TW201514444A - 連續掃描型計測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在提供有效率且可靠性高的連 續掃描型表面形狀計測器，而且提供在實質上的涵義使因製品交換所造成的白費的時間消失的手段，藉此將裝置總體上效率化、高速化。 本發明之一實施形態之連續掃描型計測 裝置係具備有：連續掃描型的光應用計測器，其係用以進行計測對象物的表面形狀計測；單軸計測器掃描用載台，其係裝載光應用計測器而沿著預定方向連續掃描；及2個搬送載台，其係分別安裝卸下自如地載置計測對象物，而且可互相獨立移動。2個搬送載台係分別被獨立定位在藉由光應用計測器所得之計測位置、與計測對象物的交換位置的任一者，並且位於計測位置而且載置有表面形狀計測中的計測對象物的搬送載台係在連續掃描中被固定，光應用計測器係其中一方搬送載台被定位在交換位置，在計測結束後的計測對象物與接下來的計測對象物被交換的期 間，進行被定位在計測位置的另一方搬送載台上的計測對象物的表面形狀計測。

Description

連續掃描型計測裝置

本發明係關於利用光之計測/檢査裝置。尤其係關於進行計測對象物的表面形狀計測/檢査的裝置的高速化。

半導體製品所使用的高密度配線基板(以下簡稱為基板)的面板或托盤上所配列的個片基板(由面板所切出的基板)、或晶圓等係具有200~400mm見方左右的平面方向尺寸，另一方面，被配列在基板上之被稱為凸塊的微小電極的高度僅有0.02~0.1mm左右，該凸塊的高度尺寸檢査極為重要。供凸塊高度檢査之用所需的計測精度為μm等級，因此圖求高精度地計測大面積的對象物。

此外，由於半導體為大量生產品，因此亦被要求比圖求高精度的計測更為顯著的高速性。

以如上所示對具有大面積的對象物表面高速/高精度地進行形狀計測的方法而言，已有以下2種方法被實用化：使用區域計測型的表面形狀計測器，將對象物或計測器進行步進移動來進行計測的方法(以下簡稱為步進掃描 型)；及使用線性計測型的表面形狀計測器，使對象物或計測器連續掃描來進行計測的方法(以下簡稱為連續掃描型)。

步進掃描型由於使用區域計測型的表面形狀計測器，因此若為對象物全體容納在區域尺寸亦即視野尺寸內，則不需要進行步進移動。但是，計測器所具有的視野尺寸若必須進行高精度的計測時，因光學系的制約或二次元檢測器的解像力的制約，難以取得十分寬廣，一般而言為數mm見方~數十mm見方，因此必須藉由步進移動，進行多數視野的計測來相接。

若進行步進移動時，為進行高速計測，必須高速移動且使其停止，但是加減速時的振動會影響計測精度，因此產生提高裝置剛性的必要性，導致裝置的大型化/高成本化。

另一方面，連續掃描型係在移動載台圖求速度安定性或高直線性，但是由於加減速少，因此關於移動的高速性係可不會導致大型化或高成本化地實現。因此，以將具有大面積的對象物高速/高精度地進行形狀計測的方法而言，連續掃描型可謂為較具優勢。

以連續掃描型的表面形狀計測手法而言，一般使用光切法。光切法係將直線狀的圖樣光投影在對象物，若藉由畫像來觀測由不同於圖樣光的投影方向的方向所被投影的直線光時，利用直線因應對象物的起伏而看起來失真的情形，對失真量進行畫像計測，藉此計測起伏亦即表面形狀 的手法。可由一個畫像來計測直線圖樣光上的一線份的表面形狀，一邊藉由移動載台連續移動，一邊連續取得畫像，藉此可無縫地計測對象物的表面形狀。

但是，針對掃描方向，係可針對對象物全體進行計測，但是針對與掃描方向呈正交的方向，由於受到畫像的視野尺寸限制，因此若一次掃描結束時，藉由具有與掃描方向呈正交的軸的移動載台，進行一視野份移動，且再次進行掃描，反覆進行其至對象物全體的掃描結束為止。亦即，必須進行藉由掃描軸載台及視野移動軸載台之2軸載台所為之移動。

在一般的檢査裝置中，係將計測對象物裝載在XY載台上，藉由對該XY載台進行掃描來進行計測。在圖7中顯示典型檢査裝置的構成。若計測對象物704為如半導體製品般的大量生產品時，由於必須計測大量的計測對象物704，因此必須接連地交換計測對象物704來進行計測。因此，準備用以交換XY載台702、703上的計測對象物704的搬送裝置(裝載器705、卸載器706)。以下說明典型的動作。

