JP3020280B2 - 三角測量法に基づく３次元画像化のための方法およびシステム - Google Patents

三角測量法に基づく３次元画像化のための方法およびシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、三角測量法に基づく３次元画像化方法およ
びシステムに係わり、より詳細には、放射線エネルギ
ー、例えば、レーザ光線の走査ビームをある角度で利用
する改善された三角測量法に基づく３次元画像化方法お
よびシステムに関する。
背景技術 ３次元センサに対する性能仕様は、大きく異なり、良
さの指標は、しばしば特定の要件に基づいて決定され
る。多くの用途では、検査領域全体を100％カバーする
ことが必要とされ、しかも、これを、迅速なデータ速度
で、ミクロン単位あるいはそれより細かな測定精度にて
達成することが必要とされる。他の幾つかのケースにお
いては、関心のある領域では非常に高速な検査が必要と
されるが、他の領域は無視できる。
小型化への傾向が増しているために、超小型電子回路
アセンブリや小型パーツの製造業者は、自動３次元光学
検査装置に対して、しばしば、非常に精密な測定あるい
は欠陥検出能力を要求する。視野、スポットサイズ、深
さ感度、測定速度などの間にはトレードフオが存在し、
これら要件全部を同時に満たすことは困難である。この
ために、100％検査にも利用できれるシステムを、必要
に応じて、関心のある領域のみを画像化できるよう調節
でき（最適化でき）、“デッド（dead）”領域は避ける
ようにできれば、このシステムは、通常関心のある領域
のみが監視されるプロセス監視のための非常に有効な解
決手段となり得る。
超小型電子回路アセンブリや他の小型パーツの検査に
おいては、データ速度は重要なパラメータである。達成
可能な検査速度は、検査すべきパターンに依存する。図
１は、検査サイトが“ランダム”に配列されている場合
を示す。検査タスクは、全ての回路トレースの、高さと
幅の測定であったり、半田の高さの測定であったり、他
の要素の寸法の測定であったりする。余分な材料、材料
の欠損、デバイスの配列の誤りなどの欠陥についても検
出することが要求される。このような欠陥が図１に点線
の“ボックス”によって示される。この場合は、検査シ
ステムによって無視することができる“デッド領域”は
非常に少ない。図１に示される領域が、密集したウェー
ハの小さな区間（例えば、0.25cm×0.25cm;0.1インチ×
0.1インチ）を表すものと想定する。検査システムが、
典型的な自動フォーカスプローブを利用する場合は、秒
当たり1000個のデータが得られる。この表面全体から2.
5um×2.5umのサンプル（これは、このようなデバイスの
検査ではまばらな方である）が取られるものと想定す
る。すると、15cm×15cm（６″×６″）の対象物に対す
る検査時間は、なんと、1.3ヵ月にもなる。一方、現在
市販されている三角測量法に基づくポイントセンサで
は、約10,000ポイント／秒にて動作でき、検査時間は数
日に短縮される。さらに、特別な設計を用いた場合は、
約100KHzのデータ速度を達成することができる。このポ
イントプローブのデータ速度をビデオ速度にまで増加す
ること（1000倍の改善）も可能であるが、ただし、必要
とされる移動機構の要件が大変で、恐らくこの点で実現
不可能であると思われる。
他方において、全ての超小型電子回路アセンブリの多
くの部分は、通常は長方形あるいは正方形の辺に沿って
縦横に規則的に配列された検査サイトを持つ。図２から
図５は、重要な幾つかのケースを示す。これらパターン
には、大きな寸法の広がりを持ち、リードの幅では、数
ミル（１ミル＝0.001″＝約0.003cm）程度のものから数
十ミルに至るものまであり、ボール（やバンプ）の直径
であれば、10ミクロン（バンプ式のダイ）程度のものか
ら約1mm（BGA225）に至るものまで見られる。相互接続
パターンもこれらと類似する寸法を持つ。ただし、カバ
レッジ要件の低減は、必ずしも、データ速度要件（平方
センチ（インチ）／秒、サイト数／秒など）の大幅な低
減を保障するものではない。あるビデオ速度のシステム
を用いた場合、ウェーハの100％検査を遂行するために
は、数分かかるが、リードあるいはボンディングサイト
（電気的相互接続）の100％検査では、数秒で済む。こ
のような領域の検査では、通常は、リード（ボールある
いはパッド）の形状、同一平面性、幅などを３次元測定
することが必要とされる。これの検査は、生産ライン内
で、“in−line（インライン）”（一度に１チップの形
式で）にて行なわれることも、あるいは、“イン−トレ
イ（in−tray）”（図６）にて行なわれることもあり、
例えば、取り付け後のICのリードおよび半田パッド（図
５）の３次元構造が検査される。（３次元における）配
列の誤りは、半田付け後でなければ明らかにならない欠
陥の原因となり、このために、基板スクラップと手直し
コストを大きく増加させる。この検査には、高い解像度
と、約３〜４秒／チップの非常に高いデータ速度が要求
され、加えて、生産能力に影響を与えることなく、基板
上の全てのサイトを検査できることが要求される。超小
型電子回路における類似の条件を要求する（あるいはこ
れより小さな寸法を要求する）他の検査としては、ワイ
ヤボンドやバンプ式ウェーハのパターンの３次元検査な
どが含まれる。
100％の検査（良さの指標は、平方センチ（インチ）
／秒あるいはサイト／秒）が可能であり、しかも、規則
的な反復性のパターンの検査（良さの指標は、典型的に
は、サイト／秒）に対しても、最適化できる３次元ライ
ン走査センサがあれば、検査システムの有効性を大幅に
増することができるものと思われる。精度と高速性は、
互いに矛盾するパラメータではあるが、検査システムの
投資効果を最大化するため、および検査装置を産業界に
広く普及させるためには共に要求される事項である。
米国特許第5,024,529号において開示されるビデオ速
度に迫る３次元三角測量法に基づくセンサは、上述のサ
ンプルの100％検査を、多くの設備において許容でき
る、数分までに短縮する。この特許がここに参照の目的
で組み入れられる。
３次元画像化に対して知られている全ての方法の中
で、三角測量法は、高速性と精度との積（良さの指標）
の点で、最も実際的な方法である。ただし、同じ三角測
量法に基づくシステムであっても、ポイントセンサと異
なり、レーザライン走査システムは、回転対称性を持た
ない。走査ラインは、（好みによって）縦方向あるいは
横方向からビューするように方位され、いずれの場合
も、高さは、位置感知軸線に沿っての幾何学的関係から
計算される。任意のビューポイントで得られた高さの値
の間の正確な整列を与える数学的変換式を導き出するこ
とも可能であるが、この要件をサポートするためのハー
ドウエアおよびソフトウエアを実現するためには、大変
な追加の努力が必要とされる。
画像化速度は非常に重要であるが、精度も同様に重要
な問題である。三角測量法に基づくセンサは、照射軸線
とビューイング軸線をずれるように構成することに加え
て、深さ感知軸線に沿っての拡張された瞬間的視野（IF
VO）を必要とされる。幾つかのパーツの形状は、これと
の関連で、視野の妨害とスプリアス反射の問題を起こ
す。
図７は、ICのリードを検査するときに発生する問題を
