Ba面上的光的复振幅数据Eo(x，y)。
第一光或第二光涉及的四组干涉条纹图像的同一坐标位置(x，y)中的干涉条纹强度、即亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)I4(x，y)可以用下述[数1]的关系式表示。
[数1]
这里，Δφ(x，y)表示基于坐标(x，y)处的测量光和参照光的光程差的相位差。此外，A(x，y)表示干涉光的振幅、B(x，y)表示偏移。但是，由于参照光均匀，因此当以此为基准而观察时，Δφ(x，y)表示“测量光的相位”，A(x，y)表示“测量光的振幅”。
因此，到达拍摄元件33Aa、33Ba面的测量光的相位Δφ(x，y)能够基于上述[数1]的关系式通过下述[数2]的关系式求出。
[数2]
另外，到达拍摄元件33Aa、33Ba面的测量光的振幅A(x，y)能够基于上述[数1]的关系式通过下述[数3]的关系式求出。
[数3]
并且，根据上述相位Δφ(x，y)和振幅A(x，y)基于下述[数4]的关系式能够算出在拍摄元件33Aa、33Ba面中的复振幅数据Eo(x，y)。这里，i表示虚数单位。
[数4]
在接下来的步骤S3中，控制装置5针对在工件W的规定的测量区域内预先设定的一部分特定区域，执行获取z方向多个位置上的复振幅数据的处理。通过执行上述步骤S2、S3涉及的一系列处理的功能构成本实施方式中的第一数据获取单元。
另外，“特定区域”是为了事先调查工件W在z方向上的位置而任意设定的区域。以下，将该“特定区域”称为“z位置调查区域V”(参照图7)。例如，在工件W是图8所示的晶片基板100的情况下，可将能够成为凸块101的高度测量的基准面的图案部102设定为z位置调查区域V。
以下，对步骤S3的处理进行详细说明。首先，将说明从z方向上的预定位置处的已知复振幅数据获取z方向上的不同位置处的未知的复振幅数据的方法。
在此，考虑在z方向上离开距离d的两个坐标系(x-y坐标系和ξ-η坐标系)。然后，如果设x-y坐标系为z＝0，用Eo(x，y)表示x-y坐标系中的已知光的复振幅数据，将从x-y平面离开距离d的ξ-η平面上的未知光的复振幅数据表示为Eo(ξ，η)，则成为下述[数5]所示的关系。这里，λ表示波长。
[数5]
如果针对Eo(ξ，η)求解，则成为下述[数6]。
[数6]
而且，在本实施方式中，如图6、7所示，基于在上述步骤S2中获取的拍摄元件33Aa、33Ba面中的复振幅数据Eo(x，y)，对于工件W上的z位置调查区域V，获取从拍摄元件33Aa、33Ba面向z方向的距离L离开L0、L1、L2···Ln的位置各自的复振幅数据EoL0(ξ，η)、EoL1(ξ，η)、···、EoLn(ξ，η)。
在接下来的步骤S4中，控制装置5对于工件W上的z位置调查区域V，执行获取z方向多个位置的强度(亮度)图像的处理。通过执行上述步骤S4的处理的功能构成本实施方式中的图像获取单元。
详细地说，从在上述步骤S3中获取的复振幅数据EoL0(ξ，η)、EoL1(ξ，η)、···、EoLn(ξ，η)分别获取强度图像。另外，当ξ-η平面中的复振幅数据由Eo(ξ，η)表示时，ξ-η平面中的强度图像I(ξ，η)可以由下述[数7]的关系式求出。
[数7]
在接下来的步骤S5中，控制装置5执行决定工件W在z方向上的位置的处理。通过执行上述步骤S5的处理的功能构成本实施方式中的位置决定单元。
详细地说，基于在上述步骤S4中获取的z位置调查区域V涉及的多个强度图像，决定z方向上的z位置调查区域V的位置。以下，对根据强度图像的对比度决定z位置调查区域V的位置的方法进行说明。
例如，如图7所示，在以高度测量的测量范围间隔划分工件W可能存在的z方向规定范围Q，设定了从拍摄元件33Aa、33Ba面向z方向的距离L离开L0、L1、L2、···、Ln的位置(z＝L0、L1、···、Ln)的情况下，针对z方向各位置(z＝L0、L1、···、Ln)中的z位置调查区域V的强度图像，求出“z位置调查区域V”和“其他部分”的亮度的对比度。接着，提取得到其中对比度最高的强度图像的位置(z＝Lm)。然后，基于该位置(z＝Lm)的复振幅数据EoLm(ξ，η)进行三维测量，获取z位置调查区域V的高度信息。基于此，根据“强度图像的位置信息(z＝Lm)”+“z位置调查区域V的高度信息”获取z方向上的z位置调查区域V的绝对位置。
另外，作为决定z位置调查区域V的位置的方法，不仅可以采用根据上述强度图像的对比度求出的方法，还可以采用其他方法。例如，也可以采用根据强度图像的亮度求出的方法。
