被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置
【課題】撮像した画像を用いて被検査体における凸部について正面の形状とともに側面をも同時に観察し、検査工程に要する時間を短縮するとともに、簡易な構成により被検査体における凸部の高さを求められるようにする。
【解決手段】一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシート（ＭＰＳ）を被検査体（Ｓ）に近接した位置に配置し、このマイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置１０を配置する。撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに凸部の側面が観察され、被検査体上の１点に対応する画像上の２点の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さが求められる。
【解決手段】一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシート（ＭＰＳ）を被検査体（Ｓ）に近接した位置に配置し、このマイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置１０を配置する。撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに凸部の側面が観察され、被検査体上の１点に対応する画像上の２点の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さが求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置に関するものであり、特に製造工程における半導体素子の面上の凸部のような微小な対象物の側面を含む形状の観察、凸部の高さの測定を可能にした被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の情報端末機器、可搬型の情報処理装置、ゲーム機等種々のデジタル機器において小型化、高機能化が急速に進行しており、これに伴って機器には高密度の実装技術が不可欠となっている。デジタル機器の中枢部であるＣＰＵ、メモリー等のＩＣにおいて、リードの形態はＳＯＰからＢＡＬＬへ、さらにＢＵＭＰへと改良されてきた。ミリメートル単位のリードから数百ミクロンのＢＵＭＰになり、それとともに寸法検査精度への要求が高まり、製造工程での接合においてＢＵＭＰの高さが特に重要になめため、高さを高精度で測定することが求められるようになっている。
【０００３】
また、半導体製造の後工程において、ＩＣの外観検査は、出荷直前の最終検査として重要な工程である。このような外観検査として、リード間の異物、印刷の良否の検査、パッケージの欠け等の２次元画像処理面による検査と、リードの浮きやボール、バンプの高低差（コプラナリティ）の評価等の３次元検査がある。
【０００４】
撮像装置を用いてこのような対象物を観察する場合に、凸部の正面部分を観察する状態では通常側面部は観察されない。側面部を観察するには対象物と撮像装置の角度関係を変えて観察を行う必要があり、そのため検査工程はその分多くなり、それだけの時間を要することになる。また、検査工程としては、側面部の観察とともに、高さの測定を行うことも望まれるということがある。
【０００５】
被検査体における形状検査に関する技術として、次のような文献に開示されている。特許文献１は錠剤のＰＴＰ包装機において光照射された錠剤を撮像手段により撮像して得られた画像について三次元計測法により錠剤の高さを求め、これに基づいて錠剤の異常の有無を検出するようにした外観検査装置に関するものである。特許文献２には、照明光源を有し被検物からの反射光を結像させるコンフォーカル光学系と照明光源を有し斜め方向の反射光を結像させる斜法像観察光学系とを備え被検物の高さ測定を可能にした形状測定装置について記載されている。また、特許文献３には、基盤に対し防振手段を介して設けられたステージ上に載置された検査対象物をＸＹＺ移動手段に取り付けられた画像取り込み手段で撮像し、フォーカス変位計により高さ測定を行うようにした形状検査装置について記載されている。
【０００６】
特許文献１，２に示される装置では照明光源、撮像手段を２組備えるようにしており、装置の構成として規模が大きくなり、装置の経費も多く要する。特許文献３に記載のものは、一方向から観察されるものであって、正面を観察する場合に側面を同時に観察することはできず、高さ測定のための手段は形状検査とは別途備えられるものである。このため、側面を観察する工程が付加されることになり、また、装置の規模が大がかりになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８６０４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９１７号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