若藉由計測器701，XY載台702、703上的計測對象物704的計測完成時，長形的Y軸載台703會移動至可交換計測對象物704且在交換時不會與計測器作機械式干擾的位置。之後，藉由搬送裝置，計測完畢的製品被去除，未計測的製品則被配置/定位/固定在XY載台702、703上。藉由Y軸載台703，移動至原本的計測器下且再次開 始計測。反覆該動作。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2005-30774號公報

〔專利文獻2〕日本特開平6-242016號公報

大量生產品的檢査係被強力要求高速性。因此如上所述使用有利於高速計測的連續掃描型的表面形狀計測器，但是即使可實現高速的計測，若在XY載台上的製品交換耗費時間，整體來看，並無法謂為高速。

製品交換的時間不僅對裝置速度造成影響，該時間由於計測器未進行動作，因此可謂為無法充分活用昂貴的計測器的不經濟的狀況。

此外，雖然使用光切法作為連續掃描型的表面形狀計測手法，但是光切法係以一個畫像僅可得一線份的表面形狀計測結果，因此實際上決非可謂為效率佳的手法。為了彌補該效率差，圖求無須提高攝像元件的攝像速度且將畫像轉送至電腦，即可在攝像元件近傍配置專用的電子電路來進行處理等的效率化，但是若可進行如上所示之特殊開發，係以不需要為佳。以開發效率上的涵義來看，亦可謂為效率差。

此外，光切法的直線圖樣光的中心位置檢測係在原理 上被認為在對象物的表面狀態受到較大的影響，無法謂為計測可靠性高。此外，通常被使用作為直線圖樣光的雷射光由於會發生在攝像元件上的成像發生不自然的強度分布的斑紋，因此成為中心位置檢測較大的誤差要因。

鑑於如以上所示之課題，在本發明中，目的在提供可將裝置總體上效率化、高速化的連續掃描型計測裝置。

為解決上述課題，本發明之一實施形態之連續掃描型計測裝置係具備有：連續掃描型的光應用計測器，其係用以進行計測對象物的表面形狀計測；單軸計測器掃描用載台，其係裝載光應用計測器而沿著預定方向連續掃描；及2個搬送載台，其係分別安裝卸下自如地載置計測對象物，而且可互相獨立移動。2個搬送載台係分別被獨立定位在藉由光應用計測器所得之計測位置、與計測對象物的交換位置的任一者，並且位於計測位置而且載置有表面形狀計測中的計測對象物的搬送載台係在連續掃描中被固定，光應用計測器係其中一方搬送載台被定位在交換位置，在計測結束後的計測對象物與接下來的計測對象物被交換的期間，進行被定位在計測位置的另一方搬送載台上的計測對象物的表面形狀計測。計測器掃描用載台係若相對於以沿著預定方向的1次連續掃描而光應用計測器可計測的預定方向的正交方向的計測寬幅小於計測對象物的正交方向的寬幅時，使藉由光應用計測器所為之沿著預定方 向的連續掃描隔著預定的待機時間反覆執行。2個搬送載台之中載置有表面形狀計測中的計測對象物的搬送載台係若被反覆執行連續掃描時，在連續掃描中係被固定，另一方面，在預定的待機時間中則係以正交方向的計測寬幅以下的寬幅朝正交方向移動。

如以上所示構成連續掃描型計測裝置，藉此可將裝置整體上效率化、高速化。此外，在以連續掃描型計測表面形狀的同時，亦可進行平面方向的尺寸計測。

1‧‧‧光應用計測器

2‧‧‧計測器掃描用載台

3、4‧‧‧計測對象物

5、6‧‧‧搬送載台

7‧‧‧格子圖樣投影手段

8‧‧‧攝像手段

9‧‧‧CMOS區域感測器

10‧‧‧成像透鏡

11‧‧‧實際格子

12‧‧‧畫像處理裝置

13‧‧‧線性編碼器

100‧‧‧連續掃描型計測裝置

601‧‧‧環狀照明

602‧‧‧垂直落射照明

701‧‧‧計測器

702‧‧‧X軸載台

703‧‧‧Y軸載台

704‧‧‧計測對象物

705‧‧‧裝載器

706‧‧‧卸載器

圖1係由正面觀看將本發明具體化的裝置的圖。

圖2係由上方觀看將本發明具體化的裝置的圖。

圖3係用以說明格子圖樣的圖。

圖4係用以說明習知之格子圖樣投影相位移位法的圖。

圖5係用以說明本發明之格子圖樣投影相位移位法的圖。

圖6係用以說明同時實現複數計測的方法的圖。

圖7係用以說明習知技術的圖。

以下敘述具體實施本發明時被認為最佳的實施形態。

首先，主要參照圖1，說明將本發明具體化之實施形態之例。

如圖1所示，本發明之一實施形態之連續掃描型計測裝置100係由：光應用計測器1、及裝載該光應用計測器1的單軸計測器掃描用載台2、及分別載置計測對象物3、4的一對單軸搬送載台5、6所構成。其中，連續掃描型計測裝置100係除了搬送載台5、6以外，亦可另外具備有1台或複數台搬送載台。

