专利名称：三维测定方法
技术领域：
本发明涉及一种使用探针等测定形状的三维测定方法。特别地，本发明涉及一种如下所述的三维测定方法，即是在透光的晶片的上下表面上形成多个透镜的晶片透镜等的测定，使用设置在三维测定仪上的照相机来测定晶片上对准用的对准标记，针对该用照相机测定的对准标记，精确度高地求出通过触笔(Stylus)等所测定的透镜中心位置。
背景技术：
由于在便携式电话和PDA等的移动设备中增加照相功能，因此对小型、低价格照相机的需求迅猛增长。另外，对于这些设备中所使用的照相机的性能也要求具有高像素。一直以来，用于这些移动设备中的透镜是通过在成型机中安装10 15个左右的透镜模具，每一次喷射成型生产10 15个透镜的方式制造的，但是，使用这种方法的话，很难应对生产数量的增加，并且不容易实现低成本化。因此，在需要低成本化并且生产数量急剧增加的一些领域中需要这样一种晶片透镜制造技术，即，在一片晶片上成型数百 数千个透镜，并且 将多片该成型的晶片层压，在层压之后进行切割制造。晶片透镜的构成如图13所示。在晶片101的上下表面上成型透镜102，在上表面的周边形成多个对准用的对准标记103。以使该对准标记103重叠的方式层压晶片101，形成透镜单元。当在通过层压构成透镜单元的一片晶片101的表面和背面上，透镜102的中心位置偏移时；或者，当在层压了多片晶片101的透镜单元中，以各个晶片101上的对准标记为基准，透镜中心位置偏移时，会产生图像�：荒芑竦霉庋阅艿任侍�。另一方面，专利文献I公开了在制造这种晶片透镜时使玻璃基板与用于光固化树脂成型的母板(master)位置对齐的方法。图14表示了专利文献I所记载的位置对齐方法的过程。在图14中，符号104是母板109的对准标记，符号105是玻璃基板107的对准标记。符号106是测量对准标记的位置的照相机。上下移动照相机106的高度以使上下表面上的各对准标记104和105聚焦，且以使标记的XY位置一致的方式将母板109和玻璃基板107叠加。详细地讲，如图14所示，在只能向上下方向移动的照相机106中，从玻璃基板107的上方与对准标记105对准焦点(参照图14中的(I))。然后，使照相机106向上方移动，在照相机106和玻璃基板107之间的位置上配置母板109，一边调整照相机106的高度位置，一边使该焦点位置对准母板109的对准标记104或其附近(参照图14中的(2))。在这种情况下，例如，如果假设先对准了焦点位置的对准标记105和之后对准了焦点位置的对准标记104处于图15的上半部分所示的状态，则将母板109水平方向移动到对准标记104与玻璃基板107的对准标记105 —致的位置上(参照图15的下半部分)，在该状态下，向事先涂覆了光固化树脂的玻璃基板107按压母板109 (参照图15中的(3))，照射光而形成透镜。
现有技术文献专利文献专利文献I JP特开2010-72665号公报发明概要发明要解决的技术问题如上所述，当在晶片透镜的晶片101的上下表面上，透镜102的中心位置偏移时，或者当以层压时的各个晶片101上的对准标记为基准，透镜中心位置偏移时，会降低光学性能。为了消除或減少这种偏移，需要以尽可能高的精确度来測定以对准标记为基准的透镜中心位置。但是，即使将參照图14以及图15所说明的位置对齐方法应用到以对准标记为基准的透镜中心位置的測定中，也很难进行精确度高的測定。以下，对这一点进行说明。
如果利用图中没有表不的使照相机106向晶片表面的Z方向移动的移动装置,使照相机的Z方向从图14⑴的表面的对准标记105的聚焦位置向图14⑵的背面的对准标记104的聚焦位置移动，则会使照相机106向Z方向移动的图中没有表示的载台引起X方向或与纸面垂直的Y方向的位置偏移。因此，如果改变照相机的Z高度，则不能精确度高地测定对准标记位置。在测定图13所示的一片晶片101的表面和背面的透镜中心位置的情况下，例如，首先以设有对准标记103的表面成为上表面的方式设定晶片101的姿势。以照相机106聚焦到晶片101的上表面的方式调整Z高度，测定对准标记103，然后，以对准标记为基准用探针测定透镜中心位置。之后，使晶片101的姿势上下反转，在位置变成晶片101的下表面的对准标记103的Z高度位置上变更照相机的Z高度并聚焦，然后，以对准标记为基准用探针来測定透镜中心位置。如果利用图中没有表不的移动装置使照相机106向晶片表面的Z方向移动，则使照相机106向Z方向移动的图中没有表示的载台引起X方向或与纸面垂直的Y方向的位置偏移，产生照相机106的X方向或Y方向的中心位置稍稍偏移的误差。其结果是，以所測定的对准标记为基准并用探针测定的透镜中心位置在表面和背面都出现偏移。这样ー来，在以对准标记为基准来计算表面和背面的透镜中心的情况下，由于照相机106的在X或Y方向的中心位置稍稍偏移的误差，不能精确度高地測定一片晶片101的表面和背面的透镜中心。