製造工程における半導体素子の面上におけるリード、バンプ等の凸部の形状を観察する場合に、正面から見た形状のほか側面の形状、状態を同時に観察できれば、それだけ工程を少なくできることになる。リードの浮き、バンプの高さを測定する際に、２組の照明手段、撮像手段を備えるものでは装置の構成が大規模になり、それだけ経費を要するものになる。１組の照明手段、撮像装置で２回の撮像を行うものでは、それだけ撮像工程が多くなり、検査工程に多くの時間を要することになる。このようなことから、簡易な測定装置の構成により半導体素子等の被検査体の面における凸部の正面と側面とについて同時に観察できるようにし、また、高さを測定できるようにする形状検査装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本願の請求項１に係る被検査体における形状検査を行う方法は、一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシートを被検査体に近接した位置に配置することと、前記マイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置を配置することと、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面を観察することと、からなるものである。
【００１０】
本願の請求項２に係る被検査体における形状検査を行う方法は、被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求めるようにしたものである。
【００１１】
また、本願の請求項３に係る被検査体における形状検査装置は、被検査体を載置するための載置台と、該載置台上に載置された被検査体に載置された被検査体の上側で近接した位置に保持された透明材料からなるマイクロプリズムシートと、該マイクロプリズムシートを介して載置台上の被検査体を撮像するための撮像装置とを備えてなり、前記マイクロプリズムシートは一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であるものであって、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面が観察されるようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項４に係る被検査体における形状検査装置は、被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求める演算処理部をさらに備えているものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接されてなるマイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像手段により撮像することにより、１回の撮像で被検査体における凸部について正面から見た形状とともに側面をも同時に観察することができ、検査工程に要する時間を短縮することができる。また、マイクロプリズムシートの屈折作用を用いて、簡易な構成により被検査体における凸部の高さを求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による被検査体の形状検査装置は図１に示すような概略的構成を有する。１は被検査体Ｓを載置するための載置台であり、２，２はマイクロプリズムシートＭＰＳを載置台１上に載置された被検査体Ｓに近接した位置に保持するマイクロプリズムシート保持部であり、３は支柱、４は支柱に上下位置調節可能に設けられた調節保持部、５は調節保持部４に一体的に設けられ撮像装置１０を取り付けるための撮像装置取付け部材であり、撮像レンズＬを備えた撮像装置１０が載置台１上に載置された被検査体Ｓを撮像可能な位置において撮像装置取付け部材５に取り付けられる。２０は撮像装置１０での撮像により取得された画像について被検査体における高さを算出するための演算処理部であり、撮像装置１０とは接続されたケーブルによりデータ移送がなされる。
【００１５】
撮像装置１０のレンズＬは近接撮像光学系ないし顕微鏡撮像光学系をなすもので一般的に複数枚のレンズからなる撮像レンズ系である。
図２はマイクロプリズムシートＭＰＳの一部を拡大した断面図で示したものであり、マイクロプリズムシートＭＰＳは一方の面に断面が二等辺三角形上で同形同大の山形形状部Ｍが稜線を平行にして１つの方向に多数並列的に延在するように形成され、他方の面は平坦な面として透明材料で形成されたものである。
【００１６】
マイクロプリズムシートＭＰＳの材質は、光学的に均質で等方性である透明なものがよく、例えばポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等あるいはガラスがあげられるが、特に制限はない。また、その屈折率は好ましくは１．５〜１．６５程度のものがよい。
【００１７】
山形形状部Ｍの寸法例として、間隔ａが５０μｍ、高さｂが２５μｍ、山形形状部Ｍの下側からの厚さｃが１２５μｍの程度とする。この例による山形形状部Ｍの頂角は９０°であるが、頂角は必ずしも９０°である必要はない。また、隣接する山形形状部の間隔は数十μｍ程度であり、この寸法が数μｍより小さいと回折格子としての作用になるため、マイクロプリズムシートとしては適切でなくなる。このマイクロプリズムシートＭＰＳの平面的寸法は被検査体を撮像する際に被検査体からの光がマイクロプリズムシートＭＰＳを透過した上で撮像レンズ系に取り込まれるのに十分な大きさとすればよい。
【００１８】
（１）マイクロプリズムシートの光学的作用
本発明による被検査体の形状検査装置ではマイクロプリズムシートＭＰＳの屈折作用を利用して被検査体における凸部の側面を観察可能にし、凸部の高さを測定するのであるが、マイクロプリズムシートＭＰＳによる光の屈折作用について図３を参照して説明する。図３（ａ）のようにマイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部側の面への垂直な入射光線ＩＢは山形形状部のいずれかの斜面と平坦な面とで屈折し、入射方向に角度θをなして対称的な方向に出射光ＴＢとして出射する。図３（ｂ）のようにマイクロプリズムシートＭＰＳの平坦な面に垂直方向から角度θをなす方向への入射光ＩＢは平坦な面と斜面とで屈折して垂直方向への出射光ＴＢとなる。図３の（ａ）と（ｂ）とは光の逆進性の関係にある。
