JP5852527B2 - ３次元形状測定方法および基板検査方法 - Google Patents

３次元形状測定方法および基板検査方法 Download PDF

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Description

本発明は、３次元形状測定装置および測定方法に関し、より詳細には、測定時間を短縮させることのできる３次元形状測定装置および測定方法に関する。
一般的に、３次元形状測定装置は、撮影された画像を用いて測定対象物の３次元形状を測定する装置を示す。このような３次元形状測定装置は、前記測定対象物に向かって光を照射する投影部、前記測定対象物で反射された光を通じて前記画像を撮影するカメラ部、および前記投影部と前記カメラ部とを制御して前記画像を演算処理して前記３次元形状を測定する制御部を含んでもよい。
このような３次元形状測定装置は、測定対象物の撮影された画像を演算処理して３次元形状を測定するため、測定対象物の３次元形状に対する測定時間の短縮により作業の迅速性および効率性を向上させ、これによる測定費用を節減しうる重要な要素となる。
従来の３次元形状測定装置において、以下のような例は前述した測定時間を増加させる要因になり得る。
第１に、撮影および格子移送方式によって測定時間が増加する。
図１は、従来の３次元形状測定装置を用いた３次元形状測定方法を示した図である。
図１を参照すると、投影部を２個使う場合、従来は第１投影部を通じて格子を移送しながら複数の画像を撮影した後、第２投影部を通じて格子を移送しながら複数の画像を撮影する方式で測定を行った。
しかし、カメラ撮像後、格子移送が行われる構造によって撮像時間と格子移送時間とが別に必要であるため、全体の測定時間が増加し、投影部の個数が増加するほど測定時間がさらに増加するという問題が発生する。
第２に、相対的に広い面積を有する測定対象物を複数の測定領域に分割して測定する場合、長い測定時間が必要となる。
相対的に広い面積を有する測定対象物を測定領域ごとに画像を撮影し、このような画像を用いて前記測定対象物の３次元形状を測定する場合、前記カメラ部がいずれか一つの測定領域で撮影をして画像を撮影した後、前記画像が演算処理されて前記測定領域での３次元形状を測定する過程が必要である。
しかし、すでに撮影された画像の演算処理過程が多少長くなる場合には、３次元形状測定装置が測定対象物の各測定領域に移動してすべての前記測定領域の３次元形状を測定することにより多くの時間が必要となることがある。
第３に、測定時間の短縮のためにカメラの撮像時間および格子素子の移送時間を減少させることには限界がある。
速い速度で基板を検査するためには、カメラの撮像時間または、格子素子の移送時間を減少させなければならないが、カメラの撮像時間を減少させると、十分な反射格子画像が受信できなくなり正確な検査をすることが難しくなる。また、格子素子の移送時間を減少させることも非常に制限的なものであるため、実質的に検査時間を短縮しにくいという問題がある。
第４に、比較的大きさが小さい測定対象物の場合、不必要に測定時間が増加する。
例えば、ＬＥＤバーのような比較的大きさの小さい測定対象物を検査するためには、複数の測定対象物をジグなどの検査ボードに実装した状態で検査を実行することになる。これによって、カメラの視野範囲(ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ：ＦＯＶ)内には実質的に測定対象物が存在する部分と測定対象物が存在しない部分とがともに入ってくることとなる。
したがって、カメラの視野範囲内に示されるすべての領域に対して画像データを獲得し、これをデータ処理する場合、実質的に測定対象物が存在しない領域までも不必要にデータ処理を実行することとなりデータ処理時間が長くなり、これによって、測定時間が長くなる問題がある。
そこで、本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、３次元形状の測定時間を短縮させることが可能な３次元形状測定装置を提供することにある。
また、本発明の目的とするところは、３次元形状の測定時間を短縮させることができる３次元形状測定方法を提供することにある。
また、本発明の目的とするところは、測定時間の短縮および測定品質を向上させることができる基板検査装置およびこれを用いた基板検査方法を提供することにある。
また、本発明の目的とするところは、カメラの視野範囲内で測定対象物が存在する領域のみを選択的に測定して測定時間を減少させることができる基板検査方法を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置は、光源および格子素子を含み、前記格子素子をｎ回移送させながら移送ごとに測定対象物に格子パターン照明を投影するｍ個の投影部と、前記測定対象物で反射される格子パターン画像を撮影する結像部と、前記ｍ個の投影部のうち、いずれか一つの投影部を用いて前記格子パターン画像を撮影する間に、少なくとも一つの他の投影部の格子素子が移送されるように制御する制御部と、を含む(ここで、ｎおよびｍは２以上の自然数である。)。
前記ｍが２である場合、前記制御部は、一番目の投影部を用いて前記格子パターン画像を１回撮影する間に２番目の投影部の前記格子素子を２π／ｎだけ移送させ、続いて前記２番目の投影部を用いて前記格子パターン画像を１回撮影する間に前記一番目の投影部の前記格子素子を２π／ｎだけ移送させてもよい。
前記ｍが３以上である場合、前記制御部は、一番目の投影部からｍ番目の投影部までをそれぞれ一回ずつ用いて前記格子パターン画像をｍ回撮影すると同時に、前記ｍ回の撮影期間中、撮影に用いられていない投影部の前記格子素子を非撮影期間に２π／ｎだけ移送させてもよい。前記制御部は、前記投影部のそれぞれが前記格子パターン照明を投影する前の少なくとも２回の撮影期間の前に、前記格子素子を移送させるように制御してもよい。
前記制御部は、前記ｍ個の投影部のうち、いずれか一つの投影部を用いて前記格子パターン画像を撮影した後、直ぐに続いて行われる他の投影部を用いた撮影期間に、前記いずれか一つの投影部の格子素子を移送させるように制御してもよい。
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定方法は、測定対象物の第１測定領域で第１画像を撮影する段階と、第１中央処理ユニットを通じて前記第１画像を演算処理し、前記第１測定領域での３次元形状を算出する段階と、前記第１中央処理ユニットが前記第１画像を演算処理する間に、前記測定対象物の第２測定領域で第２画像を撮影する段階と、第２中央処理ユニットを通じて前記第２画像を演算処理し、前記第２測定領域での３次元形状を算出する段階と、を含む。
前記３次元形状測定方法は、前記第２中央処理ユニットを通じて前記第２画像を演算処理する間に、前記測定対象物の第３測定領域で第３画像を撮影する段階と、前記第１中央処理ユニットを通じて前記第３画像を演算処理し、前記第３測定領域での３次元形状を算出する段階と、をさらに含んでもよい。
前記第１および第２画像のそれぞれは、前記測定対象物を互いに異なる方向に撮影した複数の方向画像（ｗａｙ ｉｍａｇｅ）を含み、前記第１および第２画像のそれぞれの演算処理は、前記画像をそれぞれ個別に演算処理した後、演算処理された前記画像に対するデータをマージ(ｍｅｒｇｉｎｇ)してもよい。
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定方法は、測定対象物の第１測定領域で第１方向および第２方向に第１画像を撮影する段階と、前記第１画像の撮影の後、前記測定対象物の第２測定領域で少なくとも前記第１方向および前記第２方向に第２画像を撮影する段階と、複数の中央処理ユニットを通じて前記第１画像を前記第１方向に対応する画像および前記第２方向に対応する画像に分割演算処理して、前記第１測定領域での３次元形状を算出する段階と、を含む。
前記中央処理ユニットは、前記第１方向に対応する画像を演算処理する第１中央処理ユニットと、前記第２方向に対応する画像を演算処理する第２中央処理ユニットを含み、少なくとも一つの前記第１および第２中央処理ユニットは、演算処理された前記第１および第２方向に対応する画像のデータをマージしてもよい。
前記第１画像を分割演算処理して前記第１測定領域での３次元形状を算出する段階は、前記第１画像を複数個のセグメントに分割して前記中央処理ユニットによって分割演算処理される段階を含んでもよい。
本発明の一実施形態に係る基板検査装置は、基板を支持するステージと、光源および格子素子を含み、前記格子素子を移送して格子パターン照明を前記基板に照射する投影部と、一番目のラインから最後のラインまで順次オープンして前記基板によって反射される反射格子画像を受信するカメラとを含む。前記格子素子は少なくとも前記一番目のラインから最後のラインまでオープンされる時間インターバル（ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ）の間に移送される。
