JP2007101399A - Height measuring apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高さを測定する高さ測定装置および方法に関する。 The present invention relates to a height measuring apparatus and method for measuring height.
従来、光切断法を用いた3次元計測技術が知られている(特許文献1など)。この光切断法では、高さの検出方向(以下『高さ方向』という)に対して斜め向きからスリット光を照射する。被測定物の表面には、このスリット光による投影パターンが現れる。この投影パターンは、被測定物の光切断面を示すものであり、被測定物の表面形状に応じて変形する。そこで、この投影パターンを検出し、その投影パターンの変形形状から、被測定物の表面形状を検出する。
また、この光切断法の測定範囲を拡大するため、複数本のスリット光を同時に照射する技術も公知である。
その他にも、上述したスリット光またはストライプ光を、ピエゾ素子などを使って僅かに振動させ、このときの投影パターンの輝度変化を検出することで表面形状の検出精度を上げる技術も位相シフト法として公知である。
Conventionally, a three-dimensional measurement technique using a light cutting method is known (for example, Patent Document 1). In this light cutting method, the slit light is irradiated obliquely with respect to the height detection direction (hereinafter referred to as “height direction”). A projection pattern by the slit light appears on the surface of the object to be measured. This projection pattern shows the light cut surface of the object to be measured, and is deformed according to the surface shape of the object to be measured. Therefore, this projection pattern is detected, and the surface shape of the object to be measured is detected from the deformed shape of the projection pattern.
A technique for simultaneously irradiating a plurality of slit lights is also known in order to expand the measurement range of this light cutting method.
In addition, the phase shift method is a technique for increasing the surface shape detection accuracy by slightly oscillating the slit light or stripe light described above using a piezo element or the like and detecting the brightness change of the projection pattern at this time. It is known.
一方、特許文献2では、波長の異なる複数本のスリット光を、十分なスリット間隔を空けて被検物に照射する。このようなスリット光を使用することにより、被検物の凹凸によって一部のスリット光が欠落しても、観測スリット光を色の違いから確実に特定できる。
ところで、上述した位相シフト法では、スリット光やストライプ光の照射位置を変位させながら、複数回にわたって投影パターンを撮影しなければならず、測定に時間がかかるという問題点があった。 By the way, the above-described phase shift method has a problem that it takes a long time to measure a projection pattern, since the projection pattern must be photographed a plurality of times while the irradiation position of the slit light or the stripe light is displaced.
また、ピエゾ素子で照射光を振動させた場合、機械的な誤差を回避できないため、表面形状の検出精度を安定的に高めることが難しいという問題点もあった。 Further, when the irradiation light is vibrated with a piezo element, there is a problem that it is difficult to stably improve the surface shape detection accuracy because a mechanical error cannot be avoided.
さらに、特許文献2では、一部のスリット光が欠落しても観測スリット光を特定できるよう、スリット光の間隔を十分に空ける必要があった。しかし、このスリット光では、隙間箇所において測定が不可能になるため、検出分解能が粗いという問題点があった。
Furthermore, in
そこで、本発明では、上述した問題点に鑑みて、高い検出分解能を安定に得ることが可能な高さ測定技術を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a height measurement technique capable of stably obtaining a high detection resolution.
《1》 本発明の高さ測定装置は、被検物の所定の高さ方向について高さを測定する高さ測定装置であって、照射部、センサ部、および高さ検出部を備える。
照射部は、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。
センサ部は、照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。
高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
以下、本発明の好ましいバリエーションについて説明する。
<< 1 >> The height measuring device of the present invention is a height measuring device that measures the height in a predetermined height direction of a test object, and includes an irradiation unit, a sensor unit, and a height detection unit.
An irradiation part irradiates the measurement location of a test object with the irradiation light beam which arranged the several light beam from which a wavelength differs in the height direction without gap at an angle inclined with respect to the height direction.
A sensor part receives the reflected light from the measurement location of the test object by irradiation light beam, and detects the wavelength of reflected light.
A height detection part calculates | requires the height of the test object in a measurement location based on the wavelength of the reflected light detected by the sensor part.
Hereinafter, preferred variations of the present invention will be described.
《2》 照射部は、照射光束の隣り合う波長の異なる光束同士を高さ方向に一部重複させて照射させてもよい。この場合、高さ検出部は、センサ部で検出された反射光の波長の混合比に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求めることができる。 << 2 >> The irradiating unit may irradiate light beams having different wavelengths adjacent to each other with overlapping in the height direction. In this case, the height detection unit can determine the height of the test object at the measurement location based on the mixing ratio of the wavelengths of the reflected light detected by the sensor unit.
《3》 高さ検出部は、反射光の波長またはその混合比を、測定箇所における照射光束の波長分布に対応付けることで高さを求めることができる。 << 3 >> The height detection unit can obtain the height by associating the wavelength of the reflected light or the mixing ratio thereof with the wavelength distribution of the irradiated light flux at the measurement location.
《4》 照射部は、照射光束の高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小する変倍光学系を備えることができる。 << 4 >> The irradiation unit can include a variable magnification optical system that optically enlarges / reduces the wavelength distribution of the irradiation light beam in the height direction.
