本發(fā)明涉及三維形狀測量裝置，更詳細而言，涉及一種利用激光的三維形狀測量裝置。

背景技術(shù)：

最近，正在活躍地進行對超小型大容量的半導體存儲器研究。因此，正開發(fā)著一種通過在一個半導體封裝件中貼裝多個半導體芯片的多芯片封裝件而增大半導體存儲器元件的存儲容量的技術(shù)。

為了電氣連接如上所述在多個半導體芯片中形成的電路圖案，形成了豎直貫通硅晶片基板的導通孔(tsv；throughsiliconvia)。這種導通孔應(yīng)按預(yù)定規(guī)格形成，否則會引起半導體封裝件的故障。因此，對于這種導通孔的深度及形狀是否正常形成，存在需要檢查的必要性。

在原有方式下，為了檢測孔的深度，正在應(yīng)用著必須利用同軸光的fsi、wsi、confocal方式。但是，就confocal方式而言，由于是利用光線借助于透鏡而在空間上聚集，因而當測量窄而深的孔時，存在遮擋聚焦于入口處的光線的問題。

另外，原來利用單一照相機進行測量，但就這種單一照相機方式而言，光線的反射小，難以測量/檢查傾斜面。另外，在利用多個照相機觀察孔的側(cè)面的情況下，不僅難以同時對焦，而且存在影像失真的問題。這是因為，針對照相機觀察的角度，測量對象物(應(yīng)同時測量多個平坦的晶片、孔，而不是一個)形成為不是垂直而是傾斜的狀態(tài)，因此，近大遠小，發(fā)生失真，成像面也傾斜，存在在整個fov中難以同時對焦的問題。

(現(xiàn)有技術(shù)文獻)韓國授權(quán)專利第10-1407482號，(論文)applicabilityofdiffractiongratingtoparallaximagearraygenerationinintegralimaging:jang-ilser、jae-youngjang、sungdocha、andseung-hoshin、departmentofphysics、kangwonnationaluniversity、chuncheon200-701、southkorea

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題

本發(fā)明目的在于提供一種能夠高速、準確地測量孔的深度、孔的形狀(內(nèi)壁)及形成有孔的測量對象物的三維形狀測量裝置。

技術(shù)方案

本發(fā)明一個實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置包括：分光器，其安裝于光源部發(fā)生的光的行進方向，使光的一部分沿第一路徑反射，且使光的一部分沿第二路徑透過；圖像傳感器，其接收沿所述第一路徑行進而被具備至少一個孔(hole)的測量對象物反射的光，并測量所述測量對象物的形狀；及衍射光柵，其配置于所述光源部與所述分光器之間的光路徑、所述測量對象物與所述分光器之間的光路徑及所述測量對象物與所述圖像傳感器之間的光路徑中一個以上的光路徑。

另外，就利用衍射光柵的三維形狀測量裝置而言，其特征可以在于，所述衍射光柵使入射到所述衍射光柵的光衍射，以便被所述圖像傳感器接收的光具有互不相同的視差信息。

另外，就利用衍射光柵的三維形狀測量裝置而言，其特征可以在于，所述圖像傳感器包括多個圖像傳感器，所述多個圖像傳感器通過單一成像透鏡接收所述具有互不相同視差信息的光，生成基于所述各個互不相同的視差信息的多個圖像。

另外，就利用衍射光柵的三維形狀測量裝置而言，其特征可以在于，所述測量對象物配置得使沿所述第一路徑反射的光在形成所述孔的前面或后面反射。

另外，就利用衍射光柵的三維形狀測量裝置而言，其特征可以在于，當所述測量對象物配置得使沿所述第一路徑反射的光在所述后面反射時，所述圖像傳感器使在所述測量對象物的后面反射的光與在位于所述測量對象物后面內(nèi)部的所述孔的底面反射光干涉并接收，從而測量所述測量對象物的形狀。

另外，就利用衍射光柵的三維形狀測量裝置而言，其特征可以在于，還包括基準鏡，其配置于沿所述第二路徑透過的光的行進方向，形成與所述測量對象物反射的光引起干涉的基準光；所述圖像傳感器利用因所述測量對象物反射的光與所述基準光的重疊而導致的干涉信號，測量所述測量對象物的形狀。

另外，就利用衍射光柵的三維形狀測量裝置而言，其特征可以在于，所述衍射光柵具有透鏡陣列(lensarray)、立體光柵(lenticular)、棱鏡陣列(prismarray)、線柵(wiregrid)、凸凹、直角三角形陣列、等腰三角形陣列中至少一種形態(tài)。