【００１９】
このように、マイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部側に入射した光が２方に分かれ屈折して出射し、この出射と同じ角度をなして入射する対称的な２方向からの入射光は屈折してマイクロプリズムシートＭＰＳに垂直方向に出射する。この屈折の角度θはマイクロプリズムシートＭＰＳの材質の屈折率ｎ、山形形状部Ｍの頂角の大きさに依存する量である。例えば図２のような山形形状部の頂角が９０°でマイクロプリズムシートＭＰＳの材質の屈折率ｎが１．５の場合に、θは約２５°となる。
【００２０】
図３（ａ），（ｂ）で逆向きの方向に、すなわちマイクロプリズムシートＭＰＳの平坦な面の側に垂直に入射した光も山形形状部の斜面での屈折により対称的な２つの方向に出射するが、この場合マイクロプリズムシートとしての屈折の角度は図３（ａ），（ｂ）の場合とは異なったものになる。このことは、楔形プリズムでの入射角と出射角の差としての振れ角が入射角により変わるという性質によるものである。ここでの説明として、図３（ａ），（ｂ）の形での出射光の角度をマイクロプリズムシートＭＰＳとしての屈折角θとする。
【００２１】
図４は、被検査体のある１点からの光がマイクロプリズムシートＭＰＳ、結像レンズＬを通過して結像する状況を示す図である。被検査体の１点ＳＰからの光は種々の方向でマイクロプリズムシートＭＰＳに向かい、マイクロプリズムシートを透過し屈折して出射して結像レンズＬに向かう。プリズムの屈折角に従い出射した光のうち結像レンズに入らない方向の光ＳＬ（点線）は結像に関与できない。このように、マイクロプリズムシートＭＰＳに入射した光はマイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部Ｍとの位置関係で種々の方向に屈折するが、実質的に結像に関与するのはＭＬのように光軸に平行な光である。
【００２２】
光軸に平行な光ＭＬ（実線）は結像レンズＬにより結像面ＩＰ上の異なる２点に結像する。これは、被検査体の１点Ｐからの光がマイクロプリズムシートＭＰＳ上の２点から出たのと同様になるためである。このように被検査体の１点からの光が２点に結像する作用はマイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部Ｍが延在する図４での左右方向に関するものであり、マイクロプリズムＭＰＳ面においてこれに垂直な方向はマイクロプリズムＭＰＳによる作用は生じない。
【００２３】
図５はマイクロプリズムシートＭＰＳを介して被検査体を観察する状況を斜視図で示す図である。被検査体Ｓは直方体形状であり、上面がＡ、対向する２組の側面がＢ，Ｃ及びＥ，Ｄであり、下側が底面となっている。このような被検査体Ｓからの光がマイクロプリズムシートＭＰＳに向かう状況を側方から見ると、図６に示すようになる。
【００２４】
被検査体Ｓの側面Ｂ，Ｃからの光はプリズムシートＭＰＳからの高さが異なり、高さの異なる位置からの光はマイクロプリズムシートＭＰＳで屈折する位置が異なることになり、結像レンズＬにより結像面ＩＰ上で異なるそれぞれ２点の位置に結像する。被検査体Ｓの上面Ａ上の各点からの光は前述したようにそれぞれ異なる２点の位置に結像する。このようにマイクロプリズムシートの屈折の作用を用いて被検査体における凸部の側面の観察、高さの測定がなされるのであるが、その際マイクロプリズムシートＭＰＳは被検査体上にごく近接した位置に配置すること、あるいは被検査体上に載せるようにして配置するのが望ましい。マイクロプリズムシートが被検査体からある程度離れると、分離した２点の広がりが大きくなり、視野からはみ出して、観察、高さの測定に適切でなくなる。
【００２５】
（２）被検査体における凸部の側面の観察
マイクロレンズシートＭＰＳを介在させずに被検査体Ｓを直接結像レンズＬにより結像面ＩＰ上に結像させた場合は、図７（ａ）のように、被検査体Ｓと同形の上面Ａのみが見える像となる。
【００２６】
図５のように、マイクロプリズムシートＭＰＳを介在させ結像レンズＬにより結像面ＩＰ上に形成される被検査体Ｓの像は図７（ｂ）のようになり、被検査体Ｓの上面Ａが横方向に伸び、両側に側面Ｂ，Ｃが見える像となる。上面Ａが横方向に伸びた状態になるのは前述したように、対象物の１点がマイクロプリズムシートの屈折作用により２点に結像することによる。
【００２７】
図７（ｂ）のように、マイクロプリズムシートＭＰＳを介して結像させることにより、被検査体Ｓの上面Ａと側面Ｂ，Ｃとが観察される。側面Ｂ、ＣはマイクロプリズムレンズシートＭＰＳの山形形状部が反復して延在する方向にある側面であり、これに直交する方向の側面Ｄ，Ｅは観察されない。マイクロプリズムシートＭＰＳを、光軸を中心軸として９０°回転させて被検査体Ｓを結像させると、上面Ａが縦方向に伸び、側面Ｂ，Ｃはなく、側面Ｄ，Ｅが上下に見られる像となる。このように、被検査体と結像レンズとの間にマイクロプリズムシートＭＰＳを配置することにより、凸部の上面とともに側面が観察される。
【００２８】
（３）高さの測定
撮像光学系においてマイクロプリズムシートＭＰＳを介在させることにより、被検査体における高さを測定することができる。図８（ａ），（ｂ）はマイクロプリズムシートＭＰＳを介在させる結像光学系により高さを求める考え方を示す図である。撮像レンズの結像倍率をαとし、マイクロプリズムシートＭＰＳは屈折角がθであり、被検査体、マイクロプリズムシートＭＰＳ、撮像レンズが図８（ａ）のような位置関係になるように設定されている。高さの測定に関しては、マイクロプリズムシートＭＰＳが被検査体Ｓの凸部の上側で近接した位置になるように設定配置するのがよい。
