DE102010029091B4

DE102010029091B4 - Formmessgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE102010029091B4
Application number: DE102010029091.2A
Authority: DE
Inventors: Joong-Ki Jeong; Min-Young Kim; Seung-Jun Lee
Original assignee: Koh Young Technology Inc
Current assignee: Koh Young Technology Inc
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: US9275292B2; TWI440821B; CN104034280A; US9791266B2; JP5202575B2; JP2010271316A; US9739605B2; US20160153772A1; CN104034280B; US20130222578A1; TW201105924A; CN101893428B; CN101893428A; US20100295941A1; DE102010029091A1; DE102010064593A1

Abstract

Ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form, umfassend: Strahlen von Gittermusterlicht aus mehreren Richtungen (i) auf ein Messobjekt (A), während jedes Gittermusterlicht N Male geändert wird und das von dem Messobjekt reflektierte Gittermusterlicht (Iin) zur Gewinnung von N Musterbildern des Messobjektes bezüglich jeder Richtung detektiert wird; Berechnen einer Phase (Pi(x, y)) und einer Helligkeit (Ai(x, y)) bezüglich jeder Richtung entsprechend jedem Ort (i(x, y)) in einem X-Y-Koordinatensystem aus den Musterbildern, um eine Höhe (Hi(x, y)) für jede der Richtungen i zu bestimmen, wobei die Helligkeit (Ai(x, y)) die mittlere Intensität aller N Änderungen des Gittermusterbildes bezüglich einer der Richtungen i an dem jeweiligen Ort ist; Berechnen eines Höhengewichts (Wi(x, y)) bezüglich jeder Richtung i durch Verwendung einer Gewichtsfunktion (W = f(A, V, λ, SNR)), die die Helligkeit (Ai(x, y)), eine Sichtbarkeit (Vi(x, y)), ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder einen Gitterabstand (λ) in den Musterbildern als Parameter verwendet, wobei das Höhengewicht (Wi(x, y)) die Zuverlässigkeit der Bestimmung der jeweiligen Höhe (Hi(x, y)) beschreibt; und Berechnen einer gewichteten Höhe (Wi(x, y)·Hi(x, y)) bezüglich jeder Richtung durch Verwendung der auf der Phase (Pi(x, y)) basierenden Höhe Hi(x, y) bezüglich jeder Richtung und des Höhengewichts (Wi(x, y)) und Mitteln der gewichteten Höhen, um die Höhe (h(x, y) = Σ[Wi(x, y)·Hi(x, y)]/ΣWi(x, y)) an jedem Ort zu bestimmen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Formmessgerät und ein Formmessverfahren. Insbesondere betreffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Formmessgerät und ein Formmessverfahren, die in der Lage sind, die Messgenauigkeit zu verbessern.
DISKUSSION DES HINTERGRUNDS
Elektronische Geräte wurden entwickelt, so dass sie relativ leichteres Gewicht und kleinere Größe aufweisen. Daher erhöht sich die Möglichkeit von Defekten in diesen elektronischen Geräten, und Gerätschaft zur Untersuchung der Defekte befindet sich in der Entwicklung und Verbesserung.
In letzter Zeit ist das Verfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen Form in verschiedenen technischen Gebieten effektiv geworden. In dem Verfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen Form wurde ein Koordinatenmessgerät (CMM), das dreidimensionale Form durch ein Kontaktverfahren detektiert, verwendet. Ein Nichtkontaktverfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen Form durch Verwendung von optischen Theorien befindet sich in der Entwicklung.
Meadows und Takasaki haben 1970 das Schatten-Moiré-Verfahren entwickelt, das das repräsentative Nichtkontaktverfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen Form ist. Das Schatten-Moiré-Verfahren weist jedoch das Problem auf, dass ein Gitter zur Messung größer als ein Messobjekt sein sollte. Um obiges Problem zu lösen, entwickelte Yoshino das Projektions-Moiré-Verfahren. Zusätzlich wandte Kujawinska das Phasenverschiebungsverfahren, das für die Analyse optischer Kohärenz angewendet wird, auf das Moiré-Verfahren zur Untersuchung dreidimensionaler Form an, so dass die Messauflösung verbessert ist und die Beschränkung von Moiré-Muster aufgehoben ist.
Diese Verfahren zum Messen dreidimensionaler Form können für die Untersuchung einer gedruckten Leiterplatte verwendet werden, und Versuche zur Verbesserung der Genauigkeit werden durchgeführt.
In der US 5,085,502 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur digitalen Moire-Profilometrie offenbart. Gemäß diesem Verfahren wird ein Profil eines dreidimensionalen Objekts durch Verwendung einer Vielzahl von Kamera- und Projektoranordnungen, die unterschiedliche Bereiche des Objekts abdecken, vorgesehen. Dabei wird ein im Raum befindliches Volumen, welches durch jede Kamera und Projektoranordnung abgedeckt wird derart geeicht, dass ein dreidimensionales Volumen vorgesehen wird, in dem das zu testende Objekt angeordnet wird. Die Messungen der das Profil des zu testenden Objekts definierenden Abstände durch ein Querschnitt desselben werden erhalten durch die Kombination der Information, erhalten aus jedem der verschiedenen Aspekte, die durch jede Kamera/Projektoranordnung abgedeckt werden.
Aus der DE 198 52 149 A1 geht eine Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen hervor. Diese Vorrichtung umfasst eine Projektionsvorrichtung zur Bestrahlung der Gegenstände aus mindestens zwei vorbestimmten Richtungen jeweils mit mindestens zwei Lichtmustern oder mit einem Lichtmuster, dessen Intensitätstransmission der Summe der Intensitätstransmissionen zweier gekreuzter Liniengitter entspricht. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Sensorvorrichtung zur punktweisen Aufzeichnung der auf die Gegenstände gestrahlten Lichtmuster als Intensitätsmesswerte, die im Schnittbild mit der Objektoberfläche linear voneinander unabhängige Phasenmesswerte liefern und mit einer Auswerteeinrichtung, die für jeden der aufgezeichneten Punkte mindestens vier Phasenmesswerte und aus diesen mindestens alle räumlichen Koordinaten der Punkte bestimmt. Der zu vermessende Gegenstand ist auf einem Drehtisch angeordnet, wobei mit dem Drehtisch eine Stützanordnung mit Tragelementen in unterschiedlichen Winkeln Stellung in Bezug auf den Drehtisch verbunden ist, wobei diese mit dem Drehtisch um deren Drehachse drehbar ist. An einer Stützanordnung sind an unterschiedlichen beliebigen Positionen bezüglich des Gegenstands mindestens zwei jedoch so viele räumlich zweidimensional auflösende Empfänger angeordnet, wie sie für die Erfassung der zu messenden Bereiche des Gegenstands erforderlich sind. Neben dem Drehtisch ist mindestens eine Projektorvorrichtung angeordnet.
In der US 2006/0192925 A1 ist ein Multi-Projektorsystem offenbart, das zwei Projektoren, eine Kamera und einen Computer umfasst. Im Betrieb projizieren die Projektoren jeweils ein Bild auf eine Szene und die Kamera nimmt das von der Szene reflektierte Licht auf. Die Szene ist vorzugsweise eine ebene Oberfläche, kann jedoch auch aus jeder Art von Objekten und Oberflächen bestehen.
In der DE 196 34 254 A1 ist ein optisch-numerisches Verfahren zur Ermittlung der gesamten Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts offenbart. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen, die aus jeweils einem Projektor, vorzugsweise einem LCD-Projektor, zur Projizierung eines binären Streifenmusters auf eine Objektoberfläche und seine Umgebung und zwei CCD-Kameras, die mit Auswerteeinrichtungen verbunden sind, besteht. Bei einem entsprechenden Verfahren werden neben der Bestimmung der Raumkoordinaten von Oberflächenpunkten des zu vermessenden Objekts in den lokalen Koordinatensystemen mehrere Ansichten des Objekts die Raumkoordinaten mehrere auf oder um das vermessene Objekt aufgebrachte Passpunkte sowohl in dem den jeweiligen Ansichten zugeordneten lokalen Koordinatensystem als auch in einem übergeordneten globalen Koordinatensystem bestimmt und Transformationsparameter zwischen den Raumkoordinaten der Passpunkte des lokalen und des globalen Koordinatensystems ermittelt, welche zur Transformation der vorliegenden lokalen Raumkoordinaten der Oberflächenpunkte des zu vermessenden Objekts in das globale Koordinatensystem genutzt werden.
