KR101152842B1

KR101152842B1 - 삼차원 계측 장치 및 기판 검사기

Info

Publication number: KR101152842B1
Application number: KR1020097023245A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 마미야
Original assignee: 시케이디 가부시키가이샤
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2012-06-12
Also published as: CN101889190A; US20100194855A1; JP2009042015A; US8436890B2; DE112008002148T5; TWI384194B; JP4931728B2; CN101889190B; WO2009019966A1; DE112008002148B4; TW200916719A; KR20100051589A

Abstract

측정가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있고, 또한 고정밀도의 계측을 실현할 수 있음과 동시에, 촬상 회수를 최소한으로 억제할 수 있고, 나아가서는 계측(혹은, 검사) 효율의 향상을 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치 및 기판 검사기를 제공한다. 기판 검사기(1)는 크림 땜납이 인쇄된 프린트 기판 K를 재치{載置}하기 위한 컨베이어(2)와, 비스듬하게 위쪽으로부터 소정의 광 패턴을 조사하는 조사 수단(3)과, 상기 조사된 영역을 촬상하는 CCD 카메라(4)와, 제어 장치(7)를 구비한다. 위상 시프트법에 의해 계측 대상부의 높이가 계측되는 것이지만, 이에 앞서, 공간 코드화법에 의해서, 계측 대상부에 대응하는 줄무늬{縞; fringe}에 상당하는 공간 코드 번호가 특정된다. 또, 미리 라이브러리 데이터가 판독입력{讀入; read}되고, 계측 대상부의 대체적인 높이에 의거해서 공간 코드화법용의 촬상 회수가 결정된다. 최소한의 촬상 회수로 정밀도 높은 삼차원 계측을 실현할 수 있다.

기판 검사기, 조사 수단, CCD 카메라, 제어 장치, 광원, 액정 투과 장치, 액정 슬릿판, 전극.

Description

삼차원 계측 장치 및 기판 검사기{THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENT DEVICE AND BOARD INSPECTING MACHINE}

본 발명은, 삼차원 계측 장치 및 그 삼차원 계측 장치를 구비한 기판 검사기에 관한 것이다.

일반적으로, 프린트 기판 상에 전자 부품을 실장하는 경우, 우선 프린트 기판 상에 배설{配設}된 소정의 전극 패턴 상에 크림 땜납이 인쇄된다. 다음에, 그 크림 땜납의 점성에 의거해서 프린트 기판 상에 전자 부품이 가고정된다. 그 후, 상기 프린트 기판이 리플로 로{爐}에 인도되고, 소정의 리플로 공정을 거침으로써 납땜이 행해진다. 요즈음에는, 리플로 로에 인도되기 전{前}단계에서 크림 땜납의 인쇄 상태를 검사할 필요가 있으며, 이러한 검사시에 삼차원 계측 장치가 이용된다. 또, 리플로 공정을 거친 후에서도, 전자 부품의 실장 상태를 검사할 필요가 있으며, 해당 검사시에도 삼차원 계측 장치가 이용되는 일도 있다.

근래, 광을 이용한 이른바 비접촉식 삼차원 계측 장치가 여러 가지 제안되어 있으며, 그 중에서도 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측 장치에 관한 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 등). 해당 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측 장치에서는, 광원과 정현파 패턴의 필터와의 조합으로 이루어지는 조사 수단 에 의해, 정현파모양(줄무늬모양{縞狀})의 광강도 분포를 가지는 광 패턴을 프린트 기판에 조사한다. 그리고, 기판 상의 점을 바로 위에 배치한 CCD 카메라를 이용해서 관측한다. 이 경우, 화면 상의 점 P의 광의 강도 I는 아래 식으로 주어진다.

I=e+f?cosΦ

[단, e: 직류광 노이즈(오프셋 성분), f: 정현파의 콘트라스트(반사율), Φ: 물체의 요철{凹凸}에 의해 주어지는 위상]

이 때, 광 패턴을 이동시켜서, 위상을 예를 들면 4단계(Φ+0, Φ+π/2, Φ+π, Φ+3π/2)로 변화시키고, 이들에 대응하는 강도 분포 I0, I1, I2, I3을 가지는 화상을 취입{取入}하고, 하기 식에 의거해서 변조분 α를 구한다.

α=arctan{(I3-I1)/(I0-I2)}

이 변조분 α를 이용해서, 크림 땜납 등의 계측 대상 상의 점 P의 3차원 좌표(X, Y, Z)가 구해지고, 그로 인해 계측 대상의 삼차원 형상, 특히 높이가 계측된다.

그렇지만, 실제 계측 대상에는, 높은 것도 있으면 낮은 것도 있다. 예를 들면, 크림 땜납에 관해서 말하면, 박막모양의 것도 있으면, 원뿔대모양{圓錐台狀}을 이루고 돌기되어 있는 것도 있다. 그리고, 이들 측정 대상중 최대의 높이에 맞추어, 조사하는 광 패턴의 줄무늬 간격을 넓게 하면, 분해능이 거칠어져 버려, 측정 정밀도가 악화되어 버릴 우려가 있다. 한편, 줄무늬 간격을 좁게 함으로써, 정밀도의 향상을 도모할 수는 있지만, 측정가능한 높이 레인지가 부족해져 버릴(줄무늬 차수{次數}가 다른 것으로 되어 버릴) 우려가 있다.

그래서, 상술한 위상 시프트법과, 공간 코드화법을 조합해서, 측정가능한 높이 레인지를 큰 것으로 함과 동시에, 고정밀도의 계측을 실현하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

[특허 문헌 1] 일본특개평{特開平} 11-211443호 공보

[특허 문헌 2] 일본특개평 11-148810호 공보

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그런데, 상기 특허 문헌 2에 기재된 기술에서는, 위상 시프트법 뿐만 아니라, 공간 코드화법시에도, 미리 정한 회수만큼 촬상하지 않으면 안되어, 필연적으로 촬상 회수의 증대를 초래해 버리고 있었다. 그 때문에, 종합적인 처리 속도의 저하를 초래해 버려, 계측에 시간을 요해 버릴 우려가 있었다.