【００２９】
マイクロプリズムシートが被検査体の凸部の一点Ｐから高さｈの位置にあるとして、点Ｐから光軸に対してマイクロプリズムシートＭＰＳの屈折角θの方向の光がマイクロプリズムシートＭＰＳの点Ｑ１，Ｑ２の位置で屈折して光軸方向に進み、レンズＬの結像作用により結像面ＩＰ上の２点Ｎ１，Ｎ２として結像する。マイクロプリズムシートＭＰＳ上の点Ｑ１，Ｑ２の間隔をｄ、結像面ＩＰにおける点Ｎ１，Ｎ２の間隔をｗとすると、図８（ａ）において、
ｄ／２＝ｈ×ｔａｎ（θ） ……………… （１）
であり、撮像光学系の倍率をαとすると、結像面上での点Ｎ１，Ｎ２間の距離ｗは
ｗ＝α×ｄ ……………… （２）
となる。
【００３０】
この関係をみるには、図８（ｂ）のように考えるのがよい。図８（ｂ）で、Ｐ１，Ｐ２はＱ１，Ｑ２から下方に延長した位置でともに実質的にＰと同等の高さにある。すなわち、Ｐ１，Ｐ２は被検査体の凸部の一点Ｐと光学的に等価な位置であり、Ｐ１Ｐ２の間隔はｄであって、それぞれＰ１，Ｐ２からの光が直進してレンズＬにより結像面ＩＰ上のＮ１，Ｎ２の位置に結像すると考えることができる。
【００３１】
そうすると、式（１），（２）から高さｈは
ｈ＝ｗ／２α×ｔａｎ（θ） ……………… （３）
となる。
【００３２】
式（３）で、αは撮像光学系により、また、θはマイクロプリズムシートＭＰＳにより定まる量であるので、撮像された画像におけるｗの値からｈが求められ、被検査体における凸部の高さが算出されることになる。
【００３３】
実際に高さを算出する上では、撮像光学系、マイクロプリズムシートの配置により式（３）の関係として、画像における幅ｗと凸部の高さｈとの関係を検量線として求めておき、特定の被検査体についての撮像で得られた画像におけるｗの値とこの検量線とから高さｈを求めるようにするのがよい。図１の被検査体における形状検査装置における演算処理部２０においては、撮像装置１０での撮像により得られた画像における高さを求める対象となる部分に関し２点間の距離ｗを求め、それから高さを求める演算を行う機能を備えるものとする。この演算処理部２０としては、画像中に対象となる部分についての２点を指定するためのマーク付与手段、式（３）の関係を表す検量線のデータの保持手段等の機能をさらに備えるのがよい。
【００３４】
式（３）の関係では、被検査体の凸部における一点Ｐについての撮像された画像における幅ｗから高さを求めている。被検査体の凸部が一点として観測されるのでなく、面として観測される場合には、図７（ｂ）のように、マイクロプリズムシートＭＰＳの作用によりこの面の横方向の幅が伸びることを利用して高さが求められる。この場合には、撮像光路中にマイクロプリズムシートＭＰＳに介在させた状態と、介在させない状態との２つの画像を取得し、面として観測される凸部の横方向の幅の差ｓ′−ｓを求める。この横方向の幅の差ｓ′−ｓが式（３）におけるｗに相当することになり、これを用いて高さが求められる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による被検査体における形状検査装置の概略的構成を示す図である。
【図２】マイクロプリズムシートの部分的拡大断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）マイクロプリズムシートへの入射光、出射光の関係を示す図である。
【図４】被検査体のある１点からの光がマイクロプリズムシートを介在して結像する状況を示す図である。
【図５】マイクロプリズムシートを介して被検査体を観察する状況を斜視図で示す図である。
【図６】被検査体Ｓからの光がマイクロプリズムシートＭＰＳに向かう状況を側方から見る
【図７】（ａ）マイクロプリズムシートを介在させずに撮像した被検査体の像を示す図であり、（ｂ）マイクロプリズムシートを介在させて撮像した被検査体の像を示す図である。
【図８】（ａ）マイクロプリズムシートＭＰＳを介在させる結像光学系により高さを求める考え方を示す図である。（ｂ）高さを求める考え方を示すした（ａ）と同等の図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 載置台
２ 保持部
３ 支柱
４ 調節保持部
５ 撮像装置取付け部材
１０ 撮像装置
２０ 演算処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置に関するものであり、特に製造工程における半導体素子の面上の凸部のような微小な対象物の側面を含む形状の観察、凸部の高さの測定を可能にした被検査体における形状検査を行う方法及び被検査体における形状検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の情報端末機器、可搬型の情報処理装置、ゲーム機等種々のデジタル機器において小型化、高機能化が急速に進行しており、これに伴って機器には高密度の実装技術が不可欠となっている。デジタル機器の中枢部であるＣＰＵ、メモリー等のＩＣにおいて、リードの形態はＳＯＰからＢＡＬＬへ、さらにＢＵＭＰへと改良されてきた。ミリメートル単位のリードから数百ミクロンのＢＵＭＰになり、それとともに寸法検査精度への要求が高まり、製造工程での接合においてＢＵＭＰの高さが特に重要になめため、高さを高精度で測定することが求められるようになっている。
【０００３】
また、半導体製造の後工程において、ＩＣの外観検査は、出荷直前の最終検査として重要な工程である。このような外観検査として、リード間の異物、印刷の良否の検査、パッケージの欠け等の２次元画像処理面による検査と、リードの浮きやボール、バンプの高低差（コプラナリティ）の評価等の３次元検査がある。