发明内容
本发明用于解决上述一直以来的技术问题，其目的是提供一种以高精确度測定被测定物的形状的三维测定方法。解决技术课题的手段为了达到上述目的，本发明的三维形状測定方法，是利用两个以上的表面检测单元来获取被測定物的表面形状数据的三维测定方法，其特征为，使与被測定物分立设置、并且XY方向的位置相对于上述被測定物不移动的校正用对准标记的Z方向的高度与上述被測定物的表面高度一致，利用上述两个以上的表面检测单元来測定使高度一致的上述校正用对准标记，使用上述测定的结果来校正上述两个以上的表面检测单元的XY方向的偏移量，使用由上述两个以上的表面检测单元所测定的上述被测定物的表面形状数据和被校正过的上述偏移量来求出上述被测定物的表面形状。优选地，上述表面检测单元为触笔和照相机，其中，上述触笔用于表面形状测定，且设置于在XY方向上移动的XY载台上沿Z方向移动的第一 Z方向移动单元中；上述照相机用于测定XY面内的图像，且设置于在上述XY载台上沿Z方向移动的第二 Z方向移动单元中，用上述照相机拍摄与上述被测定物的表面高度一致的上述校正用对准标记，并且用上述触笔进行测定，根据上述摄影以及测定的结果来校正上述触笔与上述照相机的中心位置的偏移量，用上述触笔来测定上述被测定物的表面形状，使用由上述触笔测得的测定结果和上述被校正过的偏移量来求出上述被测定物的表面形状。更加优选地，由上述触笔进行的上述被测定物的表面形状的测定中，以通过被测定物上的各透镜面的顶点位置附近的方式在透镜面的X方向上一并进行测定，再以通过透 镜面的顶点位置附近的方式在Y方向上一并进行测定，根据上述测定数据并按照事先设定的透镜的X方向、Y方向的间距，将测定数据按每个透镜进行分割，针对按每个透镜所分割的数据，评估形状、透镜中心的XYZ位置和姿势。例如，被测定物是在薄板上形成了多个透镜的晶片透镜。发明效果根据本发明的三维测定方法能够高精确度地测定被测定物的形状。例如，能够以对准标记为基准高精确度地测定晶片透镜的表面和背面的透镜中心位置。即即使在用照相机测定在晶片的背面一侧形成对准标记，且在晶片表面一侧没有凹凸的对准标记的情况下，此外，即使在以只能用晶片上的照相机测量的对准标记为基准来测定晶片上的透镜中心的情况下，也能够通过使用照相机和触笔的中心位置之间的被校正过的偏移量值、并以对准标记为基准测定透镜位置，从而以用于组装的对准标记为基准高精确度地进行晶片上的透镜位置的测量。这样一来，利用晶片上的透镜来测定晶片上下表面各自的透镜形状，并以对准标记为基准计算出位置偏移，由此，能够以对准标记为基准高精确度地测定晶片上的透镜的光轴中心的位置偏移。并且，由于能够分别计算出从对准标记开始的上下表面的各透镜中心轴的偏移，因此，能够高精确度地测定上下表面的各透镜中心轴的偏移。另外，将通过被测定物上的各透镜面的顶点位置附近的在X方向和Y方向上一并进行测定的数据分离成各透镜的数据，由此，能够高精确度并且高速地评估三维形状。
图I是本发明的实施方式I的三维测定方法的装置整体图。图2是本发明的实施方式I的三维测定方法的探针构成图。图3是本发明的实施方式I的三维测定方法的详细图。图4是本发明的实施方式I的晶片透镜和对准标记的构成图。图5是本发明的实施方式I的校正用对准标记的构成图。
图6是本发明的实施方式I的整体测定过程。本发明的实施方式I的校正用对准标记的边沿部剖视图。图7是本发明的实施方式I的对准标记的位置关系详细图。图8是本发明的实施方式I的校正用对准标记测量的详细图。图9是本发明的实施方式I的晶片透镜的位置关系详细图。图10是本发明的实施方式I的晶片透镜测定扫描路径的详细图。图11是本发明的实施方式I的利用探针获得的测定数据的详细图。图12是本发明的实施方式I的透镜中心位置计算的详细图。
图13是专利文献I所记载的晶片透镜的构成图。图14是表示专利文献I所记载的以往的三维测定方法的图。图15是表示专利文献I所记载的以往的三维测定方法的图。
具体实施例方式以下，參照附图对本发明的实施方式进行说明。(实施方式I)I)所使用的三维测定仪的装置构成说明图I是表示作为用于实施本发明的形状測定方法的一个实施方式的形状測定装置的概略构成的立体图。在图I中，在XY载台3上的石平台14上配置用于测定XYZ坐标位置的频率稳定化He-Ne激光器4，探针I经由Zl轴载台2安装在石平台14上，在固定的具有纳米级的高平面度的X标准镜5、Y标准镜6和Z标准镜7上反射振荡频率稳定化H e-Ne激光，由此，能够以纳米级超高精确度測定XYZ坐标。这些单元由作为控制计算部的计算机41控制，与三维测定仪组合进行自动运行。而且，形状測定装置由以下部分构成，即，測定对准标记位置的照相机8、使照相机8向Z轴方向移动的Z 2轴载台9、校正探针I的顶端中心位置和照相机8的图像的中心位置的偏移距离的校正用对准标记10、使校正用对准标记10向Z轴方向移动的Z3轴载台11、作为测定物的晶片透镜12以及设置晶片透镜12的晶片吸盘13。