본 발명은, 상기 사정을 감안해서 이루어진 것이며, 측정가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있고, 또한 고정밀도의 계측을 실현할 수 있음과 동시에, 촬상 회수를 최소한으로 억제할 수 있으며, 나아가서는 계측(혹은, 검사) 효율의 향상을 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치 및 기판 검사기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

이하, 상기 목적 등을 해결하는데 적합한 각 수단에 대해 항목별로 분류{項分}하여 설명한다. 또한, 필요에 따라서 대응하는 수단에 특유의 작용 효과 등을 부기{付記}한다.

수단 1.

기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 화상 데이터중 상기 계측 대상부에 대응하는 줄무늬를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.

수단 2.

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 기판의 설계 데이터 및 제조 데이터중 적어도 한쪽에 의거해서, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보를 취득하고, 해당 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.

수단 1, 2에 따르면, 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 제1 연산 수단에 의해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 계측 대상부의 높이가 연산된다. 또, 이것에 앞서서, 혹은 이것과 함께, 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의한 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 화상 데이터중 상기 계측 대상부에 대응하는 줄무늬가, 제2 연산 수단에 의해서 공간 코드화법에 의해 특정된다. 다시 말해, 공간 코드화법에 의해서, 위상 시프트법에서의 계측 대상부에 대응하는 줄무늬, 즉 줄무늬 차수가, 특정된 후, 제1 연산 수단에 의해서 계측 대상부의 높이가 연산된다. 그 때문에, 공간 코드화법의 메리트인 측정가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있는 것 및, 위상 시프트법의 메리트인 고정밀도의 계측을 실현할 수 있는 것의 쌍방의 효과가 얻어진다.

또, 촬상 제어 수단에 의해서, 상기 촬상 수단에 의한 촬상이 제어된다. 특히, 수단 2에서는, 촬상 제어 수단에 의해, 기판의 설계 데이터 및 제조 데이터중 적어도 한쪽에 의거해서, 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보가 취득된다. 그리고, 수단 1, 2에서는, 해당 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수가 결정되고, 결정한 촬상 회수로의 촬상이 실행된다. 이 때문에, 계측 대상부의 높이가 그다지 높지 않은 경우에는, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 수단에 의한 촬상 회수를, 보다 적은 것으로 할 수가 있다. 한편, 계측 대상부의 높이가 높은 경우에는, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 그것에 따라서 많게 함으로써, 높이 레인지에 대응해서, 위상 시프트법에서의 줄무늬 차수를 적확{的確}하게 특정할 수가 있다. 즉, 그 때 그때에 취득되는 계측 대상부의 높이 정보 등에 따른 최소한의 최적인 촬상 회수를 결정할 수 있고, 나아가서는 종합적으로도 최소한의 촬상 회수로 정밀도 높은 삼차원 계측을 실현할 수 있다. 결과로서, 계측 효율의 향상을 실현할 수가 있다.

수단 3.

기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 대략 정현파모양의 광강도 분포를 가지는 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 광강도 분포가 소정 코드에 따르는 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 위상 시프트법용의 광 패턴 및 공간 코드화법용의 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 줄무늬 차수를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비하고,

상기 제2 연산 수단에 의해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 줄무늬 차수를 특정한 후, 상기 제1 연산 수단에 의해서, 상기 계측 대상부의 높이를 연산하도록 구성되어 이루어지는 삼차원 계측 장치로서,

수단 3에 따르면, 기본적으로는 상기 수단 1, 2와 마찬가지 작용 효과가 얻어진다. 즉, 공간 코드화법에 의해서 측정가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있고, 위상 시프트법에 의해서 고정밀도의 계측을 실현할 수가 있다. 또, 그때 그때에 취득되는 계측 대상부의 높이 정보 등에 따른 최적의 또한 최소한의 촬상 회수를 결정할 수 있고, 계측 효율의 향상을 실현할 수가 있다.

수단 4.

상기 촬상 제어 수단은,

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 미만이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 제로회로 하고, 상기 제2 연산 수단에 의한 특정을 거치는 일 없이, 상기 제1 연산 수단에 의해서 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 3중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

수단 4에 따르면, 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 미만인 경우에는, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상이 행해지지 않는다. 즉, 제2 연산 수단에 의한 특정을 거치는 일 없이, 위상 시프트법만에 의해서 계측 대상부의 높이가 연산되게 된다. 따라서, 계측 대상부의 높이가 낮은 경우에는, 일부러 공간 코드화법용의 촬상을 행하는 일 없이 고정밀도의 계측을 실현할 수 있다. 그 결과, 한층더 높은 계측 효율의 향상을 도모할 수가 있다.

수단 5.

상기 촬상 제어 수단은,

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 4중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

수단 5에 따르면, 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상인 경우에는, 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 수단에 의한 촬상 회수가 2회 이상으로 된다. 이와 같이, 2회 이상 촬상됨으로써 공간 코드화법용의 화상 데이터가 2개 이상 존재하게 된다. 이것에 의해, 위상 시프트법만에서는 복수의 높이 후보가 존재하는 경우이더라도, 위상 시프트법에서의 줄무늬 차수를 보다 적확하게 특정할 수 있고, 나아가서는 정확한 계측을 실현할 수가 있다.

수단 6.

상기 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴은, 해당 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴의 조사에 의거하는 각 촬상 회수마다, 같은 주기에서 위상이 다른 패턴인 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 5중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

수단 6에 따르면, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴의 조사에 의거하는 각 촬상 회수마다, 같은 주기에서 위상이 다른 패턴이 조사된다. 이 때문에, 위상 시프트법에 의한 연산식, 연산 프로그램의 간소화가 도모됨과 동시에, 계측의 정밀도의 향상을 도모할 수가 있다.

수단 7.

상기 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴은, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 각 촬상회마다{촬상할 때마다}, 최소 주기의 광 패턴에 대해서, 각 회에서 다른 정수값{整數値}을 승산한 주기로 명암이 반전하는 패턴인 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 6중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

수단 7에 따르면, 촬상 회수의 증대에 수반해서, 계측가능한 높이 레인지의 증대를 도모할 수가 있다.

수단 8. 상기 조사 수단은, 단일의 조명으로 이루어지고, 위상 시프트법용의 광 패턴 및 공간 코드화법용의 광 패턴을 전환{切換} 조사가능한 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 7중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

수단 8에 따르면, 위상 시프트법용과 공간 코드화법용에서 다른 조사 수단을 이용하지 않아도 되어, 공간 절약화 및 코스트의 증대 억제를 도모할 수가 있다.