光應用計測器1為連續掃描型計測器，一邊藉由計測器掃描用載台2等速移動，一邊計測被裝載在搬送載台5、6上的計測對象物3、4。搬送載台5、6係分別為相同規格的單軸載台，構成為可沿著與光應用計測器1的掃描方向(以下稱為X方向)呈正交的方向(以下稱為Y方向)互相獨立地移動。

搬送載台5、6係藉由朝Y方向移動，分別被定位在藉由光應用計測器1所得之計測位置、及計測對象物3、4的交換位置(對象物交換位置)的任一者。此外，搬送載台5、6被定位的計測位置係設為朝Y方向具有計測對象物3、4的3、4Y方向的寬幅以上的寬幅者。

亦即，搬送載台5、6係具有以下作用：若光應用計測器1以一次掃描並無法計測計測對象物3、4時，朝Y方向在計測位置的Y方向的寬幅內各以一視野份(光應用計測器1以1次連續掃描即可進行計測的Y方向的計測寬幅)以下的寬幅(例如剛好各一視野份地)移動，藉此可 使光應用計測器1反覆執行沿著X方向的連續操作而可將計測對象物3、4全面進行計測的作用；及當交換計測對象物3、4時，使計測對象物3、4移動至光應用計測器1不會有機械式干擾的情形旳對象物交換位置為止的作用。

其中，搬送載台5、6被定位的計測位置係可互相共用同一位置，亦可為互相不同的位置。若互相共用同一位置，與互相不同的位置的情形相比，可縮窄光應用計測器1的X方向的掃描範圍。在以下說明中，係顯示以在被載置在搬送載台5、6的其中一方的計測對象物的交換的期間亦可輕易進行被載置在另一方的計測對象物的掃描的方式，搬送載台5、6被定位的計測位置為互相不同的位置，且為互相沿著X方向的位置，而且在X方向，形成為光應用計測器1的掃描範圍內的位置的情形之例。

此外，搬送載台5、6被定位的交換位置若為光應用計測器1不會有機械式干擾的情形的位置即可。例如，交換位置亦可為相對於計測位置，沿著與X方向呈交叉的方向(包含Y方向及Z方向)的位置。此外，交換位置亦可為相對於計測位置，沿著X軸方向，而且為光應用計測器1的移動範圍外的位置。

此外，搬送載台5、6的移動軸亦可非為單軸，在交換位置與計測位置之間移動時，係可直線移動，亦可將直線移動組合來進行移動，亦可曲線移動。此外，亦可準備複數交換位置，適當選擇該等位置的1個作為交換位置。準備複數交換位置時，亦可在各位置設置裝載器705及卸 載器706。

在以下說明中，係顯示交換位置相對於計測位置為沿著Y方向的位置的情形之例。

使用由上方觀看圖1的圖亦即圖2，說明全體動作。

計測對象物3、4係形成為朝X方向呈長形、朝Y方向則具有光應用計測器1的2視野份以下的寬幅者。亦即為藉由光應用計測器1，以2次掃描，全面計測即完成的尺寸的對象物。在半導體的封裝體基板中，如上所示之細長基板係被稱為條帶基板，近年來作為移動式機器的IC封裝體基板而逐漸普及。

在2台搬送載台5、6的中間位置有光應用計測器1，且朝計測對象物4方向移動，將搬送載台6被定位在計測位置的狀態視為計測開始狀態。其中，若計測對象物3、4的Y方向的寬幅比光應用計測器1的一視野份(計測寬幅)為更寬時，搬送載台5、6被定位的計測位置的初期位置若形成為可由計測對象物3、4的Y方向的端部計測一視野份的位置即可。

光應用計測器1係一邊沿著X方向移動，一邊進行計測對象物4的Y方向一半的計測且到達計測對象物4之端，停止預定的待機時間。在X方向的連續掃描的期間，搬送載台6係被固定。接著，載置有表面形狀計測中的計測對象物4的搬送載台6由現在的計測位置朝Y方向移動例如一視野份，藉此若計測對象物4位於另一方的Y方向一半的位置時，光應用計測器1係沿著X方向，以逆向開 始掃描而進行計測對象物4的剩下一半的計測。若計測對象物4的Y方向的寬幅更寬時，若在預定的待機時間中，使搬送載台6由現在的計測位置朝Y方向移動例如一視野份之後，朝X方向進行連續掃描反覆進行即可。

