(57)【要約】      （修正有）【課題】検査対象に合わせて測定パターンを変更する、基板検査装置を提供する。【解決手段】少なくとも物体側がテレセントリック光学系である光学系によって、位相が異なる複数の縞模様のパターンである測定パターンを投影部６０に投影させ、撮影部７０で撮影された前記測定パターンの画像に基づいて、撮像素子７０ａの座標毎の位相を測定位相として取得し、予め特定された位相とＺ方向の位置との関係に基づいて、測定位相に対応した前記Ｚ方向の位置を特定し、検査対象の前記Ｚ方向の位置として取得し、前記撮像素子の座標と、Ｘ方向およびＹ方向の位置と、が予め一対一に対応づけられており、当該対応に基づいて、前記撮像素子の各座標に撮影された前記検査対象の前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の位置を取得する基板検査装置において、検査対象に応じて異なる測定パターンを投影部に投影させる。【選択図】図３
0003235326.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
縞模様のパターンを検査対象に投影する投影部と、
少なくとも物体側がテレセントリック光学系である光学系によって撮像素子に結像させて前記検査対象を撮影する撮影部と、
前記テレセントリック光学系の光軸に対して平行なＺ方向と、前記Ｚ方向に対して垂直なＸ方向と、前記Ｚ方向および前記Ｘ方向に垂直なＹ方向と、に前記検査対象を移動させる移動ステージと、
位相が異なる複数の前記縞模様のパターンを含む測定パターンを前記投影部に投影させ、前記撮影部で撮影された前記測定パターンの画像に基づいて、前記撮像素子の座標毎の位相を測定位相として取得し、予め特定された位相と前記Ｚ方向の位置との関係に基づいて、前記測定位相に対応した前記Ｚ方向の位置を特定し、前記検査対象の前記Ｚ方向の位置として取得する高さ取得部と、
前記撮像素子の座標と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の位置と、が予め一対一に対応づけられており、当該対応に基づいて、前記撮像素子の各座標に撮影された前記検査対象の前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の位置を取得する水平位置取得部と、
を備え、
前記高さ取得部は、前記検査対象に応じて、異なる前記測定パターンを前記投影部に投影させる、
基板検査装置。
【請求項２】
前記縞模様のパターンは、特定の方向において正弦波状に強度が変化し、前記特定の方向に垂直な方向に強度が変化しないパターンである、
請求項１に記載の基板検査装置。
【請求項３】
位相と前記Ｚ方向の位置との関係を示す情報と、
前記撮像素子の座標と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の位置と、を一対一に対応づけた情報と、
を記憶する記憶部、をさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記測定パターンは、位相が異なるＬ個（Ｌは３以上の整数）のパターンを含み、
前記高さ取得部は、前記検査対象に応じて、パターンの個数Ｌと、前記縞模様の周期との少なくとも一方を変化させる、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記高さ取得部は、第１の前記検査対象よりも検査に要求される精度が高い第２の前記検査対象に対して、第１の前記検査対象に投影される前記測定パターンよりも前記縞模様の周期が小さいパターンを含む前記測定パターンを前記投影部に投影させる、
請求項４に記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記高さ取得部は、第１の前記検査対象よりも検査に要求される精度が高い第２の前記検査対象に対して、第１の前記検査対象に投影される前記測定パターンよりも同一の周期のパターンの個数Ｌが多い前記測定パターンを前記投影部に投影させる、
請求項４または請求項５に記載の基板検査装置。
【請求項７】
複数の前記測定パターンには、１周期分の位相変化によって測定可能な前記Ｚ方向の範囲が異なるパターンが含まれ、
前記高さ取得部は、測定可能な前記Ｚ方向の範囲が前記検査対象の前記Ｚ方向の長さより大きい前記測定パターンの中から、測定可能な前記Ｚ方向の範囲が最も小さい前記測定パターンを選択して前記投影部に投影させる、
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の基板検査装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、基板検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上の検査対象を検査するための技術として、位相シフト法を用いた三次元形状測定技術が知られている。位相シフト法は、位相シフト量が異なる複数の縞模様のパターンを検査対象に投影し、カメラで撮影して位相を特定することによって、撮影された検査対象の三次元形状を測定する技術である（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１においては、異なるパターンをもつ複数の固定パターニング装置を切替可能に構成されていてもよいことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５３０１６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術には、複数のパターンを切り替えて良いことが開示されているが、切り替える目的やその効果は開示されておらず、検査対象に合わせてパターンを切り替えるという思想も開示されていない。基板上の検査対象には、種々の部品等が存在し得る。検査対象が異なれば検査に要求される精度が異なり、検査対象の大きさが異なれば検査のために必要な測定範囲が異なる。従って、従来の技術においては、検査の精度や検査の際の測定範囲を検査対象に合わせて調整することはできない。
本考案は、前記課題にかんがみてなされたもので、検査対象に合わせて測定パターンを変更する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、基板検査装置は、縞模様のパターンを検査対象に投影する投影部と、少なくとも物体側がテレセントリック光学系である光学系によって撮像素子に結像させて前記検査対象を撮影する撮影部と、前記テレセントリック光学系の光軸に対して平行なＺ方向と、前記Ｚ方向に対して垂直なＸ方向と、前記Ｚ方向および前記Ｘ方向に垂直なＹ方向と、に前記検査対象を移動させる移動ステージと、位相が異なる複数の前記縞模様のパターンである測定パターンを前記投影部に投影させ、前記撮影部で撮影された前記測定パターンの画像に基づいて、前記撮像素子の座標毎の位相を測定位相として取得し、予め特定された位相と前記Ｚ方向の位置との関係に基づいて、前記測定位相に対応した前記Ｚ方向の位置を特定し、前記検査対象の前記Ｚ方向の位置として取得する高さ取得部と、前記撮像素子の座標と、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の位置と、が予め一対一に対応づけられており、当該対応に基づいて、前記撮像素子の各座標に撮影された前記検査対象の前記Ｘ方向および前記Ｙ方向の位置を取得する水平位置取得部と、を備え、前記高さ取得部は、前記検査対象に応じて、異なる前記測定パターンを前記投影部に投影させる。
【０００６】
以上説明した基板検査装置においては、検査対象に応じて異なる測定パターンを投影部に投影させる。従って、当該基板検査装置によれば、検査対象に合わせて測定パターンを変更することができる。検査対象が異なれば検査に要求される精度が異なり、検査対象の大きさが異なれば検査のために必要な測定範囲が異なり得るが、検査対象に合わせて測定パターンを変更できる構成によれば、検査対象の要求精度や必要な測定範囲に合わせて測定パターンを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】基板検査装置のブロック図である。
【図２】撮影部と投影部と検査対象との関係を示す図である。
【図３】図３Ａは位相とＺ方向の位置との関係を示す図、図３Ｂは撮像素子の座標と水平方向の位置との関係を示す図である。
【図４】図４Ａは撮影領域の例を説明する図、図４Ｂは測定パターンの例を説明する図である。
【図５】キャリブレーション処理のフローチャートである。
【図６】図６Ａは第１の周期のパターンによる測定位相とＺ方向の位置との関係を示す図、図６Ｂはシフト後の位相とＺ方向の位置との関係を示す図である。
【図７】図７Ａは第２の周期のパターンによる測定位相とＺ方向の位置との関係を示す図、図７Ｂはシフト後の位相とＺ方向の位置との関係を示す図、図７Ｃは第３の周期のパターンによる測定位相とＺ方向の位置との関係を示す図である。
【図８】検査処理のフローチャートである。
【図９】位相−Ｚ位置情報における位相とＺ方向の位置との関係を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【０００８】
ここでは、下記の順序に従って本考案の実施の形態について説明する。
（１）基板検査装置の構成：
（２）キャリブレーション処理：
（３）検査処理：
（４）他の実施形態：
【０００９】
（１）基板検査装置の構成：
図１は、本実施形態にかかる基板検査装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態において基板検査装置１０は、制御部２０と記憶部３０と表示装置４０と入力装置５０と投影部６０と撮影部７０と移動ステージ８０とを備えている。本実施形態においては、投影部６０と、撮影部７０と、移動ステージ８０とが連携して基板上の検査対象を撮影する。
【００１０】
図２は、投影部６０と、撮影部７０と、移動ステージ８０との関係を示す斜視図である。移動ステージ８０は、検査対象が実装された基板ＰＢが載置されるステージであり、制御部２０の制御の下で基板ＰＢを当該基板ＰＢの面方向および面方向に垂直な方向に移動させる。基板ＰＢの面方向に垂直な方向は、基板ＰＢ上に実装された部品の高さ方向になるため、本明細書では、基板ＰＢの面方向に垂直な方向を高さ方向と呼ぶ。また、基板ＰＢの面方向を水平方向と呼ぶ。さらに、高さ方向をＺ方向とも呼び、水平方向において直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とも呼ぶ。
【００１１】
投影部６０は、光軸方向に任意の画像を出力し、光軸と交わる面に当該画像を投影するプロジェクタである。プロジェクタの方式は限定されないが、本実施形態においては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。図２においては、投影部６０の光軸Ａｘを実線で示しており、図２に示すように、投影部６０の光軸Ａｘは、Ｚ方向に対して傾斜している。投影部６０は、任意の画像を出力することが可能であるが、本実施形態において、検査対象の三次元形状測定を行う際には、縞模様のパターンを検査対象に投影する。本実施形態において、縞模様のパターンは、特定の方向において正弦波状に強度が変化し、特定の方向に垂直な方向に強度が変化しないパターンである。パターンの詳細は後述する。
【００１２】
