(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明し、該検査対象物の光照明された該複数の単位領域からの反射光を、レンズと矩形状の開口とを介し、該レンズの結像面に前後する複数の異なる位置に配置された夫々のラインセンサで受光して、夫々の該ラインセンサでその検出画素毎に異なる該単位領域からの該反射光を検出し、夫々の該ラインセンサで該単位領域毎に得られる該検査対象物の光照明領域の幅方向での像のぼけ量に応じた検出光量により、該検査対象物の光照明される該単位領域毎の高さを算出することを特徴とする立体形状検出方法。
【請求項２】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明する照明系と、
一方向に大きくかつそれと直交する方向に小さい形状の開口とレンズとを有し、複数の該単位領域からの反射光が通過する光学系と、
該光学系の結像面に前後する異なる位置に配置され、該光学系を通過した該複数の単位領域からの反射光を検出する複数のラインセンサと、
複数の該ラインセンサ夫々の検出出力から光照明される複数の該単位領域夫々の高さ情報を算出する処理手段と
からなり、
該複数のラインセンサは夫々、その検出画素毎に該検査対象物の光照明される別々の該単位領域からの反射光を検出することを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ラインセンサでの前記検査対象物の光照明領域の幅が前記ラインセンサの前記検出画素のサイズとほぼ同じ大きさであることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項４】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明し、該検査対象物の該光照明領域の幅方向に該検査対象物を連続移動させて、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光を、レンズと矩形状の開口を介し、該レンズの結像面に前後する複数の異なる位置に配置されたラインセンサで受光して、夫々の該ラインセンサでその検出画素毎に異なる該単位領域からの該反射光を検出し、夫々の該ラインセンサで該単位領域毎に得られる該検査対象物の光照明領域の幅方向での像のぼけ量に応じた検出光量により、該検査対象物の該単位領域の高さを算出することを特徴とする立体形状検出方法。
【請求項５】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明し、該複数の単位領域への照明方向と同一方向に該検査対象物の光照明される複数の単位領域から反射される反射光を、レンズと矩形状の開口とを有する光学系を介し、該レンズの結像面に前後する複数の異なる位置に配置されたラインセンサで検出して、夫々の該ラインセンサでその検出画素毎に別々の該単位領域の検出光量を得、該検出光量により、該検査対象物の光照明されている該単位領域毎の高さを算出することを特徴とする立体形状検出方法。
【請求項６】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明する照明系と、
該検査対象物を、その該照明系による光照明領域の幅方向に、連続移動させるステージと、
該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光が通過するレンズと矩形状の開口とを有する光学系と、
該光学系を介した該検査対象物からの該反射光を該検査対象物の該単位領域毎に別々の検出画素で検出する複数のラインセンサと、
複数の該ラインセンサの該検出画素毎の検出光量から該単位領域毎に高さを算出する処理手段と
からなり、
複数の該ラインセンサは、該光学系の該レンズの結像面に前後する異なる位置に配置されていることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項７】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明する照明系と、
該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光のうち、該照明系による該検査対象物への照明方向と同一方向の反射光を抽出し、抽出した該反射光を通過させるレンズと矩形状の開口とを有する光学系と、
該光学系の結像面に前後する異なる位置に配置され、該光学系を介した該反射光を該検査対象物の光照明される該単位領域毎に分離して検出する複数のラインセンサと、
該ラインセンサ夫々で検出された該単位領域毎の光量から該単位領域毎に高さを算出する処理手段と
からなることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記処理手段のデータレートが数ＭＨｚから数十ＭＨｚであることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項９】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明し、該検査対象物の光照明領域の幅方向に該検査対象物を連続的に移動させて、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光を、レンズと矩形状の開口を介し、該レンズの結像面に前後する複数の異なる位置に配置されたラインセンサで受光して、夫々の該ラインセンサでその検出画素毎に異なる該単位領域からの該反射光を検出し、夫々の該ラインセンサで該単位領域毎に得られる該検査対象物の光照明領域の幅方向での像のぼけ量に応じた検出光量を用いて該検査対象物の光照明されている該単位領域の高さを算出することにより、該検査対象物でのパターン欠陥を検出することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項１０】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明する照明系と、
該検査対象物を、その該照明系による光照明領域の幅方向に、連続送りするステージと、
該検査対象物の該光照明領域の長手方向に対応した方向で小さくかつ該光照明領域の幅方向に対応した方向で大きい形状の開口とレンズとを有し、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光を通過させる光学系と、
該光学系の結像面に前後し、かつ該光学系を通過した該反射光の光軸に平行な複数の異なる位置に夫々配置され、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域夫々からの該反射光を別々に検出する検出画素を有する複数のラインセンサと、
該複数のラインセンサの各検出画素毎に検出される光量から該検査対象物の光照明された領域の明るさ画像と該単位領域毎の高さ情報とを算出する処理手段と、
該処理手段から得られた該明るさ画像と該高さ情報とから該検査対象物でのパターン欠陥を抽出する欠陥検出手段と
からなることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記高さ情報の検出画素のサイズが明るさ画像の検出画素のサイズの整数倍であることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１２】