《5》 測定箇所と照射光束とを高さ方向に相対的にずらすことにより、ずらし量と測定箇所の反射光の波長との対応関係を較正する較正部を備えることができる。高さ検出部は、較正部によって較正された対応関係に、測定箇所の反射光の波長またはその混合比を照合することによって、測定箇所の高さを求めることができる。 << 5 >> A calibration unit that calibrates the correspondence between the shift amount and the wavelength of reflected light at the measurement location can be provided by relatively shifting the measurement location and the irradiation light beam in the height direction. The height detection unit can obtain the height of the measurement location by collating the wavelength of the reflected light at the measurement location or the mixture ratio thereof with the correspondence calibrated by the calibration unit.
《6》 照射部は、波長の異なる複数本の光束を多面ミラーの各面にそれぞれ照射し、光束群の反射方向を略一方向に揃えることで、波長の異なる複数本の光束を高さ方向に連ねた照射光束を生成することができる。 <6> The irradiation unit irradiates each surface of the multi-faced mirror with a plurality of light beams having different wavelengths, and aligns the reflection direction of the light beam group in substantially one direction, thereby causing the plurality of light beams having different wavelengths to be in the height direction It is possible to generate an irradiation light beam connected to the.
《7》 照射部は、複数波長を含む光束を波長選択素子に通して高さ方向の波長を変化させることによって、照射光束を生成することができる。 << 7 >> The irradiation unit can generate an irradiation light beam by passing a light beam including a plurality of wavelengths through a wavelength selection element and changing the wavelength in the height direction.
《8》 本発明の高さ測定方法は、被検物の所定の測定箇所における高さを測定する方法であって、次のステップを有する。
(照射ステップ)波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、高さ方向に対して傾いた角度で被検物の測定箇所に照射する。
(検出ステップ)照射光束による被検物の測定箇所からの反射光を受光し、反射光の波長を検出する。
(高さ測定ステップ)検出ステップで検出された反射光の波長に基づいて、測定箇所における被検物の高さを求める。
<< 8 >> The height measurement method of the present invention is a method of measuring the height of a test object at a predetermined measurement location, and includes the following steps.
(Irradiation step) An irradiation light beam in which a plurality of light beams having different wavelengths are arranged in the height direction without a gap is irradiated to a measurement point of the test object at an angle inclined with respect to the height direction.
(Detection step) The reflected light from the measurement location of the test object by the irradiated light beam is received, and the wavelength of the reflected light is detected.
(Height measurement step) Based on the wavelength of the reflected light detected in the detection step, the height of the test object at the measurement location is obtained.
本発明では、測定箇所の照射光束に、波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した光束を使用する。仮に、波長が異なる光束間に隙間を設けた場合、この隙間部分では被検物からの反射光が得られず、高さ検出不能部分が生じる。しかし、本発明では、波長が異なる光束を隙間無く配列することで、高さ検出不能部分を無くすことができる。 In the present invention, a light beam in which a plurality of light beams having different wavelengths are arranged without gaps in the height direction is used as the light beam at the measurement location. If a gap is provided between light beams having different wavelengths, the reflected light from the test object cannot be obtained in the gap, and a height undetectable part occurs. However, in the present invention, it is possible to eliminate the height undetectable portion by arranging the light beams having different wavelengths without gaps.
《実施形態の全体構成の説明》
図1は、本実施形態の高さ測定装置11を示す図である。
図1[A]は、高さ測定装置11の概念図を示す。
図1[B]は、図1[A]の光学系(12,30,33等)の上面図を示す。
図1[C]は、図1[A]の測定箇所Pの拡大図を示す。
図1[D]は、図1[C]の測定箇所P(ここでは半田バンプ)が照射光束Lにより照明された際の波長分布を反映した格子縞の画像を示す。
<< Description of Overall Configuration of Embodiment >>
FIG. 1 is a diagram showing a
FIG. 1A shows a conceptual diagram of the
FIG. 1B shows a top view of the optical system (12, 30, 33, etc.) of FIG. 1A.
FIG. 1 [C] shows an enlarged view of the measurement point P in FIG. 1 [A].
FIG. 1D shows an image of lattice fringes reflecting the wavelength distribution when the measurement location P (here, solder bump) in FIG. 1C is illuminated by the irradiation light beam L. FIG.
図1において、ステージ20上には、測定対象X(例えばプリント基板)が配置される。ステージ駆動部21は、このステージ20を、図1に示すXYZ方向にそれぞれ動かすことができる。
この測定対象X(例えばプリント基板上に形成された半田バンプ)の高さ方向(ここでは図1に示すZ方向)に対して斜め向きの位置に、照射部12が配置される。この照射部12は、照射光束Lを照射角度θで測定対象Xに照射する。測定箇所Pの照射光束Lは、測定対象X(例えば半田バンプ)の高さ方向に沿って、異なる波長の複数の扁平光束が隙間無く配列された光束である。
In FIG. 1, a measurement target X (for example, a printed board) is arranged on a
The irradiation unit 12 is arranged at a position oblique to the height direction (here, the Z direction shown in FIG. 1) of the measurement target X (for example, a solder bump formed on a printed circuit board). The irradiation unit 12 irradiates the measurement target X with the irradiation light beam L at the irradiation angle θ. The irradiation light beam L at the measurement location P is a light beam in which a plurality of flat light beams having different wavelengths are arranged without gaps along the height direction of the measurement object X (for example, solder bump).