在图I中，将X轴的+方向的顺时针旋转作为ム，将Y轴的+方向的顺时针旋转作为B，将Z轴的+方向的顺时针旋转作为C，并进行如下说明。图2表示用于该形状測定装置的探针的构成。在图2中，触笔18由微型气体滑块15支撑，微型气体滑块15的可动部分由微型弹簧16支撑。用向微型气体滑块15的镜面上进行照射的聚焦检测用激光器19来測量微型弹簧的挠度，在Z方向的位置上利用图中没有表示的线性电机来反馈控制整个探针単元20，以便使作用于测定物17和触笔18的顶端的很弱的原子间カ成为恒定。同时，对于Z方向的变位，通过向镜面22照射上述频率稳定化He-Ne激光21来测定Z方向的位置。在该状态下，在XY方向上对该整个探针单元进行扫描，測定測定面的形状。作为安装触笔18的可动部的微型气体滑块15的可动部的重量能够减轻，由于该构成，能够到最大75°的高倾斜面为止以纳米级精确度高精确度地进行測定。该形状測定装置，通过在測定物17的表面上用探针I在XY方向进行扫描来求出測定物上的XYZ坐标数据串，通过图中没有表示的作为控制计算部的计算机41对由探针I测定的在XY坐标位置上的Z坐标数据串进行运算处理，进行测定物17的形状测定。2)测定方式的原理图3是表示本发明的测定方式的原理的原理图。在图3中，为了高精确度地进行Z方向的探针I的测定，在Z轴方向上驱动探针I的Zl轴载台2被设置在用探针I扫描XY方向的XY载台3上。另外，在XY载台3上设置了在Z轴方向上驱动用于测定对准标记的照相机8的Z2轴载台9。用于测定对准标记的照相机8被设置在相对于探针I在XY方向上偏移的位置上。该偏移所形成的探针I的中心和照相机8的中心的XY方向的距离(中心间距)Xo会由于XY方向的位置的微小的偏移而变化，该微小的偏移是Z2轴载台9上的位置使照相机8在Z轴方向移动造成的。另外，还由图中没有表示的识别装置构成，该识别装置观察以下部分，且进行标记的模式检测，这些部分为设置了作为直径大约200_的圆形基板测定物的晶片透镜12( —同参照图4)的晶片吸盘13、使整个晶片吸盘13围绕Z轴旋转的Y载台23以及确定设置在晶片吸盘13上的晶片透镜12上的XY位置的对准标记29。 另外，将对测定用探针I和照相机8的中心位置偏移量进行校正的校正用对准标记10设置在能够在图3的石平台24上的Z方向上移动的Z 3轴载台11上。如后面要具体说明的那样，通过用探针I和照相机8测定该校正用对准标记10来执行校正。作为被测定物的晶片透镜12如图4所示。在晶片透镜12上的X和Y各自的方向上以规定的大致恒定的间距形成了格子状的透镜34。具体而言，在晶片12的A面和B面两个面的相同位置上形成了透镜34。另外，在晶片透镜12的A面的规定位置上形成了两处以上的对准标记29。图5(a)和(b)表示校正用对准标记10。作为本实施方式的校正用对准标记10，使用在玻璃基板25上蒸镀了 O. I μ m左右的铬膜26的半导体制造用的铬掩模基板。在铬膜26的中央设置大小为长宽Imm左右的正方形蚀刻部27。在该蚀刻部27除去铬膜26并露出玻璃基板25。3)测定方式的概要图6表示利用本发明的三维测定方法进行测定的整个过程。从步骤201开始测定，作为表示用于自动地进行一系列的测定的过程的计算机程序中的一种，在计算机41中设定菜单。在菜单中输入以下信息，即，要测定的晶片透镜12的设计形状、晶片规格、晶片透镜12上的透镜34的设计上的X和Y方向的各透镜中心间距、晶片透镜12上的透镜配置、测定时的探针I的测定速度以及两个对准标记29的位置等测定中所需要的信息，然后，进行测定条件的设定等测定准备，之后，开始测定。在步骤202，将要测定的晶片透镜12以A面(设置了对准标记29的面)一侧成为上面的方式设置在形状测定装置的晶片吸盘13上。通过手动将晶片透镜12与形状测定装置的晶片吸盘13位置对齐地安装，利用图中没有表示的真空吸着装置进行吸着。然后，在步骤203，通过XY载台3的图中没有表示的驱动装置移动照相机8的XY位置，以使其位于在步骤202设置的晶片透镜12的A面的对准标记29的上方。然后，一边用计算机41的显示器(图中没有表示)显示照相机8的图像，一边在Z方向上调整照相机高度调整用的Z2轴载台9的高度，以使照相机8的聚焦高度成为作为图3所示的被测定物的晶片透镜12的表面的晶片上的对准标记29的高度LI。