撮影部７０は、撮像素子を備えており、基板ＰＢ上の撮影領域Ｖを撮影する撮影装置である。多くの場合、撮影領域Ｖは、基板ＰＢの部品実装面より狭いが、移動ステージ８０により基板ＰＢを移動させることによって基板ＰＢ上の任意の位置を撮影領域Ｖとすることができる。本実施形態において、撮影部７０は、物体側がテレセントリック光学系である。従って、物体側から撮影部７０に入射し、撮像素子に結像する光は、撮影部７０の外部において全て平行の光路を通る。図２においては、テレセントリック光学系においてレンズの中央を通る光軸Ｂｘを実線の矢印で示している。なお、本実施形態において、テレセントリック光学系の光軸Ｂｘは、Ｚ方向に対して平行である。
【００１３】
図１に示す制御部２０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭで構成されるコンピュータであり、記憶部３０に記憶された各種情報を用いて基板検査に必要な処理を実行する。本実施形態において制御部２０は、基板検査を行うための基板検査プログラム２１を実行する。基板検査プログラム２１のソフトウェア構成については後述する。
【００１４】
記憶部３０は、基板情報３０ａと位相−Ｚ位置情報３０ｂと座標−水平位置情報３０ｃとを記憶する。基板情報３０ａは、基板ＰＢ上に実装された部品の位置および大きさを含む形状を示しており、検査対象となる部品を示す情報も含まれている。また、基板情報３０ａにおいては、検査対象の検査において要求される精度を示す情報が含まれている。要求される精度を示す情報は、種々の態様で定義されて良く、本実施形態においては、Ｚ方向において区別可能な距離の最小値が精度である。例えば、１０μｍの精度が要求される場合、１０μｍの距離を区別可能な測定パターンで検査することが要求される。
【００１５】
位相−Ｚ位置情報３０ｂは、撮影部７０で撮影された画像の座標毎に特定される位相と、当該座標に写っている検査対象のＺ方向の位置との関係を示す情報である。位相とＺ方向の位置との関係は、投影されるパターンの周期によって異なり得るため、位相−Ｚ位置情報３０ｂには、複数の周期のパターン用の情報が含まれる。本実施形態においては、位相−Ｚ位置情報３０ｂに、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１，第２の周期のパターン用情報３０ｂ２，第３の周期のパターン用情報３０ｂ３が含まれる例を説明する。位相とＺ方向の位置との関係は、予めキャリブレーションによって特定される。キャリブレーションの詳細は後述する。
【００１６】
キャリブレーションが行われると、撮影部７０の撮像素子の位置を示す座標毎に、位相とＺ方向の位置とが対応づけられる。図３Ａは、位相とＺ方向の位置との関係を説明する図であり、Ｘ−Ｚ平面に垂直な方向から投影部６０や撮影部７０を眺めた状態を示している。図３Ａにおいては、投影部６０からパターンＰｔが投影される状況を模式的に示しており、パターンＰｔを投影する際の代表的な光路を３カ所抜き出して実線Ｌｃ1〜Ｌｃ3で示している。
【００１７】
撮影部７０の物体側は、テレセントリック光学系であり、その光軸がＺ方向に平行であるため、ある水平方向の特定の位置と、当該特定の位置が撮影される撮像素子の座標と、は一対一に対応し、Ｚ方向の位置に依存しない。例えば、図３Ａに示すある位置Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）と、当該位置Ｐ0からＺ方向に移動した位置Ｐ1（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ1）とを想定する。この場合、位置Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）からの光が撮影部７０の撮像素子７０ａに達する際の位置に相当する座標Ｓ0（ｍ0，ｎ0）と、位置Ｐ1（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ1）からの光が撮像素子７０ａに達する際の位置に相当する座標Ｓ0（ｍ0，ｎ0）とは同一である。位置Ｐ1（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ1）と、位置Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、水平方向の座標（Ｘ0，Ｙ0）が同一であるため、水平方向の位置は同一である。従って、水平方向の位置（Ｘ0，Ｙ0）と、当該位置（Ｘ0，Ｙ0）が撮影される撮像素子の座標（ｍ0，ｎ0）と、は一対一に対応している。
【００１８】
一方、投影部６０から投影されたパターンが位置Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）に投影されている場合、投影部６０からの光が位置Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）に到達する際の光路はＬｃ2であり、投影部６０から投影されたパターンが位置Ｐ1（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ1）に投影されている場合、投影部６０からの光が位置Ｐ1（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ1）に到達する際の光路はＬｃ1である。このように、投影部６０からの光路が異なると、図３Ａにおいて模式的に示されているように光路上の光によって投影されるパターンＰｔの位相が異なるため、位相シフト法によって複数のパターンから導出される位相も異なる。従って、投影先のＺ方向の位置が異なると、投影されたパターンから導出される位相が異なる。
【００１９】
このように、投影先のＺ方向の位置が異なることによって、位相が異なることを利用すると、位相に基づいて、Ｚ方向の位置を特定することができる。例えば、パターンが位置Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）に投影されている状態で撮像素子の座標（ｍ0，ｎ0）に撮影された画像から導出された位相が位相φp0であることが予めわかっていれば、投影によって得られた位相が位相φp0である場合に、パターンが投影された部位のＺ方向の位置はＺ0であると特定することができる。また、パターンが位置Ｐ1（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ1）に投影されている状態で撮像素子の座標（ｍ0，ｎ0）に撮影された画像から導出された位相が位相φp1であることが予めわかっていれば、投影によって得られた位相が位相φp1である場合に、パターンが投影された部位のＺ方向の位置はＺ1であると特定することができる。本実施形態においては、このような位相とＺ方向の位置との関係が、パターンの周期毎に後述するキャリブレーションによって撮像素子の座標毎に予め特定され、位相−Ｚ位置情報３０ｂとして定義され、記憶部３０に記憶されている。
【００２０】
位相−Ｚ位置情報３０ｂは、位相とＺ方向の位置との関係を示していれば良く、どのような態様で定義されていても良い。例えば、多項式によって定義されても良いし、代表的な位相とＺ方向の位置とを対応づけたテーブルによって定義されても良く、種々の構成を採用可能である。多項式で位相とＺ方向の位置との関係を定義する場合、例えば、以下の式（１）によって当該多項式を表現できる。
【数１】
0003235326.tif 000003
ここで、ｚはＺ方向の位置、φは位相、ｊは多項式の次数である。多項式の次数ｊは限定されないが、例えば、３次（ｊ＝３）等を採用可能である。
【００２１】
位相φは、同一周期の複数のパターンの投影によって測定可能であり、投影によって測定可能なＺ方向の範囲は、位相の変化幅２πに対応している。例えば、投影対象のＺ方向の位置をステップ変化させながら、同一周期の複数のパターンを投影し、位相を導出すると、Ｚ方向の位置が既定範囲変化する過程で、位相は−φから＋φまで変化する。同一周期の複数のパターンが投影されて導出される位相φは、φ＋２Ｎπ（Ｎは自然数）の位相と等価である。従って、同一周期の複数のパターンを用いて測定可能なＺ方向の範囲はパターンの周期（位相２π分の変化）に応じた範囲に限定される。
【００２２】
第１の周期のパターンの投影結果に基づいて測定されるＺ方向の範囲が、例えば、３ｍｍである場合、８倍の周期を持つ第２の周期のパターンの投影結果に基づいて測定されるＺ方向の範囲は、８倍の２４ｍｍとなる。第１の周期のパターンの３２倍の周期を持つ第３の周期のパターンの投影結果に基づいて測定されるＺ方向の範囲は、３２倍の９６ｍｍとなる。図２においては、第１の周期のパターンと、第２の周期のパターンと、第３のパターンと、を模式的に示している。各パターンは、上述のように、特定の方向において正弦波状に強度が変化し、特定の方向に垂直な方向に強度が変化しないパターンである。
【００２３】
図２においては、矩形の枠内に第１の周期のパターンと第２の周期のパターンと第３の周期のパターンとを示しており、白黒の濃淡で強度を示している。また、図２においては、投影部６０によって投影される画像の座標系を、直交するｕ軸、ｖ軸で構成される座標系で模式的に示している。これらの模式図で示されるように、各パターンは、ｕ軸方向において、正弦波状に強度が変化するが、ｖ軸方向には強度が変化しない。
【００２４】
本実施形態において、第１の周期のパターンは、周期が同一であり、位相シフト量が異なる４個または８個のパターンで構成される。図２においては、第１の周期のパターンを構成する４個のパターンが図示されているが、８個のパターンは図示されていない。第２の周期のパターンも、周期が同一であり、位相シフト量が異なる４個のパターンで構成される。第３の周期のパターンも、周期が同一であり、位相シフト量が異なる４個のパターンで構成される。但し、第１の周期のパターンと、第２の周期のパターンと、第３の周期のパターンと、では、周期が異なっている。具体的には、第２の周期のパターンを構成するパターンのｕ軸方向の変化がｓｉｎ(ｕ＋α)と表現される場合、第２の周期のパターンは、図２に示されるように、位相シフト量αがα＝０，π／２，π，３π／２である４個のパターンで構成される。位相シフト量は、最も位相が近いパターン同士での位相差が等間隔になるように設定されていれば良く、これらの値に限定されない。
【００２５】
第３の周期のパターンは、第２の周期のパターンと比較して周期が４倍のパターンであり、第３の周期のパターンを構成するパターンのｕ軸方向の変化はｓｉｎ(ｕ／４＋α)と表現される。本実施形態において、位相シフト量は第２の周期のパターンと同一であり、位相シフト量αがα＝０，π／２，π，３π／２である４個のパターンによって第１の周期のパターンが構成される。
【００２６】
第１の周期のパターンは、第２の周期のパターンと比較して周期が１／８のパターンであり、第１の周期のパターンを構成するパターンのｕ軸方向の変化はｓｉｎ(８ｕ＋α)と表現される。本実施形態において、位相シフト量は第２の周期のパターンと同一である場合と、異なる場合がある。位相シフト量が同一の場合、位相シフト量αはα＝０，π／２，π，３π／２である４個のパターンによって第１の周期のパターンが構成される。８個のパターンによって第１の周期のパターンが構成される場合、位相シフト量αはα＝０，π／４，π／２，３π／４，π，５π／４，３π／２，７π／４となる。このように、第１の周期のパターンは４個のパターンで構成される場合と、８個のパターンで構成される場合とがあり得るが、これらのいずれが用いられるかは、検査対象に応じて決められる。
【００２７】
