JP4696599B2 - Measuring device with confocal optical system - Google Patents
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Description
本発明は、共焦点光学系を用いて被検部位を高精度に測定する測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus that measures a test site with high accuracy using a confocal optical system.
従来、微小な被検物の形状を高精度で測定できる装置として、共焦点光学系を用いた形状測定装置が知られている。共焦点光学系は、対物レンズの後ろ側焦点位置にピンホールを置くことにより、焦点面(ピントが合った面)以外から出る光を除去してコントラストの高い画像が得られるようにしたものであり、この共焦点光学系の焦点面を被検物に対してその高さ方向に一定量ずつ相対移動させて被検物の走査画像(画像データ)を取得すれば、被検物表面のうち焦点面と一致した部分だけが明るくなる画像が各高さごとに得られるので、これを3次元画像処理することにより、精度の高い形状測定結果が得られる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a shape measuring device using a confocal optical system is known as a device that can measure the shape of a minute test object with high accuracy. The confocal optical system is designed to obtain a high-contrast image by removing the light emitted from other than the focal plane (the focused surface) by placing a pinhole at the back focal position of the objective lens. Yes, if a scanning image (image data) of the test object is obtained by moving the focal plane of the confocal optical system relative to the test object by a certain amount in the height direction, Since an image in which only the portion that coincides with the focal plane becomes bright is obtained at each height, a highly accurate shape measurement result can be obtained by performing three-dimensional image processing on the image.
また、このような共焦点光学系を用いた形状測定装置は、被検物表面上の任意の部位についての高さを求める高さ測定装置としても使用することができ、これにより得られた測定結果は大変精度の高いものとなる。この形状測定装置を用いた被検部位の高さ測定は、被検部位を含む高さ方向の走査画像を取得・保存した後、その走査画像を順に読み出して光量ピークを検出し、その光量ピークに対応する焦点面の位置(被検物が載置されるステージに対する位置)から被検部位の高さを求めるという手順による。
しかしながら、上記被検部位の高さ測定を行う場合、各Z軸上の所定間隔ごとの走査画像データを全て取り込むことなる。これは、高さ測定を高精度に行えば行うほど、Z軸方向の走査画像取り込み間隔が狭まり、走査画像のデータが膨大な量となってしまう。その結果、測定装置に搭載する画像データ用のメモリも大規模となり、高さ測定や形状測定などの演算処理もそれに応じて遅くなってしまうという課題がある。 However, when measuring the height of the region to be examined, all scanned image data at a predetermined interval on each Z-axis is captured. As the height is measured with higher accuracy, the scanning image capturing interval in the Z-axis direction is narrowed, and the amount of scanned image data becomes enormous. As a result, there is a problem that the memory for image data mounted on the measuring apparatus becomes large-scale, and arithmetic processing such as height measurement and shape measurement is slowed accordingly.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、被検物の画像データの記憶容量を抑え、形状測定などのデータ処理を高速化できる共焦点光学系を有した測定装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a measuring apparatus having a confocal optical system capable of suppressing the storage capacity of image data of a test object and speeding up data processing such as shape measurement. The purpose is that.
このような目的を達成するため、本発明の測定装置は、共焦点光学系を備え、共焦点光学系の焦点面を被検物に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置ごとに、順次、前記被検物の画像データを取得し、画像データ同士を被検物の部位毎に比較して所望の画像データを抽出し、記憶することを特徴としており、その記憶した画像データに基づき被検物の形状などの測定が可能である。 In order to achieve such an object, the measuring apparatus of the present invention includes a confocal optical system, and moves the focal plane of the confocal optical system relative to the test object in the height direction while different height positions. Each time, image data of the test object is sequentially acquired, the image data is compared with each part of the test object, and desired image data is extracted and stored. The shape of the test object can be measured based on the data.
本発明に係る測定装置によれば、被検物の焦点面位置ごとの全ての画像データを記憶することなく、必要最低限の被検物の画像データだけを記憶するようにしたので、記憶容量を抑え、形状測定などのデータ処理を高速化できる。
According to the measuring apparatus according to the present invention, only the minimum necessary image data of the test object is stored without storing all the image data for each focal plane position of the test object. Data processing such as shape measurement can be speeded up.