示す。より詳細には、図７は、周囲の領域が平坦なとき
（３次元構造を持たないとき）のICの画像化における視
野の妨害と二次鏡面反射の複雑な問題を示す。この問題
は、追加の表面（例えば、パーツを収納するトレーの
壁）が加えられたときはさらに複雑になる。ICリード
は、金属製であり、外側が滑らかでぴかぴかなことがあ
る。このような場合、この方位にて、これら両方のセン
サから有効なデータを得るためには、比較的狭いビュー
イング角度（20度以下）が要求される。幾つかの形状に
おいては、第一のセンサが部分的に視野を妨害され、第
二のセンサが二次反射によって駄目にされるために幾つ
かの異常が発生する。ただし、これと同一のリードを、
直交する方向から見た（検査した）場合は、これら二つ
の問題は“解決される”。二次鏡面反射は、いずれのセ
ンサによっても受光されず、検査能力に悪影響を与える
ような視野の妨害もなくなる。こうして、画像化におけ
る幾何構成の選択によって、検査能力に大きな差異が生
ずる。
図８は、ボール格子配列（BGA）を持つ円対称なバン
プあるいは結合パッドに共通な、上の例とは幾分異な
る、シナリオを示す。検出器１は、表面の方位（影にな
る）のために、弱い信号を受光し、他方、検出器２は、
ぴかぴかの結合パッドからの二次反射のために（誤っ
た）強い信号を受光する。湾曲した表面、ぴかぴかの仕
上げ、部分的な視野の妨害などのより複雑な問題を扱う
ためには、複数のセンサの使用、非線形なパターン認
識、複数チャネル推定技法などによって対応することを
要求されるが、これらにおいては、強度とレンジ情報の
両方が読みにおける誤差を除去するために用いられる。
このアプローチは、本出願人と譲受人を同一とする米国
特許出願第08/245,864号において開示されている。
高い測定速度と改善された精度の両方を達成すること
が可能な、三角測量法に基づく、多様な要件に対応でき
る３次元画像化システムを開発できれば、これは、３次
元自動測定の用途を増加することを期待できる。
Sternらの米国特許第5,371,375号は、センサの視野
（FOV）の制約を克服するために、２経路アプローチを
使用して、トレー内に置かれたICリードを走査するため
の方法およびシステムを開示する。第一の経路におい
て、センサが要素を追跡するために用いられ、これから
必要な並進と回転が計算され、これが第二の経路に対し
て用いられる。次に、３次元センサによって、リードの
寸法が測定される。小さな視野は、電荷結合素子（CC
D）あるいは光ダイオードアレイを使用する場合は、読
出しの制約（標準ビデオでは60フィールド／秒）のため
に必須の要件である。小さなアレイ（例えば、64×64）
の使用で、データ速度を、最大4000ライン／秒程度に増
加させ、リード検査に対する典型的な要件を満たすこと
が可能である。ただし、このTVセンサ技術は、高速100
％検査のためには十分ではない。例えば、これら標準の
アレイをワイドフィールド走査に対して使用した場合、
ライン速度は、約60ライン／秒に低減される。
Chenらの米国特許第5,118,192号は、独立して旋回す
ることができる投影軸とビューイング軸を持つように構
成された三角測量法に基づく走査システムを開示し、こ
れによって、不規則な対象物を検査および測定するため
の柔軟性を確保している。この３次元走査法は、同時
に、トレイ内に入れたICリード、半田の接合部、その他
規則的に配列されたパターンを検査するために使用する
こともできる。この走査システムは、照射とビューイン
グのための複数の軸線を用意する。また、この旋回動作
のために、ヘッドを90゜動的に回転するための回転機構
を提供すれば、三角測量法に基づく測定も可能である。
Tokuraの米国特許第5,192,982号は、半田付けしたリ
ードを検査するためのレーザ走査法について開示する。
指向性の反射（非対称性）と、結果としてデータの誤差
が検出され、照射方向とビューイング方向がこれに基づ
いて選択される。このシステムは、主として、滑らかで
ぴかぴかの表面仕上げを持つ半田すみ肉の外観を調べる
ために設計されたものである。
Maruyamaらの米国特許第5,200,799号は、PCB上にパッ
ケージ化されたパーツを検査するための３次元走査シス
テムについて開示する。このシステムは、一対の位置感
知検出器と、画像処理システムを利用する。画像処理シ
ステムは、マルチセンサ前処理回路を含む。開示される
実施例は、多角形レーザ走査システムと、広い視野（FO
V）カバレッジを達成するための大きなレンズを含み、
回路基板を最大で100％カバーすることを目指す。ただ
し、回転ミラーの慣性のために、“関心のある領域”の
みを走査すること、つまり、ランダムアクセス走査は不
可能である。この走査法においては、回路基板がＹ軸に
沿って移動され、走査ビームがＸ軸に沿って移動させ
る。この典型的な走査法では、システムのビューポイン
トが制限され、図７に示すような問題が発生する。ま
た、広いフィールドカバレッジ、解像度、および有効な
データ速度の間にはトレードオフが存在するが、これに
関しては後に触れられる。
Rayの米国特許第5,058,178号は、半田バンプの欠損あ
るいは欠陥を検出するための画像化システムについて開
示する。このシステムは、暗いフィールド照射と、TVカ
メラを使用する。このシステムは、３次元データを得る
ことはできず、このために、このシステムは、同一平面
性について測定する能力はない。このシステムは、ま
た、金属表面によく見かけられる反射率の大きなバラツ
キと背景のバラツキに非常に敏感である。このシステム
は、材料の欠損あるいは大まかな半田の欠陥を比較的速
いデータ速度で検出するのには成功している。
Merryらの米国特許第4,700,045号は、表面上のランダ
ムな継目を追跡するために、音響光学的なデフレクタを
用いて、走査幅を調節する方法について開示する。ステ
ージの走査速度と各走査ライン当たりに集められるポイ
ント数との間で、選択が可能である。（市販の）音響光
学的なデフレクタの性質のために、つまり、偏向は加え
られる周波数に比例し、周波数はコンピュータ制御を通
じてプログラム（調節）できるために、これは、“ウイ
ンド処理”能力を持つ。これら音響光学的なデフレクタ
が望ましいが、検流計に基づくデフレクタを使用してラ
ンダムなビーム偏向を達成することも可能である。ただ
し、後者においては、移動部の機械パーツと、安定化お
よび位置の修正のための追加の回路あるいは他の手段が
必要とされる。
市販のシステム： ICOSリードインスペクタ：市販のシステムで、ICリー
ドの同一平面性と、幅とを調べる。４つの光源（正方形
の各角に１つ）が、順番に、パーツ上に投影される。そ
して、つや消ししたプレート上に投影された影の画像を
分析することによりリードの寸法情報が得られる。影の
長さの幾何学的な計算によってリードの位置が求められ
る。画像は、標準のビデオカメラと、フレームグラッバ
システムを用いて得られる。この実現には、単一の視野
のみが必要とされる。このシステムには、画像領域の大
部分がチップ本体を含むため制約がある。リードのピッ
チが小さくなり、リードの数が増加すると、システムは
限界に達する。画像の解像度にも制約があり、典型的に
は、画像データがリード付近に集中されるシステムによ
って得られ解像度と比較して、４〜８倍粗い。この概念