【０００４】
撮像装置を用いてこのような対象物を観察する場合に、凸部の正面部分を観察する状態では通常側面部は観察されない。側面部を観察するには対象物と撮像装置の角度関係を変えて観察を行う必要があり、そのため検査工程はその分多くなり、それだけの時間を要することになる。また、検査工程としては、側面部の観察とともに、高さの測定を行うことも望まれるということがある。
【０００５】
被検査体における形状検査に関する技術として、次のような文献に開示されている。特許文献１は錠剤のＰＴＰ包装機において光照射された錠剤を撮像手段により撮像して得られた画像について三次元計測法により錠剤の高さを求め、これに基づいて錠剤の異常の有無を検出するようにした外観検査装置に関するものである。特許文献２には、照明光源を有し被検物からの反射光を結像させるコンフォーカル光学系と照明光源を有し斜め方向の反射光を結像させる斜法像観察光学系とを備え被検物の高さ測定を可能にした形状測定装置について記載されている。また、特許文献３には、基盤に対し防振手段を介して設けられたステージ上に載置された検査対象物をＸＹＺ移動手段に取り付けられた画像取り込み手段で撮像し、フォーカス変位計により高さ測定を行うようにした形状検査装置について記載されている。
【０００６】
特許文献１，２に示される装置では照明光源、撮像手段を２組備えるようにしており、装置の構成として規模が大きくなり、装置の経費も多く要する。特許文献３に記載のものは、一方向から観察されるものであって、正面を観察する場合に側面を同時に観察することはできず、高さ測定のための手段は形状検査とは別途備えられるものである。このため、側面を観察する工程が付加されることになり、また、装置の規模が大がかりになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８６０４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９１７号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
製造工程における半導体素子の面上におけるリード、バンプ等の凸部の形状を観察する場合に、正面から見た形状のほか側面の形状、状態を同時に観察できれば、それだけ工程を少なくできることになる。リードの浮き、バンプの高さを測定する際に、２組の照明手段、撮像手段を備えるものでは装置の構成が大規模になり、それだけ経費を要するものになる。１組の照明手段、撮像装置で２回の撮像を行うものでは、それだけ撮像工程が多くなり、検査工程に多くの時間を要することになる。このようなことから、簡易な測定装置の構成により半導体素子等の被検査体の面における凸部の正面と側面とについて同時に観察できるようにし、また、高さを測定できるようにする形状検査装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本願の請求項１に係る被検査体における形状検査を行う方法は、一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシートを被検査体に近接した位置に配置することと、前記マイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置を配置することと、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面を観察することと、からなるものである。
【００１０】
本願の請求項２に係る被検査体における形状検査を行う方法は、被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求めるようにしたものである。
【００１１】
また、本願の請求項３に係る被検査体における形状検査装置は、被検査体を載置するための載置台と、該載置台上に載置された被検査体に載置された被検査体の上側で近接した位置に保持された透明材料からなるマイクロプリズムシートと、該マイクロプリズムシートを介して載置台上の被検査体を撮像するための撮像装置とを備えてなり、前記マイクロプリズムシートは一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であるものであって、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面が観察されるようにしたものである。
【００１２】
本願の請求項４に係る被検査体における形状検査装置は、被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求める演算処理部をさらに備えているものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接されてなるマイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像手段により撮像することにより、１回の撮像で被検査体における凸部について正面から見た形状とともに側面をも同時に観察することができ、検査工程に要する時間を短縮することができる。また、マイクロプリズムシートの屈折作用を用いて、簡易な構成により被検査体における凸部の高さを求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による被検査体の形状検査装置は図１に示すような概略的構成を有する。１は被検査体Ｓを載置するための載置台であり、２，２はマイクロプリズムシートＭＰＳを載置台１上に載置された被検査体Ｓに近接した位置に保持するマイクロプリズムシート保持部であり、３は支柱、４は支柱に上下位置調節可能に設けられた調節保持部、５は調節保持部４に一体的に設けられ撮像装置１０を取り付けるための撮像装置取付け部材であり、撮像レンズＬを備えた撮像装置１０が載置台１上に載置された被検査体Ｓを撮像可能な位置において撮像装置取付け部材５に取り付けられる。２０は撮像装置１０での撮像により取得された画像について被検査体における高さを算出するための演算処理部であり、撮像装置１０とは接続されたケーブルによりデータ移送がなされる。