前記カメラのすべてのラインが前記反射格子画像を同時に受信する時間インターバルにおいては、前記格子素子を移送しなくてもよい。前記最後のラインがオープンされる時点と前記一番目のラインがクローズとなる時点との間に、前記投影部により前記格子パターン照明が照射されてもよい。前記格子素子は２π／ｎだけｎ−１回移送され、前記カメラは前記格子素子の移送に対応して前記反射格子画像をｎ回受信してもよい。ここで、前記ｎは２以上の自然数である。
本発明の一実施形態に係る基板検査方法は、光源および格子素子を含む２個以上の投影部とカメラを用いて基板を検査する。前記基板検査方法は、前記カメラを一番目のラインから最後のラインまで順次オープンする段階と、前記投影部のうち、いずれか一つの投影部により前記基板に格子パターン照明が照射される段階と、前記最後のラインがオープンされる時点と前記最後のラインがクローズとなる時点との間に、前記格子パターン照明を照射する投影部以外の少なくとも一つの他の投影部に含まれる格子素子を移送する段階と、を含む。
前記投影部は、前記最後のラインがオープンされる時点と前記一番目のラインがクローズされる時点との間に前記格子パターン照明を照射してもよい。
本発明の一実施形態に係る基板検査方法は、複数の測定対象物が配置された検査ボードを検査装置に取り付ける段階と、カメラの視野範囲(ＦＯＶ)内で前記測定対象物が配置された検査領域を区分して検査領域ごとに画像データを獲得する段階と、前記検査領域ごとに獲得された画像データを用いて前記測定対象物の形状を検査する段階と、を含む。
前記画像データを獲得する段階は、パターン光を前記測定対象物に対して照射し、前記測定対象物によって反射する反射パターン光を前記カメラで受信してもよい。
前記測定対象物は基板であってもよく、一定の方向に複数の列に配置されてもよい。前記検査ボードは、前記測定対象物を固定するための固定支持台であってもよい。
前記測定対象物の形状を検査する段階は、前記測定対象物のそれぞれに対応する全体画像を生成するために前記検査領域ごとに獲得された前記画像データを用いて画像マッピング（ｉｍａｇｅ‐ｍａｐｐｉｎｇ）を実行する段階を含んでもよい。
このような３次元形状測定装置および測定方法によると、カメラ撮像と格子移送とを同時に実行することによって、３次元形状の測定時間を大幅に短縮させることができる。また、測定時間の短縮によってカメラの撮像時間を必要なだけ増加させることができるため、撮像に必要な光量の確保が可能となる。
また、複数の中央処理ユニットを用いて複数の画像を演算処理することによって、画像に対する演算処理速度をより向上させることができる。
また、一つの投影部とカメラを用いて格子素子を移送させて位相遷移された（ｐｈａｓｅ−ｔｒａｎｓｉｔｅｄ）複数の画像を撮影することにおいて、格子素子の移送を実質的に画像撮影が実行されない時間帯に合わせて行うことによって、測定品質に影響を与えることなく測定時間を短縮させることができる。
また、少なくとも２個以上の投影部を用いて測定対象物の画像を撮影することにおいて、格子素子を当該投影部が照明を照射しないフレームインターバルの間に移送させることによって、測定時間をさらに短縮させることができる。
また、複数の測定対象物が実装された検査ボードを測定することにおいて、測定対象物が配置される検査領域のみを選択的に測定することによって、カメラの撮影時間を短縮させることができる。
また、検査領域のみの画像データを利用することによって、処理しなければならないデータ量を減少させることができ、特に、画像マッピングをするときに、比較するデータ量を減少させることにより測定時間を大幅に短縮させることができる。
従来の３次元形状測定装置を用いた３次元形状測定方法を示した図である。 本発明の一実施形態による３次元形状測定装置を概略的に示した図である。 ２個の投影部を含む３次元形状測定装置の駆動方法を示した図である。 本発明の一実施形態による３次元形状測定装置の駆動方法を示した図である。 本発明の一実施形態による３次元形状測定装置を示した概略図である。 本発明の一実施形態による複数の画像演算方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による複数の画像演算方法を説明するための図である。 単一中央処理装置を用いて複数の画像を演算処理する過程を説明するための図である。 本発明の一実施形態による複数の画像演算方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による複数の画像演算方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による基板検査装置を概略的に示した図面である。 本発明の一実施形態による基板の検査方法を説明するためのタイムチャートである。 本発明の一実施形態による基板検査方法を説明するためのタイムチャートである。 本発明の一実施形態による基板検査装置を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による基板検査方法を示したフローチャートである。 本発明の一実施形態による検査ボードを示した平面図である。 カメラを通じて撮影した画像を示した図である。
本発明は多様に変更することができ、多様な形態を有することができることを、特定の実施形態を図面に例示して本文に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に限定するのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物、乃至代替物を含むことを理解すべきである。
第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するために使用することができるが、構成要素は用語によって限定されない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなしに、第１構成要素は第２構成要素と称されてもよく、同様に第２構成要素も第１構成要素に称されてもよい。
本出願において用いた用語は、単に特定の実施例を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上、明白に相違が示されない限り、複数の表現を含む。
本出願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを意図するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたもの等の存在または付加の可能性を予め排除しないことを理解しなければならない。
なお、異なるものとして定義しない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有している。
一般的に用いられる辞典に定義されているもののような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有することと解釈すべきであり、本出願で明白に定義されない限り、理想的にまたは過度に形式的な意味に解釈されない。
以下に添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置を概略的に示した図面である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置１００は、ｍ個の投影部１１０、結像部１２０、および制御部１３０を含む。ここで、ｍは２以上の自然数である。
ｍ個の投影部１１０は、それぞれワークステージ１４０に固定された測定対象物１５０に格子パターン照明を投影させる。複数の投影部１１０は、測定対象物１５０の法線に対して一定の角度に傾いた格子パターン照明を照射するように配置してもよい。例えば、３次元形状測定装置１００は、２個、３個、４個または、６個の投影部１１０を含んでもよく、複数の投影部１１０は、測定対象物１５０の法線に対して対称的に配置されてもよい。
それぞれの投影部１１０は、光源１１１および格子素子１１２を含む。また、それぞれの投影部１１０は、投影レンズ部１１３をさらに含んでもよい。光源１１１は、測定対象物１５０に向かって光を照射する。格子素子１１２は、光源１１１で照射された光を格子パターンによる格子パターン照明に変換させる。格子素子１１２は、位相遷移された格子パターン照明を発生させるためにアクチュエータなどの格子移送器具(図示せず)を用いて２π／ｎだけｎ回移送される。ここで、ｎは２以上の自然数である。投影レンズ部１１３は、格子素子１１２によって生成された格子パターン照明を測定対象物１５０に投影させる。投影レンズ部１１３は、例えば、複数のレンズの組み合せであってもよく、格子素子１１２を通じて形成された格子パターン照明をフォーカシングして測定対象物１５０に投影させる。したがって、それぞれの投影部１１０は、格子素子１１２をｎ回移送させながら移送ごとに測定対象物１５０に格子パターン照明を投影する。
