(57)【要約】【課題】  安価な装置を用いて正確な検査を行うことのできる外観検査装置および外観検査方法を提供する。【解決手段】  ステージ部２１は、可撓性を有する薄板状の被検査物を載置するステージ面を形成し、載置された被検査物の一方主面とステージ面とを密着保持する。撮像カメラ３１は、ステージ面に密着保持された被検査物を撮像する。Ｘ軸方向駆動機構３５、Ｙ軸方向駆動機構２３、およびＺ軸方向駆動機構３６は、それぞれの方向にステージ面および撮像カメラ３１の少なくとも一方を相対的に移動させる。制御部４は、ステージ面における複数位置における変位データに基づいて、撮像カメラ３１とステージ面との間を等距離に保ちながらＸ軸方向駆動機構３５、Ｙ軸方向駆動機構２３、およびＺ軸方向駆動機構３６を制御する。【選択図】  図１
2006234553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する薄板状の部材を被検査物として検査する外観検査装置であって、
被検査物を載置するステージ面が形成されたステージ部と、
載置された被検査物の一方主面と前記ステージ部のステージ面とを密着保持する密着手段と、
前記ステージ面に密着保持された被検査物を撮像する撮像手段と、
前記ステージ面および前記撮像手段の少なくとも一方を相対的に移動させる相対移動手段と、
前記ステージ面における複数位置それぞれの変位データを記憶する記憶手段と、
前記変位データに基づいて、前記撮像手段と前記ステージ面との間を等距離に保ちながら前記ステージ面および前記撮像手段の少なくとも一方が相対的に移動するように相対移動手段を制御する制御部とを備える、外観検査装置。
【請求項２】
前記制御部が等距離に保つ前記撮像手段と前記ステージ面との間の距離は、前記撮像手段の焦点位置が前記ステージ面に密着保持された被検査物の他方主面上となる距離であることを特徴とする、請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記相対移動手段は、
前記ステージ面および前記撮像手段の少なくとも一方を相対的に前記撮像手段の撮像方向へ移動させる撮像方向移動手段と、
前記ステージ面および前記撮像手段の少なくとも一方を相対的に前記撮像方向と垂直な方向へ移動させる水平方向移動手段とを含み、
前記変位データは、前記撮像手段から前記ステージ面に設定された基準点までの前記撮像方向の高さを基準として、当該ステージ面の他の位置における当該撮像方向の高さの変位を示すデータであることを特徴とする、請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記記憶部は、前記ステージ面上に設定された互いに直交する２方向に対してそれぞれ所定の間隔で配列された格子の交点に対してそれぞれ前記変位データを記憶することを特徴とする、請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記撮像手段の光学的中心である主点と注視点とを結ぶ直線と前記ステージ面との交点と一致する前記格子の交点の前記変位データに基づいて相対移動手段を制御し、
前記制御部は、前記直線と前記ステージ面との交点と前記格子の交点とが一致しない際、当該直線とステージ面との交点付近に設定された複数の前記格子の交点に対する変位データを用いて、当該直線とステージ面との交点における変位データを補間演算し、当該補間された変位データに基づいて相対移動手段を制御することを特徴とする、請求項４に記載の外観検査装置。
【請求項６】
可撓性を有する薄板状の部材を被検査物として検査する外観検査方法であって、
ステージ面に被検査物を載置する載置ステップと、
載置された被検査物の一方主面と前記ステージ面とを密着保持する密着ステップと、
前記ステージ面に密着保持された被検査物上を撮像手段によって走査して撮像する撮像ステップと、
前記ステージ面における複数位置それぞれの変位データに基づいて、前記撮像手段と前記ステージ面との間を等距離に保ちながら前記被検査物上を走査する制御ステップとを含む、外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外観検査装置および外観検査方法に関し、より特定的には、プリント基板やフィルムマスク等のフレキシブルな薄板状の部材をカメラで撮像することによって外観検査する外観検査装置および外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品等が実装されるプリント基板等の表面には、所定の回路を構成するのに必要な導体配線がパターン形成される。そして、外観検査装置を用いて、プリント基板に形成された配線パターンにおける欠陥の有無が外観検査される。