検査対象物のはんだ付け部の一直線上の複数の単位領域を光照明し、検査対象物の光照明された該複数の単位領域からの反射光を、レンズと矩形状の開口とを介し、該レンズの結像面に前後する複数の異なる位置に配置された夫々のラインセンサで受光して、夫々の該ラインセンサでその検出画素毎に異なる該単位領域からの該反射光を検出し、夫々の該ラインセンサで該単位領域毎に得られる該検査対象物の光照明領域の幅方向での像のぼけ量に応じた検出光量から該はんだ付け部での該単位領域毎の高さを算出して高さ画像を得、得られた該高さ画像により、該はんだ付け部でのはんだ付欠陥を検出することを特徴とするはんだ付検査方法。
【請求項１３】
検査対象物のはんだ付け部の一直線上の複数の単位領域を光照明する照明系と、
該検査対象物を、その該照明系による光照明領域の幅方向に、連続送りするステージと、
該検査対象物の該光照明領域の長手方向に対応した方向で小さくかつ該光照明領域の幅方向に対応した方向で大きい形状の開口とレンズとを有し、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光を通過させる光学系と、
該光学系の結像面に前後し、かつ該光学系を通過した該反射光の光軸に平行な複数の異なる位置に夫々配置され、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域夫々からの該反射光を別々に検出する検出画素を有する複数のラインセンサと、
該複数のラインセンサの各検出画素毎に検出される光量から該検査対象物の光照明領域の明るさ画像と該単位領域毎の高さ情報とを算出する処理手段と、
該処理手段から得られた該明るさ画像と該高さ情報とから該検査対象物でのはんだ付欠陥を抽出する欠陥検出手段と
からなることを特徴とするはんだ付検査装置。
【請求項１４】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明し、検査対象物の光照明された該複数の単位領域からの反射光を、レンズと矩形状の開口とを介し、該レンズの結像面に前後する複数の異なる位置に配置された夫々のラインセンサで受光して、夫々の該ラインセンサでその検出画素毎に異なる該単位領域からの該反射光を検出し、夫々の該ラインセンサで該単位領域毎に得られる該検査対象物の光照明領域の幅方向での像のぼけ量に応じた検出光量から該検査対象物の光照明された単位領域毎の高さ情報を算出し、該高さ情報により該検査対象物の形状欠陥を検出することを特徴とする外観検査方法。
【請求項１５】
検査対象物の一直線上の複数の単位領域を光照明する照明系と、
該検査対象物を、その該照明系による光照明領域の幅方向に、連続送りするステージと、
該検査対象物の該光照明領域の長手方向に対応した方向で小さくかつ該光照明領域の幅方向に対応した方向で大きい形状の開口とレンズとを有し、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域からの反射光を通過させる光学系と、
該光学系の結像面に前後し、かつ該光学系を通過した該反射光の光軸に平行な複数の異なる位置に夫々配置され、該検査対象物の光照明される該複数の単位領域夫々からの該反射光を別々に検出する検出画素を有する複数のラインセンサと、
該複数のラインセンサの各検出画素毎に検出される光量から該検査対象物の光照明される領域の明るさ画像と該単位領域毎の高さ情報とを算出する処理手段と、  該処理手段から得られた該明るさ画像と該高さ情報とから該検査対象物での形状欠陥を抽出する欠陥検出手段と
からなることを特徴とする外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業製品の外観検査における所定対象物の立体形状の検査に係り、特に、電子回路基板の配線パターン（例えば、プリント配線板やセラミックグリーンシートに印刷された配線パターン）や電子回路基板のはんだ付部の高さ検査に際して好適な立体形状の検査に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミック基板に用いるグリーンシートに形成された金属微粒子の配線パターンの検査の一従来例として、特開平２−７１３７７号公報や特開平６−２７０３４号公報に開示される検査方法が知られている。かかる従来の検査方法は、光学手段によってグリーンシート上の配線パターンを２次元画像として検出し、その検出画像を２値化画像とし、この２値化画像で表わされる配線パターンの接続関係を設計値と比較検査することにより、断線や半断線，ショート，半ショートなどの欠陥を検出するものである。このように、この検査方法は、配線パターンをグリーンシートの上面から２次元画像として検出しており、かかる欠陥の平面形状での特徴を検査するものである。
【０００３】
これに対し、このような欠陥の厚み方向の特徴（即ち、厚み欠陥）、例えば、配線パターンのかすれやピンホール（高さ不足系），突起（高さ過剰系）を検出することも外観検査に必要なことであり、このための検査方法が種々提案されている。
【０００４】
即ち、例えば、特開平３−２７９８０５号公報や特開平４−２９０９０９号公報，特開平５−６６１１８号公報に配線パターンの厚み欠陥を検査する方法が開示されている。これは、光切断法の１種であって、光ビーム（レーザ光）を配線パターンに照射してその反射光を検出するものであるが、光ビームの照射方向、反射光の検出方向のどちらか一方、あるいは両方をこの配線パターンが形成されている基板に対して斜めの方向とするものである。光ビームはこの配線パターンが形成された基板上をｘ方向に走査しながら、ｙ方向に順次走査してこの基板の配線パターンが形成されている領域全体を走査するが、配線パターンが同じ高さにあると、その頂面は基板の面に対して同じ高さの平面上にあり、従って、この場合には、光ビームの走査位置が変化しても、反射光を受光するセンサに対する反射光の光軸位置は変化しない。これに対し、配線パターンの厚さが異なると、この部分でセンサに対する反射光の光軸位置が変化する。このようにして、配線パターンの厚さ（高さ）に応じてセンサに対する反射光の光軸が異なることになり、これにより、配線パターンの厚さを検出することができる。
【０００５】
対象物の立体形状を検出する従来技術が、例えば、特開平３−６３５０７号公報及び特開平６−２０１３３７号公報に開示されている。これは、検査対象基板を搭載したＺステージを高さ方向（上下方向）に順次移動させながら焦点位置の異なる複数の画像を検出し、これらの画像から立体形状を算出する方法である。特開平６−２０１３３７号公報には、光学系を上下させて立体形状を算出する方法も記載されている。
【０００６】
また、対象物の立体形状を検出する他の従来技術として、例えば、特開平５−２４０６０７号公報に開示される方法がある。これは、上記のＺステージや光学系を移動させる代わりに、Ｚステージや光学系の位置毎に対応してセンサを設けたものであり、対象物に光ビーム（レーザ光）を照射し、その反射光を焦点位置の異なる複数の位置のセンサで検出し、それらの信号強度から立体形状を算出する方法である。この対象物の検査領域全体の形状を検査するために、その検査領域を光ビームで走査する。
【０００７】