(測定装置1の全体構成)
以下、図1及び図2を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態に係る高さ測定装置1の共焦点光学系の構成図を示している。図2は測定装置1の制御系のブロック図を示している。
(Overall configuration of measuring apparatus 1)
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration diagram of a confocal optical system of a
この高さ測定装置1は、図1に示すように、被検物40が載置される被検物保持手段としてのステージ30と、このステージ30の上方に設置された共焦点光学系10とを有して構成されており、共焦点光学系10は、光源11、コレクタレンズ12、ハーフミラー13、ピンホールディスク(ニポーディスク)14、直角ミラー15、コーナーキューブ16、対物レンズ17、結像レンズ18及び撮像素子19を備えている。対物レンズ17の光軸A1は被検物40の高さ方向(上下方向すなわち図1のz軸方向)に延びており、直角ミラー15、ハーフミラー13、結像レンズ18及び撮像素子19はこの光軸A1上に、またピンホールディスク14は光軸A1中に介装されている。被検物40は、例えばこの実施形態では半導体のICパッケージである。光源11は、この光源11から射出される光の光軸A2がハーフミラー13により反射されたときに光軸A1と一致する位置に配置されており、コーナーキューブ16は直角プリズム15の側方に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
対物レンズ17は両テレセントリックな光学系に設計されている。コーナーキューブ16はコーナーキューブ駆動部26により左右方向(図1のx軸方向)に移動させることができ、これによりピンホールディスク14から対物レンズ17までの光路長を任意に変化させることができるようになっている。ピンホールディスク14は所定の間隔で螺旋状に並べられた多数のピンホール14aを有しており、光軸A1に対して平行に延びた(すなわちz軸方向に延びる)回転軸を有するピンホールディスク駆動部24により上下軸(z軸)まわりに回転させることができるようになっている。
The
撮像素子19は多数の画素を有したCCDカメラからなる。この撮像素子19により得られた画像データは、図1及び図2に示すように演算制御装置31に入力される。また、コーナーキューブ16のx軸方向位置は位置センサ16aにより検出され、その検出情報は演算制御装置31(マイクロプロセッサー)に入力される。また、演算制御装置31にはピンホールディスク駆動部24、コーナーキューブ駆動部26、記憶装置32(半導体メモリやリムーブァブルメモリなど)、表示装置(液晶ディスプレイ)33、キーボード34及びポインティングデバイス(例えばマウス)35が接続されており、ピンホールディスク駆動部24及びコーナーキューブ駆動部26に制御信号を出力してこれらを作動させるほか、撮像素子19より送られてきた画像データを記憶装置32に記憶させ(保存し)、表示装置33に表示することができるようになっている。
The
このような構成の共焦点光学系10において、ハロゲンランプ等の光源11から出射された光はコレクタレンズ12を通過し、ハーフミラー13において下方に反射された後、ピンホールディスク14に照射される。その照射範囲に含まれる多数のピンホール14aのいずれかを通過した光束は、それぞれ直角ミラー15の上側の反射面により反射されてコーナーキューブ16に入射する。そして、コーナーキューブ16により反射されて直角ミラー15に戻された後、直角ミラー15の下側の反射面により下方に反射されて対物レンズ17に上方から入射する。対物レンズ17はこれら各ピンホール14aを通過してきた光束をそれぞれ集光して被検物40上に照射する。図1では、多数のピンホール14aそれぞれを通過した光束のうち、光軸A1上に位置するピンホール14aを通過した光束の光路のみを示しているが、その他のピンホール14aを通過した光束も同様に直角ミラー15及びコーナーキューブ16により反射された後、対物レンズ17により集光されて被検物40上に照射される。なお、これらピンホール14aを通って対物レンズ17により集光された各光束は、各々、光軸A1上と直交する同一の面上に焦点Fを有する。以下、この焦点Fの集合としての面を焦点面FSと称する)。
In the confocal
各ピンホール14aを下方に通過して被検物40に上方から入射した光は、それぞれ被検物40において反射した後、対物レンズ17を下方から通過し、直角ミラー15の下側の反射面で反射される。そして、コーナーキューブ16で反射して直角ミラー15に戻された後、更に直角ミラー15の上側の反射面で上方に反射され、ピンホールディスク14に下方から入射する。ここで、被検物40の表面において反射した光束のうち、その焦点Fが被検物40の表面と一致したもの(被検物40の表面と焦点面FSとの交線上において反射したもの、すなわち共焦点光学系により形成された被検物40の、共焦点位置にある被検部位の光像(共焦点像))は入射時と同一の光路を逆方向に戻り、被検物40への入射時に通過したものと同一のピンホール14aに共役焦点を形成するので、その光束は光量の減少がほとんどないままピンホール14aを上方に通過する。一方、被検物40の表面において反射した光束ではあっても、その焦点Fが被検物40の表面と一致していなかったもの(非共焦点像)は入射時と同一の光路を戻らないので、被検物40への入射時に通過したものと同一のピンホール14aに共役焦点を形成せず、その光量のほとんどはピンホールディスク14に遮られて失われてしまう。よって、被検物40へ入射した各光束のうち、その焦点Fが被検物40の表面と一致した(共焦点光学系10の焦点面FSと被検物40の表面との交線上において反射した)もののみが結像レンズ18に進んで集光され、撮像素子19の撮像面上に結像する。
Light that has passed through each
