JP2005181092A - 突起の高さ測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の突起の高さを高速に測定することができ、且つ、バンプの形成精度の影響を受けずらい、突起の高さ測定方法および測定装置を提供する。
【解決手段】 ワーク表面に形成された突起の高さを測定する方法であって、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像して得た突起対応像を含む第１の平面画像と、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像して得た突起対応像を含む第２の平面画像とから、所定のデータ処理を行い、測定対象となる突起の高さを求めるための演算用データを抽出し、これを用いて突起の高さを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、突起の高さ測定方法および測定装置に関し、特に、回路基板やＬＳＩチップに設けられた微小なバンプなどの突起の高さを効率良く測定する方法および装置に関する。

回路基板やＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などのＬＳＩチップ上には、配線用電極として用いるために微小なバンプが多数設けられている。
このように、何らかのワーク表面に形成された突起の高さを測定することは、個々のロットごとに、仕様どおりの寸法をもった突起が形成されていることを確認する上で重要である。
特に、回路基板やＬＳＩチップ上に配線用電極として形成された多数のバンプの場合、寸法にばらつきが生じていると、電気的な接触不良を誘発する要因になるので、出荷前の品質検査の段階で、個々のバンプの高さを測定することが必要になる。

一般的な突起の高さ測定方法としては、変位計を用いた方法と共焦点を利用した方法とが知られている。前者は、たとえば、ワーク上方に配置したレーザ変位計などを用いて、ワーク表面までの距離と突起頂上までの距離とを測定し、両者の差を、突起の高さとして認識する方法である。
一方、後者は、顕微鏡などの光学機器を用いて突起を上方から観察し、合焦点位置からピークの高さを計測する方法である。
また、たとえば、特開２００１−２９８０３６号公報には、突起に照明を当て、その影となる領域を撮像することにより、高さを計測する方法が開示されており、本願出願人の特願２００３−２９１３６７号では、１つの撮像装置を用いて、複数の突起の高さを測定する方法、装置が提案されている。
特開２００１−２９８０３６号公報 特願２００３−２９１３６７号

従来の突起の高さ測定方法には、多数の突起の高さを高速に測定することが困難であるという問題がある。
たとえば、前述した変位計を用いた方法では、レーザ変位計などの微小なスポットを突起に正確に照射する必要があるため、突起１つ１つについて正確な位置合わせが必要になり、多数の突起が形成されているワークについて全数測定するには、多大な時間を要してしまう。
また、共焦点を利用した方法では、顕微鏡などの光学機器の視野は比較的狭いため、一度に数個の突起についての測定を行うことしかできない。
更に、前掲の特開２００１−２９８０３６号公報（特許文献１）に開示された方法では、斜めからの照明を広い範囲に均一に照射することが困難であり、やはり多数の突起についての測定を効率良く行うことは困難である。
また、特願２００３−２９１３６７号で提案した高さの測定方法では、バンプの底面を真円と仮定している撮像画像の幅からバンプ径の大きさを推定しているため、原理上、底面が真円のバンプにしか適用することができない。
また、設計上バンプ底面が真円であっても、形成精度によっては計算後の高さに誤差を生じる原因となる。

そこで本発明は、特願２００３−２９１３６７号で提案した高さの測定方法の問題点を解決しようとするもので、多数の突起の高さを高速に測定することができ、且つ、バンプの形成精度の影響を受けずらい、突起の高さ測定方法および測定装置を提供する。