【００１５】
撮像装置１０のレンズＬは近接撮像光学系ないし顕微鏡撮像光学系をなすもので一般的に複数枚のレンズからなる撮像レンズ系である。
図２はマイクロプリズムシートＭＰＳの一部を拡大した断面図で示したものであり、マイクロプリズムシートＭＰＳは一方の面に断面が二等辺三角形上で同形同大の山形形状部Ｍが稜線を平行にして１つの方向に多数並列的に延在するように形成され、他方の面は平坦な面として透明材料で形成されたものである。
【００１６】
マイクロプリズムシートＭＰＳの材質は、光学的に均質で等方性である透明なものがよく、例えばポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等あるいはガラスがあげられるが、特に制限はない。また、その屈折率は好ましくは１．５〜１．６５程度のものがよい。
【００１７】
山形形状部Ｍの寸法例として、間隔ａが５０μｍ、高さｂが２５μｍ、山形形状部Ｍの下側からの厚さｃが１２５μｍの程度とする。この例による山形形状部Ｍの頂角は９０°であるが、頂角は必ずしも９０°である必要はない。また、隣接する山形形状部の間隔は数十μｍ程度であり、この寸法が数μｍより小さいと回折格子としての作用になるため、マイクロプリズムシートとしては適切でなくなる。このマイクロプリズムシートＭＰＳの平面的寸法は被検査体を撮像する際に被検査体からの光がマイクロプリズムシートＭＰＳを透過した上で撮像レンズ系に取り込まれるのに十分な大きさとすればよい。
【００１８】
（１）マイクロプリズムシートの光学的作用
本発明による被検査体の形状検査装置ではマイクロプリズムシートＭＰＳの屈折作用を利用して被検査体における凸部の側面を観察可能にし、凸部の高さを測定するのであるが、マイクロプリズムシートＭＰＳによる光の屈折作用について図３を参照して説明する。図３（ａ）のようにマイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部側の面への垂直な入射光線ＩＢは山形形状部のいずれかの斜面と平坦な面とで屈折し、入射方向に角度θをなして対称的な方向に出射光ＴＢとして出射する。図３（ｂ）のようにマイクロプリズムシートＭＰＳの平坦な面に垂直方向から角度θをなす方向への入射光ＩＢは平坦な面と斜面とで屈折して垂直方向への出射光ＴＢとなる。図３の（ａ）と（ｂ）とは光の逆進性の関係にある。
【００１９】
このように、マイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部側に入射した光が２方に分かれ屈折して出射し、この出射と同じ角度をなして入射する対称的な２方向からの入射光は屈折してマイクロプリズムシートＭＰＳに垂直方向に出射する。この屈折の角度θはマイクロプリズムシートＭＰＳの材質の屈折率ｎ、山形形状部Ｍの頂角の大きさに依存する量である。例えば図２のような山形形状部の頂角が９０°でマイクロプリズムシートＭＰＳの材質の屈折率ｎが１．５の場合に、θは約２５°となる。
【００２０】
図３（ａ），（ｂ）で逆向きの方向に、すなわちマイクロプリズムシートＭＰＳの平坦な面の側に垂直に入射した光も山形形状部の斜面での屈折により対称的な２つの方向に出射するが、この場合マイクロプリズムシートとしての屈折の角度は図３（ａ），（ｂ）の場合とは異なったものになる。このことは、楔形プリズムでの入射角と出射角の差としての振れ角が入射角により変わるという性質によるものである。ここでの説明として、図３（ａ），（ｂ）の形での出射光の角度をマイクロプリズムシートＭＰＳとしての屈折角θとする。
【００２１】
図４は、被検査体のある１点からの光がマイクロプリズムシートＭＰＳ、結像レンズＬを通過して結像する状況を示す図である。被検査体の１点ＳＰからの光は種々の方向でマイクロプリズムシートＭＰＳに向かい、マイクロプリズムシートを透過し屈折して出射して結像レンズＬに向かう。プリズムの屈折角に従い出射した光のうち結像レンズに入らない方向の光ＳＬ（点線）は結像に関与できない。このように、マイクロプリズムシートＭＰＳに入射した光はマイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部Ｍとの位置関係で種々の方向に屈折するが、実質的に結像に関与するのはＭＬのように光軸に平行な光である。
【００２２】
光軸に平行な光ＭＬ（実線）は結像レンズＬにより結像面ＩＰ上の異なる２点に結像する。これは、被検査体の１点Ｐからの光がマイクロプリズムシートＭＰＳ上の２点から出たのと同様になるためである。このように被検査体の１点からの光が２点に結像する作用はマイクロプリズムシートＭＰＳの山形形状部Ｍが延在する図４での左右方向に関するものであり、マイクロプリズムＭＰＳ面においてこれに垂直な方向はマイクロプリズムＭＰＳによる作用は生じない。
【００２３】
図５はマイクロプリズムシートＭＰＳを介して被検査体を観察する状況を斜視図で示す図である。被検査体Ｓは直方体形状であり、上面がＡ、対向する２組の側面がＢ，Ｃ及びＥ，Ｄであり、下側が底面となっている。このような被検査体Ｓからの光がマイクロプリズムシートＭＰＳに向かう状況を側方から見ると、図６に示すようになる。
【００２４】