在这样的方法中，亮度图像利用实际上在有物体的面上最强的性质。具体而言，在z方向各位置(z＝L0、L1、···、Ln)的z位置调查区域V的强度图像中，求出z位置调查区域V的平均亮度。接着，提取得到其中平均亮度最高的强度图像的位置(z＝Lm)。然后，与上述同样，基于该位置(z＝Lm)的复振幅数据EoLm(ξ，η)进行三维测量，获取z位置调查区域V的高度信息。基于此，根据“强度图像的位置信息(z＝Lm)”+“z位置调查区域V的高度信息”获取z方向上的z位置调查区域V的绝对位置。
在接下来的步骤S6中，控制装置5获取在上述步骤S5中决定的工件W(z位置调查区域V)的z方向位置上的测量区域整体的复振幅数据。通过执行上述步骤S6的处理的功能构成本实施方式中的第二数据获取单元。
在接下来的步骤S7中，控制装置5执行三维测量处理。通过执行上述步骤7的处理的功能构成本实施方式中的测量执行单元。
详细而言，根据在上述步骤S6中得到的测量区域整体的复振幅数据Eo(ξ，η)基于下述[数8]的关系式算出测量光的相位φ(ξ，η)和测量光的振幅A(ξ，η)。
[数8]
测量光的相位φ(ξ，η)能够通过下述[数9]的关系式求出。
[数9]
测量光的振幅A(ξ，η)能够通过下述[数10]的关系式求出。
[数10]
然后，进行相位-高度变换处理，算出三维地表示工件W的表面的凹凸形状的高度信息z(ξ，η)。
高度信息z(ξ，η)能够通过下述[数11]的关系式算出。
[数11]
在此，在使用波长不同的两种光(波长λ1、λ2)进行测量的情况下，与用该合成波长λ0的光进行测量的情况相同。并且，该测量范围扩大到λ0/2。合成波长λ0能够用下述式(M1)表示。
λ0＝(λ1×λ2)/(λ2-λ1)(M1)
其中，λ2＞λ1。
例如λ1＝1500nm、λ2＝1503nm时，根据上述式(M1)，λ0＝751.500μm，测量范围为λ0/2＝375.750μm。
更详细地说，在本实施方式中，首先，能够基于波长λ1的第一光涉及的四组干涉条纹图像的亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)(参照上述[数1])算出工件W面上的坐标(ξ、η)处的第一光涉及的测量光的相位φ1(ξ、η)(参照上述[数9])。
在第一光涉及的测量下，坐标(ξ，η)中的高度信息z(ξ，η)能够用下述式(M2)表示。
z(ξ，η)＝d1(ξ，η)/2
＝[λ1×φ1(ξ，η)/4π]+[m1(ξ，η)×λ1/2](M2)
其中，d1(ξ，η)表示第一光涉及的测量光和参照光的光程差，m1(ξ，η)表示第一光涉及的条纹次数。
因此，相位φ1(ξ，η)能够用下式(M2′)表示。
φ1(ξ，η)＝(4π/λ1)×z(ξ，η)-2πm1(ξ，η)···(M2′)
同样，基于波长λ2的第二光涉及的四组干涉条纹图像的亮度I1(x，y)、I2(x，y)、I3(x，y)、I4(x，y)(参照上述[数1])能够算出工件W面上的坐标(ξ，η)处的第二光涉及的测量光的相位φ2(ξ，η)(参照上述[数9])。
在第二光涉及的测量下，坐标(ξ，η)中的高度信息z(ξ，η)能够用下述式(M3)表示。
Z(ξ，η)＝d2(ξ，η)/2
＝[λ2×φ2(ξ，η)/4π]+[m2(ξ，η)×λ2/2]···(M3)
其中，d2(ξ，η)表示第二光涉及的测量光和参照光的光程差，m2(ξ，η)表示第二光的条纹次数。
因此，相位φ2(ξ，η)能够用下式(M3′)表示。
φ2(ξ，η)＝(4π/λ2)×z(ξ，η)-2πm2(ξ，η)···(M3′)
这里，波长λ1的第一光涉及的条纹次数m1(ξ，η)以及波长λ2的第二光涉及的条纹次数m2(ξ，η)能够基于两种光(波长λ1、λ2)的光程差Δd及波长差Δλ求出。光程差Δd及波长差Δλ能够分别表示为下式(M4)、(M5)。
Δd＝(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π···(M4)
Δλ＝λ2-λ1(M5)
其中，λ2＞λ1。
另外，在2波长的合成波长λ0的测量范围内，条纹次数m1、m2的关系分为以下三种情况，在每种情况下决定条纹次数m1(ξ，η)、m2(ξ，η的计算式不同。在此，对例如决定条纹次数m1(ξ，η)的情况进行说明。当然，对于条纹次数m2(ξ，η)，也可以通过同样的方法求出。
例如，在“φ1-φ2＜-π”的情况下，成为“m1-m2＝-1”，在该情况下，m1能够如下式(M6)那样表示。
m1＝(Δd/Δλ)-(λ2/Δλ)
＝(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π(λ2-λ1)λ2/(λ2-λ1)···(M6)