在步骤204中，维持在步骤203调整的照相机8的聚焦高度位置不变，利用XY载台3移动照相机8，以便位于校正用对准标记10的上方。接下来，固定照相机8，维持不向XYZ任意ー个方向移动的状态不变，调整Z3轴载台11的高度，以便照相机8的聚焦位置与校正用对准标记10 —致。该调整的结果是，校正用对准标记10的标记面的高度L2与作为被测定物的晶片透镜12的表面(A面)的对准标记29的高度LI 一致。在步骤S 205中，用通过上述步骤201 204的过程所调整的照相机8来测定校正用对准标记10，并且也用探针I測定校正用对准标记10，根据测定结果进行探针I和照相机8的中心间距Xo的測定(探针I和照相机8的中心位置的校正)。在步骤206中，使用照相机8和XY载台3来测定设置在晶片透镜12上的两个对准标记29的位置并存储对准标记29的中心位置。根据上述測定的两个对准标记的位置， 测定晶片透镜12相对于形状測定装置的坐标(固定的XYZ坐标系)的旋转偏移角度Y。在步骤207，利用设置在晶片吸盘13下部的Y载台23以上述测定的旋转偏移角度Y来旋转晶片透镜12，并以与形状測定装置的X标准镜5以及Y标准镜7平行的方式进行调整。在步骤208，确认旋转偏移角度Y的值相对于事先设定的规定值是否在规定范围内。如果在范围内，则进入步骤209 ;如果在范围外，则反复进行从步骤206开始的过程。在步骤209中，使用探针I，以通过晶片透镜12上的各透镜中心的方式，在X方向和Y方向两个方向上以ー笔画状测定晶片透镜12的A面的整个区域。在步骤210中，利用在步骤209测定的X方向和Y方向的两个方向的测定数据、在步骤206求出的两个对准标记29的位置以及在步骤205求出的探针I和照相机8的中心间距，以对准标记29为基准计算出晶片透镜12上的各透镜34的中心。在步骤211 219中，针对晶片透镜12的B面反复进行同样的处理。首先，在步骤211中，在上述步骤测定的晶片透镜12的表面和背面以Y轴为旋转轴反转，B面朝上地安装在晶片吸盘13上。在步骤212，在位于下侧的对准标记29的位置处通过Z2轴载台9来调整照相机8的聚焦高度。在步骤213中，将在步骤212利用Z 2轴载台9调整的照相机8的聚焦高度位置維持不变，调整Z3轴载台11以使照相机8的聚焦与校正用对准标记10 —致。在步骤214中，使用校正用对准标记10，測定由于以上述步骤211 213的过程进行调整而在XY方向上稍微偏移的照相机8的中心位置和探针I的中心间距XoB。在步骤215 218中，在上述设置状态下进行与步骤206 209相同的处理。在步骤219中，利用在步骤218测定的X方向和Y方向的两个方向的测定数据、在步骤215求出的两个对准标记29的位置以及在步骤214求出的探针I和照相机8的中心间距，以对准标记29为基准计算出晶片透镜12上的各透镜34的中心。在步骤220中，利用计算处理由A面的各透镜34的中心位置和B面的各透镜34的中心位置计算出晶片透镜12的表面和背面的透镜34的中心偏移。在步骤221结束測定。2)测定方式的详细内容以下，对图6记载的顺序的详细内容按顺序进行说明。
在步骤205中，通过在步骤201 204的过程中所调整的晶片透镜12上的对准标记29和校正用对准标记10的位置关系，并利用校正用对准标记10来测定探针I和照相机8的中心间距XoA。以下，对使用上述校正用对准标记校正探针和照相机的中心位置的校正过程的详细内容进行说明。首先，通过照相机8并按照以下的步骤计算出校正用对准标记10的中心位置(Xe，Yc)。在步骤204的调整Z3轴载台11之后，利用XY载台3使照相机8移动到校正用对准标记10的标记中心位置。以下，利用照相机8获得如图7所示的图像作为校正用对准标记10的蚀刻部27。在此，通过以下步骤I 5计算出正方形状的蚀刻部27的中心位置。 步骤I :对于蚀刻部27的X轴方向，由X测定线30的数据求出与蚀刻部27的交点位置X1L、XlR,由X测定线31的数据求出与蚀刻部27的交点位置X2L、X2R。步骤2 :对于蚀刻部27的Y轴方向，由Y测定线32的数据求出与蚀刻部27的交点位置Y1D、YlU,由Y测定线33的数据求出与蚀刻部27的交点位置Y2D、Y2U。步骤3 :求出Y方向测定中央线35，其是连接交点位置XlL和交点位置X2L的蚀刻部27的纵方向的线与连接交点位置XlR和交点位置X2R的蚀刻部27的纵方向的线的平均线。步骤4 :求出X方向测定中央线34，其是连接交点位置YlD和交点位置Y2D的蚀刻部27的横方向的线与连接交点位置YlU和交点位置Y2U的蚀刻部27的横方向的线的平均线。步骤5 :求出作为X方向测定中央线34和Y方向测定中央线35的交点的标记中心位置(Xc、Yc)。以下，对作为蚀刻部27的中心位置的标记中心位置(Xc、Yc)的详细计算过程进行说明。在以下的计算中，由照相机8的CCD数据提取包括整个蚀刻部5的铬膜6的浓淡图像。在此，将X轴上的两个测定剖面作为X测定线30和X测定线31而提取测定数据。这些数据如图8所示，由于浓淡的原因成为凹凸形状，将该浓淡图像的凹凸的中央部分作为临界(threshold)，在提取了边沿位置的Y方向位置上，即，在图7所示的XY方向的矢量记载位置上，X测定线30的临界的交点位置表示为X1L= (XlLx、Xly)、XlR= (X2Lx、X2y)。同样，在X测定线32的临界的交点位置矢量表示为X2L、X2R。同样，求出Y轴方向的两个方向的Y测定线32和Y测定线33合计4处的临界的交点位置Y1U、Y1D、Y2U和Y2D。以下，使用图7所示的符号通过以下公式计算出中点。公式IXlC= (XlL+XlR)/2X2C = (X2L+X2R) /2另外，对以下的矢量XV进行定义。公式2XV = X1C-X2C