被検査体Ｓの側面Ｂ，Ｃからの光はプリズムシートＭＰＳからの高さが異なり、高さの異なる位置からの光はマイクロプリズムシートＭＰＳで屈折する位置が異なることになり、結像レンズＬにより結像面ＩＰ上で異なるそれぞれ２点の位置に結像する。被検査体Ｓの上面Ａ上の各点からの光は前述したようにそれぞれ異なる２点の位置に結像する。このようにマイクロプリズムシートの屈折の作用を用いて被検査体における凸部の側面の観察、高さの測定がなされるのであるが、その際マイクロプリズムシートＭＰＳは被検査体上にごく近接した位置に配置すること、あるいは被検査体上に載せるようにして配置するのが望ましい。マイクロプリズムシートが被検査体からある程度離れると、分離した２点の広がりが大きくなり、視野からはみ出して、観察、高さの測定に適切でなくなる。
【００２５】
（２）被検査体における凸部の側面の観察
マイクロレンズシートＭＰＳを介在させずに被検査体Ｓを直接結像レンズＬにより結像面ＩＰ上に結像させた場合は、図７（ａ）のように、被検査体Ｓと同形の上面Ａのみが見える像となる。
【００２６】
図５のように、マイクロプリズムシートＭＰＳを介在させ結像レンズＬにより結像面ＩＰ上に形成される被検査体Ｓの像は図７（ｂ）のようになり、被検査体Ｓの上面Ａが横方向に伸び、両側に側面Ｂ，Ｃが見える像となる。上面Ａが横方向に伸びた状態になるのは前述したように、対象物の１点がマイクロプリズムシートの屈折作用により２点に結像することによる。
【００２７】
図７（ｂ）のように、マイクロプリズムシートＭＰＳを介して結像させることにより、被検査体Ｓの上面Ａと側面Ｂ，Ｃとが観察される。側面Ｂ、ＣはマイクロプリズムレンズシートＭＰＳの山形形状部が反復して延在する方向にある側面であり、これに直交する方向の側面Ｄ，Ｅは観察されない。マイクロプリズムシートＭＰＳを、光軸を中心軸として９０°回転させて被検査体Ｓを結像させると、上面Ａが縦方向に伸び、側面Ｂ，Ｃはなく、側面Ｄ，Ｅが上下に見られる像となる。このように、被検査体と結像レンズとの間にマイクロプリズムシートＭＰＳを配置することにより、凸部の上面とともに側面が観察される。
【００２８】
（３）高さの測定
撮像光学系においてマイクロプリズムシートＭＰＳを介在させることにより、被検査体における高さを測定することができる。図８（ａ），（ｂ）はマイクロプリズムシートＭＰＳを介在させる結像光学系により高さを求める考え方を示す図である。撮像レンズの結像倍率をαとし、マイクロプリズムシートＭＰＳは屈折角がθであり、被検査体、マイクロプリズムシートＭＰＳ、撮像レンズが図８（ａ）のような位置関係になるように設定されている。高さの測定に関しては、マイクロプリズムシートＭＰＳが被検査体Ｓの凸部の上側で近接した位置になるように設定配置するのがよい。
【００２９】
マイクロプリズムシートが被検査体の凸部の一点Ｐから高さｈの位置にあるとして、点Ｐから光軸に対してマイクロプリズムシートＭＰＳの屈折角θの方向の光がマイクロプリズムシートＭＰＳの点Ｑ１，Ｑ２の位置で屈折して光軸方向に進み、レンズＬの結像作用により結像面ＩＰ上の２点Ｎ１，Ｎ２として結像する。マイクロプリズムシートＭＰＳ上の点Ｑ１，Ｑ２の間隔をｄ、結像面ＩＰにおける点Ｎ１，Ｎ２の間隔をｗとすると、図８（ａ）において、
ｄ／２＝ｈ×ｔａｎ（θ） ……………… （１）
であり、撮像光学系の倍率をαとすると、結像面上での点Ｎ１，Ｎ２間の距離ｗは
ｗ＝α×ｄ ……………… （２）
となる。
【００３０】
この関係をみるには、図８（ｂ）のように考えるのがよい。図８（ｂ）で、Ｐ１，Ｐ２はＱ１，Ｑ２から下方に延長した位置でともに実質的にＰと同等の高さにある。すなわち、Ｐ１，Ｐ２は被検査体の凸部の一点Ｐと光学的に等価な位置であり、Ｐ１Ｐ２の間隔はｄであって、それぞれＰ１，Ｐ２からの光が直進してレンズＬにより結像面ＩＰ上のＮ１，Ｎ２の位置に結像すると考えることができる。
【００３１】
そうすると、式（１），（２）から高さｈは
ｈ＝ｗ／２α×ｔａｎ（θ） ……………… （３）
となる。
【００３２】
式（３）で、αは撮像光学系により、また、θはマイクロプリズムシートＭＰＳにより定まる量であるので、撮像された画像におけるｗの値からｈが求められ、被検査体における凸部の高さが算出されることになる。
【００３３】
実際に高さを算出する上では、撮像光学系、マイクロプリズムシートの配置により式（３）の関係として、画像における幅ｗと凸部の高さｈとの関係を検量線として求めておき、特定の被検査体についての撮像で得られた画像におけるｗの値とこの検量線とから高さｈを求めるようにするのがよい。図１の被検査体における形状検査装置における演算処理部２０においては、撮像装置１０での撮像により得られた画像における高さを求める対象となる部分に関し２点間の距離ｗを求め、それから高さを求める演算を行う機能を備えるものとする。この演算処理部２０としては、画像中に対象となる部分についての２点を指定するためのマーク付与手段、式（３）の関係を表す検量線のデータの保持手段等の機能をさらに備えるのがよい。
【００３４】
式（３）の関係では、被検査体の凸部における一点Ｐについての撮像された画像における幅ｗから高さを求めている。被検査体の凸部が一点として観測されるのでなく、面として観測される場合には、図７（ｂ）のように、マイクロプリズムシートＭＰＳの作用によりこの面の横方向の幅が伸びることを利用して高さが求められる。この場合には、撮像光路中にマイクロプリズムシートＭＰＳに介在させた状態と、介在させない状態との２つの画像を取得し、面として観測される凸部の横方向の幅の差ｓ′−ｓを求める。この横方向の幅の差ｓ′−ｓが式（３）におけるｗに相当することになり、これを用いて高さが求められる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による被検査体における形状検査装置の概略的構成を示す図である。