は、粗いピッチのデバイスや、“合否”の検査には適す
る。プロセス制御のためには、複数のカメラあるいはよ
り大きなアレイが必要となり、より高価な設計となる。
この方法は、影の投影が不可能な“in−tray"検査には
適さない。これは、トレー背景の反射率が低く、影の測
定におけるコントラストが悪くなるためである。また、
トレー形状には一貫性がなく、これが影の長さの測定に
影響を与えることもある。
モジュールビジョンシステム（MVS）:ICパーツのリー
ドの寸法を、トレー内に入れてあるいはその他の構成で
検査するためのリードスキャナが、LaserVisionシリー
ズ（90年代の初期に導入）として販売されている。この
システムは、検査のために、複数のCCDカメラと、レー
ザ光の直交するラインを使用する。このシステムは、全
てのカメラに基づく構造光を用いるシステムと同様に、
解像度と速度の積には制約があり、概ね60ライン／秒が
限界である。これとは対照的に、ビームデフレクタを採
用するレーザライン走査システムでは、約15000ライン
／秒を達成でき、このために、パーツをもっと細かな解
像度で検査することができる。さらに、ランダムアクセ
スあるいは“ウインドウ処理”機能を付ければ、もっと
高いデータ速度を達成することが可能である。光の直交
するラインと、複数のカメラを用いることで、画像ヘッ
ドを動的に回転する必要はなくなることは確かである。
ただし、CID Technolgies社によって提唱されている純
粋な“ランダムアクセス”カメラは、将来的には改善の
余地があるとしても、“全フィールド”検査を行なうた
めには、ビームデフレクタを採用するレーザライン走査
システムと比較して、データ速度がかなり劣り、深度レ
ンジも劣るものと見込まれる。また、このシステムは、
密集パターンの100％検査には速度が低すぎる。
Cyber−Optics:リードの同一平面性を検査するための
システム（Fujiから供給されるモードFIP−II）を販売
している。このシステムは、ICOSの場合と同様に、リー
ドを検査するためにクロスビームを用いる。検査は、典
型的には、“ピック後搭載前（after pick and before
place）”方式で行なわれる。つまり、要素がPC基板に
搭載される直前に検査される。走査要件を満たすため
に、パーツハンドラによって、各デバイスが、90度回転
される。このシステムは、透過照明を必要とし、“in−
tray"検査システム、あるいは、密集パターンの100％カ
バレッジのために機能するようにするためには、生産工
程の大幅な修正が必要である。
発明の要約 本発明の一般的な目的は、（裸の銅あるいはスズめっ
きした銅から成る）リード、パッド、（大きな鏡面反射
要素を持たない）半田ペースト、半田ペースト内に置か
れた再固化前のリードなどの多様な検査に対応できる検
査能力を持ち、放射エネルギーがある角度に利用される
方法およびシステムを提供することにある。この斜めの
走査を利用するシステムは、半田隅肉や、導線のトレー
スパターンについての有益な情報を得るために使用する
ことも可能である。
本発明のもう一つの目的は、非直交座標系を使用する
ことで、縦と横の配列された対象物の走査に対称性を導
入し、これによって、縦と横にまばらに配列された対象
物の３次元検査を改善し、同時に、動作の際にパーツあ
るいは画像ヘッドを動的に回転する必要性（及びこれと
関連する誤差）並びに直交ビューを得るために複数のセ
ンサおよびスキャナ（あるいはプロジュクタ）を使用す
る必要性を排除することが可能な方法およびシステムを
提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、バンプ式のウェーハから
PCBに至るまでの超小型電子アセンブリ並びにその他の
縦と横に配列された小型の産業パーツやパターン化され
たアセンブリ上の、ICリード、結合サイト、パッド、バ
ンプなどのパターンを効率的に走査することが可能な方
法およびシステムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、調節可能なビームデフレ
クタを使用することで走査の効率をさらに向上させる方
法およびシステムを提供することにある。この調節可能
なビームデフレクタは、データの収集を関心のある領域
にのみ制限するために使用されるとともに、二つの選択
された直交方向のいずれかにおいて走査の速度を変更す
るのに使用される。データ収集速度はビデオ速度を実質
的に超えることが目指され、これによって、検査の解像
度を上げるとともに、サイクル時間要件を満たすことが
可能となる。
本発明のもう一つの目的は、走査方向を変更するとき
の“デッド時間”を小さくするとともに、画像ヘッドあ
るいは検査すべきパーツを急速に加速することに対する
要件を緩和する走査方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、特に“in−tray"検査に
おいて、センサ軸に沿ってのリードと本体の形状と関連
する典型的な視野の妨害やスプリアスな二次反射の影響
（図７）を低減できるような走査方法を利用すること
で、超小型電子回路パッケージのために用いられる３次
元システムの測定精度を改善する方法とシステムを提供
することにある。
本発明のもう一つの目的は、鏡面反射によって生成さ
れるデータポイントの数を低減させることで、要求され
るセンサの動的レンジを小さく押さえることが可能な方
法およびシステムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、一貫性のあるリード方位
を提供し、データ補正要件を軽減することで、測定シス
テムの信頼性と精度を向上させる方法とシステムを提供
することにある。
本発明の上述の目的やその他の目的を遂行すること
で、対象物と関連する寸法情報を得るために、のぞきス
テーションに置かれた対象物を自動的に高速３次元画像
化するための従来の三角測量法に基づく方法に対する改
善が達成される。この対象物は、第一のセットの検査サ
イトを持つ。この方法は、放射エネルギーの集束ビーム
を走査することで、所定の方位に向けられた走査ライン
を生成し、これを第一のセットの検査サイトの対応する
表面上の複数のポイントに照射するステップと、この走
査ビームを第一のセットの検査サイトに対して、移動の
第一の軸線を定義する第一の方向に並進（移動）させる
こで対応する反射光信号を生成するステップを含む。こ
の方法はさらに、この反射光信号内のエネルギーの量を
検出することで対応する電気信号を生成するステップ
と、電気信号を処理することで対応する表面上の複数の
ポイントの高さを含む寸法情報を表す第一のセットのデ
ータを得るステップを含む。本発明の改良点は、前記の
走査ラインの所定の方位が、第一の方向に対して所定の
鋭角をなすことである。
この方法は、好ましくは、さらに、走査ビームを、対
象物の第二のセットの検査サイトに対して第一の方向に
対して実質的に直角な移動の第二の軸線を定義する方向
に並進されるステップを含む。前記の所定の鋭角は、好
ましくは、約45度とされる。
さらに、本発明の上述およびその他の目的を達成する
ために、上述の方法のステップを遂行するためのシステ
ムが提供される。
従来の典型的な検査システムでは、カメラアレイが利