수단 9.

상기 조사 수단은, 광원과, 액정 슬릿판을 구비하고,

상기 액정 슬릿판의 한쪽 면측의 복수의 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 상기 광원으로부터의 광을 대략 정현파모양으로 투과시켜서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능함과 동시에, 상기 광원으로부터의 광을 스트라이프모양으로 투과시켜서 공간 코드화법용의 명?암 줄무늬모양의 광 패턴을 조사가능한 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 8중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

수단 9와 같이, 액정 슬릿판을 이용함으로써, 위상 시프트법용의 조사에도 공간 코드화법용의 조사에도 대응할 수 있다. 그 때문에, 수단 8에서 기술한 작용 효과가 보다 확실히 얻어진다.

수단 10.

수단 1 내지 9중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치를 구비해서 이루어지는 기판 검사기.

수단 10과 같이, 상기 각 기술 사상을, 삼차원 계측 장치를 구비하는 기판 검사기에도 구현화할 수도 있다

도 1은 삼차원 계측 장치를 포함하는 기판 검사기를 도시하는 개략 구성도,

도 2는 액정 투과 장치를 도시하는 개략 구성도,

도 3은 액정 투과 장치에서의 위상 시프트법용의 광제어 패턴 및 공간 코드화법용의 광제어 패턴을 도시하는 도면,

도 4는 소정 검사 에리어에서의 기판 검사의 처리 내용의 1예를 도시하는 플로차트,

도 5는 제1 양태{態樣}에서의 계측시에, 조사되는 위상 시프트법용의 광 패턴을 도시하는 모식도,

도 6은 제2 양태에서의 계측시에, 조사되는 공간 코드화법용의 광 패턴 및 위상 시프트법용의 광 패턴을 도시하는 모식도,

도 7은 제3 양태에서의 계측시에, 조사되는 공간 코드화법용의 광 패턴 및 위상 시프트법용의 광 패턴을 도시하는 모식도,

도 8은 구체적인 높이 계측의 사례를 도시하는 설명도,

도 9는 다른 구체적인 높이 계측의 사례를 도시하는 설명도,

도 10은 다른 실시형태에서 액정 투과 장치에 의한 광제어 패턴의 명?암을 역전시킨 광 패턴을 별도 조사함으로써, 명암의 경계를 구하는 사례를 도시하는 설명도.

[부호의 설명]

1: 기판 검사기, 3: 조사 수단, 4: 촬상 수단을 구성하는 CCD 카메라, 7: 제어 장치, 11: 광원, 12: 액정 투과 장치, 21: 액정 슬릿판, 25, 26: 전극, 71: 메인 제어부, 72: 액정 제어부, 73: 광원 제어부, 74: 촬상 제어 수단으로서의 카메라 제어부.

이하, 1실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 실시형태에서의 삼차원 계측 장치를 구비하는 기판 검사기(1)를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 같은 도면{同圖}에 도시하는 바와 같이, 기판 검사기(1)는, 검사 대상인 크림 땜납이 인쇄되어 이루어지는 프린트 기판 K를 재치{載置}하기 위한 컨베이어(2)와, 프린트 기판 K의 표면에 대해서 비스듬하게 위쪽{斜上方}으로부터 소정의 광 패턴을 조사하기 위한 조사 수단(3)과, 프린트 기판 K 상의 상기 조사된 영역을 촬상하기 위한 촬상 수단을 구성하는 CCD 카메라(4)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에서의 크림 땜납 C는, 프린트 기판 K 상에 설치된 동박으로 이루어지는 전극 패턴 상에 인쇄 형성되어 있다. 또, 전극 패턴 상에는 땜납 도금이 실시되어 있다. 또, 검사시, 상기 컨베이어(2)는, 프린트 기판 K와 함께 수평 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 슬라이드시켜지도록 되어 있다.

여기서, 조사 수단(3)에 대해서 보다 자세하게 설명한다. 조사 수단(3)은, LED로 이루어지는 광원(11)과, 광원(11)으로부터 조사되는 광을 모으는{집광하는} 집광 렌즈(12)와, 액정 투과 장치(13)와, 액정 투과 장치(13)를 투과한 광 패턴을 투영하는 투영 렌즈(14)를 구비하고 있다.

본 실시형태에서, 상기 조사 수단(3)은, 위상 시프트법용의 광 패턴과, 공간 코드화법용의 광 패턴을 전환해서 조사할 수 있도록 되어 있다. 보다 자세하게는, 위상 시프트법용의 광 패턴이라 함은, 조도(휘도)가 일정 주기로 정현파모양으로 변화하는 줄무늬모양의 광 패턴이다. 해당 정현파모양으로 변화하는 줄무늬모양의 광 패턴은, 위상 시프트법용의 조사시에, 4분의 1피치씩 위상이 변화시켜진다.

또, 공간 코드화법용의 광 패턴이라 함은, 각 촬상회마다, 최소 주기의 광 패턴에 대해서, 각 회에서 다른 정수값을 승산한 주기로 명?암이 반전하는 패턴이다. 보다 자세하게는, 상기 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴의 1주기분을 최소 주기로 하고, 1회째는, 상기 1주기 내에 명?암이 1회씩 포함되도록 반전하는 스트라이프모양의 광 패턴이 조사되고, 2회째는, 그 2배의 주기로 명?암이 1회씩 포함되도록 반전하는 스트라이프모양의 광 패턴이 조사된다. 3회째는, 또 그 배{倍}(상기 최소 주기의 4배)의 주기로 명?암이 1회씩 포함되도록 반전하는 스트라이프모양의 광 패턴이 조사된다.