ピンホールディスク14に形成された多数のピンホール14aは前述のようにピンホールディスク14上を螺旋状に並んでいるので、演算制御装置31によりピンホールディスク駆動部24を作動させてピンホールディスク14を回転させた場合、被検物40の表面はその全体が光軸A1を中心とする半径方向に繰り返し走査されることになる。また、演算制御装置31によりコーナーキューブ駆動部26を作動させてコーナーキューブ16をx軸方向に移動させると、ピンホール14aから対物レンズ17までの光路長が連続的に変化するため、焦点面FSもこれに応じて被検物40の高さ方向(z軸方向)に移動する。
Since a large number of
よって、本高さ測定装置1において、ピンホールディスク14を回転させた状態で、コーナーキューブ16をx軸方向に所定のステップ毎に(間隔毎に)移動させながらその都度撮像を行えば、共焦点光学系10の焦点面FSにより被検物40を切断したときに得られる被検物40の断面形状の画像(断面の輪郭部のみが明るくなった画像、すなわち被検物40の共焦点像)が、その撮像が行われた焦点面FSの高さ方向(z軸方向)位置の情報と関連付けられた状態で得られる。なお、焦点面FSの高さ位置(高さ方向位置)はコーナーキューブ16のx軸方向位置と一対一で対応するので、演算制御装置31は、位置センサ16aから出力されるコーナーキューブ16のx軸方向位置の情報に基づいて焦点面FSの高さ位置を把握することができる。ここで、焦点面FSの高さ位置とは、焦点面FSのステージ30に対する高さ方向(被検物40の高さ方向)の位置のことであり、焦点面FSがステージ30の上面30aに一致するときの焦点面FSの高さ位置を零と設定すれば、焦点面FSが被検物40中の被検部位(高さを測定しようとしている被検物中の一部位)に一致した状態では、そのとき検出される焦点面FSの高さ位置の値は、そのまま被検部位の高さ(ステージ30の上面30aからの高さ)の値となる。以下、このようにステージ30の上面30aを基準とした焦点面FSの高さ位置(距離)を、焦点面位置zと称する。
Therefore, in this
なお、上記説明では、被検物40と共焦点光学系10との相対移動をコーナーキューブ16をx軸方向の移動により実現しているが、これに限らず、ステージ30をZ軸方向に移動してもよいし、コーナーキューブ16とステージ30とを相対的に移動してもよい。
(形状、高さ測定を行う被検物40の構造の説明)
本実施形態に係る被検物40(ここではICチップ)の構造を説明する。図3は、被検物40であるICパッケージの断面図を示す。図4は、ICパッケージのワイヤ144の一部箇所の高さ測定の例を示し、縦軸にZ軸方向の変位を、横軸に受光光量Iの変化を示す。
In the above description, the relative movement between the
(Description of the structure of the
The structure of the test object 40 (here, IC chip) according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of an IC package that is the
図3、図4に示すように、ICチップである被検物40は、非透明材料からなる基板141と、この基板141の上面141aに載置された半導体チップ142と、半導体チップ142を覆うように形成された非透明材料からなる保護樹脂143とから構成されている。基板141と半導体チップ142とを導通するための複数のワイヤ144が、基板の複数の電極141bと半導体チップ142の複数の電極142aとに接続されている。この複数のワイヤ144は、保護樹脂143により保護されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ここでは、本測定装置が、ICチップの不良を判定するために使われる例を説明する。例えば、正常なICチップであれば、保護樹脂143により全てのワイヤ144が保護樹脂143で覆われることになるが、ワイヤボンデリング装置に不具合があると、保護樹脂143からワイヤ144が飛び出てしまうことがある。このようなワイヤ144が存在するか否かを判定するために、本測定装置による高速測定が必要となってくる。そのために、半導体チップ142と基板141とに接続されたワイヤ141個々の最大高さ箇所を測定し、その各最大高さが保護樹脂143の高さ以内にあるか否かを判定すればよい。
Here, an example in which the present measuring apparatus is used for determining a defect of an IC chip will be described. For example, in the case of a normal IC chip, all the
ICチップである被検物40は、複数のワイヤ144が存在し、各ワイヤ144の最大高さ箇所の高さを測定する例を示す。説明の都合上、図4は、ワイヤ144の一部の高さ測定の例を示し、縦軸に焦点面のZ軸方向の変位を、横軸にワイヤ144の長手方向の位置と受光光量Iの変化を示している。
The
なお、走査画像の取得工程における焦点面FSの走査方向(移動方向)は、z軸に対する正方向(下から上へ向く方向)とする。また、高さ方向走査領域の始点は基板141の上面141aより低い任意の位置(焦点面位置z=zs)とし、終点は保護樹脂143の上面143aよりも高い任意の位置(焦点面位置z=ze)とする。 Note that the scanning direction (moving direction) of the focal plane FS in the scanning image acquisition step is a positive direction (a direction from bottom to top) with respect to the z axis. The start point of the height direction scanning region is an arbitrary position (focal plane position z = zs) lower than the upper surface 141a of the substrate 141, and the end point is an arbitrary position higher than the upper surface 143a of the protective resin 143 (focal plane position z = ze).