用されるか、ライン走査システムが利用されるかに関係
なく、データは、直交デカルト座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）にて
収集される。伝統的には、直交座標が使用されるが、必
ずしも直交座標が最適なわけではない。事実、例外も存
在する。例えば、可視紫外空中スキャナは、しばしば、
各デフレクタに対する移動の一連の助変数方程式によっ
て記述されるビューの一連の走査フィールド（これは単
一のポイントであることも、画像であることもある）を
生成するために回転くさびを利用する。そして、このよ
うなシステムを使用すると、可変な角度カバレッジを達
成できる多数の走査パターンを生成することが可能であ
る。
ここに開示される発明は、縦と横のまばらな配列に規
則性が存在する場合は、この規則性を活用する走査方法
に関する。一方、密集したパターンの100％検査が要求
される場合は、このシステムは、通常の“へび状（serp
entine）”形式にてデータを収集するために、より長い
走査ラインを持つように動的に構成される。走査軸線
は、二つの直交する方向に沿っての正と負の両方の方向
に対応する。
本発明によると、通常の三角測量法に基づくライン走
査システムには見られない、水平方向と垂直方向におけ
る対称性が、直交するパターンに縦と横に配列された対
象物を検査するために導入される。図９は、本発明によ
る三角測量法に基づくレーザライン走査システム
（Ｘ′、Ｙ、Ｚ）を簡略的に示す。ここで、Ｘ′軸18
は、走査ビームと平行であり、好ましくは、直交基準座
標系19、20に対して、45゜回転される。この好ましい検
出システムは、任意の瞬間において走査ポイントを中心
に対称となるように配列された２つの受光器を利用する
ことで、実質的に空間的にマッチし、Ｘ′方向に沿って
走査ポイントの位置に対して不定な、受光ビームと、こ
れを処理して得られる電気信号を提供する。検出器21、
22のための光供給手段を含む、これらの受光器として使
用するのに適する光学系が米国特許第５、024、529号に
おいて開示されている。
検査領域の100％のカバレッジから、利用可能なスキ
ャナの視野の小さなセクションに対応する関心のある単
一あるいは複数の領域に至るまでの幅広い検査に対応で
きるように、走査ラインの長さを変更するための調節可
能なデフレクタが使用される。
本発明を具現するシステムは、図10b〜11bに示すよう
な走査パターンを生成するためにプログラマブルムな
Ｘ、Ｙ移動ステージを利用する。以下に、多様な検査要
件を説明するための、二つの極端なケースについて示
す：（ ）第一は、リードチップの検査で、この場合
は、IC本体と背景は無視され；（ ）第二は、ピン格子
配列（BGA）あるいはバンプ式のダイの検査であり、こ
の場合は、検査領域をほぼ100％を走査することが要求
される。調節可能な高速デフレクタは、リードやパッド
サイトの検査から、密集したパターンの100％検査に至
るまでの幅広い検査要件に合わせて走査効率を最適化す
るようにプログラムされる。
本発明の上述の目的やその他の目的、特徴、および長
所は、本発明を実施するための最良の態様に関しての以
下の詳細な説明を付録の図面との関連で読むことによっ
て容易に理解できるものである。
図面の簡単な説明 図１は、典型的な超小型電子回路アセンブリを示す図
であり； 図２は、典型的なピン格子配列（PGA）を示す図であ
り； 図３は、典型的なボール格子配列（BGA）を示す図で
あり； 図４は、テープ自動結合（TAB）の相互接続パターン
を示す図であり； 図５は、一般的なリードとパッド間の要件を示す拡大
部分斜視図であり； 図６は、トレー内に置かれたICの配列を示す正面図で
あり； 図７は、三角測量法に基づくシステムにおいて発生す
る異常を示す概略側面図であり； 図８は、図７に類似するBGAにおいて発生する異常を
示す概略側面図であり； 図９は、多くの半導体パターンを検査するための本発
明の好ましい座標系を示す拡大部分斜視図であり； 図10aは、本発明によるICリードを“in−tray（イン
トレー）”検査するための走査経路を示す平面図であ
り； 図10bは、本発明のシステムの概略ブロック図であ
り； 図11aは、本発明によるBGAを“in−tray（イントレ
ー）”検査するための走査経路を示す図10に類似する平
面図であり； 図11bは、本発明によってBGAを検査するときの様子を
示す図10aと図10bを結合したものに類似する図であり； 図112、走査ヘッドを変換された座標系内に持つ本発
明のシステムの概略図であり； 図13は、調節可能な走査機構の使用の効用を示す概略
図である。
発明を実施するための最良の態様 一般的には、本発明の方法およびシステムは、３次元
自動検査のために、三角測量法に基づく線形ライン走査
システムを使用することに関する。典型的には、超小型
電子回路パターンあるいはパッケージが検査あるいは測
定されるが、これらは、まばらで規則的に配列されてい
ることも、あるいは、密集しほぼランダムに配列されて
いることもある。典型的なまばらなパターンとしては、
集積回路パッケージ上のリードの配列があるが、これら
のリードは、通常、長方形領域の各辺に配列されてい
る。ウェーハ上の一連の半田バンプや、結合サイトなど
も、まばらなパターンを持つが、これらは、縦と横の格
子パターンとして配列されている。一方、密集したパタ
ーンとしては、細かいピッチの相互接続パターンや、ト
レースの不規則な配列などがある。同様にして、パーツ
は、トレーに入れて運ばれることも、あるいは、ウェー
ハあるいは要素ハンドラを使用して、一度に一つづつ運
ばれる場合もある。
ここに開示される発明は、長方形の周辺に沿って配列
されたサイトを検査するために必要とされる対称性を導
入する非直交な座標系内に実現され、動的な回転手段、
複数のカメラ、および、複数の光線は使用しない方法に
関する。この構成は、また、視野の妨害あるいは反射の
結果として発生するスプリアスなデータポイトンを大幅
に低減する。この高速走査システムは、高速なアクセス
時間を持つデフレクタを使用する。このデフレクタは、
検査対象のパターンが密集しているか、まばらであるか
に応じて視野を最適化するために、走査ラインの長さを
変更するようにプログラムすることが可能であり、これ
によって、検査の速度と精度の両方を含む良さの指標が
最大化される。
図１から図６は、検査システムの速度および倍率要件
に影響を与える、検査要件の多様性を一般的に示す。図
７から図８は、三角測量法に基づくシステムの精度に影
響を及ぼす重要な問題を示す。図９から図11bは、デー
タ収集速度と精度の改善を図るために開発された本発明
の主要な要素を示し、図12は、実際的な半導体検査ユニ
ットとしての一つの実施形態を示す。図13は、走査ライ
ン長を調節可能な高速デフレクタの効用を示す。
より詳細には、図１は、ランダムな欠陥の検査、半導
体パターンの高さおよび幅の寸法の測定、並びに要素の
配置の検証のために100％のカバレッジを要求する典型
的な超小型電子回路アセンブリを示す。全体としての検
査能力を最大化するためには、完全に整列された強度
（あるいは色）と高さ情報の組み合わせが理想とされ
る。
図２は、現在のマイクロプロセッサにおいて使用され
ている5.1x5.1cm（２″x2″）ピン格子アレイ（PGA）を