例えば、パターンが形成された面を上面として、プリント基板が外観検査装置のステージ面に載置される。外観検査装置は、ステージ面に載置されたプリント基板上の空間に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等の撮像カメラを有している。外観検査装置は、ステージ面を主走査方向に水平に移動させ、撮像カメラの下を通過したプリント基板を撮像していく。そして、外観検査装置は、主走査方向の走査が１回完了する毎に撮像カメラを副走査方向へ順次シフトし、最終的にプリント基板の検査領域全体を撮像して画像データを得る。その後、外観検査装置は、得られた画像データに対して、パターンマッチング処理等を行って、パターンの欠陥を検出する。
【０００３】
また、プリント基板等の表面に導体配線等のパターンを形成する際、マスクが用いられることがある。マスクは、ガラスやフィルム等で構成されており、基板に転写するパターンの原版となるものである。このようなマスクに形成されたパターンについても、上述したような外観検査装置を用いた方法で外観検査される。
【０００４】
このようなプリント基板やマスクを被検査物とする外観検査装置において、パターンの欠陥を検出する精度を上げる場合、撮像手段となる撮像カメラの焦点を被検査物の上面に一致させることが重要となる。これは、検査分解能が上がるにしたがって顕著になり、一般的には、オートフォーカス機能を備えた撮像カメラを用いてリアルタイムに被検査物の上面に焦点を合わせながら検査する手法が用いられる。例えば、オートフォーカスの方法は、被検査物に対して非接触を前提にしており、レーザ変位センサを用いて得られた被検査物の高さ情報を用いたり、取り込み画像自体のボケ量を用いたりして焦点が調整される。
【０００５】
また、被検査物の高さや形状に関する情報を用いて、撮像カメラの焦点位置を変化させる装置が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１で開示された外観検査装置は、プリント基板を搬送中に高さセンサによってプリント基板の基準面の高さ変位量を検出し、当該変位量に基づいて撮像カメラを焦点方向へ相対的に移動させることによって焦点を合わせる。特許文献２で開示された装置は、試料の形状を検出して作成した焦点マップに基づいて、焦点位置を変化させて撮影している。特許文献３で開示された欠陥検査装置は、被検査物の表面における撮像位置を挟んだ２点を含む複数点の高さ情報を検出し、当該高さ情報を用いて撮像装置の焦点を合わせる。このように、検査前にステージ面に載置された被検査物の高さや形状を計測し、あるいは、被検査物の変位を計測しながら、計測結果に応じて撮像カメラを焦点方向に上下させたりして、焦点距離を最適に調整しつつ被検査物を走査するという方法が取られている。
【特許文献１】特開２０００−２６６６９１号公報
【特許文献２】特開２００２−４２７０６号公報
【特許文献３】特開２００３−１７７１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記外観検査装置において、撮像カメラの取り込み画像自体のボケ量を用いて焦点を合わす方法は、長い演算時間が必要となるため高速な外観検査に向かない。
【０００７】
また、上述したような変位センサを用いて被検査物の上面を計測する方法においては、特にフィルムマスクのように透明な薄板部材の検査において、マスク面の表面（上面）および裏面（下面）の分離が困難となる。一般的に、変位センサは、フィルムマスクに向けて光やレーザを照射し、その反射に基づいてフィルムマスクの上面の変位を検出するものであるが、その分解能に制限があるためにフィルムマスクの走査中に表面と裏面とを誤認識する。このような誤検出を防ぐためには、十分に高い分解能を持つ変位センサを用いる必要があるが、コストが高く外観検査装置自体の価格を引き上げる要因になる。また、上記特許文献１〜３に開示された装置は、全て被検査物上での高さを求めておき、この高さ情報を用いて焦点合わせを自動的に行う技術である。したがって、被検査物毎に予め高さ情報を求める必要がある。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、安価な装置を用いて正確な検査を行うことのできる外観検査装置および外観検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