이와 같은 광 패턴의 조사를 실현하기 위해, 본 실시형태에서는, 액정 투과 장치(13)로서, 다음과 같은 구성이 채용되고 있다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 액정 투과 장치(13)는, 액정 슬릿판(21)과, 후술하는 제어 장치(7)의 액정 제 어부(72)로부터의 패턴 신호를 디코드해서, 상기 액정 슬릿판(21)의 슬릿 패턴을 변화하는 디코더(22)를 포함하여 구성되어 있다. 액정 슬릿판(21)의 한쪽 표면에는, 같은 도면 세로 방향으로 분할된 복수의 애노드측 투명 전극(25a, 25b, 25c, … 25h)이 설치되어 있으며(총칭할 때에는 「25」로 표기한다. 또, 도면은 어디까지나 편의적인 것이며, 실제로는 애노드측 투명 전극은 다수개{여러개} 설치되어 있다), 이들에 대하여, 디코더(22)로부터 개별적으로 전압이 인가되어 전력이 주어진다. 액정 슬릿판(21)의 다른쪽 표면에는, 단일의 또한 공통의 캐소드측 투명 전극(26)이 형성되어 있으며, 이 전극(26)은 접지되어 있다. 전극(25, 26) 사이에 충전{充塡}되는 액정으로서는, 전압이 인가되는 것에 의해서 차광성으로 되는 것, 혹은 투과성으로 되는 것중 어느것인가가 이용된다.

다음에, 이러한 액정 투과 장치(13)의 광제어 패턴에 대해서 설명한다. 상기한 바와 같이, 액정 투과 장치(13)에 의해서 위상 시프트법용의 광제어 패턴과, 공간 코드화법용의 광제어 패턴이 전환되도록 되어 있다. 위상 시프트법용의 광제어 패턴으로서는, 도 3의 위상 시프트(S1)～위상 시프트(S4)의 광제어 패턴예에 도시하는 바와 같이, 광의 투과율이 계단모양으로 변화하고, 대략 정현파를 그리도록 광을 투과하도록 구성되어 있다. 그리고, 위상 시프트(S1)로부터 위상 시프트(S4)의 순으로 광제어 패턴이 전환되는데 수반하여, 위상이 90°(π/2)씩 어긋나게 된다. 이것에 의해, 조사 수단(3)으로부터는, 일정 주기로 대략 정현파모양으로 변화하는 줄무늬모양의 광 패턴이 조사되도록 되어 있으며, 상기와 같이 위상이 어긋나게 되도록 해서 4회의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 위상 시프트법용의 촬상 이 행해지도록 되어 있다.

또, 공간 코드화법용의 광제어 패턴으로서는, 도 3의 공간 코드(C1)～공간 코드(C3)의 광제어 패턴예에 도시하는 바와 같이, 광의 투과율이 「0(최소)」과 「4(최대)」사이에서 교대로 광을 투과하도록 구성되어 있다. 그리고, 공간 코드(C1)는, 상기와 같이, 위상 시프트(S1)～(S4)의 광투과 패턴의 1주기분을 1주기(최소 주기)로 해서, 상기 1주기 내에 명(투광)?암(차폐)이 1회씩 포함되도록 반전하는 스트라이프모양의 광제어 패턴으로 된다. 또, 공간 코드(C2)는, 그 2배의 주기로 명?암이 1회씩 포함되도록 반전하는 스트라이프모양의 광제어 패턴으로 된다. 또, 공간 코드(C3)는, 또 그 배[공간 코드(C1)의 4배]의 주기에서 명?암이 1회씩 포함되도록 반전하는 스트라이프모양의 광제어 패턴으로 된다.

본 실시형태에서, 위상 시프트법에 의한 계측시에는, 각 측정 포인트마다, 4회의 촬상이 행해지는 것이지만, 공간 코드화법에 의한 계측시에는, 후술하는 바와 같이, 그때 그때의 크림 땜납의 개략 높이 정보에 의거해서, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 회수가 결정되고, 결정된 촬상 회수로의 촬상 및 조사가 실행된다. 보다 자세하게는, 크림 땜납의 개략 높이 정보에 의거해서, 크림 땜납(계측 대상부)가 예를 들면 0㎛～100㎛(단, 100㎛는 포함하지 않는다; 이하 마찬가지)의 범위 내에 있다고 판단된 경우에는, 제1 양태로의 계측이 행해지도록 되어 있다. 또, 계측 대상부가 예를 들면 100㎛～200㎛(단, 200㎛는 포함하지 않는다; 이하 마찬가지)의 범위 내에 있다고 판단된 경우에는, 제2 양태로의 계측이 행해지도록 되어 있다. 또, 계측 대상부가 예를 들면 200㎛～400㎛의 범위 내에 있 다고 판단된 경우에는, 제3 양태로의 계측이 행해지도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 설명의 편의상, 크림 땜납(계측 대상부)의 높이가 400㎛를 넘는{초과하는} 케이스는 없는 것으로서 설명하는 것으로 하고 있다.

그리고, 제1 양태로의 계측이 행해지는 경우에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 제로회로 된다. 따라서, 이 경우에는, 위상 시프트법만에 의한 계측이 행해진다.

또, 제2 양태로의 계측이 행해지는 경우에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 2회로 된다. 이 경우에는, 최소 주기의 공간 코드(C1)와, 그 2배의 주기의 공간 코드(C2)의 광제어 패턴으로의 조사가 행해진다.

또, 제3 양태로의 측정이 행해지는 경우에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 3회로 된다. 이 경우에는, 최소 주기의 공간 코드(C1)와, 그 2배의 주기의 공간 코드(C2)와, 또 그 2배의 주기의 공간 코드(C3)의 광제어 패턴으로의 조사가 행해진다.

또, 도 1에 도시하는 바와 같이, 상기 조사 수단(3), CCD 카메라(4), 컨베이어(2) 등을 구동 제어함과 동시에, CCD 카메라(4)에 의해 촬상된 촬상 데이터에 의거해서 여러 가지 연산(계측) 및 검사를 실행하기 위한 제어 장치(7)가 설치되어 있다. 즉, 프린트 기판 K가 컨베이어(2) 상의 소정 위치에 배치되면, 제어 장치(7)는, 우선 도시하지 않은 모터 등을 구동 제어해서 소정의 위치로 이동시키고, 프린트 기판 K를 초기 위치로 이동시킨다. 이 초기 위치는, 예를 들면 CCD 카메라(4)의 시야의 크기를 1단위로 해서 프린트 기판 K의 표면을 미리 분할해 둔 것 중의 하나의 위치이다. 또, 제어 장치(7)는, 조사 수단(3)을 구동 제어해서 광 패턴의 조사를 개시시킴과 동시에, 위상 시프트법용의 광 패턴을, 위상을 4분의 1피치씩 시프트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 이것과 함께, 필요에 따라서 공간 코드화 법용의 광 패턴의 조사를 실행한다. 또, 이와 같이 해서 광 패턴의 조사가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(7)는 CCD 카메라(4)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분을 촬상하고, 각각 필요한 화상 데이터(위상 시프트법용의 화상 데이터 및 공간 코드화법용의 화상 데이터)를 얻는다.