如果使用该矢量XV，t设为标量，则X測定中央线34的方程式成为以下的式(I)。公式3XL = t*XV+X IC ... (I)同样，Y測定中央线35的方程式使用标量s表示为以下的式(2)。公式4YL = s*YV+Y1C ... (2)YV = YUC-YDC
YUC= (YlU+Y2U)/2YDC= (YlD+Y2D)/2标记中心是用方程式XL和YL表示的线34和35的交点，因此，只要通过式⑴=(2)计算出t和s,就能获得标记中心。方程式XL、即式(I)和方程式YL、即式(2)分别能够变形为以下的式(I)’和(2)，。公式5XLX = t*XVX+XlCX，XLY = t*XVX+XlCY... (I) ’YLX = s*YVX+Y1CX，YLY = s*YVY+Y1CY... (2) ’通过式⑴’ =(2)’，获得以下的式(3)和(4)。公式6t*XVX+XlCX = s*YVX+Y1CX... (3)t*XVY+XlCY = s*YVY+Y1CY…(4)针对t来解式(3)和(4)，得到以下的公式(5)。公式7t = {(Y1CX*YVY-Y1CY*YVX)-(X1CX*YVY-X1CY*YVX}/(XVX*YVY-XVY*YVX)…(5)将在式(5)得到的t值代入式(I),求出交点、即标记中心(Xe、Yc) =Xc =t*XV+XlC。另外，将针对S来解式(3)和(4)所获得的S的值代入式(2)，也能够求出标记中心(Xe、Yc)。通过利用上述计算步骤检测出X轴方向和Y轴方向各两个方向的边沿来计算出在照相机的图像的范围内的对准标记位置。如上所述，通过计算出对准标记10的边沿位置的X方向和Y方向的中心，即使校正用对准标记相对于测定仪的X或Y方向稍微倾斜地安装，也能够高精确度地求出校正用对准标记的中心(Xc、Yc)。接下来，将探针移动到校正用对准标记位置，以与用照相机測定的X测定线30、X测定线31、Y测定线32和Y测定线33这四条线相同的路径，利用探针在X方向和Y方向上各扫描两条线，在各自的方向上，在校正用标记的具有高低差的形状部分的X测定线30、X测定线31、Y测定线32和Y测定线33的高度的中央位置处，按顺序计算出临界的交点位置X1L、X1R、X2L、X2R、Y1U、Y1D、Y2U和Y2D。使用该数据，与上述照相机的计算步骤同样地计算出通过X方向和Y方向各自的交点位置的中点的两条X測定中央线34和Y測定中央线35,计算出该计算出的X方向Y方向的两个方向的直线的中央线的交点坐标，然后利用与上述照相机的计算步骤相同的计算公式计算出通过探针測定的对准标记位置(Xa、Ya)。
由这些测定结果并利用(XoA、YoA) = (Xe、Yc) - (Xa、Ya)，计算出晶片透镜12的A面测定时的以探针为基准的照相机的偏移位置。之后，在晶片透镜12面上用透镜测定的探针I相对于照相机8的偏移位置是通过参照该值，是为了将用照相机8求出的对准标记位置变换成以探针为基准而减去该偏移值计算出的。这样一来，当晶片透镜12上的对准标记29的高度改变时，在使校正用对准标记10与晶片上的对准标记的高度一致的状态下，通过使用照相机8和探针I两者测定同一标记，能够求出照相机8和探针I的正确的偏移值。由此，即使在照相机8的聚焦调整时调整的Z高度调整用Z2轴载台的XY方向的平直度偏移，也能够在不受到由于照相机的聚焦高度偏移产生的光学中心位置偏移等的测量误差的影响的情况下进行高精确度的测定。在图9中，Xw和Yw是晶片透镜的坐标系。Xm和Ym是设置了晶片透镜12的形状 测定装置的坐标系。但是，在该状态下，如图9所示，Xw和Yw的晶片透镜12的坐标系与Xm和Ym的形状测定装置的坐标系不能以平行的方式设置，处于多少有偏移的状态。在步骤206中，使用照相机8和XY载台3，测定设置在晶片透镜12上的两个对准标记29的位置，并存储对准标记的中心位置XaAl和XaA2。由上述测定的两个对准标记的位置针对三维测定仪的坐标来测定晶片透镜12的旋转位置偏移Y。上述计算步骤能够通过在步骤205说明的利用照相机8的对准标记中心计算步骤进行。关于晶片上的两个对准标记，对如图10所示，两个对准标记29形成在Y轴上附近处的情况进行说明。求出该两个对准标记29的XY位置矢量之差，如图10所示，如果将两个对准标记29的Y方向的距离设为YLd，将两个标记的X方向的偏移设为dX，则将环绕测定仪的Z轴的旋转位置偏移作为Y = atan(dX/YLd)计算出。