Aus der DE 196 37 682 A1 geht ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitliche Änderung sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens hervor. Hierbei ist vorgesehen, einen zu vermessenden Gegenstand mit Projektionsvorrichtungen aufeinanderfolgend auf mindestens zwei vorbestimmten Richtungen entweder nacheinander mit mindestens zwei unabhängigen Lichtmustern oder mit einem Lichtmuster zu belichten, wobei die Lichtintensität aus Summe zweier unabhängiger Lichtmuster beschrieben werden kann. Aus den mit einem Sensor erzeugten Aufnahmen dieser mindestens vier Lichtpunkte werden vier Phasenmesswerte für jeden Messpunkt ermittelt, d. h. pro Messpunkt steht mindestens ein überzähliger Phasenmesswert zur Verfügung, mit dem zusätzlich die Geometrieparameter der Messvorrichtung mit Hilfe ansonsten bekannter mathematischer Verfahren bestimmt werden. Ein derartiges Messsystem soll selbstkalibrierend sein.
In der DE 197 47 061 A1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur flächenhaften dreidimensionalen optischen Vermessung von Objekten beschrieben. Hierbei ist vorgesehen, dass durch Projektion zweier gekreuzter Liniengittersequenzen bei der Triangulation projektorseitig nicht mehr zwischen Lichtschnittebene, sondern zwischen eindeutig identifizierbaren Projektionsstrahlen unterschieden wird. Die so erzeugten Projektionsstrahlen gehen von ortsfesten Punkten des Projektionsgitters aus, so dass sie sich, unabhängig von den optischen Fehlern von Projektionsgitter und Projektorobjektiv, exakt geradlinig innerhalb des Projektionskegels ausbreiten. Auf diese Weise sollen kurze Objektivbrennweiten verwendbar sein, die bei gleichem Gesichtsfeld einen erheblich geringeren Messabstand ermöglichen.
Aus der US 2003/0007680 A1 gehen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von dreidimensionalen Informationen hervor. Diese Vorrichtung umfasst einen Sensorkopf, der eine rechte und eine linke Abtastlinse aufweist. Weiterhin umfasst diese Vorrichtung eine Zuverlässigkeitsbestimmungseinrichtung, die den Zuverlässigkeitslevel der berechneten Abstandsinformation auf Basis der Ausgabe einer Okklusionsbestimmungseinrichtung berechnet. Die Abstandsinformationen werden auf Basis von trigonometrischen Messungen auf Basis des Verhältnisses zwischen korrespondierenden Punkten berechnet.
In der DE 10 2007 004 122 A1 ist ein Verfahren für das Messen einer dreidimensionalen Form offenbart. Dieses Verfahren wird mittels einer Vorrichtung ausgeführt die zur Messung der dreidimensionalen Form eine zentrale Steuereinheit, eine Modulsteuereinheit, eine Bildaufnahmeeinheit, mindestens einen Musterprojektor, eine zweite Beleuchtungsquelle, einen Koordinatentisch, eine Tischbewegungsvorrichtung und eine Kamera aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung offenbart ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form, umfassend: Strahlen von Gittermusterlicht aus mehreren Richtungen auf ein Messobjekt, während jedes Gittermusterlicht N Male geändert wird und das von dem Messobjekt reflektierte Gittermusterlicht (I_in) zur Gewinnung von N Musterbildern des Messobjektes bezüglich jeder Richtung detektiert wird; Berechnen einer Phase (P_i(x, y)) und einer Helligkeit (A_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung entsprechend jedem Ort (i(x, y)) in einem X-Y-Koordinatensystem aus den Musterbildern; um eine Höhe (H_i(x, y)) zu bestimmen; Berechnen eines Höhengewichts (W_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung durch Verwendung einer Gewichtsfunktion (W = f(A, V, λ)), die die Helligkeit (A_i(x, y)) als Parameter verwendet; und Berechnen einer gewichteten Höhe (W_i(x, y)·H_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung durch Verwendung der auf der Phase (P_i(x, y)) basierenden Höhe H_i(x, y) bezüglich jeder Richtung und des Höhengewichts (W_i(x, y)) und Mitteln der gewichteten Höhen, um die Höhe (h = Σ[W_i(x, y)·H_i(x, y)]/ΣW_i(x, y)) an jedem Ort zu bestimmen.
Die Helligkeit kann einer durchschnittlichen Helligkeit entsprechen, die durch Mitteln der detektierten Gittermusterlichte gewonnen wird.
Die Gewichtsfunktion kann ferner mindestens eines einer Sichtbarkeit und eines SNR (Signal-Rausch-Verhältnisses) bezüglich jeder Richtung, die aus den Musterbildern bezüglich jeder Richtung extrahiert werden, als Parameter einsetzen.
Die Gewichtsfunktion kann ferner einen Messbereich (λ), der einem Gitterabstand jedes Gittermusterlichts, der aus den Musterbildern bezüglich jeder Richtung extrahiert wird, entspricht, als Parameter einsetzen. Der Messbereich kann gemäß den Gittermusterlichten mindestens zwei Werte aufweisen.
Die Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht verringern, wenn die durchschnittliche Helligkeit von einem vorbestimmten Wert aus zunimmt oder abnimmt. Der vorbestimmte Wert kann ein mittlerer Wert der durchschnittlichen Helligkeit sein.
Die Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht erhöhen, wenn sich die Sichtbarkeit oder das SNR erhöht.
Die Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht verringern, wenn sich der Messbereich vergrößert.
Das Extrahieren des Höhengewichts bezüglich jeder Richtung kann Unterteilen der Musterbilder in einen Schattenbereich, einen Sättigungsbereich und einen Nicht-Sättigungsbereich beinhalten. Der Schattenbereich entspricht einem Bereich, in dem die durchschnittliche Helligkeit unter einer minimalen Helligkeit liegt und die Sichtbarkeit oder das SNR unter einem minimalen Referenzwert liegt, der Sättigungsbereich entspricht einem Bereich, in dem die durchschnittliche Helligkeit über einer maximalen Helligkeit liegt und die Sichtbarkeit oder das SNR unter dem minimalen Referenzwert liegt und der Nicht-Sättigungsbereich entspricht einem restlichen Bereich außer dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich. Die Gewichtsfunktion kann als '0' betrachtet werden, um das Höhengewicht in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich zu gewinnen. Die dem Nicht-Sättigungsbereich entsprechende Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht verringern, wenn die durchschnittliche Helligkeit von einem mittleren Wert der durchschnittlichen Helligkeit aus zunimmt oder abnimmt, kann das Höhengewicht erhöhen, wenn die Sichtbarkeit oder das SNR zunimmt, und kann das Höhengewicht erhöhen, wenn sich der Messbereich vergrößert.
Die Summe der Höhengewichte kann gleich 1 sein {ΣW_i(x, y) = 1}.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung offenbart ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form. Das Verfahren beinhaltet Leuchten von Gittermusterlichten in einer Vielzahl von Richtungen auf ein Messobjekt, während jedes der Gittermusterlichte N Mal geändert wird und die von dem Messobjekt reflektierten Gittermusterlichte detektiert werden, zur Gewinnung von N Musterbildern des Messobjektes bezüglich jeder Richtung, Extrahieren einer Phase {P_i(x, y)} und einer Sichtbarkeit {V_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung entsprechend jedem Ort {i(x, y)} in einem X-Y-Koordinatensystem aus den Musterbildern, Extrahieren eines Höhengewichts {W_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung durch Verwendung einer Gewichtsfunktion, die die Sichtbarkeit als Parameter einsetzt, und Berechnen einer Gewichtshöhe {W_i(x, y)·H_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung durch Multiplizieren einer auf der Phase basierenden Höhe mit dem Höhengewicht und Summieren von Gewichtshöhen, um eine Höhe {ΣW_i(x, y)·H_i(x, y)/ΣW_i(x, y)} an jedem Ort zu bestimmen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein zweidimensionales Formbild durch Verwendung gemessener dreidimensionaler Daten gewonnen werden, so dass zusätzliche Daten für das zweidimensionale Formbild nicht erforderlich sein mögen.
Wenn das zweidimensionale Formbild und das dreidimensionale Formbild, die beide gemessen werden, zusammen verwendet werden, können ferner Defekte der PCB effektiv untersucht werden.
Ferner kann die Untersuchungsgenauigkeit verbessert werden, wenn Luminanz zusätzlicher zweidimensionaler Bilder verwendet wird.
Zusätzlich werden durchschnittliche Helligkeit, Sichtbarkeit oder SNR und Messbereich aus den in jeder Richtung fotografierten Musterbildern extrahiert, und Höhengewicht wird gemäß dem extrahierten Ergebnis bestimmt, um dadurch eine Höhe an jedem Ort des Messobjektes in Gesamtbereichen einschließlich eines Schattenbereichs und eines Sättigungsbereichs genauer zu messen.
Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch und erläuternd sind und dazu intendiert sind, weitere Erklärung der beanspruchten Erfindung bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen, und in dieser Spezifikation inkorporiert sind und einen Teil derselben bilden, illustrieren Ausführungen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
1 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Formmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist eine schematische Draufsicht, die ein Formmessgerät gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
3 ist eine Draufsicht, die ein Objektsubstrat in 1 illustriert.