제어 장치(7)는 화상 메모리를 구비하고 있으며, 각 화상 데이터를 순차 기억한다. 해당 기억한 화상 데이터에 의거해서, 제어 장치(7)는 각종 화상 처리를 행한다. 이러한 화상 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(7)는, 모터를 구동 제어해서 컨베이어(2)(프린트 기판 K)를 다음의 검사 에리어로 이동시킨다. 제어 장치(7)는, 여기서의 화상 데이터에 대해서도 화상 메모리에 저장{格納}한다. 한편, 화상 메모리에서의 화상 처리가 일단 종료한 경우, 이미 화상 메모리에는 다음의 화상 데이터가 기억되어 있으므로, 신속하게 제어 장치(7)는 다음의 화상 처리를 행할 수가 있다. 다시 말해, 검사는, 한쪽에서 다음 검사 에리어(n+1번째)로의 이동 및 화상 입력을 행하고, 다른쪽에서는 n번째의 화상 처리 및 계측?판정을 행한다. 이후, 모든 검사 에리어에서의 검사가 완료할 때까지, 교대로 마찬가지 상기 병행 처리가 반복해서 행해진다. 이와 같이, 본 실시형태의 기판 검사 장치(1)에서는, 제어 장치(7)의 제어에 의해 검사 에리어를 이동하면서, 순차 화상 처리를 행하는 것에 의해, 프린트 기판 K 상의 크림 땜납의 높이 계측을 포함하는 삼차원 계측을 행하고, 크림 땜납의 인쇄 상태를 고속으로 또한 확실히 검사할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같은 제어를 실현하기 위해, 제어 장치(7)는, 메인 제어부(71), 액정 제어부(72), 광원 제어부(73) 및 촬상 제어 수단으로서의 카메라 제어부(74)를 구비하고 있다. 액정 제어부(72)는, 상술한 액정 투과 장치(13)의 광제어 패턴을 주로 제어한다. 또, 광원 제어부(73)는, 광원(11)의 점등, 소등 등을 주로 제어한다. 또, 카메라 제어부(74)는, 상술한 바와 같이, CCD 카메라(4)에 의한 검사 에리어 부분의 촬상을 제어한다. 또, 카메라 제어부(74)는, 촬상의 실행 이외에도, 프린트 기판 K의 설계 데이터, 제조 데이터 등에 의거해서, 크림 땜납의 개략 높이 정보를 취득(판독{讀取})가능하게 구성되어 있다. 그리고, 해당 개략 높이 정보에 의거해서, 카메라 제어부(74)에서는, 상기와 같이, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 CCD 카메라(4)에 의한 촬상 회수가 결정되도록 되어 있다.

본 실시형태에서는, 상기 개략 높이 정보로서, 프린트 기판 K의 라이브러리 데이터가 취득(판독입력{讀入})되는 것에 의거해서, 크림 땜납(각 계측 대상부)의 대체적인 높이가 얻어지도록 되어 있다. 물론, 프린트 기판 K의 설계 데이터, 제조 데이터로서는, 라이브러리 데이터에 한정되는 것은 아니며, CAD 데이터나, 실장 데이터, 혹은 부품 데이터 및 이들 중의 임의의 조합을 채용하는 것으로 해도 좋다.

또, 메인 제어부(71)는, 각 제어부(72～74)의 각종 제어를 주로 담당함과 동시에, 컨베이어(2)를 제어하거나, 촬상에 의해 얻어진 화상 데이터에 의거해서, 화 상 처리 및 계측(위상 시프트법에 의한 계측, 공간 코드화법에 의한 계측)?판정을 행하거나 한다. 즉, 메인 제어부(71)는, 본 발명에서의 제1 연산 수단 및 제2 연산 수단으로서도 기능한다.

다음에, 메인 제어부(71)를 비롯한 제어 장치(7)에서 실행되는 삼차원 계측(기판 검사)의 처리 내용을, 도 4의 플로차트에 의거해서 설명한다. 도 4는, 소정 검사 에리어에서의 기판 검사의 처리 내용의 1예를 도시하고 있다. 제어 장치(7)에서는, 스텝 S101에서, 해당하는 프린트 기판 K의 라이브러리 데이터를 판독입력한다. 계속되는 스텝 S102에서, 크림 땜납(계측 대상부)의 대체적인 높이를 얻는다.

그리고, 얻어진 계측 대상부의 대체적인 높이가 0㎛～100㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 스텝 S103으로 이행하고, 제1 양태로의 계측을 실행한다. 제1 양태로의 계측시에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 제로회로 된다. 따라서, 이 경우에는, 위상 시프트법만에 의한 계측이 행해진다. 즉, 상술한 위상 시프트(S1)～위상 시프트(S4)의 광제어 패턴에 의거해서, 도 5에 도시하는 바와 같은 위상 시프트법(IS1)～위상 시프트법(IS4)의 4회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 위상 시프트법용의 촬상이 행해진다. 그리고, 배경 기술에서도 설명한 공지의 위상 시프트법에 의해서, 해당 위상 시프트법만에 의거한, 계측 대상부의 높이 계측이 행해진다.

또, 얻어진 계측 대상부의 대체적인 높이가 100㎛～200㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 스텝 S104로 이행하고, 제2 양태로의 계측을 실행한다. 제2 양태로의 계측시에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 2회로 된다. 이 경우에는, 최소 주기의 공간 코드(C1)와, 그 2배의 주기의 공간 코드(C2)의 광제어 패턴으로의 조사가 행해진다. 즉, 도 6에 도시하는 바와 같은 공간 코드화법(KC1), 공간 코드화법(KC2)의 2회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 공간 코드화법용의 촬상이 행해진다. 또, 해당 촬상과는 별도로, 위상 시프트법(IS1)～위상 시프트법(IS4)의 4회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 위상 시프트법용의 촬상이 행해진다. 그리고, 우선은 공간 코드화법에 의거해서, 계측 대상부의 공간 코드 번호가 특정된다. 이것에 의해 위상 시프트법의 줄무늬 차수가 특정된다. 또, 특정된 줄무늬 차수에 의거해서, 위상 시프트법에 의해서 계측 대상부의 높이 계측이 행해진다.

