(57)【要約】【課題】被測定面の高さ分布を表す三次元プロファイルを比較的簡単な処理で比較的高速に取得できる三次元プロファイル取得装置、パターン検査装置、三次元プロファイル取得方法を提供する。【解決手段】三次元プロファイル取得装置２１は、カメラ４１を有する干渉計４２と、光路の異なる２つの光に分岐させるハーフミラー４８と参照ミラー４９とを有する走査部５５と、カメラ４１が撮像した画像を基に画像解析により干渉フリンジのピークが現れた走査位置（Ｚ位置）を画素毎に検出し、三次元プロファイルＰＤを生成する。発光制御部６５は発光駆動部６１を介して光源４３を、干渉フリンジと同周期かつ同位相で点滅させる。また、カメラ４１が配線基板１２の被測定面１２ａを撮像する際の露光時間は、干渉フリンジの周期の自然数倍に設定されている。【選択図】図３
2014228486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル幅の広い光を発する光源と、
被測定面に対して交差する方向に走査可能に構成され、前記光源からの光を前記被測定面で反射する測定光と参照ミラーで反射する参照光とに分離し、当該分離した二つの光の反射光を合流させて光路差に基づく干渉フリンジを発生可能な走査部と前記二つの反射光の像を前記干渉フリンジの周期以上の露光時間で撮像する撮像部とを有する干渉計と、
前記走査部を走査させるとともに前記光源を前記干渉フリンジと同じ周期で点滅させる制御部と、
前記撮像部が撮像した複数の画像を基に前記走査部の走査方向における干渉フリンジのピーク位置を画素毎に検出し、当該画素毎の前記ピーク位置を基に三次元プロファイルを生成する画像解析部と、
を備えた三次元プロファイル取得装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記走査部を往復走査させるとともに往動時と復動時とで前記光源の点滅の位相をずらすことを特徴とする請求項１に記載の三次元プロファイル取得装置。
【請求項３】
前記撮像部へ向かう前記二つの反射光の一部を受光する光センサを更に備え、
前記制御部は、前記干渉フリンジを受光した前記光センサの受光信号を基に前記光源を前記干渉フリンジと同じ位相で点滅させることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元プロファイル取得装置。
【請求項４】
前記撮像部の露光時間は、前記干渉フリンジの発生期間の１／４〜１／３の範囲内の値に設定されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の三次元プロファイル取得装置。
【請求項５】
配線基板の配線パターンを撮像した画像に基づき配線の欠陥の有無を検査するパターン検査部を備えたパターン検査装置であって、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の前記三次元プロファイル取得装置と、
前記三次元プロファイル取得装置が生成した三次元プロファイルを基に前記パターン検査部により検出された前記欠陥の真偽を検証する検証部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項６】
干渉計を構成する走査部を被測定面に対して交差する方向に走査させて、光源から発せられたスペクトル幅の広い光を前記被測定面で反射する測定光と参照ミラーで反射する参照光とに分離し、当該分離した二つの光の反射光を合流させて光路差に基づく干渉フリンジを発生させる干渉形成ステップと、
前記光源を前記干渉フリンジと同じ周期で点滅させる発光制御ステップと、
前記干渉計の撮像部により前記二つの反射光の像を前記干渉フリンジの周期以上の露光時間で撮像する撮像ステップと、
前記撮像部が撮像した複数の画像を基に前記走査部の走査方向における干渉フリンジのピーク位置を画素毎に検出し、当該画素毎の前記ピーク位置を基に三次元プロファイルを生成するプロファイル生成ステップと、
を備えた三次元プロファイル取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定面の高さ分布を光学的に測定して三次元プロファイルを取得する三次元プロファイル取得装置、これを備えたパターン検査装置及び三次元プロファイル取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の三次元プロファイル取得装置として、干渉計を用いた異物検査装置（例えば特許文献１）、干渉計を用いた深さ測定装置（例えば特許文献２）及び干渉計を用いた表面形状測定装置（例えば特許文献３）が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の異物検査装置は、レーザ光源を光源とする干渉計を用いてレーザ干渉法により検査する構成なので、光路の異なるレーザ光が合流すれば光路差によらず常に干渉フリンジが発生するため、検査対象面の高さ分布の計測は困難である。
【０００４】
これに対して特許文献２及び３に記載の測定装置は、白色光を発光する光源を備えた干渉計を用いて白色干渉法により測定をする。すなわち、特許文献２に記載の深さ測定装置では、白色光の光ビームをビームスプリッタで試料に対物レンズを通して投射する測定ビームと参照ミラーに反射させる参照ビームとに分け、測定ビームと参照ビームとの相対的な光路長差をフリンジスキャン手段により変化させる。そして、信号処理回路が、試料からの反射光と参照ミラーからの反射光とを合成して発生した干渉ビームを受光した光検出手段（例えばラインセンサ）からのフリンジスキャン信号に基づく変位情報と、対物レンズと試料との相対位置情報とに基づいて凹部の深さ情報を出力する。
【０００５】
また、特許文献３に記載の表面形状測定装置では、白色光源からの白色光がバンドパスフィルタを通って特定周波数帯域に制限された白色光は駆動部によって相対的距離が変動される参照面と測定対象面とに照射されて、その光路差の変化によって干渉縞が生じる。ＣＣＤカメラは、干渉縞とともに測定対象面を撮像する。ＣＰＵは、測定対象面の特定箇所で変化する干渉光の強度値を、予め定められたサンプリング間隔でサンプリングする。さらに、その特定周波数帯域の帯域幅に基づいて、干渉光のピーク位置と一致するピーク位置を有する特定関数を推定する。その特性関数のピーク位置の高さを求めることで、測定対象面の凹凸形状を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９３１００号公報
【特許文献２】特開２００９−３６５６３号公報
【特許文献３】特開２００１−６６１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献２に記載の白色干渉法を用いた測定装置では、光検出手段により干渉フリンジの波長の３／１以下の短いサンプリング周波数（走査距離で１００ｎｍ以下）（特許文献２の例では５ｎｍ）で干渉フリンジの１周期の間に複数回（３回以上）撮像する必要がある。この場合、被測定面と垂直な方向に走査する走査距離（走査レンジ）を例えば５０μｍとすると、１回の走査で数１００枚〜１０００枚程度の画像を撮像する必要があり、測定時間が非常に長くかかるという課題があった。
【０００８】