在“-π＜φ1-φ2＜π”的情况下，成为“m1-m2＝0”，在该情况下，m1能够如下式(M7)那样表示。
m1＝Δd/Δλ
＝(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π(λ2-λ1)···(M7)
在“φ1-φ2＞π”的情况下，成为“m1-m2＝+1”，在该情况下，m1能够如下式(M8)那样表示。
m1＝(Δd/Δλ)+(λ2/Δλ)
＝(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π(λ2-λ1)+λ2/(λ2-λ1)···(M8)
基于这样得到的条纹次数m1(ξ，η)或m2(ξ，η)能够由上式(M2)、(M3)得到高度信息z(ξ，η)。
例如，在工件W为晶片基板100(参照图8、9)且凸块101为测量对象的情况下，凸块101相对于作为测量基准面的图案部102的高度HB能够通过从凸块101的绝对高度ho减去该凸块101周边的图案部102的绝对高度hr来求出[HB＝ho-hr]。在此，作为图案部102的绝对高度hr，例如能够使用图案部102上的任意一点的绝对高度、图案部102上的规定范围的绝对高度的平均值等。另外，“凸块101的绝对高度ho”、“图案部102的绝对高度hr”能够作为高度信息z(ξ，η)求出。
然后，将这样求出的工件W的测量结果(高度信息)存储在控制装置5的运算结果存储装置55中。
如以上详述那样，在本实施方式中，首先，不是最初对工件W的测量区域整体，而是仅对在测量区域内预先设定的一部分z位置调查区域V获取光轴方向多个位置的复振幅数据，根据该复振幅数据搜索并决定焦点对准的最佳的工件W(z位置调查区域V)的位置。然后，获取关于该位置处的工件W的测量区域整体的复振幅数据，进行该测量区域涉及的测量。
由此，能够减轻用于获取进行测量区域涉及的测量所需的数据的处理的负荷，并且能够缩短该处理所需的时间。其结果是，能够实现测量精度的提高，并且能够实现测量效率的提高。
进而，在本实施方式中，构成为确定工件W(z位置调查区域V)的z方向位置并获取该位置处的测量区域整体的复振幅数据来进行测量，因此与仅从按规定间隔(测量范围)多次获取的复振幅数据中提取最佳数据的结构相比，能够获取焦点对准工件W(z位置调查区域V)的最佳且高精度的数据。其结果是，能够实现测量精度的进一步提高。
此外，在本实施方式中，使波长λ1的第一光从偏振分光器20的第一表面20a入射，并且使波长λ2的第二光从偏振分光器20的第二面20b入射，由此第一光涉及的参照光和测量光、第二光涉及的参照光和测量光分别被分成不同的偏振光分量(P偏振光或S偏振光)，因此入射到偏振分光器20的第一光和第二光彼此不干涉地分别从偏振分光器20射出。即，不需要使用规定的分离单元将从偏振分光器20射出的光分离为第一光和第二光。
其结果是，能够使用波长相近的两种光作为第一光和第二光，能够进一步扩大三维测量的测量范围。此外，由于能够同时进行第一光涉及的输出光的拍摄和第二光涉及的输出光的拍摄，所以能够缩短总体的拍摄时间，能够实现测量效率的提高。
另外，并不限定于上述实施方式的记载内容，例如也可以如下实施。当然，以下未例示的其他应用例、变更例当然也是可能的。
(a)作为被测量物的工件W并不限定于上述实施方式所例示的晶片基板100。例如，也可以将印刷有膏状焊料的印刷基板等作为工件W(被测量物)。
另外，也可以构成为：在设置有根据预先设定的好坏的判定基准来检查成为测量对象的凸块或膏状焊料的好坏的检查单元的凸块检查装置或焊料印刷检查装置中具备测量装置1。
(b)在上述实施方式中，没有特别提及工件W的规定的测量区域，但也可以根据工件W的大小，将工件W的整个区域设定为测量区域，也可以将工件W的一部分设定为测量区域。
例如，在上述实施方式中，也可以构成为将设置工件W的设置部24构成为能够移位，将工件W的表面分割为多个测量区域，一边依次移动各测量区域一边进行各测量区域的形状测量，分多次进行工件W整体的形状测量。
(c)干涉光学系统(规定的光学系统)的结构不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，作为干涉光学系统采用了迈克尔逊干涉仪的光学结构，但不限于此，例如马赫-曾德干涉仪或斐索干涉仪的光学结构等，只要是将入射光分割为参照光和测量光来进行工件W的测量的结构，也可以采用其他的光学结构。
(d)在上述实施方式中，构成为利用波长不同的两种光进行工件W的测量，但不限于此，也可以构成为仅利用一种光进行工件W的测量。