示す。これらピン（円）は、基板から上に（紙面を出る
ように）延びる。ピンのチップは、同一の平面内にある
こと（同一平面性）が要求され、これら要素は、折れ曲
がっていてはならない。半田ボール格子配列（BGA）お
よびワイヤ結合パッドにも類似する配列が見られる。
図３は、典型的なボール格子配列（BGA）、あるい
は、これより細かな寸法のバンプ式のウェーハを示す。
今日の製造においては、典型的なアレイは、2.54平方cm
（１平方インチ）当たり約225個のサイトを持つ。ただ
し、技術の進歩とともに、密度が増しており、バンプ式
のウェーハでは、2.54平方cm（１平方インチ）当たり、
約12、000個のサイトを持つものもある。これは、極め
て高いセンサ速度と、精度を要求する。システム構成と
しては、“in−line（インライン）”方式と、“in−tr
ay（イントレー）方式がある。“in−line"方式では、
パーツが、検査時に、一つづつ、ハンドラによって供給
される。一方、“in−tray方式では、数千もの検査サイ
トを含むBGAあるいはバンプ式のダイがトレーに入れて
運ばれ、100％のカバレッジが要求される。
図４は、テープ自動結合（TAB）の相互接続パターン
を示す。重要な検査基準は、リードのパッドへの整合
と、リードの同一平面性である。現在の内側リードの結
合パターンは、0.008cm（0.003インチ）という、細かな
リードと、間隔を持つ。この場合は、“関心のある領
域”においてのみ、高い精度と解像度が要求される。ワ
イヤ結合や、バンプ式のダイでも類似する配列が見られ
る。
図５は、リードとパッドの間の一般的な要件を“拡
大”図にて示す。これは、TABに加えて、PCBの製造にお
いても見られる。リードとパッドの整合や、ペーストと
リードの厚さによって、半田結合の完全性が決定され
る。この検査には、比較的高い倍率が必要であり、関心
のある領域に画像解像度を集中させることが重要であ
る。
図６は、トレーに入れられたICの配列を示す。典型的
な半導体製造工程における検査の対象は、ICリード、BG
A、PGAなどである。リードや結合サイトなどは、100％
の検査を達成することが要求される。パターンとして
は、まばらな場合（リードのチップなど）も、密集して
いる場合（BGAやバンプ式ダイなど）もある。このよう
な状況では、検査システムは、遭遇されるあらゆるケー
スを効率的に扱うように構成されることを要求される。
図７は、瞬間的視野が位置（深さ）の感知軸に沿って
二次鏡面反射を許すように構成されている三角測量法に
基づくシステムにおいて発生する異常を示す。リード仕
上げが完全な鏡面でない場合でも、この二次反射エネル
ギーは、関心のあるポイントから得られる信号を十分に
妨害し得る。この妨害は、視点を、対角あるいは直交位
置にシフトすることで大幅に低減することができる。ビ
ューイング角度が広すぎる場合は、チップの“上方の”
第二のセンサの視野が妨害されることがある。
図８は、BGAと結合パッドにおいて発生する類似の
（円対称な）妨害を示すが、このような場合は、複数の
センサが必要とされる。円対称が存在するために、単一
のビューポイントからはどうしてもこのあいまいさはを
解決することは不可能である。このタイプの問題を解決
するための最も有効な方法は、複数のセンサと、関連す
る論理および数値変換を用いて、視野の妨害、自身の
影、鏡面反射、多重反射などに起因する異常をフィルタ
することである。
図９は、多くの半導体パターンやアセンブリを検査す
るのに好ましい座標系を示す。水平方向と垂直方向に沿
って対称性が存在する。これは、回転機構あるいは複数
のカメラおよびプロジェクタを使用することなく、縦と
横を効率的に走査することを可能にする。関心の領域が
限られている場合は、プログラマブル（調節可能な）走
査幅を使用することで処理能力を向上させることができ
る。この方位は、図７に示す問題（リードの検査）を克
服する。鏡面反射、および強い二次鏡面反射成分は、セ
ンサを避ける方向に向う。視野の妨害も、通常のへび状
走査方法によるデータの収集と比較して低減する。
図10aは、ICリードの代表的な縦と横の配列を“in−t
ray（イントレー）”方式で検査するための走査経路を
示す。リードのチップの検査の場合は、視野の要件が低
減されるために、データ速度は大幅に増加する。図10b
は、パターンがまばらなICリードを走査する際にセンサ
によって導入される変換を拡大して示す。この例では、
視野は、128個の走査要素をカバーするようにプログラ
ムされ、（典型的なデフレクタでは、1024個がカバーさ
れる）、これによって、テーブル走査の速度が８倍に増
加される（これは、機械的な限界に接近する）。
図11aは、ほぼトレーの100％カバレッジを必要とされ
るBGAの“in−tray"検査のための走査経路を示す。図11
bは、BGAが画像化されるときにセンサによって導入され
る変換を示す。BGAパターンは、密集しており、1024個
全部の視野が調べられる。このように広い視野が用いら
れるために、複数のパスと関連する（つまり、１つの横
列当たり一度の走査）オーバヘッドと迅速な加速が回避
され、データ速度（走査の効率）が大幅に改善されると
ともに、性能は、機械的な制約ではなく、画像化システ
ム（電子的な捕捉速度）の限界に達する。円対称性と検
査ポイントが密集していることから直交走査は必要とさ
れない。
図12は、本発明によるあるタイプの半導体検査システ
ム内に統合された変換された座標系内における走査ヘッ
ドを示す。この画像化システムは、Ｚ軸線が、検査ステ
ージと垂直となり、Ｘ′軸線が、公称上のＸ、Ｙ検査平
面に対して45゜回転するように搭載される。
より詳細には、図12は、直交するＸ検査基準軸線12と
Ｙ検査基準軸線13に対して45゜の角度を持つように搭載
された画像ヘッド10を示す。この例では、集積回路デバ
イスを含むパーツのトレー14が走査され、リードのチッ
プに関する情報が得られる。別のケースとして、このト
レーは、BGAあるいはバンプ式ダイを含むこともでき
る。これらの場合は、密集したパターンを持つために、
実質的に100％のカバレッジを要求され、幾分低速な検
査速度が用いられる。
多くの用途においては、検査すべき対象物を移動する
こと（特に急速に加速すること）はは回避することが望
ましい。画像ヘッド10は、パーツの上側（あるいは下
側）を、Ｘ移動ステージ15とＹ移動ステージ16によって
並進される。好ましくは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸線に対して1um
より細かな精度を持ち、異なる速度にプログラムするこ
とが可能な精密移動サーボシステムが用いられる。Ｚ軸
移動ステージ17も、画像化システムの深さのレンジと、
パーツの平坦度の仕様との間の終局的なトレードオフを
扱うための便利な手段として設けられる。
画像ヘッド10は、米国特許第5,024,529号において開
示されている三角測量原理に基づいて深さの情報を得る
ための光線デフレクタ、テレセントリック送受オプティ
クス、および位置感知検出器を含む。高さの情報に加え
て、このセンサは、標準のビデオカメラによって得られ
るのと類似する完全に整列されたグレースケール（レー
ザ強度）データを生成する。走査用のレーザ光線は、典