また、特許文献３に記載の白色干渉法を用いた表面形状測定装置では、干渉フリンジの周期よりも長い時間間隔でサンプリングすればよいので、１回の走査でカメラで撮像する画像の枚数を比較的少なくできる。しかし、特定関数を推定する演算に時間を要し、サンプリング回数を少なくできる割に表面形状測定処理をさほど高速化できない。
【０００９】
本発明の目的は、被測定面の高さ分布を表す三次元プロファイルを比較的簡単な処理で比較的高速に取得できる三次元プロファイル取得装置、パターン検査装置及び三次元プロファイル取得方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための三次元プロファイル取得装置は、スペクトル幅の広い光を発する光源と、被測定面に対して交差する方向に走査可能に構成され、前記光源からの光を前記被測定面で反射する測定光と参照ミラーで反射する参照光とに分離し、当該分離した二つの光の反射光を合流させて光路差に基づく干渉フリンジを発生可能な走査部と前記二つの反射光の像を前記干渉フリンジの周期以上の露光時間で撮像する撮像部とを有する干渉計と、前記走査部を走査させるとともに前記光源を前記干渉フリンジと同じ周期で点滅させる制御部と、前記撮像部が撮像した複数の画像を基に前記走査部の走査方向における干渉フリンジのピーク位置を画素毎に検出し、当該画素毎の前記ピーク位置を基に三次元プロファイルを生成する画像解析部と、を備えている。なお、スペクトル幅の広い光とは、白色干渉計を構成できる程度にスペクトル幅の広い光を発することが可能な光源であればよく、その発する光は必ずしも白色光に限定されない。
【００１１】
この構成によれば、走査部の走査中にスペクトル幅の広い光が分離してそれぞれ被測定面と参照ミラーとに反射した二つの光（測定光と参照光）の光路差が極めて小さくなると、合流した二つの反射光が干渉して干渉フリンジが発生する。このとき光源は干渉フリンジの周期と同期して点滅するので、干渉フリンジの光は光源が点灯している半周期おきに撮像部の画素に当たる。この結果、撮像部は露光時間の間に干渉フリンジを半周期おきに受光し、例えば干渉フリンジの明部のみ又は暗部のみが撮像される。このため、撮像部が干渉フリンジの周期以上の比較的長い露光時間で撮像した比較的少ない数の画像を用いて画素毎の干渉フリンジのピーク位置を検出できる。よって、被測定面の高さ分布を表す三次元プロファイルを比較的簡単にかつ高速に取得できる。
【００１２】
上記三次元プロファイル取得装置では、前記制御部は、前記走査部を往復走査させるとともに往動時と復動時とで前記光源の点滅の位相をずらすことが好ましい。
この構成によれば、干渉計の走査部の往動時と復動時とで、光源を点滅させる位相がずらされるので、往動時と復動時との少なくとも一方で干渉フリンジのピーク位置を確実に検出できる。なお、位相をずらす角度は、特に限定されないが、一例として８０〜１００度の範囲内の所定角度が望ましい。
【００１３】
上記三次元プロファイル取得装置では、前記撮像部へ向かう前記二つの反射光の一部を受光する光センサを更に備え、前記制御部は、前記干渉フリンジを受光した前記光センサの受光信号を基に前記光源を前記干渉フリンジと同じ位相で点滅させることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、干渉フリンジを受光した光センサの受光信号を基に制御されることで、光源は干渉フリンジと同じ位相で点滅する。このため、光源の点滅と干渉フリンジとの位相のずれに起因する三次元プロファイルの精度の低下が小さく抑えられる。
【００１５】
上記三次元プロファイル取得装置では、前記撮像部の露光時間は、前記干渉フリンジの発生期間の１／４〜１／３の範囲内の値に設定されていることが好ましい。
この構成によれば、サンプリング法に比べ撮像する時間間隔を相対的に長くでき、必要な画像の数が数分の１〜数１０分の１で済ませられる。しかも、画像解析部がピーク位置を検出する際の画像解析処理が比較的簡単なので、三次元プロファイルの取得処理を高速化できる。
【００１６】
上記課題を解決するためのパターン検査装置は、配線基板の配線パターンを撮像した画像に基づき配線の欠陥の有無を検査するパターン検査部を備えたパターン検査装置であって、前記三次元プロファイル取得装置と、前記三次元プロファイル取得装置が生成した三次元プロファイルを基に前記パターン検査部により検出された前記欠陥の真偽を検証する検証部と、を備えている。
【００１７】
この構成によれば、パターン検査で発見された欠陥の真偽を、三次元プロファイルを基に欠陥の高さ分布の情報から検証することができる。
上記課題を解決するための三次元プロファイル取得方法は、干渉計を構成する走査部を被測定面に対して交差する方向に走査させて、光源から発せられたスペクトル幅の広い光を前記被測定面で反射する測定光と参照ミラーで反射する参照光とに分離し、当該分離した二つの光の反射光を合流させて光路差に基づく干渉フリンジを発生させる干渉形成ステップと、前記光源を前記干渉フリンジと同じ周期で点滅させる発光制御ステップと、前記干渉計の撮像部により前記二つの反射光の像を前記干渉フリンジの周期以上の露光時間で撮像する撮像ステップと、前記撮像部が撮像した複数の画像を基に前記走査部の走査方向における干渉フリンジのピーク位置を画素毎に検出し、当該画素毎の前記ピーク位置を基に三次元プロファイルを生成するプロファイル生成ステップと、を備えている。この方法によれば、上記三次元プロファイル取得装置と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被測定面の高さ分布を表す三次元プロファイルを比較的簡単な処理で比較的高速に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態におけるパターン検査装置を示す模式斜視図。
【図２】配線基板の模式部分断面図。
【図３】三次元プロファイル取得装置を示す模式図。
【図４】三次元光学ユニットにおける白色干渉法の原理を説明する模式図。
【図５】光路差による干渉フリンジを示すグラフ。
【図６】段差を有する配線基板を示す模式斜視図。
【図７】高さの異なる面をそれぞれ撮像する二つの画素間で干渉フリンジのピーク位置を比較したグラフ。
【図８】干渉波形、ＬＥＤ駆動波形、カメラ入力光波形及びカメラ出力の関係を示すグラフ。
【図９】測定時における走査位置、干渉波形、ＬＥＤ駆動波形及びカメラ撮像輝度の関係を示すグラフ。
【図１０】（ａ）は往動走査時と復動走査時のうち一方における走査位置に対する干渉波形、ＬＥＤ駆動波形、カメラ入力光波形、カメラ出力の関係を示すグラフ、（ｂ）は他方における同様のグラフ。
【図１１】三次元プロファイル取得処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図１１を用いて一実施形態における三次元プロファイル取得装置（被測定面の面形状計測装置）を備えたパターン検査装置について説明する。
図１に示すように、パターン検査装置１１は、配線基板１２に形成された配線パターンの欠陥の有無を検査する装置である。パターン検査装置１１は、四角箱状の支持台１３と、支持台１３の上面に設けられた可動式のステージ１４と、ステージ１４を跨ぐ状態に架設された門型の支持フレーム１５と、支持フレーム１５の横架バー１５ａに固定されたレール１６に対し配線基板１２を撮像可能な懸架状態で取り付けられた撮像ユニット１７とを備えている。