另外，在利用波长不同的两种光的情况下，不限于上述实施方式的结构，也可以构成为与以往的测量装置同样，使第一波长光和第二波长光在合成的状态下向干涉光学系统入射，利用规定的光学分离单元(分色镜等)对从此处射出的干涉光进行波长分离，得到第一波长光涉及的干涉光和第二波长光涉及的干涉光，并基于分别拍摄各波长光涉及的干涉光而得到的干涉条纹图像进行工件W的测量。
另外，也可以使从两个光源射出的波长不同的两种光在重合的状态下向干涉光学系统入射，通过光学分离单元对从此处射出的光进行波长分离，将分别拍摄上述各波长的光涉及的干涉光的结构与上述实施方式组合，利用波长不同的三种以上的光进行工件W的测量。
(e)光投射系统2A、2B的结构并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，构成为从第一光投射系统2A照射波长λ1＝1500nm的光，从第二光投射系统2B照射波长λ2＝1503nm的光，但是各光的波长并不限定于此。然而，为了扩大测量范围，优选使两个光的波长差更小。
(f)在上述实施方式中，构成为对于第一光和第二光分别获取相位相差90°的四组干涉条纹图像，但相移次数和相移量不限于此。例如，也可以构成为获取相位各相差120°(或90°)的三组干涉条纹图像来进行工件W的测量。
(g)在上述实施方式中，作为相移单元，采用了构成为能够变更透射轴方向的偏振板32A、32B，但相移单元的结构并不限定于此。
例如，也可以采用通过压电元件等使参照面23沿光轴移动来物理地改变光路长度的结构。
但是，在该结构和上述实施方式中，由于在获取测量所需的全部干涉条纹图像为止需要一定时间，所以不仅测量时间变长，由于受到该空气的波动或振动等的影响，也有可能降低测量精度。
与此相对，例如也可以构成为在第一拍摄系统4A中，具有将透射了1/4波长板31A的第一光涉及的合成光(参照光分量和测量光分量)分割为四个光的分光单元(棱镜等)，并且作为相移单元，代替第一偏振板32A，具备对从上述分光单元射出的四个光分别赋予不同的相位差的滤光单元，利用第一照相机33A(或多个照相机)同时拍摄透射了该滤波单元的四个光。当然，第二拍摄系统4B也可以采用同样的结构。
根据该结构，能够同时获取测量所需的所有干涉条纹图像。即，能够同时获取两种光涉及的共计八组干涉条纹图像。其结果是，能够实现测量精度的提高，并且能够大幅缩短总体的摄像时间，能够实现测量效率的显著提高。
(h)在上述实施方式中，在决定工件W(z位置调查区域V)在z方向上的位置的过程中，构成为以高度测量的测量范围间隔获取复振幅数据等，但不限于此，例如也可以构成为以对焦范围间隔获取复振幅数据等。
(i)在上述实施方式中，基于在步骤S6中得到的测量区域整体的复振幅数据，在步骤S7中进行三维测量。取而代之或除此之外，也可以构成为，基于在步骤S6中得到的测量区域整体的复振幅数据，获取测量区域整体的强度图像，进行二维测量。
在步骤S7中仅进行二维测量的情况下，基于该测量结果，例如将成为测量对象的凸块101(参照图10)的位置偏差Δx、Δy、外径D、面积S等与预先设定的基准值进行比较判定，根据该比较结果是否在允许范围内，能够进行判定凸块101的好坏的二维检查。
另外，在步骤S7中进行二维测量及三维测量双方的情况下，基于二维测量(二维检查)的结果，确定成为测量对象的凸块101存在的场所后进行三维检查，或者对通过三维测量得到的三维数据映射强度图像等，能够进行组合了多种测量的综合性检查。
(j)在上述实施方式中，使用了具备镜头的照相机，但并不一定需要镜头，即使使用没有镜头的照相机，也能够根据上述实施方式通过计算来求出聚焦的图像。
(k)在上述实施方式中，构成为确定工件W(z位置调查区域V)的z方向位置，获取该位置上的测量区域整体的复振幅数据来进行测量，但获取测量区域整体的复振幅数据的z方向位置并不限定于此。例如，也可以构成为获取得到最聚焦的强度图像的位置(z＝Lm)处的测量区域整体的复振幅数据来进行测量。
(1)在上述实施方式中例示的晶片基板100中，将成为凸块101的高度测量的基准面的图案部102设定为z位置调查区域V，但z位置调查区域V不一定是可以用作基准面的部位，也可以是其他部位。
(m)在上述实施方式中，虽然没有特别提及，但也可以是z位置调查区域V设定在多处的结构。由于z位置调查区域V有多个，所以容易找到应获取测量区域整体的复振幅数据的、最佳的位置。
符号说明