対象物の立体形状を検出するさらに他の従来技術として、特開平４−２８３６０８号公報に開示される方法がある。これは、共焦点方式と呼ばれるものであって、対象物の像をレンズによって結像させる場合、対象物の面がレンズの合焦点位置からはずれると、レンズの焦点面でのこの対象物の面の像がぼけ、このぼけ量は対象物の面のレンズの合焦点位置からのずれ量に応じて異なることを利用するものである。具体的には、検査対象物の表面にスリット光を照射し、その反射光をスリット状の開口絞りとレンズを介して２次元のエリアセンサで検出するものであって、このスリット光としては、その幅がエリアセンサで受光されるときの１画素分に相当する位に狭いものとするとともに、その長さはエリアセンサの複数画素分に相当する位長いものとする（このスリット光で照明される領域のうち、エリアセンサの１画素分の光を反射する小領域を、以下、単位照射領域という）。また、開口絞りは、エリアセンサが受光する１画素分の狭い幅のスリットを有し、このスリットは対象物から反射されるスリット光の長手方向に垂直に設定される。検査対象物で反射したスリット光の夫々の１画素分（検査対象物のスリット光の単位照射領域からの反射光）は、開口絞りとレンズとを介してエリアセンサの異なる画素領域で受光されるが、単位照射領域のレンズの合焦点位置からのずれ量に応じてこの単位照射領域のエリアセンサでの像のぼけ量が異なることになり、このぼけ量が大きいほどこの単位照射領域からの反射光を受光する画素数が多くなる。この画素数を検出し、これをもとに演算を行なうことにより、この単位照射領域のレンズからの距離、即ち、高さを求めることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の特開平３−２７９８０５号公報や特開平４−２９０９０９号公報，特開平５−６６１１８号公報に開示される立体形状検出方式では、光ビームを使用しているために、この光ビームが照射される微少領域の検査結果しか得られず、検査対象基板の検査領域全体の検査を行なうためには、光ビームでこの検査領域全体を走査する必要があり、この走査をポリゴンミラーなどを用いて行なうのである。しかし、このように上記微少領域ずつの検査を行なう場合、検査速度を高めることができず、検査に時間を要することになる。しかも、照明光や反射光の光軸を検査対象基板の面に対して傾けるものであるから、この検査対象基板の面で検出できない死角が生ずるという問題がある。
【０００９】
また、上記の特開平３−６３５０７号公報及び特開平６−２０１３３７号公報に記載の立体形状検出方式は、Ｚステージや光学系を順次上または下方向に移動させ、その移動毎に画像を得るようにして焦点位置の異なる複数の画像を検出する必要があるため、この場合も、検査に長い時間を要するという問題がある。
【００１０】
また、上記の特開平５−２４０６０７号公報に開示される立体形状検出方式でも、光ビームを用いていることから、検査対象基板の検査領域全体を検査するためには、その領域全体を光ビームで走査する必要があり、このため、検出速度を高めることができず、検査に長時間を要することになる。高速にできない。しかも、多数のセンサを必要とすることから、これらの調整が複雑となり、また、コストの点で問題である。
【００１１】
さらに、上記の特開平４ー２８３６０８号に開示される立体形状検出方式は、複数の単位照射領域の高さを同時に検出することができるが、レンズから対象物までの距離に応じた像のぼけの大きさを検出するものであるから、高価なエリアセンサ、即ち、撮像素子を必要とするし、また、このエリアセンサでは、各単位照射領域毎に、ぼけ画像がどの程度まで広がって受光されているかを検出するために、多くの画素について受光量の大小を判定する必要があり、処理に手間がかかって検査に長時間を要することになる。
【００１２】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、検査対象での欠陥を、平面的な特徴でばかりでなく、厚みからも検査できるようにして、検査領域全体を迅速かつ高精度で検査することができ、しかも、コストの上昇を抑えることができるようにした立体形状検出方法とその装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、焦点はずれに伴う検査対象物の像のぼけの程度から検査対象物の高さを検出する共焦点方式を原理とするものであって、ラインセンサを用い、該ラインセンサの各セルを検査対象物の単位照射領域に対応させ、該セルでの受光量から像のぼけの程度を検出することができるようにしたものである。
【００１４】
ここで、本発明の原理について説明するが、まず、図２により、矩形状の開口（瞳が矩形状）の場合の焦点はずれについて考察する。
【００１５】
図２（ａ）において、紙面上縦方向をｙ方向、同じく横方向をｚ方向、紙面に垂直な方向をｘ方向とする。物体面の１点０からｚ方向に出た光をレンズに通すと、その像が焦点面で結像する。この焦点面は、点０からレンズまでの距離に応じて異なる。
【００１６】
ここで、図２（ｂ）に示すように、レンズ面での矩形開口の長辺の開口数をＮＡ、短辺の開口数をＮＡｓとし、レンズの横倍率をβとすると、物体面の１点０から出た光による焦点面からｚ'だけ離れたｘｙ面上での像はほぼ矩形となる。この像の長辺の長さを２ｒ、短辺の長さを２ｒｓとすると、幾何光学上、次式が成り立つ。
0003685667.tif 000002
なお、ＮＡ’，ＮＡｓ’は夫々像側の開口数である。即ち、レンズの瞳にスリットを挿入してその開口を細長い長方形にすると、焦点面からｚ'だけ離れた面上での像（即ち、焦点はずれの像）が細長い長方形にぼけることがわかる。このとき、開口は矩形であることが重要なのではなく、一方向に大きく、それと直角方向に小さいことが重要なのである。
【００１７】
一方、開口の焦点面（ｘｙ平面）での像について、波動光学上、次式が成り立つ。
0003685667.tif 000003
ここで、λは光の波長である。焦点面における像は、焦点はずれの像とは逆に、開口の大きい方向（ｙ方向）で短かくなり、図２（ｂ）のようになることがわかる。
【００１８】
ここで、長さｒｓと長さｒｓｏがほぼ等しくなるように、波長λや開口数ＮＡｓなどを選ぶと、ｘ方向のぼけ量はほぼ一定であって、ｙ方向のぼけ量を焦点はずれ量に比例して大きくすることができる。即ち、ｙ方向のぼけ量を何らかの手段で測定することにより、レンズと物体との間の距離を求めることができる。
【００１９】
これが共焦点方式の原理であり、上記の特開平４−２８３６０８号公報に記載の従来技術はこの原理を利用したものであるが、このように長さを測定するのではなく、図３（ａ）に示すように、レンズの焦点面に、図３（ｃ）に示すようなｘ方向に伸延してｙ方向をスリット幅とするスリットを配置し、このスリットを透過した光量を測定する方法もある。図３（ｂ）に示すようなｙ方向に細長い矩形開口のレンズの焦点はずれ像はｙ方向にぼけるので、この像をスリットを介して受光することにより、焦点はずれの度合い、従って、レンズから物体面までの距離に応じた光量が受光されることになる。ここで、このスリットの幅は、合焦点位置における結像した光像のｙ方向の幅と同程度にする。
【００２０】
この場合、このスリットの位置で像が合焦したときには、開口を通過した全光量がこのスリットを通過するが、焦点がはずれると、その光量の一部がスリットで遮られ、通過する光量が減少する。図３（ａ）に示すように、スリットの後に光センサを配置し、その受光量に応じた出力を測定する。センサ出力と物体の位置Ｚの関係は、図３（ｄ）に示すグラフのようになる。即ち、合焦位置（Ｚ＝０）でセンサの出力が最大となり、変位Ｚの絶対値が増加するととともにセンサ出力は減少する。
【００２１】
以上が本発明の原理であるが、その応用例として、図４に示すように、光路を分岐し、夫々の分岐光路毎にスリットと光センサとを配置し、一方の分岐光路では、これらスリットと光センサとがレンズの焦点位置の前に位置し、他方の分岐光路では、これらスリットと光センサとがレンズの焦点位置の後に位置するようにして、夫々の光センサの出力から物体の点０からの変位量Ｚを特定することができる。前ピンとなる光センサの出力をＡ、後ピンとなるセンサ出力をＢ、スリットなしのセンサの出力をＴとすると、物体の変位量Ｚは次式で与えられる。