【００２１】
撮像ユニット１７は、高分解能レンズ１８とカメラ１９とを備えている。カメラ１９は一例としてエリアカメラを用いている。パターン検査装置１１は、カメラ１９が撮像した配線基板１２の画像を基に配線の欠陥の有無を検査するパターン検査を行うが、パターン検査では欠陥の検出精度に限界があり、パターン検査で欠陥の候補として検出されたものは高さ分布の情報を基に欠陥の真偽を検証する必要がある。
【００２２】
本実施形態のパターン検査装置１１には、この検証のために三次元光学ユニット２０が搭載されている。三次元光学ユニット２０は、配線基板１２の被測定面１２ａの高さ分布を計測するために用いる画像を撮像する。
【００２３】
三次元光学ユニット２０は、被測定面１２ａをＸＹ平面とした場合、この被測定面１２ａの高さ分布を示す三次元プロファイル（（ｘ，ｙ，ｚ）座標の群）を取得する三次元プロファイル取得装置２１の一部を構成する。三次元光学ユニット２０は、配線基板１２の検査対象エリア内の被測定面１２ａ（２次元平面）上における高さ分布を示す三次元プロファイルを取得するための画像を撮像する。
【００２４】
パターン検査装置１１は例えば支持台１３内に、各種の構成部分を駆動制御するコントローラ２３を有している。コントローラ２３は、例えばステージ１４の移動制御、カメラ１９による撮像制御などのパターン検査に係る制御を司るとともに、三次元光学ユニット２０を駆動させる制御を司る。
【００２５】
また、パターン検査装置１１は、例えばパーソナルコンピュータなどのコンピュータ２５を備えている。コンピュータ２５は、本体２６と、キーボード及びマウスなどからなる入力装置２７と、モニタ２８とを備えている。本体２６内のハードディスク（不図示）には、配線基板１２の配線パターンの検査及び欠陥候補の検証などを行う各種のプログラムが記憶されている。また、本体２６には、カメラ１９から入力した撮像画像を基に配線基板１２の被測定面１２ａの高さ分布を計測する画像処理回路が設けられている。本体２６には、プログラムを実行するＣＰＵ及び画像処理回路等により構成される機能部分として、図１に示す検査部３１、画像解析部３２及び検証部３３（ベリファイ部）などが備えられている。
【００２６】
図１に示す検査部３１は、カメラ１９が撮像した画像を基に配線基板１２の配線パターンの欠陥の有無を検査するパターン検査を行う。検査部３１はパターン検査のための画像処理としてパターンマッチング処理又は遅延自己比較処理などの公知の処理を行って欠陥を検出する。画像解析部３２は、三次元光学ユニット２０が撮像した複数の画像を解析して被測定面１２ａの高さ分布を計測することで、その高さ分布が三次元座標で示された三次元プロファイルを生成する。また、検証部３３は、検査部３１の検査で真偽の疑わしい欠陥の候補について、画像解析部３２が取得した三次元プロファイルを基にその真偽を検証（ベリファイ）する。
【００２７】
図２に示すように、配線基板１２は、基板３５と、基板３５の被測定面１２ａに形成された複数の配線３６とを有している。配線３６の高密度化の要請により、配線３６の幅に対する高さの比率であるアスペクト比が相対的に高くなっている。被測定面１２ａを撮像した２次元の画像を解析して欠陥を検出するパターン検査では、図２に示すように、配線３６の上端面にできた酸化膜３６ａ、配線３６の上端部にある凹部３６ｂ、配線３６の高さ方向の半分以上が欠落した欠落部３６ｃの識別が困難である。例えば酸化膜３６ａは配線３６の電気抵抗が規定以上確保されるので、欠陥ではない。また、凹部３６ｂは非常に浅ければ欠陥ではないが、一定以上の深さがあると配線３６の電気抵抗を増大させるため欠陥となる。一方、欠落部３６ｃは配線３６の電気抵抗を著しく増大させるため欠陥となる。このため、本実施形態では、パターン検査では識別困難な酸化膜３６ａ、凹部３６ｂ及び欠落部３６ｃを、白色干渉法で被測定面１２ａの高さ分布を測定して得た三次元プロファイルに基づいて欠陥候補が欠陥であるかどうかその真偽を検証する。
【００２８】
次に図３を用いて三次元プロファイル取得装置２１の詳細を説明する。
図３に示すように、三次元プロファイル取得装置２１は、三次元光学ユニット２０と制御装置４０とを備えている。制御装置４０は、三次元光学ユニット２０を制御するコントローラ２３の一部及び三次元プロファイルの取得に必要な処理を行うコンピュータ２５の一部により構成されている。
【００２９】
図３に示すように、三次元光学ユニット２０は、撮像部の一例としてカメラ４１を有する干渉計４２を備えている。干渉計４２は、一例としてマイケルソン型干渉計（Michelson Interferometer）である。干渉計４２は、スペクトル幅の広い光（例えば白色光）を発する光源４３（一例として白色光源）、集光レンズ４４、光学フィルタ４５、ハーフミラー４６、対物レンズ４７、ハーフミラー４８、参照ミラー４９、ピエゾ式のアクチュエータ５０、結像レンズ５１及び前述のカメラ４１を備えている。カメラ４１の下部にその光軸と同軸に配置された鏡筒５２内には、対物レンズ４７側から順番に、ハーフミラー４６、結像レンズ５１、ハーフミラー５３が、光軸方向にそれぞれ所定の間隔を開けて配置されている。
【００３０】
図３に示す光源４３は、例えば超高輝度ＬＥＤからなる。光源４３から出射された白色光は集光レンズ４４で集光され、さらに光学フィルタ４５を通って特定波長領域の光（スペクトル幅の広い光）にフィルタリングされた後、ハーフミラー４６の下面で反射し、対物レンズ４７及びハーフミラー４８を通って配線基板１２の被測定面１２ａに照射される。なお、光学フィルタ４５は、後述する干渉フリンジの発生期間（干渉可能距離）を適度な値に調整する機能を有する。また、特に光源４３から発せられる光のスペクトル幅が非常に広い場合は干渉フリンジのピーク付近と周辺とで周波数が異なるため、光源４３からの光の色をある程度制限して干渉フリンジの周波数をその発生期間（干渉可能距離）の全域で一定周波数に近くする目的で、光学フィルタ４５を光源４３と干渉計４２との間に配置している。特にこの種の調整が不要な場合は光学フィルタ４５を無くしてもよい。
【００３１】
対物レンズ４７と配線基板１２との間に配置されたハーフミラー４８は、対物レンズ４７と共にＺ方向に移動可能に支持されている。ハーフミラー４８の上面で反射した一部の光の反射方向（図３では左方向）延長線上の位置には、参照ミラー４９が対物レンズ４７に固定された支持部材５４に支持された状態で、ハーフミラー４８と共にＺ方向に移動可能な状態で配置されている。対物レンズ４７、ハーフミラー４８及び参照ミラー４９は、Ｚ方向に一体的に移動可能な走査部５５を構成している。走査部５５は、ピエゾ式のアクチュエータ５０の駆動により、配線基板１２の被測定面１２ａと垂直な高さ方向（Ｚ方向）に微量な所定のストローク（例えば２０〜１００μｍの範囲内の所定値）を移動可能となっている。
【００３２】