4 ist ein Diagramm, das das Formmessgerät beim Messen eines dreidimensionalen Bildes zeigt.
5 stellt Graphen dar, die ein Prinzip zum Messen eines zweidimensionalen Bildes zeigen.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Messgerät für dreidimensionale Formen illustriert, das ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet.
7 ist eine Draufsicht, die ein Gittermusterbild durch ein auf ein Messobjekt in 6 geleuchtetes Gittermusterlicht illustriert.
8 ist eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen wird, wenn das Gittermusterlicht von einer rechten Seite auf das Messobjekt geleuchtet wird.
9 ist eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen wird, wenn das Gittermusterlicht von einer linken Seite auf das Messobjekt geleuchtet wird.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen durchschnittlicher Helligkeit und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sichtbarkeit oder SNR und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
12 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Messbereich und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ILLUSTRIERTEN AUSFÜHRUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend vollständiger mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt interpretiert werden. Diese Ausführungsbeispiele werden vielmehr bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist, und werden dem Fachmann den Umfang der vorliegenden Erfindung vollständig vermitteln. In den Zeichnungen können die Größen und relativen Größen von Schichten und Bereichen der Klarheit halber übertrieben sein.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als „auf oder „verbunden mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, es oder sie direkt auf oder verbunden mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein kann oder auch dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden, wenn ein Element als „direkt auf oder „direkt verbunden mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird. Ähnliche Zahlen beziehen sich durchweg auf ähnliche Elemente. Wie hierin verwendet beinhaltet der Ausdruck „und/oder” sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der assoziierten aufgezählten Elemente.
Es versteht sich, dass, obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet sein können, um verschiedene Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Somit könnte ein nachstehend erörtertes erstes Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb”, „unter”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen können hierin zur einfacheren Beschreibung verwendet werden, um die in den Figuren illustrierte Beziehung eines Elementes oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben. Es versteht sich, dass die räumlich relativen Begriffe verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung umfassen sollen. Wenn zum Beispiel die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, wären Elemente, die als „unter” anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben sind, nun „über” den anderen Elementen oder Merkmalen orientiert. Somit kann der beispielhafte Begriff „unter” sowohl die Ausrichtung „über” als auch „unter” umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder mit anderen Ausrichtungen), und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können entsprechend interpretiert werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht die vorliegende Erfindung einschränken. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” ebenfalls die Pluralformen beinhalten, es sei denn, der Kontext bringt deutlich das Gegenteil zum Ausdruck. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn sie in dieser Spezifikation verwendet werden, das Vorhandensein ausgewiesener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hierin unter Bezug auf Querschnittsdarstellungen beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsbeispielen (und Zwischenstrukturen) der vorliegenden Erfindung sind. Somit sind Abweichungen von den Formen der Darstellungen als Ergebnis zum Beispiel von Herstellungstechniken und/oder -toleranzen zu erwarten. Daher sollten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht als auf die hierin dargestellten bestimmten Formen von Bereichen beschränkt interpretiert werden, sondern sollen Abweichungen in Formen beinhalten, die zum Beispiel aus der Herstellung resultieren. Zum Beispiel weist ein als Rechteck illustrierter implantierter Bereich üblicherweise abgerundete oder gekrümmte Umrisse auf und/oder ein Gradient von Implantatkonzentration an seinen Kanten anstatt einer binären Veränderung von implantiertem zu nicht implantiertem Bereich. Ebenso kann ein durch Implantierung ausgebildeter verdeckter Bereich etwas Implantierung in dem Bereich zwischen dem verdeckten Bereich und der Oberfläche, durch die die Implantierung stattfindet, zur Folge haben. Daher sind die in den Figuren illustrierten Bereiche von schematischer Natur, und ihre Formen sollen nicht die eigentliche Form eines Bereichs einer Vorrichtung illustrieren, und sie sollen nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung limitieren.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) dieselbe Bedeutung wie sie ein Durchschnittsfachmann des Gebietes, zu dem diese Erfindung gehört, üblicherweise verstehen würde. Es versteht sich ferner, dass Begriffe wie die in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definierten mit einer Bedeutung interpretiert werden sollten, die mit ihrer Bedeutung in dem Kontext des relevanten Gebiets konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder überformalen Sinn interpretiert werden sollen, sofern hierin nicht ausdrücklich so definiert.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Formmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
Unter Bezug auf 1 beinhaltet ein Formmessgerät 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Arbeitsgestell 1130, einen Musterprojektionsteil 1110, einen Bilderfassungsteil 1150 sowie einen Steuerteil 1140. Zusätzlich kann das Formmessgerät 1100 ferner eine erste ergänzende Lichtquelle 1160 und eine zweite ergänzende Lichtquelle 1170 beinhalten.
Das Arbeitsgestell 1130 stützt ein Objektsubstrat 1120, auf dem ein Messobjekt A angeordnet ist. Ferner transportiert das Arbeitsgestell 1130 das Messobjekt A entlang mindestens einer einer x-Achsenrichtung und einer y-Achsenrichtung. Wenn das Arbeitsgestell 1130 von dem Steuerteil 1140 gesteuert wird, so dass es das Objektsubstrat 1120 an einen geeigneten Ort transportiert, können die erste ergänzende Lichtquelle 1160 und die zweite ergänzende Lichtquelle 1170 ein Licht in Richtung des Messobjektes A des Objektsubstrats 1120 strahlen, um Gesamtmessbereiche des Objektsubstrats 1120 durch Verwendung von zum Beispiel einer Identifizierungsmarkierung des Objektsubstrats 1120 aufzustellen.
Der Musterprojektionsteil 1110 projiziert ein Gitterbild in Richtung des Messobjektes A. Das Formmessgerät 1100 kann eine Vielzahl der Musterprojektionsteile 1110 beinhalten, die derart angeordnet sind, dass die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 Gitterbilder mit einem bestimmten Winkel bezüglich einer Normalen des Objektsubstrats 1120 in Richtung des Objektsubstrats 1120 projizieren. Ferner kann die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 bezüglich der Normalen symmetrisch angeordnet sein. Jeder der Musterprojektionsteile 1110 beinhaltet eine Lichtquelle 1111, ein Gitterteil 1112 sowie ein Projektionslinsenteil 1113. Zum Beispiel können zwei der Musterprojektionsteile 1110 bezüglich des Messobjektes A symmetrisch angeordnet sein.
Die Lichtquelle 1111 strahlt Licht in Richtung des Messobjektes A aus.
Das Gitterteil 1112 erzeugt ein Gitterbild durch Verwendung des von der Lichtquelle 1111 generierten Lichts. Das Gitterteil 1112 beinhaltet einen Licht blockierenden Bereich (nicht gezeigt) sowie einen Licht transmittierenden Bereich (nicht gezeigt). Der Licht blockierende Bereich blockiert einen Teil des von der Lichtquelle 1111 generierten Lichts, und der Licht transmittierende Bereich transmittiert einen anderen Teil des Lichts. Das Gitterteil 1112 kann in verschiedenen Typen ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Gitterteil 1112 durch eine Glasplatte, auf der ein Gitter mit einem Licht blockierenden Bereich und einem Licht transmittierenden Bereich strukturiert ist, ausgebildet sein. Wahlweise kann eine Flüssigkristallanzeigetafel als das Gitterteil 1112 verwendet werden.
Wenn die Glasplatte, auf der das Gitter mit dem Licht blockierenden Bereich und dem Licht transmittierenden Bereich, als das Gitterteil 1112 verwendet wird, beinhaltet das Formmessgerät 1100 ferner einen Aktuator (nicht gezeigt), um das Gitterteil 1112 minuziös zu transportieren. Wenn eine Flüssigkristallanzeigetafel als das Gitterteil 1112 verwendet wird, kann ein Gittermuster von der Flüssigkristallanzeigetafel angezeigt werden, so dass das Formmessgerät 1100 den Aktuator nicht benötigt.
Das Projektionslinsenteil 1113 erzeugt ein Gitterbild des Gitterteils 1112 auf dem Messobjekt A des Objektsubstrats 1120. Das Projektionslinsenteil 1113 kann zum Beispiel eine Vielzahl von Linsen beinhalten, das Gitterteil 1112 zur Fokussierung des auf dem Messobjekt A auf dem Objektsubstrat 1120 anzuzeigenden Gitterbildes.
Der Bilderfassungsteil 1150 empfängt das von dem Messobjekt A des Objektsubstrats 1120 reflektierte Gitterbild. Der Bilderfassungsteil 1150 beinhaltet zum Beispiel eine Kamera 1151 sowie ein Erfassungslinsenteil 1152. Das von dem Messobjekt A reflektierte Gitterbild durchläuft das Erfassungslinsenteil 1152, um von der Kamera 1151 erfasst zu werden.