撮像素子19を構成する一つの画素が受光する光の光量は高さ方向(z軸方向)の走査の過程において変化し、その画素が撮像領域とする被検物40上の部位に焦点面FSが近づく過程では受光光量(輝度レベル)は増大していき、両者が一致したときに極大(光量ピーク)となる。そして、上記被検物40上の部位から焦点面FSが遠ざかる過程では、受光光量は減少していく。図4はこのような焦点面位置(走査方向)zと上記画素における受光光量Iとの関係を示している。このことから、被検物40中のワイヤ144の被検部位について高さ測定を行う場合には、例えば、その被検部位を撮像領域に含む3画素(A、B、C)に注目して説明すると、所定の高さ方向の分解能(z1〜z15)で高さ方向領域についての走査画像(被検物40の断面輪郭形状に相当する各高さごとの画像データの集まり)を読み出して光量ピーク(I12、I22、I32)を検出し、その光量ピークに対応する焦点面位置(z4、z8、z12)を求めれば、その焦点面位置z(=zi)がそのまま被検部位の高さとなる。
The amount of light received by one pixel constituting the
更に高精度に高さ測定をするためには、以下に述べるように内挿演算処理を用いれば良い。本高さ測定装置1において、共焦点光学系10の焦点面FSを被検物40に対してその高さ方向(z軸方向)に所定の分解能で(所定ステップzi、i=1〜15)相対移動させながら(焦点面位置zを高さ方向に変化させながら)異なる高さ位置ごとに撮像素子19による撮像を行っている。そのため、撮像素子19が被検物40の走査画像(画像データ)を取得した場合、焦点面FSの高さ位置(焦点面位置zi)の変化に対する受光光量の変化のデータは離散的なものとしてしか得られないので、光量ピークに対応する分解能以下の焦点面位置zを直接検出することはできない。従って、光量ピークの焦点面位置(Zpi、i=1〜3)を求めるために、良く知られた内挿演算処理により光量ピークの前後の焦点面位置(例えば、画素Aの場合にはz3、z4、z5)を使い、所定分解能以下の焦点面位置を求めている。
(被検物の形状測定処理の説明)
以下、本実施形態に係る高さ測定装置によりICパッケージである被検物40の形状測定を行う具体的な手順について図5及び図6を用いて説明する。 図5は、測定装置の形状測定処理(画像処理)の概念図を示す。図6は、測定装置の形状測定処理(画像処理)のフローチャート図を示す。
In order to measure the height with higher accuracy, an interpolation calculation process may be used as described below. In the present
(Description of the shape measurement process of the test object)
Hereinafter, a specific procedure for measuring the shape of the
形状測定処理の特徴的な構成は、図5に示すように演算制御装置31のピーク検出部31a、三次元(3D)画像構築部31b、積算処理部31c、エラー処理部31dであり、これら処理を受けた走査画像データの取得、記憶にある。ここで言う走査画像データは、撮像装置19(二次元CCD素子)の画素単位の画像データを指している。すなわち、撮像装置19は、被検物40の3次元画像を取得するため、共焦点光学系の焦点面をz軸方向に所定分解能(所定間隔)ごとに移動させながら、走査画像データを記憶装置32に出力するが、記憶装置32は撮像装置19から送られてきた走査画像データの全てを記憶するわけではない。撮像装置19と記憶装置32との間に介在する演算制御装置31のピーク検出部31aにより不要な走査画像データ(画素単位の画像データ)が取り除かれ、記憶装置32には被検物40の輪郭像に相当する画像データ(輝度レベルのピーク値を持つ画像データに対応するxyz座標情報及び輝度レベル情報)、その他に欠陥画素の情報のみが記憶される。その原理は、撮像装置19の画像データの中から、共焦点光学系により形成された被検物40の、共焦点位置にある被検部位の光像(共焦点像)のみが抽出されことにある。そして、その共焦点像に対応する画像データのみがxyz座標情報と共に関連付けされた画像データとして記憶装置32(32a〜32d)に記憶される。
As shown in FIG. 5, the characteristic configuration of the shape measurement process includes a peak detection unit 31a, a three-dimensional (3D)
撮像装置19は、共焦点光学系10の焦点面を被検物40に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置(z軸方向の所定分解能)ごとに、順次、被検物40の画像データを撮像装置19の画素毎に取得し、異なる高さ位置に取得した画像データを順次、ピーク検出部31aへ出力する。
The
ピーク検出部31aは、高さ位置毎に取得された画素単位の画像データの輝度レベル同士を比較し、最終的には各画素における輝度レベルのピーク値を示す画像データを抽出する(チャンピオンデータの抽出)。その際に、高さ位置毎の分解能より高精度に高さ位置を求める場合には内挿処理演算のために、ピーク値を示す画像データとその前後の画像データを抽出する。これら単位画素毎の画像データは、輝度レベル情報(Ik-1、Ik、Ik+1)と、xyz座標情報(Zk-1、Zk、Zk+1)とから構成され、画像データ記憶部32dに記憶される。xyz座標情報は、三次元(3D)画像構築部31bに送られ、輝度レベル情報は、積算処理部31cに送られる。