또, 얻어진 계측 대상부의 대체적인 높이가 200㎛～400㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 스텝 S105로 이행하고, 제3 양태로의 계측을 실행한다. 제3 양태로의 계측시에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 3회로 된다. 이 경우에는, 최소 주기의 공간 코드(C1)와, 그 2배의 주기의 공간 코드(C2)와, 또 그 배의 주기의 공간 코드(C3)의 광제어 패턴으로의 조사가 행해진다. 즉, 도 7에 도시하는 바와 같은 공간 코드화법(KC1), 공간 코드화법(KC2) 및 공간 코드화법(KC3)의 3회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 공간 코드화법용의 촬상이 행해진다. 또, 해당 촬상과는 별도로, 위상 시프트법(IS1)～위상 시프트법(IS4)의 4회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 위상 시프트법용의 촬상이 행해진다. 그리고, 우선은 공간 코드화법에 의거해서, 계측 대상부의 공간 코드 번호가 특정된다. 이것 에 의해 위상 시프트법의 줄무늬 차수가 특정된다. 또, 특정된 줄무늬 차수에 의거하여, 위상 시프트법에 의해서 계측 대상부의 높이 계측이 행해진다.

그런데, 상기 스텝 S103, S104, S105로부터 이행해서, 스텝 S106에서는, 계측 결과를 판정한다. 즉, 상기 각 스텝 S103～S105에서의 계측 대상부의 높이가 미리 정해진 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 그리고, 계속되는 스텝 S107에서, 그 판정 결과를 외부에 출력해서 그 후의 처리를 일단 종료한다. 보다 자세하게는, 계측 대상부의 높이가 미리 정해진 허용 범위 내에 있는 경우에는, OK(양호{良})라는 취지를 출력하고, 계측 대상부의 높이가 허용 범위 내에 없는 경우에는, 불량인 것으로서 경고음을 발하거나, 일단 검사기의 동작을 정지하거나, 모니터에 그 취지의 표시를 행하거나 해서, 작업자 등에게 알림{報知}을 재촉한다.

여기서, 보다 구체적인 사례를 도 8에 의거해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 최종적인 계측 대상부의 높이는, 위상 시프트법에 의해 얻어지는 위상각 θ에 의해서 구해진다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 위상 시프트법에서의 정현파의 1주기분이 100㎛에 대응하고, 또한 위상 시프트법에 의해 얻어지는 위상각 θ가 90°였다고 한다. 그러면, 같은 도면에서, 후보로 되는 높이는, 「25㎛」, 「125㎛」, 「225 ㎛」,… 로 된다. 여기서, 라이브러리 데이터에 의한 계측 대상부의 대체적인 높이가 100㎛～200㎛의 범위 내에 있다고 추정된 경우에는, 제2 양태로의 계측이 행해진다. 다시 말해, 이 경우에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 2회로 된다[공간 코드화법(KC1), 공간 코드화법(KC2)의 2회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 공간 코드화법용의 촬상이 행해진다]. 그리고, 공간 코드화법으로 구해진 공간 코드 번호가 「0」이면(줄무늬 차수가 0이면), 실제의 높이는 「25㎛」로 되고, 공간 코드 번호가 「2」이면(줄무늬 차수가 1이면), 실제의 높이는 「125㎛」으로 된다.

또, 상기 사례에서 위상 시프트법에 의해 얻어지는 위상각 θ가 180°였다고 한다. 그러면, 같은 도면에서 후보로 되는 높이는, 「50㎛」, 「150㎛」, 「250㎛」,… 로 된다. 여기서, 라이브러리 데이터에 의한 계측 대상부의 대체적인 높이가 100㎛～200㎛의 범위 내에 있다고 추정된 경우에는, 상기와 마찬가지로 제2 양태로의 계측이 행해지고, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 2회로 된다. 그리고, 공간 코드화법으로 구해진 공간 코드 번호가 「0」또는 「1」이면(줄무늬 차수가 0 또는 2이면), 실제의 높이는 「50 ㎛」라고 되고, 공간 코드 번호가 「2」 또는 「3」이면(줄무늬 차수가 1이면), 실제의 높이는 「150㎛」라고 된다.

또, 다른 사례에 대해서 설명한다. 예를 들면, 도 9에 도시하는 바와 같이, 위상 시프트법에서의 정현파의 1주기분이 100㎛에 대응하고, 또한 위상 시프트법에 의해 얻어지는 위상각 θ가 270°였다고 한다. 그러면, 같은 도면에서 후보로 되는 높이는, 「75㎛」, 「175㎛」, 「275㎛」, 「375㎛」… 으로 된다. 여기서, 라이브러리 데이터에 의한 계측 대상부의 대체적인 높이가 200㎛～400㎛의 범위 내에 있다고 추정된 경우에는, 제3 양태로의 계측이 행해진다. 다시 말해, 이 경우에는, 공간 코드화법용의 촬상 회수는 3회로 된다[공간 코드화법(KC1), 공간 코드화법(KC2), 공간 코드화법(KC3)의 3회의 광 패턴의 조사가 행해지고, 각 조사시마다 공간 코드화법용의 촬상이 행해진다]. 그리고, 공간 코드화법으로 구해진 공간 코 드 번호가 「1」이면(줄무늬 차수가 0이면), 실제의 높이는 「75㎛」라고 되고, 공간 코드 번호가 「3」이면(줄무늬 차수가 1이면), 실제의 높이는 「175㎛」라고 되며, 공간 코드 번호가 「5」이면(줄무늬 차수가 2이면), 실제의 높이는 「275㎛」라고 되고, 공간 코드 번호가 「7」이면(줄무늬 차수가 3이면), 실제의 높이는 「375㎛」라고 된다.