結像部１２０は、測定対象物１５０に投影された格子パターン照明によって測定対象物１５０で反射される格子パターン画像を撮影する。３次元形状測定装置１００がｍ個の投影部１１０を含み、各投影部１１０でｎ回の撮影を実行しなければならないことから、結像部１２０は、ｎ×ｍ回の撮影を実行することとなる。結像部１２０は、格子パターン画像の撮影のために、カメラ１２１および結像レンズ部１２２を含んでもよい。カメラ１２１は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラを用いてもよい。よって、測定対象物１５０で反射された格子パターン画像は、結像レンズ部１２２を経てカメラ１２１によって撮影される。
制御部１３０は、３次元形状測定装置１００に含まれる構成要素の動作を全体的に制御する。制御部１３０は、格子素子１１２をｎ回移送させて移送ごとに測定対象物１５０に格子パターン照明を投影するように投影部１１０を制御する。また、制御部１３０は、測定対象物１５０で反射される格子パターン画像を撮影するように結像部１２０を制御する。
特に、３次元形状測定装置１００の全体的な測定時間を減少させるために、制御部１３０は、ｍ個の投影部１１０のうち、いずれか一つの投影部１１０を用いて格子パターン画像を撮影する間に、少なくとも一つの他の投影部１１０の格子素子１１２が移送されるように制御する。望ましくは、制御部１３０は、ｍ個の投影部１１０のうち、いずれか一つの投影部１１０を用いて格子パターン画像を撮影した後、直ぐに続いて行われる他の投影部１１０を用いた撮影期間に、前記いずれか一つの投影部１１０の格子素子１１２を２π／ｎだけ移送させてもよい。
図３は、２個の投影部を含む３次元形状測定装置の駆動方法を示した図である。
図２および図３を参照すると、本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置１００は、２個の投影部１１０、すなわち、第１投影部１１０ａおよび第２投影部１１０ｂを含む。
制御部１３０は、一番目の投影部すなわち、第１投影部１１０ａを用いて格子パターン画像１を１回撮影する期間に、２番目の投影部すなわち、第２投影部１１０ｂの格子素子１１２を２π／ｎの位相に対応する距離だけに移送させる。その後、制御部１３０は、第２投影部１１０ｂを用いて格子パターン画像２を１回撮影する期間に、第１投影部１１０ａの格子素子１１２を２π／ｎの位相に対応する距離だけ移送させる。すなわち、制御部１３０は、第１投影部１１０ａを用いて格子パターン画像１を撮影した後、直ぐに続いて行われる第２投影部１１０ｂを用いた撮影期間に第１投影部１１０ａの格子素子１１２を移送させる。続いて、制御部１３０は、第１投影部１１０ａおよび第２投影部１１０ｂを通じて前記のような過程を数回繰り返し、格子パターン画像３から格子パターン画像８までの撮影を実行するように制御する。
以後、制御部１３０は、第１投影部１１０ａを用いて撮影された格子パターン画像１、３、５、および７を合成して第１位相情報を獲得し、第２投影部１１０ｂを用いて撮影された格子パターン画像２、４、６、および８を合成して第２位相情報を獲得した後、前記第１位相情報および第２位相情報を用いて測定対象物１５０の３次元形状を測定する。
このように、カメラ撮像と格子移送とを同時に実行するようになると、図１に示された方式に比べて測定時間を大幅短縮させることができる。また、測定時間の短縮によってカメラの撮像時間を必要なだけ増加させることができるため、撮像に必要な光量の確保が可能になる。
図３では、各投影部１１０を通じて４回の撮影を実行する４−バケット(ｂｕｃｋｅｔ)方式を例にあげて説明したが、他にも３−バケットなどの多様なバケット方式についても前述した駆動方式を適用してもよい。
一方、３次元形状測定装置１００が３個以上の投影部１１０を含む場合、制御部１３０は、一番目の投影部から最後の投影部、すなわちｍ番目の投影部までをそれぞれ一回ずつ用いて格子パターン画像をｍ回撮影すると同時に、前記ｍ回の撮影期間中、撮影に用いられていない投影部の格子素子を非撮影期間に２π／ｎだけ移送させる。例えば、３次元形状測定装置が３個の投影部を含む場合の駆動方法を、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の他の実施形態に係る３次元形状測定装置の駆動方法を示した図である。
図４を参照すると、３次元形状測定装置は、３個の投影部すなわち、第１投影部、第２投影部、および第３投影部を含んでもよい。例えば、測定対象物を中心にして１２０度ずつ離されて配置されてもよい。
３個の投影部のうち、一番目の投影部すなわち、第１投影部を用いて格子パターン画像１を撮影する期間に、残りの投影部のいずれか一つ、例えば、第３投影部の格子素子を２π／ｎの位相に対応する距離だけ移送させる。その後、２番目の投影部すなわち、第２投影部を用いて格子パターン画像２を撮影する期間に、残りの投影部のいずれか一つ、例えば、第１投影部の格子素子を２π／ｎの位相に対応する距離だけ移送させる。その後、第３投影部を用いて格子パターン画像３を撮影する期間に、残りの投影部のいずれか一つ、例えば、第２投影部の格子素子を２π／ｎの位相に対応する距離だけ移送させる。その後、第１投影部、第２投影部、および第３投影部を用いて前記のような過程を数度繰り返して、格子パターン画像４から格子パターン画像１２までの撮影を実行する。
一方、画像撮影時間の短縮によって格子素子の移送時間が相対的に長くなることがある。例えば、画像撮像時間が約５ｍsであり、格子素子の移送時間が約７ｍsである場合、格子素子の移送時間が画像撮像時間に比べて約２ｍs程度長くなる。このような場合、格子素子の移送が１回の画像撮影期間内に行われることが不可能であるため、格子素子の移送は２回の画像撮影期間に行われるようになる。よって、それぞれの投影部は、格子パターン照明を投影する前の少なくとも２回の画像撮像期間の前に、格子素子を移送させることが望ましい。例えば、第１投影部は、格子パターン画像４を撮影する前の格子パターン画像２と格子パターン画像３とを撮影する２回の画像撮影期間に格子素子を移送することが望ましい。従って、それぞれの投影部は、格子パターン画像を撮影した後、直ぐに格子素子を移送することが望ましい。
格子パターン画像１から格子パターン画像１２までの撮影が完了した後、第１投影部を用いて撮影された格子パターン画像１、４、７、１０を合成して第１位相情報を獲得し、第２投影部を用いて撮影した格子パターン画像２、５、８、１１を合成して第２位相情報を獲得し、第３投影部を用いて撮影された格子パターン画像３、６、９、１２を合成して第３位相情報を獲得した後、前記第１位相情報、第２位相情報、および第３位相情報を用いて測定対象物の３次元形状を測定する。
図４では、各投影部を通じて４度の撮影を実行する４−バケット方式を例にあげて説明したが、この他にも３−バケットなどの多様なバケット方式についても前述した駆動方式を適用してもよい。また、図４に示された駆動方式は、４個以上の投影部を含む３次元形状測定装置にも適用してもよい。
図５は、本発明の例示的な一実施形態に係る３次元形状測定装置を図示した断面図である。
図５を参照すると、本実施形態に係る３次元形状測定装置３００は、投影部３１０、カメラ部３２０、および制御部３３０を含んでもよい。前記３次元形状測定装置３００は例えば、ベース基板１０上に形成された任意の測定対象物２０の３次元形状を測定する装置を示す。
前記投影部３１０は、前記ベース基板１０の上部に配置され、前記ベース基板１０上に形成された前記測定対象物２０に光を照射する。前記投影部３１０は、少なくとも一つの照明ユニットを含み、例えば第１照明ユニット３１２および第２照明ユニット３１４を含んでもよい。
前記第１照明ユニット３１２は、前記ベース基板１０の上部に配置されて前記測定対象物２０に対して傾いた第１方向に第１光を照射する。前記第２照明ユニット３１４は、前記ベース基板１０の法線方向を基準として前記第１方向に対して対称である第２方向に第２光を照射する。
具体的に、前記第１照明ユニット３１２は、前記測定対象物２０に向かって第１格子パターン照明を照射し、前記第２照明ユニット３１４は、前記測定対象物２０に向かって第２格子パターン照明を照射してもよい。
本実施形態において、前記第１および第２照明ユニット(３１２、３１４)のそれぞれは、光を発生させる光源(図示せず)、前記光源で照射された光を透過させて前記第１または第２格子パターン照明を生成する格子ユニット、および前記第１または第２格子パターン照明を前記測定対象物２０に結像させる投影レンズ(図示せず)を含んでもよい。