The peak detection unit 31a compares the luminance levels of the pixel unit image data acquired for each height position, and finally extracts image data indicating the peak value of the luminance level in each pixel (for the champion data). Extraction). At that time, when the height position is obtained with higher accuracy than the resolution for each height position, the image data indicating the peak value and the image data before and after the peak value are extracted for the interpolation processing calculation. The image data for each unit pixel includes luminance level information (Ik-1, Ik, Ik + 1) and xyz coordinate information (Zk-1, Zk, Zk + 1), and is stored in the image data storage unit 32d. Remembered. The xyz coordinate information is sent to the three-dimensional (3D)
三次元(3D)画像構築部31bは、各画素にピーク値を示す画像データのxyz座標情報(Zk-1、Zk、Zk+1)に基づき、被検物の各部位の高さを求める。この被検物の各部位の高さデータは、3D画像記憶部32bに出力され、格納される。この3D画像は、被検物40の高さデータに基づき、例えば擬似カラー情報で表されて表示装置33に表示される。これにより、表示装置33のモニターを見ると被検物40の各被検部位毎の高さが色により識別できる。
The three-dimensional (3D)
積算処理部31cは、異なる高さ毎の画像データの輝度レベル情報(Ik-1、Ik、Ik+1)に基づき、それらを積算することで積算画像(合成画像)を生成するものである。この積算画像データは、被検物40の例えば、ピーク値を示す画像データの輝度レベル情報とその前後の画像データの輝度レベル情報とを積算処理したものである(被見物40から反射光に基づく画像データである)。この積算画像データは、積算画像記憶部32cに出力され、格納される。
Based on the luminance level information (Ik-1, Ik, Ik + 1) of the image data at different heights, the
エラー処理部31dは、撮像装置19で取得された各画素毎の画像データから欠陥画素を特定するものである。各画素毎に取得された画像データの輝度レベル情報を監視することで、例えばその輝度レベルと、予め決められた上限或いは下限輝度レベルとを比較し、その上限或いは下限輝度レベルの適正輝度範囲から逸脱する画素を欠陥画素として特定することができる。この結果、撮像装置19の撮像面の欠陥画素に対応するアドレス情報をエラー画像記憶部32dに出力し、格納する。
The error processing unit 31d specifies a defective pixel from the image data for each pixel acquired by the
これら記憶装置32に格納されたデータは、イーサネット(登録商標)などの転送経路を通じて外部装置例えばPCなどに転送できる。
次に、本測定装置の演算制御装置31の処理手順を図6に基づき説明する。
The data stored in the storage device 32 can be transferred to an external device such as a PC through a transfer path such as Ethernet (registered trademark).
Next, the processing procedure of the arithmetic and
図6において、記憶装置32に格納されている実行プログラムの内容を示すフローチャートであり、演算制御装置31は、この実行プログラムを図示しない実行プログラム記憶装置から図示しない内部メモリに取り込んで実行する。
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of an execution program stored in the storage device 32. The arithmetic and
ICチップの被検物40の形状測定を行う際に、保護樹脂143を充填する前の被検物40のワイヤ144を測定することになる。例えば、ICチップに形成された多数のワイヤ144のそれぞれの最大高さを測定することで、保護樹脂143を充填した際に各ワイヤ144が外に飛び出す不良がないか否かを事前に検査できる。そこで、以下にワイヤ144の形状測定につき具体的に説明する。
When measuring the shape of the
ステップ1及び2: 演算制御装置31は先ず、図6に示すように、コーナーキューブ駆動部26を作動させて、共焦点光学系10の焦点Fを高さ方向走査領域の始点(図4のz1)に一致させた後(ステップS1)、ピンホールディスク駆動部24を作動させて、ピンホールディスク14の回転を開始する(ステップS2)。これにより撮像素子19には、現在の焦点面位置zi=z1(高さ方向走査領域の始点)に応じた画像(基板141の表面141aの画像)が表示装置33に映し出される。
ステップ3: 演算制御装置31は、撮像素子19から焦点面位置ziにおける走査画像データ(輝度レベル情報及びxyz座標情報)を取得し、画像データファイルに一時記憶する。この画像データファイルには、所定枚数分の画像データが格納され、各画像データとして画素単位毎に、輝度データ情報とxyz座標情報が記憶されている。
Step 3: The arithmetic and
この画像データは順次、ピーク検出処理部31a(ステップ4)とエラー処理部31dに送られる。
エラー処理部31dでは既に説明したように順次送られてきた画像データから欠陥画素を特定する。特定された欠陥画素は、そのアドレスデータがエラー画像記憶部32dに記憶される。
This image data is sequentially sent to the peak detection processing unit 31a (step 4) and the error processing unit 31d.