1…测量装置、2A…第一光投射系统、2B…第二光投射系统、3…干涉光学系统、4A…第一拍摄系统、4B…第二拍摄系统、5…控制装置、11A…第一发光部、11B…第二发光部、12A…第一光隔离器、12B…第二光隔离器、13A…第一非偏振分光器、13B…第二非偏振分光器、20…偏振分光器20a…第一面、20c…第三面、20b…第二面、20d…第四面、21、22…1/4波长板、23…参照面、24…设置部、31A…1/4波长板、31B…1/4波长板、32A…第一偏振板、32B…第二偏振板、33A…第一照相机、33B…第二照相机、33Aa、33Ba…拍摄元件、100…晶片基板、101…凸块、102…图案部、V…z位置调查区域、W…工件。

Claims (7)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：
规定的光学系统，将入射的规定的光分割为两种光，能够将一种光作为测量光照射到被测量物上，且能够将另一种光作为参照光照射到参照面，并且能够将该两种光再次合成并射出；
照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的规定的光；
拍摄单元，能够拍摄从所述规定的光学系统射出的输出光；以及
图像处理单元，能够基于由所述拍摄单元拍摄得到的干涉条纹图像来执行与所述被测量物的规定的测量区域相关的测量，
所述图像处理单元包括：
第一数据获取单元，基于由所述拍摄单元拍摄得到的干涉条纹图像针对在所述测量区域内预先设定的一部分特定区域至少在光轴方向规定范围内每隔规定间隔获取多组光轴方向规定位置处的复振幅数据；
图像获取单元，从由所述第一数据获取单元获取的与所述特定区域相关的每隔所述规定间隔的多组复振幅数据中，获取与所述特定区域相关的每隔所述规定间隔的多组强度图像；
位置决定单元，基于由所述图像获取单元获取的所述多组强度图像决定光轴方向上的规定位置；
第二数据获取单元，针对所述测量区域整体获取由所述位置决定单元决定的位置处的复振幅数据；以及
测量执行单元，基于由所述第二数据获取单元获取的复振幅数据执行与所述测量区域相关的测量。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述位置决定单元基于由所述图像获取单元获取的所述多组强度图像决定所述特定区域的光轴方向位置。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，
所述特定区域是在进行与所述测量区域相关的光轴方向的测量时成为基准的区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
所述特定区域被设定在多处。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
包括在所述参照光和所述测量光之间赋予相对的相位差的相移单元，
所述图像处理单元被构成为能够基于由所述拍摄单元拍摄所述输出光而得到的多组干涉条纹图像，执行与所述被测量物的规定的测量区域相关的测量，所述输出光是被所述相移单元进行了多组相位移动而得到的输出光。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
所述照射单元包括：
第一照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的、包含第一波长的偏振光的第一光；以及
第二照射单元，能够射出入射到所述规定的光学系统的、包含第二波长的偏振光的第二光，
所述拍摄单元包括：
第一拍摄单元，能够拍摄通过使所述第一光入射到所述规定的光学系统而从所述规定的光学系统射出的所述第一光涉及的输出光；以及
第二拍摄单元，能够拍摄通过使所述第二光入射到所述规定的光学系统而从所述规定的光学系统射出的所述第二光涉及的输出光。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置，其特征在于，
所述被测量物是形成有凸块的晶片基板。
CN201780050584.5A 2016-08-24 2017-04-20 测量装置 Active CN109564089B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-163220 2016-08-24
JP2016163220A JP6246875B1 (ja) 2016-08-24 2016-08-24 計測装置
PCT/JP2017/015870 WO2018037619A1 (ja) 2016-08-24 2017-04-20 計測装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109564089A CN109564089A (zh) 2019-04-02