前記格子ユニットは、多様な形態に形成してもよいものの、例えばガラス基板の上に遮断部および透過部を有する格子パターンをパターニングして形成されるか、或いは液晶表示パネルなどを用いて形成されることも可能である。このとき、前記第１および第２照明ユニット(３１２、３１４)のそれぞれは、前記格子ユニットを微細に移動させるためのアクチュエータ(図示せず)をさらに含んでもよい。
前記投影レンズは、例えば複数のレンズの組み合せで形成されてもよく、前記格子ユニットを通じて生成された前記第１または第２格子パターン照明をフォーカシングして前記測定対象物２０に結像させる。
前記カメラ部３２０は、前記ベース基板１０の上部に配置されて前記測定対象物２０で反射された反射光を撮影する。すなわち、前記カメラ部３２０は、前記測定対象物２０で反射される前記第１または第２格子パターン照明を撮影してもよい。このとき、前記カメラ部３２０は、前記第１および第２照明ユニット(３１２、３１４)の間の中央に配置されることが望ましい。
前記カメラ部３２０は例えば、前記第１または第２格子パターン照明をキャプチャーできるカメラユニット(図示せず)および前記第１または第２格子パターン照明をフォーカシングして前記カメラユニットに提供できる受光レンズ(図示せず)を含んでもよい。
前記制御部３３０は、前記投影部３１０および前記カメラ部３２０の動作を制御し、前記カメラ部３２０でキャプチャーされた前記第１および第２格子パターン照明を処理して、２次元形状および／または、３次元形状を測定する。
具体的に、前記制御部３３０は、第１および第２照明制御信号(Ｓ１、Ｓ２)を前記第１および第２投影部(３１２、３１４)にそれぞれ供給することによって、前記第１および第２格子パターン照明の生成、大きさ、および強度などを制御することができる。また、前記制御部３３０は、前記カメラ部３２０に撮影制御信号(Ｃｏｎ)を供給することによって、前記カメラ部３２０が前記第１および第２格子パターン照明を適当なタイミングでキャプチャーできるように制御することができ、前記キャプチャーされた格子パターン照明を含むデータ(Ｄａｔ)を前記カメラ部３２０から受ける。
一方、前記３次元形状測定装置３００は、図５とは違って相対的に広い面積を有する大面積の測定対象物(図示せず)も測定することができる。ここで、前記大面積の測定対象物における３次元形状を測定するためには、前記大面積の測定対象物を複数の測定領域に分割する必要がある。すなわち、前記３次元形状測定装置３００は、前記測定領域ごとに３次元形状を測定して合成（ｃｏｍｂｉｎｅ）することによって、前記大面積の測定対象物の３次元形状を測定することができる。したがって、前記３次元形状測定装置３００は、いずれか一つの測定領域における画像を撮影した後、他の測定領域に移動させる必要がある。
ここで、前のタイミング（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｔｉｍｉｎｇ）に撮影された前記一測定領域での画像を前画像（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｉｍａｇｅ）と定義し、次のタイミング（ｎｅｘｔ ｔｉｍｉｎｇ）に撮影された前記他の測定領域での画像を現在の画像（ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｍａｇｅ）と定義するとき、前記３次元形状測定装置３００は、前記現在の画像を撮影する間に、すでに撮影された前記前画像を複数の中央処理ユニットを通じて演算処理する。一例として、前記制御部３３０は、前記現在の画像を撮影する間に、前記前画像を演算処理するための第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)を含んでもよい。
図６および図７は、本発明の第１実施形態に係る複数の画像演算方法を説明するための図面である。具体的に、図６は、二つの中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)を用いて複数の画像を演算処理する過程を説明するための図であり、図７は３個の中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２、ＣＰＵ３)を用いて複数の画像を演算処理する過程を説明するための図である。
本実施形態で用いられる３次元形状測定装置は、図５で説明した３次元形状測定装置３００と実質的に同一であるため、これに関する詳しい説明は省略する。
図６を参照すると、本実施形態に係る測定対象物は、複数の測定領域(ＦＯＶ１、ＦＯＶ２、ＦＯＶ３、ＦＯＶ４、…)に区分されて検査されてもよい。例えば、前記３次元形状測定装置は、第１測定領域(ＦＯＶ１)で３次元形状を測定した後に第２測定領域(ＦＯＶ２)に移動し、その後前記第２測定領域(ＦＯＶ２)で３次元形状を測定した後に第３測定領域(ＦＯＶ３)に移動する。このように、前記３次元形状測定装置は、前記各測定領域で３次元形状を測定する動作と、前記測定領域間を移動する動作とを反復的に実行してもよい。
本実施形態に係る複数の画像演算方法として、まず前記３次元形状測定装置を用いて前記測定対象物の第１測定領域(ＦＯＶ１)で第１画像を撮影する。前記第１画像は、前記測定対象物を互いに異なる方向に撮影した複数の方向画像(ｗａｙ ｉｍａｇｅ)を含んでもよい。例えば、前記第１画像は、第１および第２方向画像を含んでもよい。ここで、前記第１方向画像は、図５の第１照明ユニット３１２で照射された光によって形成される画像であり、前記第２方向画像は、図５の第２照明ユニット３１４で照射された光によって形成される画像である。
前記第１測定領域(ＦＯＶ１)で前記第１画像を撮影した後、第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)により前記第１画像を演算処理する。前記第１画像を演算処理する方法は、前記第１方向画像を演算処理する段階、前記第２方向画像を演算処理する段階、および演算処理された前記第１および第２方向画像に関するデータをマージ(ｍｅｒｇｉｎｇ)する段階を含んでも良い。前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、図５の制御部３３０内に含まれてもよい。
前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)が前記第１画像を演算処理する間、前記３次元形状測定装置を前記第１測定領域(ＦＯＶ１)から前記測定対象物の第２測定領域(ＦＯＶ２)に移動させ、前記第２測定領域(ＦＯＶ２)で第２画像を撮影する。ここで、前記第２画像も前記第１画像と同様に、二つの方向画像で構成されてもよい。
前記第２測定領域(ＦＯＶ２)で前記第２画像を撮影した後、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)と異なる第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)により前記第２画像を演算処理する。前記第２画像を演算処理する方法は、前記第１画像を演算処理する方法と同一である。
前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)が前記第２画像を演算処理する間、前記３次元形状測定装置を前記第２測定領域(ＦＯＶ２)から前記測定対象物の第３測定領域(ＦＯＶ３)に移動させ、前記第３測定領域(ＦＯＶ３)で第３画像を撮影する。ここで、前記第３画像も前記第１および第２画像と同様に、二つの方向画像で構成されてもよい。
一方、本実施形態において、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)が前記第１画像を演算処理する過程は、前記第３画像の撮影が終了する前までに完了される。
前記第３測定領域(ＦＯＶ３)で前記第３画像を撮影した後に、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)により前記第３画像を演算処理する。前記第３画像を演算処理する方法は、前記第１および第２画像を演算処理する方法と同一である。
このように、前記３次元形状測定装置が前記各測定領域に移動しながら複数の画像を測定し、前記第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)により前記画像を分割して演算処理してもよい。すなわち、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は奇数番目の測定領域で撮影された画像を演算処理し、前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、偶数番目の測定領域で撮影された画像を演算処理してもよい。