周期が異なるパターンを比較すると、周期が長いパターンの方が測定可能なＺ方向の範囲が大きくなる。一方、測定可能なＺ方向の範囲が大きくなると、精度は低下する。そこで、本実施形態においては、第１の周期のパターンと、第１の周期よりも大きい周期である第２の周期のパターンと、第２の周期よりも大きい周期である第３の周期のパターンと、が利用可能に構成されている。
【００２８】
本実施形態においては、第１の周期のパターン、第２の周期のパターン、第３の周期のパターンのそれぞれを単独で用いて測定を行うことが可能である。一方、第１の周期のパターン、第２の周期のパターン、第３の周期のパターンの少なくとも２個を組み合わせて測定を行うことが可能である。この結果、パターンの周期が相対的に小さいパターンでの精度で、当該パターンで測定可能なＺ方向の範囲より広い範囲の測定を実施することができる。例えば、第１の周期のパターンでの精度で、第１の周期のパターンで測定可能なＺ方向の範囲より広い範囲の測定を実施することができる。
【００２９】
このような測定を実現するため、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１においては、第１の周期の１周期分の位相よりも広い範囲の位相の値と、第１の周期のパターンに基づいて１周期分の位相で測定可能なＺ方向の範囲よりも広い範囲におけるＺ方向の位置とが対応づけられている。第２の周期のパターン用情報３０ｂ２においては、第２の周期の１周期分の位相よりも広い範囲の位相の値と、第２の周期のパターンに基づいて１周期分の位相で測定可能なＺ方向の範囲よりも広い範囲におけるＺ方向の位置とが対応づけられている。第３の周期のパターン用情報３０ｂ３においては、第３の周期の１周期分の位相の値と、第３の周期のパターンに基づいて１周期分の位相で測定可能なＺ方向の範囲におけるＺ方向の位置とが対応づけられている。
【００３０】
具体的には、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１においては、６４π（＝２π×３２）の位相変化に応じた９６ｍｍのＺ方向の範囲について、位相とＺ方向の位置とが対応づけられている。なお、６４πは、１周期２πの３２倍であり、第３の周期が第１の周期の３２倍であることに対応している。第２の周期のパターン用情報３０ｂ２においては、８π（＝２π×４）の位相変化に応じた９６ｍｍのＺ方向の範囲について、位相とＺ方向の位置とが対応づけられている。なお、８πは、１周期２πの４倍であり、第３の周期が第２の周期の４倍であることに対応している。
【００３１】
第３の周期のパターンによって投影を行えば、２πの位相変化に応じたＺ方向の範囲である９６ｍｍの値について位相を導出することができる。検査対象が、例えば、０〜９６ｍｍの範囲に存在することが判明している場合、第３の周期のパターンを用いれば、０〜９６ｍｍの範囲の中から検査対象の高さを絞り込むことが可能である。さらに、第２の周期のパターンによって投影を行えば、２πの位相変化に応じたＺ方向の範囲である２４ｍｍの値について位相を導出することができる。第３の周期のパターンを用いて０〜９６ｍｍの範囲の中から検査対象の高さが絞り込まれた後、第２の周期のパターンを用いれば、絞り込まれた範囲の中から、検査対象の高さをさらに絞り込むことが可能である。そこで、本実施形態においては、第３の周期のパターンの投影によって導出される位相に基づいて、第２の周期のパターン用情報３０ｂ２において参照すべき位相が８πの範囲の中から選定されるように構成される（詳細は後述）。また、第２の周期のパターンの投影によって導出される位相に基づいて、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１において参照すべき位相が６４πの範囲の中から選定されるように構成される（詳細は後述）。
【００３２】
第１の周期のパターンは、上述のように４個のパターンで構成される場合と、８個のパターンで構成される場合と、がある。このため、本実施形態において、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１には、４個用の情報と８個用の情報とが含まれる。なお、この構成は一例であり、４個のパターンで構成される場合と、８個のパターンで構成される場合との双方において、共通の第１の周期のパターン用情報３０ｂ１が参照される構成であっても良い。なお、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１においては、６４πの位相変化に応じた９６ｍｍのＺ方向の範囲について、位相とＺ方向の位置とが対応づけられているが、検査対象が２πの位相変化分の特定の範囲、例えば、０〜３ｍｍの範囲に存在することが判明している場合、０〜２πの位相に対応するＺ方向の位置が検査対象の位置であると特定することができる。このため、検査対象が特定の範囲に存在する場合には、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１を単独で参照し、位相からＺ方向の位置を特定することができる。この関係は、第２の周期のパターン用情報３０ｂ２、第３の周期のパターン用情報３０ｂ３においても同様である。例えば、検査対象が０〜２４ｍｍの範囲に存在することが判明していれば、第２の周期のパターン用情報３０ｂ２を単独で参照し、Ｚ方向の位置を特定することができる。また、検査対象が０〜９６ｍｍの範囲に存在することが判明していれば、第３の周期のパターン用情報３０ｂ３を単独で参照し、Ｚ方向の位置を特定することができる。
【００３３】
座標−水平位置情報３０ｃは、撮像素子の座標と、水平位置と、を一対一に対応づけた情報である。テレセントリック光学系を利用した本実施形態においては、視野内に含まれる水平方向の任意の位置と、当該位置が撮影される撮像素子の座標と、が一対一に対応する。例えば、図３Ａに示すように、水平方向の位置（Ｘ0，Ｙ0）と、当該位置（Ｘ0，Ｙ0）が撮影される撮像素子の座標（ｍ0，ｎ0）と、は一対一に対応している。また、図３Ｂにおいては、水平位置が同一で、Ｚ方向の位置が異なる３カ所の位置Ｐ2（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ0），位置Ｐ3（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ1），位置Ｐ4（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）が示されているが、これらの位置が撮影部７０の撮像素子７０ａに撮影される際の光路は、実線の矢印で示す光路になる。従って、いずれの位置Ｐ2，位置Ｐ3，位置Ｐ4も、撮像素子において同一の座標（ｍ1，ｎ1）において撮影される。
【００３４】
このように、本実施形態において、任意の水平位置が撮影される撮像素子上の座標は、Ｚ方向の位置に依存しない。そこで、本実施形態においては、予め撮像素子の座標と、水平位置と、が一対一に対応づけられ、座標−水平位置情報３０ｃとして記憶部３０に記憶されている。なお、座標−水平位置情報３０ｃは、各種の手法で定義されて良く、例えば、予めキャリブレーションによって特定される構成等を採用可能である。キャリブレーションは、例えば、格子点など、２次元的に分布するパターンが投影部６０によって水平方向に平行な平板に投影され、撮影部７０で撮影され、撮影された画像のいずれの座標に、パターンのどの部分が該当するのか特定する処理等によって実施可能である。
【００３５】
以上のように、任意の水平位置が撮影される撮像素子上の座標は、Ｚ方向の位置に依存しないが、この関係は、撮影部７０においてテレセントリック光学系が採用されていることによって実現される。すなわち、撮影部７０において非テレセントリック光学系が採用されていると、撮影部７０の撮像素子に入射する光の光路がＺ方向に対して傾斜した状態になり得る。このため、異なる水平位置からの光が撮像素子の同一の座標で検出され得る。この場合、従来技術のように、Ｚ方向の位置毎に、水平位置と撮像素子の座標とを対応づける必要があり、キャリブレーションの負荷が大きい。しかし、本実施形態においては、撮影部７０においてテレセントリック光学系が採用されているため、簡易な処理によって座標−水平位置情報３０ｃを定義することができる。
【００３６】
座標−水平位置情報３０ｃは、撮像素子の座標と、水平方向の位置と、を一対一に対応づけた情報であれば良く、どのような態様で定義されていても良い。例えば、多項式によって定義されても良いし、代表的な位相とＺ方向の位置とを対応づけたテーブルによって定義されても良く、種々の構成を採用可能である。
【００３７】
表示装置４０は、制御部２０の制御の下で各種画像を表示するディスプレイである。入力装置５０は、ユーザの操作を受け付ける装置であり、マウスやキーボードやタッチパネル等であってもよい。ユーザは、入力装置５０を操作し、基板検査の開始指示などの各種の入力を行うことができる。
【００３８】
次に、基板検査プログラム２１のソフトウェア構成について説明する。基板検査プログラム２１は、撮影領域取得部２１ａと、高さ取得部２１ｂと、水平位置取得部２１ｃと、基板検査部と、基板検査部２１ｄとを含む。撮影領域取得部２１ａは、基板情報３０ａに基づいて、基板ＰＢ上の検査対象を撮影するための撮影領域を取得する機能を制御部２０に実行させる。
【００３９】
制御部２０は、撮影領域取得部２１ａの機能により、基板情報３０ａに基づいて、検査対象の部品を特定する。また、制御部２０は、撮影領域取得部２１ａの機能により、検査対象を撮影するための撮影領域を特定する。本実施形態においては、基板ＰＢ上の全ての部位を網羅して撮影できるように、既定の順序で撮影領域が切り替えられていく。図４Ａは、基板ＰＢ上に設定される撮影領域と撮影順序の例を示す図である。この例においては、基板ＰＢ上の平面が１２個の撮影領域に分割され、分割された各撮影領域に撮影順序を示す数値が記入されている。すなわち、この例においては、左上の撮影領域から撮影が開始され、以後、撮影領域が下、下、右、上、上のように移動していき、最後に右上の撮影領域が撮影領域となる。むろん、この構成は一例であり、撮影順序は異なっていても良いし、検査対象が含まれない領域が存在するならば、その領域の撮影はスキップされて良い。撮影領域の分割態様、撮影領域の大きさ、形状等も限定されない。
【００４０】
高さ取得部２１ｂは、位相シフト法に基づいて、検査対象のＺ方向の位置を取得する機能を制御部２０に実行させる。具体的には、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、未撮影の撮影領域が撮影部７０の視野内に含まれるように、移動ステージ８０に制御指示を出力する。この結果、移動ステージ８０は、当該未撮影の撮影領域が撮影される位置となるように、基板ＰＢを水平方向に移動させる。なお、この際、基板ＰＢのＺ方向の位置は、既定の位置（本実施形態においてはＺ方向の移動範囲の最も下端側の位置等）となるように設定される。
【００４１】
また、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、検査対象に応じて測定パターンを選択し、投影部６０に測定パターンを投影させる。なお、本実施形態において、測定パターンは、少なくとも１つの周期の、位相が異なる複数のパターンを含むが、異なる周期の複数のパターンが含まれる場合もある。このため、測定パターンの選択には、パターンの周期の選択（第１、第２、第３の周期のパターンの選択）と、パターン数の選択（４個、８個のパターンのいずれかの選択）と、が含まれる。
【００４２】