另外，其特征可以在于，利用所述衍射光柵的三維形狀測量裝置以基板的導通孔為測量對象物，測量三維形狀。

發(fā)明效果

如果利用本發(fā)明一個實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置，則可以獲得在孔的豎直面等單一的觀察角度下無法測量的盲區(qū)的影像并進行測量及檢查，能夠減小因振動導致的測量誤差，提高檢查速度。

具有的優(yōu)點是，所述利用衍射光柵的三維形狀測量裝置通過使用衍射光柵，能夠不發(fā)生三維測量對象物的影像失真及焦點問題，而利用一臺照相機獲得多視點的影像。

因此，所述利用衍射光柵的三維形狀測量裝置適合于測量孔的入口為數(shù)μm至數(shù)百μm、深寬比(aspectratio，相對于孔口徑的深度)達到1:10左右的極薄且深的導通孔(例如throughsiliconvia)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置的概念圖。

圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三維形狀測量裝置的衍射光柵的功能的概念圖。

圖3是用于說明具有不同視差信息的光入射到測量對象物的形態(tài)的概念圖。

圖4顯示了針對包含12(4x3)個孔的測量對象物的一部分而利用互不相同視差生成的9個影像。

圖5是用于說明圖像傳感器只利用測量對象物反射的光的情形的概念圖。

具體實施方式

本說明書中使用的術(shù)語只用于說明特定的實施例，并非要限定本發(fā)明之意。只要在文理上未明確表示不同，單數(shù)的表現(xiàn)也包括復數(shù)的表現(xiàn)。在本說明書中，“包括”或“具有”等術(shù)語應(yīng)理解為是要指定實施的特征、數(shù)字、步驟、動作、構(gòu)成要素、部件或他們組合的存在，并非預(yù)先排除一個或其以上的不同特征或數(shù)字、步驟、動作、構(gòu)成要素、部件或他們的組合的存在或附加可能性。

只要未不同地定義，包括技術(shù)性或科學性術(shù)語在內(nèi)，在此使用的所有術(shù)語是與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員一般理解的意義相同的意義。與一般使用的字典中定義的內(nèi)容相同的術(shù)語，應(yīng)解釋為與相關(guān)技術(shù)的文理上具有的意義一致的意義，只要在本說明書中未明確地定義，不得解釋為理想性地，過于形式上的意義。附圖中提示的相同的附圖標記代表相同的構(gòu)件。不過，在說明實施形態(tài)方面，當判斷認為對相關(guān)公知功能或構(gòu)成的具體說明可能不必要地混淆本發(fā)明要旨時，省略對其的詳細說明。另外，為了說明，附圖中各構(gòu)成要素的大小可以夸張，并非意味著實際應(yīng)用的大小。

在本說明書中，即使是互不相同的實施例，針對相同、類似的構(gòu)成，賦予相同、類似的附圖標記，其說明用最初說明替代。只要在文理上未明確表示不同，本說明書中使用的單數(shù)的表現(xiàn)包括復數(shù)的表現(xiàn)。只要在文理上未明確表示不同，本說明書中使用的單數(shù)的表現(xiàn)包括復數(shù)的表現(xiàn)。另外，在以下說明中使用的關(guān)于構(gòu)成要素的詞尾“模塊”及“部”，是僅考慮說明書撰寫上的便利而賦予或混用的，并非其本身具有相互區(qū)別的意義或作用。

在說明本發(fā)明方面，第一、第二等術(shù)語雖然可以用于說明多樣的構(gòu)成要素，但所述構(gòu)成要素不被所述術(shù)語限定。所述術(shù)語僅用于將一個構(gòu)成要素區(qū)別于其他構(gòu)成要素之目的。例如，在不超出本發(fā)明的權(quán)利范圍的前提下，第一構(gòu)成要素可以命名為第二構(gòu)成要素，類似地，第二構(gòu)成要素也可以命名為第一構(gòu)成要素。

下面參照附圖，對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置的概念圖。如果參照圖1，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000可以包括頻率掃描干涉儀200、圖像傳感器400及至少一個的衍射光柵10、20、30，在另一實施例中，可以還包括光源部100。

在一個實施例中，光源部100可以包括光電二極管110，或者可以還包括準直透鏡120。光電二極管110可以輸出激光，從光電二極管110輸出的光入射到準直透鏡120。準直透鏡120可以收斂從光電二極管110輸出并擴散的光，輸出平行的光。如圖1所示，在光源部100輸出的光可以沿著光路徑l行進到頻率掃描干涉儀200。

在一個實施例中，如圖1所示頻率掃描干涉儀200可以配置于光源部100的前方，可以包括分光器210，所述分光器210安裝于光源部100發(fā)生的光的行進方向，使光的一部分沿第一路徑l1反射，使光的一部分沿第二路徑l2透過。