本発明の突起の高さ測定方法は、ワーク表面に形成された突起の高さを測定する方法であって、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第１の撮像段階と、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第２の撮像段階と、コンピュータに、前記第１の撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させる第１の輪郭線抽出段階と、コンピュータに、前記第２の撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる第２の輪郭線抽出段階と、各測定対象となる突起について、それぞれ、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第１の輪郭線の情報に基づいて第１の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さＬを、また、第２の輪郭線の情報に基づいて第２の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＤを、それぞれ、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる、演算用データ抽出段階と、また、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、前記仰角θと、対応する前記抽出されたパラメータの長さＤ、長さＬとに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させる高さ演算段階とを有することを特徴とするものである。
そして、上記の突起の高さ測定方法において、ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、撮像段階で、複数の突起対応像が互いに重なりを生じる仰角θの臨界角度をθ１とし、突起を構成する円錐の母線とワーク表面とのなす角度をθ２としたときに、撮像段階における仰角θを、θ１＜θ＜θ２なる範囲に設定することを特徴とするものである。
そしてまた、上記の突起の高さ測定方法において、演算用データ抽出段階は、第１の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第１のラベリング処理を行い、また、第２の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第２のラベリング処理を行い、更に、各ラベリング処理の結果から、それぞれ、各測定対象とする突起位置を認識して、各測定対象とする突起に対応する演算用データとしての長さＤ、長さＬを抽出するものであることを特徴とするものである。
また、上記のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、輪郭線抽出段階で、撮像段階により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することを特徴とするものである。
また、上記のいずれか１に記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さの最大なものを長さＬとすることを特徴とするものである。
また、上記のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、個々の突起対応像についての長さＤ、Ｌを抽出するとともに、各撮像段階で得られる平面画像における所定のアライメントマーク像の位置を基準として、各突起対応像の位置座標を抽出するようにし、各突起の位置と高さとを測定するようにしたことを特徴とするものである。
また、上記のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して角度（９０°−θ）で交差する投影面上に突起対応像を得るようにし、高さ演算段階で、ｈ＝（Ｌ−Ｄsin θ）／cos θなる式を用いて、突起の高さｈを求めることを特徴とするものであり、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して角度（９０°−θ）で交差する投影面を定義し、前記投影面上に撮像画素を二次元配列してなるエリアセンサを用いて撮像を行うことを特徴とするものである。
また、上記のいずれかに記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面上に、突起を仰角θの方向に投影することにより突起対応像を得るようにし、高さ演算段階で、ｈ＝（Ｌ−Ｄ）tan θなる式を用いて、突起の高さｈを求めることを特徴とするものであり、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面を定義し、前記投影面上に画素を一次元配列してなるラインセンサを用意し、このラインセンサまたはワークを前記投影面に沿って移動させることにより撮像を行うことを特徴とするものである。
尚、ここでのラベリング処理とは、２値画像上で、１つの図形と判断できる隣接する画素の集合をグルーピングすることであるが、図形についての特徴を算出する段階まで含むこともある。
また、ここでの母線とは、突起の底面外周点と頂点とを結ぶ線部である。

本発明の突起の高さ測定装置は、ワーク表面に形成された突起の高さを測定する測定装置であって、測定対象となる突起を含むワーク表面上の第１の所定の撮像対象領域を仰角θの方向から撮像するラインセンサカメラからなる第１の撮像カメラと、前記第１の所定の撮像対象領域が前記ワーク表面上で移動するように、前記第１の撮像カメラを走査する第１の走査部と、測定対象となる突起を含むワーク表面の第２の所定の撮像対象領域を真上から撮像するラインセンサカメラあるいはエリアセンサカメラからなる第２の撮像カメラと該第２の撮像カメラを走査する第２の走査部、あるいは、測定対象となる突起を含むワーク表面の第２の所定の撮像対象領域を真上から撮像するエリアセンサカメラからなる第２の撮像カメラと、前記第１の撮像対象領域および第２の撮像対象領域を照明するための１つ以上の照明部と、前記の各撮像カメラ、前記各走査部、前記各照明部を制御するとともに、測定に必要な処理を実行する制御処理装置とを備え、前記制御処理装置は、前記各撮像カメラ、前記各走査部、前記各照明部を制御することにより、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第１の撮像処理と、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第２の撮像処理と、コンピュータに、前記第１の撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させる第１の輪郭線抽出処理と、コンピュータに、前記第２の撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる第２の輪郭線抽出処理と、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第１の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、突起の母線部分に対応する部分の長さＬを、また、第２の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＤを、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる、演算用データ抽出処理と、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、前記仰角θと、対応する前記抽出された演算用データとしての長さＤ、長さＬとに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させる高さ演算処理とを、実行する機能を有することを特徴とするものである。
そして、上記の突起の高さ測定装置において、第１の輪郭線抽出処理および第２の輪郭線抽出処理を、それぞれの撮像処理により得られた平面画像を二値化し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、それぞれの撮像処理により得られた平面画像を微分し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することにより実行することを特徴とするものである。
また、上記の突起の高さ測定装置において、第１の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さの最大なものを長さＬとすることを特徴とするものである。
そしてまた、上記のいずれかに記載の突起の高さ測定装置において、個々の突起対応像についての長さＤ、Ｌを抽出するとともに、各撮像処理で得られる平面画像における所定のアライメントマーク像の位置を基準として、各突起対応像の位置座標を抽出する機能を有し、各突起の位置と高さとを測定する機能を有することを特徴とするものである。
また、上記のいずれかに記載の突起の高さ測定装置において、第１の撮像カメラが、ワーク表面に対して平行になるように一次元に配列され、かつ、突起を仰角θの方向から撮像することができる撮像画素により構成されたラインセンサを有し、 第１の走査部が、前記ラインセンサもしくはワークを、ワーク表面に対して平行な投影面に沿って走査する機能を有し、制御処理装置が、ｈ＝（Ｌ−Ｄ）tan θなる式を用いて、突起の高さｈを求めることを特徴とするものである。