CN109564089B true CN109564089B (zh) 2020-09-18

Family

ID=60659095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780050584.5A Active CN109564089B (zh) 2016-08-24 2017-04-20 测量装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10495438B2 (zh)
JP (1) JP6246875B1 (zh)
KR (1) KR102021400B1 (zh)
CN (1) CN109564089B (zh)
DE (1) DE112017004212T5 (zh)
TW (1) TWI627383B (zh)
WO (1) WO2018037619A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6513619B2 (ja) * 2016-09-28 2019-05-15 Ckd株式会社 三次元計測装置
KR101860347B1 (ko) * 2016-11-29 2018-05-23 국방과학연구소 마이켈슨 간섭계의 하우징 시스템
CN110186388B (zh) * 2019-05-13 2021-04-06 天津大学 基于白光干涉光谱的同步相移测量系统与方法
KR102400376B1 (ko) * 2019-07-04 2022-05-23 주식회사 히타치하이테크 삼차원 형상 검출 장치, 방법, 및 플라스마 처리 장치
EP4217136A1 (en) 2021-10-07 2023-08-02 Additive Monitoring Systems, LLC Structured light part quality monitoring for additive manufacturing and methods of use

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08219722A (ja) 1995-02-17 1996-08-30 Tokyo Seimitsu Co Ltd バンプ高さ測定方法及び装置
US6002480A (en) * 1997-06-02 1999-12-14 Izatt; Joseph A. Depth-resolved spectroscopic optical coherence tomography
JPH11337321A (ja) 1998-05-28 1999-12-10 Mitsutoyo Corp 位相シフト干渉縞の同時計測方法及び装置
JP4782958B2 (ja) * 2001-09-21 2011-09-28 株式会社リコー 表面形状測定装置及びその方法、プログラム並びに記憶媒体
JP4023666B2 (ja) * 2002-02-07 2007-12-19 株式会社リコー 動的形状測定方法及び装置
JP4277518B2 (ja) * 2002-11-29 2009-06-10 旭硝子株式会社 位相板および光情報記録再生装置
JP4177188B2 (ja) * 2003-07-03 2008-11-05 株式会社リコー 動的形状及び動的位置の同時測定方法、装置、光学素子
TWI278598B (en) * 2004-12-22 2007-04-11 Univ Electro Communications 3D shape measurement device
GB0502677D0 (en) * 2005-02-09 2005-03-16 Taylor Hobson Ltd Apparatus for and a method of determining a surface characteristic
EP1717546B1 (en) * 2005-04-27 2008-10-01 Mitutoyo Corporation Interferometer and method of calibrating the interferometer
JP5349739B2 (ja) * 2005-04-27 2013-11-20 株式会社ミツトヨ 干渉計及び干渉計の校正方法
WO2007002898A2 (en) * 2005-06-29 2007-01-04 University Of South Florida Variable tomographic scanning with wavelength scanning digital interface holography