図４Ｂは、測定パターンの例を示す図である。左端に示された番号は測定パターンのそれぞれを区別するための番号であり、図４Ｂにおいては９個の測定パターンが示されている。投影されるパターンは、各番号の測定パターンで投影されるパターンを示している。例えば、番号１の測定パターンが投影される場合、第１の周期のパターンと第２の周期のパターンとが投影される。また、８投影は、第１の周期のパターンであって、位相が異なる８個のパターンが投影されることで、８回の投影が行われることを示している。４投影は、第２の周期のパターンであって、位相が異なる４個のパターンが投影されることで、８回の投影が行われることを示している。
【００４３】
投影回数は、投影が行われる回数の総計であり、番号１の測定パターンであれば８投影＋４投影で合計１２回である。所要時間は、投影部６０において投影回数分の投影が行われるために必要な時間を示している。図４Ｂに示す例では投影部６０における投影と撮影部７０における撮影とが同期し、１／６０秒で１回の投影および撮影が行われる構成が想定されている。従って、番号１の測定パターンのように、１２回の投影を行うのであれば、所要時間は２００ｍｓ（＝１２×１／６０）である。
【００４４】
精度は、測定パターンの投影による測定で、Ｚ方向において区別可能な距離の最小値である。精度は、投影されるパターンの周期が小さいほど小さく、同一の周期のパターンであれば投影回数が多いほど小さい。従って、測定パターンにおいて複数の周期のパターンが投影される場合、最小の周期に対応した精度が測定パターンの精度となる。第１の周期のパターンを８回投影した場合に得られる精度は１０μｍ、第１の周期のパターンを４回投影した場合に得られる精度は１５μｍ、第２の周期のパターンを４回投影した場合に得られる精度は１２０μｍ、第３の周期のパターンを４回投影した場合に得られる精度は４８０μｍである。従って、番号１の測定パターンとして得られる精度は１０μｍである。なお、同一の周期のパターンであれば投影回数が多いほど小さいため、例えば、番号５，６を比較すると、番号５の方が、精度が小さく（高精度に）なっている。
【００４５】
測定範囲は、１周期分（２π）の位相変化で測定可能なＺ方向の範囲である。測定範囲は、投影されるパターンの周期が大きいほど広い。従って、測定パターンにおいて複数の周期のパターンが投影される場合、最大の周期に対応した測定範囲が測定パターンの測定範囲となる。本実施形態において、第１の周期のパターンの測定範囲は３ｍｍ、第２の周期のパターンの測定範囲は２４ｍｍ、第３の周期のパターンの測定範囲は９６ｍｍである。従って、番号１の測定パターンとして得られる測定範囲は２４ｍｍである。
【００４６】
制御部２０は、検査対象に応じて測定パターンを選択できればよい。選択は、種々の態様で実施されてよいが、本実施形態においては、検査に要求される精度を満たし、検査対象のＺ方向の長さを含む測定範囲を有する測定パターンの中から、最も所要時間が短い測定パターンが選択される。具体的には、制御部２０は、基板情報３０ａに基づいて、撮影領域内の検査対象の中から、検査に要求される精度の値が最も小さい（要求が最も厳しい）検査対象と、検査対象におけるＺ方向の長さが最も長い検査対象とを抽出する。
【００４７】
そして、制御部２０は、当該最も小さい要求精度が得られる測定パターンを選択する。また、制御部２０は、Ｚ方向の長さが最も長い検査対象を含む範囲を測定範囲とする測定パターンの中から、測定範囲が最も小さい測定パターンを選択する（具体例は後述）。このようにして選択され得る測定パターンが一つの場合、制御部２０は、当該測定パターンを、その撮影領域における測定パターンとして決定する。選択され得る測定パターンが複数である場合、制御部２０は、その中から最も所要時間が短い測定パターンを選択する（具体例は後述）。
【００４８】
撮影領域における測定パターンが選択された場合、選択された測定パターンが投影対象となる。制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、投影対象の測定パターンに含まれるパターンを投影部６０に投影させる。単一の周期のパターンが含まれる測定パターン（図４Ｂにおける番号５，６，８，９）の場合、制御部２０は、投影部６０を制御し、測定パターンに含まれる同一の周期の複数のパターンを順番に投影させる。
【００４９】
複数の周期のパターンが含まれる測定パターン（図４における番号１，２，３，４，７）の場合、制御部２０は、投影部６０を制御し、各周期のパターンのそれぞれについて複数のパターンを順番に投影させる。例えば、番号１であれば、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、第１の周期のパターンに含まれる８個のパターンを順番に投影し、第２の周期のパターンに含まれる４個のパターンを順番に投影する。この結果、撮影領域内の検査対象に各パターンが投影される。
【００５０】
測定パターンが投影されると、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、撮影部７０を制御し、撮影領域の画像を撮影する。この結果、撮影部７０は、測定パターンに含まれるパターンのそれぞれが、検査対象に投影された状態の画像を出力する。制御部２０は、これらの画像を取得し、図示しないＲＡＭ等のメモリに記憶させる。各パターンの画像が取得されると、制御部２０は、相対的に大きい周期のパターンの投影結果を示す画像に基づいて検査対象のＺ方向の位置が属する範囲を限定し、当該範囲内のＺ方向の位置を相対的に小さい周期のパターンの投影結果を示す画像に基づいて取得する。
【００５１】
例えば、番号１の測定パターンの場合、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、第１の周期のパターンの投影結果を示す画像に基づいて、撮影部７０の撮像素子の座標毎に、位相を導出する。相対的に小さい周期のパターンによって得られた当該位相をＺ位置決定用の測定位相と呼ぶ。また、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、第２の周期のパターンの投影結果を示す画像に基づいて、撮影部７０の撮像素子の座標毎に、位相を導出する。相対的に大きい周期のパターンによって得られた当該位相を位相決定用の測定位相と呼ぶ。そして、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、Ｚ位置決定用の測定位相および位相決定用の測定位相に基づいて、Ｚ位置決定用のパターンについて定義された位相−Ｚ位置情報３０ｂにおいて参照すべき位相の値を特定し、当該位相の値に基づいてＺ方向の位置を取得する。以上の結果、撮像素子の座標毎に、各撮像素子に写っている検査対象のＺ方向の位置を取得することができる。なお、以上の処理の詳細は後述する。
【００５２】
水平位置取得部２１ｃは、撮影部７０の撮像素子の各座標に撮影された検査対象のＸ方向およびＹ方向の位置を取得する機能を制御部２０に実行させる。すなわち、制御部２０は、水平位置取得部２１ｃの機能により、座標−水平位置情報３０ｃを参照し、撮像素子の各座標に対応したＸ方向の位置およびＹ方向の位置を取得し、検査対象の水平位置として取得する。上述のように、座標−水平位置情報３０ｃは、Ｚ方向の位置に依存せずに、撮像素子の各座標に対応した水平位置を対応づけることができる。従って、本実施形態においては、Ｚ方向の位置によらずに検査対象の水平位置を特定することができ、容易に、水平位置を特定することができる。
【００５３】
基板検査部２１ｄは、検査対象の検査を行う機能を制御部２０に実行させる。すなわち、制御部２０は、基板検査部２１ｄの機能により、撮像素子の座標毎に特定された高さおよび水平位置に基づいて、検査対象の三次元形状を特定する。三次元形状は、検査対象の検査に必要な特徴量であれば良く、例えば、半田や部品の形状が、基板情報３０ａに規定された形状であるか否かを、高さ、大きさ、断面積、曲率等で特定する場合、これらの量が特定されれば良い。
【００５４】
検査対象の三次元形状が特定されると、制御部２０は、基板検査部２１ｄの機能により、各検査対象について検査を行う。検査結果が得られると、制御部２０は、表示装置４０に対して、検査対象を示す識別情報と、検査結果とを対応づけて表示させる。検査項目や、検査に必要な特徴量は、公知の技術を流用することができる。
【００５５】
（２）キャリブレーション処理：
図５は、キャリブレーション処理のフローチャートである。キャリブレーション処理は、基板検査装置１０による検査が行われる際に、予め実施される。本実施形態において、キャリブレーション処理は、キャリブレーション用に予め用意された平板が移動ステージ８０にセットされた状態で実施される。平板は、平面を有し、当該平面にパターンが投影された場合に、その強度を取得できる板状の部材である。従って、平面の色は限定されないが、例えば、白色の平面が好ましい。本実施形態においては、移動ステージ８０によってＺ方向に基板を移動させることが可能な範囲が決められている。平板が移動ステージ８０にセットされた状態で移動ステージ８０が平板をＺ方向に移動させると、パターンが投影される平面は、Ｚ方向における基板の実装面の測定可能範囲に渡って移動する。すなわち、Ｚ方向の位置の最下端Ｚminから最上端Ｚmaxまで平板の平面が移動する。なお、本実施形態において、ＺminをＺ方向における０ｍｍの位置とし、ＺmaxをＺ方向における９６ｍｍの位置とする。
【００５６】
キャリブレーション処理が開始されると、制御部２０は、平板が撮影領域に配置される（ステップＳ１００）。すなわち、制御部２０は、移動ステージ８０を制御し、移動ステージ８０にセットされた平板の平面が撮影部７０で撮影されるような水平位置に平板を移動させる。
【００５７】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、Ｚ方向の位置を設定する（ステップＳ１０５）。すなわち、制御部２０は、移動ステージ８０を制御し、平板の平面がＺ方向の既定の位置となるように制御する。本実施形態において、ステップＳ１０５〜Ｓ１３５はループ処理になっており、制御部２０は、当該ループ処理によってＺ方向の位置の最下端Ｚminから最上端Ｚmaxまで既定ステップ単位で移動させ、各ステップにおいてステップＳ１１０以降の処理を行う。このため、ステップＳ１０５が最初に実行される際、制御部２０は、平板の平面が最下端Ｚminとなるように移動ステージ８０を制御する。以後、ループ処理の過程で、ステップＳ１０５が実行される度に、制御部２０は、移動ステージ８０を制御し、平板の平面を１ステップ分上方に移動させる。
【００５８】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、パターンの撮影を行う。パターンの撮影は、ステップＳ１０７〜Ｓ１３２のループ処理をパターンの周期のそれぞれについて繰り返すことによって行う。具体的には、制御部２０は、測定対象となる周期（本例の場合、第１，第２，第３の周期）の中で、未撮影の周期の一つを測定対象の周期として決定する（ステップＳ１０７）。
【００５９】
次に制御部２０は、測定対象の周期のパターンを平板に投影させる（ステップＳ１１０）。すなわち、制御部２０は、投影部６０を制御し、測定対象の周期のパターンの中の一つを平板に投影させる。例えば、測定対象の周期が第１の周期であり、４個のパターンによって第１の周期のパターンが構成される場合、制御部２０は、その中から未撮影のパターンを選択し、平板に投影させる。