（作用）
本発明の突起の高さ測定方法は、このような構成にすることにより、多数の突起の高さを高速に測定することができ、且つ、バンプの形成精度の影響を受けずらい、突起の高さ測定方法の提供を可能としている。
具体的には、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第１の撮像段階と、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第２の撮像段階と、コンピュータに、前記第１の撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させる第１の輪郭線抽出段階と、コンピュータに、前記第２の撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる第２の輪郭線抽出段階と、各測定対象となる突起について、それぞれ、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第１の輪郭線の情報に基づいて第１の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さＬを、また、第２の輪郭線の情報に基づいて第２の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＤを、それぞれ、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる、演算用データ抽出段階と、また、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、前記仰角θと、対応する前記抽出されたパラメータの長さＤ、長さＬとに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させる高さ演算段階とを有することにより、これを達成している。
詳しくは、特願２００３−２９１３６７号で提案した高さの測定方法にはない、第２の撮像段階、第２の輪郭線抽出段階を有し、各測定対象となる突起について、それぞれ、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第２の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さＤを、また、第１の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＬを、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる、演算用データ抽出段階を有することにより、突起形状が設計通りでない場合、例えば、突起が錐形で底面の形状が楕円や多角形に変形している場合であっても、精度の高い測定を可能としている。
即ち、特願２００３−２９１３６７号で提案した高さの測定方法における、突起（バンプとも言う）の底面を真円と仮定している撮像画像の幅から突起径の大きさを推定しているため、原理上、底面が真円のバンプにしか適用することができないという問題、さらにまた、設計上突起底面が真円であっても、形成精度によっては計算後の高さに誤差を生じる原因となるという問題を解決できるものとしている。

演算用データ抽出段階としては、通常、第１の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭情報に基づき第１のラベリング処理を行い、また、第２の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭情報に基づき第２のラベリング処理を行い、更に、各ラベリング処理の結果から、それぞれ、対象とする突起位置を認識して、各対象とする突起に対応する演算用データの長さＤ、長さＬを抽出する。

輪郭線抽出段階としては、通常、撮像段階により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識する。
また、突起対応像の突起高さ方向幅の最大なものを長さＬとするのが一般的である。
そして、ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、個々の突起対応像についての長さＤ、Ｌを抽出するとともに、各撮像段階で得られる平面画像における所定のアライメントマーク像の位置を基準として、各突起対応像の位置座標を抽出するようにし、各突起の位置と高さとを測定するようにする。

本発明の突起の高さ測定装置は、このような構成にすることにより、多数の突起の高さを高速に測定することができ、且つ、バンプの形成精度の影響を受けずらい、突起の高さ測定方法を実施できる装置の提供を可能としている。

本発明に係る突起の高さ測定方法および測定装置によれば、多数の突起の高さを高速に測定することができ、且つ、バンプの形成精度の影響を受けずらい、突起の高さ測定方法の提供を可能とした。
同時にそのような測定を実施できる装置の提供を可能とした。