Ｚ＝ｆ（Ａ／Ｔ，Ｂ／Ｔ）
ここで、Ｔは光路の分岐後の全光量に対するセンサの出力であり、各焦点位置における正規化光量がＡ／Ｔ，Ｂ／Ｔである。物体の変位量Ｚは、この正規化光量の関数として与えられる。
【００２２】
関数ｆは、変位量Ｚに対する各焦点位置におけるぼけを幾何光学的に求め、スリットを透過する割合を計算することによって得ることも可能であるが、高さ（即ち、変位量Ｚ）が既知であるテストサンプルを使用した実験でもって求めることも可能である。
【００２３】
また、図５に示すように、ｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の光路を分岐し、夫々の光路毎にレンズの焦点位置の前後に複数のスリットと光センサを配置することにより、同様に、物体の変位量Ｚを特定することができる。この場合、ｎ個のスリット付センサを配置し、各センサの中で最大の出力を得てセンサの位置と結像関係にある共役位置を物体の位置とする。さらに、各センサの出力で得られるグラフを形成し、このグラフを補間処理することによって最大値の検出精度を高めることができる。
【００２４】
以上は物体上のある一点に着目していたが、以下、ライン上の各点の高さを同時に検出する方法について説明する。
【００２５】
図２では、矩形開口により、１点の結像が焦点はずれでｙ軸方向のみに像が広がることを説明した。ラインを点の集合と考えると、図６に示すように、ｘ軸上のラインの各点の像は、焦点はずれ量に応じて、ｙ軸方向に広がる。
【００２６】
このため、図７に示すように、光センサとしてラインセンサを使用すると、ラインセンサの画素の数だけ同時に光量を測定できる。矩形開口の形状や波長を選択することにより、ｘ方向のぼけ量をラインセンサの画素ピッチと同等になるように設定すると、ラインセンサの各検出画素（セル）は物体の異なる位置（これを、以下、単位領域という）からの光を検出することになる。従って、ライン上の各点の高さを同時に検出可能となる。さらに、物体をｙ軸と平行に移動させることにより、２次元領域の各点の高さを表わす画像（高さ画像）を得ることができる。なお、矩形開口は、瞳位置あるいは瞳の結像位置に空間フィルタを挿入することで容易に実現できる。
【００２７】
ラインセンサの配置には、図４に示した３つの光センサのように配置する方法と、図５に示したｎ個の光センサのように配置する方法とがある。これらラインセンサの互いに対応する位置の検出画素（セル）は、物体のこれに対応する位置の単位領域の焦点はずれ像を検出するようにする。このため、光学系はテレセントリック系が適切である。ラインセンサの前にはスリットが必要であるが、ラインセンサの開口をスリットとして代用することもできる。
【００２８】
次に、照明について考察する。
【００２９】
ここでは、ラインのみを照明するスリット状の照明、即ち、シートビームが必要である。照明光（スリット光）の幅は、ラインセンサ上で検出画素のサイズと同程度とする。照明は、物体の高さ測定範囲に相当するだけの焦点深度を有することが望ましい。焦点深度を大きくするために、照明の開口数ＮＡｂを小さくする。しかし、あまり小さくすると、回折の影響によってスリット光の幅を絞ることができない。このため、開口数ＮＡｂは、スリット光の幅が検出画素のサイズと同等になるように、次式のように設定すると良い。
ＮＡｂ≒λ／Ｇ
ここで、λは光の波長、Ｇは検出画素のサイズである。
【００３０】
本発明のポイントは、物体の複数の単位領域をスリット光で照明し、ｘ軸方向とｙ軸方向とで開口数が異なる開口絞りを配置することにより、ラインセンサの検出画素の配列方向の像のぼけ量を、焦点はずれ量によらず、ぼぼ一定にし、ラインセンサの画素画素の配列方向に直交する方向の像のぼけ量を焦点はずれ量に応じて変化するようにし、焦点面の前後に複数のラインセンサを配置し、各ラインセンサの各検出画素の出力から物体のスリット光で照射される線上の各単位領域の高さを算出するものにある。さらに、物体をステージに搭載し、ラインセンサの検出画素の配列方向とは直交する方向に移動させることにより、物体の表面の各点の高さ情報、即ち、立体形状を得るものである。
【００３１】
かかる構成によると、ラインセンサを用いているため、検出速度が速く、また、垂直落射照明、即ち、垂直上方から検出であるため、検査の死角がない。
【００３２】
上記立体形状検出系と物体の明るさを検出する平面画像検出系とを組み合わせて、検査対象物の明るさ画像と高さ画像とを検出し、パターン検査を行なう際、立体形状検出系の検出画素サイズを平面画像検出系の検出画素サイズの整数倍の大きさにすることにより、より高速な検査が可能となる。高さ画像の平面方向の解像度が明るさ画像に対して低いが、明るさ画像のみで検査する従来方法に比べて、検査速度は低下せずに高さの検査ができるメリットは大きい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
図１に本発明による立体形状検出方法及び装置の第１の実施形態を示す構成図であって、１は検査対象物、２はＸＹステージ、３はドライバ、４はパーソナルコンピュータ、５はモータコントロール基板、６は画像入力基板、７ａ，７ｂ，７ｃはラインセンサ、８ａ，８ｂ，８ｃはアンプ、９ａ，９ｂ，９ｃはＡ／Ｄ変換回路、１０はレーザ源、１１はレンズ、１２はシリンドリカルレンズ、１３はコリメータレンズ、１４は穴付ミラー、１５は対物レンズ、１６は開口絞り、１７は結像レンズ、１８ａ，１８ｂはビームスプリッタである。
【００３４】
同図において、検査対象物１は、ＸＹステージ２上に搭載されてワークホルダを介して固定されている。照明光源としてのレーザ源１０は、例えば、半導体レーザであって、特に、発光点が直線形状のものが好適であり、例えば、１．５μｍ（半値幅）×２００μｍといった直線形状の物がある。勿論、これに限らず、気体レーザ源でもよい。
【００３５】
レーザ源１０から出射した光はレンズ１１とシリンドリカルレンズ１２によって直線状の光ビーム（スリット光）に形成され、コリメータレンズ１３と対物レンズ１５によって検査対象物１上を照射する。ここで、コリメータレンズ１３と対物レンズ１５との間には、この照射光を通過させる穴１４ａが設けられて検査対象物１からの反射光を反射させる穴付ミラー１４が設けられている。照明の開口数ＮＡｂはこの穴１４ａの径で規定することができる。勿論、開口数ＮＡｂは、レンズ１１を通過後のビーム径を適切な径に設定すること、あるいは、光路上適切な位置に絞り板（ピンホール）を挿入することで規定できるが、この穴付きミラー１４の穴１４ａを絞り板として兼用することもできる。また、穴付ミラー１４の代わりに、ハーフミラーを使用することも当然考えられる。
【００３６】
以上により、検査対象物１を、幅が検出画素サイズと同等で、長さが検出幅（＝ラインセンサの長さ／検出倍率）以上あるスリット光で照明する。
【００３７】
検査対象物１からの反射光は、検出光として、検出光路中のタンデム光学系をなす対物レンズ１５と結像レンズ１７とでＣＣＤのラインセンサ７ｃ上に結像する。対物レンズ１５と結像レンズ１７の光路中にある穴付きミラー１４は、このように、照明光路と検出光路を分離するものである。穴付きミラー１４の中心に開けた穴１４ａは、照明光を通過させる作用とともに、検出光の正反射光を遮断する作用がある。
【００３８】
対物レンズ１５と結像レンズ１７の光路中にある開口絞り１６は検出系の開口形状を規定するものであり、ｙ軸方向の開口数ＮＡに対してｘ軸方向の開口数ＮＡｓを小さくする。開口絞り１６の形状は、必ずしも矩形（即ち、スリット状）である必要はなく、角を丸めた矩形あるいは楕円や長円でもよい。この開口絞り１６により、ラインセンサ７ａ〜７ｃの検出画素（セル）の配列方向（図示するように配置されるラインセンサ７ｃでは、ｘ軸方向、ラインセンサ７ａ，７ｂでは、ｙ軸方向であるが、要するに、検出光路の光軸から見て、開口絞り１６の幅方向）のぼけ量を、像の焦点はずれ量によらず、ぼぼ一定にし、ラインセンサの検出画素の配列方向とは直交する方向（検出光路の光軸から見て、開口絞り１６の長手方向）のぼけ量を、像の焦点はずれ量に応じて変化するようにするものである。
【００３９】
結像レンズ１７を通過した検出光は、ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂにより、その光路が３つに分岐される。夫々の分岐光路で光量が３等分されるようにしてもよいが、アンバランスがあっても構わない。できれば、ラインセンサ７ａ，７ｂでの光量がほぼ等しいことが望ましい。
【００４０】
分岐光路には夫々、ラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ（以下では、これらラインセンサを総称して、ラインセンサ７という）が配置される。ラインセンサ７ａは高さ検出範囲の下限の物体面（検査対象物１の面）と結像関係にある像面位置に配置され、ラインセンサ７ｂは高さ検出範囲の上限の物体面と結像関係にある像面位置に配置され、ラインセンサ７ｃは、これら２つの像面位置の中間位置に配置されている。
【００４１】
なお、これらラインセンサ７は同一検出画素数、同一検出画素ピッチのセンサである。いま、検査対象物１のスリット光が照射される領域でのこれらラインセンサの検出画素に対応する微少領域を単位領域とすると、これらラインセンサ７のｎ番目の検出画素は、この検査対象物１のスリット光が照射される領域でのｎ番目の単位領域からの反射光を受光するように、これらラインセンサ７の位置が調整されている。これらラインセンサ７への駆動には、互いに同期した同一のクロックが供給される。ラインセンサ７ａ，７ｂとしては、検出画素が正方形、あるいは正方形に近いものが使用される。例えば、１４μｍ×１４μｍ（ピッチ×アパーチャ）のものがある。ラインセンサ７ｃとしては、検出画素が縦長のもの、例えば、１４μｍ×２００μｍ（ピッチ×アパーチャ）のものが使用される。
【００４２】
照明光、即ち、スリット光の幅は、ラインセンサ７の検出画素サイズとほぼ同じ大きさであるが、ラインセンサ７ａ，７ｂは、高さ検出範囲の上限と下限に相当する像面位置に配置されているため、検査対象物１からの反射光が常に焦点はずれの像として検出され、ラインセンサ７ａ，７ｂにおける検査対象物１の単位領域の像はこの検出画素より大きい。従って、ラインセンサ７ａ，７ｂの検出画素自体の大きさがスリットして作用し、ぼけた像の一部（中心部のみ）の光量を検出することになる。一方、ラインセンサ７ｃの検出画素は縦長であるため、焦点はずれのぼけた像全体の光量を検出できる。なお、ラインセンサ７ａ，７ｂの前にスリットを設けたり、ラインセンサ７ｃの前にシリンドリカルレンズを設けることにより、上記と同じ効果を得ることもできる。
【００４３】
ラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃの出力は夫々、アンプ８ａ，８ｂ，８ｃで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９ａ，９ｂ，９ｃでデジタル信号に変換され、画像入力基板２２から計算機、例えば、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）４に供給される。ここで、ｍ個（但し、ｍは検査対象物１のスリット光が照射される領域での単位領域の個数に等しい）の検出画素を備えたラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃのｋ番目（但し、ｋ＝１，２，……，ｍ）の検出画素の出力値を夫々Ａ（ｋ），Ｂ（ｋ），Ｃ（ｋ）とすると、これら検出画素の結像関係にある検査対象物１での単位領域の高さＺ（ｋ）は、次式で与えられる。
Ｚ（ｋ）＝ｆ（Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ），Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ））
ここで、関数ｆは、予め既知の高さを持つ標準サンプルを用いて測定され、テーブル形式でパソコン４に記憶されている。
【００４４】
また、変数Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ）は、高さ検出範囲の下限の物体面と結像関係にある像面位置における正規化した光量であり、変数Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）は、同じく上限における正規化した光量である。全光量で正規化することにより、検査対象物１の反射率の違いによる高さの計測誤差を低減できる。例えば、Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ）＝Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）であれば、高さＺ（ｋ）は高さ検出範囲のちょうど中間となる。また、Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ）＞Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）であれば、高さＺ（ｋ）は高さ検出範囲の下限に近い値となり、さらに、Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ）＜Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）であれば、高さＺ（ｋ）は高さ検出範囲の上限に近い値となる。この実施形態では、高さ検出範囲の下限と上限の物体面と結像関係にある像面位置にラインセンサを配置したが、ラインセンサの数を増やし、高さ検出範囲の途中に相当する面にもラインセンサを配置することにより、高さの検査精度の向上を図ることもできる。
【００４５】
なお、出力値Ｃ（ｋ）は、検査対象物１からの反射光の全光量であるから、明るさ画像に相当する。従って、この実施形態においては、高さ画像と明るさ画像とを同時に得ることができる。
【００４６】
パソコン４は、モータコントロール基板５からパルスを発生し、ドライバ３を駆動してＸＹステージ２を制御する。ラインセンサ７の検出画素の配列方向に直交する方向、即ち、検査対象物１に照射されるスリット光の幅方向（図示のｙ軸方向）にＸＹステージ２を一定速度で移動させながら、光量を検出することにより、スリット光で照射される帯状の範囲の各単位領域の高さを計測する。ＸＹステージ２をｙ軸方向に移動させてスリット光の照射領域が検査対象物の検査領域の端部に達すると、このＸＹステージ２をＸ方向に照射されるスリット光の長さ分検査対象物１を変位させ、次いで、ｙ軸方向のこれまでとは反対方向に検査対象物１を移動させるようにして、検査対象物１をｙ軸方向に往復移動させて、これにより、検査対象物１の検査領域全面の高さを単位領域毎に計測する。パソコン４及びモータコントロール基板５が管理しているＸＹステージ２の位置情報と、ラインセンサ７の出力から得られた高さ情報とから、検査対象物１の３次元の位置情報が得られる。
【００４７】
この第１の実施形態では、同じレンズ１５を用いて、検査対象物１にスリット光を垂直上方から照明し、検査対象物１からの反射光を垂直上方から検出するようにしている。このため、検査ができない死角の問題が発生しない。即ち、検査対象物１に対して同一方向からスリット光を照明・検出することが、この実施形態の１つの特徴である。また、図１で図示していないが、光学系全体を斜めに傾けて斜め方向からスリット光を検査対象物１に照明し、同じ斜め方向から反射光を検出する構成も実現できる。このとき、スリット光の幅方向に光学系を傾斜させる。
【００４８】
次に、この実施形態での光学系の諸元の一具体例を示す。
【００４９】
ｘ軸方向の検出開口数ＮＡｓと照明開口数ＮＡｂとはほぼ等しい値であって、ｙ軸方向の検出開口数ＮＡは、その５〜１０倍程度の値とするとよい。一例としては、
0003685667.tif 000004
とする。
【００５０】
勿論、諸元は上記の２例に限るものではなく、また、ラインセンサ７の検出画素サイズは数μｍ〜数ｍｍの範囲であって、ｙ軸方向の検出開口数ＮＡはおよそ０．１〜０．９の範囲で光学系を構成できる。
【００５１】
また、ラインセンサ７としては、例えば、検出画素数２５６〜５０００個程度のＣＣＤリニアセンサを使用する。データレートは数ＭＨｚ〜２５ＭＨｚ程度で検出する。マルチタップタイプのセンサを使用すると、さらに高速な検出も可能となり、１００ＭＨｚを超えることも可能である。波長については、可視光に限定されるものではなく、赤外線や紫外線でもよい。
【００５２】
図８は本発明による立体形状検出方法及び装置の第２の実施形態を示す構成図であって、７ｄはラインセンサ、８ｄはアンプ、９ｄはＡ／Ｄ変換器、１８ｃはビームスプリッタ、１９はランプ、２０ａ，２０ｂはコンデンサレンズ、２１は拡散板、２２はスリット、２３は全反射ミラーであり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００５３】
同図において、照明の光源としてランプ１９が使用される。このランプ１９は高輝度なキセノンランプや超高圧水銀ランプが好適であり、あるいは、ハロゲンランプを使用してもよい。ランプ１９から出射した光はコンデンサレンズ２０ａ，２０ｂによって集光され、その集光位置にスリット２２が配置される。コンデンサレンズ２０ａ，２０ｂで集光される光は、拡散板２１で照明むらが除かれるように拡散された後、スリット２２に送られてスリット光が形成される。また、図示していないが、ランプ１９の背面にコールドミラーを配置することにより、スリット光の光量を増加させることもできる。
【００５４】
スリット２２で形成されたスリット光は、コリメータレンズ１３と対物レンズ１５とにより、検査対象物１上を照射する。ここで、スリット２２と検査対象物１は結像関係にあり、また、スリット光は、その幅が上記の単位領域の幅に等しく（即ち、この単位領域の像がラインセンサ７ａ〜７ｄ（これらを総称して、ラインセンサ７という）の検出画素（セル）に投影されたとき、この像の幅がこの検出画素の配列方向の幅にほぼ等しい）、その長さは、ラインセンサ７ａ〜７ｄの検出画素数に等しい個数の単位領域の配列長さにほぼ等しい。ここで、ラインセンサ１９の検出画素配列方向の長さＬLと検査対象物１でのスリット光の長さＬSとの関係は、対物レンズ１５から結像レンズ１７までの検出系の検出倍率Ｇ1に対し、
ＬS＝ＬL／Ｇ1
の関係がある。
【００５５】
図１に示した第１の実施形態は、レーザ源１０を使用しているため、スペックル（干渉による明るさむら）が発生する。しかし、本発明では、像を検出しているのではなく、光量を検出しているため、スペックルの影響は少ないが、結像倍率などの光学系の条件によっては、スペックルのため、高さの検出精度が低下することが考えられる。図８に示した第２の実施形態では、光源としてランプ１９を用い、拡散板２１で光を拡散しているので、明るさのむらをなくすことができる。しかし、輝度の点では、レーザ源が勝っているので、場合によって使い分けるとよい。
【００５６】
次に、この第２の実施形態の検出系について説明する。
【００５７】
結像レンズ１７を通過した光は、ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃにより、４つの光路に分岐される。ここでは、分岐光路夫々の光量は等しいものとする。分岐光路毎にラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが配置されている。なお、ラインセンサ７ｄの前に全反射ミラー２３が配置されているが、これは必ずしも必要なものではない。
【００５８】
これらラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは夫々、異なる像面位置に配置されている。即ち、ラインセンサ７ａは高さ検出範囲の下限近くの物体面（検査対象物１の面）と結像関係にある像面位置に配置され、ラインセンサ７ｂはラインセンサ７ａよりも高さ検出範囲の下限，上限の中間と結像関係にある像面位置側に配置され、ラインセンサ７ｃはこの中間の像面位置よりも高さ検出範囲の上限側に配置され、ラインセンサ７ｄは高さ検出範囲の上限近くの物体面と結像関係にある像面位置に配置されている。
【００５９】
なお、これら４つのラインセンサ７は同一検出画素数、同一検出画素ピッチのセンサであって、夫々のｎ番目の検出画素は、物体面上のスリット光で照射される単位領域の像を検出するように、その位置が調整されている。また、これら４つのラインセンサ７の駆動クロックは、互いに同期した同一のクロックであり、検出画素の形状は正方形あるいは正方形に近いものであり、例えば、１３μｍ×１３μｍ（ピッチ×アパーチャ）のものがある。この場合、ラインセンサ７の検出画素自体の大きさがスリットして作用し、ぼけた像の一部（中心部のみ）の光量を検出することになる。
【００６０】
ラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの検出出力は夫々、アンプ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄでデジタル信号に変換され、画像入力基板６により、パソコン４に入力される。ｍ個の検出画素のラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄのｋ番目の検出画素の出力値を夫々Ａ（ｋ），Ｂ（ｋ），Ｃ（ｋ），Ｄ（ｋ）とすると、図９に示すように、各検出画素（ｋ＝１，２，……，ｍ）の結像関係にある検査対象物１の高さＺ（ｋ）は、夫々の出力値Ａ（ｋ），Ｂ（ｋ），Ｃ（ｋ），Ｄ（ｋ）の間を補間し、これによって得られるグラフの最大となる点における高さとする。例えば、これら４つの出力値の最大値（図９では、Ｂ（ｋ））とその前後に位置する値（図９では、Ａ（ｋ），Ｃ（ｋ））との３つの出力値をガウス分布で補間し、その最大となる位置を求める。
【００６１】
この第２の実施形態では、４つのラインセンサ７を配置したが、ラインセンサの数をさらに増やすことにより、高さの検出精度が向上し、また、高さ検出範囲を拡大することができる。勿論、３個以下のラインセンサを用いるようにしてもよい。
【００６２】
なお、図１に示したレーザ源１０による照射系と図８に示した検出・処理系との組み合わせ、あるいは、図８に示したランプ１９による照射系と図１に示した検出・処理系との組み合わせも可能であることは勿論である。
【００６３】
図１０は本発明による立体形状検出方法及び装置の第３の実施形態を示す構成図であって、２４はポリゴンミラー、２５はリレーレンズであり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００６４】
同図において、レーザ源１０から出射された光ビームは、ポリゴンミラー２４で反射された後、リレーレンズ２５と穴付きミラー１４の穴１４ａとを通過し、対物レンズ１５を介して検査対象物１に照射される。ここで、検査対象物１を照射する光ビームのスポットは、ポリゴンミラー２４の回転とともに、この検査対象物１の面を直線状に走査する。このスポットの径は、ラインセンサ７でのその像がラインセンサ７の検出画素の配列方向の幅とほぼ等しくなるように設定されており、このスポットの走査範囲は、ラインセンサ７の検出画素配列方向の長さをＬL、対物レンズ１５と結像レンズ１７との間の検出系の検出倍率をＧ2とすると、
ＬL／Ｇ2
の関係にある。
【００６５】
このような関係からして、光ビームのスポットでこのように走査することは、先の第１，第２の実施形態でのスリット光を検査対象物１に照射することと同等である。
【００６６】
なお、この場合、ラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃの駆動をポリゴンミラー２４の回転と同期させるとよい。
【００６７】
また、ポリゴンミラーの代わりに、ガルバノミラーや偏向光学素子など他の手段を用いるようにしてもよい。
【００６８】
図１１は前出の立体形状検査方法及び装置を適用した本発明によるパターン検査方法及び装置の一実施形態を示す構成図であって、２ａはワークホルダ、６ａ，６ｂは画像入力ボード、６ｃはインターフェース基板（ＣＯＭ−Ｉ／Ｆ）、２６は光源、２７は光学系、２８はＣＣＤラインセンサ部、２９はＴＤＩラインセンサ、３０はローダ／アンローダ（Ｌ／ＵＬ）、３１はシーケンサ、３２はカメラコントロール・座標管理基板であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けている。
【００６９】
同図において、検査対象物１は、ＸＹステージ２にワークホルダ２ａを介して固定される。光学系２７は、図１や図８に示した高さ画像を得る立体形状検出系と明るさ画像を得る平面画像検出系とを複合した光学系である。立体形状検出系の検出器は３個のＣＣＤラインセンサを用いたＣＣＤラインセンサ部２８であり、図１に示されるアンプ８ａ〜８ｃやＡ／Ｄ変換器９ａ〜９ｃなども備えている。これら３個のＣＣＤラインセンサは、先に図１で説明した高さ検出範囲の下限の物体面と結像関係にある像面位置における明るさを検出するラインセンサと、高さ検出範囲の上限の物体面と結像関係にある像面位置における明るさを検出するラインセンサと、全体の明るさを検出するラインセンサである。
【００７０】
夫々ＣＣＤラインセンサから出力されてＡ／Ｄ変換された信号は、バスを介し、図１の画像入力基板６をなす画像入力ボード６ａからパソコン４に入力される。平面画像検出系の検出器は、マルチタップのＴＤＩ（Time Delay & Integration）ラインセンサ２９である。このＴＤＩセンサ２９は、ＣＣＤラインセンサに比べて高感度であるため、画素サイズを小さくしても高速な検出ができる。４タップのＴＤＩラインセンサを用い、検出信号のデータレートを４倍にすると、明るさ画像の検出画素のサイズを高さ画像の検出画素のサイズの半分にして、データ量が４倍になっても問題ない。例えば、高さ画像の検出画素サイズを６μｍ、明るさ画像の検出画素サイズを３μｍとし、ＣＣＤラインセンサ部２８のデータレートを１０ＭＨｚ、ＴＤＩラインセンサ２９のデータレートを１０ＭＨｚ×４＝４０ＭＨｚとする。ＴＤＩラインセンサ２９の出力信号は、図１の画像入力基板６をなす画像入力ボード６ｂを経由してパソコン４に入力される。
【００７１】
ＣＣＤラインセンサ部２８とＴＤＩラインセンサ２９とには、カメラコントロール・座標管理基板３２から駆動パルスが供給される。ＸＹステージ２のサーボモータに内蔵されているロータリエンコーダの出力パルス信号をドライバ３から得て、検出画素のサイズに相当するクロックに分周し、これを駆動パルスとしてＣＣＤラインセンサ部２８とＴＤＩラインセンサ２９とに供給する。ＣＣＤラインセンサ部２８には、ＸＹステージ２が６μｍ移動する毎に１パルス送り、ＴＤＩラインセンサ２９にも、ＸＹステージ２が６μｍ移動する毎に１パルス送る。これにより、ＸＹステージ２の移動速度とＣＣＤラインセンサ部２８とＴＤＩラインセンサ２９の駆動とが同期する。カメラコントロール・座標管理基板３２は、インターフェース基板６ｃを介して、パソコン４により制御させる。
【００７２】
パソコン４は、ステージコントロール基板５からパルスを発生し、ドライバ３を駆動してＸＹステージ２を制御する。ＣＣＤラインセンサ部２８のラインセンサの検出画素の配列方向とは直交する方向、即ち、ｙ軸方向（図１）にＸＹステージ２を一定速度で移動させながら、画像を検出する。ＸＹステージ２を、先に説明したように、往復動作させて、ＸＹステージ２のｙ軸方向の折り返し時、このＸＹステージ２をｘ軸方向に検出幅だけステップ送りすることにより、検査対象物１の検査対象領域のパターンを検出することができる。
【００７３】
ワークホルダ２ａや光源２６，ローダ／アンローダ３０は、シーケンサ３１によって制御される。ワークホルダ２ａやローダ／アンローダ３０はメカニカルな動作が制御対象であり、光源２６はシャッタの開閉や光量が制御対象である。シーケンサ３１はＲＳ−２３２Ｃでパソコン４と通信し、パソコン４が全体シーケンスを制御する。
【００７４】
パソコン４は、３つのＣＣＤラインセンサを備えたＣＣＤラインセンサ部２８の出力信号から、先に説明したように、高さ画像を生成するとともに、ＴＤＩラインセンサ２９の出力信号から明るさ画像を生成し、これらを用いてパターン欠陥を抽出する。高さ画像も用いているので、平面的な欠陥のみならず、厚み不足などの厚さ方向の欠陥をも検出できる。
【００７５】
以上のようにして得られた検査結果は、プリンタなどによって出力される。図１２はその出力結果の一例を示す図である。ここでは、検査結果としては、断線，ショート，かすれ，ピンホール，突起の各欠陥とする。ここでは、欠陥の種類毎に異なる形状のマークで、かつ検査の結果得られた位置情報に基づく位置に夫々表示する。従って、プリンタの出力紙に印字されたマークにより、夫々の欠陥の位置が示される。
【００７６】
また、かかる検査結果をネットワーク経由で検査装置外の計算機などへ転送することもできる。例えば、ＸＹステージと顕微鏡からなる欠陥確認ステーションに検査結果を転送し、その欠陥位置に基づいてＸＹステージを駆動させることにより、夫々の欠陥の確認作業を行なうことができる。このとき、欠陥の修正作業も同時に行なうことができる。
【００７７】
さらに、例えば、計算機に検査結果を保管しておき、統計処理などにより、製造装置のプロセスモニタとして活用することもできる。
【００７８】
図１３に先に説明した立体形状検出方法及び装置を適用した本発明によるはんだ付け部検査方法及び装置の一実施形態を示す構成図であって、図１１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００７９】
同図において、検査対象物１は、ＸＹステージ２にワークホルダ２ａを介して固定される。光学系２７は、図１や図８に示した高さ画像を得る立体形状検出光学系である。立体形状検出系の検出器は３個のＣＣＤラインセンサとこれらの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器などを含むＣＣＤラインセンサ部２８であり、これらＣＣＤラインセンサは、先に図１で説明した高さ検出範囲の下限の物体面と結像関係にある像面位置における明るさを検出するＣＣＤラインセンサと、高さ検出範囲の上限の物体面と結像関係にある像面位置における明るさを検出するＣＣＤラインセンサと、全体の明るさを検出するＣＣＤラインセンサである。夫々のＣＣＤラインセンサの出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、画像入力ボード６ａからパソコン４に入力される。例えば、ＣＣＤラインセンサの検出画素のサイズを１５μｍとし、ＣＣＤラインセンサのデータレートを１５ＭＨｚとする。
【００８０】
ＣＣＤラインセンサ部２８には、カメラコントロール・座標管理基板３２から駆動パルスが供給される。ＸＹステージ２のサーボモータに内蔵されているロータリエンコーダの出力パルス信号をドライバ３から得て、ＣＣＤラインセンサの検出画素のサイズに相当するクロックに分周し、駆動パルスとして、ＣＣＤラインセンサ部２８に供給する。ＣＣＤラインセンサ部２８には、ＸＹステージ２がｙ軸方向に１５μｍ移動する毎に１パルス送られる。これにより、ＸＹステージ２のｙ軸方向の速度とＣＣＤラインセンサの駆動とが同期される。カメラコントロール・座標管理基板３２は、インターフェース基板６ｃを介して、パソコン４で制御させる。
【００８１】
パソコン４は、ステージコントロール基板５からパルスを発生し、ドライバ３を駆動してＸＹステージ２を制御する。ＣＣＤラインセンサの検出画素の配列方向に直交する方向、即ち、ｙ軸方向（図１）にＸＹステージ２を一定速度で移動させながら、画像を検出する。先に説明したように、ＸＹステージ２をｙ軸方向で往復動作させ、ＸＹステージ２の折り返し時、ＸＹステージ２をｘ軸方向に検出幅だけステップ送りすることにより、検査対象物１の検査対象となるはんだ付け領域全体を検出する。
【００８２】
ワークホルダ２ａや光源２６，ローダ／アンローダ３０はシーケンサ３１で制御される。ワークホルダ２ａやローダ／アンローダ３０はメカニカルな動作が制御対象であり、光源２６はシャッタの開閉が制御対象である。シーケンサ３１は、ＲＳ−２３２Ｃでパソコン４と通信し、パソコン４が全体のシーケンスを制御する。
【００８３】
パソコン４は、ＣＣＤラインセンサ部２８の３個のＣＣＤラインセンサの出力信号から高さ画像を生成するとともに、全体の光量を検出しているＣＣＤラインセンサ（３個のＣＣＤラインセンサのうちの図１でのラインセンサ７ｃに相当するもの）の出力信号から明るさ画像を生成する。これら画像により、はんだ付部でのはんだ付の良否を判定し、はんだ付不良を検出する。
【００８４】
次に、本発明による検査装置の検査対象物について説明する。
【００８５】
１つの例は、セラミック基板に用いるグリーンシートに形成された金属微粒子の配線パターンである。欠陥として、断線や半断線，ショート，半ショート欠陥などのパターンの平面形状欠陥と、パターンの厚み方向の欠陥、例えば、かすれやピンホール（高さ不足系），突起（高さ過剰系）がある。
【００８６】
他の例は、プリント板に形成された銅配線パターンである。特に、ビルドアップ基板はパターン密度が高く、微細化しているため、小さな欠陥まで検出する必要がある。パターンのアスペクト比が大きくなり、パターン厚み方向の欠陥の検査も重要となる。欠陥として、断線や半断線，ショート，半ショート欠陥などのパターンの平面形状欠陥と、パターンの厚み方向の欠陥、例えば、薄いパターンやピンホール（高さ不足系），突起（高さ過剰系）がある。また、ビアホールやスルーホールの形状も検査対象となる。
【００８７】
さらに他の例は、フラットディスプレイの検査である。プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の隔壁高さや隔壁幅，蛍光体膜厚などの３次元形状検査や、隔壁製造工程における感光膜の検査に好適である。また、カラーフィルタの突起欠陥検査やブラウン管の蛍光体膜厚検査等にも適用できる。
【００８８】
さらに他の例は、プリント配線板のはんだ付検査である。ＱＦＰやＳＯＰ，チップ部品などのはんだ不良（濡れ不良，はんだ小，ブリッジなど）や位置ずれを検査する。
【００８９】
以上のように、電子回路関係のアプリケーションを例として挙げたが、他の分野への適用も勿論可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検出器にラインセンサを使用しているため、機械的な可動部がなく、一定幅の通過領域を通過する光量に基づいて象のぼけ量を検出する方式をとり、ラインセンサの検出画素自体がこの通過領域としての機能をするので、別途スリットを設ける必要がなく、安価でかつ高さ検出を高速に行なうことができるし、検査対象物での光の照射方向と反射光の検出方向とを同じ方向とし、特に、垂直落射照明，垂直上方検出を行なうものであるから、検査の死角が生じない。
【００９１】
また、本発明による立体形状検出装置をパターン検査装置に使用することにより、高速で安価な検査装置が実現できる。
【００９２】
さらに、本発明による立体形状検出装置をはんだ検査装置に使用することにより、高速で安価な検査装置が実現できる。
【００９３】
さらに、本発明による立体形状検出装置を外観検査装置に使用することにより、高速で安価な検査装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体形状検出方法及び装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】矩形開口レンズの焦点はずれ像を説明する図である。
【図３】焦点はずれ量を測定する原理を説明する図である。
【図４】焦点はずれ量を測定する第１の構成を説明する図である。
【図５】焦点はずれ量を測定する第２の構成を説明する図である。
【図６】矩形開口レンズによる線状物体の焦点はずれ像を説明する図である。
【図７】本発明の原理を説明する図である。
【図８】本発明による立体形状検出方法及び装置の第２の実施形態を示すブロック構成図である。
【図９】図１，図８に示した実施形態でのセンサ出力値よりを高さを算出する原理を説明する図である。
【図１０】本発明による立体形状検出方法及び装置の第３の実施形態を示すブロック構成図である。
【図１１】本発明によるパターン検査装置の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図１２】図１１に示したパタン検査装置の検査結果の一例を示す図である。
【図１３】本発明によるはんだ検査装置の一実施形態を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１  検査対象物
２  ＸＹステージ
３  ドライバ
４  計算機
５  モータコントロール基板
６  画像入力基板
７ａ〜７ｄ  ラインセンサ
８ａ〜８ｄ  アンプ
９ａ〜９ｄ  Ａ／Ｄ変換器
１０  レーザ
１１  レンズ
１２  シリンドリカルレンズ
１３  コリメーティングレンズ
１４  穴付ミラー
１４ａ  穴
１５  対物レンズ
１６  開口絞り
１７  結像レンズ
１８ａ〜１８ｃ  ビームスプリッタ
１９  ランプ
２０ａ，２０ｂ  コンデンサレンズ
２１  拡散板
２２  スリット
２３  全反射ミラー
２４  ポリゴンミラー
２５  リレーレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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