JP2005514606A - 立体3次元計測システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の局面は、概して、計測法に関し、より具体的には、高速かつロバストな態様で、披検機器の表面形状の不連続性関する物理的特徴の3次元位置を正確に測定するシステムおよび方法に関する。
いくつかの3次元(3D)光学的計測技術が一般に知られており、かつ実用化されている。これらの方法は、構造光、モアレおよびレーザ干渉法、レーザ距離測定、従来の2つのカメラアプローチを包含する。従来の方法の各々は、少なくとも、表面形状が急峻な傾斜面または表面の不連続性を含み得、かつ、高価、高精度の動作ステージを回避するために所望される高速および並行化した(Paralleized)情報の取得を必要とする測定アプリケーションに関して著しい欠陥を有する。構造光および干渉法は、例えば、急峻な傾斜面または表面の不連続性を有するテスト機器の特徴の測定に関してあまり良好な成果をもたらさなかった。レーザ距離測定法は、速度が遅く、概して、不正確である。従来の2つのカメラアプローチは、ステージ制度に依存する。
本発明の実施形態は、従来技術の上述の、および他の種々の欠点を克服し、立体3次元光学測定システムおよびテスト機器の物理的フィーチャの位置を正確に測定する方法を、表面海上の不連続性に関して項背置くおよびロバストな態様で提供する。詳細に後述されるように、3次元光学測定のシステムおよび方法は、基準マーキングを有する実質的に透過性な基準プレートを通じて2つ以上の視点からテスト機器を撮像し得る。テスト機器上のフィーチャと1つ以上の基準との間のカメラ観視角度および見掛け相対距離が、フィーチャ位置の正確な計算を可能にし得る。
詳細に後述されるように、本システムおよび方法の局面は、従来の計測アプローチの上述された、特に、(1)速度または処理量の制限、(2)表面の不連続性と関連した測定の困難性、および(3)ステージの正確な動きの信頼性に低さという重大な欠点を最小化または削除し得る。
源からの光は、実質的に垂直に、すなわち、図1Bおよび図2Bにおけるz軸と平行に配向され得る。このような状態では、ランバートの原理により、プローブの最低点の特性である水面は、最大の拡散反射強度を生成し得、かつ、プローブの最低点の正確な識別が可能になる。しかしながら、プローブの先端は、さらに、鏡面反射を生成し、これは、この照明手法の有効性を低減し、かつ、視野角度が原因で明らかなイメージシフトを生成し得る。
Claims (30)
- 被検物の物理的フィーチャの位置を測定する方法であって、該方法は、撮像されるべき被検物を支持するステップと、基点を載せている基点プレートを該被検物と撮像デバイスとの間に置くステップと、該被検物および該基点のフィーチャを撮像するステップと、該基点に対する該フィーチャの位置を測定するステップとを包含する、方法。
- 前記支持するステップは、3つの座標軸のいずれかに沿って可動であるステージを利用するステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記ステージは、前記3つの軸のいずれかの周囲を回転可能である、請求項2に記載の方法。
- 前記撮像するステップは、前記ステージを前記撮像デバイスに対して選択的に方向付けるステップを包含する、請求項3に記載の方法。
- 前記撮像するステップは、前記撮像デバイスを前記ステージに対して選択的に方向付けるステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像するステップは、前記撮像デバイスのイメージ面を前記被検物に対して選択的に平行移動させるステップをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記選択的に平行移動させるステップは、前記撮像デバイスを前記被検物に対して移動させるステップを包含する、請求項6に記載の方法。
- 前記選択的に平行移動させるステップは、前記被検物を前記撮像デバイスに対して移動させるステップを包含する、請求項6に記載の方法。
- 前記撮像するステップは、第1の視点から第1のイメージデータを収集し、第2の視点から第2の撮像データを収集するステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記収集するステップは、第1の被検物に対する第1の角度で方向付けられた第1のイメージ面に関する前記第1のイメージデータを取得するステップと、該被検物に対して第2の角度で方向付けられた第2のイメージ面に関する前記第2のイメージデータを取得するステップとを包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記第1の角度と前記第2の角度とは等しい、請求項10に記載の方法。
- 前記収集するステップは、
前記撮像デバイスが前記被検物に対する第1の位置にある場合に前記第1のイメージデータを取得するステップと、該撮像デバイスと該被検物との相対位置を選択的に調整するステップと、該撮像デバイスが該被検物に対して第2の位置である場合に、前記第2のイメージデータを取得するステップとを包含する、請求項9に記載の方法。 - 前記測定するステップは、前記フィーチャと前記基点との間の見掛け距離を演算処理するステップを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像するステップおよび前記測定するステップを選択的に繰り返すステップをさらに包含する、請求項13に記載の方法。
- 前記基点プレートは、複数の基点を載せ、前記測定するステップは、該基点と、該複数の基点のせんたくされたいくつかとの間の見掛け距離を演算処理するステップを包含する、請求項11に記載の方法。
- 撮像されるべき被検物を支持するように動作するステージと、該ステージに対して選択的に方向付けられ、かつ、イメージ面に関するイメージデータを収集するように動作する撮像デバイスと、撮像されるべき該被検物と該撮像デバイスとの間に置かれた、基点を載せる基点プレートとを備える計測システム。
- 前記撮像デバイスは、前記基点と前記被検物のフィーチャを撮像するように動作する、請求項16に記載のシステム。
- 前記フィーチャと前記基点との間の見掛け距離を演算処理うるように動作するイメージ処理コンポーネントをさらに備える、請求項17に記載のシステム。
- 前記ステージおよび前記撮像デバイスの少なくとも1つは、3つの座標軸のいずれかの周囲を可動である、請求項16に記載のシステム。
- 前記ステージおよび前記撮像デバイスの少なくとも1つは、前記3つの軸のいずれかの周囲を回転可能である、請求項19に記載のシステム。
- 前記ステージおよび前記撮像デバイスの相対運動を制御するように選択的に動作する制御素子をさらに備える、請求項20に記載のシステム。
- 前記撮像デバイスは、電化結合デバイスイメージセンサを備える、請求項16に記載のシステム。
- 前記撮像デバイスは、相補的金属酸化物半導体イメージセンサを備える、請求項16に記載のシステム。
- 前記基点プレートは、複数の基点マーキングを載せる、請求項18に記載のシステム。
- 前記イメージ処理コンポーネントは、前記フィーチャと、前記複数の基点マーキングのいくつかとの間の見掛け距離を演算処理するように動作する、請求項24に記載のシステム。
- 前記撮像デバイスは、前記被検物に対する第1の視点から第1のイメージデータを収集し、該被検物に対する第2に視点から第2のイメージデータを収集する、請求項16に記載のシステム。
- 前記第1のイメージデータは、前記イメージ面が前記被検物に対する第1の角度で方向付けられた場合に取得され、前記第2のイメージデータは、該イメージ面が該被検物に対する第2の角度で方向付けられた場合に取得される、請求項26に記載のシステム。
- 前記第1の角度と前記第2の角度とは等しい、請求項27に記載のシステム。
- 前記第1のイメージデータは、前記撮像デバイスが、前記被検物に対して第1の位置にある場合に収集され、該デバイスと該被検物との相対位置が選択的に調整され、かつ、前記第2のイメージデータは、該撮像デバイスが、該被検物に対して第2の位置にある場合に収集される、請求項26に記載のシステム。
- 前記被検物は、半導体ウェハを含む、請求項16に記載のシステム。
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