本発明の実施の形態例を挙げ、図に基づいて説明する
図１は本発明の突起の高さ測定方法の実施の形態例の１例の処理のフローを示した図で、図２（ａ）は撮像カメラと被撮像物との位置関係を示した概略図で、図２（ｂ）は第１の撮像カメラの仰角θの範囲を説明するための図で、図３（ａ）は第１の撮像カメラによる画像で、図３（ｂ）は第２の撮像カメラによる画像で、図３（ｃ）は第１の撮像カメラによる突起像を説明するための図で、
図４（ａ）は図１に示す実施の形態例の突起と第１の撮像カメラの撮像面との位置関係を示した概略図、図４（ｂ）はラインセンサとその走査方向を説明するための図で、
図５は、別の形態例の突起と第１の撮像カメラの撮像面との位置関係を示した概略図で、
図６は本発明の突起の高さ測定装置の実施の形態例の１例の基本構成を示したブロック図で、図７は突起の高さ測定装置の概略図である。
尚、図１において、Ｓ１１〜Ｓ１５、Ｓ２１〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３６は処理ステップを示す。
図２〜図５、図７において、１１は第１の撮像カメラ、１１Ａは第１の撮像カメラにより撮像された画像、１１ａは突起の画像、１２は第２の撮像カメラ、１２Ａは第２の撮像カメラにより撮像された画像、１２ａは突起の画像、２０は突起、３０はワーク（配線基板のこと）、５０ａ、５０ｂはアライメントマーク画像、１００はワーク（配線基板のこと）、１１０は突起、１１１は母線、１１１ａ、１１１ｂは母線１１１の撮像面での像、１１２は底辺の半径、１１６は（突起対応像の）底辺の半径、１１７は（突起対応像の）母線、２１０は撮像面（ラインセンサが走査される面のこと）、３１０は第１の撮像カメラ、３２０は第２の撮像カメラ、３３０は（第１の撮像カメラの）Ｘ軸ステージ、３４０は（第２の撮像カメラの）Ｘ軸ステージ、３５１は第１の撮像カメラの照明、３５２は第２の撮像カメラの照明、３６０は第１の撮像カメラ及び第２の撮像カメラの）Ｙ軸ステージ、３８０はワーク（配線基板のこと）、３８５は突起、３９０は制御処理装置（制御画像処理装置とも言う）である。
また、図４（ｂ）中、ｍ、ｎは、それぞれ、ラインセンサを構成する画素のＸ軸方向幅、Ｙ軸方向幅である。
また、図４（ａ）において、Ｌは母線１１１部に相当する撮像面２１０のＹ軸方向（副走査方向）の長さで、この場合、仰角θの撮像方向に直交する方向の前記Ｌの幅部に対応する幅をＬＬとし、また、図５（ａ）において、Ｌａは母線１１１部に相当する撮像面２１０ａのＹ軸方向（副走査方向）の長さで、この場合、撮像面の方向は仰角θの撮像方向に直交する。

本発明の突起の高さ測定方法の実施の形態例の１例を、図１に基づいて、図７を参照にしながら説明する。
本例は、配線基板からなるワーク（図７の３８０）表面に形成された突起（図７の３８５）の高さを測定する方法で、第１の撮像カメラ３１０、第２の撮像カメラ３２０を、それぞれ、ラインセンサカメラ（以下、単にラインセンサとも言う）とした、図７に示す突起高さ測定装置にて、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得て、また、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得て、得られた平面画像をデータ処理することにより、複数の測定対象の突起の高さを測定する方法である。
尚、突起は円錐形で、その底面にてワーク上に二次元的に配置されている。