因此，在步骤207中，通过设置在晶片吸盘13的下部的Y载台23使晶片透镜12旋转上述测定的Y偏移量，并对其进行调整，以使晶片透镜的XY坐标成为与三维测定仪的X标准镜5和Y标准镜7平行。在步骤208中，确认Y值相对于事先设定的规定值的偏移是否在规定范围内。如果在范围内，则进入步骤209 ;如果在范围外，则反复进行从步骤206开始的过程。在步骤209中，使用探针I，以通过晶片透镜12上的各透镜中心的方式，在X方向和Y方向两个方向上以一笔画状测定所有的晶片透镜。由上述测定的两个对准标记29的位置计算出晶片透镜12的中心位置，针对所测定的所有透镜34，在X方向和Y方向上一笔画状地制成要测定的测定路径的NC路径，如图10所示，以通过晶片透镜12上的整个面的透镜34的顶点位置附近的方式，对X方向、Y方向和探针I按顺序扫描，获得晶片上的所有透镜的XY轴上的测定数据。在此测定的晶片透镜12的透镜34的排列需要在X方向和Y方向上以各自相等的间隔间距配置成格子状。对该配置成格子状的透镜34连续地扫描测定。所有透镜形状的设计方式都相同。在步骤210中，使用在步骤209测定的X方向和Y方向两个方向的测定数据、在步骤206求出的两个对准标记29的位置XaAl和XaA2、探针I和照相机8的中心间距Χο�。远宰急昙�29为基准计算出晶片透镜12上的各透镜中心。
以下，对该步骤进行说明。如图10所示一笔画状地在X方向測定透镜整个面，并且在Y方向測定透镜整个面，在用探针进行的扫描测定结束后，利用各XY的扫描数据并根据事先输入的设计上的透镜排列的X方向和Y方向的间距，按照每个透镜以测定仪的坐标为基准将X方向和Y方向的测定数据进行分割。在此，图9表示透镜位置(i，j)与表示该透镜位置的索引(index)i、j的关系。i、j的索引是如下所述定义的，S卩将晶片透镜的中央的透镜设为(i，j) = (0，0)，X+方向的第一个透镜设为i = +1，Y+方向的第一个透镜设为j = +1。图11说明的是数据分割的步骤。连续的测定数据的分割如下所示，即，按照设计间距的整数倍的每i个设定，假想中心位置X[i] = i*Xp，从该中心开始，将透镜的排列间距的一半的距离±Xp/2的范围的数据作为第i个透镜的数据，由原来的ー笔画数据进行分割。同样，设定Y方向的假想中心位置Y[j] = j*Yp，从该中心开始，将透镜的排列间 距的一半的距离土Yp/2的范围的数据作为第j个透镜的数据，由原来的ー笔画数据进行分割。然后，将交点为同一点的X方向和Y方向的一组数据作为ー个透镜的测定数据存储在图中没有表示的计算机的存储器中。使用该分割的数据，将分割出的数据按每个透镜进行对准，评估作为与中心位置、形状偏移和设计公式的最大偏移量的PV(峰谷Peak toValley)、RMS (均方根Root Mean Square)等。使用上述分割的按每个透镜34的数据，根据测定透镜34的XY轴上的XZ和YZ剖面的数据，在透镜相对于测定仪的中心位置，以在各测定点的测定数据与设计形状的差的平方和成为最小的方式，在设计公式的坐标系上使测定数据点串向X方向、Y方向、Z方向、环绕X轴的A旋转方向和环绕Y轴的B旋转方向移动，针对晶片透镜12上的所有透镜34按顺序计算出该移动量，由此计算出晶片透镜12上的所有透镜34的透镜中心位置。在晶片面的单侧，各透镜形状的设计公式是相同的。图12为在晶片上的(i，j)位置的测定数据点串(Xk、Yk和Zk)和设计形状。在图12中为了便于说明而表示了在XZ剖面的测定数据点串和设计形状。在图12中，使用测定数据点串的各点的数据和用Z = f (X，y)表示的设计形状并根据测定数据的(Xk，Yk)的各位置，由Zfk = f(Xk, Yk)计算出Zfk，计算出该值与上述测定数据的Zk之差Z dk = Zk-Zfk,并计算出相对于所有测定数据的平方和、E Zdk2成为最小的环绕Y轴的旋转dBa、X轴方向的并进移动量dXa和Z轴方向的移动量dZa。虽然图12是XZ面的说明图，但在XZ剖面和YZ剖面的所有数据的情况下，也通过同样的步骤利用XYZ三维测定数据(Xk、Yk和Zk)计算出与设计形状Z = f(Xk，Yk)的平方和成为最小的移动量作为dXa、dYa、dZ a、dA a和dBa，由此，由XY两个方向的测定数据点串计算出与透镜中心位置的偏移、dXa和dYa。该偏移与在由透镜的ー笔画状的数据中根据每个透镜分割时用4-4)规定的上述假想中心位置之和，是通过将在(i，j)位置的透镜中心位置设为以下公式，针对所有透镜而改变i、j的值按顺序计算出来的。公式8Xf [i, j] = X[i]+dXaXf [i, j] = Y[i]+dYa