【００６０】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、撮影を行う（ステップＳ１１５）。すなわち、制御部２０は、撮影部７０を制御し、ステップＳ１１０でパターンが投影された状態の平板の画像を撮影させる。撮影が行われると、撮影部７０は、撮影された画像を示す画像データを出力するので、制御部２０は、当該画像データを取得し、ＲＡＭ等の図示しないメモリに記憶させる。
【００６１】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、測定対象の周期の全パターンの撮影が終了したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。すなわち、各周期のパターンは複数個のパターンを含むため、測定対象の周期のパターンを構成する複数のパターンの中で、ステップＳ１１０で投影されていないパターンが存在しない場合に、制御部２０は、全パターンの撮影が終了したと判定する。ステップＳ１２０において、測定対象の周期の全パターンの撮影が終了したと判定されない場合、制御部２０は、ステップＳ１１０の処理を実行し、未撮影のパターンの投影および撮影を行う。
【００６２】
なお、本実施形態において、第１の周期のパターンは、４個または８個のパターンによって構成されるが、４個のパターンの全ては８個のパターンに含まれる。従って、第１の周期のパターンについては、８個のパターンの撮影を行い、４個のパターンについてのキャリブレーションにおいては、これらの８個のパターンについて撮影された画像の一部を流用しても良い。
【００６３】
ステップＳ１２０において、測定対象の周期の全パターンの撮影が終了したと判定された場合、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、位相を取得する（ステップＳ１２５）。すなわち、制御部２０は、ステップＳ１１５で撮影された座標毎に、位相シフト法によって位相を取得する。位相シフト法には、複数の種類の手法が存在するため、いずれの種類が用いられても良い。本例においては、フーリエ変換位相シフト法に基づいて位相が取得される。フーリエ変換位相シフト法において制御部２０は、撮像素子の各座標で撮影された４個または８個の強度の変化が正弦波状になるとみなし、当該強度の変化をフーリエ変換によって複数の正弦波成分に分解する。そして、制御部２０は、フーリエ変換後の成分の中から一次成分を抽出し、例えば、以下の式（２）で得られた値をｔａｎの逆関数によって変換することにより、座標毎の位相を取得する。
【数２】
0003235326.tif 000004
なお、式（２）において、Ｆ（１）は、フーリエ変換後の一次成分であり、Ｉｍは実部、Ｒｅは虚部を示している。
【００６４】
以上の式（２）を導出する際、複数個の強度の変化が正弦波状になると見なし、フーリエ変換しているため、基になる強度のサンプル数が多いほど精度は高くなる。同一の周期のパターンの個数が異なり得る場合、キャリブレーション結果は流用されても良いし、個別にキャリブレーション処理が行われてもよい。例えば、本例では第１の周期のパターンが４個または８個のパターンで構成されるため、８個のパターンに基づいて取得された位相φの値が、４個のパターンについてのキャリブレーションで流用されても良いし、４個のパターンは８個のパターンと別にキャリブレーションされても良い。
【００６５】
位相シフト法は、フーリエ変換位相シフト法に限定されない。例えば、具体的には、投影回数が４回のパターンについては、以下の式（３）が用いられてもよい。
【数３】
0003235326.tif 000005
【００６６】
具体的には、画像データは、撮像素子の座標毎の光の強度を示しており、α＝０，π／２，π，３π／２である４個のパターンのそれぞれを投影した場合にある座標において得られる強度がＩ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3である。制御部２０は、ステップＳ１１５で撮影された画像の撮像素子の座標毎に、光の強度を取得し、式（３）で得られた値をｔａｎの逆関数によって変換することにより、座標毎の位相を取得する。位相ソフト法による位相の導出は、式（２）、式（３）による導出に限定されず、例えば、積分型位相シフト法等が利用されても良い。なお、位相φと位相φ＋２Ｎπ（Ｎは自然数）は、等価であるため、本実施形態において制御部２０は、ステップＳ１２５において−πからπの範囲で位相φを取得する。
【００６７】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、位相とＺ方向の位置とを対応づけて記憶させる（ステップＳ１３０）。すなわち、制御部２０は、ステップＳ１２５で取得された、撮像素子の座標毎の位相と、ステップＳ１０５で設定されたＺ方向の位置とを対応づける情報を生成し、測定対象の周期と対応づけてＲＡＭ等の図示しないメモリに記憶させる。以上の処理により、測定対象の周期のパターンを、あるＺ方向の位置の対象に投影した場合に得られる位相が定義された状態になる。
【００６８】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、全周期のパターンについて撮影が終了したか否かを判定する（ステップＳ１３２）。すなわち、制御部２０は、予め決められた周期の全て（本例であれば、第１，第２，第３の周期）について、位相とＺ方向の位置との対応関係を記憶したか否か判定する。ステップＳ１３２において、全周期のパターンについて撮影が終了したと判定されない場合、制御部２０は、ステップＳ１０７以降の処理を繰り返す。
【００６９】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、Ｚ方向の全範囲の測定が終了したか否かを判定する（ステップＳ１３５）。すなわち、制御部２０は、現在のＺ方向の位置が最上端Ｚmaxである場合に、Ｚ方向の全範囲の測定が終了したと判定する。ステップＳ１３５において、Ｚ方向の全範囲の測定が終了したと判定されない場合、制御部２０は、ステップＳ１０５以降の処理を繰り返す。
【００７０】
ステップＳ１３５において、Ｚ方向の全範囲の測定が終了したと判定された場合、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、位相−Ｚ位置情報３０ｂを記憶部３０に記憶させる。（ステップＳ１４０）。本実施形態においては、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１および第２の周期のパターン用情報３０ｂ２で、Ｚ方向の位置と対応づけられる位相の範囲は２πより広い。このため、制御部２０は、位相の範囲を調整する処理を行う。具体的には、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１を定義する際に制御部２０は、位相を０〜６４πの範囲の位相に変換し、Ｚmin〜Ｚmaxの範囲の一部である０〜９６ｍｍ範囲について、Ｚ方向の位置と一対一に対応づける。
【００７１】
図６Ａは、ステップＳ１０５〜Ｓ１３５のループ処理が終了した段階で、第１の周期のパターンについて図示しないメモリに記憶されている位相φとＺ方向の位置（高さ）との関係を模式的に例示した図である。なお、位相φ（ｍ，ｎ）という表記は、撮像素子のある座標（ｍ，ｎ）における位相であることを示している。図６Ａに示す例において、Ｚ方向の位置が最下端Ｚminである場合に、ある座標（ｍ，ｎ）にて導出される位相は位相φ0である。当該位相φ0を初期位相と呼ぶ。
【００７２】
ステップＳ１０５〜Ｓ１３５の処理が繰り返されると、Ｚ方向の位置がＺminからＺmaxに向けて変化していく。図６Ａにおいては、この過程でのＺ方向の位置に応じた位相の変化をＺmin〜９６ｍｍの範囲について一部省略して示している。この処理の過程において、ステップＳ１２５で導出される位相φは、初期位相φ0からπに向けて変化し、位相πに対応したＺ方向の位置を過ぎると、位相は−πとなり、再び徐々に上昇する。この後、Ｚ位置の変化に応じて位相φは−πからπへの変化を繰り返す。このため、一つの位相、例えば、位相φ1に対して、Ｚ方向の複数の位置が対応する。
【００７３】
そこで、本実施形態においては、一つの位相に対して、Ｚ方向の位置が一つ対応するように、位相とＺ方向の位置との関係を修正する。修正は、図６Ａに示す関係を位相軸方向にシフトさせることによって実現される。まず、制御部２０は、初期位相φ0〜πまでの位相はシフトさせず、位相が初めてπを超えた後、Ｍ個目（Ｍは１以上の整数）の２π分の位相を２πＭだけ上方にシフトさせる。例えば、図６Ａにおいては、１個目の２π分の位相をＰｈ1，２個目の２π分の位相をＰｈ2として例示しており、これらの例であれば、Ｐｈ1は２π、Ｐｈ2は４πだけ上方にシフトされる。
【００７４】
図６Ｂにおいては、図６Ａに示す位相がこのようにしてシフトされた後の関係を一点鎖線によって一部省略しつつ示している。本実施形態において、制御部２０は、さらに、Ｚ方向の位置の下端Ｚminに対応する位相φが０になるように（初期位相φ0と位相０との差分を解消するように）位相をシフトさせる。このシフトが行われれた後の位相は、元の位相φ−初期位相φ0と表現される。図６Ａに示す例において、初期位相φ0は負の値であるため、図６Ａに示す位相の関係であれば、上方にシフトされる。
【００７５】
以上のようなシフトが行われると、図６Ｂにおいて実線で示すような位相φとＺ方向の位置との関係が得られる。この関係は、上述のように、０〜６４πの範囲の位相とＺmin〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置とを一対一に対応づけた関係である。ステップＳ１４０において制御部２０は、当該関係を第１の周期のパターン用情報３０ｂ１として記憶部３０に記憶させる。なお、上述のように、第１の周期のパターンは、４個のパターンで構成される場合と、８個のパターンで構成される場合とが存在する。そこで、制御部２０は、４個のパターンに基づいて測定された位相に基づいて、上述の処理を行って、４個用の第１の周期のパターン用情報３０ｂ１を生成し、記憶部３０に記憶させる。また、制御部２０は、８個のパターンに基づいて測定された位相に基づいて、上述の処理を行って、８個用の第１の周期のパターン用情報３０ｂ１を生成し、記憶部３０に記憶させる。
【００７６】
第２の周期のパターン用情報３０ｂ２を定義する際に制御部２０は、位相を０〜８πの範囲の位相に変換し、Ｚmin〜Ｚmaxの範囲の全部である０〜９６ｍｍ範囲について、Ｚ方向の位置と一対一に対応づける。図７Ａは、ステップＳ１０５〜Ｓ１３５のループ処理が終了した段階で、第２の周期のパターンについて図示しないメモリに記憶されている位相Φ2とＺ方向の位置（高さ）との関係を模式的に例示した図である。なお、位相Φ2（ｍ，ｎ）という表記は、撮像素子のある座標（ｍ，ｎ）における位相であることを示している。図７Ａに示す例において、Ｚ方向の位置が最下端Ｚminである場合に、ある座標（ｍ，ｎ）にて導出される位相は位相Φ20である。当該位相Φ20を初期位相と呼ぶ。
【００７７】