若光應用計測器1到達原本的搬送載台5、6的中間位置時，計測對象物4係成為計測已完成，因此搬送載台6係實施朝Y方向移動至計測對象物交換位置為止，與接下來的計測對象物4進行交換，在載置新的計測對象物4的狀態下，返回至原本計測位置的動作。

搬送載台6正在進行與接下來的計測對象物4的交換動作的期間，光應用計測器1係不會在搬送載台5、6的中間位置停止，而是繼續連續移動而照原樣進行計測對象物3的計測。與計測對象物4之時同樣地，以沿著X方向的往返動作計測計測對象物3全面而到達至搬送載台5、6的中間位置。

在該時點，若藉由搬送載台6所為之計測對象物4的交換作業完成而返回至計測位置，光應用計測器1係可不會停止而照原樣地沿著X方向繼續移動而進行新的計測對象物4的計測。

在進行新的計測對象物4的計測的期間，搬送載台5係先藉由沿著Y方向的移動被定位在交換位置，實施接受計測已完成的計測對象物3與接下來的新的計測對象物3的交換作業，再次藉由沿著Y方向的移動而返回至原本的計測位置的動作。

如以上所示，相較於往返計測其中一方計測對象物的時間，若計測對象物交換的時間較短，光應用計測器1係不會停歇2個計測對象物的X方向尺寸+α的距離的單純往返動作而繼續進行，藉此可進行計測對象物3、4的計測。

可不停歇光應用計測器1地使其運轉，較有效率，且計測對象物交換的時間實質上可忽略，因此可謂為可縮短裝置工站時間(tact time)的高速的手法。

若計測對象物的交換時間比往返計測時間更為耗時，例如若計測對象物3、4的尺寸非常小時，必須要有調整計測器掃描用載台2的速度且增加往返計測時間的對策，變得無法有效使用計測器的能力。但是本發明之目的原本即為具有大面積的計測對象物的計測，因此如上所示之情形可謂為對象之外。

在上述動作之例中，係以光應用計測器1的往返動作一次，亦即2次掃描來計測計測對象物全體為前提，但是亦可進行好幾次往返，而非為被限定為1往返者。但是，為了進行有效率而沒有白費的計測，必須為偶數2N掃描(N往返)。例如，若為可以3視野(3掃描)進行計測的Y尺寸的計測對象物，係會發生1掃描份白費的時間。

光應用計測器1若為連續掃描型的計測器或檢査器即可，並非為限定於如下所示之表面形狀計測器者。例如畫像檢査器係可使用快門或閃光儀進行瞬時曝光，藉此可進行一邊進行連續掃描的畫像取得/解析。其他多數非接觸 計.測器、檢査器可成為本發明之光應用計測器1的對象。

接著，顯示光應用計測器1為連續掃描型的表面形狀計測器之例。如在習知技術中所述，以連續計測型的表面形狀計測器而言，一般為使用光切法的計測器，但是光切法若以表面形狀計測器而言，在效率性方面、或可靠性方面，均無法謂為優異。

使用圖1~5，說明本發明之光應用計測器1的實施形態。

本光應用計測器1係藉由格子圖樣投影相位移位法所得之表面形狀計測器，如圖3所示之多開縫型的正弦格子圖樣係由格子圖樣投影手段7被投影在計測對象物3。格子圖樣投影手段7為遠心光學系，即使計測對象物3的Z方向的位置改變，所被投影的格子的間隔亦不會改變。

其中，在以下說明中係顯示計測對象物3、4分別被載置在搬送載台5、6的情形之例，惟光應用計測器1為連續掃描型的格子圖樣投影型表面形狀計測器，而且若因光應用計測器1進行移動來實現連續掃描時，亦可使用一般的計測對象物載置用固定載台來取代搬送載台。即使在使用固定載台的情形下，因作為格子圖樣投影型表面形狀計測器的光應用計測器1進行移動而進行連續掃描，藉此與進行使用光切法的計測的情形相比，可充分地將裝置整體上效率化、高速化。

所被投影的格子圖樣係藉由具有與格子圖樣投影手段7為不同的角度的光軸的攝像手段8予以攝影。在攝像手 段8係包含有：以二次元狀配置將電磁波轉換成電訊號的電磁波電氣轉換元件的二次元攝像元件，例如CMOS區域感測器9；及使計測對象物3的像成像在CMOS區域感測器9上的成像手段，亦即成像透鏡10。成像透鏡10亦為遠心透鏡(Telecentric Lens)。