第１の発明は、可撓性を有する薄板状の部材を被検査物として検査する外観検査装置である。外観検査装置は、ステージ部、密着手段、撮像手段、相対移動手段、記憶手段、および制御部を備える。ステージ部は、被検査物を載置するステージ面を形成する。密着手段は、載置された被検査物の一方主面とステージ部のステージ面とを密着保持する。撮像手段は、ステージ面に密着保持された被検査物を撮像する。相対移動手段は、ステージ面および撮像手段の少なくとも一方を相対的に移動させる。記憶手段は、ステージ面における複数位置それぞれの変位データを記憶する。制御部は、変位データに基づいて、撮像手段とステージ面との間を等距離に保ちながらステージ面および撮像手段の少なくとも一方が相対的に移動するように相対移動手段を制御する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、制御部が等距離に保つ撮像手段とステージ面との間の距離は、撮像手段の焦点位置がステージ面に密着保持された被検査物の他方主面上となる距離である。
【００１１】
第３の発明は、上記第１の発明において、相対移動手段は、撮像方向移動手段および水平方向移動手段を含む。撮像方向移動手段は、ステージ面および撮像手段の少なくとも一方を相対的に撮像手段の撮像方向へ移動させる。水平方向移動手段は、ステージ面および撮像手段の少なくとも一方を相対的に撮像方向と垂直な方向へ移動させる。変位データは、撮像手段からステージ面に設定された基準点までの撮像方向の高さを基準として、そのステージ面の他の位置におけるその撮像方向の高さの変位を示すデータである。
【００１２】
第４の発明は、上記第１の発明において、記憶部は、ステージ面上に設定された互いに直交する２方向に対してそれぞれ所定の間隔で配列された格子の交点に対してそれぞれ変位データを記憶する。
【００１３】
第５の発明は、上記第４の発明において、制御部は、撮像手段の光学的中心である主点と注視点とを結ぶ直線とステージ面との交点と一致する格子の交点の変位データに基づいて相対移動手段を制御する。制御部は、直線とステージ面との交点と格子の交点とが一致しない際、その直線とステージ面との交点付近に設定された複数の格子の交点に対する変位データを用いて、その直線とステージ面との交点における変位データを補間演算し、その補間された変位データに基づいて相対移動手段を制御する。
【００１４】
第６の発明は、可撓性を有する薄板状の部材を被検査物として検査する外観検査方法である。外観検査方法は、載置ステップ、密着ステップ、撮像ステップ、および制御ステップを含む。載置ステップは、ステージ面に被検査物を載置する。密着ステップは、載置された被検査物の一方主面とステージ面とを密着保持する。撮像ステップは、ステージ面に密着保持された被検査物上を撮像手段によって走査して撮像する。制御ステップは、ステージ面における複数位置それぞれの変位データに基づいて、撮像手段とステージ面との間を等距離に保ちながら被検査物上を走査する。
【発明の効果】
【００１５】
上記第１の発明によれば、ステージ面の変位データを用いて、撮像手段とステージ面との距離を等距離に保ちながら当該ステージ面上を走査することができる。そして、フィルムマスク等の可撓性のある薄板状の部材が被検査物であれば、上記ステージ面に沿って当該被検査物が密着する。したがって、撮像手段は、被検査物から常に等距離を保ったまま撮像を行うことができ、被検査物の走査において正確な撮像を行って検査分解能を上げることが可能となる。また、外観検査装置において、ステージ部と撮像手段との位置関係が固定的である場合、一度変位データを記憶させておけば再度変位データを作成する必要はない。したがって、従来、被検査物毎に高さ情報を求めるようなステップが不要となるため、外観検査に必要な時間を短縮することができる。また、変位を得るためのセンサが外観検査装置に不要となり、装置コストが低減できる。
【００１６】
上記第２の発明によれば、ステージ面の変位データを用いて撮像手段の焦点を常に被検査物の上面に合わせた走査が可能となるため、フィルムマスクのように透明な薄板部材の検査において上面および下面の分離が困難な被検査物でも、正確に上面に焦点を合わせた撮像が可能となる。
【００１７】
上記第３の発明によれば、変位データが撮像方向移動手段の移動方向（撮像方向）における高さで作成されているため、変位データをそのまま撮像方向移動手段の移動制御に用いることができ、制御が容易となる。
【００１８】
上記第４の発明によれば、ステージ面に設定された格子の交点についてのみ変位データを記憶するため、記憶するデータ量を制限することができる。また、ステージ面において、変位データが設定されている位置を検出することが容易となる。
【００１９】
上記第５の発明によれば、ステージ面において変位データが設定されていない位置においても、撮像手段とステージ面との距離を一定に保つことができる。
【００２０】