例如，分光器210可以包括分束器(bs；beamsplitter)或偏振光分束器(pbs；polarizingbeamsplitter)。

測量對象物300可以配置于沿第一路徑l1反射的光的行進方向。測量對象物300可以包括供至少一個孔(hole)301配置的前面310和配置于所述前面320的相反面的后面320。另外，所述測量對象物300可以是包括至少一個導通孔(viahole)的基板。例如，所述測量對象物300可以是在半導體封裝中使用的硅晶片，但并非限定于此。

如圖1所示的光路徑l1，被分光器210反射而沿第一路徑l1行進的光，行進到測量對象物300而被反射后，可以行進到圖像傳感器400。

圖像傳感器400可以接收沿第一路徑l1行進而被所述測量對象物300反射的光，測量測量對象物300的形狀。具體而言，圖像傳感器400可以通過接收的光而生成測量對象物300的圖像，觀察者可以通過如上所述生成的圖像而觀察測量對象物300的形態(tài)。另外，圖像傳感器400可以包括多個圖像傳感器，所述多個圖像傳感器通過單一成像透鏡，接收具有所述互不相同視差信息的光，生成基于所述各個互不相同視差信息的多個圖像。下面對此進行具體說明。

當利用普通的頻率掃描干涉儀時，入射到測量對象物的光只包括垂直入射的光，但本發(fā)明的形狀測量裝置利用了利用衍射光柵而從多樣角度入射到測量對象物并反射的光。如此利用具有多樣角度入射并反射的光，可以從多樣角度同時觀察測量對象物的孔的深度及孔的內(nèi)壁。

圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三維形狀測量裝置的衍射光柵的功能的概念圖。在圖2中，為了說明的便利，在本發(fā)明可實現(xiàn)的多樣衍射光柵的位置中，在圖1的衍射光柵10、20、30中，以只配備衍射光柵20的情形為例進行說明。如果參照圖2，入射到衍射光柵的光a透過衍射光柵，沿具有互不相同視差信息的多條路徑a1、a2、a3行進。如此行進的光會具有互不相同視差，入射到測量對象物300而被反射。

根據(jù)本發(fā)明一個實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000，如圖1所示，可以包括配置于所述光源部100與所述分光器210之間的光路徑的衍射光柵10、配置于所述測量對象物300與所述分光器210之間的光路徑的衍射光柵20或配置于所述測量對象物300與所述圖像傳感器400之間的光路徑的衍射光柵30中的一個以上的衍射光柵30。即，圖1的衍射光柵10、20、30中至少一個可以包括于根據(jù)本發(fā)明一個實施例的三維形狀測量裝置100。

在本發(fā)明中，當利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000包括配置于所述光源部100與所述分光器210之間的光路徑的衍射光柵10時，使光源部210發(fā)生的光沿著多樣的角度行進，從而可以具有在多種角度進行照明的效果。

另外，當利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000包括配置于所述圖像傳感器400前方光路徑的衍射光柵30時，由于配置于圖像傳感器前面部，因而具有裝置容易制作的優(yōu)點。所述衍射光柵10、20、30在圖1中圖示為具有凸凹形態(tài)，但并非限定于此，在另一實施例中，所述衍射光柵也可以具有透鏡陣列(lensarray)、立體光柵(lenticular)、棱鏡陣列(prismarray)、線柵(wiregrid)、凸凹、直角三角形陣列、等腰三角形陣列中的一種形態(tài)等。

圖3是用于說明具有不同視差信息的光入射到測量對象物的形態(tài)的概念圖。如果參照圖3，衍射的光a31、a32、a33入射到測量對象物300的孔及上部，如圖3所示，入射到測量對象物300的光具有既定的角度，從而光可以向孔的內(nèi)壁行進。圖像傳感器400利用入射到圖像傳感器400的光，可以獲得關(guān)于測量對象物300的孔內(nèi)壁的圖像，圖像傳感器400通過入射視差信息不同的多條光，從而可以獲得多個在多樣角度呈現(xiàn)的孔內(nèi)壁的圖像。

就圖3而言，光a32入射到孔的內(nèi)壁，圖像傳感器400通過光a32的反射光而可以獲得關(guān)于存在于孔的內(nèi)壁的裂紋x的影像。

另外，圖像傳感器400接收的光包括a31、a32、a33等具有互不相同視差信息的光，因而可以生成基于所述各個互不相同視差信息的多個圖像。為了如此接收視差信息不同的多條光并生成圖像，圖像傳感器400可以具備視差圖像陣列(parallaximagearray)。