The error processing unit 31d identifies a defective pixel from the image data that has been sequentially sent as already described. The address data of the identified defective pixel is stored in the error image storage unit 32d.
ステップ4: ピーク検出処理を実行する。演算制御装置31は、画像データファイルを開いて画像データを順次、読み出す。その読み出した画像データから、被検物40の被検部位に相当する画像内領域についての輝度レベル情報を検出し、今回読み出した画像データにおける輝度レベル情報と前回読み出した画像データにおける輝度レベル情報とを比較する。そして、今回読み出した画像データの輝度レベル情報の方が前回読み出した画像データの輝度レベル情報よりも大きくなっている状態から、今回読み出した画像データの輝度レベル情報の方が前回読み出した画像データの輝度レベル情報よりも小さくなる状態に切り換わったとき、その間にその画像内領域についての光量ピークが存在しているものと判断する(光量ピークの検出)。例えば、Nを或る整数とした場合、N番目の画像データの輝度レベル情報IN(焦点面位置はzNとする)とN−1番目の画像データの輝度レベル情報IN-1(焦点面位置はzN-1とする)との関係ではIN>IN-1であったものが、N+1番目の画像データの輝度レベル情報IN+1(焦点面位置はzN+1とする)とN番目の画像データの輝度レベル情報INとの関係ではIN+1<INとなった場合には、輝度レベル情報IN+1と輝度レベル情報IN-1との間に上記画像内領域についての光量ピークが存在していることが分かる。
Step 4: The peak detection process is executed. The arithmetic and
例えば、図4においてワイヤ144の被検部位A点の部分では、輝度レベル分布IAに基づきピーク値I12が検出される。ワイヤ144の被検部位B点及びC点も同様に、輝度レベル分布IB、ICに基づきピーク値I32、I22が検出される。このピーク検出を行うために、内挿処理を行う場合には、ピーク値を示す画像データの前後の画像データの輝度レベル情報(A点に対応する画素AではI11、I13が検出され、B点に対応する画素BではI11、I13が検出され、C点に対応する画素CではI21、I23が検出される)も検出する。
For example, the peak value I12 is detected based on the luminance level distribution IA at the portion A of the test site A of the
ステップ5: 3D画像構築処理を実行する。ステップ4でピーク検出された光量ピークを持つ画像データ(図4の輝度レベルI12、I22、I32)に関連するxyz座標データを取得する。図4では、ワイヤ144のA点では、輝度レベル情報(I11〜I13)に関連するxyz座標情報(z3〜z5)を取得する。また、B点では、輝度レベル情報(I31〜I33)に関連するxyz座標情報(z11〜z13)を取得する。また、C点では、輝度レベル情報(I21〜I23)に関連するxyz座標情報(z7〜z9)を取得する。このxyz座標情報に基づき、ワイヤ144の高さ情報(z情報)からワイヤ144の形状を3次元的に構築する。例えば、高さ情報を擬似カラー化することで、色によりワイヤ144の3次元画像を構築する。あるいは、高さ情報を明るさ表示することで、明暗によりワイヤ144の3次元画像を構築する。
Step 5: 3D image construction processing is executed. The xyz coordinate data related to the image data having the light intensity peak detected in step 4 (luminance levels I12, I22, I32 in FIG. 4) is acquired. In FIG. 4, at point A of the
そして、このワイヤ144の光量ピークを持つ画像データのxyz座標情報のみを記憶装置32の3D画像記憶部32bに記憶する。
すなわち、図4に示すワイヤ144のA点の部位に相当する撮像装置19の画素に着目して説明すると、A点の画像データとしてはZ1〜Z15の15枚の画像データが存在することになる。しかし、本実施形態の装置ではA点の部位に相当する撮像装置19の画素の15枚の画像データ全てを記憶装置32に記憶することはなく、Z3〜Z5の3枚の画像データのみを記憶することなる。このように、本実施形態では、画像データの記憶容量を抑制でき、ワイヤ144の形状測定処理を高速に実行可能である。撮像装置19の各画素に関連して、上記と同様な処理を行こなっていることで、画像データの記憶容量を大幅に削減することが可能となっている。
Then, only the xyz coordinate information of the image data having the light amount peak of the