先に、図７に示す突起の高さの測定装置について、簡単に説明しておく。
尚、これを以って本発明の突起の高さの測定装置の１例の説明に代える。
図７に示す突起の高さの測定装置は、その構成をブロック図で示すと図６のようになるが、ワーク３８０表面に形成された突起３８５の高さを測定する測定装置で、測定対象となる突起３８５を含むワーク３８０表面上の第１の所定の撮像対象領域を仰角θの方向から撮像するラインセンサカメラからなる第１の撮像カメラ３１０と、前測定対象となる突起を含むワーク表面の第２の所定の撮像対象領域を真上から撮像するラインセンサカメラからなる第２の撮像カメラ３２０と、第１の撮像カメラ３１０と第２の撮像カメラ３２０とを一体的にしてＹ軸方向に走査するＹ軸ステージ３６０と、第１の撮像カメラ３１０と第２の撮像カメラ３２０とを、それぞれ、個別にＸ軸方向に走査するＸ軸ステージ３３０、３４０と、前記第１の撮像対象領域、第２の撮像対象領域を、それぞれ、照明するための照明部３５１、３５２と、これら撮像カメラ３１０、３２０、Ｙ軸ステージ３６０、Ｘ軸ステージ３３０、３４０、照明部３５１、３５２を制御するとともに、測定に必要な処理を実行する制御処理装置３９０とを備えている。
そして、制御処理装置３９０は、前記撮像カメラ３１０、３２０、Ｙ軸ステージ３６０、Ｘ軸ステージ３３０、３４０、照明部３５１、３５２を制御することにより、複数の測定対象となる突起を含むワーク３８０表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第１の撮像処理と、複数の測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第２の撮像処理と行う機能を有している。
図７に示す装置では、それぞれ、所定領域を各撮像カメラで撮像しながら、Ｙ軸ステージ３６０およびＸ軸ステージ３５１、３５２を走査しながらワーク３８０の複数の測定対象突起のある領域全体を撮像し、合わせて、それぞれの撮像カメラの平面画像とする。
そして、コンピュータに、前記第１の撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させる第１の輪郭線抽出処理と、コンピュータに、前記第２の撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる第２の輪郭線抽出処理と、第１の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第１のラベリング処理を行い、また、第２の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第２のラベリング処理を行い、各ラベリング処理の結果から、それぞれ、各測定対象とする突起位置を認識して、各測定対象とする突起に対応する演算用データとしての長さＤ、長さＬを抽出する演算用データ抽出処理を行い、更に、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、前記仰角θと、対応する前記抽出された演算用データとしての長さＤ、長さＬとに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させる高さ演算処理を実行する機能とを有する。
尚、ここでは、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第１の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、突起の母線部分に対応する部分の長さＬを、また、第２の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＤを、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる。
尚、図７に示す突起の高さの測定装置の各処理の詳細については、以下の説明を以って代える。

以下、本例の突起の高さ測定方法を処理フローに沿い説明する。
先ず、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し（Ｓ１１）、突起対応像を含む第１の平面画像を得（Ｓ１２）、また一方、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し（Ｓ２１）、突起対応像を含む第２の平面画像を得る。（Ｓ２２）
第１の撮像カメラ３１０はワーク３８０表面に対して仰角θをなす方向から、突起の撮像を行い、第２の撮像カメラ３２０はワーク３８０表面に対して真上から撮像を行い、両撮像カメラは、それぞれ、Ｘ軸ステージ３３０、３４０のよりＸ軸方向走査が行われ、またＹ軸ステージ３６０によりＹ方向の走査が行われる。
この撮像状態を簡略して示したの図が図２（ａ）であり、本例の場合、第１の撮像カメラ１１の仰角θを、突起の撮影像において突起の頂点が分かり、且つ、隣接する突起像が重ならないような範囲とし、図２（ｂ）に示すように、複数の突起対応像が互いに重なりを生じる仰角θの臨界角度をθ１とし、突起を構成する円錐の母線とワーク表面とのなす角度をθ２としたときに、撮像段階における仰角θを、θ１＜θ＜θ２なる範囲に設定する。

測定対象の突起が円錐形であり、第１の平面画像は図３（ａ）のように、各突起対応像は、円錐形の頂点をその扇の中心とする突起画像１１ａが得られ、また、第２の平面画像は、図３（ｂ）のように、各突起対応像は、円形の突起画像１２ａが得られる。
尚、ここでは、各撮像領域内に同一のアライメントマーク画像が５０ａ、５０ｂが得られているとする。

次いで、コンピュータに、前記第１の撮像カメラによる撮像により得られた第１の平面画像に基づいて、突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させ（Ｓ１３）、また一方、コンピュータに、前記第２の撮像カメラによる撮像により得られた第２の平面画像に基づいて、突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる。（Ｓ２３）
第１の輪郭線を抽出する処理を実行することにより第１の輪郭線の情報が得られ（Ｓ１４）、第２の輪郭線を抽出する処理を実行することにより第２の輪郭線の情報が得られる。（Ｓ２４）
ここでは、撮像により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識する。
次いで、第１の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第１のラベリング処理を行い（Ｓ１５）、また、第２の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第２のラベリング処理を行い（Ｓ２５）、更に、各ラベリング処理の結果から、それぞれ、各測定対象とする突起位置を認識して、各測定対象とする突起に対応する突起の高さｈを演算するための演算用データとしての長さＤ、長さＬを抽出する。（Ｓ３１〜Ｓ３３）