また、本発明の外観検査方法によれば、上述した外観検査装置と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図面を参照して、本発明の一実施形態に係る外観検査装置について説明する。なお、図１は、当該外観検査装置の全体構成を模式的に示す上面図および正面図である。ここでは、説明を具体的にするために、配線パターンの描かれたフィルムマスクを被検査物として検査する場合を一例として説明する。なお、本発明は、フィルムマスクに限らず、ガラスマスク、プリント基板、フレキシブルな薄板基板等、可撓性のある薄板状の部材を被検査物とする検査に対して有効である。
【００２２】
図１において、外観検査装置１は、大略的にステージ搬送機構部２、撮像機構部３、および制御部４（図２参照）を備えている。ステージ搬送機構部２は、ステージ部２１、旋回部２２、Ｙ軸方向駆動機構２３、およびベース部２４を備えている。撮像機構部３は、撮像カメラ３１、支持部材３２、Ｘ軸方向駆動部材３３、カメラ支持部材３４、Ｘ軸方向駆動機構３５、およびＺ軸方向駆動機構３６を備えている。
【００２３】
ステージ部２１は、最上面にガラス板を水平に装着しており、当該ガラス板上面でステージ面を構成している。そして、被検査物であるフィルムマスクは、ステージ部２１のステージ面上に密着して載置される。フィルムマスクとステージ面とを密着させる方法は、任意の方法でかまわない。例えば、ローラによってフィルムマスクをステージ面に押さえつける、ステージ面とフィルムマスクとの間を負圧にして吸着固定する、ステージ面とフィルムマスクとの間で静電固定する、フィルムマスク上面からエアーを吹き付ける、フィルムマスクの端部をクランプで固定する等の方法でフィルムマスクをステージ面に密着させる。また、自重によってステージ面に密着する被検査物であれば、被検査物をステージ面に自然に載置して密着させてもかまわない。なお、本発明の密着手段は、これら被検査物をステージ面に密着させる機構等に相当する。
【００２４】
ステージ部２１の下部は、旋回部２２によって支持されており、旋回部２２の回動動作によって図示θ方向にステージ部２１が回動可能に構成されている。撮像機構部３の下方を通るように、ベース部２４が上記ステージ面と平行の図示Ｙ軸方向に延設されて固定される。Ｙ軸方向駆動機構２３は、ベース部２４の上面のＹ軸方向に設けられたガイドに沿って滑動し、その上面に旋回部２２が固設されている。なお、Ｙ軸方向駆動機構２３は、後述するＹ軸駆動モータ２３１およびＹ軸ＮＣドライバ２３２を含んでいる（図２参照）。これによって、Ｙ軸方向駆動機構２３がＹ軸駆動モータ２３１からの駆動力によってベース部２４のガイドに沿った図示Ｙ軸方向（主走査方向）に移動可能になり、旋回部２２に支持されたステージ部２１の主走査方向への水平移動も可能になる。なお、ステージ搬送機構部２は、ステージ部２１のガラス板の下方に図示しない透過照明用光源を有している。この透過照明用光源は、ガラス板を介してフィルムマスクの下面に照明光を照射する。
【００２５】
支持部材３２は、ベース部２４上を水平移動するステージ部２１の上部空間に架設されている。支持部材３２上にはＸ軸方向駆動機構３５が設けられており、Ｘ軸方向駆動部材３３を上記ステージ面と平行で、かつ上記Ｙ軸方向と垂直の図示Ｘ軸方向（副走査方向）に移動させる。なお、Ｘ軸方向駆動機構３５は、後述するＸ軸駆動モータ３５１およびＸ軸ＮＣドライバ３５２を含んでいる（図２参照）。Ｘ軸方向駆動部材３３にはＺ軸方向駆動機構３６が設けられており、カメラ支持部材３４を上記Ｘ軸およびＹ軸方向と垂直の図示Ｚ軸方向に移動させる。なお、Ｚ軸方向駆動機構３６は、後述するＺ軸駆動モータ３６１およびＺ軸ＮＣドライバ３６２を含んでいる（図２参照）。
【００２６】
撮像カメラ３１は、例えばＣＣＤカメラにより構成され、その撮像方向が図示Ｚ軸下方向となるようにカメラ支持部材３４に支持されている。撮像カメラ３１は、入射された光をその色や強度を示す電気信号に変換する。図１に示す外観検査装置１の例では、２つの撮像カメラ３１ａおよび３１ｂが設けられており、それらの撮像方向が図示Ｚ軸下方向となるようにカメラ支持部材３４に支持されている。例えば、外観検査装置１におけるパターンマッチング処理用の画像データを得るための撮像カメラ３１ａと、外観検査装置１のユーザによる目視検査用の画像データを得るための撮像カメラ３１ｂとによって構成され、それぞれ上記透過照明用光源からフィルムマスクに照射された透過光を受光する。なお、本発明は、複数の撮像カメラ３１をカメラ支持部材３４に固設してもいいし、１つの撮像カメラ３１のみをカメラ支持部材３４に固設してもかまわない。
【００２７】