この照射光束Lの測定箇所Pを見込む位置には、センサ部13が設けられる。このセンサ部13は、測定箇所Pの反射光を受光し、その反射光の波長(または波長の混合比)を検出する。このようなセンサ部13としては、カラーの撮像装置(多板式や単板式など)、ラインセンサ、または測色計などを使用する。
高さ測定装置11には、制御部14が設けられる。この制御部14は、照射部12およびステージ駆動部21の動作を制御する。また、制御部14は、センサ部13の出力信号の処理も行う。
A sensor unit 13 is provided at a position where the measurement point P of the irradiation light beam L is expected. The sensor unit 13 receives the reflected light at the measurement location P and detects the wavelength (or wavelength mixing ratio) of the reflected light. As such a sensor unit 13, a color imaging device (multi-plate type, single-plate type, etc.), a line sensor, or a colorimeter is used.
The
《照射部12の構成その1》
図2は、照射部12の一例を示す図である。
図2に示すミラーブロック30は、50度、45度、40度のように、角度の異なる複数の反射面を集めた反射ブロックである。このようなミラーブロック30は、アルミ素材にシングルポイント加工を施して作成する。このミラーブロック30の周囲には、複数のレーザー光源(レーザーダイオードなど)31a〜fが配置される。これらレーザー光源31a〜fからのレーザー光は、波形整形用光学系32a〜32fによりミラーブロック30の反射面に平行光束として入射され、ミラーブロック30の反射面で個別に反射され、1mm程度の間隔の平行光となる。
<<
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the irradiation unit 12.
The
この波形整形用光学系32a〜32fとして、レーザー光源31a〜31fの出射側にコリメータレンズ、アナモルフィックプリズムペア、ビームエキスパンダー、レシーバレンズを配置して構成することが好ましい。この場合、レーザー光源31a〜31fの光束は、コリメータレンズからビームエキスパンダーまでの光学系により扁平光束に整形され、その扁平光束がレシーバーレンズによりミラーブロック30の反射面上に集光される。
The waveform shaping optical systems 32a to 32f are preferably configured by arranging a collimator lens, an anamorphic prism pair, a beam expander, and a receiver lens on the emission side of the laser light sources 31a to 31f. In this case, the light beams of the laser light sources 31a to 31f are shaped into a flat light beam by an optical system from the collimator lens to the beam expander, and the flat light beam is condensed on the reflection surface of the
なお、隣接光の波長が互いに異なるように、レーザー光源31a〜fの波長(ここではRGB波長)はそれぞれ設定される。
ミラーブロック30上に集光された扁平光束は、光束間隔の調整用のシリンドリカルレンズ33を通過する。このシリンドリカルレンズ33は、各レーザー光源31a〜31fの扁平光束を更に扁平度を高めてライン上に集光し、多層の扁平光束からなる照射光束Lに整形するものである。この照射光束Lの収束位置はミラーブロック30から150mm程度である。このライン状の照射光束Lは、シリンドリカルレンズ33などの収差作用の影響を受けて、図1[C]に示す波長分布方向において波長の異なる隣接光の径が広がる。そのため、隣接光の境界部分において、異なる波長が混じり合い、図7[A]に示すような波長分布を示すようになる。
Note that the wavelengths (here, RGB wavelengths) of the laser light sources 31a to 31f are set so that the wavelengths of adjacent lights are different from each other.
The flat light beam collected on the
なお、図7[A]では波長の異なる隣接光束を一部重複するように配列しているが、重複せずに隙間無く配列するようにしてもよい。
図3[A]は、この照射部12と測定対象Xとの位置関係を示す図(図1[A]の部分図)である。
シリンドリカルレンズ33を照射光束Lの光軸方向に前後調整することによって、「照射光束Lの収束位置」と「測定箇所P」との間隔R(約30mm程度)を調節することができる(図1参照)。測定箇所Pとは、照射光束Lと測定対象Xとが交わる領域であって、かつセンサ部13で撮像される測定対象X上の所定の点(あるいはライン)をいう。このとき、収束位置を測定箇所Pに近づけるほど、照射光束Lに含まれる隣接光同士の間隔は密になる。
このような調整機構により、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大または縮小することが可能になる。
本実施形態の高さ測定装置11によれば、半田バンプのサイズφ100〜200μmの計測を精度5μmで行うことができる。
In FIG. 7A, adjacent light fluxes having different wavelengths are arranged so as to partially overlap, but they may be arranged without gaps without overlapping.
FIG. 3A is a diagram (partial view of FIG. 1A) showing the positional relationship between the irradiation unit 12 and the measurement target X. FIG.
By adjusting the
With such an adjustment mechanism, the wavelength distribution in the height direction of the irradiation light beam L can be optically enlarged or reduced.