That is, when focusing attention on the pixel of the
ステップ6: 積算画像処理を実行する。ステップ4でピーク検出された光量ピークを持つ画像データから、輝度レベル情報のみを取得する。図4では、ワイヤ144のA点では、輝度レベル情報(I11〜I13)を取得する。また、B点では、輝度レベル情報(I31〜I33)を取得する。また、C点では、輝度レベル情報(I21〜I23)を取得する。そして、このワイヤ144のA点の積算画像は、輝度レベル情報(I11〜I13)を積算することで作成される。同様に、B点及びC点においても3つの輝度レベル情報を積算することで作成される。この結果、ワイヤ144は、明るさの情報によって形状が形作られる。
Step 6: Perform integrated image processing. Only brightness level information is acquired from the image data having the light intensity peak detected in
そして、ワイヤ144の光量ピークを持つ画像データの輝度レベル情報のみが記憶装置32の積算画像記憶部32cに記憶される。その他の画像データを記憶することはない。
すなわち、図4に示すワイヤ144のA点の部位に相当する撮像装置19の画素に着目して説明すると、A点の画像データとしてはZ1〜Z15の15枚の画像データが存在することになる。しかし、本実施形態の装置ではA点の部位に相当する撮像装置19の画素の15枚の画像データ全てを記憶装置32に記憶することはなく、Z3〜Z5の3枚の画像データのみを記憶することなる。このように、本実施形態では、画像データの記憶容量を抑制でき、ワイヤ144の形状測定処理を高速に実行可能である。撮像装置19の各画素に関連して、上記と同様な処理を行こなっていることで、画像データの記憶容量を大幅に削減することが可能となっている。
Only the luminance level information of the image data having the light intensity peak of the
That is, when focusing attention on the pixel of the
ステップ7: 共焦点光学系の焦点面位置をZ軸方向に一定量移動zi(i=1〜15)する。この一定量移動毎に、上述したステップ4のように光量ピークを持つ画像データをサーチしている。
Step 7: Move the focal plane position of the confocal optical system by a fixed amount zi (i = 1 to 15) in the Z-axis direction. For every fixed amount of movement, image data having a light amount peak is searched as in
ステップ8: 共焦点光学系の焦点面位置をZ軸方向に走査(z15となるまで)が終了するまでステップ3〜ステップ7を繰り返す。これにより、被検物40の画像データを効率よく取得でき、記憶装置32の記憶容量も抑制でき、被検物40の形状測定を高速化できる。
Step 8:
ステップ9: 被検物40の画像表示ルーチンでは、表示装置33のモニター画面上に被検物40の3D画像や積算画像を表示できる。その際に、ユーザーはキーボード34により、欠陥画素データの読み出しの有無を選択できる。ユーザーは、欠陥画素のアドレスデータから、エラー情報を読み出して、欠陥画素から得られた画像データが信頼性の低いことを表示することができる。例えば、欠陥画素に相当する画像データに特定の色を付すことで、モニター表示上、正常な画素と識別ができる。このように、欠陥画素が特定できれば、高さ算出した結果の信頼性も同時に情報として得ることができる。
Step 9: In the image display routine of the
また、高さ算出のサブルーチンでは、先ず記憶装置32の3D画像記憶部32bに記憶されたxyz座標データを読み出し、そのz軸情報すなわち高さ情報から被検物40の所望部位の高さを算出する。具体的には、オペレータが所望する被検物40の高さ測定箇所を表示装置33上でポインティングすることで、被検物40の底部からの高さ測定が行われる。
In the height calculation subroutine, first, xyz coordinate data stored in the 3D
次に、オペレータが層厚さ算出(段差算出)を行う選択していたら、高さ測定と同様に、被検物の検出部位の厚さをXYZ座標データから算出する。
Next, if the operator has selected to perform layer thickness calculation (level difference calculation), the thickness of the detected part of the test object is calculated from the XYZ coordinate data, as in the height measurement.