次いで、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、仰角θ（Ｓ３４）と、対応する前記抽出された演算用データとしての長さＤ、長さＬ（Ｓ３２、Ｓ３３）とに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させ（Ｓ３５）、突起の高さを求める。（Ｓ３６）

以下簡単に、演算用データとしての、長さＬ、長さＤを求める演算方法について簡単に説明しておく。
本例の場合、図４（ｂ）に示すようなＸ軸方向に画素を配列させたラインセンサを、図４（ａ）のＹ軸方向に走査して突起１１０の母線１１１の画像を得るもので、母線１１１の撮像画像の長さが、撮像面２１０上では、Ｙ軸方向Ｌの長さに対応する。
但し、母線１１１の対応像は、図３（ｃ）に示す第１の撮像カメラによる突起対応像の母線１１７に相当するもので、図３（ｃ）に示す突起対応像において、突起頂点対応部Ｑ０から底面周部相当部への各直線はいずれも突起の母線に相当するが、突起対応像において、母線Ｃ１の底面周部相当部Ｑ１、母線Ｃ２の底面周部相当部Ｑ２との交点Ｑ３を通る母線Ｑ０−Ｑ４（この母線が１１７）が、母線の中で最大となる。
尚、この場合、突起対応像のＱ１、Ｑ２にそれぞれ相当する突起の２点を通る直線と、撮像面２１０とは平行である。
ここでは、このような母線（図３（ｃ）の１１７に相当）を演算用データＬ、Ｄを求めるための対象母線として用いている。
第２の撮像カメラ１２による突起対応像上では、母線１１１の撮像画像の長さは、図４（ａ）の突起の底面の半径１１２の長さに相当し、第２の撮像カメラ１２による突起対応像上から、突起の底面の半径１１２の長さを、長さＤとして得ることができる。

一方、例えば、本例の第１の撮像装置において、エリアセンサを用い、仰角θにて撮像する場合は、突起１１０と撮像面２１０とは、図５に示すような位置関係となる。
尚、この場合も、図３（ｃ）の１１７に相当する母線を、演算用データＬ、Ｄを求めるための対象母線として用いているとする。
図５より、
ｈｃｏｓθ＋Ｄｓｉｎθ＝Ｌａ （１）
が成り立ち、
ｈ＝（Ｌａ−Ｄsin θ）／cos θ （２）
となる。

本例の場合、図５に示す場合とは撮像面が異なるが、図４（ａ）においては、Ｌｓｉｎθ＝ＬＬであって、このＬＬを用いて、上記と同様に計算でき、
ｈｃｏｓθ＋Ｄｓｉｎθ＝ＬＬ＝Ｌｓｉｎθ （３）
となる。
これより、
ｈ＝（Ｌ−Ｄ）tan θ （４）
となる。
この式（４）を用いて、仰角θと、対応する前記抽出された演算用データとしての長さＤ、長さＬとに基づいて、突起の高さｈを求めることができる。

本発明の突起高さ測定方法は、上記に限定されるものではない。
上記のようにして、突起の高さを求めることができるが、母線を突起対応像の母線の中で最大のものを用いていることにより、このような計算方法が成り立つが、他の母線を用いても、式（４）とは別の計算方法により突起の高さｈを得ることができる。
また、上記のように、本例の突起の高さ測定方法としては、第１の撮像カメラ、第２の撮像カメラとして、ラインセンサを用いたが、これに代え、先に述べたように（図４（ａ）の場合）、エリアセンサを用いて撮像して、式（２）から突起の高さｈを求めても良い。
また、本例にて、第２の撮像カメラとしてエリアセンサを用いることもできる。

本発明の突起の高さ測定方法の実施の形態例の１例の処理のフローを示した図でである。 図２（ａ）は撮像カメラと被撮像物との位置関係を示した概略図で、図１（ｂ）は第１の撮像カメラの仰角θの範囲を説明するための図である。 図３（ａ）は第１の撮像カメラによる画像で、図３（ｂ）は第２の撮像カメラによる画像で、図３（ｃ）は第１の撮像カメラによる突起像を説明するための図である。 図４（ａ）は図１に示す実施の形態例の突起と第１の撮像カメラの撮像面との位置関係を示した概略図、図４（ｂ）はラインセンサとその走査方向を説明するための図である。 図５（ａ）は、別の形態例の突起と第１の撮像カメラの撮像面との位置関係を示した概略図である。 本発明の突起の高さ測定装置の実施の形態例の１例の基本構成を示したブロック図である。 突起の高さ測定装置の概略図である。