このような構成によって、撮像カメラ３１は、図示Ｘ軸方向（副走査方向）およびＺ軸方向（撮像方向）に移動可能になっている。そして、撮像カメラ３１のＸ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１が主走査方向（Ｙ軸方向）に移動することにより主走査が行われる。次に、フィルムマスクの検査領域の一端から他端までの主走査が完了する毎に、撮像カメラ３１は副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って所定距離だけ移動する。この結果、フィルムマスクの検査領域全体についての画像データが撮像カメラ３１から得られることとなる。さらに、撮像カメラ３１は、Ｚ軸方向駆動機構３６によってＺ軸方向（撮像方向）に移動可能となっている。後述で明らかとなるが、Ｚ軸方向駆動機構３６は、ステージ部２１のステージ面のＺ軸方向への高さに応じてカメラ支持部材３４をＺ軸方向に適宜移動させる。本実施形態においては、フィルムマスクは、ステージ部２１のステージ面に倣うように密着され、当該フィルムマスクの厚みは一様である。したがって、ステージ部２１のステージ面のＺ軸方向への高さに関するデータとフィルムマスクの厚みに関するデータさえ得られれば、Ｚ軸方向駆動機構３６は、フィルムマスクを走査する間、撮像カメラ３１の焦点位置が常にフィルムマスクの上面となるように撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置を制御することができる。なお、本発明の相対移動手段は、Ｘ軸方向駆動機構３５、Ｙ軸方向駆動機構２３、およびＺ軸方向駆動機構３６に相当する。また、本発明の水平方向移動手段は、Ｘ軸方向駆動機構３５およびＹ軸方向駆動機構２３に相当する。また、本発明の撮像方向移動手段は、Ｚ軸方向駆動機構３６に相当する。
【００２８】
次に、図２を参照して、外観検査装置１における制御機能の概略構成について説明する。なお、図２は、外観検査装置１の制御機能を示すブロック図である。
【００２９】
図２において、外観検査装置１は、メイン制御部４１、フォーカス制御部４２、および記憶部４３を含む制御部４を備えている。メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２は、例えばＣＰＵボードによって構成され、互いに接続されている。また、メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２には、記憶部４３が接続されている。記憶部４３は、メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２の処理の際に記憶領域として用いられ、処理に必要なデータ群を格納している。記憶部４３は、ステージ高さテーブル４３１を格納している。
【００３０】
メイン制御部４１は、主にＸ軸ＮＣドライバ３５２およびフォーカス制御部４２の動作を制御する。Ｘ軸ＮＣドライバ３５２は、メイン制御部４１の制御に応じてＸ軸駆動モータ３５１を駆動する。そして、Ｘ軸駆動モータ３５１は、Ｘ軸方向駆動部材３３をＸ軸方向（副走査方向；図１参照）に移動させ、撮像カメラ３１をＸ軸方向に移動させる。これらの構成によって、メイン制御部４１は、副走査方向に対する撮像カメラ３１の動作を制御することができる。
【００３１】
フォーカス制御部４２は、主にＹ軸ＮＣドライバ２３２およびＺ軸ＮＣドライバ３６２の動作を制御する。Ｙ軸ＮＣドライバ２３２は、フォーカス制御部４２の制御に応じてＹ軸駆動モータ２３１を駆動する。そして、Ｙ軸駆動モータ２３１は、Ｙ軸方向（主走査方向；図１参照）にステージ部２１を水平移動させる。これらの構成によって、フォーカス制御部４２は、主走査方向に対するステージ部２１の動作を制御することができる。また、Ｚ軸ＮＣドライバ３６２は、フォーカス制御部４２の制御に応じてＺ軸駆動モータ３６１を駆動する。そして、Ｚ軸駆動モータ３６１は、Ｚ軸方向（撮像方向；図１参照）にカメラ支持部材３４を移動させ、撮像カメラ３１をＺ軸方向にさせる。これらの構成によって、フォーカス制御部４２は、撮像方向（焦点方向）に対する撮像カメラ３１の動作を制御することができる。
【００３２】
ここで、フォーカス制御部４２は、被検査物を外観検査する前に、予めステージ高さテーブル４３１を作成して、記憶部４３に格納する。その際、変位センサ５が外観検査装置１に装着される。変位センサ５は、ステージ部２１のステージ面に設定された基準点の高さを基準として、当該ステージ面の検出点それぞれにおけるステージ面の変位を検出するものであり、例えば、レーザ変位センサ、光変位センサ、超音波センサ、ステージ面と接触する機械式センサ等が用いられる。変位センサ５は、その変位検出方向を撮像カメラ３１の撮像方向と同様にステージ部２１の上面に向かうＺ軸方向（図１参照）とし、撮像カメラ３１やカメラ支持部材３４に固設される。なお、後述により明らかとなるが、変位センサ５は、ステージ部２１の上面に設定された基準点を基準として、当該上面における被検査物を載置する領域のＺ軸方向への変位を検出するものであるため、ステージ部２１に対して相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動可能しながら当該変位を検出できれば、他の部位に固設してもかまわない。