According to the
図3[B]は、測定対象Xに照射される照射光束Lを示す斜視図である。ここでは、照射光束Lを、シリンドリカルレンズなどを用いて、測定対象Xの主走査方向に拡幅する。このような拡幅により、測定箇所Pが主走査方向に拡がるため、主走査方向に測定対象Xを移動することなく、主走査方向の高さ測定を一括実施することが可能になる(図7[B]参照)。
なお、シリンドリカルレンズ33の代わりにスリット板(照射光束の波長分布方向に長孔を有する)を用いた場合には、主走査方向に測定対象Xと照明部12とを相対的に動かせばよい(図7[C]参照)。
FIG. 3B is a perspective view showing the irradiation light beam L irradiated to the measurement object X. FIG. Here, the irradiation light beam L is widened in the main scanning direction of the measurement target X using a cylindrical lens or the like. Due to such widening, the measurement point P is expanded in the main scanning direction, so that the height measurement in the main scanning direction can be performed collectively without moving the measurement object X in the main scanning direction (FIG. 7 [ B]).
When a slit plate (having a long hole in the wavelength distribution direction of the irradiated light beam) is used instead of the
《照射部12の構成その2》
図4は、照射部12の一例を示す図である。
図4に示すように、多波長光源41は多波長を含む光(白色光など)を発光する。この光は、レンズ42を介して光束径を整えた後、色フィルタ43を透過する。この色フィルタ43は、透過波長が高さ方向に変化するように色分けされたフィルタである。
色フィルタ43の透過光束は、光束間隔の調整用のレンズ44を通過する。このレンズ44は、上述したシリンドリカルレンズ33と同様に、透過光束を一点(線)に収束する照射光束Lに変更するものである。この照射光束Lは、色フィルタ43の回折作用やレンズ44の収差作用の影響を受けて、波長の異なる隣接光の径が広がる。そのため、隣接光の境界部分において、異なる波長が混じり合い、図7に示すような波長分布を示すようになる。
このような構成では、レンズ44を照射光束Lの光軸方向に前後調整することによって、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小することが可能になる。
なお、主走査方向の高さ測定を一括して実施するために、照射光束Lを、シリンドリカルレンズなどを用いて、主走査方向に拡幅してもよい。
<<
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the irradiation unit 12.
As shown in FIG. 4, the multi-wavelength light source 41 emits light (white light or the like) including multiple wavelengths. The light passes through the color filter 43 after adjusting the beam diameter through the lens 42. The color filter 43 is a color-coded filter so that the transmission wavelength changes in the height direction.
The transmitted light beam of the color filter 43 passes through the lens 44 for adjusting the light beam interval. This lens 44 changes the transmitted light flux to an irradiation light flux L that converges to one point (line), like the
In such a configuration, by adjusting the lens 44 back and forth in the optical axis direction of the irradiation light beam L, the wavelength distribution in the height direction of the irradiation light beam L can be optically enlarged or reduced.
In order to collectively measure the height in the main scanning direction, the irradiation light beam L may be widened in the main scanning direction using a cylindrical lens or the like.
《高さ測定装置11の較正処理の説明》
図5は、高さ測定装置11の較正処理を説明する流れ図である。以下、図5に示すステップ番号に沿って、この較正処理の動作を説明する。
<< Description of Calibration Process of
FIG. 5 is a flowchart for explaining the calibration process of the
[ステップS1] 制御部14は、照射部12を点灯駆動し、照射光束Lの照射を開始する。 [Step S1] The control unit 14 drives the irradiation unit 12 to turn on and starts irradiation of the irradiation light beam L.
[ステップS2] ステージ20上には、高さゼロの測定基準点が設けられる。制御部14は、ステージ駆動部21を介して、ステージ20をXY方向に移動させ、この測定基準点を、照射光束Lの測定箇所Pに位置させる。
[Step S2] On the
[ステップS3] センサ部13は、測定箇所Pからの反射光を受光し、反射光の波長(または波長の混合比)を検出する。 [Step S3] The sensor unit 13 receives the reflected light from the measurement point P, and detects the wavelength (or wavelength mixing ratio) of the reflected light.
[ステップS4] 制御部14は、『測定基準点の現在の高さ』と『波長(または波長の混合比)』とに基づいて、制御部14内のメモリ上の『照射光束Lの波長分布と測定対象Xの高さとの対応関係』を較正する。 [Step S4] Based on the “current height of the measurement reference point” and the “wavelength (or wavelength mixing ratio)”, the control unit 14 “wavelength distribution of the irradiation light beam L on the memory in the control unit 14”. And the height of the measurement object X are calibrated.
[ステップS5] 制御部14は、メモリ上の対応関係の較正を完了したか否かを判断する。較正が未完了の場合、制御部14はステップS6に動作を移行する。一方、較正が完了した場合、制御部14は較正処理を完了し、後述する測定処理に動作を移行する。 [Step S5] The control unit 14 determines whether the calibration of the correspondence relationship in the memory is completed. When the calibration is not completed, the control unit 14 shifts the operation to Step S6. On the other hand, when the calibration is completed, the control unit 14 completes the calibration process and shifts the operation to a measurement process described later.