1 高さ測定装置
10 共焦点光学系
11 光源
17 対物レンズ
19 撮像素子
26 コーナーキューブ駆動部
30 ステージ
31 演算制御装置
32 記憶装置
34 キーボード
40 被検物
A1 共焦点光学系の光軸
FS 共焦点光学系の焦点面
1 Height measuring device
10 Confocal optical system
11 Light source
17 Objective lens
19 Image sensor
26 Corner cube drive
30 stages
31 arithmetic control unit
32 storage devices
34 Keyboard
40 specimen
A1 Optical axis of confocal optical system
Focal plane of FS confocal optical system
Claims (8)
被検物を照明する光の光路中に配置され、複数のピンホールを有するピンホールディスクと、
前記ピンホールを通過した光による前記共焦点光学系の焦点面を前記被検物に対してその高さ方向に相対移動させながら異なる高さ位置ごとに、順次、前記被検物の画像データを取得する画像取得手段と、
前記相対移動により取得した前記画像データ同士を前記被検物の部位毎に比較して光量がピークとなる前記画像データを抽出する画像データ比較手段と、
前記画像データ比較手段により得られた前記光量がピークとなる画像データとその前後の画像データを記憶すると共に、前記記憶されたそれら画像データの焦点面位置を記憶する画像データ記憶手段と、
前記画像データ記憶手段から前記画像データの焦点面位置を読み出し、前記焦点面位置に基づき内挿処理して前記被検部位の高さを算出する高さ算出手段と、
を備えたことを特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 Confocal optics,
A pinhole disk disposed in the optical path of the light that illuminates the test object and having a plurality of pinholes;
Image data of the test object is sequentially obtained for each different height position while relatively moving the focal plane of the confocal optical system in the height direction with respect to the test object by the light passing through the pinhole. Image acquisition means for acquiring;
Image data comparing means for comparing the image data acquired by the relative movement for each part of the test object and extracting the image data in which the light intensity reaches a peak ;
The image data storage means for storing the image data obtained by the image data comparison means and the image data before and after the peak, and for storing the focal plane position of the stored image data;
A height calculation unit that reads a focal plane position of the image data from the image data storage unit, and calculates a height of the test site by interpolation processing based on the focal plane position ;
A measuring apparatus having a confocal optical system.
前記画像データ記憶手段に記憶された前記画像データから3次元画像を構築する3次元画像構築手段をさらに備えたこと
を特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 The measurement apparatus having the confocal optical system according to claim 1,
A measurement apparatus having a confocal optical system, further comprising: a three-dimensional image construction unit that constructs a three-dimensional image from the image data stored in the image data storage unit.
前記画像データ記憶手段は、前記画像取得手段により初期に取得された画像データを一次記憶し、前記画像データ比較手段により抽出された前記画像データを前記一次記憶された画像データと置き代えて記憶し、
前記3次元画像構築手段は、前記置き代えられた前記画像データから前記3次元画像を構築すること
を特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 The measurement apparatus having the confocal optical system according to claim 2 ,
Said image data storage means, the image data obtained initially and temporarily stores the image acquisition means, said image said extracted by the data comparing means image data of said replaced with primary stored image data stored ,
The measuring apparatus having a confocal optical system, wherein the three-dimensional image constructing unit constructs the three-dimensional image from the replaced image data.
前記画像データ記憶手段は、前記記憶した画像データの取得時の焦点面位置情報を記憶することを特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 A measuring apparatus having the confocal optical system according to any one of claims 1 to 3 ,
The measurement apparatus having a confocal optical system, wherein the image data storage means stores focal plane position information at the time of acquisition of the stored image data.
前記画像取得手段は、複数の画素を有する二次元撮像素子であり、
前記画像データ比較手段は、前記画素毎の画像データの比較が行われることを特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 A measuring apparatus having the confocal optical system according to any one of claims 1 to 4 ,
The image acquisition means is a two-dimensional image sensor having a plurality of pixels,
The measuring apparatus having a confocal optical system, wherein the image data comparing means compares image data for each pixel.
前記3次元画像を表示する表示手段をさらに有することを特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 In the measurement apparatus having the confocal optical system according to any one of claims 2 to 5 ,
A measuring apparatus having a confocal optical system, further comprising display means for displaying the three-dimensional image.
前記画像取得手段により取得された画像データに基づき前記画像取得手段の画素の欠陥を検出する欠陥画素検出手段と、
前記欠陥画素検出手段により検出された欠陥画素のアドレス情報を記憶する記憶手段と、
を備えたことを特徴とする共焦点光学系を有した測定装置。 A measuring apparatus having the confocal optical system according to any one of claims 1 to 6 ,
A defective pixel detection means for detecting a pixel defect of the image acquisition means based on the image data acquired by the image acquisition means;
Storage means for storing address information of defective pixels detected by the defective pixel detection means;
A measuring apparatus having a confocal optical system.
前記画像生成手段は、前記欠陥画素の画像データを使用して画像生成を実行するか否かを選択できる選択手段を備えたことを特徴とする共焦点光学系を有した測定装置 The measuring apparatus having the confocal optical system according to claim 7 ,
The measurement apparatus having a confocal optical system, wherein the image generation means includes selection means capable of selecting whether or not to perform image generation using image data of the defective pixel
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