【図２】マイクロプリズムシートの部分的拡大断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）マイクロプリズムシートへの入射光、出射光の関係を示す図である。
【図４】被検査体のある１点からの光がマイクロプリズムシートを介在して結像する状況を示す図である。
【図５】マイクロプリズムシートを介して被検査体を観察する状況を斜視図で示す図である。
【図６】被検査体Ｓからの光がマイクロプリズムシートＭＰＳに向かう状況を側方から見る
【図７】（ａ）マイクロプリズムシートを介在させずに撮像した被検査体の像を示す図であり、（ｂ）マイクロプリズムシートを介在させて撮像した被検査体の像を示す図である。
【図８】（ａ）マイクロプリズムシートＭＰＳを介在させる結像光学系により高さを求める考え方を示す図である。（ｂ）高さを求める考え方を示すした（ａ）と同等の図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 載置台
２ 保持部
３ 支柱
４ 調節保持部
５ 撮像装置取付け部材
１０ 撮像装置
２０ 演算処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシートを被検査体に近接した位置に配置することと、
前記マイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置を配置することと、
前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面を観察することと、
からなることを特徴とする被検査体における形状検査を行う方法。
【請求項２】
被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の被検査体における形状検査を行う方法。
【請求項３】
被検査体を載置するための載置台と、該載置台上に載置された被検査体に載置された被検査体の上側で近接した位置に保持された透明材料からなるマイクロプリズムシートと、該マイクロプリズムシートを介して載置台上の被検査体を撮像するための撮像装置とを備えてなり、前記マイクロプリズムシートは一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であるものであって、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面が観察されることを特徴とする被検査体における形状検査装置。
【請求項４】
被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求める演算処理部をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の被検査体における形状検査装置。
【請求項１】
一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であり透明材料からなるマイクロプリズムシートを被検査体に近接した位置に配置することと、
前記マイクロプリズムシートを介して被検査体を撮像可能な位置に撮像装置を配置することと、
前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面を観察することと、
からなることを特徴とする被検査体における形状検査を行う方法。
【請求項２】
被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の被検査体における形状検査を行う方法。
【請求項３】
被検査体を載置するための載置台と、該載置台上に載置された被検査体に載置された被検査体の上側で近接した位置に保持された透明材料からなるマイクロプリズムシートと、該マイクロプリズムシートを介して載置台上の被検査体を撮像するための撮像装置とを備えてなり、前記マイクロプリズムシートは一方の面において断面が二等辺三角形で同形同大の山形形状部が複数反復して一方向に延在するように連接された形状とされ他方の面が平坦な面であるものであって、前記撮像装置で撮像された画像により被検査体における凸部の正面とともに前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向の被検査体における凸部の側面が観察されることを特徴とする被検査体における形状検査装置。
【請求項４】
被検査体について前記撮像装置で撮像された画像における前記マイクロプリズムシートの山形形状部が反復して延在する方向に間隔をおいた被検査体上の１点に対応する前記画像上の２点の間の間隔に比例する量として被検査体における凸部の高さを求める演算処理部をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の被検査体における形状検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０１６７２（Ｐ２０１０−１０１６７２Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７１６１５（Ｐ２００８−２７１６１５）
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２２日（２００８．１０．２２）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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