対物レンズ４７を通って下方へ向かう光の一部はハーフミラー４８を透過して配線基板１２の被測定面１２ａで反射し、その反射光は再びハーフミラー４８を透過して対物レンズ４７へ下側から入射する。また、対物レンズ４７を通って下方へ向かいハーフミラー４８の上面で反射した他の一部の光は、参照ミラー４９で反射し、再びハーフミラー４８の上面で反射して対物レンズ４７へ下側から入射する。ハーフミラー４８の上面で合流したこれら光路の異なる２つの反射光は、走査部５５の走査位置に応じて変化する両者の光路差が規定値以下と小さくなると、干渉して干渉フリンジ（干渉縞）を形成する。
【００３３】
また、図３に示す三次元光学ユニット２０には、ハーフミラー４８の上面で合流した反射光の一部を受光可能な光センサ５６（フォトセンサ）が設けられている。合流した反射光は結像レンズ５１とカメラ４１との間に配置されたハーフミラー５３の下面で一部反射して光センサ５６に入射する。光センサ５６は、その受光量に比例する値をもつ受光信号を出力する。このため、干渉フリンジの発生時は光センサ５６の受光信号には干渉フリンジの明暗に応じた波形が含まれる。
【００３４】
図３に示す制御装置４０は、前述の画像解析部３２と、三次元光学ユニット２０に対する各種の制御を司る制御部６０と、発光駆動部６１とピエゾ駆動部６２とを備えている。制御部６０は、カメラ４１を制御する撮像制御部６３、光センサ５６からの受光信号を基に干渉フリンジの周期及び位相をモニタリングする干渉モニタ部６４、及び光源４３を制御する発光制御部６５を備えている。
【００３５】
本実施形態の光源４３の点滅周期は、干渉フリンジと同じ周期である。このため、光源４３は干渉フリンジの半周期の時間の間は発光し続ける。干渉モニタ部６４は、走査部５５の走査中、光源４３の発光期間の間、光センサ５６の受光信号の波形をサンプリングし、干渉フリンジの周期と位相のうち少なくとも位相を取得する。この干渉フリンジＩＦの少なくとも位相は、干渉モニタ部６４から発光制御部６５に送られる。
【００３６】
図３に示す発光制御部６５は、干渉フリンジの周期及び位相のデータ、あるいは光センサ５６からの受光信号を基に干渉フリンジの周期及び位相に合わせた周期及び位相を有するＬＥＤ駆動パルス信号（発光駆動信号）を生成して発光駆動部６１に出力する。発光制御部６５は、例えば位相同期回路（ＰＬＬ（phase locked loop）回路）を内蔵する。位相同期回路は、干渉フリンジの周期及び位相のデータを基に生成した干渉フリンジと同位相のパルス信号、あるいは干渉フリンジ発生時の点灯期間における光センサ５６の受光信号を基にフィードバック制御を加えて不図示の発振器から位相の同期したパルス波形を有するＬＥＤ駆動パルス信号を出力する。この場合、発光制御部６５は、光源４３の点灯期間の半周期の受光信号を基にＬＥＤ駆動パルス信号を半周期分生成し、生成した半周期分のＬＥＤ駆動パルス信号と同じ位相で残り半周期分のＬＥＤ駆動パルス信号を生成する。
【００３７】
発光駆動部６１は、発光制御部６５からのＬＥＤ駆動パルス信号を基に干渉フリンジの周期及び位相に合わせた周期及び位相を有するＬＥＤ駆動電圧パルスを生成して光源４３に出力する。この結果、光源４３は干渉フリンジＩＦと同じ周期及び位相で点滅する。
【００３８】
また、制御部６０は、走査部５５を走査させるためにアクチュエータ５０に印加するべき電圧値を規定するピエゾ駆動信号を生成する。ピエゾ駆動部６２は、制御部６０からのピエゾ駆動信号に基づく電圧をピエゾ式のアクチュエータ５０に出力（印加）する。アクチュエータ５０は複数のピエゾ素子（例えばＰＺＴ素子）を伸縮可能方向に積層して構成され、入力した電圧に基づくピエゾ素子の電歪作用により伸長・収縮する。アクチュエータ５０が伸長・収縮することで、走査部５５はＺ方向に移動する。本実施形態では、走査部５５をＺ方向に移動させる所定ストロークを。一例として約５０μｍとしている。これは、配線基板１２において計測すべき凹部の深さ及び段差の高さ（例えば配線３６の高さ）など想定されるＺ方向の最大計測長よりも十分長い距離をストロークとして走査部５５を移動させるためである。また、本実施形態では一つの高さ分布の測定に走査部５５を２回（一往復）以上移動させる。本例では走査部５５を２回（１往復）移動させる。
【００３９】
また、図３に示す撮像制御部６３は、カメラ４１の撮像制御を行う。この撮像制御において撮像制御部６３は、一枚の画像を撮像するときの露光時間Ｔｅ、すなわち一枚の画像を撮像する際の撮像時間間隔を制御する。カメラ４１が撮像した画像データは制御装置４０の画像解析部３２に逐次送られる。画像解析部３２は、カメラ４１が撮像した複数の画像を解析して画素毎に干渉フリンジのピーク位置を検出する。画素毎のピーク位置から被測定面１２ａにおける画素と対応する位置（ｘ、ｙ）のｚ座標を演算する。
【００４０】
次に干渉計４２を用いて被測定面１２ａの高さ分布を求める原理を簡単に説明する。
図４に示すように、光源４３から発せられた光は、集光レンズ４４及び光学フィルタ４５を通ってハーフミラー４６の下面で反射して下方へ向かい、ハーフミラー４８で二つの光に分離し、ハーフミラー４８を透過した一部の光（測定光）は配線基板１２の被測定面１２ａで反射し、再びハーフミラー４８に戻る。一方、ハーフミラー４８の上面で反射した他の一部の光（参照光）は、参照ミラー４９で反射しハーフミラー４８に戻る。これら光路の異なる測定光と参照光は、ハーフミラー４８の上面で合流する。走査部５５におけるハーフミラー４８と参照ミラー４９との間は一定の距離Ｚｍ（以下、「参照距離Ｚｍ」ともいう。）であり、ハーフミラー４８と被測定面１２ａとの距離Ｚｓ（以下、「測定距離Ｚｓ」ともいう。）は走査部５５のＺ方向の走査とともに変化する。走査部５５の走査中における二つの反射光の光路差は２（Ｚｓ−Ｚｍ）となる。
【００４１】
本実施形態において光源４３の白色光が光学フィルタ４５を通った光は、一部の光成分が除去されるもののスペクトル幅の広い光であるため、測定光と参照光は光路差２（Ｚｓ−Ｚｍ）が規定値以下となる極く小さな範囲（Ｚｓ≒Ｚｍ）でしか干渉しない。その性質を利用し、制御部６０は走査部５５をＺ方向に走査させて光路差２（Ｚｓ−Ｚｍ）を変化させ、画像解析部３２は複数の画像を基にＺｓ≒Ｚｍになって発生した干渉フリンジの発生期間内で、ピークが現れたとき（つまりＺｓ＝Ｚｍのとき）の走査位置（Ｚ位置）をピーク位置として画素毎に求める。このとき、光源４３からの光の色を光学フィルタ４５を通すことである程度制限し、干渉フリンジの周波数が、干渉フリンジの発生期間（干渉可能距離）の全域でほぼ一定になるように調整される。三次元光学ユニット２０のＸ方向及びＹ方向の位置（Ｘ，Ｙ）及びカメラ４１の倍率などの既知情報から、配線基板１２の被測定面１２ａにおけるカメラ４１の撮像範囲は既知であり、その撮像範囲内の画素と撮像範囲内の被測定面１２ａ上の位置とは対応付けできる。画像解析部３２は、画素毎のＺ位置を基に被測定面１２ａにおけるカメラ４１の画素と対応する各位置（ｘ，ｙ）の高さ（ｚ座標）の分布（ｘ，ｙ，ｚ）である三次元プロファイルを求める。
【００４２】
図５は、光路差と各画素の明るさとの関係を示す。このグラフに示すように、光路差（＝２（Ｚｓ−Ｚｍ））が所定の規定値（干渉可能距離Ｌｆ）以下となる範囲で干渉フリンジＩＦが発生し、画素毎の輝度波形は光路差の変化に応じて振幅し、光路差が零（つまりＺｓ＝Ｚｍ）のときに干渉フリンジＩＦのピークが最大になる。
【００４３】