圖4顯示了針對包含12(4x3)個孔的測量對象物的相同的一部分而利用互不相同視差獲得的9個影像排列。在本發(fā)明中，由于被衍射光柵所衍射的光，在圖像傳感器400中生成的圖像如圖4所示，可以包括具有互不相同視差信息的多個影像。在圖4中可知，在因垂直入射的光而獲得的影像i5中雖然未顯示出孔內(nèi)壁，但通過此外其他影像i1、i2、i3、i4、i6、i7、i8、i9，可以在互不相同角度觀察到孔內(nèi)壁的樣子。

為了生成測量對象物300的圖像，圖像傳感器400可以只利用測量對象物300反射的光，或除測量對象物300反射的光之外，還一同利用其他光(基準光)，生成測量對象物300的圖像。

圖5是用于說明圖像傳感器400只利用測量對象物300反射的光的情形的概念圖。如果參照圖5，測量對象物300可以配置得使從分光器210入射的光入射到后面320，而非為因形成測量對象物300的孔而得到顯示的前面310。

發(fā)光部100釋放并被分光器201反射的光具有透過測量對象物300的特性，入射到測量對象物300的光會在前面310、后面320及孔301的底面反射。因此，生成被測量對象物300的后面320反射的光b1、被孔的底面反射的光b2及被前面反射的光b3的路徑，各反射的光會被圖像傳感器400接收。圖像傳感器400使反射光被位于所述測量對象物后面內(nèi)部的所述孔的底面所干涉并接收，從而可以利用所述光b1-b3中的至少一個，測量測量對象物300的孔的深度。即，圖像傳感器400使被位于所述測量對象物后面內(nèi)部的所述孔的底面反射的光發(fā)生干涉并接收，從而可以測量測量對象物的形狀。此時，因不使用另外的基準鏡，而使得受振動影響不大，可以提高移動速度，具有提高信號穩(wěn)定性的優(yōu)點。

另一實施例的利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000可以還包括基準鏡220，所述基準鏡220配置于沿所述第二路徑l2透過的光的行進方向，形成與所述測量對象物反射的光引起干涉的基準光。如果再次參照圖1，所述基準光的光路徑可以為圖1的l2。當還包括所述基準鏡220時，圖像傳感器400可以利用所述測量對象物300反射的光與所述基準光的干涉信號，測量所述測量對象物300的形狀。

另外，在一個實施例中，為了防止視差影像相互重疊，所述頻率掃描干涉儀200可以包括光切斷部230，以便從分光器210透過或反射的光以既定寬度入射到測量對象物300或基準鏡220。其中，光切斷部230限制入射到所述測量對象物300的光的寬度，所述光切斷部230的開放區(qū)域的寬度d可以利用衍射光柵20與測量對象物300之間的距離(例如，衍射光柵配置于測量對象物與分光器之間時)、測量對象物300的觀察區(qū)域的fov(fieldofview，視場)的大小、及光切斷部230與測量對象物300之間距離中的至少一者來決定。

另一方面，現(xiàn)有文獻applicabilityofdiffractiongratingtoparallaximagearraygenerationinintegralimaging與利用干涉儀的本發(fā)明，在其利用領(lǐng)域上不同。另外，在本發(fā)明中，配置于分光器與光源部之間的衍射光柵10及接收被測量對象物反射的光與反射基準鏡的光并使得衍射的衍射光柵30，屬于以往技術(shù)未公開的本發(fā)明的主要特征之一。

在利用激光的外觀檢查光學系中，利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000可以無失真地獲得多種視點的影像，獲得只具有單一視點的原有檢查系統(tǒng)所無法解決的盲區(qū)信息，利用視差信息，可以獲得更精密的三維信息。

另外，利用衍射光柵的三維形狀測量裝置1000適合于測量孔的入口為數(shù)μm至數(shù)百μm、深寬比(aspectratio，相對于孔口徑的深度)達到1:10左右的極薄且深的導通孔(例如throughsiliconvia)。

另外，本發(fā)明具有的優(yōu)點是，通過使用衍射光柵，從而能夠沒有三維測量對象物的影像失真及焦點問題，而利用一臺照相機獲得多視點的影像。

以上考查的本發(fā)明，以附圖中圖示的實施例為參考進行了說明，但這只不過是示例性的，只要是相應(yīng)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員便會理解，可以由此導出多樣的變形及實施例的變形。但是，這種變形應(yīng)視為在本發(fā)明的技術(shù)保護范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明真正的技術(shù)保護范圍應(yīng)根據(jù)附帶的專利權(quán)利要求書的技術(shù)思想確定。