位相Φ2（ｍ，ｎ）においても、一つの位相に対して、Ｚ方向の複数の位置が対応するため、図７Ａに示す関係が位相軸方向にシフトされる。具体的には、制御部２０は、初期位相Φ20〜πまでの位相はシフトさせず、位相が初めてπを超えた後、Ｍ個目（Ｍは１以上の整数）の２π分の位相を２πＭだけ上方にシフトさせる。図７Ｂにおいては、図７Ａに示す位相がこのようにしてシフトされた後の関係を一点鎖線で示している。本実施形態において、制御部２０は、さらに、Ｚ方向の位置の下端Ｚminに対応する位相Φ2が０になるように（初期位相Φ20と位相０との差分を解消するように）位相をシフトさせる。以上のようなシフトが行われると、図７Ｂにおいて実線で示すような位相Φ2とＺ方向の位置との関係が得られる。この関係は、上述のように、０〜８πの範囲の位相とＺmin〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置とを一対一に対応づけた関係である。ステップＳ１４０において制御部２０は、当該関係を第２の周期のパターン用情報３０ｂ２として記憶部３０に記憶させる。
【００７８】
第３の周期のパターン用情報３０ｂ３を定義する際に制御部２０は、０〜２πの範囲の位相を、Ｚmin〜Ｚmaxの範囲の全部である０〜９６ｍｍ範囲のＺ方向の位置と一対一に対応づける。図７Ｃは、ステップＳ１０５〜Ｓ１３５のループ処理が終了した段階で、第３の周期のパターンについて図示しないメモリに記憶されている位相Φ3とＺ方向の位置（高さ）との関係を実線によって模式的に例示した図である。なお、位相Φ3（ｍ，ｎ）という表記は、撮像素子のある座標（ｍ，ｎ）における位相であることを示している。図７Ａに示す例において、Ｚ方向の位置が最下端Ｚminである場合に、ある座標（ｍ，ｎ）にて導出される位相は位相Φ30である。当該位相Φ30を初期位相と呼ぶ。
【００７９】
位相Φ3（ｍ，ｎ）においても、一つの位相に対して、Ｚ方向の複数の位置が対応するため、位相軸方向へのシフトが行われる。具体的には、制御部２０は、初期位相Φ30〜πまでの位相はシフトさせず、位相が初めてπを超えた後の位相を２πＭだけ上方にシフトさせる。制御部２０は、さらに、Ｚ方向の位置の下端Ｚminに対応する位相Φ3が０になるように（初期位相Φ30と位相０との差分を解消するように）位相をシフトさせる。以上のようなシフトが行われると、図７Ｃにおいて一点鎖線で示すような位相Φ3とＺ方向の位置との関係が得られる。この関係は、上述のように、０〜２πの範囲の位相と０〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置とを一対一に対応づけた関係である。ステップＳ１４０において制御部２０は、当該関係を第３の周期のパターン用情報３０ｂ３として記憶部３０に記憶させる。
【００８０】
（３）検査処理：
次に、検査処理を説明する。図８は検査処理を示すフローチャートである。検査処理は、位相−Ｚ位置情報３０ｂおよび座標−水平位置情報３０ｃが記憶部３０に記憶された状態で実行される。検査処理が行われる場合、検査対象が実装された基板ＰＢが移動ステージ８０にセットされ、当該基板ＰＢの基板情報３０ａが基板ＰＢに記憶される。本実施形態においては、検査が行われる際、移動ステージ８０は、基板ＰＢの実装面をＺminにセットし、Ｚ方向に基板ＰＢを移動させない。なお、基板ＰＢの実装面をセットする位置は、Ｚmax〜Ｚminの間の任意の位置であっても良い。任意の位置にセットし、特定の周期のパターンを単独で用いて測定を行う場合、セットされた位置に応じた位相−Ｚ位置情報３０ｂが予め用意され、Ｚ位置の特定の際に参照されてもよい。
【００８１】
検査処理が開始されると、制御部２０は、撮影領域取得部２１ａの機能により、撮影対象の撮影領域を特定する（ステップＳ２００）。すなわち、制御部２０は、未撮影の撮影領域の中で図４Ａに示す撮影順が最も早い順序の撮影領域を撮影対象として選択する。
【００８２】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、撮影対象の撮影領域を撮影可能な水平位置に基板を移動させる（ステップＳ２１０）。すなわち、制御部２０は、移動ステージ８０に対して制御信号を出力し、ステップＳ２００で選択された撮影領域を撮影する位置になるように、基板ＰＢを水平方向に移動させる。
【００８３】
次に、制御部２０は、検査対象に応じた測定パターンを選択する（ステップＳ２１２）。すなわち、制御部２０は、検査対象の検査に要求される精度と、検査対象のＺ方向の長さを測定可能な測定範囲と、を充足可能な測定パターンであって、所要時間が最短の測定パターンを選択する。
【００８４】
ここでは、図４Ａに示す１２個の撮影領域のうち、３番目、５番目、７番目以外の撮影領域において、検査対象に要求される精度が１０μｍであり、検査対象のＺ方向の長さが３ｍｍより大きく２４ｍｍより小さいことが想定されている。この場合、制御部２０は、３番目、５番目、７番目以外の撮影領域における測定パターンとして、番号１の測定パターンを選択する。
【００８５】
一方、図４Ａに示す１２個の撮影領域のうち、３番目の撮影領域においては、要求される精度が４８０μｍであり、Ｚ方向の長さが７０ｍｍである検査対象が存在することが想定されている。このような例は、例えば、検査対象が、基板回路と非接続であり、基板上に強固に接着していることも必要ではない部品である例が想定される。また、５番目の撮影領域においては、要求される精度が１２０μｍであり、Ｚ方向の長さが５０ｍｍである検査対象が存在することが想定されている。このような例は、例えば、検査対象が、基板に対してねじ込み式で実装される部品であり、ねじ込み量が規定通りであるか検査される部品である例が想定される。さらに、７番目の撮影領域においては、当該撮影領域に含まれる全ての検査対象のＺ方向の長さが３ｍｍより小さく、要求される精度が１０μｍであることが想定されている。このような例は、例えば、検査対象が高さ１ｍｍ程度の表面実装部品であり、はんだ付け部が検査される例が想定される。
【００８６】
撮影領域についての測定パターンを選択する際、制御部２０は、基板情報３０ａに基づいて、当該撮影領域に含まれる検査対象の検査に要求される精度と、検査対象のＺ方向の長さを特定する。そして、制御部２０は、当該精度およびＺ方向の長さに基づいて、精度と測定範囲が充分である測定パターンを選択する。精度と測定範囲が充分である測定パターンが複数個存在する場合、制御部２０は、所要時間が最小になる測定パターンを選択する。
【００８７】
具体的には、３番目の撮影領域においては、要求される精度が４８０μｍであり、検査対象のＺ方向の長さは７０ｍｍである。精度は、値が小さい方が高分解能であるため、図４Ｂに示す測定パターンの全ては、４８０μｍの要求精度を満たす。一方、測定範囲が７０ｍｍより小さい測定パターンでは、７０ｍｍの高さがある検査対象を検査できない。従って、制御部２０は、精度が４８０μｍ以下であり、測定範囲が７０ｍｍより大きい９６ｍｍの測定パターンを選択するが、このような測定パターンは複数個存在する（番号２，４，７，９）。そこで、制御部２０は、複数個の測定パターンの中から、最も所要時間が短い測定パターンを選択する。すなわち、制御部２０は、図４Ｂにおける番号９の測定パターンを選択する。なお、測定範囲が同一である場合、精度の値が大きい（精度が低い）ほど所要時間が短くなる。従って、所要時間が短い測定パターンが選択されることと、要求精度を満たす中で最も精度が低い測定パターンが選択されることとは等価である。
【００８８】
５番目の撮影領域においては、要求される精度が１２０μｍであり、検査対象のＺ方向の長さが５０ｍｍである。要求される精度が１２０μｍである場合、１２０μｍ以下の精度を有する測定パターンであれば、検査対象の要求精度を満たす。検査対象の高さが５０ｍｍである場合、９６ｍｍの測定範囲を有する測定パターンであれば、測定範囲の要求を満たす。図４Ｂに示す例において、このような要求を満たす測定パターンは複数個存在する（番号２，４，７）。そこで、制御部２０は、複数個の測定パターンの中から、最も所要時間が短い測定パターンを選択する。すなわち、制御部２０は、図４Ｂにおける番号７の測定パターンを選択する。
【００８９】
７番目の撮影領域においては、要求される精度が１０μｍであり、検査対象のＺ方向の長さが３ｍｍより小さい。測定範囲が検査対象のＺ方向の長さより大きければ、測定範囲の要求は満たされるため、図４Ｂに示す測定パターンの全ては、Ｚ方向の長さが３ｍｍより小さい検査対象を測定可能である。一方、要求される精度が１０μｍである場合、これより大きい精度の測定パターンでは、要求精度を満たさない。従って、制御部２０は、精度が１０μｍである測定パターンを選択するが、このような測定パターンは複数個存在する（番号１，２，５）。そこで、制御部２０は、複数個の測定パターンの中から、最も所要時間が短い測定パターンを選択する。すなわち、制御部２０は、図４Ｂにおける番号５の測定パターンを選択する。なお、精度が同一である場合、測定範囲（測定可能なＺ方向の範囲）が小さいほど所要時間が短くなる。従って、最も所要時間が短い測定パターンが選択されることと、測定可能なＺ方向の範囲が最も小さい測定パターンが選択されることとは、等価である。
【００９０】
以上のように、本実施形態においては、検査対象の検査に要求される精度、検査対象のＺ方向の長さ等に基づいて、測定パターンが選択される。測定パターンは、図４Ｂに示すように、周期が異なるパターン、同一周期のパターンの投影回数によって構成される。このため、本実施形態によれば、検査対象に要求される精度やＺ方向の長さに応じて測定パターンが選択されることによって、投影されるパターンの周期や投影回数が選択されていることになる。
【００９１】
例えば、要求される精度に応じて測定パターンが選択されることにより、実質的にパターンの周期が選択されると考えることが可能である。より具体的に、図４Ｂ示す番号６，番号８を例にして説明すると、番号６，番号８の精度は、それぞれ１５μｍ，１２０μｍである。従って、要求される精度が１５μｍ〜１２０μｍの検査対象を検査するための撮影領域においては番号６が選択され得る。一方、要求される精度が１２０μｍより大きい検査対象を検査するための撮影領域においては番号８が選択され得る。これらの番号において、番号６の測定パターンを構成するパターンの周期は、番号８の測定パターンを構成するパターンの周期より小さい。このような関係は、他の番号の測定パターンでも同様である。従って、第１の検査対象よりも検査に要求される精度が高い第２の検査対象に対して、第１の検査対象に投影される測定パターンよりも縞模様の周期が小さいパターンを含む測定パターンが投影部に投影されることになる。以上の構成によれば、検査対象の精度に合わせて測定パターンを変更することが可能である。
【００９２】
さらに、要求される精度に応じて測定パターンが選択されることにより、実質的に投影回数が選択されると考えることが可能である。より具体的に、図４Ｂに示す番号５，番号６を例にして説明すると、番号５，番号６の精度は、それぞれ１０μｍ，１５μｍである。従って、要求される精度が１０μｍ〜１５μｍの検査対象を検査するための撮影領域においては番号５が選択され得る。一方、要求される精度が１５μｍより大きい検査対象を検査するための撮影領域においては番号６が選択され得る。これらの番号において、番号５の測定パターンにおけるパターンの投影回数は、番号６の測定パターンにおけるパターンの投影回数より多い。このような関係は、他の番号の測定パターンでも同様である。従って、第１の検査対象よりも検査に要求される精度が高い第２の検査対象に対して、第１の検査対象に投影される測定パターンよりも同一の周期のパターンの個数が多い測定パターンが投影部に投影されることになる。以上の構成によれば、検査対象の精度に合わせて測定パターンを変更することが可能である。
【００９３】