在圖1中，攝像手段8的光軸係形成為相對於搬送載台5的載物面呈垂直的配置，但是若計測對象物3為表面粗糙度小、散射小的表面性狀時，有來自計測對象物3的反射光變得未入射至攝像手段8的可能性。如上所示之情形係若格子圖樣投影手段7的光軸與攝像手段8的光軸相對於計測對象物3的計測面的法線，形成為接近對稱的角度的配置，藉由接近正反射光的光來進行攝像較佳。

此時會有發生藉由攝像手段8所得的像失真、或焦點在跟前與對面不同等問題的可能性，因此將CMOS區域感測器9朝向光軸呈傾斜來進行配置(透視校正構造)。格子圖樣投影手段7亦若為使實際格子11成像之如圖1所示之方式時，同樣地必須進行透視校正。

藉由CMOS區域感測器9所得之影像訊號係被送至畫像處理裝置12，按每個像素，執行之後所示之運算。

包含成像透鏡10的光軸與格子圖樣投影手段7的光軸的面係以與計測器掃描用載台2的移動軸呈平行的方式作配置。此外，在計測器掃描用載台2係被裝設有線性編碼器13，俾以可高速且正確地掌握移動時的位置。可使用線性馬達及線性編碼器13進行反饋控制，藉此構成等 速性高的掃描載台。

當然，若計測器掃描用載台2的位置為可高速且正確地把握，則亦可為其他編碼器，極端的情形下，亦會有未使用如上所示之編碼器的情形。例如，若為可利用任何手段來進行正確的速度控制，即可由移動時間，正確掌握載台位置，而不需要前述編碼器。

以下詳細敘述使用如以上所示之構成的裝置，一邊朝X軸方向連續移動，一邊實現格子圖樣投影相位移位法計測的方法。以下係以最為單純的3步進相位移位法(使用3個畫像的手法)為例進行說明，但是若為3步進以上，則即使為任何步進均可適用。

首先簡單敘述一般的(習知型的)格子圖樣投影相位移位法。圖4係投影格子的數量被投影4個至一視野(CMOS區域感測器9的一次攝像區域)之例。被描繪為黑白的2值格子圖樣，但是與圖3同樣地，實際上形成為正弦波式明暗變化的正弦圖樣。若計測對象物3非為平坦，在格子圖樣係發生失真，該失真就是表示高度，但是在此為方便起見，以沒有失真的圖樣顯示。以下之議論當然並沒有受到失真的有無亦即計測對象物3的起伏的有無影響的情形。圖4的I1、I2、I3係分別表示將格子的相位各移位2π/3而被投影的畫像。此時，各畫像的同一座標(x,y)的值I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)係表示在正弦波上，各為2π/3的不同的點，如以下所示，可求出該正弦波的初期相位。

更一般而言，若以N步進相位移位法，相位移位量為ψ=2π/N時，初期相位係可求出為：

在畫像內的全部座標(x,y)進行同樣的運算，藉此可按全像素求出初期相位。例如若計測對象物為平坦，若將初期相位為相同的點相連，即成為一條直線(以下稱為等相位線)。等相位線係若在計測對象物有起伏時，即變形而失真，且具有起伏的資訊，因此可進行高度計測。此與光切法全然為原理。亦即，初期相位的等相位線係被認為與光切法的直線圖樣光的中心線為相同者。在光切法中，由一個畫像僅可得直線圖樣光中心線1條份的高度計測資料，但是在格子圖樣投影相位移位法中，係可求出畫像內全點的初期相位，初期相位係可進行高度計測，因此結果由最少3個畫像，取得畫像內所有高度計測資料。根據以上所述，使用圖5，於以下說明藉由本發明所得之格子圖樣投影相位移位法。

計測器掃描用載台2等速移動，藉由在某時序按下CMOS區域感測器9的快門，可得圖5的I1的畫像。此係與圖4的I1為同等。接著，若在移動格子間隔的4/ 3=1+1/3個份(若以相位表示，為8π/3)後，再次藉由快門取得畫像時，如圖5的I2般被攝像。此外，若同一時間後(亦即，另外移動格子間隔的4/3之後)藉由快門曝光取得畫像時，可得圖5的I3。之後亦以同一時間間隔進行快門曝光而依序取得畫像。

若將所得的畫像每隔格子間隔的4/3隔開為窄條，將第j個畫像的第k個窄條稱為Ijk時，第一個畫像I1係分別被分為I11、I12、I13的窄條，接下來的畫像係以I21、I22、I23、之後為Ij1、Ij2、Ij3表示。在此若考慮窄條I(j-2)3、窄條I(j-1)2、及窄條Ij1，該等畫像係對計測對象物3的同一部分進行攝像，而且被投影在其上的格子圖樣係分別相位以各2π/3為不同。