【００３３】
ステージ高さテーブル４３１を作成する際、変位センサ５は、ステージ部２１の上面の変位情報ＤＬをフォーカス制御部４２へ出力する。また、変位センサ５とステージ部２１とのＹ軸方向の相対的な位置関係は、Ｙ軸駆動モータ２３１から出力されるフィードバックパルスＰＦをフォーカス制御部４２へ出力することによって、フォーカス制御部４２で検出することができる。さらに、変位センサ５とステージ部２１とのＸ軸方向の相対的な位置関係は、Ｘ軸方向駆動部材３３をＸ軸方向へ移動させる制御量をメイン制御部４１から得ることによって、フォーカス制御部４２で検出することができる。つまり、フォーカス制御部４２は、変位センサ５とステージ部２１とのＸ軸方向およびＹ軸方向への相対的な位置関係に基づいて、変位センサ５が検出しているステージ部２１のステージ面上の位置を得ることができる。そして、フォーカス制御部４２は、変位センサ５が検出しているステージ面上の位置に対する変位情報ＤＬを得ることできる。
【００３４】
次に、図３および図４を参照して、変位センサ５によってステージ部２１の上面の変位を計測する動作について説明する。なお、図３は、変位センサ５がステージ部２１の上面の変位をＹ軸方向へ計測する動作を示す概略図である。図４は、ステージ部２１の上面を走査して変位を計測する変位センサ５の位置を示す概略図である。
【００３５】
図３において、変位センサ５は、ステージ部２１の上面に設定された基準点Ｐ０を基準として、Ｙ軸方向へピッチＹｐ毎にステージ部２１の上面の変位を計測する。例えば、変位センサ５から基準点Ｐ０までのＺ軸方向の距離がＺ０であるとする。そして、基準点Ｐ０からＹ軸方向へピッチＹｐ毎のステージ部２１上面の点それぞれにおける変位センサ５からのＺ軸方向距離が、それぞれＺ１、Ｚ２、…、Ｚｎ（ｎは自然数）であるとする。この場合、変位センサ５は、基準点Ｐ０からＹ軸方向へピッチＹｐ毎のステージ部２１上面の点それぞれに対して、順に変位Ｚ１−Ｚ０、Ｚ２−Ｚ０、…、Ｚｎ−Ｚ０を検出して、フォーカス制御部４２に出力する。なお、図３においては、変位センサ５がＹ軸方向へ移動しているように記載されているが、これは相対的な位置関係を示している。図１および図２の構成によれば、変位センサ５をステージ面上で固定し、ステージ部２１をＹ軸方向へ移動することによって、順次変位センサ５がステージ面の変位を基準点Ｐ０からピッチＹｐ毎に計測していく。このように変位センサ５のＸ軸およびＺ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１が主走査方向（Ｙ軸方向）に移動することにより、主走査方向に対するステージ部２１の上面の変位が計測される。
【００３６】
図４において、ステージ部２１の上面において、変位計測領域の一方端から他方端までＹ軸方向の変位計測が終わる毎に、Ｘ軸方向駆動機構３５は、Ｘ軸方向駆動部材３３を副走査方向（Ｘ軸方向）に沿ってピッチＸｐだけ移動する。この移動によって、変位センサ５が変位を計測する位置もピッチＸｐだけＸ軸方向へ移動する。そして、変位センサ５のＸ軸およびＺ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１が前回と逆のＹ軸方向に移動することにより、前回とピッチＸｐ離れた主走査方向に対するステージ部２１の上面の変位が計測される。このような動作を繰り返すことによって、ステージ部２１の上面における変位計測領域全体の変位が変位センサ５から得られることになる。このとき、上記変位計測領域は、Ｘ軸方向にピッチＸｐおよびＹ軸方向にピッチＹｐとなった格子状の交点の位置に対して、基準点Ｐ０に対するＺ軸方向の変位が計測される。なお、図４では、変位センサ５が変位を計測するラインを実線で示しており、副走査方向（Ｘ軸方向）に沿ったピッチＸｐ毎の移動を破線で示している。フォーカス制御部４２は、このような動作によって計測されて出力された変位センサ５からの変位情報ＤＬを用いて、ステージ高さテーブル４３１を作成する。なお、副走査方向に対して主走査方向の変位量をより短い間隔（つまり、Ｙｐ＜Ｘｐ）で計測するのが好ましい。
【００３７】
図５は、ステージ高さテーブル４３１の一例を示す図である。なお、図５に示すステージ高さテーブル４３１は、Ｚ軸方向におけるステージ部２１のステージ面の高さに関するデータであり、ピッチＸｐ＝１０ｍｍおよびピッチＹｐ＝０．５ｍｍとし、基準点Ｐ０（Ｘ軸方向位置：０ｍｍ、Ｙ軸方向位置：０．０ｍｍ）に対する各計測点の変位を単位μｍで記述している。