[ステップS6] 制御部14は、ステージ駆動部21を介して、ステージ20を高さ方向(Z方向)に所定幅だけ上昇させる。ここまでのステージ20の上昇分の総和が、測定基準点の現在の高さとなる。この動作の後、制御部14はステップS3に動作を戻す。
この一連の較正処理により、制御部14内のメモリ上には、測定箇所Pにおける高さ方向の波長分布(図7参照)のデータが正確に格納される。
[Step S6] The control unit 14 raises the
Through this series of calibration processes, the data of the wavelength distribution in the height direction (see FIG. 7) at the measurement location P is accurately stored on the memory in the control unit 14.
《高さ測定装置11の測定処理および検査処理の説明》
図6は、高さ測定装置11の測定処理を説明する流れ図である。以下、図6に示すステップ番号に沿って、この測定処理の動作を説明する。
<< Description of Measurement Process and Inspection Process of
FIG. 6 is a flowchart for explaining the measurement process of the
[ステップS10] 制御部14は、ステージ駆動部21を介して、測定基準点を較正時の高さゼロに戻す。 [Step S <b> 10] The control unit 14 returns the measurement reference point to zero height during calibration via the stage driving unit 21.
[ステップS11] 制御部14は、ステージ駆動部21を介してステージ20をXY移動し、測定対象Xの測定開始位置を測定箇所Pに位置合わせする。この測定箇所Pは、測定対象Xの検査箇所となる。例えば、設計図面の登録座標データなどから、プリント基板(X)上の半田バンプの位置を特定して、その半田バンプの位置を測定箇所Pに位置合わせすればよい。
[Step S <b> 11] The control unit 14 moves the
[ステップS12] センサ部13は、測定箇所Pからの反射光を受光し、反射光の波長(または波長の混合比)を検出する。
なお、測定箇所Pが点状の場合には、センサ部13は、この一点について波長(または波長の混合比)を検出する(図7[C]参照)。
一方、測定箇所Pが図3[B]に示すような線状の場合には、センサ部13は、この線状の測定箇所Pについて、主走査方向のサンプル間隔おきに波長(または波長の混合比)を検出する(図7[B]参照)。
[Step S12] The sensor unit 13 receives the reflected light from the measurement location P and detects the wavelength of the reflected light (or the mixing ratio of the wavelengths).
When the measurement location P is a dot, the sensor unit 13 detects the wavelength (or wavelength mixing ratio) for this one point (see FIG. 7C).
On the other hand, when the measurement points P are linear as shown in FIG. 3B, the sensor unit 13 uses the wavelength (or wavelength mixture) for the linear measurement points P at every sample interval in the main scanning direction. Ratio) is detected (see FIG. 7B).
[ステップS13] 制御部14は、反射光の波長(または波長の混合比)をメモリ上の対応関係に照合し、測定箇所Pの高さを求める。なお、反射光の波長(または波長の混合比)が、対応関係の数値に完全一致しないケースについては、近接する対応関係を補間して、測定箇所Pの高さを求めることが好ましい。 [Step S13] The control unit 14 collates the wavelength of the reflected light (or the mixing ratio of the wavelengths) with the corresponding relationship on the memory, and obtains the height of the measurement location P. In the case where the wavelength of the reflected light (or the mixing ratio of the wavelengths) does not completely match the corresponding numerical value, it is preferable to interpolate the adjacent corresponding relationship to obtain the height of the measurement location P.
[ステップS14] 制御部14は、測定対象Xの走査を完了したか否かを判断する。走査が未完了の場合、制御部14はステップS15に動作を移行する。一方、走査が完了した場合、制御部14は測定処理を終了する。 [Step S14] The control unit 14 determines whether or not the scanning of the measurement target X is completed. When the scanning is not completed, the control unit 14 shifts the operation to Step S15. On the other hand, when the scanning is completed, the control unit 14 ends the measurement process.
[ステップS15] 制御部14は、ステージ駆動部21を介して、ステージ20を面方向に移動し、測定対象Xの次の走査位置を測定箇所Pに位置させる。なお、測定箇所Pが点状の場合には、制御部14は主走査方向および副走査方向のサンプル間隔おきに、面移動を縦横に実行する。一方、測定箇所Pが図3[B]に示すような線状の場合には、制御部14は、副走査方向のサンプル間隔おきにステージ20を移動させる。
この一連の測定処理により、制御部14は、測定対象Xの表面を走査しつつ、各箇所の高さ(表面形状)を測定することができる。
[Step S <b> 15] The control unit 14 moves the
With this series of measurement processes, the control unit 14 can measure the height (surface shape) of each location while scanning the surface of the measurement target X.
[ステップS16] 制御部14は、測定対象Xのプリント基板の測定箇所P(半田バンプ)について異常判定(良品判定)を行う。例えば、制御部14は、半田バンプの欠損や高さ異常や位置ずれといった異常状態を、高さ検出結果を設計図面データと照合することで判定する。制御部14は、この異常判定(良品判定)の結果を、モニタ表示、ユーザへの警報、歩留まり検査、良品選別などに利用する。 [Step S <b> 16] The control unit 14 performs abnormality determination (non-defective product determination) on the measurement location P (solder bump) of the printed circuit board of the measurement target X. For example, the control unit 14 determines an abnormal state such as a solder bump defect, height abnormality, or positional deviation by comparing the height detection result with design drawing data. The control unit 14 uses the result of the abnormality determination (non-defective product determination) for monitor display, user alarm, yield inspection, non-defective product selection, and the like.