該3個畫像係除了圖4所示之平常的格子圖樣投影相位移位法的畫像與X方向的寬幅以外，為完全相同者。亦即，藉由該等畫像，可進行1窄條寬幅份的格子圖樣投影相位移位法運算。接著，每逢畫像被輸入一個，亦即每逢計測器掃描用載台2移動格子間隔的4/3，一窄條份的格子圖樣投影相位移位法即接序進行運算。結果若持續所需的尺寸份(+α)表格移動，無須進行分步重複(step and repeat)移動即可得所希望的尺寸的計測結果。上述中形成為+α係表示j=1~2係不可運算、或供計測器掃描用載台2始動、停止時的加減速之用的移動份。

上述的移動間隔亦即格子間隔的4/3=1+1/3係1/3重要，該部分表示相位移位量ψ=2π×1/3=2π/3。1的 部分亦可為其他正整數值n。但是，若為3步進法，在一視野內至少必須要有3窄條，因此必須(n+1/3)×3為視野的全體格子數P個以下。亦即，選擇滿足0<=n<=(P-1)/3的整數。一般而言，若為N步進法，即成為移動間隔n+1/N(0<=n<=(P-1)/N)。1/N的部分係若基本上求出正弦波的初期相位即可，因此並不一定為1/N，但是一般為1/N。

步進數N愈大，精度愈高。但是，在重視高速性的實際檢査裝置中，為活用作為格子圖樣投影相位移位法的特長的高速性/效率，使用3步進或4步進。4步進係計算簡單且與3步進相比，精度亦較佳，因此最被使用。

但是在本發明中，步進數大並非一定導致速度上的降低。在本發明中，CMOS區域感測器9的曝光時間內亦由於計測器掃描用載台2正在移動，因此在所得的畫像會產生模糊。因此，計測器掃描用載台2的速度係藉由可容許的模糊量(曝光時間內的移動量)及所需的光量來大致決定。例如，若減小曝光時間，雖可提升計測器掃描用載台2的速度，但是若過於減小曝光時間，在光量上會變得不足。亦即以在光量上可滿足的最小的曝光時間，由可容許的模糊量決定速度。

若如上所述決定計測器掃描用載台2的速度時，由CMOS區域感測器9的最小攝像間隔決定窄條的最小寬幅。例如，若為曝光時間0.1ms、模糊容許量1像素以下之時，若CMOS區域感測器9的最小攝像間隔為10ms (100fps)，窄條寬幅頂多為100像素。即使形成為8步進，亦為800像素，若為近來的高速高解析度攝影機，充分收在一視野。速度為4步進或6步進均不會改變。由此，在本發明中，使用多步進相位移位來提高精度可謂為合理。

該手法成功與否重要的要素為畫像取得的時序。在一般的格子圖樣投影相位移位法中，如圖4所示，由於計測對象物3並未移動而格子圖樣移動，因此所得之複數畫像的各座標所表示的計測對象物3上的位置係完全相一致，但是在本發明中明顯不同。圖5所示之複數畫像所對應的像素彼此只要未正確顯示計測對象物3上的同一位置，即會發生誤差。必須正確地在作為目標的位置取得畫像。因此在本實施形態中係在計測器掃描用載台2設有線性編碼器13。對畫像的像素解像力(視野X方向尺寸/X方向像素數)，使用充分高解像力的線性編碼器13，對編碼器訊號即時進行計數，以作為目標的計數值，輸出對CMOS區域感測器9的觸發訊號的方式，構成電子電路，藉此可在作為目標的位置取得畫像。

當然，若可在作為目標的位置正確取得畫像，則亦可為其他手法。計測器掃描用載台2若以可正確地等速運動的方式進行控制，即可不仰賴編碼器地準備正確的計時器來實現。

此外，成像透鏡10的性能亦造成問題。若在成像透鏡10有歪曲像差，應無法取得像素的正確一致。此外， 圖求在視野內使成像性能儘可能均一。

如上所述，格子圖樣投影相位移位法與光切法相比，可將裝置整體地效率化、高速化。亦即可以更少的畫像個數，獲得較多的資料。此外，初期相位運算係可僅由某座標值單獨的資料進行運算(不需要鄰接像素的資訊)，因此由於對象物表面的局部反射率或起伏不同等對運算(在原理上)不會造成影響，因此可謂為可靠性為更高。此外，在連續掃描中，由於計測對象物被固定，因此用以載置計測對象物的載台的移動機構並不會有被要求高精細動作的情形，而且亦不需要考慮連續掃描中的計測對象物的微動。因此，可簡略構成用以載置計測對象物的載台，並且計測對象物的交換亦可使用裝載器705、卸載器706等來容易且簡便地進行。此外，在基板上的凸塊檢査中，大多不僅凸塊的高度計測，亦要求凸塊直徑等平面方向的尺寸計測。此點，具備有作為連續掃描型的表面形狀計測器的光應用計測器1的連續掃描型計測裝置100係可在以連續掃描型計測表面形狀的同時，進行平面方向的尺寸計測。