一方、図７を参照すると、前記測定対象の測定領域で撮影された画像を３個の中央処理装置(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２、ＣＰＵ３)に用いて画像処理してもよい。すなわち、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、１、４、７、…番目の測定領域で撮影された画像を演算処理し、前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、２、５、８、…番目の測定領域で撮影された画像を演算処理し、前記第３中央処理ユニット(ＣＰＵ３)は、３、６、９、…番目の測定領域で撮影された画像を演算処理してもよい。その結果、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、前記第１測定領域(ＦＯＶ１)における撮影が終了した時点から前記第４測定領域(ＦＯＶ４)における撮影が完了する時点まで前記第１測定領域(ＦＯＶ１)で撮影された前記第１画像を演算処理してもよい。また、前記第２および第３中央処理ユニット(ＣＰＵ１,ＣＰＵ２)は、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)の演算処理可能時間と同一の時間内に前記各測定領域での画像を演算処理してもよい。
一方、図６および図７においては、２個または３個の中央処理ユニットを用いて前記各測定領域での画像を演算処理することを説明したが、これとは異なり４個以上の中央処理ユニットを用いて前記各測定領域での画像を演算処理してもよい。
図８は、単一中央処理装置を用いて複数の画像を演算処理する過程を説明するための図面である。
図８を参照すると、単一中央処理装置(ＣＰＵ)を用いて前記各測定領域で撮影された複数の画像を演算処理する場合、前記測定対象の３次元形状を測定するのに必要とされる時間が長くなることがある。すなわち、前記単一中央処理装置(ＣＰＵ)が前記各測定領域で撮影されたすべての画像を演算処理することによって、前記３次元形状測定装置は、前記測定領域での撮影過程の間に待機(ｗａｉｔｉｎｇ)時間を有することとなる。それによって、前記測定対象物の３次元形状を測定するのに必要とする時間が長くなる。
しかし、本実施形態のように複数個の中央処理ユニットを用いて前記各測定領域での画像を演算処理することによって、前記測定領域での撮影過程の間に発生する待機時間を除去して前記測定対象物から３次元形状を測定するのに必要とする時間を短縮させることができる。
図９は、本発明の第２実施形態に係る複数の画像演算方法を説明するための図面である。
本実施形態に係る複数の画像演算方法は、第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)の演算処理過程を除くと、図６を通じて説明した第１実施形態に係る複数の画像演算方法と実質的に同一であるため、前記第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)の演算処理過程を除いた他の説明は省略する。
図９を参照すると、第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、前記各測定領域で撮影された画像の一部を演算処理して、第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、前記画像の残りの一部を演算処理する。一例として、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、前記第１測定領域で撮影された第１画像の一部を演算処理し、前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、前記第１画像の残りの一部を演算処理する。
本実施形態において、前記各測定領域で撮影された画像が互いに異なる方向に撮影された第１および第２方向画像で構成されるため、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、前記第１方向画像を演算処理し、前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、前記第２方向画像を演算処理することが望ましい。ここで、前記第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)のうち、いずれか一つは前記第１および第２方向画像の演算処理されたデータをマージする演算処理を実行してもよい。
本実施形態によると、前記各測定領域で撮影された画像が複数の方向画像を含むとするとき、前記方向画像と同一個数の中央処理装置が、前記方向画像をそれぞれ演算処理することによって、前記測定対象物から３次元形状を測定するために必要とする時間を短縮させることができる。
図１０は、本発明の第３実施形態に係る複数の画像演算方法を説明するための図面である。
本実施形態に係る複数の画像演算方法は、第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)の演算処理過程を除くと、図６を通じて説明した第１実施形態に係る複数の画像演算方法と実質的に同一であるため、前記第１および第２中央処理ユニット(ＣＰＵ１、ＣＰＵ２)の演算処理過程を除いた他の説明は省略する。
図１０を参照すると、前記各測定領域で撮影された画像は複数個のセグメント(ｓｅｇｍｅｎｔｓ)に分割されて複数の中央処理ユニットによって演算処理される。
一例として、前記各測定領域で撮影された画像が、互いに異なる方向に撮影された第１および第２方向画像で構成されるとするとき、前記第１および第２方向画像のそれぞれの演算処理過程を８個のセグメント(Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８)に分割してもよい。このとき、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、奇数番目のセグメント(Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７)を実行し、前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、偶数番目のセグメント(Ｆ２、Ｆ４、Ｆ６、Ｆ８)を実行してもよい。
一方、前記第１および第２方向画像の演算処理されたデータをマージするマージ処理過程も、複数のセグメントに分割されてもよい。一例として、前記マージ処理過程は、４個のセグメント(Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４)に分割され、前記第１中央処理ユニット(ＣＰＵ１)は、第１および第３セグメント(Ｍ１、Ｍ３)を実行し、前記第２中央処理ユニット(ＣＰＵ２)は、第２および第４セグメント(Ｍ２、Ｍ４)を実行してもよい。
本実施形態によると、前記各測定領域で撮影された画像を複数個のセグメントに分割して複数の中央処理ユニットによって演算処理することによって、前記測定対象物から３次元形状を測定するために必要とする時間を短縮させることができる。
図１１は、本発明の一実施形態に係る基板検査装置を概略的に示した図である。
図１１を参照すると、本発明の一実施形態に係る基板検査装置５００は、測定対象物が形成された基板５５０を支持および移送させるためのステージ５４０、基板５５０に格子パターン照明を照射するための一つ以上の投影部５１０、および基板５５０によって反射される反射格子画像を撮影するカメラ５３０を含む。また、基板検査装置５００は、ステージ５４０に隣接するように設置されて投影部５１０と別途に基板５５０に照明を照射する投影部５２０をさらに含んでもよい。
投影部５１０は、基板５５０に形成された測定対象物の３次元形状を測定するために、高さ情報、可視性(ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ)情報などの３次元情報を獲得するための格子パターン照明を基板５５０に照射する。例えば、投影部５１０は、光を発生させる光源５１２、光源５１２からの光を格子パターン照明に変換させるための格子素子５１４、格子素子５１４をピッチ移送させるための格子移送器具５１６、および格子素子５１４によって変換された格子パターン照明を測定対象物に投影するための投影レンズ５１８を含む。格子素子５１４は、格子パターン照明の位相遷移のために圧電アクチュエータ (ｐｉｅｚｏ ａｃｔｕａｔｏｒ：ＰＺＴ)等の格子移送器具５１６により、２π／ｎだけｎ−１回移送されてもよい。ここで、ｎは２以上の自然数である。このような構成を有する投影部５１０は、検査精密度を高めるためにカメラ５３０を中心に円周方向に対して一定の角度で離隔するように複数配置されてもよい。
投影部５２０は、円環（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｒｉｎｇ）形状に形成されてステージ５４０に隣接するように配置される。投影部５２０は、基板５５０の初期アラインメントまたは検査領域設定などのために、照明を基板５５０に照射する。例えば、投影部５２０は、白色光を発生させる蛍光ランプを含むか、或いは、赤色、緑色、および青色光をそれぞれ発生させる赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードを含んでもよい。