型的には、Ｙ、Ｙ検査平面に垂直な方向に（つまり、Ｚ
軸線と平行に）当てられる。ビデオ速度（1Mhzのサンプ
リング）に接近する用途に対しては、ビーム偏向機構に
は、回転多角形ミラー、ホロゴン、共振スキャナ、ある
いは音響光学デフレクタが使用される。ただし、音響光
学デフレクタは、フライバック（リトレース）が高速に
できること（高い衝撃係数）、調節可能であること、外
部から同期させて、広いレンジに渡って有効走査速度を
変化させることができることなどの長所を持つ。可変な
ライン幅を用いての走査に対しては、音響光学デフレク
タは、回転ミラーシステムと比較して、非常に高い走査
効率を持つ。
通常の動作においては、移動ステージが、パーツある
いは画像ヘッドを単一のＹ軸線内で移動するために用い
られ、音響光学的な偏向が、Ｘ′軸線に沿っての高速
（つまり、疑似ビデオ）走査のために用いられる。直交
走査が必要とされる場合（つまり、正方形の辺を走査す
る場合）は、ステージは、最初に２つの軸線の一つに沿
って（ＸあるいはＹ軸線に沿って、正あるいは負の方向
に）移動される。直交する方向を変える場合は、Ｘ′軸
は固定され、Ｘ軸とＹ軸（ステージ移動）の機能が入れ
替えられる。
図９に示すように、走査軸線Ｘ′18は、それぞれ、参
照符号19と20によって示されるシステムのＸ軸とＹ軸に
対して公称上は45度の角度（つまり、αの角度）を持つ
ように設定される。画像ヘッド10は、この場合は、視野
の妨害を排除し、スプリアスなデータを低減するために
２つの実質的に同一の受光器21、22を含む。画像ヘッド
10は、加工されたくさび板に取り付けられ、この画像ヘ
ッドアセンブリは、Ｚ軸のプレート23に搭載される。こ
れは、モジュール化を可能にし、この画像ヘッドを標準
の直交デカルト座標が必要とされる他の用途にも使用で
きるようにする。別の方法として、Ｚ−軸プレートが、
“組み込まれた"45度のくさびを持つように設計するこ
とも可能である。後者の方が、組立時間が少なく、大容
量の用途に対しては、好ましい場合がある。ただし、幾
分かさばる傾向がある。同様に、ミラーとプリズムを含
む光学要素の組合せを様々に配列し、画像ヘッドの“波
形率”を変えることも可能である。45度搭載の静的（通
常の公差の積み重ね）誤差を除去するために利用できる
校正ソフトウエアが市販されている（これは任意の方位
に適用できる）。
このアプローチにおいて考慮されるべき一つの制約
は、走査ラインの40％のフォアショートニング（Ｘ軸線
あるいはＹ軸線への投影）である。ただし、高速画像化
システム（つまり、1Mhz以上の疑似ビデオ速度）を使用
するものと想定すると、走査ラインの長さを増加させる
ことで、空間解像度を犠牲にすることなく、この欠点を
緩和することが可能である。例えば、基本的なセンサの
データ速度が10Mhzである場合は、有効データ速度は、
約7Mhzになる。音響光学デフレクタを調節して、スポッ
トの数を増す（例えば、1024のスポットにする）こと
で、走査効率を改善することも可能である。加えて、こ
のシステムは、より少ないスポット（例えば、リードの
チップの検査に最低限必要とされる32スポット）に動的
に選択することも可能である。
図13は、“デッド領域”を回避するため、および検査
サイトの規則性を活用するための調節可能な走査機構の
利用について示す。このようなパターンは、BGAあるい
はバンプ式のウェーハでしばしば見られる。
より詳細には、図13は、画像ヘッド内に設置された調
節可能なビームデフレクタの使用について示す。このビ
ームデフレクタは、多数のスポットを、比較的短い“ア
クセス時間”にて走査できるものと想定される。一般的
には、音響光学デフレクタは、走査位置がランダム、あ
るいは、不連続に取られた場合は、（しばしば、“フィ
ル時間（fill time）”あるいは“開口時間（aperture
time）”と呼ばれる）走査速度上の制約が存在する。典
型的なデフレクタは、25マイクロ秒の開口時間と、これ
と関連する数の解像可能なスポットを持つ。ただし、走
査ラインに沿っての検査サイトの配列がまばらな場合
は、“デッド領域（deadareas）”を無視し、この領域
に対する“開口時間”に対応する遅延を排除すことで、
関心のある領域を高速で走査することが可能になる。
例えば、互い違いにバンプ式に接合されたウェーハパ
ターンの縦と横の配列を、非直交座標系内で走査したい
が、関心のある領域がバンプの近くに制限されているも
のと想定する。ここで、このデフレクタが、1000のスポ
ットをカバーでき、データ速度は、5Mhz（200ナノ秒／
サンプル）であるものと想定する。すると、各ラインに
対する走査時間は、（25マイクロ秒の“開口時間”を含
めて）225マイクロ秒となり、4444/秒のライン速度とな
る。このような場合は、関心のある領域に対して要求さ
れる有効検査時間は、この225マイクロ秒のライン時間
よりずっと小さく、次の関心のある領域に“ジャンプ”
するときの25マイクロ秒の遅延は殆ど問題にならない。
一方、64個の画素の検査を必要とする３つのサイトが存
在するような場合は、有効ライン速度は、概ね２倍（88
17ライン／秒）あるいはそれ以上となり、この場合は、
標準のビデオシステムと関連する“フライバック時間”
の場合と同様に、“開口時間”がライン速度のかなりの
割合を占めるようになる。
このアプローチのもう一つの長所は、視野の狭いセン
サ（つまり、64画素あるいは１バンプ程度に限定された
視野のセンサ）と関連する機械的なステージの移動と、
急速な加速に対する要件を緩和できることである。移動
システムの速度は、停止した後、次の列（行）に進んむ
ことなどと関連するオーバヘッドの存在を考慮に入れる
と、少なくとも３倍は速いことが要求される。これを考
えると、幾つかの超小型電子回路数の検査用途に対して
要求される速度と精度の要件を同時に満足する移動ステ
ージを得ることは殆ど現実不可能である。
検査速度に加えて、超小型電子回路の検査においては
注目すべき幾つかの考慮事項が存在する。図７と図８に
示すように、視野の閉塞を回避するためには、狭い三角
測量角度が好ましい。トレー内に入れられたICリードを
検査するためには、約20度以下のビューイング角度が好
ましい。三角測量法においては、深さの解像度とビュー
イング角度との間に生来的なトレードオフが存在する。
米国特許第5,024,529号において開示される実施形態
は、より広い視野を通じて精密な深さ解像度を達成で
き、同時に、３次元走査技術に精通した者によく知られ
た“同期走査”アプローチにおいてはパーツの移動が必
要となるがこのパーツの移動の必要性を回避するシステ
ムを提供する方法について述べる。パーツの移動を回避
する結果として、解像度は、カメラベースの構造化され
た光を用いるシステムによって達成できるよりもかなり
改善される。
３次元のグレースケールデータから寸法情報を決定す
るためのデータ処理システムが必要である。典型的なパ
ラメータとしては、リードあるいは半田バンプの同一平
面性の測定、同一幅／直径の測定、半田ペーストの容積
／面積の測定、欠陥の検出などが含まれる。（Ｘ′ Y、
Ｚ）座標系から得られたデータ24（図11b）に関しての
変換は、データを、Intel Pentium Processor（テンテ
ル社製のペンティマムプロセッサ）のような高速中央処