本実施形態では、参照距離Ｚｍを例えば対物レンズ４７の焦点距離に合わせており、配線基板１２の被測定面１２ａ（一例として欠陥のない配線３６の上面）に焦点が合った時に、測定距離Ｚｓと参照距離Ｚｍとがほぼ一致して干渉フリンジＩＦが現れる設定にしている。この設定により走査部５５は対物レンズ４７が例えば被測定面１２ａに焦点が合った位置を中心とする所定ストローク（一例として５０μｍ）を移動する。
【００４４】
図６に示すように、段差１２ｂを有する配線基板１２を例とし、段差１２ｂを隔てて低い面ＰＡと、高い面ＰＢのそれぞれのＺ方向の位置（高さ）を計測する場合を説明する。
例えば走査部５５をＺ方向に移動させる走査過程で、ハーフミラー４８と低い面ＰＡとの間の測定距離Ｚｓと参照距離Ｚｍとの差分の２倍で示される光路差２（Ｚｓ−Ｚｍ）が規定範囲以内になると、図７に示すように、カメラ４１の低い面ＰＡを撮像する画素（図７では「画素Ａ」と称す。）に当たる光に干渉フリンジＩＦが現れる。このため、干渉フリンジＩＦの発生エリアでは画素Ａに当たる光の明るさが走査位置に応じて変化する。このとき、カメラ４１の高い面ＰＢを撮像する画素（図７では「画素Ｂ」と称す。）に当たる光に干渉フリンジＩＦは現れない。
【００４５】
また、走査部５５の走査過程で、ハーフミラー４８と高い面ＰＢとの間の測定距離Ｚｓと参照距離Ｚｍとの差分の２倍で示される光路差２（Ｚｓ−Ｚｍ）が規定範囲以内になると、カメラ４１の高い面ＰＢを撮像する画素Ｂに当たる光に干渉フリンジＩＦが現れる。このため、干渉フリンジＩＦの発生エリアで画素Ｂに当たる光の明るさが走査位置に応じて変化する。このとき、カメラ４１の低い面ＰＡを撮像する画素Ａに当たる光に干渉フリンジＩＦは現れない。
【００４６】
画素Ａに当たる光に干渉フリンジＩＦが現れたときの走査部５５の走査位置Ｚａと、画素Ｂに当たる光に干渉フリンジＩＦが現れたときの走査部５５の走査位置Ｚｂとの間の距離２ΔＺは、段差１２ｂの高さΔＺの２倍となる。画素Ａ，Ｂに当たる光の干渉フリンジのＺ方向におけるピーク位置Ｚａ，Ｚｂをそれぞれ求めれば、各ピーク位置Ｚａ，Ｚｂ間の距離２ΔＺの１／２が、面ＰＡに対する面ＰＢの高さΔＺとして求めることができる。
【００４７】
ところで、特許文献２に記載のように干渉フリンジの波形を一周期当たりに複数点のサンプリングをする方法では、干渉フリンジのピークを求めるために、干渉フリンジＩＦのピッチの少なくとも１／３もしくは１／４に相当する１００ｎｍ（ナノメーター）以下のサンプリングで多数の画像を取得する必要がある。この場合、仮に走査部５５の移動ストローク５０μｍの範囲で画像データを取得する場合、５００枚以上の画像が必要になる。この場合、ｎｍオーダーの精度が得られるものの、撮像に非常に時間がかかり、必要なメモリサイズも膨大になるうえ、画素毎のピーク位置を算出する処理時間が非常に長くなり、実用的でない。さらに走査部５５をＺ方向に走査しながら１００ｎｍ以下のサンプリングステップで細かく多数の画像を取得する際に露光時間内の振動を抑えることは困難であり、この点からパターン検査装置１１への搭載が困難になる。一方、カメラ４１の撮像速度を高速化して振動の影響を軽減させようとすると、画像が暗くなりピーク位置検出精度が低下する。
【００４８】
一方、パターン検査装置１１における配線基板１２の欠陥の検証には、ｎｍオーダーではなく１００ｎｍオーダーの精度で十分である。そのため、撮像する画像の枚数が少なく済むように露光時間を長くすることが好ましい。しかし、干渉フリンジＩＦは、明部と暗部が周期的に現れる波形であるため、光源４３を連続発光させた場合、カメラ４１の画素が干渉フリンジＩＦの周期以上の一定の露光時間Ｔｅで受光した場合、各画素に当たる光の干渉フリンジＩＦの明部と暗部とが平均化されてしまい、ピークの検出が困難になる。
【００４９】
そこで、図８に示すように、本実施形態では、光源４３（ＬＥＤ）を干渉フリンジＩＦの波形（以下、「干渉波形」ともいう。）と同じ周期（換言すれば同じ周波数）同じ位相で点滅させる。これにより、カメラ４１は干渉波形のうち光源４３の点灯期間に対応する一例として明部（図８において入力光波形中心線よりも上側の部分）を選択的に撮像する。図８の例では、カメラ４１の画素の入力光波形は、露光時間Ｔｅにおいてほぼ明部の波形を選択したに等しい。このため、カメラ４１の画素の出力（図８におけるカメラ出力）は、露光時間Ｔｅの間で画素が受光した受光量の積算値（積分値）に対応する輝度値をとる。図８の例では、撮像された画像中の対応する画素の輝度値は明部を選択的に積算した受光量に対応する値をとる。この場合、干渉フリンジＩＦと同周期で点滅する光源４３の消灯時のカメラ４１への入力光の光量は常に極めて低いほぼ一定値であるため、露光時間Ｔｅにおける画素の受光量の積分値であるカメラ出力値（画素の輝度値）は、干渉フリンジＩＦの包絡線ＥＶ（図５における二点鎖線）の高さにほぼ比例する。画像解析部３２は、複数の画像を基に異なる画像間の対応する画素の輝度値を用いてこれら輝度値間の補間計算を行って撮像間隔より細かな位置精度で包絡線ＥＶ上に載る複数の輝度値を演算し、これらの輝度値を用いて包絡線ＥＶのピーク位置を演算することで干渉フリンジＩＦのピーク位置を求める。なお、図８ではカメラ出力値（輝度値）を、ドットで示し、露光時間Ｔｅの間におけるカメラ４１の画素の受光量の経時変化を実線で示している。
【００５０】
また、図８に示すように、光源４３（ＬＥＤ）のＬＥＤ駆動波形の一周期以上の露光時間Ｔｅを設定している。特に露光時間Ｔｅを、ＬＥＤ駆動波形の一周期の自然数倍としている。図８の例では、露光時間Ｔｅを、ＬＥＤ駆動波形の一周期と等しくしている。もちろん、これに限定されず、露光時間Ｔｅは、光源４３の点滅周期の自然数倍であればよい。例えば露光時間Ｔｅは、ＬＥＤ駆動波形の周期の２倍又は３倍でもよい。なお、露光時間を長くする特別な工夫をしなくて済むため、走査部５５が干渉フリンジＩＦが現れる干渉可能距離Ｌｆの区間を移動する間に、画像を３枚以上撮像可能な露光時間Ｔｅに設定することが望ましい。すなわち、露光時間Ｔｅは、干渉フリンジＩＦの発生期間（つまり干渉可能距離Ｌｆを走査する時間）の１／４〜１／３の範囲内の値に設定されていることが好ましい。もちろん、露光時間Ｔｅは干渉フリンジＩＦのピークを検出可能な限りにおいて干渉フリンジＩＦの発生期間の１／３を超えた値を設定することもできる。この場合、干渉フリンジのピーク検出を可能としつつ露光時間Ｔｅをなるべく長く設定可能な特別な工夫（ピーク検出解析処理など）を併用してもよい。例えば要求される精度が比較的粗い場合には干渉フリンジＩＦの発生期間以上の露光時間Ｔｅを設定してもよい。
【００５１】
ところで、図８の例では、干渉波形の明部とＬＥＤ駆動波形の点灯期間とがほぼ一致し、干渉波形とＬＥＤ駆動波形の位相がほぼ合っているが、制御上の限界から位相がずれる場合が起こりうる。例えば図１０（ａ）に示すように、干渉波形の位相に対してＬＥＤ駆動波形の位相が約９０度ずれた場合、露光時間Ｔｅ内でＬＥＤ駆動波形の点灯期間におけるカメラ入力光波形に干渉波形の明部と暗部とがほぼ半分ずつ現れる。この場合、仮に波形の振幅が異なってもそれぞれで明部と暗部は振幅中心に対する差がほぼ等しいので、その明部と暗部とが平均化されてカメラ４１に撮像された複数の画像中の対応する画素間で露光時間Ｔｅにおける受光量に差が生じなくなる。この結果、カメラ４１の画素毎の輝度値から干渉フリンジＩＦのピーク位置を演算することが困難になる。そこで、本実施形態では、以下の制御を採用する。