カメラ５３０は、投影部５１０の格子パターン照明の照射によって基板５５０の反射格子画像を撮影し、投影部５２０の照明の照射によって基板５５０の反射格子画像を撮影する。例えば、カメラ５３０は、基板５５０に対して垂直な上部に設置される。
本実施形態において、カメラ５３０は、ＣＭＯＳセンサを用いたローリングシャッター（ｒｏｌｌｉｎｇ ｓｈｕｔｔｅｒ）方式のカメラが使われる。ローリングシャッター方式のカメラ５３０は、測定対象物の一フレームの全体画像をスナップショット(ｓｎａｐ ｓｈｏｔ)で撮影するのではなく、測定対象物の一フレームの画像を上から下にライン(行)ごとに順次スキャンして画像データを読み込む。
このような構成を有する基板検査装置５００は、投影部５１０または、投影部５２０を用いて基板５５０に光を照射し、カメラ５３０を通じて基板５５０の画像を撮影することによって、基板５５０の３次元的画像および２次元的画像を測定する。一方、図１１に示された基板検査装置５００は、一例に過ぎず、一つ以上の投影部とカメラを含む多様な構成への変更が可能である。
以下、前述した構成を有する基板検査装置５００を用いて基板を検査する方法について具体的に説明する。
図１２は、本発明の一実施形態に係る基板の検査方法を説明するためのタイムチャートである。本実施形態では一つの投影部とローリングシャッター方式のカメラを用いて基板を検査する方法を表す。
図１１および図１２を参照すると、基板５５０に形成された測定対象物の画像を撮影するために、カメラ５３０は一フレームの期間、マトリックス形態に配列されたピクセルの一番目のライン６１０から最後のライン６２０までラインごとに順次にシャッターをオープンして、基板１５０によって反射される反射格子画像を受信する。すなわち、ＣＭＯＳ型イメージセンサは、電子シャッター機能を具備しているものの、このようなシャッター機能は２次元的に配列された複数の画素を画素ラインごとに順次に走査して信号を獲得するローリングシャッター方式であるため、ラインごとに露光期間が異なるものとなる。これによって、カメラ５３０のシャッターは、一番目のライン６１０から最後のライン６１０に移動するほど少しずつ遅れてオープンされるようになる。例えば、一番目のライン６１０がオープンされる時点(Ｐ０)から最後のライン６２０がオープンされる時点(Ｐ１)までは、ローリング時間(Ｒｏｌｌｉｎｇ ｔｉｍｅ（ＲＴ）)だけの遅延が発生する。
投影部５１０は、最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点(Ｐ１)と一番目のライン６１０のシャッターがクローズされる第２時点(Ｐ２)との間に存在する所定の第１時間インターバル(ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ（ｔ１）)の間に、格子パターン照明を測定対象物に照射する。すなわち、投影部５１０に含まれる光源５１２は、前記第１時間インターバル(ｔ１)の間に、光を発生させて、光源５１２で発生された光は格子素子５１４によって格子パターン照明に変換されて基板５５０上に形成された測定対象物に照射される。
一番目のライン６１０のシャッターがオープンされる時点(Ｐ０)と最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点(Ｐ１)との間の時間インターバルに対応するローリング時間(ＲＴ)に光が照射されると、カメラ５３０は一フレームに対する全体画像を完全に撮影できないため、ローリング時間(ＲＴ)を除いた時間帯に格子パターン照明を照射することによって、測定品質を維持することができる。また、投影部５１０は、測定品質を維持しながら、できるだけ測定時間を短縮するために、例えば、最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点(Ｐ１)から第１時間インターバル(ｔ１)の間、格子パターン照明を測定対象物に照射する。このとき、前記第１時間インターバル(ｔ１)は、カメラ５３０が一フレームの画像を十分に撮影できる最小限の時間を意味する。一方、投影部５１０は、前記第１時間インターバル(ｔ１)より長い時間をかけて格子パターン照明を照射してもよい。
一方、一度の格子パターン照明の照射を通じて一フレームの反射格子画像の撮影が完了すると、格子素子５１４を格子移送器具５１６により２π／ｎだけ移送させた後、次のフレームの反射格子画像を撮影する。ここで、ｎは２以上の自然数である。
検査時間の短縮のために、格子素子５１４は、少なくともカメラ５３０の一番目のライン６１０から最後のライン６２０までシャッターがオープンされる時間インターバルの間に移送される。例えば、格子素子５１４は、投影部５１０の照射が完了する第３時点(Ｐ３)と最後のライン６２０のシャッターがクローズされる第４時点(Ｐ４)との間の第２時間インターバル(ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ（ｔ２）)の間に移送される。すなわち、格子素子５１４は、光源５１２が光を発生させない時間とシャッターのローリング時間を利用して移送される。言い換えれば、前記格子素子５１４は、カメラ５３０のすべてのラインが反射格子画像を同時に受信する時間インターバルには移送されない。一般的に、圧電アクチュエータ(ＰＺＴ)からなる格子移送器具５１６により格子素子５１４を一回移送するのに必要とされる前記第２時間インターバル(ｔ２)は、画像獲得のための照明照射時間の前記第１時間インターバル(ｔ１)より大きく、カメラ５３０のローリング時間(ＲＴ)より大きいかまたは同一である。
したがって、一フレームの画像を撮影するのに必要な時間は、投影部５１０が格子パターン照明を照射する第１時間インターバル(ｔ１)と格子素子５１４を移送する第２時間インターバル(ｔ２)とを合わせた時間となる。一方、基板検査装置５００は、ｎ−バケットアルゴリズムによって駆動されるため、格子素子５１４は２π／ｎだけｎ−１回移送され、カメラ５３０は、格子素子５１４の移送に対応して反射格子画像をｎ回受信する。
このように、一つの投影部５１０とカメラ５３０を用いて格子素子５１４を移送させながら位相遷移された複数の画像を撮影することにおいて、格子素子５１４の移送を実質的に画像の撮影が実行されないカメラ５３０のローリング時間帯に合わせて行うことによって、測定品質を維持すると同時に測定時間を短縮させることができる。
図１３は、本発明の他の実施形態に係る基板検査方法を説明するためのタイムチャートである。本実施形態は、２個以上の投影部とローリングシャッター方式のカメラによって基板を検査する方法を示す。
図１１および図１３を参照すると、基板５５０に形成された測定対象物の画像を撮影するために、カメラ５３０は、一フレームの期間、マトリックス形態に配列されたピクセルの一番目のライン６１０から最後のライン６２０までラインごとに順次にシャッターをオープンする。一番目のライン６１０がオープンされる時点(Ｐ０)から最後のライン６２０がオープンされる時点(Ｐ１)までは、ローリング時間(ＲＴ)だけ時間遅延が発生する。
２個以上の投影部５１０のうち、いずれか一つの投影部５１０、例えば、第１投影部５１０ａは、第１フレームで最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点(Ｐ１)と一番目のライン６１０のシャッターがクローズされる第２時点(Ｐ２)との間の第１時間インターバル(ｔ１)の間、格子パターン照明を測定対象物に照射する。すなわち、第１投影部５１０ａに含まれる第１光源５１２は、前記第１時間インターバル(ｔ１)に光を発生させ、第１光源５１２で発生した光は、第１格子素子５１４によって格子パターン照明に変換されて基板５５０上に形成された測定対象物に照射される。一方、投影部５１０は、製品仕様によって、前記第１時間インターバル(ｔ１)より長い時間をかけて格子パターン照明を照射することができる。
第１投影部５１０ａは、測定品質を維持し、且つできる限り測定時間を短縮するために、例えば、最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点(Ｐ１)から第１時間インターバル(ｔ１)の間、格子パターン照明を測定対象物に照射する。このとき、前記第１時間インターバル(ｔ１)は、カメラ５３０が一フレームの画像を十分に撮影しうる最低限の時間を意味する。