Der Steuerteil 1140 steuert das Arbeitsgestell 1130, den Musterprojektionsteil 1110 und den Bilderfassungsteil 1150, berechnet einen Zuverlässigkeitsindex des von dem Bilderfassungsteil 1150 erfassten Gitterbildes sowie Phasen des Messobjektes A und verarbeitet das von dem Bilderfassungsteil 1150 erfasste Gitterbild, um eine zweidimensionale Form und eine dreidimensionale Form zu messen. Der Prozess zum Messen der zweidimensionalen Form und der dreidimensionalen Form, der von dem Steuerteil 1140 durchgeführt wird, wird später im Detail beschrieben.
Der Steuerteil 1140 untersucht das Messobjekt durch Verwendung der Phase und des Zuverlässigkeitsindex. Im Einzelnen kann die Phase zum Messen der dreidimensionalen Form des Messobjektes A verwendet werden, und der Zuverlässigkeitsindex kann zum Bestimmen von gut oder schlecht im Hinblick auf das Messobjekt verwendet werden. Zum Beispiel kann mindestens eines einer Signalintensität, einer Sichtbarkeit und eines SNR (Signal-Rausch-Verhältnisses) für den Zuverlässigkeitsindex verwendet werden. Die λ-Signalintensität kann unter Bezug auf Ausdruck 14 und Ausdruck 15 erklärt werden, die γ-Sichtbarkeit kann unter Bezug auf Ausdruck 16 oder Ausdruck 17 erklärt werden, und die SNR bedeutet ein Verhältnis von oder Differenz zwischen einer periodischen Funktion, die während des N-Bucket-Algorithmus-Prozesses des Filterns von Bildern, die von dem Bilderfassungsteil 1150 erfasst werden, generiert wird, und einem reellen Signal. Im Einzelnen ist das SNR (Sichtbarkeit·D in Ausdruck 1)/temporales Rauschen.
Wenn der Zuverlässigkeitsindex außerhalb eines Einstellungswertes liegt, bestimmt der Steuerteil 1140 das Messobjekt A als ein schlechtes.
Zum Beispiel bestimmt der Steuerteil 1140, dass das Messobjekt schlecht ist, wenn die Differenz zwischen der durch Ausdruck 16 oder Ausdruck 17 gewonnenen Sichtbarkeit γ eines bestimmten Bereichs des Formbildes und der Sichtbarkeit γ eines peripheren Bereichs außerhalb des Bereiches des Einstellungswertes liegt.
Ferner kann eine der ersten ergänzenden Lichtquelle 1160 und der zweiten ergänzenden Lichtquelle 1170 zum Messen der zweidimensionalen Form verwendet werden. Im Einzelnen strahlt eine der ersten ergänzenden Lichtquelle 1160 und der zweiten ergänzenden Lichtquelle 1170 Licht in Richtung des Messobjekts A des Objektsubstrats 1120 aus, und reflektiertes Licht wird von der Kamera 1151 des Bilderfassungsteils 1150 erfasst, um ein zweidimensionales Formbild zu generieren.
Auch wenn die Differenz des Zuverlässigkeitsindex innerhalb des Einstellungswertes liegt, kann der Steuerteil 1140 bestimmen, dass das Messobjekt A schlecht ist, wenn die Luminanzdifferenz zwischen dem bestimmten Bereich des zweidimensionalen Formbildes und dem peripheren Bereich des zweidimensionalen Formbildes außerhalb eines weiteren Einstellungswertes liegt. Ferner kann der Steuerteil 1140 bestimmen, dass das Messobjekt A schlecht ist, wenn die Luminanz eines bestimmten Bereichs des Messobjektes A außerhalb eines weiteren Einstellungswertes liegt.
Zum Beispiel bestimmt der Steuerteil 1140, auch wenn die Differenz zwischen der durch Ausdruck 16 oder Ausdruck 17 gewonnenen Sichtbarkeit γ eines bestimmten Bereichs und der Sichtbarkeit γ eines peripheren Bereichs innerhalb des Einstellungswertes liegt, dass das Messobjekt A schlecht ist, wenn die Luminanzdifferenz oder Intensitätsdifferenz zwischen dem bestimmten Bereich und dem peripheren Bereich des durch die erste ergänzende Lichtquelle 1160 oder die zweite ergänzende Lichtquelle 1170 gewonnenen zweidimensionalen Bildes außerhalb eines weiteren Einstellungswertes liegt.
Der Steuerteil 1140 untersucht die zweidimensionale Form und die dreidimensionale Form eines Bereichs des Interesses (ROI) in Sichtfeldern (FOV) in Folge.
2 ist eine schematische Draufsicht, die ein Formmessgerät gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Formmessgerät gemäß der vorliegenden Ausführung ist im Wesentlichen dasselbe außer dem Musterprojektionsteil des Formmessgeräts 1100 in 1. Daher werden dieselben Bezugszahlen für dieselben Elemente verwendet, und jegliche weitere Beschreibung wird weggelassen.
Unter Bezug auf 2 beinhaltet das Formmessgerät gemäß der vorliegenden Ausführung eine Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110, deren jeder ein Gitterteil 1112 aufweist. Die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 ist an Spitzen eines Polygons angeordnet. In 2 sind vier Musterprojektionsteile 1110 an Spitzen eines Quadrats angeordnet. Die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 kann jedoch an Spitzen von Hexagon, Oktagon usw. angeordnet sein.
Wenn das Gitterbild nur an einer Seite erfasst wird, kann eine exakte dreidimensionale Form gewonnen werden, da das Messobjekt A ein Vorsprung ist, so dass das Gitterbild an der anderen Seite ankommen kann. Daher kann das Gitterbild an beiden einander gegenüberliegenden Seiten erfasst werden, um die exakte dreidimensionale Form zu gewinnen.
Zum Beispiel kann, wenn das Messobjekt A eine rechteckige Form aufweist, der Steuerteil 1140 zwei einander gegenüber angeordnete Musterprojektionsteile 1110 einschalten. Wenn die Form des Messobjektes A, die von dem Steuerteil 1140 erfasst wird, komplex ist, kann der Steuerteil 1140 mehr als zwei Musterprojektionsteile 1110 einschalten.
3 ist eine Draufsicht, die ein Objektsubstrat in 1 illustriert. Unter Bezug auf 3 beinhaltet das Objektsubstrat 1120, wie beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte (PCB), zum Beispiel einen Padbereich 1121 (oder Auffächerungsbereich) sowie einen Gerätemontierbereich 1122.
Der Padbereich 1121 ist ein Bereich, in dem ein Pad zum elektrischen Verbinden ausgebildet ist, und der Gerätemontierbereich 1122 ist ein Bereich, auf dem ein Gerät montiert wird.
Ein Gerät wird durch Lotpaste auf dem Gerätemontierbereich 1122 montiert. Wenn die Form oder die Menge der Lotpaste nicht richtig gesteuert wird, kann das Gerät mit anderen Geräten elektrisch verbunden werden und so Funktionsstörungen verursachen. Daher wird die Form und die Höhe der Lotpaste gemessen, um eine dreidimensionale Form der Lotpaste zu gewinnen, um zu überprüfen, dass die Form oder die Menge der Lotpaste richtig gesteuert ist.
Ferner sollte der Padbereich 1121 überprüft werden, um elektrischen Kurzschluss mit anderen Padbereichen zu verhindern. In diesem Fall kann die durch Ausdruck 14 oder Ausdruck 15 gewonnene zweidimensionale Form verwendet werden, um elektrischen Kurzschluss zwischen den Padbereichen zu überprüfen.
Zusätzlich sollte der Padbereich 1121 eine flache Oberfläche aufweisen. Wenn der Padbereich 1121 zerkratzt ist, kann der Padbereich eine schlechte Verbindung mit einem Gerät verursachen. Daher ist die Oberflächenuntersuchung des Padbereichs 1121 sehr wichtig.
Für die Oberflächenuntersuchung wird der Zuverlässigkeitsindex des Padbereichs 1121 untersucht. Wenn der Zuverlässigkeitsindex eines bestimmten Bereichs außerhalb des Einstellungswertes liegt, wird der Padbereich 1121 als schlecht bestimmt. Auch wenn der Zuverlässigkeitsindex des bestimmten Bereichs innerhalb des Einstellungswertes liegt, eine Luminanzdifferenz eines bestimmten Bereichs und eines peripheren Bereichs in einem durch Verwendung einer der ersten ergänzenden Lichtquelle 1160 und der zweiten ergänzenden Lichtquelle 1170 in 1 gewonnenen zweidimensionalen Bild außerhalb eines weiteren Einstellungswertes liegt, wird der Pad als schlecht bestimmt, da der Pad einen Kratzer aufweist.
Der Padbereich 1121 ist eine flache Metalloberfläche, so dass die Menge an von dem Padbereich 1121 reflektiertem und von der Kamera 1151 des Bilderfassungsteils 1150 in 1 erfasstem Licht gesättigt sein kann. Daher kann ein verschobener Phasenwert gemessen werden. Der Zuverlässigkeitsindex kann jedoch gemessen werden. Daher kann der Padbereich 1121 durch Verwendung des Zuverlässigkeitsindex untersucht werden, auch wenn die Menge an von dem Padbereich 1121 reflektiertem Licht gesättigt ist. Ferner kann der Zuverlässigkeitsindex jedes Musterprojektionsteils 1110 als Gewichtswert für die von jedem Musterprojektionsteil 1110 gemessene Höhe verwendet werden.
Im Obigen sind die Formmessgeräte gemäß den vorliegenden Ausführungen erklärt. Das Formmessverfahren gemäß der vorliegenden Ausführung ist im Wesentlichen dasselbe wie das des Formmessgeräts. Das heißt gemäß einem Formmessverfahren der vorliegenden Erfindung werden von einem Messobjekt reflektierte Gitterbilder gewonnen, während ein Gitter mehrere Male verschoben wird. Dann wird der Zuverlässigkeitsindex des Gitterbildes gewonnen. Wenn der Zuverlässigkeitsindex innerhalb des Einstellungswertes liegt, wird das Messobjekt als gut bestimmt, und wenn der Zuverlässigkeitsindex außerhalb des Einstellungswertes liegt, wird das Messobjekt als schlecht bestimmt. Ferner kann ein zweidimensionales Formbild des Messobjektes gewonnen werden, und auch wenn der Zuverlässigkeitsindex des Pads innerhalb des Einstellungswertes liegt, kann das Pad als schlecht bestimmt werden, wenn eine Luminanzdifferenz zwischen einem bestimmten Bereich und einem peripheren Bereich des zweidimensionalen Formbildes außerhalb eines bestimmten Wertes liegt.
4 ist ein Diagramm, das das Formmessgerät beim Messen eines dreidimensionalen Bildes zeigt.
Das Gitterbild wird auf das Objektsubstrat 1120 in 1 gestrahlt. Dann wird die Intensität I von von dem Objektsubstrat 1120 reflektierten und von dem Bilderfassungsbereich 1150 erfassten Bildern als folgender Ausdruck 1, der der Moiré-Gleichung entspricht, ausgedrückt.
Ausdruck 1

I = D[1 + γcos( 2πh / Δ)]
wobei I von dem Bilderfassungsteil 1150 erfasste Intensität ist, D Signalintensität (oder eine Funktion von DC-Lichtintensität (oder Lichtquellenintensität) und Reflexionsvermögen) ist, γ Sichtbarkeit (eine Funktion von Reflexionsvermögen und Gitterperiode) ist, λ Moiré-Äquivalenzperiode (eine Funktion von Vergrößerung, der Gitterperiode und Strahlungswinkel θ) ist.

In Ausdruck 1 ist Intensität I eine Funktion von Höhe h, so dass Höhe h durch Verwendung von Intensität I gewonnen werden kann.
Wenn die Gitterphase verschoben wird und das reflektierte Bild von dem Bilderfassungsteil 1150 in 1 erfasst wird, kann Ausdruck 1 als Ausdruck 2 ausgedrückt werden.
Ausdruck 2

I_k = D[1 + γcos( 2πh / Δ) + δ_k)]

Wobei δ_k Phasenverschiebung ist und 2πh/λ einer Phase θ entspricht, die dem Messobjekt entspricht.
Um Höhe h durch Verwendung von Ausdruck 2 zu gewinnen, sind mindestens drei Phasenverschiebungen erforderlich.
Zum Beispiel kann die Höhe h wie folgt gewonnen werden, wenn drei Phasenverschiebungen angewendet werden (3-Bucket-Algorithmus). In Ausdruck 2 wird null Radiant als δ1 angewendet, um I1 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 3 ausgedrückt.
Ausdruck 3

I₁ = D[1 + γcos( 2πh / Δ)]

In Ausdruck 2 wird 2π/3 Radiant als δ2 angewendet, um I2 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 4 ausgedrückt.
Ausdruck 4
In Ausdruck 2 wird 4π/3 Radiant als δ3 angewendet, um I3 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 5 ausgedrückt.
Ausdruck 5
Durch Verwendung von Ausdruck 3, Ausdruck 4 und Ausdruck 5 wird folgender Ausdruck 6 gewonnen.
Ausdruck 6
Durch Verwendung von Ausdruck 6 kann die Höhe h als folgender Ausdruck 7 gewonnen werden.
Ausdruck 7
Zum Beispiel kann die Höhe h wie folgt gewonnen werden, wenn vier Phasenverschiebungen angewendet werden (4-Bucket-Algorithmus). In Ausdruck 2 wird null Radiant als δ1 angewendet, um I1 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 8 ausgedrückt.
Ausdruck 8
In Ausdruck 2 wird π/2 Radiant als δ2 angewendet, um I2 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 9 ausgedrückt.
Ausdruck 9
In Ausdruck 2 wird π Radiant als δ3 angewendet, um I3 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 10 ausgedrückt.
Ausdruck 10

I₃ = D[1 + γcos( 2πh / Δ + π)] = D[1 – γcos( 2πh / Δ]

In Ausdruck 2 wird 3π/2 Radiant als δ4 angewendet, um I4 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck 11 ausgedrückt.
Ausdruck 11
Durch Verwendung von Ausdruck 8, Ausdruck 9, Ausdruck 10 und Ausdruck 11 wird folgender Ausdruck 12 gewonnen.
Ausdruck 12
Durch Verwendung von Ausdruck 12 kann die Höhe h als folgender Ausdruck 13 gewonnen werden.
Ausdruck 13
Wenn das Gitterbild auf das Messobjekt gestrahlt wird und das reflektierte Bild erfasst wird, während das Gitter verschoben wird, kann eine dreidimensionale Form des Messobjektes durch Verwendung von Ausdruck 7 oder Ausdruck 13 gewonnen werden.
5 stellt Graphen dar, die ein Prinzip zum Messen eines zweidimensionalen Bildes zeigen. Das arithmetische Mittel I_ave von I₁, I₂, I₃ und I₄ kann als folgender Ausdruck 14 gewonnen werden.
Ausdruck 14
Wie in Ausdruck 14 gezeigt, kann der Effekt des Gitters ausgeglichen werden, wenn er gemittelt wird, so dass ein zweidimensionales Formbild gewonnen werden kann.
Im Fall des 3-Bucket-Algorithmus kann das arithmetische Mittel I_ave von I₁, I₂ und I₃ in Ausdrücken 3, 4 beziehungsweise 5 als folgender Ausdruck 15 ausgedrückt werden.
Ausdruck 15
Andererseits kann die Sichtbarkeit γ in Ausdruck 2 durch Verwendung von Ausdruck 3, 4, 5, und 15 im Fall des 3-Bucket-Algorithmus als folgender Ausdruck 16 ausgedrückt werden.
Ausdruck 16
Die Sichtbarkeit γ in Ausdruck 2 kann durch Verwendung von Ausdruck 8, 9, 10, 11 und 14 im Fall des 4-Bucket-Algorithmus als folgender Ausdruck 17 ausgedrückt werden.
Ausdruck 17
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein zweidimensionales Formbild durch Verwendung gemessener dreidimensionaler Daten gewonnen werden, so dass zusätzliche Daten für das zweidimensionale Formbild nicht erforderlich sein mögen.
Wenn das zweidimensionale Formbild und das dreidimensionale Formbild, die beide gemessen werden, zusammen verwendet werden, können ferner Defekte der PCB effektiv untersucht werden.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Messgerät für dreidimensionale Formen illustriert, das ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet.
Unter Bezug auf 6 kann ein Messgerät für dreidimensionale Formen, das ein Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet, einen Messgestellteil 100, einen Bildfotografierteil 200, erste und zweite Beleuchtungsteile 300 und 400, einen Bildgewinnungsteil 500, einen Modulsteuerteil 600 sowie einen zentralen Steuerteil 700 beinhalten.
Der Messgestellteil 100 kann ein ein Messobjekt 10 unterstützendes Gestell 110 sowie eine das Gestell 110 umsetzende Gestellumsetzeinheit 120 beinhalten. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Messort in dem Messobjekt 10 in Entsprechung dazu verändert werden, wie sich das Messobjekt 10 durch das Gestell 110 bezüglich des Bildfotografierteils 200 und der ersten und zweiten Beleuchtungsteile 300 und 400 bewegt.
Der Bildfotografierteil 200 ist über dem Gestell 110 angeordnet, um von dem Messobjekt 10 reflektiertes Licht zu erhalten und ein Bild des Messobjektes 10 zu messen. Das heißt der Bildfotografierteil 200 erhält das Licht, das aus den ersten und zweiten Beleuchtungsteilen 300 und 400 austritt und von dem Messobjekt 10 reflektiert wird, und fotografiert ein ebenes Bild des Messobjektes 10.
Der Bildfotografierteil 200 kann eine Kamera 210, eine Bildgebungslinse 220, ein Filter 230 sowie eine Lampe 240 beinhalten. Die Kamera 210 empfängt das von dem Messobjekt 10 reflektierte Licht und fotografiert das ebene Bild des Messobjektes 10. Die Kamera 210 kann zum Beispiel eine einer CCD-Kamera und einer CMOS-Kamera beinhalten. Die Bildgebungslinse 220 ist unter der Kamera 210 angeordnet, um das von dem Messobjekt 10 reflektierte Licht auf der Kamera 210 abzubilden. Das Filter 230 ist unter der Bildgebungslinse 220 angeordnet, um das von dem Messobjekt 10 reflektierte Licht zu filtern und das gefilterte Licht der Bildgebungslinse 220 bereitzustellen. Das Filter 230 kann zum Beispiel eines eines Frequenzfilters, eines Farbfilters und eines Lichtintensitätssteuerfilters beinhalten. Die Lampe 240 kann unter dem Filter 230 in einer Kreisform angeordnet sein, um dem Messobjekt 10 das Licht bereitzustellen, um ein bestimmtes Bild, wie zum Beispiel eine zweidimensionale Form des Messobjektes 10, zu fotografieren.
Der erste Beleuchtungsteil 300 kann zum Beispiel an einer rechten Seite des Bildfotografierteils 200 angeordnet sein, um bezüglich des das Messobjekt 10 unterstützenden Gestells 110 geneigt zu sein. Der erste Beleuchtungsteil 300 kann eine erste Lichtquelleneinheit 310, eine erste Gittereinheit 320, eine erste Gitterumsetzeinheit 330 sowie einen ersten Kondensor 340 beinhalten. Die erste Lichtquelleneinheit 310 kann eine Lichtquelle sowie mindestens eine Linse beinhalten, um Licht zu generieren, und die erste Gittereinheit 320 ist unter der ersten Lichtquelleneinheit 310 angeordnet, um das von der ersten Lichtquelleneinheit 310 generierte Licht in ein erstes Gittermusterlicht mit einem Gittermuster zu verändern. Die erste Gitterumsetzeinheit 330 ist mit der ersten Gittereinheit 320 verbunden, um die erste Gittereinheit 320 umzusetzen, und kann zum Beispiel eine einer piezoelektrischen Umsetzeinheit und einer feinen linearen Umsetzeinheit beinhalten. Der erste Kondensor 340 ist unter der ersten Gittereinheit 320 angeordnet, um das erste Gittermusterlicht, das aus der ersten Gittereinheit 320 austritt, auf dem Messobjekt 10 zu kondensieren
Zum Beispiel kann der zweite Beleuchtungsteil 400 an einer linken Seite des Bildfotografierteils 200 angeordnet sein, um bezüglich des das Messobjekt 10 unterstützenden Gestells 110 geneigt zu sein. Der zweite Beleuchtungsteil 400 kann eine zweite Lichtquelleneinheit 410, eine zweite Gittereinheit 420, eine zweite Gitterumsetzeinheit 430 sowie einen zweiten Kondensor 440 beinhalten. Der zweite Beleuchtungsteil 400 gleicht im Wesentlichen dem oben beschriebenen ersten Beleuchtungsteil 300, und daher wird jede weitere Beschreibung weggelassen.
Wenn die erste Gitterumsetzeinheit 330 die erste Gittereinheit 320 sequenziell N mal bewegt und in dem ersten Beleuchtungsteil 300 N erste Gittermusterlichte auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden, kann der Bildfotografierteil 200 sequenziell die N ersten von dem Messobjekt 10 reflektierten Gittermusterlichte empfangen und N erste Musterbilder fotografieren. Wenn die zweite Gitterumsetzeinheit 430 die zweite Gittereinheit 420 sequenziell N mal bewegt und in dem zweiten Beleuchtungsteil 400 N erste Gittermusterlichte auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden, kann des Weiteren der Bildfotografierteil 200 sequenziell die N zweiten von dem Messobjekt 10 reflektierten Gittermusterlichte empfangen und N zweite Musterbilder fotografieren. Das 'N' ist eine natürliche Zahl und kann zum Beispiel vier betragen.
In einem Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Beleuchtungsteile 300 und 400 als ein Beleuchtungsgerät, das die ersten und zweiten Gittermusterlichte generiert, beschrieben. Wahlweise kann der Beleuchtungsteil größer oder gleich drei sein. Mit anderen Worten kann das Gittermusterlicht in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden, und verschiedene Musterbilder können fotografiert werden. Wenn zum Beispiel drei Beleuchtungsteile in einer gleichseitigen Dreiecksform angeordnet sind, wobei der Bildfotografierteil 200 den Mittelpunkt der gleichseitigen Dreiecksform bildet, können drei Gittermusterlichte in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden. Wenn zum Beispiel vier Beleuchtungsteile in einer Quadratform angeordnet sind, wobei der Bildfotografierteil 200 den Mittelpunkt der Quadratform bildet, können vier Gittermusterlichte in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden.
Der Bildgewinnungsteil 500 ist elektrisch mit der Kamera 210 des Bildfotografierteils 200 verbunden, um die Musterbilder von der Kamera 210 aufzunehmen und die aufgenommenen Musterbilder zu speichern. Zum Beispiel kann der Bildgewinnungsteil 500 ein Bildsystem beinhalten, das die in der Kamera 210 fotografierten N ersten Musterbilder und N zweiten Musterbilder empfängt und die Bilder speichert.
Der Modulsteuerteil 600 ist elektrisch mit dem Messgestellteil 100, dem Bildfotografierteil 200, dem ersten Beleuchtungsteil 300 und dem zweiten Beleuchtungsteil 400 verbunden, um den Messgestellteil 100, den Bildfotografierteil 200, den ersten Beleuchtungsteil 300 und den zweiten Beleuchtungsteil 400 zu steuern. Der Modulsteuerteil 600 kann zum Beispiel eine Beleuchtungssteuereinheit, eine Gittersteuereinheit und eine Gestellsteuereinheit beinhalten. Die Beleuchtungssteuereinheit steuert die ersten und zweiten Lichtquelleneinheiten 310 und 410, so dass sie Licht generieren, und die Gittersteuereinheit steuert die ersten und zweiten Gitterumsetzeinheiten 330 und 430, so dass sie die ersten und zweiten Gittereinheiten 320 und 420 bewegen. Die Gestellsteuereinheit steuert die Gestellumsetzeinheit 120, so dass sie das Gestell 110 in einer Auf-und-ab-Bewegung und einer Links-und-rechts-Bewegung bewegt.
Der zentrale Steuerteil 700 ist elektrisch mit dem Bildgewinnungsteil 500 und dem Modulsteuerteil 600 verbunden, um den Bildgewinnungsteil 500 und den Modulsteuerteil 600 zu steuern. Insbesondere empfängt der zentrale Steuerteil 700 die N ersten Musterbilder und die N zweiten Musterbilder von dem Bildsystem des Bildgewinnungsteils 500, um die Bilder zu verarbeiten, so dass die dreidimensionale Form des Messobjektes gemessen werden kann. Zusätzlich kann der zentrale Steuerteil 700 eine Beleuchtungssteuereinheit, eine Gittersteuereinheit und eine Gestellsteuereinheit des Modulsteuerteils 600 steuern. Somit kann der zentrale Steuerteil eine Bildverarbeitungsplatine, eine Steuerplatine und eine Schnittstellenplatine beinhalten.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Messung des auf einer gedruckten Leiterplatte ausgebildeten Messobjekts 10 durch Verwendung des oben beschriebenen Messgeräts für dreidimensionale Formen im Detail beschrieben. Es wird durch Einsatz eines Lots als Beispiel des Messobjektes 10 beschrieben.
7 ist eine Draufsicht, die ein Gittermusterbild durch ein auf ein Messobjekt in 6 geleuchtetes Gittermusterlicht illustriert.
Unter Bezug auf 6 und 7 wird ein Gittermusterbild auf dem Messobjekt 10 ausgebildet, wenn das Gittermusterlicht von einem der Vielzahl von Beleuchtungsteilen auf das Messobjekt 10 geleuchtet wird. Das Gittermusterbild beinhaltet eine Vielzahl von Gittermustern, und in der vorliegenden Ausführung ist ein Intervall zwischen den Gittermustern, d. h. ein Gitterabstand, als ein Messbereich λ definiert.
Der Messbereich λ kann unabhängig von Arten der Gittermusterlichte derselbe sein, kann aber alternativ entsprechend Arten der Gittermusterlichte voneinander verschieden sein. Der Messbereich λ kann entsprechend Arten der Gittermusterlichte mindestens zwei Werte aufweisen. Zum Beispiel kann das von dem ersten Beleuchtungsteil 300 generierte Gittermusterbild durch das erste Gittermusterlicht Gittermuster eines ersten Messbereichs aufweisen, und das von dem zweiten Beleuchtungsteil 400 generierte Gittermusterbild durch das zweite Gittermusterlicht kann Gittermuster eines von dem ersten Messbereich verschiedenen zweiten Messbereichs aufweisen.
8 ist eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen wird, wenn das Gittermusterlicht von einer rechten Seite auf das Messobjekt geleuchtet wird. 9 ist eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen wird, wenn das Gittermusterlicht von einer linken Seite auf das Messobjekt geleuchtet wird. In den Bildern von 8 und 9 ist nur eine relative Menge bezüglich Helligkeit (Luminanz) gezeigt, und das Gittermuster ist weggelassen.
Unter Bezug auf 6, 8 und 9 kann ein in der Kamera 210 fotografiertes Bild einen Schattenbereich, der relativ dunkel ist, sowie einen Sättigungsbereich, der relativ hell ist, beinhalten, wenn das Gittermusterlicht von einem der Vielzahl der Beleuchtungsteile auf das Messobjekt 10 geleuchtet wird.
Zum Beispiel wird üblicherweise, wenn das Gittermusterlicht von der rechten Seite auf das Messobjekt 10 geleuchtet wird, der Sättigungsbereich an einem rechten Teil des Messobjektes 10 ausgebildet, und der Schattenbereich wird an einem linken Teil des Messobjektes 10 ausgebildet, wie in 8 gezeigt. Im Gegensatz dazu wird üblicherweise, wenn das Gittermusterlicht von der linken Seite auf das Messobjekt 10 geleuchtet wird, der Sättigungsbereich an einem linken Teil des Messobjektes 10 ausgebildet, und der Schattenbereich wird an einem rechten Teil des Messobjektes 10 ausgebildet, wie in 9 gezeigt.
Nachstehend wird unter erneutem Bezug auf 6 bis 8 ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß der vorliegenden Ausführung auf der Grundlage der oben beschriebenen Erklärung beschrieben.
Zuerst werden die in einer Vielzahl von Richtungen generierten Gittermusterlichte sequenziell auf das auf dem Gestell 110 angeordnete Messobjekt 10 geleuchtet, und die von dem Messobjekt 10 reflektierten Gittermusterlichte werden sequenziell in der Kamera 210 detektiert, um eine Vielzahl von Musterbildern zu gewinnen.
Insbesondere wird jedes der Gittermusterlichte zur Seite bewegt und N Male, zum Beispiel drei Male oder vier Male, auf das Messobjekt 10 geleuchtet, um N Musterbilder des Messobjektes 10 für jede der Richtungen zu gewinnen. Zum Beispiel können, wie in 6 gezeigt, N erste Musterbilder und N zweite Musterbilder gewonnen werden, wenn die von den ersten und zweiten Beleuchtungsteilen 300 und 400 generierten ersten und zweiten Gittermusterlichte auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden.
Dann werden N Helligkeitsgrade {Iⁱ ₁, Iⁱ ₂, ..., Iⁱ _N} an jedem Ort {i(x, y)} in einem X-Y Koordinatensystem und der Messbereich λ wie in 7 gezeigt aus N Musterbildern bezüglich jeder Richtung extrahiert. Danach werden Phase {P_i(x, y)}, Helligkeit {A_i(x, y)} und Sichtbarkeit {V_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung aus den N Helligkeitsgraden {Iⁱ ₁, Iⁱ ₂, ..., Iⁱ _N} berechnet. Die Phase {P_i(x, y)}, die Helligkeit {A_i(x, y)} und die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung können unter Verwendung eines N-Bucket-Algorithmus berechnet werden. Zusätzlich kann die Helligkeit {A_i(x, y)} eine durchschnittliche Helligkeit sein, die durch Mitteln der detektierten Gittermusterlichte gewonnen wird. Daher wird nachstehend die Helligkeit {A_i(x, y)} „durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)}” genannt.
Zum Beispiel werden, wenn N 3 ist, bezüglich jeder Richtung drei Helligkeitsgrade {Iⁱ ₁, Iⁱ ₂, Iⁱ ₃) aus drei Musterbildern extrahiert, und Phase {P_i(x, y)}, durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} und Sichtbarkeit {V_i(x, y)} können mit einem Drei-Bucket-Algorithmus wie in den folgenden Gleichungen gezeigt berechnet werden. In den folgenden Gleichungen bezeichnet Bi(x, y) eine Amplitude eines Bildsignals (Helligkeitssignals) in drei Musterbildern bezüglich jeder Richtung. Iⁱ ₁, entspricht ”a + bcos(θ)”, Iⁱ ₂ entspricht ”a + bcos(φ + 2π/3)”, und Iⁱ ₃ entspricht ”a + bcos(φ + 4π/3)”.
Im Gegensatz dazu werden, wenn zum Beispiel N 4 ist, bezüglich jeder Richtung vier Helligkeitsgrade {Iⁱ ₁, Iⁱ ₂, Iⁱ ₃, Iⁱ ₄} aus vier Musterbildern extrahiert, und Phase {P_i(x, y)}, durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} und Sichtbarkeit {V_i(x, y)} können mit einem Vier-Bucket-Algorithmus wie in den folgenden Gleichungen gezeigt berechnet werden. In den folgenden Gleichungen bezeichnet B_i(x, y) eine Amplitude eines Bildsignals (Helligkeitssignals) in vier Musterbildern bezüglich jeder Richtung. Iⁱ ₁ entspricht ”a + bcos(θ)”, Iⁱ ₂ entspricht ”a + bcos(φ + π/2)”, und Iⁱ ₃ entspricht ”a + bcos(φ + π)” und Iⁱ ₄ entspricht ”a + bcos(φ + 3π/2)”.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) berechnet werden und an Stelle der Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder zusammen mit der Sichtbarkeit {V_i(x, y)} verwendet werden. Das SNR kennzeichnet ein Verhältnis eines Bildsignals S zu einem Rauschsignal N (S/N) in N Musterbildern bezüglich jeder Richtung.
Danach wird Höhe {H_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung mit folgender Gleichung aus der Phase {P_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung berechnet. In folgender Gleichung ist k_i(x, y) eine Phase-zu-Höhe-Konvertierungsskala, die ein Konvertierungsverhältnis zwischen einer Phase und einer Höhe kennzeichnet. H_i(x, y) = k_i(x, y)·P_i(x, y)
Höhengewicht {W_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung wird durch Verwendung mindestens eines der durchschnittlichen Helligkeit {A_i(x, y)}, der Sichtbarkeit {V_i(x, y)} und des Messbereichs λ berechnet. Das Höhengewicht {W_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung kann wie folgt mit einer Gewichtsfunktion {f(A_i, V_i, λ)} gewonnen werden, die als Parameter zum Beispiel die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)}, die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} und den Messbereich (λ) aufweist. Die Summe der Höhengewichte in allen Richtungen kann 1 sein {ΣW_i(x, y) = 1}. W_i(x, y) = f(A_i, V, λ)
Dann wird die Höhe {H_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung mit dem Höhengewicht {W_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung multipliziert, um die Gewichtshöhe {W_i(x, y)·H_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung zu berechnen. Danach werden die Gewichtshöhen in allen Richtungen aufsummiert und durch die Summe der Höhengewichte {ΣW_i(x, y)} geteilt, um die Höhe {ΣW_i(x, y)·H_i(x, y)/ΣW_i(x, y)} an jedem Ort zu berechnen.
Dann kann die dreidimensionale Form des Messobjektes 10 durch Kombinieren der wie oben berechneten Höhen gemäß Orten genau gemessen werden.
Nachstehend werden Beziehungen zwischen dem Höhengewicht {W_i(x, y)} bezüglich jeder Richtung und Merkmalen der Gewichtsfunktion {f(A_i,V_i, λ)}, d. h. der durchschnittlichen Helligkeit {A_i(x, y)}, der Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder dem SNR und dem Messbereich λ im Detail beschrieben.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen durchschnittlicher Helligkeit und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
Unter Bezug auf 10 kann zuerst, wenn die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} von einem vorbestimmten Wert aus, der im Vorhinein festgelegt ist, zunimmt oder abnimmt, die Gewichtsfunktion {f(A_i, V_i, λ)} dazu führen, dass das Höhengewicht {W_i(x, y)} abnimmt. Mit anderen Worten weist das Höhengewicht {W_i(x, y)} relativ den höchsten Wert auf, wenn die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} den vorbestimmten Wert annimmt, und wenn sich die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} von dem vorbestimmten Wert entfernt, kann das Höhengewicht {W_i(x, y)} abnehmen. Der vorbestimmte Wert kann festgelegt werden, wenn eine dreidimensionale Bedingung durch Verwendung eines Probesteins bestimmt wird, oder kann beliebig von einem Anwender festgelegt werden. Der vorbestimmte Wert kann jedoch vorzugsweise ein Durchschnittswert sein, d. h. ein mittlerer Wert der durchschnittlichen Helligkeit {A_i(x, y)}.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sichtbarkeit oder SNR und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
Unter Bezug auf 11 kann danach, wenn die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder das SNR zunimmt, die Gewichtsfunktion {f(A_i, V_i, λ)} dazu führen, dass das Höhengewicht zunimmt. Mit anderen Worten kann, wenn die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder das SNR langsam zunimmt, das Höhengewicht {W_i(x, y)} ebenfalls langsam zunehmen.
12 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen Messbereich und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
Unter Bezug auf 12 kann, wenn sich der Messbereich λ vergrößert, die Gewichtsfunktion {f(Ai, Vi, λ)} dazu führen, dass das Höhengewicht {W_i(x, y)} abnimmt. Mit anderen Worten kann das Höhengewicht {W_i(x, y)} langsam abnehmen, wenn sich der Messbereich λ langsam vergrößert.
Unter erneutem Bezug auf 7, 10 und 11 sind die N Musterbilder bezüglich jeder Richtung in einen Schattenbereich, einen Sättigungsbereich und einen Nicht-Sättigungsbereich unterteilt, und entsprechend jedem Bereich kann ein unterschiedliches Höhengewicht {W_i(x, y)} vergeben werden. In dem Schattenbereich liegt die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} unter einer minimalen Helligkeit A1, und die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder das SNR liegt unter einem minimalen Referenzwert Vmin. In dem Sättigungsbereich liegt die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} über einer maximalen Helligkeit A2, und die Sichtbarkeit oder das SNR liegt unter dem minimalen Referenzwert Vmin. Der Nicht-Sättigungsbereich entspricht einem restlichen Bereich außer dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich.
Zuerst wird in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich die Gewichtsfunktion {f(A_i, V_i, λ)} als '0' betrachtet, um das Höhengewicht {W_i(x, y)} zu gewinnen. Mit anderen Worten wird in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich das Höhengewicht {W_i(x, y)} als '0' bestimmt.
Dann kann in dem Nicht-Sättigungsbereich, wie in 10 bis 12 gezeigt, die Gewichtsfunktion {f(A_i, V_i, λ)} das Höhengewicht {W_i(x, y)} verringern, wenn die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)} von dem mittleren Wert aus zunimmt oder abnimmt, das Höhengewicht {W_i(x, y)} erhöhen, wenn die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder das SNR zunimmt, und das Höhengewicht {W_i(x, y)} verringern, wenn sich der Messbereich λ vergrößert.
Im Gegensatz dazu kann in dem Nicht-Sättigungsbereich die Gewichtsfunktion {f(A_i, V_i, λ)} als dieselbe betrachtet werden, um das Höhengewicht {W_i(x, y)} zu gewinnen. Zum Beispiel, wenn Höhengewichte bezüglich vier Richtungen in dem Nicht-Sättigungsbereich für erste, zweite, dritte und vierte Höhengewichte W1, W2, W3 und W4 genannt werden, kann jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Höhengewichte W1, W2, W3 und W4 als '1/4' bestimmt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführung werden die durchschnittliche Helligkeit {A_i(x, y)}, die Sichtbarkeit {V_i(x, y)} oder das SNR sowie der Messbereich λ aus den in jeder Richtung fotografierten N Musterbildern extrahiert, und das Höhengewicht {W_i(x, y)} wird gemäß dem Extraktionsergebnis bestimmt, wodurch die Höhe gemäß jedem Ort des Messobjektes 10 in allen Bereichen genau gemessen wird.
Insbesondere werden die N Musterbilder bezüglich jeder Richtung in den Schattenbereich, den Sättigungsbereich und den Nicht-Sättigungsbereich unterteilt, und gemäß jedem Bereich wird verschiedenes Höhengewicht {W_i(x, y)} vergeben, um dadurch eine Zuverlässigkeitsminderung für die Höhe in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich zu verhindern. Mit anderen Worten wird das Höhengewicht {W_i(x, y)} als ein relativ geringer Wert gegeben, zum Beispiel '0' in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich, das Höhengewicht {W_i(x, y)} wird in dem Nicht-Sättigungsbereich als ein relativ hoher Wert gegeben, wodurch die nachteilige Auswirkung kompensiert wird, die von dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich verursacht wird, um eine dreidimensionale Form des Messobjekts genauer zu messen.
Es wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Geist oder dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, unter der Voraussetzung, dass sie in den Umfang der angefügten Patentansprüche und deren Entsprechungen fallen.

Claims

Ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form, umfassend: Strahlen von Gittermusterlicht aus mehreren Richtungen (i) auf ein Messobjekt (A), während jedes Gittermusterlicht N Male geändert wird und das von dem Messobjekt reflektierte Gittermusterlicht (I_in) zur Gewinnung von N Musterbildern des Messobjektes bezüglich jeder Richtung detektiert wird; Berechnen einer Phase (P_i(x, y)) und einer Helligkeit (A_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung entsprechend jedem Ort (i(x, y)) in einem X-Y-Koordinatensystem aus den Musterbildern, um eine Höhe (H_i(x, y)) für jede der Richtungen i zu bestimmen, wobei die Helligkeit (A_i(x, y)) die mittlere Intensität aller N Änderungen des Gittermusterbildes bezüglich einer der Richtungen i an dem jeweiligen Ort ist; Berechnen eines Höhengewichts (W_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung i durch Verwendung einer Gewichtsfunktion (W = f(A, V, λ, SNR)), die die Helligkeit (A_i(x, y)), eine Sichtbarkeit (V_i(x, y)), ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder einen Gitterabstand (λ) in den Musterbildern als Parameter verwendet, wobei das Höhengewicht (W_i(x, y)) die Zuverlässigkeit der Bestimmung der jeweiligen Höhe (H_i(x, y)) beschreibt; und Berechnen einer gewichteten Höhe (W_i(x, y)·H_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung durch Verwendung der auf der Phase (P_i(x, y)) basierenden Höhe H_i(x, y) bezüglich jeder Richtung und des Höhengewichts (W_i(x, y)) und Mitteln der gewichteten Höhen, um die Höhe (h(x, y) = Σ[W_i(x, y)·H_i(x, y)]/ΣW_i(x, y)) an jedem Ort zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert des Höhengewichts (W_i(x, y)) sich verringert, wenn die Helligkeit A_i(x, y) von einem vorbestimmten Wert aus zunimmt oder abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Wert ein mittlerer Wert der Helligkeit A_i(x, y) eines der N Musterbilder ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der Wert des Höhengewichts (W_i(x, y)) erhöht, wenn sich die Sichtbarkeit (V_i(x, y)) oder das Signal-Rausch-Verhältnis SNR erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der Wert des Höhengewichts (W_i(x, y)) verringert, wenn sich der Gitterabstand des Musterbildes (λ) vergrößert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Berechnen des Höhengewichts (W_i(x, y)) bezüglich jeder Richtung i, Unterteilen der Musterbilder in einen Schattenbereich, einen Sättigungsbereich und einen Nicht-Sättigungsbereich umfasst und wobei der Schattenbereich einem Bereich entspricht, in dem die Helligkeit (A_i(x, y)) unter einer minimalen Helligkeit liegt und die Sichtbarkeit (V_i(x, y)) oder das SNR unter einem minimalen Referenzwert liegt, der Sättigungsbereich einem Bereich entspricht, in dem die Helligkeit (A_i(x, y)) über einer maximalen Helligkeit liegt und die Sichtbarkeit (V_i(x, y)) oder das SNR unter dem minimalen Referenzwert liegt, und der Nicht-Sättigungsbereich einem restlichen Bereich außer dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Wert des Höhengewichts im Schattenbereich und im Sättigungsbereich 0 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Summe der Höhengewichte (W_i(x, y)) gleich 1 ist (ΣW_i(x, y) = 1).
Formmessgerät, umfassend: ein ein Messobjekt A stützendes Arbeitsgestell (1130); mehrere Musterprojektionsteile (1110), umfassend jeweils eine Lichtquelle (1170), einen Gitterteil (1112), der von der Lichtquelle (1170) generiertes Licht transmittiert und blockiert, um Gitterlicht zu generieren, sowie einen Projektionslinsenteil (1113), der das Gitterlicht auf das Messobjekt A des Objektsubstrats (1120) strahlt; einen Bilderfassungsteil (1150), der das von dem Messobjekt A des Objektsubstrats (1120) reflektierte Gitterlicht erfasst; und einen Steuerteil (1140), der das Arbeitsgestell (1130), den Musterprojektionsteil (1110) sowie den Bilderfassungsteil (1150) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 steuert.