【００５２】
図９に示すグラフは、上から順に、走査部５５の走査位置（Ｚ位置）、カメラ４１の画素における干渉波形、ＬＥＤ駆動波形、カメラ撮像輝度（カメラ出力）をそれぞれ示している。カメラ撮像輝度は、測定時（撮像時）におけるカメラ４１の画素の受光量に応じた輝度値を示す。図９に示すように、走査部５５は一つの測定エリアに対し一往復の走査を行い、このとき発光制御部６５は往動過程と復動過程とでＬＥＤ駆動波形の位相を９０度ずらす制御を行う。走査部５５が走査開始位置である原点（位置０μｍ）から走査上限位置Ｚｏ（位置５０μｍ）まで移動する往動走査過程では、ＬＥＤ駆動波形の位相を予め設定された位相とし、復動走査過程ではＬＥＤ駆動波形の位相を、往動走査過程の位相に対して９０度ずらす制御を行う。
【００５３】
例えば図１０（ａ）に示す往動走査過程において干渉波形とＬＥＤ駆動波形との位相が約９０度ずれると、前述のように干渉フリンジＩＦのピーク位置の演算が困難になる。この場合でも、図１０（ｂ）に示す復動走査過程では、干渉波形とＬＥＤ駆動波形との位相が同じになり、露光時間Ｔｅ内で明部のみが積算されるため、画素の輝度値に基づく干渉フリンジＩＦのピーク位置の演算が可能となる。このように走査部５５の往動時と復動時とで光源４３を点滅させる位相を９０度ずらすことで、往動時と復動時の少なくとも一方で干渉フリンジＩＦのピーク位置を演算できる。ここで、画像解析部３２は、走査部５５の走査中にカメラ４１が撮像した複数の画像中の各画素の輝度値を用いて、異なる画像における対応する画素の輝度値間で補間計算を行って、干渉フリンジＩＦの包絡線ＥＶのピーク位置を演算する。なお、画像解析部３２による画素毎の干渉フリンジのピーク位置検出処理は、コンピュータ２５内の画像処理回路によりで高速で行われる。
【００５４】
次にパターン検査装置１１及び三次元プロファイル取得装置２１の作用を説明する。
まず配線基板１２に形成された全ての配線３６に対してパターン検査が行われる。検査部３１は、撮像ユニット１７のカメラ１９が撮像した被測定面１２ａの画像を基にパターン検査を行って真偽の疑わしい欠陥候補を検出した場合は、検証処理を要求する。例えば図２に示す配線３６上の酸化膜３６ａ、凹部３６ｂ、欠落部３６ｃは、パターン検査で欠陥候補として検出され、検証の対象となる。検証の要求を受け付けた制御部６０は、ステージ１４を欠陥候補を撮像可能なＸ方向の位置に移動させるとともに、三次元光学ユニット２０を欠陥候補を撮像可能なＹ方向の位置に移動させる。
【００５５】
走査開始前に光源４３を発光させた状態で走査部５５を少なくとも１回走査させて光センサ５６の受光信号に基づき干渉フリンジの周期と位相のうち少なくとも位相を求めるキャリブレーションを行う。このキャリブレーションにより走査部５５の走査位置に対する干渉フリンジの位相を求める。
【００５６】
制御装置４０は、図１１に示す三次元プロファイル取得処理ルーチンのプログラムを実行する。以下、図１１のフローチャートに従って三次元プロファイル取得処理ルーチンについて説明する。なお、図１１における処理には、光源４３の発光制御、走査部５５の走査制御及びカメラ４１の撮像制御などのコントローラ２３内の制御部６０が行う制御と、画像解析部３２による処理とが含まれている。なお、制御部６０が行う制御のうち一部又は全部をコンピュータ２５が行ってもよい。また、画像解析部３２がコントローラ２３内に備えられてもよい。
【００５７】
ステップＳ１では、走査部５５を往動させる。すなわち、制御部６０がピエゾ駆動部６２にピエゾ駆動信号を出力してアクチュエータ５０に印加する電圧を変化させることにより、走査部５５を走査開始位置（原点＝位置０μｍ）から走査終了位置（位置５０μｍ）まで一定速度で往動させる。
【００５８】
ステップＳ２では、光源を干渉フリンジと同じ周期で点滅させる。すなわち、発光制御部６５が干渉フリンジＩＦの周期と同じ周期のＬＥＤ駆動パルス信号を生成し、このパルス信号を発光駆動部６１に出力して光源４３にパルス電圧を印加することにより光源４３を干渉フリンジＩＦと同じ周期で点滅させる。
【００５９】
ステップＳ３では、カメラにより干渉フリンジの周期の自然数倍の露光時間で被測定面１２ａを撮像する。すなわち、撮像制御部６３は、カメラ４１に露光時間Ｔｅ毎の撮像を行わせる。カメラ４１により撮像された画像データは、画像解析部３２に逐次送られる。
【００６０】
次のステップＳ４では、複数の画像を解析して画素毎に干渉フリンジのピークが現れたＺ位置を検出する。すなわち、画像解析部３２は、干渉フリンジが現れていないときの被測定面１２ａを撮像する画素の輝度を基準輝度値としてメモリに記憶している。そして、画像解析部３２は、画像データの画素毎に輝度値と基準輝度値との差分ΔＢを演算し、画素毎の差分ΔＢをメモリに逐次記憶する。さらに画像解析部３２は、複数回分の画素毎の差分ΔＢを用いて補間計算を行って、走査部５５が撮像１回分の間に移動する撮像ピッチよりも細かな位置（走査位置）毎に、画素毎の干渉フリンジＩＦの包絡線ＥＶ（図５を参照）上の差分を逐次求める。そして、画像解析部３２は、包絡線ＥＶ上の差分を逐次比較し、最大値となったときの走査位置をピーク位置（Ｚ位置）として検出する。
【００６１】
なお、干渉フリンジＩＦの出現区間では、光センサ５６が点灯期間における受光信号に干渉フリンジの波形が含まれるので、干渉モニタ部６４は干渉フリンジの周期及び位相を検出できる。発光制御部６５は、光センサ５６の受光信号に基づく干渉フリンジの位相に合わせてＬＥＤ駆動パルス信号を生成する。このため、干渉フリンジＩＦの発生区間において光源４３の点滅波形の位相が干渉フリンジの位相に合い、相対的に大きな差分ΔＢが得られ、ピーク位置検出感度が高くなる。
【００６２】
ステップＳ５では、走査部の往動終了か否かを判定する。制御部６０は、ピエゾ駆動信号の値が、走査部５５が所定ストローク（例えば５０μｍ）を移動し終えて走査上限位置Ｚｏにあるときの値に達したか否かを判定する。走査部５５の往動終了前であれば、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３の撮像処理及びＳ４の画像解析によるピーク位置検出処理を、ステップＳ５において往動終了と判定されるまで繰り返す。
【００６３】
例えば図６に示す配線基板１２の被測定面１２ａを測定する場合、走査部５５の往動過程において、図７に示す走査位置Ｚａで低い面ＰＡを撮像する画素Ａに当たる光に干渉フリンジＩＦのピークが現れ、走査位置Ｚｂで高い面ＰＢを撮像する画素Ｂに当たる光に干渉フリンジＩＦのピークが現れる。このため、ステップＳ４では、被測定面１２ａ上の面ＰＡ，ＰＢの高さに応じたピーク位置Ｚａ，Ｚｂがそれぞれ検出される。そして、走査部５５の往動が終了すると、ステップＳ６に進む。
【００６４】
ステップＳ６では、走査部５５を復動させる。すなわち、制御部６０がピエゾ駆動部６２にピエゾ駆動信号を出力してアクチュエータ５０に印加する電圧を往動時と逆方向に変化させることにより、走査部５５を走査終了位置（位置５０μｍ）から走査開始位置（原点＝位置０μｍ）まで一定速度で復動させる。
【００６５】