《本実施形態の効果など》
上述したように、本実施形態では、高さ方向に波長が変化する照射光束Lを照射する。そのため、測定箇所Pの高さにより反射光の波長が変化する。この反射波長やその混合比を、測定箇所Pの高さ方向の波長分布に対応付けることで、測定箇所Pの高さを求めることができる。
<< Effects of this embodiment >>
As described above, in the present embodiment, the irradiation light beam L whose wavelength changes in the height direction is irradiated. Therefore, the wavelength of the reflected light changes depending on the height of the measurement location P. By associating the reflection wavelength and the mixing ratio thereof with the wavelength distribution in the height direction of the measurement location P, the height of the measurement location P can be obtained.
この場合、照射光束Lの高さ方向の波長分布を安定させることが比較的容易となる。そのため、ピエゾ素子を使った位相シフト法に比べ、安定した検出精度を得ることが可能になる。 In this case, it is relatively easy to stabilize the wavelength distribution of the irradiation light beam L in the height direction. Therefore, stable detection accuracy can be obtained as compared with the phase shift method using a piezo element.
さらに、位相シフト法のように複数回にわたって投影パターンを撮影する必要がなく、測定時間を短縮することが可能になる。 In addition, unlike the phase shift method, it is not necessary to photograph the projection pattern a plurality of times, and the measurement time can be shortened.
また、本実施形態では、照射光束Lの高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小する光学機構(例えば変倍光学系)を備える。
この光学機構を使って波長分布を光学的に拡大することにより、高さの測定可能範囲を広げることが可能になる。
逆に波長分布を光学的に縮小することにより、高さの検出分解能を細かくすることが可能になる。
In the present embodiment, an optical mechanism (for example, a variable magnification optical system) that optically enlarges / reduces the wavelength distribution of the irradiation light beam L in the height direction is provided.
By using this optical mechanism to optically expand the wavelength distribution, the height measurable range can be expanded.
Conversely, by optically reducing the wavelength distribution, the height detection resolution can be made finer.
さらに、本実施形態では、測定箇所Pと照射光束Lとを高さ方向に相対的にずらしながら、ずらし量と反射波長との対応関係を較正する。この較正処理によって高さの測定精度を一段と高めることが可能になる。 Furthermore, in this embodiment, the correspondence between the shift amount and the reflection wavelength is calibrated while the measurement location P and the irradiation light beam L are relatively shifted in the height direction. This calibration process makes it possible to further increase the measurement accuracy of the height.
また、本実施形態では、図7に示すように、各色の光が一部または全部が重複しており、反射波長の混合比の僅かな違いに従って、高さをより細かく測定することが可能になる。その結果、高さの検出分解能を一段と細かくすることが可能になる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the light of each color partially or entirely overlaps, and the height can be measured more finely according to the slight difference in the mixing ratio of the reflected wavelengths. Become. As a result, the height detection resolution can be further reduced.
特に、照射光束Lの全体光量が変動しても、相対量である波長光束の混合比は変化しない。そのため、本実施形態では、全体光量が変動しても、高精度かつ安定に高さを検出することが可能になる。 In particular, even if the total light amount of the irradiation light beam L varies, the mixing ratio of the wavelength light beams, which is a relative amount, does not change. For this reason, in the present embodiment, it is possible to detect the height with high accuracy and stability even if the total light amount varies.
《実施形態の補足事項》
なお、本実施形態では、図2または図4に示す照射部12を使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。測定対象Xの高さ方向に隙間無く波長変化する照射光束Lであれば使用可能である。
<< Additional items of embodiment >>
In this embodiment, the irradiation unit 12 shown in FIG. 2 or 4 is used. However, the embodiment is not limited to this. Any irradiation light beam L whose wavelength changes without a gap in the height direction of the measurement target X can be used.
ちなみに、照射光束Lは、波長の異なる複数光束を隙間無く配列した光束を部分的に含んでいればよく、照射光束Lの一部に隙間を設ける実施形態を排除するものではない。照射光束Lに隙間を部分的に設けることにより、隙間によって区分される複数の高さ測定レンジを容易に識別することが可能になる。 Incidentally, the irradiation light beam L only needs to partially include a light beam in which a plurality of light beams having different wavelengths are arranged without a gap, and does not exclude an embodiment in which a gap is provided in a part of the irradiation light beam L. By providing a gap in the irradiation light beam L, a plurality of height measurement ranges divided by the gap can be easily identified.
また、本実施形態では、図3[A]に示すような収束タイプの照射光束Lを使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。拡がるタイプや平行タイプの照射光束Lを使用してもよい。 In the present embodiment, a convergent type irradiation light beam L as shown in FIG. 3A is used. However, the embodiment is not limited to this. A spreading type or parallel type irradiation light beam L may be used.