将上述透镜的中心位置数据点串作为(Xf [i，j]，Yf[i，j]) (i，j是表示晶片上的在XY平面的透镜的格子位置的整数值)存储在图中没有表示的计算机的存储器中。上述各透镜的测定中心是通过以使晶片上的对准标记的坐标尽可能地接近与测定仪的坐标平行的方式旋转上述Y轴载台而进行设置的，但是，由于受到Y轴电机的对准精确度的制约，很难以上述两个对准标记的X方向的位置偏移dX成为I μ m以下的方式旋转Y轴以进行位置对齐。因此，使用通过照相机测量的上述对准标记位置的偏移YL2、dX2的值，在上述计算出的所有透镜的中心位置，以对准标记成为基准的方式使透镜的所有中心XY位置数据点串(Xf[i，j]，Yf[i，j])(i，j是表示晶片上的在XY平面的透镜的格子位置的整数值)旋转角度Y 2 = atan (dX2/YLd2)，计算出以对准标记为基准的透镜中心位置。通过上述步骤，相对于用照相机求出的对准标记坐标，能够高精确度地求出透镜中心位置。在此，图9表示透镜中心位置(Xf [i，j]，Yf[i，j])与表示该透镜位置的索引i, j 的关系。透镜中心位置是作为以晶片上的对准标记为基准的位置用(Xf[i，j]，Yf[i，j])表示的。该排列的i，j的索引的定义为将晶片透镜的中央设为(i，j) = (0,0), X+方向的第一个透镜设为i = +1，Y+方向的第一个透镜设为j = +1。在步骤211中，在上述步骤测定的晶片透镜12的表面和背面，是以将Y轴作为旋转轴反转、且B面成为用探针I测定的一侧的方式安装在晶片吸盘13上的。然后，在步骤212中，在步骤202设置的晶片透镜11的表面的晶片表面和背面以Y轴作为旋转轴反转设置，由此，当测定在透明的晶片透镜的基板的背面上形成的对准标记时，由于晶片的表面和背面的旋转的缘故，在步骤202 210的测定中，位于探针I 一侧的对准标记29会向晶片吸盘13 —侧的位置移动，在位于晶片吸盘一侧的对准标记29的位置上，利用Z轴载台来调整照相机8的聚焦高度。然后，在步骤213中，将在步骤212利用Z轴载台9调整的照相机8的聚焦高度位置维持不变，使照相机8向校正用对准标记10的位置移动，在上述步骤212，晶片的表面和背面以Y轴为旋转轴反转设置，由此，关于相当于变化的晶片厚度的Z高度，以照相机8的聚焦与校正用对准标记10 —致的方式调整Z3轴载台11。在步骤214中，针对由于通过上述步骤211 213的过程进行调整而在XY方向上稍微偏移的照相机8的中心位置，使用校正用对准标记10来测定探针I和照相机8的中心间距XoB。该校正步骤是通过与在上述步骤205的说明中所示的校正步骤相同的步骤进行校正的。在步骤215 218中进行与在上述设置状态的步骤206 209相同的处理。在步骤219中，使用在步骤218测定的X方向和Y方向两个方向的测定数据、在步骤215求出的两个对准标记29的位置XaBl和XaB2、探针I以及照相机8的中心间距ΧοΒ，以对准标记29为基准计算出晶片透镜12上的各透镜中心。该计算过程是通过与在上述步骤210的说明中所示的计算过程相同的计算过程进行计算的。在步骤220中，通过计算处理从两个中心位置计算出晶片透镜12的表面和背面的透镜的中心偏移，上述两个中心位置为以在步骤210求出的对准标记29为基准的A面的各透镜中心位置；以及晶片的表面和背面以Y轴作为旋转轴反转设置的、以在步骤219求出的对准标记29为基准的B面的各透镜中心位置。将通过上述步骤210的过程求出的晶片表面的透镜中心XY位置数据点串作为(Xf[i，j]，Yf[i，j]) (i，j是表示在晶片上的XY平面的透镜的格子位置的整数值)，在Y轴上旋转180度设置、并测定，如果将通过上述步骤219的过程求出的在上述相同晶片透镜的背面的透镜中心XY位置数据点串作为(Xb[i，j]，Yb[i，j]) (i，j是表示在晶片上的XY平面的透镜的格子位置的整数值)，则作为背面相对于表面的左右方向的数据索引的i的值当使用通过在背面侧反转而使极性反转的值-i时，能够指定透镜位置，透镜表面和背面之间的中心位置偏移的点群以背面的各透镜为基准，表面的各透镜的中心位置偏移利用以下公式计算出。公式9(dX[i, j]，dY[i, j]) = Xf [i, j]，Yf [i, j])-(Xb[_i, j]，Yb[_i, j]),其中 i, j 是表示在晶片上的XY平面的透镜的格子位置的整数值。通过上述过程能够求出在与晶片上的表面和背面对应的位置上的所有透镜的表面和背面的透镜中心位置偏移。通过上述步骤220的表面各透镜中心位置数据、步骤219的背面各透镜中心位置数据以及步骤220的表面和背面的透镜的中心偏移的结果，对晶片透镜12的特性进行评价。在步骤221结束測定。另外，在实际的晶片透镜的制造中，存在多种厚度的晶片透镜，晶片上的标记高度根据品种而变化，因此，根据品种的更换，利用上述校正过程，对照相机高度调整用Z2轴载台9和校正用对准标记高度调整用Z3轴载台11的高度进行调整。