理ユニット（CPU）を含むプロセッサに送ることによっ
て、ハードウエアおよびソフトウエア内で遂行される。
（Ｘ′、Ｙ、Ｚ）座標系からの変換を行なうために使用
される標準の数学的変換式は、ＸとＺの位置に対する校
正テーブルにて補強され、移動システムによって提供さ
れる速度情報が、静的動的の両方のシステム変動に対し
て補正される。この補正には、Ｙ′の位置の変化をＹ走
査速度の関数として補正する幾何学的変換が含まれる。
この補正は、ウインドウサイズが減少すると、走査速度
が増加し、走査ラインの有効傾きが変動するために必要
とされる。さらに、関心のある領域内の要素の位置を追
跡し、位置決めやパーツ位置のランダムエラーを補正す
るための画素位置追跡モジュールが含まれる。
当業者においては、本発明の精神の範囲内で実現が可
能な上述の発明の方法およびシステムに対する幾つかの
バリエーションを認識できるものである。例えば、ビー
ムデフレクタの代わりに、投影された光のラインと、一
対の32×32アレイを持つ高速位置感知ダイオードを用い
ることも可能である。この構成では、最大、15000ライ
ン／秒のライン速度を達成するこができる。ただし、こ
の場合は、視野は、32ポイント（フォアショートニング
を考慮すると、約22の有効ポイント）に制限される。一
方、本発明を実施する最良の方法では、これとほぼ同一
の15000ライン速度にて、この方法よりかなり広い視野
を走査することができ、多様な用途の検査に対応できる
とともに、製造速度あるいはこれに近い速度での100％
カバレッジも可能である。
画像化システムには、基準データから対象物の位置を
抽出するための手段（つまり、CAD）、および、走査長
を少なくとも一つの所定のセグメントに細分割するため
の手段を含む。これによって、関心のある領域のみから
データを集めるような走査ビームを生成し、“デッド領
域”を無視することで、データ収集時間が低減される。
走査される対象物としては、ウェーハ上の、リード、
結合箇所、トレース、あるいは、バンプのパターンなど
が考えられる。この走査方法は、これら対象物の多くに
見られる規則性を利用する。幾つかの対象物、つまり、
PQFPリードやパッドなどは、“主軸線”を持ち、テーブ
ルの移動は、この主軸線に直交するように行なわれる。
検査サイトは、さまざまな形状を持つ。ただし、通常
は、これらは、反復的な格子パターンに配列されてお
り、しばしば、これら対象物は、正方形あるいは長方形
の辺に沿って配列されている。
“BGA（ボール格子配列）の検査”も、同一のシステ
ムで行なわれる。ただし、この場合は、レーザ走査は、
BGAパッケージに対して対角線に向けられ、第一の方向
に沿っての走査される。密集したアレイでは、複数のス
キャンを使用する利点はない。例えば、密集したBGAの
パターンなどは、1:1の縦横比を持ち、方位に対して敏
感でない。
ただし、検出サイトがまばらなパターンを持つ場合
は、BGAの検査あるいは類似の規則性を持つパターンの
検査でも、音響光学デフレクタによる電子的ウインド処
理によって、“複数のポイント”を選択的に検査するこ
とが可能である。この場合、検査サイトを持たない複数
の領域が無視されるために、（つまり、複数の領域が
“飛ばされる）”ために検査の効率が改善される。
“検査および信号処理手段”は、複数の検出器を含
む。
パーツは、超小型電子回路アセンブリであることも考
えられる。そして、これは（図12に示すように）“in−
tray（イントレー）”方式にて、“パーツのバッチ”と
して検査することも、あるいは、“in−line（インライ
ン）”方式にて、一度に一つのパーツをロードおよび検
査することも考えられる。“in−line"構成において
は、図12は、パーツが以下のオプションを使用して並進
（移動）されるように修正される。
走査方法（並進ステージ）に対するオプション： ・ビームが一方の方向に並進され、パーツが反対の方
向に並進される； ・ビームは固定され、パーツが両方向に走査される： ・ビームを両方向に並進される。
移動ステージの代わりに、ビームデフレクタを用いる
ことも可能である。移動ステージの移動距離は、１イン
チの数分の一という小さな値にすることも、トレーの全
長に相当するサイズ（典型的には、最大39cm（15イン
チ）あるいはそれ以上にすることも考えられる。例え
ば、バンプ式のダイを検査するための一つの他の実施形
態においては、トレーによる運搬の代わりに、検査され
るべきパーツが、パーツハンドラを用いて、Ｘ、Ｙステ
ージアセンブリ上にロードされる。そして、図12に示さ
れる画像ヘッド10を移動させるステージ12、13の代わり
に、パーツを直交する軸線に沿って移動させる小型の
Ｘ、Ｙステージが用いられる。画像ヘッド10は、Ｚ軸線
17に取り付けたままとされる。支持ベースの基本的な設
計は同一とされるが、ただし、検査システムのサイズ
は、この他の実施形態では、大幅に小さくされる。
スキャナによって集束されるスポットのサイズは、バ
ンプ式あるいはパターン化されたウェーハを検査する場
合は、１ミクロンの数分の一程度とされ、まばらなピッ
チのリードを検査する場合は、0.025cm（0.001インチ）
以上とされる。
ビームの入射角度は、（図示されるように）表面に対
して垂直にされる。検出器は、オフアックスにされる。
つまり、鏡面照射とビューにおいて同一の角度を持つよ
うに方位された少なくとも一つの受光器に対して、ある
角度にて入射するようにされる。このような構成は、幾
つかの表面検査用途に対しては有利である。
レーザシステムは、パーツのタイプの差異に応じて、
露出を制御するための自動ビーム制御を含む。
ステージの速度は、高い倍率での検査では、1.27cm
（0.5インチ）／秒程度とされ、まばらな検査では、51c
m（20インチ）／秒程度にされる。
例えば、TABアセンブリ（図４）の検査の場合は、内
側のリード接合領域が、縦横の対象物の配列に沿って、
対称性の走査構成を使用して、約0.64〜1.27cm（0.25〜
0.5インチ）の速度にて走査される。一方、外側のリー
ドの接合領域を走査する場合は、Ｘ、Ｙステージの走査
速度は、４倍に増加され、まばらな25ミル（１ミル＝10
000分の１インチ）ピッチのリードが迅速に検査され
る。このケースでは、ウインドウ処理と、直交対称性を
利用するある角度からの走査による時間の制約の効果が
顕著である。
処理手段は、非直交座標系からＸ、Ｙ座標への座標変
換を行なうためのハードウエアを含む。第三の軸（図面
におけるＺ軸）は、一度あるいは複数回の走査によるリ
ードのチップ、表面からの浮き、および肩を検出するた
めに使用したり、あるいは、深さの解像度を犠牲にする
ことなく、深さの有効レンジを拡大するために使用され
る。
好ましくは、ビューイング角度は、“狭く”され、好
ましくは、15゜から45゜の範囲とされる。
センサのデータ速度は、好ましくは、1Mhzから20Mhz
の範囲とされる。
本発明を実施するための最良の態様が詳細に説明され
たが、当業者においては、本発明を実施するためのさま
ざまな他の設計と態様が考えられるものであり、本発明
は、以下の請求の範囲によってのみ規定されるものであ
る。