符号の説明

１１ 第１の撮像カメラ
１１Ａ 第１の撮像カメラにより撮像された画像
１１ａ 突起の画像
１２ 第２の撮像カメラ
１２Ａ 第２の撮像カメラにより撮像された画像
１２ａ 突起の画像
２０ 突起
３０ ワーク（配線基板のこと）
５０ａ、５０ｂ アライメントマーク画像
１００ ワーク（配線基板のこと）
１１０ 突起
１１１ 母線
１１１ａ 母線１１１の撮像面での長さ
１１２ 底辺の半径
１１６ （突起対応像の）底辺の半径
１１７ （突起対応像の）母線
２１０ 撮像面（ラインセンサが走査される面のこと）
３１０ 第１の撮像カメラ
３２０ 第２の撮像カメラ
３３０ （第１の撮像カメラの）Ｘ軸ステージ
３４０ （第２の撮像カメラの）Ｘ軸ステージ
３５１ 第１の撮像カメラの照明
３５２ 第２の撮像カメラの照明
３６０ 第１の撮像カメラ及び第２の撮像カメラの）Ｙ軸ステージ
３８０ ワーク（配線基板のこと）
３８５ 突起
３９０ 制御処理装置（制御画像処理装置とも言う）

Claims (15)

1. ワーク表面に形成された突起の高さを測定する方法であって、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第１の撮像段階と、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第２の撮像段階と、コンピュータに、前記第１の撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させる第１の輪郭線抽出段階と、コンピュータに、前記第２の撮像段階により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる第２の輪郭線抽出段階と、各測定対象となる突起について、それぞれ、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第１の輪郭線の情報に基づいて第１の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さＬを、また、第２の輪郭線の情報に基づいて第２の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＤを、それぞれ、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる、演算用データ抽出段階と、また、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、前記仰角θと、対応する前記抽出されたパラメータの長さＤ、長さＬとに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させる高さ演算段階とを有することを特徴とする突起の高さ測定方法。
2. 請求項１に記載の突起の高さ測定方法において、ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、撮像段階で、複数の突起対応像が互いに重なりを生じる仰角θの臨界角度をθ１とし、突起を構成する円錐の母線とワーク表面とのなす角度をθ２としたときに、撮像段階における仰角θを、θ１＜θ＜θ２なる範囲に設定することを特徴とする突起の高さ測定方法。
3. 請求項１ないし２に記載の突起の高さ測定方法において、演算用データ抽出段階は、第１の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第１のラベリング処理を行い、また、第２の輪郭線抽出段階により抽出された輪郭線の情報に基づき、第２のラベリング処理を行い、更に、各ラベリング処理の結果から、それぞれ、各測定対象とする突起位置を認識して、各測定対象とする突起に対応する演算用データとしての長さＤ、長さＬを抽出するものであることを特徴とする突起の高さ測定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１に記載の突起の高さ測定方法において、輪郭線抽出段階で、撮像段階により得られた平面画像を二値化処理し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、撮像段階により得られた平面画像を微分処理し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することを特徴とする突起の高さ測定方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１に記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さの最大なものを長さＬとすることを特徴とする突起の高さ測定方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１に記載の突起の高さ測定方法において、ワーク表面上に複数の突起が存在する場合に、個々の突起対応像についての長さＤ、Ｌを抽出するとともに、各撮像段階で得られる平面画像における所定のアライメントマーク像の位置を基準として、各突起対応像の位置座標を抽出するようにし、各突起の位置と高さとを測定するようにしたことを特徴とする突起の高さ測定方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１に記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して角度（９０°−θ）で交差する投影面上に突起対応像を得るようにし、高さ演算段階で、ｈ＝（Ｌ−Ｄsin θ）／cos θなる式を用いて、突起の高さｈを求めることを特徴とする突起の高さ測定方法。