ステップＳ２１２において測定パターンが選択されると、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、投影部６０に、選択されたパターンを投影させる（ステップＳ２１５）。すなわち、制御部２０は、ステップＳ２１２で選択された測定パターンを構成する複数のパターンから、未投影のパターンを一つ選択し、投影部６０に投影させる。この結果、基板ＰＢ上において立体的な構造を有する検査対象に、選択されたパターンが投影される。パターンが投影されると、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、撮影部７０を制御し、撮影を行う（ステップＳ２２０）。撮影された画像を示す画像データは、ＲＡＭ等の図示しないメモリに記憶される。
【００９４】
次に、制御部２０は、全パターンの撮影が終了したか否か判定する（ステップＳ２２５）。すなわち、ステップＳ２１２で選択された測定パターンは、複数のパターンで構成されるため、制御部２０は、その全てについて撮影が終了したか否か判定する。ステップＳ２２５において、全パターンの撮影が終了したと判定されない場合、制御部２０は、ステップＳ２１５以降の処理を繰り返す。
【００９５】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、複数の周期のパターンの参照が必要であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。すなわち、複数の測定パターンの中には、特定の周期のパターンを単独で用いて測定を行う測定パターンと、複数の周期のパターンを用いて測定を行う測定パターンとが存在する。例えば、図４Ｂに示す番号５，番号６，番号８，番号９の測定パターンは前者であるが、他の番号の測定パターンは後者である。そこで、制御部２０は、ステップＳ２１２で選択された測定パターンが後者である場合、複数の周期のパターンの参照が必要であると判定する。
【００９６】
ステップＳ２３０において、複数の周期のパターンの参照が必要であると判定されない場合、制御部２０は、選択された測定パターン用の位相−Ｚ位置情報３０ｂに基づいてＺ方向の位置を取得する（ステップＳ２３５）。具体的には、制御部２０は、各パターンの投影によって得られた強度に基づいて、フーリエ変換を行い、その中から一次成分を抽出し、式（２）で得られた値をｔａｎの逆関数によって変換することによって、強度に対応した測定位相を取得する。なお、測定位相は、−πからπまでの範囲内の位相値である（以下同様）。そこで、制御部２０は、上述のステップＳ１４０と同様のシフトを行い、−πからπまでの範囲内の位相値を０〜２πまでの範囲内の位相値に変換する。
【００９７】
さらに、制御部２０は、変換後の位相値に基づいて位相−Ｚ位置情報３０ｂを参照し、Ｚ方向の位置を取得する。すなわち、制御部２０は、位相−Ｚ位置情報３０ｂの中から、選択された測定パターン用の情報を取得する。例えば、選択された測定パターンが番号５，番号６，番号８，番号９のそれぞれである場合、８個用の第１の周期のパターン用情報３０ｂ１，４個用の第１の周期のパターン用情報３０ｂ１，第２の周期のパターン用情報３０ｂ２，第３の周期のパターン用情報３０ｂ３のそれぞれを取得する。
【００９８】
さらに、制御部２０は、取得された位相−Ｚ位置情報３０ｂを参照し、測定位相に対応するＺ方向の位置を取得する。すなわち、式（１）の多項式に測定位相を代入して、Ｚ方向の位置を取得する。以上の処理は、撮像素子の座標のそれぞれについて実施される。すなわち、撮像素子の座標のそれぞれについて、撮像素子において撮影された被写体のＺ方向の位置が取得される。
【００９９】
一方、ステップＳ２３０において、複数の周期のパターンの参照が必要であると判定された場合、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、位相決定用パターンとＺ位置決定用パターンとを特定する（ステップＳ２４０）。具体的には、制御部２０は、測定パターンから２種類の周期のパターンを抽出し、大きい方の周期のパターンを位相決定用パターン、小さい方の周期のパターンをＺ位置決定用パターンとみなす。例えば、測定パターンが図４Ｂに示す番号３の測定パターンである場合、第２の周期のパターンが位相決定用パターン、第１の周期のパターンがＺ位置決定用パターンとみなされる。
【０１００】
測定パターンに３種類以上の周期が含まれる場合、制御部２０は、ステップＳ２４０〜Ｓ２６２のループを１回実施する度に２種類の周期のパターンの組合せを選択する。この際、制御部２０は、周期が大きい順に未処理の組合せを選択する。例えば、測定パターンが図４Ｂに示す番号２の測定パターンである場合、第３の周期のパターンが位相決定用パターン、第２の周期のパターンがＺ位置決定用パターンとみなされてステップＳ２４５〜Ｓ２６２の処理が行われる。さらに、この後、第２の周期のパターンが位相決定用パターン、第１の周期のパターンがＺ位置決定用パターンとみなされてステップＳ２４５〜Ｓ２６２の処理が行われる。
【０１０１】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、画素毎にＺ位置決定用の測定位相、位相決定用の測定位相を取得する（ステップＳ２４５）。ここで、測定位相は、−πからπまでの範囲の位相値であり、制御部２０は、上述の式（２）に基づいてＺ位置決定用の測定位相、位相決定用の測定位相を導出する。具体的には、Ｚ位置決定用の測定位相φは、制御部２０が、Ｚ位置決定用パターンの投影によって得られた強度に基づいて、フーリエ変換を行い、その中から一次成分を抽出し、式（２）で得られた値をｔａｎの逆関数によって変換することによって取得される。位相決定用の測定位相Φは、制御部２０が、位相決定用パターンの投影によって得られた強度に基づいて、フーリエ変換を行い、その中から一次成分を抽出し、式（２）で得られた値をｔａｎの逆関数によって変換することによって取得される。
【０１０２】
測定位相が取得されると、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、位相決定用の測定位相をシフトさせ、定数倍する（ステップＳ２５０）。ここで、シフトは、ステップＳ１４０の処理において、−π〜πの範囲の位相値を、０〜２πの範囲の位相値に変換した処理と同様の処理である。すなわち、制御部２０は、２πを単位としたシフトと、各周期のパターンに対応した初期位相と位相０との差分を解消するシフトとを実行する。
【０１０３】
さらに、制御部２０は、シフトによって取得された０〜２πの範囲内の位相決定用の測定位相を定数倍する。本実施形態において、位相決定用パターンの周期は、Ｚ位置決定用パターンの周期よりも大きく、定数倍である。例えば、図２に示すように、本例において第２の周期は第１の周期の８倍であり、第３の周期は第２の周期の４倍である。このように、周期が定数倍であると、測定可能なＺ方向の範囲も定数倍になる。例えば、第２の周期のパターンによって測定可能な範囲である２４ｍｍは、第１の周期のパターンによって測定可能な範囲である３ｍｍの８倍である。第３の周期のパターンによって測定可能な範囲である９６ｍｍは、第２の周期のパターンによって測定可能な範囲である２４ｍｍの４倍である。
【０１０４】
位相−Ｚ位置情報３０ｂにおいては、位相の範囲を０〜２πよりも拡張することにより、当該定数倍の広さのＺ方向の範囲について位相が対応づけられている。例えば、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１においては、位相の範囲が０〜６４πの範囲に対して０〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置が対応づけられている。第２の周期のパターン用情報３０ｂ２においては、位相の範囲が０〜８πの範囲に対して０〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置が対応づけられている。一方、第３の周期のパターン用情報３０ｂ３においては、位相の範囲が０〜２πの範囲に対して０〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置が対応づけられている。そして、第３の周期のパターン用情報３０ｂ３における位相の範囲０〜２πを４倍すれば、第２の周期のパターン用情報３０ｂ２における位相の範囲０〜８πになる。従って、第３の周期のパターンに基づいて特定された位相を定数倍（４倍）すれば、第２の周期のパターン用情報３０ｂ２において参照すべき位相を、０〜８πの中から特定可能である。第２の周期のパターンに基づいて特定された位相を定数倍（８倍）すれば、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１において参照すべき位相を、０〜６４πの中から特定可能である。
【０１０５】
ここで、Ｚ位置決定用パターンが第２の周期のパターン、位相決定用パターンが第３の周期のパターンであり、第３の周期のパターンについて取得された位相が０〜２πの範囲にシフトされた状態を考える。この状態は、例えば、番号７の測定パターンが選択された場合や、番号２，４の測定パターンが選択されてステップＳ２４０〜Ｓ２６２のループ処理が行われた場合におけるループ処理の１回目に生じる。図９は、第３の周期のパターン用情報３０ｂ３と第２の周期のパターン用情報３０ｂ２とを同一のグラフで示した図である。第３の周期のパターン用情報３０ｂ３においては、実線で示されるように、０〜２πの範囲の位相Φ3と０〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置とが対応づけられている。第２の周期のパターン用情報３０ｂ２においては、一点鎖線で示されるように、０〜８π範囲の位相Φ2と０〜９６ｍｍの範囲のＺ方向の位置とが対応づけられている。
【０１０６】
この例において、検査対象のＺ方向の位置が位置Ｚsである場合に第３の周期のパターンによって導出され、シフトされた後の測定位相Φ3sとする。この場合、測定位相Φ3sを４倍すると、位置Ｚsの検査対象を第２の周期のパターンによって測定し、導出した測定位相をシフトした後の測定位相Φ2sに近い値になる。そこで、制御部２０は、位相決定用パターンの周期が、Ｚ位置決定用パターンの周期のＸ倍であるのか特定する。そして、制御部２０は、位相決定用の測定位相をシフトして得られた０〜２πの範囲の位相Φ3に対してＸを乗じることによって定数倍する。
【０１０７】
第２の周期のパターン用情報３０ｂ２と、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１と、の関係も同様である。すなわち、Ｚ位置決定用パターンが第１の周期のパターン、位相決定用パターンが第２の周期のパターンである場合も、同様の考え方を採用することができる。この状態は、例えば、番号１，３の測定パターンが選択された場合や、番号２，４の測定パターンが選択されてステップＳ２４０〜Ｓ２６２のループ処理が行われた場合におけるループ処理の２回目に生じる。
【０１０８】
この場合であっても、第２の周期のパターン用情報３０ｂ２における位相の範囲０〜８πを８倍すれば、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１における位相の範囲０〜６４πになる。従って、第２の周期のパターンに基づいて導出された位相を定数倍（８倍）すれば、第１の周期のパターン用情報３０ｂ１において参照すべき位相を、０〜６４πの中から特定可能である。なお、定数倍される対象となる、第２の周期のパターンに基づいて導出された位相は、ステップＳ２４５において式（２）に基づいて導出された測定位相である場合と、後述するステップＳ２５５でｋに基づいて取得される位相である場合と、があり得る。すなわち、番号１，３の測定パターンが選択された場合におけるステップＳ２５０では、ステップＳ２４５において取得された位相決定用の測定位相がシフトされ、定数倍（８倍）される。一方、ステップＳ２５０がステップＳ２４０〜Ｓ２６２のループ処理の２回目である場合、１回目のループ処理のステップＳ２５５で取得された値が、定数倍（８倍）される。従って、この場合、ステップＳ２５０においてシフトは省略されて良い。