なお、本実施形態では、照射部12のレンズ位置によって、高さ方向の波長分布を拡大縮小する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、照射光束Lの光束径を拡大縮小する光学系を用いて、高さ方向の波長分布を拡大縮小してもよい。 In the present embodiment, the wavelength distribution in the height direction is enlarged or reduced depending on the lens position of the irradiation unit 12. However, the embodiment is not limited to this. For example, the wavelength distribution in the height direction may be enlarged or reduced using an optical system that enlarges or reduces the diameter of the irradiation light beam L.
また、本実施形態では、高さゼロの測定基準点を用意し、ステージ20を昇降しながら測定箇所Pの波長分布のデータを較正している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。
In the present embodiment, a measurement reference point having a height of zero is prepared, and the wavelength distribution data at the measurement location P is calibrated while moving up and down the
例えば、高さを段階的にずらした測定基準点を複数用意し、これら測定基準点を測定箇所Pに位置合わせすることで、個々の高さにおける反射波長(または波長の混合比)をそれぞれ検出してもよい。この較正処理では、ステージ20の昇降動作を省くことが可能になる。
For example, by preparing multiple measurement reference points whose heights are shifted in stages and aligning these measurement reference points with measurement points P, the reflected wavelengths (or wavelength mixing ratios) at each height are detected. May be. In this calibration process, the raising / lowering operation of the
また例えば、照射光束L(照射部12)を上下にずらしながら、反射波長(または波長の混合比)を検出することで、波長分布のデータを較正してもよい。
なお、本実施形態では、可視光の照射光束Lを使用している。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。一般的にはセンサ部13側で検出可能な波長域であればよく、赤外域や紫外域など多様な波長域の照射光束が使用可能である。
Further, for example, the wavelength distribution data may be calibrated by detecting the reflection wavelength (or the mixing ratio of the wavelengths) while shifting the irradiation light beam L (irradiation unit 12) up and down.
In the present embodiment, an irradiation light beam L of visible light is used. However, the embodiment is not limited to this. In general, it may be in a wavelength range that can be detected on the sensor unit 13 side, and irradiation light beams in various wavelength ranges such as an infrared range and an ultraviolet range can be used.
また、本実施形態では、照射部12を一つ設けるケースについて説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。一つの照射部12では、測定対象Xの表面に陰になる部分が生じるため、高さ測定が部分的に不可能になる。そこで、陰になる部分を少なくするように、照射光束Lを複数方向から選択的に照射してもよい。 Moreover, in this embodiment, the case where one irradiation part 12 is provided was demonstrated. However, the embodiment is not limited to this. In one irradiation part 12, since the part which becomes shadow on the surface of the measuring object X arises, height measurement becomes partially impossible. Therefore, the irradiation light beam L may be selectively irradiated from a plurality of directions so as to reduce the shaded portion.
なお、本実施形態では、照射光束Lの高さ方向の波長分布がRGBの順で変化する。しかしながら、実施形態はこのRGBの順に限定されるものではない。例えば、照射光束Lの波長をより細かな波長ステップで連続的に変化させてもよい。また例えば、照射光束Lの波長分布を、3つ以上の複数波長の混合比が連続的に変化するものとしてもよい。 In the present embodiment, the wavelength distribution of the irradiation light beam L in the height direction changes in the order of RGB. However, the embodiment is not limited to the order of RGB. For example, the wavelength of the irradiation light beam L may be continuously changed in finer wavelength steps. Further, for example, the wavelength distribution of the irradiation light beam L may be such that the mixing ratio of three or more wavelengths changes continuously.
また、本実施形態において、測定箇所P(測定対象X)の反射分光特性を考慮して、センサ部13で検出した反射波長(波長の混合比)を補正してもよい。この補正により、測定対象Xの反射分光特性に影響されずに、高さを正確に求めることが可能になる。 In this embodiment, the reflection wavelength (wavelength mixing ratio) detected by the sensor unit 13 may be corrected in consideration of the reflection spectral characteristics of the measurement point P (measurement target X). By this correction, the height can be accurately obtained without being affected by the reflection spectral characteristic of the measurement target X.
さらに、光学プリズムなどの分光作用や光学素子の色収差作用などを利用して、高さ方向に波長が連続的に変化する照射光束を発生させてもよい。 Furthermore, an irradiation light beam whose wavelength continuously changes in the height direction may be generated using a spectral action such as an optical prism or a chromatic aberration action of an optical element.
以上説明したように、本発明は、高さ測定装置に利用可能な技術である。
なお、応用分野の一例としては、半田バンプの体積検査装置、表面形状の検査装置、3次元測定装置、肌の表面状態を精密検査する装置、カード等の表面凹凸コードを読み取る装置などがあげられる。
As described above, the present invention is a technique that can be used for a height measuring apparatus.
Examples of application fields include a solder bump volume inspection device, a surface shape inspection device, a three-dimensional measurement device, a device for precisely inspecting the surface condition of the skin, and a device for reading a surface unevenness code such as a card. .