ステップＳ７では、光源を干渉フリンジと同じ周期かつ走査部５５の往動時と９０度異なる位相で点滅させる。すなわち、先に干渉モニタ部６４がモニタリングした干渉フリンジの周期は既知であり、走査部５５の走査位置に対する発光制御部６５によるＬＥＤ駆動パルス信号の出力タイミングを、走査部５５の往動時の出力タイミングに対して１／４周期分ずらすことで、ＬＥＤ駆動パルス信号の位相を往動時に対して９０度ずらす。そして、この位相を９０度ずらした干渉フリンジＩＦと同じ周期のＬＥＤ駆動パルス信号を発光駆動部６１に出力し、光源４３を干渉フリンジＩＦと同じ周期かつ走査部５５の往動時と９０度異なる位相で点滅させる。
【００６６】
次のステップＳ８及びＳ９の各処理は、ステップＳ２及びＳ３の各処理と同様の処理である。すなわち、ステップＳ８では、カメラにより干渉フリンジの周期の自然数倍の露光時間で被測定面１２ａを撮像する。カメラ４１により撮像された画像データは、画像解析部３２に逐次送られる。そして、ステップＳ９では、複数の画像を解析して画素毎に干渉フリンジのピークが現れたＺ位置を検出する。
【００６７】
ステップＳ１０では、走査部の復動終了か否かを判定する。すなわち、制御部６０は、ピエゾ駆動信号の値が、走査部５５が走査開始位置にあるときの値に達したか否かを判定する。走査部５５の復動終了前であれば、ステップＳ８に戻り、ステップＳ８の撮像処理及びＳ９の画像解析によるピーク位置検出処理を、ステップＳ１０において復動終了と判定されるまで繰り返す。そして、走査部５５の復動が終了すると、ステップＳ１１に進む。例えば、走査部５５の往動時と復動時の一方で干渉フリンジＩＦの位相に対して光源４３の点滅波形の位相がほぼ９０度ずれていても、他方で干渉フリンジＩＦの位相に対して光源４３の点滅波形の位相がほぼ合っているかほぼ１８０度ずれていることになる。このため、他方の走査時において差分ΔＢを基に干渉フリンジＩＦの包絡線ＥＶのピーク位置（Ｚ位置）を検出できる。
【００６８】
ステップＳ１１では、画素毎に検出したＺ位置を基に三次元プロファイルを生成する。すなわち、画像解析部３２は、画素毎に、走査部５５の往動時に検出したピークと、走査部５５の復動時に検出したピークとの大きさ（差分）を比較し、ピークが大きい方のＺ位置を採用する。この場合、全画素のうち一部の画素についてピークの大小を比較し、採用するピーク位置を走査部５５の往動時のものか復動時のものかを判定し、判定された一方のピーク位置を採用する構成でもよい。そして、採用する画素毎のＺ位置が決まると、Ｚ位置に応じたｚ座標に基づき三次元プロファイルＰＤを生成する。
【００６９】
こうして各画素が座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表現された三次元プロファイルＰＤが生成されると、この三次元プロファイルＰＤは検証部３３に送られる。検証部３３は三次元プロファイルＰＤから真偽の疑わしい欠陥の表面の高さ分布を取得し、その高さを基に欠陥の真偽を検証する。例えば図２に示す酸化膜３６ａである場合は配線３６の上面の高さが規定高さ以上あるので、欠陥ではないことが検証される。また、例えば図２に示す凹部３６ｂである場合は配線３６の上面の高さが規定高さ以上あれば欠陥ではないことが検証され、規定高さ未満であれば欠陥であると検証される。さらに例えば図２に示す欠落部３６ｃである場合は配線３６の上面の高さが規定高さ未満となるので、欠陥であることが検証される。
【００７０】
なお、ステップＳ４及びＳ９における複数の画像を基に画素毎の干渉フリンジのピーク位置を検出する演算は、ステップＳ１０で走査部５５の走査中にカメラ４１で行う撮像を全て終了した（Ｓ１０で肯定判定）後に行ってもよい。すなわち、上記の例では、ピーク位置の演算処理は、走査部５５の往路と復路の撮像中で行った。しかし、走査部５５の往路と復路でカメラ４１による全ての撮像を終えた後、それまでメモリに保存した複数の画像を基に画素毎の干渉フリンジのピーク位置を往路と復路でそれぞれ演算し、同じ画素の往路と復路でピークの高い方を採用して画素毎のピーク位置を検出するようにしてもよい。
【００７１】
以上詳述したようにこの第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）干渉計４２で生成される干渉フリンジＩＦの周期と同期して光源４３を点滅させるので、カメラ４１が干渉計４２を通った反射光の像を干渉フリンジＩＦの周期以上の露光時間Ｔｅで撮像した場合に、干渉フリンジの光は光源４３が点灯している半周期おきにカメラ４１の画素に当たる。このため、カメラ４１の画素は干渉フリンジＩＦを半周期おきに受光する。このとき、例えば干渉フリンジＩＦの明部のみ又は暗部のみが撮像される。この結果、画像データの画素が干渉フリンジＩＦの包絡線ＥＶを反映した輝度値をとり、画像解析部３２は複数の画像を基に画素毎に干渉フリンジＩＦのピーク位置を検出できる。よって、画像解析部３２は画素毎に検出した干渉フリンジＩＦのピーク位置から被測定面１２ａの高さ分布を取得し、三次元プロファイルＰＤを生成することができる。
【００７２】
（２）走査部５５を往復走査させ、走査部５５の往動時と復動時とで光源４３を点滅させる位相を略９０度ずらすので、往動時と復動時との少なくとも一方で干渉フリンジＩＦのピーク位置を検出できる。例えば光源４３の点滅と干渉フリンジとの位相を厳密に合わせられなくても、画素毎に干渉フリンジＩＦのピーク位置を検出し、三次元プロファイルＰＤを生成できる。また、走査部５５を１回だけ走査させる構成に比べ、三次元プロファイルＰＤを高い精度で生成できる。
【００７３】
（３）干渉計４２を通った反射光の一部を受光する光センサ５６を設け、光センサ５６の受光信号に基づき干渉フリンジＩＦの位相で光源４３を点滅させることができる。このため、撮像時の露光時間Ｔｅ内で干渉フリンジＩＦの明部と暗部とが平均化されることに起因する干渉フリンジＩＦのピーク位置検出エラーを低減できる。
【００７４】
（４）カメラ４１の露光時間Ｔｅは、走査部５５の走査速度から決まる干渉フリンジＩＦの発生期間の１／４〜１／３の範囲内の値に設定されている。このため、例えばサンプリング法でピークを検出する場合に比べ、数分の１〜数１０分の１の比較的少ない数の画像を用いて干渉フリンジＩＦのピーク位置を検出できる。また、画像データの保存に必要なメモリサイズも比較的少なく済む。しかも画像の枚数が少なく済むうえ、画像解析部３２が複数の画像を用いて行うピーク位置検出処理が特別な工夫（複雑なピーク検出解析処理など）をしなくて済む比較的簡単な処理なので、画像解析部３２による三次元プロファイルＰＤの取得処理を高速化できる。
【００７５】
（５）パターン検査装置１１に三次元プロファイル取得装置２１を適用し、配線基板１２のパターン検査で検出された欠陥の候補の真偽を、検証部３３が、三次元プロファイル取得装置２１により取得された三次元プロファイルＰＤに基づき検証する。よって、配線３６の微細化の要請によりそのアスペクト比が高い配線基板１２の検査において、配線３６の高さの不足した欠陥を精度高く検出できる。
【００７６】