關於初期相位的運算方法係如上所述，惟本發明並非為限定於該手法者。除了上述運算式以外，亦存在求出初期相位的運算，亦可假定正弦波圖樣作為格子圖樣，但是亦可為其他周期性圖樣。例如，若即使為不完全的正弦波圖樣(例如2值的格子圖樣模糊者)，亦正確具有周期性，即可使用例如LUT(look up table，對照表)，來記 述相位與強度部分布的關係，藉此可求出初期相位。總之，若可求出相當於周期性圖樣的初期相位的量，即為本發明之對象範圍。

接著，使用圖6，敘述實現同時實施若干個不同的計測/檢査之本發明之實施形態。

如前所述，在使用如CMOS區域感測器9般之二次元攝像元件的連續掃描型計測器中，其計測速度主要受到光量或曝光時間所制約，若使用高速(高訊框率)CMOS區域感測器9時，在速度上出現充裕(不需要最高速的訊框率)的可能性高。可利用該充裕，同時實施其他計測。

圖6係在格子圖樣投影相位移位法的表面形狀計測器追加環狀照明601、及TTL(Through The Lens)方式的垂直落射照明602者。該等照明係可進行瞬時發光之所謂閃光儀照明器。

CMOS區域感測器9的最高訊框率為Pfps(frame par second)，假設在格子圖樣投影相位移位法中所需的訊框率為P/2fps，可在以格子圖樣投影相位移位法取得畫像的空隙，取得與格子圖樣投影相位移位法無關的畫像。

格子圖樣投影相位移位法係在取得1視野份的資料時，必須進行3次以上的攝像，但是例如對象物的平面方向的尺寸計測或文字讀取、缺陷檢査等，係相對於1視野，並不一定需要複數個畫像。亦即，在如上所示之計測/檢査中，若在以格子圖樣投影相位移位法(例如)取得3個畫像的期間僅以1次取得畫像即可。

CMOS區域感測器9的最高訊框率如上所述若形成為格子圖樣投影相位移位法的倍速，在取得格子圖樣投影相位移位法的1視野份的畫像的期間，可取得其倍數的畫像，因此若為例如3步進的相位移位法，可在其空隙取得環狀照明601的畫像、垂直落射照明602的畫像、藉由雙方照明所得之畫像等。因此，藉由環狀照明601或垂直落射照明602，可將裝置在總體上更加效率化、高速化。此外，藉由本實施形態之連續掃描型計測裝置100，可實現凌駕光切法之有效率且可靠性高的連續掃描型表面形狀計測，而且可在實質上的涵義使計測器未進行動作之因製品交換所造成的白費的時間消失，可將裝置總體上效率化、高速化。藉此被認為是在需要高速且高精度、複雜的計測/檢査的半導體產業中，有特別大的需要者。

其中，以上說明本發明之幾個實施形態，惟該等實施形態係提示為例者，並未意圖限定發明之範圍。該等新穎的實施形態係可以其他各種形態實施，在未脫離發明要旨的範圍內，可進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變形係包含在發明範圍或要旨，並且包含在申請專利範圍所記載之發明及其均等的範圍。

1‧‧‧光應用計測器

2‧‧‧計測器掃描用載台

3、4‧‧‧計測對象物

5、6‧‧‧搬送載台

7‧‧‧格子圖樣投影手段

8‧‧‧攝像手段

9‧‧‧CMOS區域感測器

10‧‧‧成像透鏡

11‧‧‧實際格子

12‧‧‧畫像處理裝置

13‧‧‧線性編碼器

Claims (7)

1. 一種連續掃描型計測裝置，其係由以下構成：連續掃描型的光應用計測器，其係用以進行計測對象物的表面形狀計測；單軸計測器掃描用載台，其係裝載前述光應用計測器而沿著預定方向連續掃描；及2個搬送載台，其係分別安裝卸下自如地載置計測對象物，而且可互相獨立移動，前述2個搬送載台係分別被獨立定位在藉由前述光應用計測器所得之計測位置、與計測對象物的交換位置的任一者，並且位於前述計測位置而且載置有前述表面形狀計測中的計測對象物的搬送載台係在連續掃描中被固定，前述光應用計測器係其中一方搬送載台被定位在前述交換位置，在計測結束後的計測對象物與接下來的計測對象物被交換的期間，進行被定位在前述計測位置的另一方搬送載台上的計測對象物的前述表面形狀計測，前述計測器掃描用載台係若相對於以沿著前述預定方向的1次連續掃描而前述光應用計測器可計測的前述預定方向的正交方向的計測寬幅小於計測對象物的前述正交方向的寬幅時，使藉由前述光應用計測器所為之沿著前述預定方向的連續掃描隔著預定的待機時間反覆執行，前述2個搬送載台之中載置有前述表面形狀計測中的計測對象物的搬送載台係若被反覆執行連續掃描時，在連續掃描中係被固定，另一方面，在前述預定的待機時間中 則係以前述正交方向的前述計測寬幅以下的寬幅朝前述正交方向移動。
2. 如申請專利範圍第1項之連續掃描型計測裝置，其中，前述計測器掃描用載台係朝向沿著前述預定方向的預定方向，使前述光應用計測器連續掃描之後，隔著前述預定的待機時間，以前述預定方向的相反方向，使前述光應用計測器連續掃描。
3. 一種連續掃描型計測裝置，其係由以下構成：連續掃描型的光應用計測器，其係用以進行計測對象物的表面形狀計測；單軸計測器掃描用載台，其係裝載前述光應用計測器而沿著預定方向連續掃描；及2個搬送載台，其係分別安裝卸下自如地載置計測對象物，而且可互相獨立移動，前述2個搬送載台係分別被獨立定位在藉由前述光應用計測器所得之計測位置、與計測對象物的交換位置的任一者，並且位於前述計測位置而且載置有前述表面形狀計測中的計測對象物的搬送載台係在連續掃描中被固定，前述光應用計測器係其中一方搬送載台被定位在前述交換位置，在計測結束後的計測對象物與接下來的計測對象物被交換的期間，進行被定位在前述計測位置的另一方搬送載台上的計測對象物的前述表面形狀計測，前述2個搬送載台係分別被定位在互相不同的計測位置，各自的計測位置係互相沿著前述預定方向的位置，並 且在前述預定方向，前述光應用計測器的掃描範圍內的位置，前述2個搬送載台的其中一方搬送載台係在被載置在另一方搬送載台的計測對象物的前述表面形狀計測結束之前，載置交換後的新的計測對象物，並且由前述交換位置移動至前述計測位置而被定位，前述計測器掃描用載台係若被載置在前述另一方搬送載台的計測對象物的前述表面形狀計測結束，由前述另一方搬送載台的前述計測位置，沿著前述預定方向移動至前述其中一方搬送載台的前述計測位置，不會停止地使前述光應用計測器開始被載置在前述其中一方搬送載台的計測對象物的前述表面形狀計測。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之連續掃描型計測裝置，其中，前述光應用計測器係由以下所構成的格子圖樣投影型表面形狀計測器：二次元攝像元件，其係以二次元狀配置將電磁波轉換成電訊號的電磁波電氣轉換元件；及攝像手段，其係由使計測對象物的像成像在前述二次元攝像元件的轉換面上的成像手段所構成；畫像輸入系，其係由與前述攝像手段的攝像方向為不同的角度，將格子狀陰影圖樣投影在計測對象物的格子圖樣投影手段所構成；及畫像處理裝置，其係將來自前述畫像輸入系的畫像訊號進行處理， 該格子圖樣投影型表面形狀計測器係被裝載在以與包含：前述格子圖樣投影手段的光軸、及前述攝像手段的光軸的平面呈平行的前述預定方向移動的前述計測器掃描用載台，前述計測器掃描用載台每逢進行固定間隔移動時，無須使前述計測器掃描用載台停止即取得畫像，使用連續的至少3個畫像，對與該等畫像共通被攝像的對象物的區域部分，按每個該區域內的像素求出格子圖樣的初期相位，藉此進行計測對象物的前述表面形狀計測。
5. 如申請專利範圍第4項之連續掃描型計測裝置，其中，前述格子圖樣投影型表面形狀計測器係在前述成像手段的前端具有環狀的瞬時照射照明器，具有：為進行前述表面形狀計測，在以固定間隔取得畫像的空隙，瞬時對計測對象物進行照射/曝光且取得畫像的功能。
6. 如申請專利範圍第4項之連續掃描型計測裝置，其中，前述格子圖樣投影型表面形狀計測器係具有可由前述成像手段的光軸方向瞬時照射的同軸落射照明器，具有：為進行前述表面形狀計測，在以固定間隔取得畫像的空隙，瞬時對計測對象物進行照射/曝光且取得畫像的功能。
7. 如申請專利範圍第5項之連續掃描型計測裝置， 其中，前述格子圖樣投影型表面形狀計測器係具有可由前述成像手段的光軸方向進行瞬時照射的同軸落射照明器，具有：為進行前述表面形狀計測，在以固定間隔取得畫像的空隙，瞬時對計測對象物進行照射/曝光且取得畫像的功能。