11…高さ測定装置,12…照射部,13…センサ部,14…制御部,20…ステージ,21…ステージ駆動部,30…ミラーブロック,33…レンズ,41…多波長光源,43…色フィルタ,X…測定対象,L…照射光束
DESCRIPTION OF
Claims (8)
波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、前記高さ方向に対して傾いた角度で前記被検物の前記測定箇所に照射する照射部と、
前記照射光束による前記被検物の前記測定箇所からの反射光を受光し、前記反射光の波長を検出するセンサ部と、
前記センサ部で検出された前記反射光の波長に基づいて、前記測定箇所における前記被検物の高さを求める高さ検出部と
を備えたことを特徴とする高さ測定装置。 A height measuring device for measuring a height at a predetermined measurement location of a test object,
An irradiation unit that irradiates the measurement spot of the test object with an irradiation light beam in which a plurality of light beams having different wavelengths are arranged in the height direction without any gaps;
A sensor unit that receives reflected light from the measurement location of the test object by the irradiated light beam, and detects a wavelength of the reflected light;
A height measurement device comprising: a height detection unit that obtains the height of the test object at the measurement location based on the wavelength of the reflected light detected by the sensor unit.
前記照射部は、前記照射光束の隣り合う波長の異なる光束同士を前記高さ方向に一部重複させて照射し、
前記高さ検出部は、前記センサ部で検出された前記反射光の波長の混合比に基づいて、前記測定箇所における前記被検物の高さを求める
ことを特徴とする高さ測定装置。 The height measuring device according to claim 1,
The irradiation unit irradiates light beams having different wavelengths adjacent to each other in the height direction by partially overlapping the irradiation light beams,
The height detection unit obtains the height of the test object at the measurement location based on a mixing ratio of the wavelengths of the reflected light detected by the sensor unit.
前記高さ検出部は、前記反射光の波長またはその混合比を、前記測定箇所における前記照射光束の波長分布に対応付けることで前記高さを求める
ことを特徴とする高さ測定装置。 In the height measuring device according to claim 1 or 2,
The height detector is configured to determine the height by associating a wavelength of the reflected light or a mixture ratio thereof with a wavelength distribution of the irradiated light beam at the measurement location.
前記照射部は、前記照射光束の前記高さ方向の波長分布を光学的に拡大縮小する変倍光学系を備えた
ことを特徴とする高さ測定装置。 In the height measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The irradiation unit includes a variable magnification optical system that optically enlarges / reduces the wavelength distribution of the irradiation light beam in the height direction.
前記測定箇所と前記照射光束とを前記高さ方向に相対的にずらすことにより、ずらし量と前記測定箇所の反射光の波長との対応関係を較正する較正部を備え、
前記高さ検出部は、前記較正部によって較正された前記対応関係に、前記測定箇所の反射光の波長またはその混合比を照合することによって、前記測定箇所の高さを求める
ことを特徴とする高さ測定装置。 In the height measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A calibration unit that calibrates the correspondence between the shift amount and the wavelength of reflected light at the measurement location by relatively shifting the measurement location and the irradiation light beam in the height direction,
The height detection unit obtains the height of the measurement location by comparing the wavelength of the reflected light of the measurement location or a mixture ratio thereof with the correspondence calibrated by the calibration unit. Height measuring device.
前記照射部は、
波長の異なる複数本の光束を多面ミラーの各面にそれぞれ照射し、光束群の反射方向を略一方向に揃えることで、波長の異なる複数本の光束を前記高さ方向に連ねた前記照射光束を生成する
ことを特徴とする高さ測定装置。 The height measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The irradiation unit is
Irradiation light flux in which a plurality of light fluxes having different wavelengths are arranged in the height direction by irradiating each surface of the multi-faced mirror with a plurality of light fluxes having different wavelengths and aligning the reflection direction of the light flux group in substantially one direction. The height measuring device characterized by generating.
前記照射部は、
複数波長を含む光束を波長選択素子に通して前記高さ方向の波長を変化させることによって、前記照射光束を生成する
ことを特徴とする高さ測定装置。 The height measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The irradiation unit is
A height measuring apparatus, wherein the irradiation light beam is generated by changing a wavelength in the height direction by passing a light beam including a plurality of wavelengths through a wavelength selection element.
波長が異なる複数の光束を高さ方向に隙間無く配列した照射光束を、前記高さ方向に対して傾いた角度で前記被検物の前記測定箇所に照射する照射ステップと、
前記照射光束による前記被検物の前記測定箇所からの反射光を受光し、前記反射光の波長を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出された前記反射光の波長に基づいて、前記測定箇所における前記被検物の高さを求める高さ測定ステップと
を備えたことを特徴とする高さ測定方法。
A height measurement method for measuring the height at a predetermined measurement location of a test object,
Irradiation step of irradiating the measurement spot of the test object with an irradiation light beam in which a plurality of light beams having different wavelengths are arranged without gaps in the height direction; and
Detecting the reflected light from the measurement location of the test object by the irradiated light beam, and detecting the wavelength of the reflected light; and
A height measurement method comprising: a height measurement step for obtaining a height of the test object at the measurement location based on the wavelength of the reflected light detected in the detection step.
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