（６）光源４３の点滅周期を干渉フリンジＩＦと同じ周期に設定したので、走査部５５の走査中に光センサ５６の受光信号を基に干渉フリンジＩＦの半周期毎の波形を検出できるため、受光信号を基にＬＥＤ駆動パルス信号の位相を干渉フリンジＩＦの位相に合わせることができる。このため、干渉フリンジＩＦのピークの検出感度を高め、比較的高い精度の三次元プロファイルＰＤを取得できる。例えば検証部３３による欠陥候補の検証精度を高めることができる。
【００７７】
実施形態は上記に限定されず、以下の態様に変更することもできる。
・前記実施形態では、走査部５５を被測定面１２ａと垂直なＺ方向に往復動させたが、往動のみ又は復動のみの一走査だけででもよい。例えば光センサ５６の受光信号を入力する発光制御部６５内の位相同期回路から干渉フリンジと同位相のＬＥＤ駆動パルス信号を出力できる場合は、走査部５５の一走査であっても必要な精度の三次元プロファイルＰＤを取得できる。また、光センサ５６及び干渉モニタ部６４により干渉フリンジの波形のサンプリングにより取得した干渉フリンジＩＦの位相の情報を基に、ＬＥＤ駆動波形の位相を正しく較正できれば、走査部５５の一走査でも干渉フリンジＩＦのピーク位置を精度よく検出し、一定以上の精度をもつ三次元プロファイルＰＤを取得できる。
【００７８】
・被測定面の同一エリアの高さ分布を測定する際の走査部５５の走査回数は、一往復動（２回走査）に限らず、一往復半（３回走査）、複数回の往復動（４回以上の偶数回走査）、５回以上の奇数回走査でもよい。これらの場合、異なる往動又は復動の際に位相を少しずつずらすことが好ましく、そのずらした位相のうち少なくとも一つに９０度位相をずらした場合が含まれていることが好ましい。もちろん、光源４３の点滅の位相をずらさない構成でもよい。
【００７９】
・光センサ５６及び干渉モニタ部６４を廃止してもよい。この構成でも、走査部５５を往動時と復動時で光源４３の点滅の位相を９０度変えれば、干渉フリンジＩＦのピーク位置を検出できるので、三次元プロファイルは生成できる。
【００８０】
・光源４３は、スペクトル幅の広い光を発光できるものであればよく、その発光色は必ずしも白色光に限定されない。光源からの光のスペクトルに幅があって光路差の狭い範囲で干渉フリンジＩＦを生成でき、白色干渉法に使用できるものであればよい。また、光源４３は、ＬＥＤに限らず、電球、有機ＥＬ発光体、蛍光灯でもよい。また、光源４３の光は、カメラ４１による受光が可能な赤外光又は紫外光を一部含んでもよい。
【００８１】
・光源４３を干渉フリンジの暗部に合わせて点灯する位相で点滅させ、干渉フリンジの暗部を積分した輝度値を基に干渉フリンジのピーク位置を求めてもよい。
・往動走査時と復動走査時とで光源４３の点滅の位相をずらす角度は、９０度に限らず、その他の角度でもよい。例えば８０〜１００度の範囲内の値が好ましいが、少しの角度ずらすだけでも、往動と復動のうちどちらか一方でよりピーク位置検出精度が上がる。また、位相をずらす場合、走査部５５の往動時に対し復動時の位相を進めても遅らせてもよい。この構成でも、走査部５５の往動時と復動時との少なくとも一方で干渉フリンジのピーク位置を確実に検出できる。
【００８２】
・光源４３の点滅時の位相を干渉フリンジに合わせる位相の制御を行わない構成でもよい。位相の制御を行わなくても、干渉フリンジのピーク位置の検出は可能である。
・マイケルソン型干渉計に替え、対物レンズの中心の表面に小さな参照ミラー（反射鏡）を取り付け、焦点面の途中にハーフミラーを置き、被測定面からの光とレンズ上の参照ミラーからの反射光が干渉するようにしたミラウ型干渉計（Mirau interferometer）を用いてもよい。
【００８３】
・制御部６０のうち少なくとも一部をソフトウェアで構成したり、ハードウェアで構成したり、ソフトウェアとハードウェアとの協働により構成したりしてもよい。画像解析部３２をソフトウェアで構成してもよいし、ソフトウェアとハードウェアとの協働により構成してもよい。
【００８４】
・配線基板１２は、パッケージ、ＴＡＢテープ、ＩＣチップなどの配線パターンが施された配線基板、フラットディスプレイ用の配線基板でもよい。例えば液晶ディスプレイ用、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）用、プラズマディスプレイ用のフラットパネル配線基板でもよい。また、配線基板はガラス配線基板でもプラスチック配線基板でもよい。また、検査の対象とされる被測定面上のパターンは、配線３６に限らず、バンプでもよく、パターン検査装置１１により配線基板のバンプのパターンを検査してもよい。
【００８５】
・三次元プロファイル取得装置はパターン検査装置に適用されることに限定されない。測定対象は、配線基板に限定されず、微細な凹部、凸部、段差のうち少なくとも一つを検査の対象として有する被測定面であればよい。この場合、微細な凹部又は凸部が規定の深さ又は高さに満たないことを欠陥とする検査でもよいし、平坦面であるべきところに微細な凹部又は凸部からなる欠陥の有無を検査するものでもよい。また、特許文献１のように異物の検査に用いたり、特許文献２のようにビアホールの検査に用いたりしてもよい。さらに、半導体ウエハ上のマイクロバンプの高さ又は体積を検査するインラインウエハバンプ検査装置に適用してもよい。フリップチップ（ＦＣ）のバンプ搭載の個片又はフレーム状のＩＣパッケージのバンプ高さ又は体積を検査するＦＣバンプ検査装置に適用してもよい。また、ビルドアップ基板における２次元上のパターンのメッキ厚みをモニタリングするビルドアップ基板メッキ厚モニタリング装置に適用してもよい。さらに半田や導電性インクの塗布厚（印刷厚）等を精密にモニタリングしてフィードバックする高精度印刷モニタリング装置に適用してもよい。
【００８６】
・三次元プロファイル取得装置による測定対象物は、配線基板などの電子実装部品に限定されず、高さ分布を精密に計測、検査する必要のあるものであればよい。例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）における高さ分布を測定してもよい。例えばマイクロマシンを応用した、表示デバイス、センサ、アクチュエータを測定対象としてもよい。さらにバイオチップ（例えばＤＮＡチップ）におけるセンサ機能実現のための微小トレンチの深さを管理してもよい。また、原版を基板に押し当てる転写により微細加工を実現するナノインプリントにおいて、転写した微細構造の高速で精密な検査に適用してもよい。また、光通信デバイスや光ＩＣ、光導波路などの深さ分布検査に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１１…パターン検査装置、１２…配線基板、１２ａ…被測定面、２１…三次元プロファイル取得装置、３１…検査部の一例としてのパターン検査部、３２…画像解析部、３３…検証部、３６…配線、４１…撮像部の一例としてのカメラ、４２…干渉計、４３…光源、４８…ハーフミラー、４９…参照ミラー、５０…アクチュエータ、５５…走査部、５６…光センサ、６０…制御部、６５…制御部の一例を構成する発光制御部、ＩＦ…干渉フリンジ、Ｔｅ…露光時間、Ａ，Ｂ…画素、Ｚａ，Ｚｂ…ピーク位置、ＰＤ…三次元プロファイル。
【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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