一方、第１投影部５１０ａを用いた第１フレームの画像の撮影が完了すると、第１格子素子５１４を移送させた後、再び画像を撮影する必要があるものの、図１２に示されたように、光源５１２による照明の照射と格子素子５１４の移送を引き続いて実行することになると、一フレームの画像の撮影に必要とされる最低限の時間は、照明の照射のための時間と格子移送のための時間とを合わせた時間になる。しかし、本実施形態では、２個以上の投影部５１０を利用するとき、投影部５１０を交互に使って画像を撮影することで、測定時間をより短縮させることができる。
具体的に、第１フレームでは、第１投影部５１０ａを用いて画像を撮影し、続く第２フレームでは、第１投影部５１０ａ以外の他の投影部５１０、例えば、第２投影部５１０ｂを用いて画像を撮影する。すなわち、第２投影部５１０ｂは、第２フレームで最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点（Ｐ１)と一番目のライン６１０のシャッターがクローズされる第２時点(Ｐ２)との間で第１時間インターバル(ｔ１)の間、格子パターン照明を測定対象物に照射する。すなわち、第２投影部５１０ｂに含まれた第２光源５１２は、前記第１時間インターバル(ｔ１)に光を発生させ、第２光源５１２で発生した光は、第２格子素子５１４によって格子パターン照明に変換されて第１投影部５１０ａとは異なる方向で基板５５０上に形成された測定対象物に照射される。
一方、測定時間の短縮のために、格子素子５１４の移送は、投影部５１０が照明を照射しないフレームの期間に行われる。例えば、第１投影部５１０ａを用いて反射格子画像を撮影する第１フレーム時間インターバルでは、第２投影部５１０ｂに含まれる第２格子素子５１４を移送させ、第２投影部５１０ｂを用いて反射格子画像を撮影する第２フレーム時間インターバルでは、第１投影部５１０ａに含まれる第１格子素子５１４を移送させる。すなわち、第２投影部５１０ｂに含まれる第２格子素子５１４は、第１フレームで、最後のライン６２０のシャッターがオープンされる第１時点(Ｐ１)と最後のライン６２０のシャッターがクローズされる第３時点(Ｐ３)との間で第２時間インターバル(ｔ２)の間に移送される。例えば、第２格子素子５１４は、前記第１時点(Ｐ１)から第２時間インターバル(ｔ２)の間に移送される。一般的に、ピエゾアクチュエータ(ＰＺＴ)からなる格子移送器具５１６によって格子素子５１４を一度移送するのに必要とされる第２時間インターバル(ｔ２)は、画像獲得のための照明照射時間である前記第１時間インターバル(ｔ１)より大きく、ローリング時間(ＲＴ)より大きいか同一である。
よって、一フレームの画像を撮影するのに必要とされる時間は、光源５１２が照明を照射する第１時間インターバル(ｔ１)と、一番目のライン６１０がオープンされる時点(Ｐ０)から最後のライン６２０がオープンされる時点(Ｐ１)までのローリング時間(ＲＴ)とを合わせた時間になる。
一方、本実施形態では、２個の投影部５１０を用いた例を説明したが、３個以上の投影部５１０を利用する場合にも同一形態の検査方法を適用してもよい。
このように、２個以上の投影部５１０を用いて測定対象物の画像を撮影することにおいて、格子素子５１４を投影部５１０が照明を照射しないフレーム時間インターバルに移送させることによって、測定品質を維持しかつ測定時間をより短縮させることができる。
図１４は、本発明の一実施形態に係る基板検査装置を概略的に示した図である。図１４において、図面符号７５０は、基板または検査ボードとしてもよい。
図１４を参照すると、本発明の一実施形態に係る基板検査装置７００は、測定対象物が形成された基板７５０を支持および移送させるためのステージ７４０、基板７５０にパターン光を照射するための一つ以上の投影部７１０、および基板７５０によって反射される反射格子画像を撮影するカメラ７３０を含む。また、基板検査装置７００は、ステージ７４０に隣接するように設置されて投影部７１０と別に基板７５０に照明を照射する照明部７２０をさらに含んでもよい。
投影部７１０は、基板７５０に形成された測定対象物の３次元形状を測定するために、高さ情報、可視性(ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ)情報などの３次元情報を獲得するためのパターン光を基板７５０に照射する。例えば、投影部７１０は、光を発生させる光源７１２、光源７１２からの光をパターン光に変換させるための格子素子７１４、格子素子７１４をピッチ移送（ｐｉｔｃｈ−ｍｏｖｉｎｇ）させるための格子移送器具７１６、および格子素子７１４によって変換されたパターン光を測定対象物に投影するための投影レンズ７１８を含む。格子素子７１４は、パターン光の位相遷移のためにピエゾアクチュエータ(ｐｉｅｚｏ ａｃｔｕａｔｏｒ：ＰＺＴ)等の格子移送器具７１６によって２π／ｎだけｎ回移送されてもよい。ここで、ｎは２以上の自然数である。このような構成を有する投影部７１０は、検査精密度を高めるためにカメラ７３０を中心に円周方向に対して一定の角度に離隔されるように複数を配置してもよい。
照明部７２０は、円環形状に形成されてステージ７４０に隣接するように配置される。照明部７２０は、基板７５０の初期アラインメント、または検査領域設定などのために照明を基板７５０に照射する。例えば、照明部７２０は、白色光を発生させる蛍光ランプを含むか、または、赤色、緑色、および青色光をそれぞれ発生させる赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードを含んでもよい。
カメラ７３０は、投影部７１０のパターン光の照射をすることにより基板７５０の画像を撮影し、照明部７２０の照明の照射を通じて基板７５０の画像を撮影する。例えば、カメラ７３０は、基板７５０の上部に配置される。カメラ７３０は、ＣＭＯＳセンサを用いたローリングシャッター方式のカメラを用いてもよい。ローリングシャッター方式のカメラ７３０は、２次元配列された画素をライン単位にスキャンして画像データを獲得する。これとは違って、カメラ７３０は、ＣＣＤセンサを用いたグローバルシャッター(ｇｌｏｂａｌ ｓｈｕｔｔｅｒ)方式のカメラを用いてもよい。グローバル シャッター方式のカメラ７３０は、視野範囲内の画像をスナップショットで撮影して一度に画像データを獲得する。
このような構成を有する基板検査装置７００は、投影部７１０または、照明部７２０を用いて基板７５０に光を照射し、カメラ７３０を通じて基板７５０の画像を撮影することによって、基板７５０の３次元画像および２次元画像を測定する。一方、図１４に示された基板検査装置７００は、一例に過ぎず、一つ以上の投影部７１０とカメラ７３０を含む多様な構成への変更が可能である。
以下、前述した構成を有する基板検査装置７００を用いて基板を検査する方法について具体的に説明する。
本実施形態では、ジグ(ｊｉｇ)等の検査ボードに実装された複数の測定対象物、例えば、ＬＥＤバーを検査する方法を例にあげて説明する。
図１５は、本発明の一実施形態に係る基板検査方法を示したフローチャートであり、図１６は、本発明の一実施形態に係る検査ボードを示した平面図である。
図１４、図１５、および図１６を参照すると、測定対象物を検査するために、複数の測定対象物８１０が配置された検査ボード７５０を基板検査装置７００に取り付ける(Ｓ１００)。例えば、測定対象物８１０は、ＬＥＤチップ(ＬＥＤ ｃｈｉｐｓ)８１２が一定インターバルに実装されたＬＥＤバー(ＬＥＤ ｂａｒ)を含んでもよい。検査ボード７５０は、例えば、測定対象物８１０を固定するための固定支持台（ｆｉｘｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔｅｒ）であってもよく、前記固定支持台には測定対象物８１０を収容しうる凹部（ｇｒｏｏｖｅｓ）が形成されてもよい。例えば、測定対象物８１０は、一定方向に複数の列に配列されるように検査ボード７５０に配置されてもよい。
検査ボード７５０が基板検査装置７００に取り付けられると、ステージ７４０の移送によって検査ボード７５０を測定位置に移送する。
検査ボード７５０が測定位置に移送されると、投影部７１０または照明部７２０とカメラ７３０を用いて検査ボード７５０の画像を撮影する。すなわち、投影部７１０により検査ボード７５０にパターン光を照射した後、測定対象物８１０によって反射される反射パターン光をカメラ７３０で受信して検査ボード７５０の画像を撮影する。このとき、検査ボード７５０の大きさが大きい場合は、カメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)内に検査ボード７５０の全体領域が入らないことがある。したがって、図１６に示されたように、検査ボード７５０をカメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)領域に対応する複数の領域に分割して順次に測定を実行してもよい。
図１７は、カメラを通じて撮影した画像を示した図である。