【０１０９】
ステップＳ２４５で取得されたＺ位置決定用の測定位相は、−π〜πの範囲の位相である。従って、位相−Ｚ位置情報３０ｂを参照する際に参照すべき位相の正確な値は、ステップＳ２４５で取得されたＺ位置決定用の測定位相に対して、シフト（２πの整数倍のシフトおよび初期位相によるシフト）を実施した値である。そして、当該正確な値は、位相決定用の測定位相をシフト後に定数倍して得られる位相に近い値である。例えば、図９に示す例においては、Ｚ方向の位置Ｚｓに対応する位相決定用の測定位相をシフトすると位相Φ3sが得られることが想定されている。この位相Φ3sを定数倍（４倍）すると、Ｚ位置決定用の測定位相をシフトした位相Φ2sに近くなるはずである。
【０１１０】
そこで、制御部２０は、Ｚ位置決定用の測定位相−初期位相＋２πｋ（ｋは０以上の整数）が、位相決定用の測定位相をシフト後に定数倍して得られる位相に最も近くなるようにｋを取得する（ステップＳ２５５）。ここで、初期位相は、各周期のパターンについて位相−Ｚ位置情報３０ｂを取得する際に利用した値であり、例えば、図６Ａのφ0、図７ＡのΦ20である。ｋが取得されると、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、当該ｋに基づいて取得された位相に対応するＺ方向の位置を取得する（ステップＳ２６０）。すなわち、制御部２０は、ステップＳ２５５で取得したｋに基づいて、ステップＳ２４５で取得されたＺ位置決定用の測定位相−初期位相＋２πｋを演算し、得られた位相を参照すべき位相と見なす。そして、制御部２０は、参照すべき位相に対応するＺ方向の位置を、位相−Ｚ位置情報３０ｂのＺ位置決定用パターンの周期のパターン用情報に基づいて（すなわち、式（１）の多項式に基づいて）取得する（ステップＳ２６０）。なお、ステップＳ２４０〜Ｓ２６２の１回目のループ処理の場合、ステップＳ２６０は省略されても良い。
【０１１１】
以上の構成において、Ｚ位置決定用パターンを利用すると、位相決定用パターンを利用した場合よりもＺ方向の位置の精度が高い。従って、Ｚ位置決定用パターンに基づいて決められた位相−Ｚ位置情報３０ｂから、Ｚ方向の位置を特定する本実施形態によれば、位相決定用パターンに基づいてＺ方向の位置を特定する構成よりも、高精度のＺ方向の位置を特定することができる。一方、Ｚ位置決定用パターンのみを利用した場合、２πの位相の範囲に対応するＺ方向の範囲が位相決定用パターンを利用した場合より狭いが、本実施形態においては、位相−Ｚ位置情報３０ｂにおいて参照可能な位相の範囲が２πよりも拡張してある。そして、拡張した位相の範囲のどの値を参照すべきであるのかは、位相決定用パターンに基づいて決定することができる。従って、Ｚ位置決定用パターンのみで測定を行う場合と比較して、Ｚ方向において測定可能な範囲を広げることができる。
【０１１２】
次に、制御部２０は、高さ取得部２１ｂの機能により、全周期についてステップＳ２４０〜Ｓ２６０の処理が終了したか否か判定する（ステップＳ２６２）。ステップＳ２４０〜Ｓ２６０は、２種類の周期のパターンをペアにして行われる処理である。測定パターンは、３種類以上の周期のパターンを含み得るため、予め決められた全てのペアについてステップＳ２４０〜Ｓ２６０の処理が行われた場合、制御部２０は、全周期についてステップＳ２４０〜Ｓ２６０の処理が終了したと判定する。ステップＳ２６２において、全周期についてステップＳ２４０〜Ｓ２６０の処理が終了したと判定されない場合、制御部２０は、ステップＳ２４０移行の処理を繰り返す。なお、ステップＳ２４０〜Ｓ２６０の処理が複数回繰り返された場合、制御部２０は、最後に実施されたステップＳ２６０によって取得されたＺ方向の位置を、検査対象のＺ方向の位置と見なす。
【０１１３】
ステップＳ２６２において、全周期についてステップＳ２４０〜Ｓ２６０の処理が終了したと判定された場合、または、ステップＳ２３５が実行された場合、制御部２０は、座標−水平位置情報３０ｃの機能により、座標−水平位置情報３０ｃを参照し、撮像素子の各座標において撮影された検査対象の水平位置を取得する（ステップＳ２６５）。
【０１１４】
以上の処理により、検査対象の三次元形状、すなわち、検査対象の表面のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置が特定された状態になる。そこで、制御部２０は、基板検査部２１ｄの機能により、検査対象の検査を行う（ステップＳ２７０）。すなわち、制御部２０は、検査対象の三次元形状が、既定の範囲内にあるか否か等に基づいて検査対象の良否を検査する。検査結果が得られると、制御部２０は、表示装置４０を制御し、検査結果を表示させる。
【０１１５】
次に、制御部２０は、全撮影領域の検査が終了したか否か判定し（ステップＳ２７５）、終了したと判定されない場合、制御部２０は、ステップＳ２００以降の処理を繰り返す。ステップＳ２７５において、終了されたと判定された場合には、検査処理が終了する。
【０１１６】
（４）他の実施形態：
前記実施形態において、測定パターンは例であり、パターンの態様は限定されない。例えば、パターンの周期や位相は限定されない。また、位相シフト量も限定されない。さらに、パターンの投影回数や撮影の所要時間、精度、測定範囲等も、上述の図４Ｂに示した例に限定されない。さらに、正弦波状に強度が変化する方向が異なっていても良く、例えば、図２に示す上下方向に強度が変化する構成であっても良い。さらに、検査において水平方向の位置の特定が不要であれば、水平位置取得部２１ｃによる水平方向の位置の特定は省略されても良い。さらに、上述の実施形態において、Ｚ方向の位置変化に対する位相の変化の態様は例示であり、他の種々の態様があり得る。例えば、パターンの投影順序が逆であり、位相が右下がりに変化するような構成であっても良い。
【０１１７】
さらに、基板検査装置１０の装置構成は図１に示す構成に限定されない。例えば、基板検査装置１０は、複数の装置（サーバとクライアント等）によって構成されても良いし、基板検査を行う装置と、高さおよび水平位置を取得する装置とが異なっていてもよい。さらに、基板検査装置１０の構成要素が上述の構成と異なっていてもよい。例えば、投影部６０が複数個存在し、異なる方向から検査対象に測定パターンを投影可能であっても良い。また、キャリブレーションが行われる場合と、検査が行われる場合とで、基板検査装置１０の動作が異なっていてもよい。例えば、キャリブレーションが行われる場合には、移動ステージ８０がＺ方向のみに移動し、検査が行われる場合には、移動ステージ８０が水平方向のみに移動する構成であっても良い。さらに、キャリブレーションにおける移動ステージ８０の移動方向は、逆でも良い。すなわち、ＺmaxからＺminに向けて移動させながらキャリブレーションが行われてもよい。
【０１１８】
投影部においては、縞模様のパターンを検査対象に投影することができればよい。すなわち、投影部は、縞模様のパターンの位相シフト量を変化させて検査対象に測定パターンを投影することにより、検査対象に投影された測定パターンの強度から位相を特定する位相シフト法による測定を行うことができればよい。縞模様は、上述のようなパターンに限定されず、強度の変化は正弦波に限定されない。また、強度の変化方向は１方向に限定されず、例えば、２方向に強度が変化する２次元格子等のパターンであっても良い。
【０１１９】
検査対象は、基板上の任意の部位であって良い。例えば、基板に実装された各種の部品、基板に設けられた穴など、種々の部位が検査対象となり得る。検査の態様も限定されず、例えば、形状や傾斜の良否判定や大きさの良否判定、位置の良否判定であっても良いし、他の任意の検査についての検査対象が基板検査装置における検査対象となり得る。
【０１２０】
投影部の態様も限定されず、上述の実施形態のようなＤＭＤ方式の投影部に限定されない。例えば、液晶プロジェクタ等によって投影部が構成されても良いし、測定パターンを投影可能な各種の態様の投影部が採用されてよい。
【０１２１】
撮影部は、少なくとも物体側がテレセントリック光学系である光学系によって撮像素子に結像させて検査対象を撮影することができればよい。すなわち、撮影部においては、水平方向の特定の位置を撮影する撮像素子の座標が光軸方向の位置に応じて変化しないように撮影を行うことができればよい。従って、このような構成である限り、他の光学系、例えば、物体側と像側の両方がテレセントリック光学系である両側テレセントリック光学系が採用されてもよい。
【０１２２】
移動ステージは、直交する３軸方向に検査対象を移動させることが可能であればよい。但し、３軸の中の１軸は、テレセントリック光学系の光軸に平行に向けられ、当該軸の方向がＺ方向（高さ方向）となる。なお、移動ステージは、検査対象を、少なくとも撮影部に対して相対的に移動させることができればよく、撮影部が固定され、検査対象が移動する上述の実施形態と異なる構成であっても良い。例えば、撮影部が移動し、検査対象が固定されていても良いし、撮影部と検査対象との双方が移動しても良い。
【０１２３】
位相シフト量は、基準の位相からのシフト量である。縞模様は、周期的なパターンであり、強度が周期変化する場合におけるどの強度であるのかが位相によって特定される。測定パターンには、基準の位相のパターンと、基準の位相に対して位相シフト量が加えられた位相のパターンと、の複数のパターンが含まれる。位相シフト量は、当該位相シフト量が異なる複数のパターンのそれぞれを撮影して得られた強度に基づいて、測定位相を導出できるように決められていれば良い。従って、位相シフト量は、上述の実施形態のようにπ／２、π、３π／２に限定されない。例えば、π／４、３π／４、５π／４のような値であっても良い。また、一つの周期のパターンに含まれるパターンの数は４個に限定されず、３個以上の任意の数であって良い。
【０１２４】
座標−水平位置情報３０ｃが示す座標と水平方向の位置との関係は、上述の実施形態のように、キャリブレーションによって決定されても良いし、他の構成によって決定されても良い。例えば、光線追跡によって決定されても良いし、撮影部の仕様によって予め決められていても良い。
【０１２５】
投影部によって投影可能なパターンの周期は、３種類に限定されない。すなわち、周期の種類は２種類であっても良いし、４種類以上であっても良い。また、式（２）に基づいて位相を取得するために投影される複数のパターンにおいて周期は同一であるが、当該周期の大きさは限定されず、例えば、ユーザの指示等によって可変であっても良い。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…基板検査装置、２０…制御部、２１…基板検査プログラム、２１ａ…撮影領域取得部、２１ｂ…高さ取得部、２１ｃ…水平位置取得部、２１ｄ…基板検査部、３０…記憶部、３０ａ…基板情報、３０ｂ…位相−Ｚ位置情報、３０ｃ…水平位置情報、４０…表示装置、５０…入力装置、６０…投影部、７０…撮影部、７０ａ…撮像素子、８０…移動ステージ
【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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