JP4896373B2 - 立体3次元計測システムおよび方法 - Google Patents
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Description
本発明の局面は、概して、計測法に関し、より具体的には、高速かつ表面形状の不連続性に対してロバストな態様で、披検機器の物理的特徴の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、高速かつ表面形状の不連続性に対して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。
いる一方で、もう1つの視点は、フィーチャの重心を右(正のX方向)にシフトさせる傾
向がある照明技術を用い、その結果、基点に対する見掛け距離の強い影響が誤った位置データを生成し得る。
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。
も、判定がなされる(判定ブロック705)。
再方向付けされ得、あるいは、視点はブロック706で示されるように切り替えられ(「トグルされ」)得る。特に、物、ステージ、撮像デバイス、またはいくつかのその組み合わせは、例えば撮像デバイスのイメージ面が物に比例して第1の位置から第2の位置に移動され得るように(例えば、視点を変えること)移動される。さらに、またはあるいは、イメージ面は、上に記載されるように、1つ以上の座標軸の周りに選択的に回転され得る。
図1A〜Bおよび図3に関して上に例示されかつ記載される実施形態において、例えば、イメージの視点は、イメージ面1(撮像デバイス111)とイメージ面2(撮像デバイス112)との間でトグルされ得る。それぞれのイメージ面は、イメージされるべき物に比例した特定の角度で選択的に方向付けされ得る。さらに、またはあるいは、ステージおよびこのような2つのカメラ配置における撮像デバイスの1つまたはその両方は、ブロック706において示されるように、視点をシフトするために選択された座標軸に沿って平行移動され得る。次のイメージデータは、ブロック703に戻ったループを制御するように新しい視点から方向付けられ得る。
Claims (34)
- 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ことと、
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ことと、
該被検物のフィーチャおよび該基点を撮像することであって、該撮像することは、少なくとも2つの透視図から、該フィーチャおよび該基点を表すイメージデータを収集することを包含する、ことと、
該イメージデータから複数の距離測定値を取得することであって、該複数の距離測定値は、該少なくとも2つの透視図のうちの1つから観察された該フィーチャと該基点との間の見掛け距離を表す距離測定値を含む、ことと、
該複数の距離測定値に基づいて、該基点に対する該フィーチャの位置を計算することと
を包含する、方法。 - 前記支持することは、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ことを包含する、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。
- 前記撮像することは、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ことを包含する、請求項3に記載の方法。
- 前記撮像することは、所望の透視図を取得するために、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ことを包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記撮像することは、所望の透視図を取得するために、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ことをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記選択的に平行移動させることは、前記撮像デバイスを前記被検物に対して移動させることを包含する、請求項6に記載の方法。
- 前記選択的に平行移動させることは、前記被検物を前記撮像デバイスに対して移動させることを包含する、請求項6に記載の方法。
- 前記フィーチャの前記位置は3次元空間内で計算される、請求項1に記載の方法。
- 前記収集することは、
前記被検物に対して第1の角度で方向付けられた第1のイメージ面上で第1のイメージデータを取得することと、
該被検物に対して第2の角度で方向付けられた第2のイメージ面上で第2のイメージデータを取得することと
を包含する、請求項1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。
- 前記収集することは、
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第1のイメージデータを取得することと、
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ことと、
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第2のイメージデータを取得することと
を包含する、請求項1に記載の方法。 - 前記被検物の1つ以上の追加のフィーチャに対して、前記撮像することと、前記取得することと、前記計算することとを選択的に繰り返すことと、
該1つ以上の追加のフィーチャに対する該フィーチャの位置を計算することと
をさらに包含する、請求項1に記載の方法。 - 前記基点プレートは、複数の他の基点を載せ、前記複数の距離測定値は、前記フィーチャと、該複数の基点のうちの選択された基点との間の見掛け距離を表す距離測定値を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記基点プレートと前記被検物との相対位置は、前記撮像することの間固定される、請求項1に記載の方法。
- 前記計算することは、前記少なくとも2つの透視図のそれぞれについての前記基点プレートに対する前記撮像デバイスの位置にさらに基づく、請求項1に記載の方法。
- 前記基点プレートと前記撮像デバイスとの相対位置は、前記撮像することの間固定される、請求項1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、該被検物に対する第1の透視図から第1のイメージデータを収集し、該被検物に対する第2の透視図から第2の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、かつ基点を載せる基点プレートと、
該第1のイメージデータおよび該第2のイメージデータに基づいて、該基点に対する該被検物のフィーチャの位置を計算するように構成された1つ以上のイメージプロセッサとを備え、
該1つ以上のイメージプロセッサは、該第1のイメージデータおよび該第2のイメージデータから取得された該フィーチャと該基点との間の見掛け距離の測定値における差に基づいて、該フィーチャの位置を計算する、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とを撮像するように動作する、請求項18に記載のシステム。
- 前記第1のイメージデータおよび前記第2のイメージデータのそれぞれにおいて、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うちの少なくとも1つは、3つの座標軸のいずれかに沿って可動である、請求項18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うちの少なくとも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21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22に記載のシステム。
- 前記撮像デバイスは、電荷結合デバイスイメージセンサを備える、請求項18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18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20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うちの選択された基点マーキング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26に記載のシステム。
- 前記位置が3次元空間内で計算される、請求項18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して第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して第2の角度で方向付けられた場合に取得される、請求項18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29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、該撮像デバイスと該被検物との相対位置は、選択的に調整され、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18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18に記載のシステム。
- 前記計算することは、前記少なくとも2つの透視図のそれぞれについての前記基点プレートに対する前記撮像デバイスの位置にさらに基づく、請求項15に記載の方法。
- 前記計算することは、前記少なくとも2つの透視図のそれぞれについての前記基点プレートに対する前記被検物の位置にさらに基づく、請求項17に記載の方法。
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