図１４、図１５、および図１７を参照すると、カメラ７３０により検査ボード７５０の特定領域を撮影すると、図１７に示されたように、カメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)内には、測定対象物８１０が存在する部分と存在しない部分とが存在する。これによって、基板検査装置７００は、測定対象物８１０が存在しない部分は除いて、測定対象物８１０が存在する部分だけを検査することによって、測定時間を短縮することができる。
具体的に、基板検査装置７００は、カメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)内で測定対象物８１０が配置される検査領域(ＷＯＩ：Ｗｉｎｄｏｗ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ)を区分して検査領域(ＷＯＩ)ごとに画像データを獲得する(Ｓ１１０)。検査領域(ＷＯＩ)は、測定対象物８１０の測定のために少なくとも測定対象物８１０と同一であるかあるいは測定対象物８１０より若干広い範囲に設定される。検査領域(ＷＯＩ)が広くなるほどデータ処理しなければならない画像データが多くなるため、検査領域(ＷＯＩ)を実質的な測定が必要な測定対象物８１０と類似の範囲に設定することによって、処理しなければならないデータ量を減少させてデータ処理時間を短縮させることができる。
検査領域(ＷＯＩ)は、画像データを獲得する前に設定される。例えば、検査領域(ＷＯＩ)は、使用者が検査ボード７５０内に測定対象物８１０の実装された位置を直接基板検査装置７００に入力する方式で設定されてもよい。これとは異なり、検査領域(ＷＯＩ)は、基板検査装置７００を用いた検査ボード７５０のティーチング(ｔｅａｃｈｉｎｇ)により設定してもよい。すなわち、基板検査装置７００に取り付けられた検査ボード７５０を、カメラ７３０で撮影して測定対象物８１０が存在する領域を判別し、判別された領域を検査領域(ＷＯＩ)として設定する。このようにして求められた検査領域(ＷＯＩ)に対する情報は、後に実行される画像マッピングの基礎データとして用いられてもよい。
前記画像データを獲得する方法は、カメラ７３０の種類に応じていろいろな方法で行われてもよい。
一例として、カメラ７３０は、ＣＭＯＳ型イメージセンサを用いたローリングシャッター方式のカメラであってもよい。ローリングシャッター方式のカメラ７３０は、２次元配列された複数の画素をライン単位に順次スキャンしながら画像データを獲得する。このとき、ローリングシャッター方式のカメラ７３０は、カメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)の全体領域をスキャンするのではなく、設定された検査領域(ＷＯＩ)のみをライン単位にスキャンして検査領域(ＷＯＩ)ごとに画像データを獲得する。
このように、ローリングシャッター方式のカメラ７３０を通じてカメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)内の検査領域(ＷＯＩ)のみを選択的にスキャンして測定対象物８１０に対する画像データを獲得することによって、カメラ７３０のスキャニングに必要とされる時間が短縮されて、カメラ７３０の全体撮影時間を短縮させることができる。
他の例として、カメラ７３０はＣＣＤ型イメージセンサを用いたグローバルシャッター方式のカメラであってもよい。グローバルシャッター方式のカメラ７３０は、視野範囲(ＦＯＶ)の全体領域をスナップショットで撮影し、視野範囲(ＦＯＶ)の全体領域のうち、検査領域(ＷＯＩ)に対する画像データを選択的に獲得する。
検査領域(ＷＯＩ)ごとに画像データを獲得した後、前記画像データを用いて測定対象物８１０の形状を検査する(Ｓ１２０)。
測定対象物８１０の検査において、一つの測定対象物８１０は、カメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)によって複数の領域に分割されて撮影されるため、各領域で撮影された画像を組み合わせて測定対象物８１０の総合的な画像が生成される。
具体的に、基板検査装置７００は、検査ボード７５０を複数の視野範囲(ＦＯＶ)に分割して撮影することにおいて、隣接した視野範囲(ＦＯＶ)が少しずつオーバーラップするように撮影し、撮影された画像を用いて画像マッピング(ｍａｐｐｉｎｇ)をすることにより、測定対象物８１０の全体画像を生成する。
画像マッピングとは、オーバーラップした領域での画像データを互いに比較して、視野範囲(ＦＯＶ)の境界の部分の画像を生成することである。このとき、画像マッピングは、オーバーラップした領域の全体領域を比較するのではなく、検査領域(ＷＯＩ)のみの比較により行われる。すなわち、画像マッピングは、検査領域(ＷＯＩ)の測定を通じて獲得された検査領域(ＷＯＩ)ごとの画像データを用いて行われる。
このように、カメラ７３０の視野範囲(ＦＯＶ)の間のオーバーラップした領域に対する画像マッピングを実行することにおいて、全体領域でなく検査領域(ＷＯＩ)のみの画像データに基づいて比較することによって、処理するデータ量を減少させて、データ処理時間を短縮させることができる。
測定対象物８１０の検査は、前述した画像マッピングにより獲得された測定対象物８１０の全体画像に対する画像データを用いて行われる。例えば、測定対象物８１０がＬＥＤバーである場合、基板上にＬＥＤチップ８１２が正確に実装されているかを検査する。
一方、前述したような基板検査方法は、複数の測定対象物が検査ボードに分離されて実装された場合のみならず、一枚の基板上に検査しなければならない領域が分離されて実装されている場合にも適用されてもよい。
前述した通り、複数の測定対象物の実装された検査ボードを測定することにおいて、測定対象物が配置される検査領域のみを選択的に測定することによって、カメラの撮影時間を短縮させることができる。また、検査領域のみの画像データを利用することによって、処理しなければならないデータ量を減少させることができ、特に、画像マッピングのとき、比較するデータ量が減少するため、測定時間を大幅に短縮させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ ３次元形状測定装置
１１０ 投影部
１１１ 光源
１１２ 格子素子
１１３ 投影レンズ部
１２０ 結像部
１２１ カメラ
１２２ 結像レンズ部
１３０ 制御部
１４０ ワークステージ
１５０ 測定対象物
１０ ベース基板
２０ 測定対象
３００ ３次元形状測定装置
３１０ 投影部
３１２ 第１照明ユニット
３１４ 第２照明ユニット
３２０ カメラ部
３３０ 制御部
ＣＰＵ１ 第１中央処理装置
ＣＰＵ２ 第２中央処理装置
５００ 検査装置
５１０ 投影部
５１２ 光源
５１４ 格子素子
５２０ 投影部
５３０ カメラ
５４０ ステージ
５５０ 基板
７００ 基板検査装置
７１０ 投影部
７１２ 光源
７１４ 格子素子
７２０ 投影部
７３０ カメラ
７４０ ステージ
７５０ 検査ボード
８１０ 測定対象物
ＦＯＶ 視野範囲
ＷＯＩ 検査領域

Claims (5)

  1. 一定の方向に複数の列に配置されたバー(ｂａｒ)タイプの基板が配置された検査ボードを検査装置に取り付ける段階と、
    カメラの視野範囲(ＦＯＶ)内で前記基板が配置された領域だけが入力されることにより検査領域を設定するか、前記基板が存在する領域を判別し判別された領域だけを検査領域として設定する段階と、
    前記カメラの視野範囲内で、前記基板が存在しない領域を除いて、前記基板が存在する領域について、前記複数の列に配置されたバータイプの基板の画像データを前記複数の列に対応するラインごとに獲得する段階と、
    前記検査領域ごとに獲得された画像データを用いて前記基板の形状を検査する段階と、
    を含むことを特徴とする、基板検査方法。
  2. 前記複数の列に対応するラインごとに前記画像データを獲得する段階は、
    前記視野範囲内の前記基板が存在するラインのみを選択的にスキャンして、前記基板の画像データを獲得する段階と、
    前記視野範囲の全体領域を撮影し、前記視野範囲の全体領域のうち、前記複数の列に対応するラインに対する画像データを選択的に獲得する段階と、
    のいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
  3. 前記基板上にはＬＥＤチップ(ＬＥＤ ｃｈｉｐｓ)が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
  4. 前記検査ボードは、前記基板を固定するための固定支持台であることを特徴とする請求項３に記載の基板検査方法。
  5. 前記基板の形状を検査する段階は、
    前記基板のそれぞれに対応する全体画像を生成するために前記複数の列に対応するラインごとに獲得された前記画像データを用いて画像マッピングを実行する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
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