이상 상세하게 기술{詳述}한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 최종적으로는, 위상 시프트법에 의해 계측 대상부의 높이가 계측되는 것이지만, 이것에 앞서서, 공간 코드화법에 의해서, 계측 대상부에 대응하는 줄무늬(줄무늬 차수)에 상당하는 공간 코드 번호가 특정된다. 즉, 줄무늬 차수가 특정된 후, 계측 대상부의 높이가 계측된다. 그 때문에, 공간 코드화법의 메리트인 측정가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있는 것 및, 위상 시프트법의 메리트인 고정밀도의 계측을 실현할 수 있는 것의 쌍방의 효과가 얻어진다.

또, 본 실시형태에서는, 단순히 위상 시프트법과 공간 코드화법을 조합한다는 기술 사상에 머무르지 않고, 라이브러리 데이터를 판독입력하여, 계측 대상부의 대체적인 높이를 얻기로 하고, 그것에 의해서, 공간 코드화법용의 촬상 회수를 결정하는 것으로 하고 있다. 보다 자세하게는, 계측 대상부의 대체적인 높이가 0㎛～100㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 제1 양태(위상 시프트 법만)로의 계측을 실행하고, 계측 대상부의 대체적인 높이가 100㎛～200㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 제2 양태(위상 시프트법+공간 코드화법용의 2회의 촬상)로의 계측을 실행하고, 계측 대상부의 대체적인 높이가 200㎛～400㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 제3 양태 (위상 시프트법+공간 코드화법용의 3회의 촬상)로의 계측을 실행하는 것으로 했다. 이와 같이, 계측 대상부의 높이가 그다지 높지 않은 경우에는, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 수단에 의한 촬상 회수를, 보다 적은 것으로 할 수가 있다. 한편, 계측 대상부의 높이가 높은 경우에는, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 그것에 따라서 많게 함으로써, 높이 레인지에 대응해서, 공간 코드 번호(위상 시프트법에서의 줄무늬 차수)를 적확하게 특정할 수가 있다. 즉, 그때 그때에 취득되는 계측 대상부의 높이 정보 등에 따른 최소한의 최적인 촬상 회수를 결정할 수 있고, 나아가서는 종합적으로도 최소한의 촬상 회수로 정밀도가 높은 삼차원 계측을 실현할 수 있다. 결과로서, 계측 효율의 향상을 실현할 수가 있다.

특히, 본 실시형태에서는, 계측 대상부의 대체적인 높이가 0㎛～100㎛의 범위 내에 있는 경우에는, 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 회수를 제로회로 하고, 위상 시프트법만에 의해서 계측 대상부의 높이를 계측하는 것으로 했다. 따라서, 한층더 높은 계측 효율의 향상을 도모할 수가 있다.

한편, 계측 대상부의 대체적인 높이가 100㎛ 이상인 경우에는, 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것으로 하고 있다. 이와 같이, 2회 이상 촬상됨으로써 공간 코드화법용의 화상 데이터가 2개 이상 존재하게 된다. 이것에 의해, 위상 시프트법만에서는 복수의 높이 후보가 존재하는 경우이더라도, 위상 시프트법에서의 줄무늬 차수를 보다 적확하게 특정할 수 있고, 나아가서는 정확한 계측을 실현할 수가 있다.

또, 본 실시형태에서는, 단일의 조사 수단(3), 단일의 CCD 카메라(4)를 이용하는 것으로 하고 있다. 바꾸어 말하면, 위상 시프트법용과 공간 코드화법용으로 다른 조사 수단, 촬상 수단을 이용하지 않아도 좋다. 그 때문에, 공간 절약화를 도모할 수 있음과 동시에, 코스트의 증대 억제를 도모할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 조명 수단(3)으로서, 액정 슬릿판(21)을 가지는 액정 투과 장치(13)를 이용함으로써, 위상 시프트법용의 조사에도 공간 코드화법용의 조사에도 대응할 수 있다. 그 때문에, 상기 작용 효과가 보다 확실히 얻어진다.

또한, 상술한 실시형태의 기재 내용에 한정되는 일 없이, 예를 들면 다음과 같이 실시해도 좋다.

(a) 상기 실시형태에서는, 크림 땜납(계측 대상부)의 높이가 400㎛를 넘는 케이스는 없는 것으로서 설명하는 것으로 하고 있다. 이것에 대해서, 공간 코드화법용의 촬상 회수를 더 증대함으로써, 400㎛를 넘는 경우이더라도, 계측가능하다. 즉, 상기 실시형태에서는, 공간 코드화법용의 촬상 회수의 상한이 3회로 되어 있지만, 4회 이상 촬상하는 것으로 해도 지장없다.

(b) 상기 실시형태에서는, 특별히 언급하고 있지 않지만, 공간 코드화법에서는, 명?암의 경계를 특정하는 것이 중요하게 되어 있다. 그래서, 액정 투과 장치(13)에 의한 광제어 패턴의 명?암을 역전시킨 광 패턴을 별도 조사하는 것으로 해도 좋다. 이와 같이 해서 제1 패턴광과, 그 제1 패턴광의 조사 영역과 그늘{陰; 그림자} 영역을 반전한 제2 패턴광을 조사하고, 촬상하는 것이다. 도 10에, 제1 패턴광을 조사해서 얻어지는 화상 정보의 일부를 부호 La로 나타내고, 제2 패턴광 을 조사해서 얻어지는 화상 정보의 일부를 부호 Lb로 나타낸다. 제1 패턴광에 의해서 얻어지는 화상 정보 La의 투광 영역에 대응하는 조사 영역의 부분 La1은, 제2 패턴광을 이용했을 때의 화상 정보 Lb의 차광 영역에 대응하는 부분 Lb1로 된다. 이들 화상 정보 La, Lb의 밝기, 즉 광강도가 서로 교차하는 점을, 명?암의 경계로 함으로써, 광원(11)으로부터의 광에 얼룩이 생기거나, 외란 요인이 존재했다고 해도, 그것에 영향받는 일 없이, 정확하게 명?암의 경계를 특정할 수가 있다. 나아가서는, 공간 코드화법에서의 보다 정확한 연산을 실현할 수가 있다.