另外，当在同种类的晶片透镜12的单面(A面或B面)，以对准标记29为基准反复測定透镜位置时，能够通过步骤201 210的过程进行測定。在这种情况下，在利用反复测定进行第二片之后的晶片透镜12的測定的情况下，通过跳过步骤203 205进行測定，能够缩短測定时间进行測定。如上所述，用照相机測定校正用对准标记，用探针测定透镜形状和透镜中心位置，然后通过使用上述校正过的偏移值，由此，能够根据晶片高度或晶片上的对准标记是顶到表面还是顶到背面的高度，来进行高精确度的測定，而不受到照相机8的聚焦调整时调整的Z高度调整用Z2轴载台的XY方向的平直度偏移等的影响以及由于照相机的聚焦高度偏移所产生的光学中心位置偏移等的测量误差的影响。本发明不局限于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，关于设置了对准标记29的晶片透镜12的A面的測定中的探针I和照相机8的中心距离，如图6的步骤204和205所示，也可以无需使用校正用对准标记，而使用晶片透镜12的对准标记29进行与步骤204和205相同的处理，由此进行探针I和照相机8的中心距离的校正。产业上的可利用性本发明的三维测定方法在使用探针高精确度地測定三维形状的三维中，利用照相机以对准标记位置为基准高精确度地測定，能够高精确度地測定相对于探针位置的偏移量，因此，也能够用于高速并且高精确度地测定晶片透镜、透镜阵列等以及在ー个基板上形成的多个透镜的三维测定的用途。另外，虽然在上述实施例中以晶片透镜的实施例对测定物进行了说明，但是除了晶片透镜之外，也能够用于制造晶片透镜的模具或者透镜阵列等用途。附图标记的说明I探针2Zl轴载台3XY 载台8照相机9Z2轴载台
10 校正用对准标记11 Z3 轴载台12晶片透镜29 对准标记
权利要求
1.一种三维形状测定方法，是利用两个以上的表面检测单元来获取被测定物的表面形状数据的三维测定方法，其特征为， 使与被测定物分立设置、并且XY方向的位置相对于上述被测定物不移动的校正用对准标记的Z方向的高度与上述被测定物的表面高度一致， 利用上述两个以上的表面检测单元来测定使高度一致的上述校正用对准标记， 使用上述测定的结果来校正上述两个以上的表面检测单元的XY方向的偏移量， 使用由上述两个以上的表面检测单元所测定的上述被测定物的表面形状数据和被校正过的上述偏移量来求出上述被测定物的表面形状。
2.根据权利要求I所述的三维形状测定方法，其特征为， 上述表面检测单元为触笔和照相机，其中，上述触笔用于表面形状测定，且设置于在XY方向上移动的XY载台上沿Z方向移动的第一 Z方向移动单元中；上述照相机用于测定XY面内的图像，且设置于在上述XY载台上沿Z方向移动的第二 Z方向移动单元中， 用上述照相机拍摄与上述被测定物的表面高度一致的上述校正用对准标记，并且用上述触笔进行测定，根据上述摄影以及测定的结果来校正上述触笔与上述照相机的中心位置的偏移量， 用上述触笔来测定上述被测定物的表面形状， 使用由上述触笔测得的测定结果和上述被校正过的偏移量来求出上述被测定物的表面形状。
3.根据权利要求2所述的三维形状测定方法，其特征为， 由上述触笔进行的上述被测定物的表面形状的测定中，以通过被测定物上的各透镜面的顶点位置附近的方式在透镜面的X方向上一并进行测定，再以通过透镜面的顶点位置附近的方式在Y方向上一并进行测定，根据上述测定数据并按照事先设定的透镜的X方向、Y方向的间距，将测定数据按每个透镜进行分割，针对按每个透镜所分割的数据，评估形状、透镜中心的XYZ位置和姿势。
4.根据权利要求I至3的任一项所述的形状测定方法，其特征为， 上述被测定物是在薄板上形成了多个透镜的晶片透镜。
全文摘要
提供一种高精确度地测定被测定物的形状的三维测定方法。以与晶片上的对准标记(29)的高度对齐的方式，用Z 2轴载台(9)调整照相机(8)的聚焦高度。以与该聚焦高度对齐的方式，用Z3轴载台(11)调整校正用对准标记(10)的高度。在该状态下，用照相机(8)和探针(1)来测定校正用对准标记(10)的中心位置，高精确度地求出这两个照相机(8)和探针(9)的距离偏移量(Xo，Yo)。使用该偏移量，高精确度地将用照相机(8)测定的晶片上的对准标记(29)的坐标变换成探针(1)的坐标系。如果用探针(9)来测定晶片上的透镜，则能够以晶片上的对准标记(29)的位置为基准高精确度地求出透镜中心。
文档编号G01B11/24GK102818532SQ201210185980
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月7日 优先权日2011年6月10日
发明者久保圭司 申请人:松下电器产业株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