8. 請求項７に記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して角度（９０°−θ）で交差する投影面を定義し、前記投影面上に撮像画素を二次元配列してなるエリアセンサを用いて撮像を行うことを特徴とする突起の高さ測定方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか１に記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面上に、突起を仰角θの方向に投影することにより突起対応像を得るようにし、高さ演算段階で、ｈ＝（Ｌ−Ｄ）tan θなる式を用いて、突起の高さｈを求めることを特徴とする突起の高さ測定方法。
10. 請求項９に記載の突起の高さ測定方法において、第１の撮像段階で、ワーク表面に対して平行な投影面を定義し、前記投影面上に画素を一次元配列してなるラインセンサを用意し、このラインセンサまたはワークを前記投影面に沿って移動させることにより撮像を行うことを特徴とする突起の高さ測定方法。
11. ワーク表面に形成された突起の高さを測定する測定装置であって、測定対象となる突起を含むワーク表面上の第１の所定の撮像対象領域を仰角θの方向から撮像するラインセンサカメラからなる第１の撮像カメラと、前記第１の所定の撮像対象領域が前記ワーク表面上で移動するように、前記第１の撮像カメラを走査する第１の走査部と、測定対象となる突起を含むワーク表面の第２の所定の撮像対象領域を真上から撮像するラインセンサカメラあるいはエリアセンサカメラからなる第２の撮像カメラと該第２の撮像カメラを走査する第２の走査部、あるいは、測定対象となる突起を含むワーク表面の第２の所定の撮像対象領域を真上から撮像するエリアセンサカメラからなる第２の撮像カメラと、前記第１の撮像対象領域および第２の撮像対象領域を照明するための１つ以上の照明部と、前記の各撮像カメラ、前記各走査部、前記各照明部を制御するとともに、測定に必要な処理を実行する制御処理装置とを備え、前記制御処理装置は、前記各撮像カメラ、前記各走査部、前記各照明部を制御することにより、測定対象となる突起を含むワーク表面上の所定領域を仰角θの方向から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第１の撮像処理と、測定対象となる突起を含むワーク表面真上から撮像し、突起対応像を含む平面画像を得る第２の撮像処理と、コンピュータに、前記第１の撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第１の輪郭線を抽出する処理を実行させる第１の輪郭線抽出処理と、コンピュータに、前記第２の撮像処理により得られた平面画像に基づいて、前記突起対応像の第２の輪郭線を抽出する処理を実行させる第２の輪郭線抽出処理と、測定対象の突起が円錐形であるとの仮定の下、コンピュータに、第１の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、突起の母線部分に対応する部分の長さＬを、また、第２の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、前記母線部分に対応する部分の長さＤを、突起の高さｈを求めるための演算用データとして抽出させる、演算用データ抽出処理と、各測定対象となる突起について、それぞれ、コンピュータに、前記仰角θと、対応する前記抽出された演算用データとしての長さＤ、長さＬとに基づいて、前記突起の高さｈを演算する処理を実行させる高さ演算処理とを、実行する機能を有することを特徴とする突起の高さ測定装置。
12. 請求項１１に記載の突起の高さ測定装置において、第１の輪郭線抽出処理および第２の輪郭線抽出処理を、それぞれの撮像処理により得られた平面画像を二値化し、画素値の変化する部分を境界線として認識するか、もしくは、それぞれの撮像処理により得られた平面画像を微分し、画素値が極大値をとる部分を境界線として認識することにより実行することを特徴とする突起の高さ測定装置。
13. 請求項１１または１２に記載の突起の高さ測定装置において、第１の撮像処理で得られる平面画像における突起対応像上の、前記突起の母線部分に対応する部分の長さの最大なものを長さＬとすることを特徴とする突起の高さ測定装置。
14. 請求項１１〜１３のいずれかに記載の突起の高さ測定装置において、個々の突起対応像についての長さＤ、Ｌを抽出するとともに、各撮像処理で得られる平面画像における所定のアライメントマーク像の位置を基準として、各突起対応像の位置座標を抽出する機能を有し、各突起の位置と高さとを測定する機能を有することを特徴とする突起の高さ測定装置。
15. 請求項１１ないし１４のいずれか１に記載の突起の高さ測定装置において、第１の撮像カメラが、ワーク表面に対して平行になるように一次元に配列され、かつ、突起を仰角θの方向から撮像することができる撮像画素により構成されたラインセンサを有し、第１の走査部が、前記ラインセンサもしくはワークを、ワーク表面に対して平行な投影面に沿って走査する機能を有し、制御処理装置が、ｈ＝（Ｌ−Ｄ）tan θなる式を用いて、突起の高さｈを求めることを特徴とする突起の高さ測定装置。
    

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