(c) 상기 실시형태에서는, 위상 시프트법에 의한 촬상 회수를 4회로 하고 있지만, 촬상 회수를 3회로 해도 좋다(일본특개 2002-81924호 공보 등 참조).

(d) 상기 실시형태에서는, 최소 주기를 100㎛로 해서 계측하는 것으로 하고 있지만, 이것은 어디까지나 예시로서, 이러한 수치에 구애{拘泥}되는 것은 아니다.

(e) 상기 실시형태에서는, 크림 땜납을 계측 대상으로 하고 있지만, 다른 계측 대상을 계측하는 것으로 해도 좋다. 다른 계측 대상으로서는, 예를 들면 땜납 범프, 전자 부품 등을 들 수 있다.

(f) 상기 실시형태에서는, 계측된 높이가 1회라도 범위를 일탈하는 경우에는, 불량으로 판정하는 것으로 했지만, 판정 기준에 대해서는 전혀 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 복수 에리어에 있어서 일탈하는 경우에 불량으로 판정하는 것으로 해도 좋고, 크림 땜납 전체의 체적이 소정값 이하인 경우에 불량으로 판정하는 것으로 해도 좋다.

본 발명은, 삼차원 계측 장치 및 그 삼차원 계측 장치를 구비한 기판 검사기에 관한 기술 분야에 이용가능하다.

Claims

기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양{縞狀} 광 패턴 및 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 화상 데이터중 상기 계측 대상부에 대응하는 줄무늬를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하고, 또

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 미만이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 0회로 하고, 상기 제2 연산 수단에 의한 특정을 거치는 일 없이, 상기 제1 연산 수단에 의해서 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 화상 데이터중 상기 계측 대상부에 대응하는 줄무늬를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 기판의 설계 데이터 및 제조 데이터중 적어도 한쪽에 의거해서, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보를 취득하고, 해당 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하고, 또

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 미만이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 0회로 하고, 상기 제2 연산 수단에 의한 특정을 거치는 일 없이, 상기 제1 연산 수단에 의해서 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 정현파모양의 광강도 분포를 가지는 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 광강도 분포가 소정 코드에 따르는 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 위상 시프트법용의 광 패턴 및 공간 코드화법용의 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 줄무늬 차수{次數}를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비하고,

상기 제2 연산 수단에 의해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 줄무늬 차수를 특정한 후, 상기 제1 연산 수단에 의해서, 상기 계측 대상부의 높이를 연산하도록 구성되어 이루어지는 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 기판의 설계 데이터 및 제조 데이터중 적어도 한쪽에 의거해서, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보를 취득하고, 해당 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하고, 또

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 미만이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 0회로 하고, 상기 제2 연산 수단에 의한 특정을 거치는 일 없이, 상기 제1 연산 수단에 의해서 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제1항에 있어서,

상기 촬상 제어 수단은,

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제2항에 있어서,

상기 촬상 제어 수단은,

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제3항에 있어서,

상기 촬상 제어 수단은,

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 화상 데이터중 상기 계측 대상부에 대응하는 줄무늬를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하고, 또

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 화상 데이터중 상기 계측 대상부에 대응하는 줄무늬를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 기판의 설계 데이터 및 제조 데이터중 적어도 한쪽에 의거해서, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보를 취득하고, 해당 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하고, 또

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
기판 본체 상의 계측 대상부에 대해서, 정현파모양의 광 강도 분포를 가지는 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴 및 광 강도 분포가 소정 코드에 따르는 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능한 조사 수단과,

상기 위상 시프트법용의 광 패턴 및 공간 코드화법용의 광 패턴이 조사된 계측 대상부를 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의한 촬상을 제어하는 촬상 제어 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 적어도 상기 계측 대상부의 높이를 연산하는 제1 연산 수단과,

상기 촬상 수단으로 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 줄무늬 차수를, 공간 코드화법에 의해 특정가능한 제2 연산 수단

을 구비하고,

상기 제2 연산 수단에 의해서, 상기 위상 시프트법에 의한 상기 제1 연산 수단에서의 연산시에 있어서의 줄무늬 차수를 특정한 후, 상기 제1 연산 수단에 의해서, 상기 계측 대상부의 높이를 연산하도록 구성되어 이루어지는 삼차원 계측 장치로서,

상기 촬상 제어 수단은, 기판의 설계 데이터 및 제조 데이터중 적어도 한쪽에 의거해서, 상기 계측 대상부의 높이 정보 또는 개략 높이 정보를 취득하고, 해당 높이 정보 또는 개략 높이 정보에 의거해서, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 결정하고, 결정한 촬상 회수로의 촬상을 실행하고, 또

취득한 상기 높이 정보 또는 개략 높이 정보가, 상기 계측 대상부의 높이가 제1 소정값 이상이라는 취지의 정보인 경우에는, 상기 공간 코드화법용의 서로 다른 광 패턴의 조사에 의거하는 상기 촬상 수단에 의한 촬상 회수를 2회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제1항에 있어서,

상기 공간 코드화법용의 줄무늬모양 광 패턴은, 상기 공간 코드화법용의 광 패턴의 조사에 의거하는 각 촬상 회마다, 최소 주기의 광 패턴에 대해서, 각 회에서 다른 정수값{整數値}을 승산한 주기로 명암이 반전하는 패턴인 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제1항에 있어서,

상기 조사 수단은, 단일의 조명으로 이루어지며, 위상 시프트법용의 광 패턴 및 공간 코드화법용의 광 패턴을 전환 조사가능한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제1항에 있어서,

상기 조사 수단은, 광원과, 액정 슬릿판을 구비하고,

상기 액정 슬릿판의 한쪽 면측의 복수의 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 상기 광원으로부터의 광을 정현파모양으로 투과시켜서, 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴을 조사가능함과 동시에, 상기 광원으로부터의 광을 스트라이프모양으로 투과시켜서 공간 코드화법용의 명?암 줄무늬모양의 광 패턴을 조사가능한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴은, 해당 위상 시프트법용의 줄무늬모양 광 패턴의 조사에 의거하는 각 촬상 회수마다, 같은 주기에서 위상이 다른 패턴인 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
제1항에 기재된 삼차원 계측 장치를 구비해서 이루어지는 기판 검사기.
제13항에 기재된 삼차원 계측 장치를 구비해서 이루어지는 기판 검사기.