JP4885154B2 (ja) * 2007-01-31 2012-02-29 国立大学法人東京工業大学 複数波長による表面形状の測定方法およびこれを用いた装置
JP5448353B2 (ja) * 2007-05-02 2014-03-19 キヤノン株式会社 光干渉断層計を用いた画像形成方法、及び光干渉断層装置
US7821647B2 (en) * 2008-02-21 2010-10-26 Corning Incorporated Apparatus and method for measuring surface topography of an object
JP5053193B2 (ja) * 2008-07-17 2012-10-17 新日本製鐵株式会社 粒度測定装置及び粒度測定方法
JP5602363B2 (ja) * 2008-12-26 2014-10-08 キヤノン株式会社 光干渉断層撮像装置
JP5882674B2 (ja) * 2011-10-24 2016-03-09 キヤノン株式会社 多波長干渉計、計測装置および計測方法
CN102589414B (zh) * 2012-02-21 2014-08-06 中国科学院西安光学精密机械研究所 可实时测量的同步相移斐索干涉装置
JP2014092488A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Canon Inc 計測装置及び計測方法
US9247874B2 (en) 2013-02-01 2016-02-02 Carl Zeiss Meditec, Inc. Systems and methods for sub-aperture based aberration measurement and correction in interferometric imaging
US20150002852A1 (en) * 2013-06-26 2015-01-01 Zygo Corporation Coherence scanning interferometry using phase shifted interferometrty signals
KR101539946B1 (ko) * 2013-08-22 2015-07-29 에스엔유 프리시젼 주식회사 통합형 형상 측정장치
WO2015189174A2 (en) * 2014-06-10 2015-12-17 Carl Zeiss Meditec, Inc. Improved frequency-domain interferometric based imaging systems and methods

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018031632A (ja) 2018-03-01
KR102021400B1 (ko) 2019-09-16
US10495438B2 (en) 2019-12-03
TWI627383B (zh) 2018-06-21
US20190178625A1 (en) 2019-06-13
TW201807373A (zh) 2018-03-01
KR20190038906A (ko) 2019-04-09
JP6246875B1 (ja) 2017-12-13
DE112017004212T5 (de) 2019-05-09
WO2018037619A1 (ja) 2018-03-01
CN109564089A (zh) 2019-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6271493B2 (ja) 三次元計測装置
CN109564089B (zh) 测量装置
CN111051810B (zh) 三维测量装置
JP6279013B2 (ja) 三次元計測装置
JP6513619B2 (ja) 三次元計測装置
WO2016190151A1 (ja) 三次元計測装置
JP2017026494A (ja) 白色干渉計による形状測定装置
JP7442145B2 (ja) 三次元計測装置
JP7300432B2 (ja) 三次元計測装置
TWI807379B (zh) 三維測量裝置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant