(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部を比較的剛性の高い外枠部材に固定された多数の開口部を有する比較的剛性の低い平面部材の表面形状の欠陥を検査する方法であって、前記平面部材の表面を光学的に走査して該表面からの反射光を検出することにより該表面の変位に応じた信号を得、該信号を処理して前記多数の開口部とその周辺部からのノイズ信号を除去した信号を生成し、該生成した信号に基いて前記平面部材の高さ変位量を求め、該求めた高さ変位量の情報を用いて前記平面部材の形状欠陥とその位置を求めることを特徴とする表面形状欠陥検出方法。
【請求項２】
前記平面部材の表面を光学的に走査して該表面からの反射光を検出することにより該表面の形状に応じた信号を得ることを、光切断法により行うことを特徴とする請求項１記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項３】
前記信号を処理して前記多数の開口部の信号を除去することを、設計情報を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項４】
前記平面部材の表面を光学的に走査することを、設計情報を用いて前記平面部材の開口部を回避して走査することを特徴とする請求項１記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項５】
前記外枠部材を光学的に走査して該外枠部材の高さ情報を得、該得た外枠部材の高さ情報を用いて前記平面部材の基準面を算出し、該算出した基準面に対する前記平面部材の各位置の高さの差分から前記平面部材の形状欠陥とその位置を求めることを特徴とする請求項１記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項６】
外周部を比較的剛性の高い外枠部材に固定された比較的剛性の低い平面部材の表面形状の欠陥を検査する方法であって、前記外枠部材を光学的に走査して前記外枠部材の表面からの反射光を検出し、該反射光を検出して得た信号を処理して前記外枠部材の高さ情報を得、該得た外枠部材の高さ情報から前記平面部材の表面の基準面形状を求め、前記平面部材の表面を光学的に走査して前記平面部材の表面からの反射光を検出し、該平面部材の表面からの反射光を検出して得た信号を処理して前記平面部材の高さ情報を得、該得た平面部材の高さ情報と前記求めた平面部材の表面の基準面形状の情報とを用いて前記平面部材の形状欠陥を求めることを特徴とする表面形状欠陥検出方法。
【請求項７】
前記比較的剛性の低い平面部材は多数の開口部を有し、前記平面部材の表面からの反射光を検出して得た信号から前記開口部に相当する信号を除去した信号を得、該得た開口部に相当する信号を除去した信号を処理することにより前記平面部材の高さ情報を得ることを特徴とする請求項６記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項８】
前記比較的剛性の低い平面部材は多数の開口部を有し、前記平面部材の表面からの反射光を検出して得た信号から前記開口部に相当する信号と前記開口部の周辺からのノイズ信号とを除去した信号を得、該得た開口部に相当する信号とノイズ信号とを除去した信号を処理することにより前記平面部材の高さ情報を得ることを特徴とする請求項６記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項９】
前記比較的剛性の低い平面部材は多数の開口部を有し、前記平面部材の表面を光学的に走査して前記平面部材の表面からの反射光を検出することを、設計情報を用いて前記平面部材の開口部を回避して走査することを特徴とする請求項６記載の表面形状欠陥検出方法。
【請求項１０】
外周部を比較的剛性の高い外枠部材に固定された多数の開口部を有する比較的剛性の低い平面部材の表面形状の欠陥を検査する装置であって、前記平面部材の表面を光学的に走査して該表面からの反射光を検出することにより該表面の変位に応じた信号を得る光学検出手段と、該光学検出手段で得た信号を処理して前記多数の開口部とその周辺部からのノイズ信号を除去した信号を生成する信号処理手段と、該信号処理手段で生成した信号に基いて前記平面部材の高さ変位量を求めて該求めた高さ変位量の情報を用いて前記平面部材の形状欠陥とその位置を求める欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする表面形状欠陥検出装置。
【請求項１１】
前記光学検出手段は、前記平面部材の表面を光学的に走査して該表面からの反射光を検出することを光切断法により行うことを特徴とする請求項１０記載の表面形状欠陥検出装置。
【請求項１２】
前記信号処理手段は、前記信号を処理して前記多数の開口部の信号を除去することを、設計情報を用いて行うことを特徴とする請求項１０記載の表面形状欠陥検出装置。
【請求項１３】
前記光学検出手段は、前記平面部材の表面を光学的に走査することを、設計情報を用いて前記平面部材の開口部を回避して走査することを特徴とする請求項１０記載の表面形状欠陥検出装置。
【請求項１４】
外周部を比較的剛性の高い外枠部材に固定された多数の開口部を有する比較的剛性の低い平面部材の表面形状の欠陥を検査する装置であって、前記外枠部材と前記平面部材の表面とを光学的に走査して前記外枠部材の表面と前記平面部材の表面とからの反射光を検出する光学検出手段と、該光学検出手段で検出した前記外枠部材の表面からの反射光を検出して得た信号を処理して前記外枠部材の高さ情報を得る信号処理手段と、該得た外枠部材の高さ情報から前記平面部材の表面の基準面形状を求める基準面形状算出手段と、前記該光学検出手段で前記平面部材の表面からの反射光を検出して得た信号を処理して前記平面部材の高さ情報を得る平面部材高さ算出手段と、該平面部材高さ算出手段で算出して得た平面部材の高さ情報と前記求めた平面部材の表面の基準面形状の情報とを用いて前記平面部材の形状欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする表面形状欠陥検出装置。
【請求項１５】
前記平面部材高さ算出手段は、前記光学検出手段で前記平面部材の表面からの反射光を検出して得た信号から前記開口部に相当する信号を除去した信号を得、該得た開口部に相当する信号を除去した信号を処理することにより前記平面部材の高さ情報を得ることを特徴とする請求項１４記載の表面形状欠陥検出装置。
【請求項１６】
前記平面部材高さ算出手段は、前記光学検出手段で前記平面部材の表面からの反射光を検出して得た信号から前記開口部に相当する信号と前記開口部の周辺からのノイズ信号とを除去した信号を得、該得た開口部に相当する信号とノイズ信号とを除去した信号を処理することにより前記平面部材の高さ情報を得ることを特徴とする請求項１４記載の表面形状欠陥検出装置。
【請求項１７】
前記光学検出手段は、前記平面部材の表面を光学的に走査して前記平面部材の表面からの反射光を検出するときに、設計情報を用いて前記平面部材の開口部を回避して走査することを特徴とする請求項１４記載の表面形状欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板やハイブリッドＩＣ等を製造するに際して、回路パターンや導体ペーストを印刷するためのスクリーン用マスク等のように、薄板平板状の平面部材における表面の形状欠陥や、周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材における内部表面の形状欠陥が、その位置が特定された状態として光学的に検出されるようにした表面形状欠陥検出方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に回路パターンや導体ペーストが基板上にスクリーンにより印刷される際での概要を示す。図示のように、スクリーン（厚さ数１０μｍのニッケル板２にエッチングなどにより、パターン開口部３が形成されている薄板平面部材）１には、剛性強化とハンドリングなどの作業性の容易化とを図るべく、その周縁に沿って外枠４が一体として設けられているが、必要に応じて、更に、スクリーン１自体には、編込み状メッシュ（後述）が接着されるものとなっている。開口率の大きいパターン等が形成されているスクリーンの場合、そのパターン形状如何によっては、直径数１０μｍのステンレスワイヤからなる編込み状メッシュがスクリーン１に接着されることによって、スクリーン１全体としての強度向上が図られているものである。
【０００３】
さて、そのようにしてなるスクリーン１を用いスクリーン印刷が行われるに際しては、スキージ５と称される刷毛でペースト状、あるいは液状のインク６をスクリーン１に擦り付けながら、スクリーン１に形成されているパターン開口部３からインク６が押し出されることによって、ホルダ７上に載置されている基板８上には、そのパターン開口部３の形状に応じたパターン９が転写されているものである。
【０００４】
ところで、スクリーン印刷が行われるに際し、後述の理由からして、スクリーン自体には高精度な平坦性が要求されており、したがって、スクリーン印刷に先立って、スクリーン自体の平坦性がチェックされる必要があるものとなっている。このような事情は、たとえ、パターン開口部が形成されていない、スクリーン以外の特殊用途用平面部材でも同様とされているものである。
【０００５】
なお、これまでにも、何等かの目的を以て、例えば平面部材における表面形状や凹凸欠陥を検出することが行われているが、平面部材表面上での凹凸変位を検出する方法としては、例えば特開昭６２−１２７６１４号公報に記載のものが知られている。これによる場合、半導体レーザからのレーザ光が照射側集光レンズを介しワーク表面に照射される一方、そのワーク表面からの反射光が受光側集光レンズを介しディテクタで検出されており、そのディテクタ上での受光位置からワーク表面変位が検出されるものとなっている。また、特開平１−２５０７０５号公報による場合には、被測定対象としての３次元曲面をその全面に亘って線状スリット光によって直線的に走査する等、所定の処理が行われることによって、その３次元曲面の形状が測定されるものとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スクリーン全体としての大きなうねり変形は、基板へのスキージによる回路パターン転写時にその変形が矯正され得るものとしても、スクリーン上に存在している局所的な変形／凹凸はそのままの変形状態を保ってスクリーン印刷が行われることから、印刷精度上での向上は望めないものとなっているのが実情である。
【０００７】
これは、それら変形／凹凸部分では、スクリーンと基板（被印刷物）表面に隙間が生じてしまい、印刷時の密着状態が損なわれる結果として、印刷滲みが生じたり、あるいは被印刷物が損傷されるなど、被印刷物上への印刷精度や信頼性が大幅に損われる虞があるからである。このため、印刷原板としてのスクリーンの表面（特に、被印刷物と直接接触する側の表面）には、局所的な変形／凹凸が存在しないよう、その平坦性に優れていることが要求されており、事前にその表面での平坦性が評価された上、局所的な変形／凹凸が修正されたり、修正不可な不良スクリーンは排除されるなどの措置が講じられる必要があるものである。
【０００８】
なお、上記公報による場合には、印刷スクリーン用マスクのように、部材表面にパターン形成用の穴／開口部が形成されている場合には、その部材表面上でのうねりや凹凸が高精度に測定され得ないばかりか、その部材表面上での大きなうねり変形と局部的なそれとを識別し得ないものとなっている。
【０００９】
本発明の第１の目的は、平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の第２の目的は、表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部を走査すること不要として高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第３の目的は、表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の第４の目的は、周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の第５の目的は、周囲が高剛性部材を以て構成され、かつ内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部を走査すること不要として高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の第６の目的は、周囲が高剛性部材を以て構成され、かつ内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の第７の目的は、表面に開口部が形成されているか否かに拘らず、また、少なくとも周囲が高剛性部材を以て構成されてなるか否かに拘わらず、平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく、かつ該当位置にマーキングが付された状態として高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法とその装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の第８の目的は、周囲が高剛性部材を以て構成されているか否かに拘らず、表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、開口部の大きさに影響されることなく高精度に検出し得る表面形状欠陥検出方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記各目的は、基本的には、平面部材における全表面が光学的に走査されることによって、その平面部材における内部表面形状が走査位置対応の絶対高さ変位量として抽出された後、平面部材上の表面形状から別途推定された大局的基準面形状と上記表面形状との間の差として、あるいは、高剛性部材上の外周表面形状から別途推定された基準面形状とその内部表面形状との間の差として、それぞれ、その基準面形状に対する相対高さ変位量が抽出された上、設定許容変位量と比較されることによって、内部表面の形状欠陥が位置が特定された状態として検出されることで達成される。
【００１８】
また、上記目的は、装置構成としては、その構成要素として、平面部材における全表面を光学的に走査することによって、その平面部材における内部表面形状を走査位置対応の絶対高さ変位量として抽出する絶対高さ変位量抽出手段と、該表面形状から、平面部材における表面に対する大局的な基準面形状を別途推定する基準面形状推定手段、あるいは、周囲の高剛性部材上の外周表面形状から、平面部材における内部表面に対する基準面形状を別途推定する基準面形状推定手段と、それぞれの、基準面形状推定手段からの基準面形状と上記絶対高さ変位量抽出手段からの内部表面形状との間の差として、その基準面形状に対する相対高さ変位量を抽出する相対高さ変位量抽出手段と、設定許容変位量とその相対高さ変位量抽出手段からの相対高さ変位量との比較によって、内部表面の形状欠陥を位置が特定された状態として検出する形状欠陥手段とを少なくとも具備せしめることで達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、平面部材の例として、パターン開口部が形成されているスクリーンにその例を採って、本発明の一実施形態を図１から図７により説明する。図１の実施例は周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材の表面形状欠陥検出装置の一例である。
【００２０】
先ず、本発明による表面形状欠陥検出装置の一例での構成について、図１を用いて説明する。表面形状欠陥検出対象としてのスクリーン１自体には、その周縁に沿って外枠４が一体として設けられた上、ワークホルダ１０上に載置保持されているが、そのワークホルダ１０はまた、Ｙステージ１３を介しＹモータ１４と送りネジ１５によりＹ方向に往復走査可とされたことによって、スクリーン１もまた、Ｙ方向に往復走査可とされたものとなっている。
【００２１】
一方、スクリーン１上方には、検出器（例えば特開平５ー２９４２０で開示されているような光切断方式のもの）１１とマーキングユニット１２が一定距離間隔Ｌを以て配置されているが、これら検出器１１，マーキングユニット１２はＸステージ１６上に取付保持された上、Ｘステージ１６がＸモータ１７と送りネジ１８によりＸ方向に往復走査されれば、Ｘステージ１６と一体となってＸ方向に往復走査されるものとなっている。
【００２２】
結局、マイクロコンピュター２０による制御下に、ステージコントローラ２１を介してＸステージ１６、Ｙステージ１３各々が走査制御されることによって、検出器１１によりスクリーン１上の表面１Ａが光学的に走査される一方、その走査に同期して、検出器１１からの、表面高さ形状に応じた電圧変化はセンサコントローラ１９を介し、走査位置対応の絶対高さ変位量（ディジタル値）としてマイクロコンピュター２０で所定に処理されているものである。
【００２３】
即ち、マイクロコンピュター２０では、検出器１１から順次得られる、走査位置対応の絶対高さ変位量のうちから、その走査位置対応の絶対高さ変位量にもとづき、先ず穴部／ノイズ除去部２０１で、パターン開口部３とその近傍から発生されるノイズが除去された上、面形状抽出部２０２では、表面１Ａ（パターン開口部を除く）上での走査位置対応の絶対高さ変位量にもとづき、その表面形状が抽出されているものである。一方、その表面形状の抽出に並行して、内部面形状推定部２０３では、スクリーン１周囲、即ち、外枠４上の絶対高さ変位量からは、スクリーン１上の表面１Ａに対する基準面形状が推定されたものとなっている。
【００２４】
したがって、抽出値―推定値部２０４によって、面形状抽出部２０２からの表面形状と内部面形状推定部２０３からの基準面形状との絶対差を求めた上、比較部２０５で設定許容値と比較される場合は、表面１Ａ上での局所的形状欠陥がその位置座標（Ｘ，Ｙ）として検出され得るものである。その位置座標（Ｘ，Ｙ）にもとづきステージコントローラ２１、Ｘステージ１６、Ｙステージ１３を介しマーキングユニット１２を形状欠陥位置に移動せしめた上、その位置にマーキングが行われる場合は、形状欠陥位置各々が容易に可視表示され得るものである。
【００２５】
因みに、本例では、基準面形状は表面１Ａ上の実測値から、その都度推定されているが、設計値にもとづく基準面形状を用いてもよく、設計値にもとづく基準面形状を用いる場合には、内部面形状推定部２０３にその基準面形状を事前に格納せしめておけばよいものである。
【００２６】
以上のように、スクリーン１上の表面１Ａが検出器１１により走査されているが、図２，図３はそれぞれその際での走査方法を示したものである。先ず図２に示す走査方法による場合、スクリーン１外周に設けられている外枠４Ａは矢印方向Ｐに走査される一方、スクリーン１上の表面１Ａが走査されるに際しては、設計データにもとづきパターン開口部３に対する走査が回避されつつ、したがって、開口部３以外の表面（平面部１Ｂ）のみが走査されるものとなっている。
【００２７】
また、図３に示す走査方法による場合には、外枠４とスクリーン１上の表面１Ａが矢印方向Ｒとして示すように、パターン開口部３に対する走査が回避されることなく、順次走査されるものとなっている。図２に示す走査方法は、パターン開口部３が規則正しく配列されている場合に特に有効とされているが、これは、パターン開口部３でのエッジや補強用メッシュからの複雑な反射光強度の変化を考慮すること不要として、表面１Ａ上での走査位置対応の絶対高さ変位量にもとづき、その表面形状が抽出され得るものである。
【００２８】
図４（Ａ）にはまた、スクリーン１の一部断面が示されているが、本例でのスクリーン１は、既述の図７に示したものに、更に、直径数１０μｍのステンレスワイヤ製編込み状メッシュ１Ｃが被印刷物側表面に接着されたものとなっている。図４（Ａ）に示すように、Ｄは開口部３の穴径を、また、Ｄ１（＞０．５Ｄ），Ｄ２（＜０．５Ｄ）はそれぞれ検出器１１からの走査用ビーム光直径を示すが、ビーム光直径Ｄ１で開口部３が走査された場合での検出器１１出力は図４（Ｂ）として、また、ビーム光直径Ｄ２で開口部３が走査された場合での検出器１１出力は図４（Ｃ）として得られるものとなっている。
【００２９】
図４（Ｂ）からも判るように、ビーム光直径が大きい場合には、検出器１１出力として、パターン開口部３からの反射光出力には平坦部からの反射光出力が、また、平坦部からの反射光出力にはパターン開口部３からの反射光出力が重畳される状態の出力波形が得られる結果、表面１Ａ上での表面形状が確実に検出され得ないものとなっている。
【００３０】
一方、図４（Ｃ）に示すように、ビーム光直径が小さい場合には、パターン開口部３、平坦部各々からの反射光出力が重畳し合うことはなく、表面１Ａ上での表面形状がより確実に検出され得るものとなっている。換言すれば、走査用ビーム光はパターン開口部３の大きさに比しその直径が小さくなる程に、表面形状を検出する上での感度が向上されるものである。
【００３１】
本例では、光切断法等の光を照射する際でのビーム光直径について述べたが、反射光を検出する場合での分解能についても同様に考えられ、テレビカメラやリニアセンサ上の１画素相当の大きさ、即ち、分解能をパターン開口部３の直径、あるいは開口幅の１／２以下にすることで等価の効果が得られるものとなっている。
【００３２】
ここで、穴部／ノイズ除去部２０１での穴部／ノイズ除去処理について説明すれば、図５（Ａ）にスクリーン１の一部断面が示されているが、パターン開口部３が平坦部１Ｂに比し急峻に変化していることに着目の上、特開平５ー２９４２０号公報で開示されているような光学式変位計を検出器１１として用い、パターン開口部３が走査されたとすれば、平坦部１Ｂからの、照射ビーム光１１Ａに対する反射光１１Ｂは規則性を以て反射されているにしても、照射ビーム光１１Ａの照射位置が傾斜／変形している場合には、反射光１１Ｃとして示すように、その照射位置からは照射ビーム光１１Ａが乱反射される結果として、表面形状が確実に検出され得ないものとなっている。
【００３３】
図５（Ｂ）は平坦部１Ｂのみならず、パターン開口部３が併せて走査される場合での検出器１１出力波形（黒点：サンプリング点）を示したものである。このような検出器１１出力波形が穴部／ノイズ除去部２０１で所定に処理された上、最終処理結果として図５（Ｄ）に示す出力波形が得られているものであるが、その処理について詳細に説明すれば以下のようである。
【００３４】
即ち、説明の簡単化上、図５（Ｂ）に示す検出器１１出力波形のうち、サンプリング点ｄ１  〜ｄ１０間に亘る出力波形について説明すれば、先ずステップ１として、走査位置としてのサンプリング点各々については、その前後のサンプリング点各々との間での出力偏差が一定値ｚにもとづき評価されるものとなっている。
【００３５】
より具体的に、例えばサンプリング点ｄ２  に着目すれば、図５（Ｂ）に示すように、サンプリング点ｄ１  ，ｄ３  各々との間には、｜ｄ２  −ｄ１  ｜＜ｚ、｜ｄ２  −ｄ３  ｜＜ｚの関係が成立することから、サンプリング点ｄ２  での出力は消去されないものとなっている。これと同様にして、次に、サンプリング点ｄ３  に着目すれば、｜ｄ３  −ｄ２  ｜＜ｚ、｜ｄ３  −ｄ４  ｜＞ｚとなり、サンプリング点ｄ３  での出力も消去されないものとなっている。更に、サンプリング点ｄ４  に着目すれば、｜ｄ４  −ｄ３  ｜＞ｚ、｜ｄ４  −ｄ５  ｜＞ｚの関係が成立することから、何れの出力偏差も一定値ｚよりも大であることを以て、サンプリング点ｄ４  での出力は消去されるものとなっている。
【００３６】
以下、サンプリング点ｄ４  以降についても、同様な処理が繰返し行われることで、サンプリング点ｄ１  〜ｄ１０間では、その処理結果として、図５（Ｃ）に示すように、サンプリング点ｄ１  ，ｄ２  ，ｄ３  ，ｄ７  ，ｄ８  ，ｄ９  ，ｄ１０各々での出力は消去されないものとなっている。
【００３７】
さて、次のステップ２としては、ステップ１での処理結果に対し、図５（Ｃ）に示すように、ヒストグラム（出力頻度分布）が求められた上、このヒストグラムから、例えばＡ、ａをそれぞれ可変定数、定数として、Ａ±ａの範囲内に存在する出力のみが抽出されるが、この処理結果として、図５（Ｄ）に示すように、サンプリング点ｄ７  ，ｄ８  各々での出力のみが消去されるものとなっている。結局、サンプリング点ｄ１  ，ｄ２  ，ｄ３  ，ｄ９  ，ｄ１０各々での出力が表面形状を形成するものとして抽出されているものである。
【００３８】
したがって、このような穴部／ノイズ除去処理による場合には、たとえ、スクリーン１の表面１Ａにパターン開口部３がランダムに形成されていようとも、また、検出器１１による走査方向とパターン開口部３の形成方向が平行でなく傾いていたとしても、パターン開口部３とその極く近傍からの出力は効率的に消去されることで、パターン開口部３の大きさやその形状如何に拘らず、表面形状が状態良好として抽出され得るものである。
【００３９】
次に、内部面形状推定部２０３での処理について説明する。スクリーン１においては、パターン開口部３が形成されている内部表面側に比し外枠４上の外周表面での剛性が大きく、しかも本願発明者によって、内部表面の表面形状は外枠４外周フレームの変形に倣うといった事実が実験的に見出された次第である。即ち、外枠４上の外周表面への走査によって、外枠４上での絶対高さ変位量を得るようにすれば、これより内部表面に対する基準面形状が容易に推定され得るというものである。この基準面形状の推定方法について、図６により具体的に説明すれば以下のようである。
【００４０】
即ち、説明の簡単化上、外枠４の４隅（頂点）にはそれぞれ符号Ａ〜Ｄを付し、しかも走査により実際に得られた線分ＡＢでの高さデータ（絶対高さ変位量）をＺＩ  、同様にして、線分ＡＣ，ＣＤ，ＢＤそれぞれでのそれがＺＩＩ、ＺＩＩＩ  、ＺＩＶであるとして、高さデータＺＩ  ，ＺＩＩＩ  にもとづきｘｚ平面での面形状が、また、高さデータＺＩＩ，ＺＩＶにもとづきｙｚ平面での面形状がそれぞれ抽出されるものとなっている。これら抽出されたそれぞれの高さデータからｚｘｙ平面全体としての面形状を抽出しようというわけであるが、このためには、ｘｚ平面、ｙｚ平面各々における相対応するｘｙ点でのｚからその平均高さを求め、これをｘ座標とｙ座標の交点での高さとしてｚｘｙ平面を求めればよいものである。
【００４１】
このｚｘｙ平面から得られた外枠４高さ、即ち、線分ＡＢ，ＡＣ，ＣＤ，ＢＤそれぞれにおける高さとＺＩ  〜ＺＩＶとの比較結果として、その差が一定値内に収っている場合には、基準面形状が推定され得たと判定されるも、その一定値内に収っていない場合には、得られた基準面形状にもとづき、一定値内に収るまで上記演算処理が繰返し行われているものである。
【００４２】
因みに、基準面形状ｚ（ｘ，ｙ）の推定方法を、以下の各種数式（＝は右辺から左辺への数値の代入を示す）を用い説明すれば、先ずステップ１として、全ての（ｘ，ｙ）について初期化が行われる（ｚ（ｘ，ｙ）＝０）。次ステップ２としては、既述のＺＩ  〜ＺＩＶを用い外枠４内の基準となる面形状が推定されるに際しては、先ずＺＩＩ（ｘ，ｙ），ＺＩＶ（ｘ，ｙ）を用い、ｘｚ平面（これに平行な平面を含む）内で内挿する。
【００４３】
【数１】
0003610730.tif 000002
【００４４】
同様にして、ＺＩ  （ｘ，ｙ），ＺＩＩＩ  （ｘ，ｙ）用い、ｙｚ平面（これに平行な平面を含む）内で内挿する。
【００４５】
【数２】
0003610730.tif 000003
【００４６】
数式１，２より求められたｚｘ（ｘ，ｙ），ｚｙ（ｘ，ｙ）を用い、基準となる面形状ｚｘｙを求める。
【００４７】
【数３】
0003610730.tif 000004
【００４８】
その後、ステップ３として、外枠４内のデータｚ（ｘ，ｙ）が計算される。
【００４９】
【数４】
0003610730.tif 000005
【００５０】
更に、ステップ４として、推定された基準面形状より得られた外枠データとＺＩ  〜ＺＩＶとから、推定された基準面データの誤差が算出される。
【００５１】
【数５】
0003610730.tif 000006
【００５２】
【数６】
0003610730.tif 000007
【００５３】
【数７】
0003610730.tif 000008
【００５４】
【数８】
0003610730.tif 000009
【００５５】
これら誤差が一定値内に収っている場合は次ステップ５に進み、そうでない場合にはステップ２に戻されるが、ステップ５では、外枠４が強制的に平面に押し仕付けられた場合での、スクリーンの推定平面からのずれ量が算出される。
【００５６】
【数９】
0003610730.tif 000010
【００５７】
但し、Ｅｉ（ｘ，ｙ）：凹凸量
Ｚｉ（ｘ，ｙ）：スクリーン表面上での実測データ
ｚ（ｘ，ｙ）：ステップ２で求められた推定値
ｄ：外枠とスクリーン表面との間の段差（設計値）
である。
【００５８】
このように、外枠から推定された面形状と実測外枠形状との誤差が最小となるべく、基準面形状が推定し得ることから、スクリーン内部が外枠４に倣って変形している場合であっても、高精度に局所的凹凸変形が抽出され得るものである。因みに、スクリーンのように、その表面上にパターン開口部が形成されている場合には、その位置情報は事前に設計データにより、または穴部／ノイズ除去処理により予め知れているので、その位置情報により局所的形状欠陥位置情報がマスクされることによって、真の局所的形状欠陥のみが検出可となっている。
【００５９】
以上は平面部材の表面の変形が周囲の高剛性部材の変形に倣う、比較的内部の剛性が高い場合についての実施例である。次に、平面部材の剛性が周囲の枠などの剛性より小さく、平面部材の表面の変形が周囲の高剛性部材に倣いにくい場合の、本発明の一実施形態を図８から図１０により説明する。図８の実施例は、走査位置対応の絶対高さ変位量としてマイクロコンピュター３０に入力されるまでの機能、動作は図１と同じであるため、図１の機能と動作が同じものについては同一符号を付してある。
【００６０】
マイクロコンピュター３０では、検出器１１から順次得られる、走査位置対応の絶対高さ変位量のうちから、その走査位置対応の絶対高さ変位量にもとづき、先ず穴部／ノイズ除去部３０１でパターン開口部３とその近傍から発生されるノイズが除去された上、面形状抽出部３０２では、表面１Ａ（パターン開口部を除く）上での走査位置対応の絶対高さ変位量にもとづき、その表面形状が抽出されているものである。一方、その表面形状の抽出に並行して、大局的面形状推定部３０３では、抽出した大局的な曲面近似によりスクリーン１上の表面１Ａに対する基準面形状が推定されたものとなっている。
【００６１】
したがって、抽出値―推定値部３０４によって、面形状抽出部３０２からの表面形状と大局的面形状推定部３０３からの基準面形状との絶対差を求めた上、比較部３０５で設定許容値と比較される場合は、表面１Ａ上での局所的形状欠陥がその位置座標（Ｘ，Ｙ）として検出され得るものである。その位置座標（Ｘ，Ｙ）にもとづきステージコントローラ２１、Ｘステージ１６、Ｙステージ１３を介しマーキングユニット１２を形状欠陥位置に移動せしめた上、その位置にマーキングが行われる場合は、形状欠陥位置各々が容易に可視表示され得るものである。
【００６２】
次に、穴部／ノイズ除去部３０２での穴部／ノイズ除去処理について図９を用いて説明する。図５に示した穴部／ノイズ除去部２０１の他の方法による実施例であり、本方式では広い区間のヒストグラムから大きい出力のノイズ成分を除き、次に小さい区間のヒストグラムから、微小なノイズ成分を除く処理である。
【００６３】
図９（Ａ）は図５（Ｂ）に相当するノイズ成分を含んだ波形である。まず最初に大区間Ｊ１、Ｊ２のヒストグラムを求める。このヒストグラムからある頻度Ｎａより多いヒストグラムを抽出し、高い位置に存在するピークＰａを求める。次にｑを可変定数、定数として，Ｐａ±ｑの範囲内に存在する出力のみを抽出する。高い位置に存在するピークＰａを求める理由は、ノイズ以外の最上部表面を忠実に抽出するためである。
【００６４】
図９（Ｂ）はこの大区間ヒストグラム処理で求められた波形である。この波形を小区間に分割してヒストグラム処理をする。図９では７分割した例を示す。区間Ｋ１のヒストグラムから、頻度Ｎｂより多いヒストグラムを抽出し、高い位置に存在するピークＰｂを求める。次にｒを可変定数、定数として，Ｐｂ±ｒの範囲内に存在する出力のみを抽出する。上記大区間、小区間ヒストグラム処理により（Ｃ）に示す出力波形が得られる。この方法では表面形状にうねりがあっても、スパイク状ノイズを除いて、表面のみの形状を忠実に抽出できる効果がある。
【００６５】
次に面形状抽出部３０２及び大局的面形状推定部３０３において用いられる曲線近似の方法について図１０（ａ）（ｂ）を用いて説明する。この曲線近似は図５（Ｄ）あるいは図９（Ｃ）に示す出力波形として得られるサンプリング点に対して施されるものである。サンプリング点をｄ１〜ｄｎで表す。ｎはサンプリング点数であり、図１０の実施例ではｎ＝２０の場合についての説明である。図１０（ａ）はｄ０〜ｄ２０は図５（Ｂ）、図９（Ｃ）に示したサンプリング点と同様走査方向に順番に並んでいるものとする。
【００６６】
この点列を次に述べる手順で直線近似する。まずｄ０とｄ２０を直線Ｌ０で結ぶ。この直線とｄ１とｄ２０の間にある点の距離を調べ、最も遠い点とその距離を得る。今、この点をｄｋ１、直線からの距離をＬｋ１と記述する。Ｌｋ１を予め与えられた値Ｌｔｈと比較し、Ｌｋ１の方が大きい場合点ｄｋで先の直線を二分し、新たにｄ１とｄｋ１を結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２と、ｄｋ１とｄ２０を結ぶ直線の二つの直線に分割する。
【００６７】
図１０（ｂ）は、更に、分割された場合を示すもので、直線Ｌ１からの最遠点ｄｋ２と直線Ｌ２からの最遠点ｄｋ３を求め、それぞれの直線Ｌ１，Ｌ２からの距離Ｌｋ２，Ｌｋ３を求めた場合を示している。距離Ｌｋ２，Ｌｋ３と予め与えられた値Ｌｔｈと比較し、Ｌｋ２＜Ｌｔｈ、Ｌｋ３＞Ｌｔｈの場合、Ｌ１は近似直線として採用し、Ｌ２については、ｄｋ１とｄｋ３を結ぶ直線Ｌ３，ｄ２０とｄｋ３を結ぶ直線Ｌ４に分割して、上記と同様の直線各々に処理を施し、この処理を再帰的に繰り返し、直線を決定する２点の間にあるどの点も直線からＬｔｈ以内にあるとき処理を打ち切る。
【００６８】
この結果、最初に与えられたサンプリング点はどのサンプリング点も、この近似直線からｌｔｈ以内にあるような折線で直線近似される。ｌｔｈを零にすれば、得られる直線近似は隣あうサンプリング点をすべて繋いで得られる折線である。よってｌｔｈを小さく設定すれば、局所的なサンプリング点列の凹凸も直線近似で顕在化でき、ｌｔｈを大きく設定すれば局所的名凹凸は無視され、サンプリング点列の大きなうねり即ち大局的な凹凸が顕在化できる。大局的な凹凸を抽出するためのｌｔｈは、検査対象を実際使用するときに矯正されえる変形量をもとに設定される値である。また、局所的な凹凸を抽出するためのｌｔｈは顕在化すべき欠陥の変形量をもとに設定される値である。
【００６９】
以下、大局的な凹凸を顕在化するために折線近似された直線をＳ（ｔ）、局所的な凹凸を顕在化するために折線近似された直線をＲ（ｔ）とする。ただしｔは走査方向の位置を表す。
【００７０】
面形状抽出部３０２は前述の局所的な凹凸を顕在化した直線近似を出力し、大局的面形状推定部３０３は前述の大局的な凹凸を顕在化した直線近似を出力する。抽出値−推定値部３０４により｜Ｓ（ｔ）−Ｒ（ｔ）｜あるいは（Ｓ（ｔ）−Ｒ（ｔ））として前記２直線の差を求めた上、比較部３０５で設定許容値と比較される。本説明では走査方向の直線近似について述べているが、走査方向と直角方向についても同様の処理により、曲線近似が出来ることは明らかである。このため、本方式によれば２次元平面の局部的な凹凸を抽出することが出来る。
【００７１】
上記を図１１で説明すれば、面形状抽出部３０２の出力を３０２ａ、大局的面形状推定部３０３ａ、比較部３０５での設定許容値３０５ａ、３０５ｂとすると、許容値を超える凹凸部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄが欠陥として出力される。
【００７２】
更に対象の面形状を忠実に扱うために、曲線近似を導入してもよい。この場合、大局的曲線はＳ（ｔ）の端点を含む頂点を補間する曲線としてＷ．Ｈ．Ｐｒｅｓｓ著”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｃ”（技術評論社）第３．３章「３次スプライン補間」に記載されているようにスプライン曲線などを適用する方法、同じくＷ．Ｈ．Ｐｒｅｓｓ著”Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｃ”（技術評論社）第３．１章「多項式による補間と補外」に記載されているように端点を含む頂点の数から１少ない次数の曲線を端点を含む頂点にあてはめる方法、Ｐ．Ｓａｉｎｔ−Ｍａｒｃ，ｅｔ  ａｌ，”Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ  Ｃｏｎｔｏｕｒ  Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｙｍｍｅｔｒｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ，ＰＡＭＩ，ｖｏｌ  １５，Ｎｏ．１１，ｐｐ  １１９１−１１９７，Ｎｏｖ１９９３に記載されている方法により、端点を含む頂点の数を制御点数としてスプライン曲線を穴部／ノイズ除去部３０１から出力されるサンプリング点に当てはめる方法などがある。局所的曲線についても同様である。得られた大局的曲線をＣ（ｔ）、局所的曲線をｃ（ｔ）とすれば、抽出値−推定値部３０４で計算される差分は｜Ｓ（ｔ）−ｓ（ｔ）｜あるいは（Ｓ（ｔ）−ｓ（ｔ））で求めることができる。
【００７３】
なお、以上の説明では、主にスクリーン用マスクに例を採って説明されているが、鋼板などの高剛性シート材の変形評価にも適用可とされており、特にパンチングメタルなどの穴明き部材の表面検査に有効となっている。更に、適用分野としては、例えば燃料電池などに用いられる、セパレータ等の鋼板表面の形状測定や変形評価にそのまま適用され得るものとなっている。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として高精度に検出することができる。
【００７５】
また、本発明によれば、周囲が高剛性部材を以て構成され、かつ内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部を走査すること不要として高精度に検出することができる。
【００７６】
更に、本発明によれば、周囲が高剛性部材を以て構成され、かつ内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく高精度に検出することができる。
【００７７】
更に、本発明によれば、内部表面に開口部が形成されているか否かに拘らず、少なくとも周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく、かつ該当位置にマーキングが付された状態として高精度に検出することができる。
【００７８】
更に、本発明によれば、周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として高精度に検出し得る表面形状欠陥検出することができる。
【００７９】
更に、本発明によれば、周囲が高剛性部材を以て構成され、かつ内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部を走査すること不要として高精度に検出することができる。
【００８０】
更に、本発明によれば、周囲が高剛性部材を以て構成され、かつ内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく高精度に検出することができる。
【００８１】
更に、本発明によれば、内部表面に開口部が形成されているか否かに拘らず、少なくとも周囲が高剛性部材を以て構成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、大きなうねり変形から区別された状態として、しかも開口部に影響されることなく、かつ該当位置にマーキングが付された状態として高精度に検出することができる。
【００８２】
更に、本発明によれば、内部表面に開口部が形成されてなる平面部材一般における内部表面の局所的形状欠陥を、開口部の大きさに影響されることなく高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表面形状欠陥検出装置の構成の一例を示す射視図である。
【図２】スクリーン上の表面を走査する走査方法（その１）を示すスクリーンの射視図である。
【図３】スクリーン上の表面を走査する走査方法（その２）を示すスクリーンの射視図である。
【図４】走査用ビーム光のビーム径の相違による、表面形状を検出する上での分解能の相違を説明するための図
【図５】（Ａ）はスクリーンの断面図、（Ｂ）〜（Ｄ）は（Ａ）の断面図上の位置とセンサ出力との関係を示す図である。
【図６】スクリーン表面の射視図とこのスクリーン表面をＸ方向およびＹ方向から見たときの各断面形状を示す図である。
【図７】一般的なスクリーン印刷機のスクリーンとスキージの関係を示す射視図である。
【図８】本発明による表面形状欠陥検出装置の第２の実施例での構成を示す射視図である。
【図９】本発明による第２の実施例における穴部／ノイズ除去部での検出位置と出力との関係を示す図である。
【図１０】本発明による第２の実施例における内部面形状推定部での検出位置と出力との関係を示す図である。
【図１１】本発明による第２の実施例における凹凸抽出の処理での検出位置と出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…スクリーン、３…パターン開口部、４…外枠、１０…ワークホルダ、１１…検出器、１２…マーキングユニット、１３…Ｙステージ、１６…Ｘステージ、１９…センサコントローラ、２０…マイクロコンピュータ、２１…ステージコントローラ
【図１】
0003610730.tif 000011
【図２】
0003610730.tif 000012
【図３】
0003610730.tif 000013
【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】
0003610730.tif 000019
【図１０】
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【図１１】
0003610730.tif 000021