フロントページの続き (72)発明者 ロウラー ドナルド ケイ アメリカ合衆国 ミシガン州 48189 ウィットモーア レイク コットンウッ ド 6146 (72)発明者 ノブレット ディヴィッド エイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92301 アゴーラ スモークトゥリー アベニュー 6394 (72)発明者 ジャクソン ロバート エル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 93021 ムーアパーク ローレルハース ト ロード 13676 (56)参考文献 特開 平６−201326（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−196907（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−75431（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221822（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231834（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】覗きステージに置かれた対象物を自動的に
    高速３次元画像化することにより前記対象物に関する寸
    法情報を得るための方法であって、 前記対象物が第一の検査サイトセットを持ち、 所定方向の走査線形態のエネルギー集束ビームを投影し
    て前記第一の検査サイトセットの対応する表面上に複数
    ポイントを生成するステップと、 前記エネルギー集束ビームを、第一の移動軸線を規定す
    る第一の方向に前記第一の検査サイトセットに対して相
    対的に並進移動させ、対応する反射信号を生成するステ
    ップと、 該反射信号内のエネルギーの量を検出し、対応する電気
    信号を生成するステップと、 前記電気信号を処理し、前記対応する表面上の前記複数
    ポイントの高さを含む前記寸法情報を表す第一のデータ
    セットを得るステップとを有し、 前記エネルギー集束ビームの前記所定方向が、前記第一
    の方向に対して所定の鋭角をなしていること、を特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】前記エネルギー集束ビームを、前記第一の
    方向に実質的に垂直な第二の移動軸線を規定する方向
    に、前記対象物の第二の検査サイトに対して相対的に並
    進移動させるステップを有すること、を特徴とする請求
    の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記所定の鋭角が約45゜であること、を特
    徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記第一のデータセットが、非直交座標系
    にて表現され、 前記方法がさらに前記第一のデータセットを直交座標系
    にて表現された第二のデータセットに変換するステップ
    を有すること、を特徴とする請求の範囲第１項に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】前記第一の検査サイトセットが電気的な相
    互接続サイトであること、を特徴とする請求の範囲第１
    項に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記複数のポイントが８〜4096個の範囲で
    調節可能であること、を特徴とする請求の範囲第１項に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】覗きステージに置かれた対象物を自動的に
    高速３次元画像化することにより、前記対象物に関する
    寸法情報を得るためのシステムであって、前記対象物が
    第一の検査サイトセットを持ち、 所定方向の走査線形態のエネルギー集束ビームを投影し
    て前記第一の検査サイトセットの対応する表面上に複数
    のポイントを生成する手段と、 前記エネルギー集束ビームを、第一の移動軸線を規定す
    る第一の方向に前記第一の検査サイトセットに対して相
    対的に並進移動させ、対応する反射信号を生成する手段
    と、 該反射信号内のエネルギーの量を検出し、対応する電気
    信号を生成する手段と、 前記電気信号を処理し、前記対応する表面上の前記複数
    のポイントの高さを含む前記寸法情報を表す第一のデー
    タセットを得る手段とをを有し、 前記エネルギー集束ビームの前記所定方向が、前記第一
    の方向に対して所定の鋭角をなしていることを特徴とす
    るシステム。
  8. 【請求項８】相対的に並進移動させる前記手段が、さら
    に、前記エネルギー集束ビームを、前記第一の方向に実
    質的に垂直な移動の第二の軸線を規定する方向にも前記
    対象物の第二の検査サイトセットに対して相対的に並進
    移動させること、を特徴とする請求の範囲第７項に記載
    のシステム。
  9. 【請求項９】前記所定の鋭角が約45゜であること、を特
    徴とする請求の範囲第７に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】前記第一のデータセットが非直交座標系
    にて表現され、 前記システムが、前記第一のセットのデータを直交座標
    系にて表現された第二のデータセットに変換するための
    手段を更に含むこと、を特徴とする請求の範囲第７項に
    記載のシステム。
  11. 【請求項１１】前記第一の検査サイトセットが電気的な
    相互接続サイトであること、を特徴とする請求の範囲第
    ７項に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】前記並進移動手段が３次元レーザスキャ
    ナを備え、 前記検出手段が画像センサを備え、 前記処理手段が画像処理システムを備えていること、を
    特徴とする請求の範囲第７項に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】前記３次元レーザスキャナは、位置決め
    システムに所定の鋭角をなすように搭載され、 前記位置決めシステムは、前記３次元レーザスキャナを
    対象物に対して移動させること、を特徴とする請求の範
    囲第12項に記載のシステム。
  14. 【請求項１４】前記走査システムが、前記複数のポイン
    トの数を調節するための調節可能なビームデフレクタを
    含むこと、を特徴とする請求の範囲第７項に記載のシス
    テム。
  15. 【請求項１５】前記複数のポイントの数が、８〜4086個
    の範囲で調節可能であること、を特徴とする請求の範囲
    第14項に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】前記相対的に並進移動させる手段が、前
    記対象物を前記投影手段に対して移動させること、を特
    徴とする請求の範囲第７項に記載のシステム。
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