【００３８】
図５において、ステージ高さテーブル４３１は、ステージ部２１の上面において、Ｘ軸方向にピッチＸｐおよびＹ軸方向にピッチＹｐとなった格子状の交点の位置に対して、変位センサ５が計測した変位量がそれぞれ記述される。上述したように、フォーカス制御部４２は、変位センサ５とステージ部２１とのＸ軸方向およびＹ軸方向への相対的な位置関係に基づいて、変位センサ５が計測しているステージ面上の位置を得ている。また、フォーカス制御部４２は、変位センサ５から基準点Ｐ０を基準とした変位情報ＤＬを用いて変位量を導出する。したがって、フォーカス制御部４２は、変位センサ５が計測しているステージ面上の位置に対応した変位量を記述することによって、ステージ高さテーブル４３１を作成することができる。そして、ステージ高さテーブル４３１は、撮像カメラ３１の撮像方向（Ｚ軸方向）に対するステージ面の高さおよび起伏（平面度）を表現するデータとなる。フォーカス制御部４２は、作成したステージ高さテーブル４３１を記憶部４３に格納する。
【００３９】
次に、図６を参照して、外観検査装置１の撮像カメラ３１が被検査物を撮像する際の動作について説明する。なお、図６は、撮像カメラ３１がステージ部２１の上面に載置された被検査物をＹ軸方向へ撮像する動作を示す概略図である。なお、図６では、ステージ部２１の上面に載置した被検査物（フィルムマスク）を省略している。
【００４０】
図６において、撮像カメラ３１は、Ｘ軸方向（副走査方向）およびＺ軸方向（撮像方向）に移動可能になっている。そして、撮像カメラ３１のＸ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１が主走査方向（Ｙ軸方向）に移動することにより主走査が行われる。例えば、フォーカス制御部４２は、ステージ面上の基準点Ｐ０に載置されているフィルムマスクの上面に撮像カメラ３１の焦点が合うようにＺ軸方向駆動機構３６を制御して、その撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置を基準高さとする。この基準高さの導出については、ステージ面から撮像カメラ３１までの距離と載置するフィルムマスクの厚さからフィルムマスクの上面に撮像カメラ３１の焦点が合う基準高さを算出することができる。また、撮像カメラ３１に備えられている焦点合わせ機能で調整可能な高さ（基準高さ）までＺ軸方向に撮像カメラ３１を移動させた後、当該焦点合わせ機能によってフィルムマスクの上面に焦点を合わせてもかまわない。
【００４１】
ここで、被検査物としてのフィルムマスクは、ステージ部２１のステージ面に沿うように密着し、当該フィルムマスクの厚みは焦点深度に比較して十分一様である。つまり、フィルムマスクの上面がステージ部２１のステージ面と同様の起伏を形成している。そこで、本発明では、ステージ面上のフィルムマスクを走査する間、撮像カメラ３１の焦点位置が常にフィルムマスクの上面になるように、ステージ高さテーブル４３１を用いてフォーカス制御部４２がＺ軸方向駆動機構３６を制御して撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置を移動させる。
【００４２】
図６に示すように、フォーカス制御部４２は、基準点Ｐ０における上記基準高さを基準として、ステージ高さテーブル４３１に基づいてＹ軸方向へピッチＹｐ毎に撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置を変化させる。例えば、ステージ部２１のステージ面が図３を用いて説明したように変位しているとする。つまり、ステージ高さテーブル４３１には、基準点Ｐ０からＹ軸方向へピッチＹｐ毎のステージ部２１上面の点それぞれに対して、順に変位Ｚ１−Ｚ０、Ｚ２−Ｚ０、…、Ｚｎ−Ｚ０が記述されている。そして、フォーカス制御部４２は、撮像カメラ３１のＸ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１が主走査方向（Ｙ軸方向）に移動して走査する際、ピッチＹｐ毎に撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置をステージ高さテーブル４３１に記述された変位量だけ昇降させる。上記変位量がステージ高さテーブル４３１に記述されている場合、フォーカス制御部４２は、Ｙ軸方向へピッチＹｐ毎に変位Ｚ１−Ｚ０、Ｚ２−Ｚ０、…、Ｚｎ−Ｚ０だけ上記基準高さからＺ軸方向へ撮像カメラ３１を昇降させる。これによって、撮像カメラ３１とフィルムマスクの上面（ステージ部２１のステージ面）との距離が一定となるため、撮像カメラ３１の焦点位置が常にフィルムマスクの上面になるように制御される。
【００４３】
次に、メイン制御部４１は、フィルムマスクの検査領域の一端から他端までの主走査が完了する毎に、Ｘ軸方向駆動機構３５を制御して撮像カメラ３１を副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って所定距離（例えば、ピッチＸｐ）だけ移動させる。そして、フォーカス制御部４２は、撮像カメラ３１のＸ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１を前回と逆のＹ軸方向に移動させて走査する。このとき、フォーカス制御部４２は、ピッチＹｐ毎に撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置を、当該撮像カメラ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向位置に応じたステージ高さテーブル４３１に記述された変位量だけ昇降させる。これによって、前回と所定距離離れた主走査方向に対するフィルムマスクの上面の走査が行われる。このような動作を繰り返すことによって、フィルムマスクを走査する間、撮像カメラ３１の焦点位置が常にフィルムマスクの上面にあたるように撮像カメラ３１のＺ軸方向の位置が制御されながら、フィルムマスクの検査領域全体の画像データが撮像カメラ３１から出力される。
【００４４】
なお、上述した説明における撮像カメラ３１の正確なＸ軸方向およびＹ軸方向位置は、撮像カメラ３１のレンズの光学的中心である主点と注視点とを結ぶ直線（以下、視線方向と記載する）とステージ部２１のステージ面との交点によって定まる。上述したように、撮像カメラ３１は、その撮像方向がＺ軸下方向となるようにカメラ支持部材３４に支持されているため、その視線方向もＺ軸下方向で固定される。したがって、撮像カメラ３１の主点が位置するＸ軸方向およびＹ軸方向位置が、撮像カメラ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向位置となる。一方、ステージ高さテーブル４３１に記述された変位量は、Ｘ軸方向にピッチＸｐおよびＹ軸方向にピッチＹｐとなった格子状の交点の位置におけるＸ軸方向およびＹ軸方向位置に対して記述される。したがって、撮像カメラ３１のＸ軸方向およびＹ軸方向位置と、ステージ高さテーブル４３１に変位量が記述されたＸ軸方向およびＹ軸方向位置とは一致しないことがある。例えば、撮像を開始するＸ軸方向の位置とステージ高さテーブル４３１に記述されたＸ軸方向の位置が合わない場合や、Ｘ軸方向駆動機構３５を制御して撮像カメラ３１をＸ軸方向に移動させる際の距離がピッチＸｐと異なる場合等に不一致が生じる。このとき、フォーカス制御部４２は、Ｙ軸方向に関してステージ高さテーブル４３１に記述されたピッチＹｐ毎に変位量を得るために、Ｘ軸方向に関して補間を行って変位量を算出する。
【００４５】
図７は、Ｘ軸方向に関する補間処理を説明するための図である。例えば、ステージ高さテーブル４３１に記述されたＸ軸方向の位置に対して、Ｘ軸方向に距離Ｘｏｆ（Ｘｏｆ＜Ｘｐ）離れた位置をＹ軸方向に撮像カメラ３１が走査しているとする。このとき、ステージ高さテーブル４３１に記述されたＹ軸方向位置の１つに撮像カメラ３１が配置されると（図７に示す点Ｐｓ）、そのＸ軸方向の左右にステージ高さテーブル４３１に変位量が記述されている点Ｐ１および点Ｐ２が存在する。フォーカス制御部４２は、点Ｐ１の変位量と点Ｐ２の変位量とを用いて、点Ｐｓにおける変位量を例えば線形補間処理を行って演算する。例えば、図７に示した例の場合、
Ｚｐｓ＝Ｚｐ１＋（Ｚｐ２−Ｚｐ１）＊（Ｘｏｆ／Ｘｐ）
となる。ここで、Ｚｐｓ：点Ｐｓの変位量、Ｚｐ１：点Ｐ１の変位量、Ｚｐ２：点Ｐ２の変位量である。上記の例では、２点間の補間処理について説明しているが、４点の格子内において４点補間する場合も同様な演算を行うことができる。
【００４６】
なお、上述した撮像カメラ３１が被検査物を撮像する動作では、基準点Ｐ０に載置されているフィルムマスクの上面に撮像カメラ３１の焦点が合わせて撮像カメラ３１の基準高さとしたが、他の位置において撮像カメラ３１の基準高さを設定してもかまわない。基準点Ｐ０以外の位置に載置されているフィルムマスクの上面に撮像カメラ３１の焦点が合わせても、当該位置と基準点Ｐ０との変位量の差を考慮すれば、同様に基準高さを設定できることは言うまでもない。
【００４７】
このように、外観検査装置１は、事前に計測したステージ部２１のステージ面のＺ軸方向への高さに関するデータを用いて、撮像カメラ３１とステージ面との距離を等距離に保ちながら当該ステージ面上を走査することができる。そして、フィルムマスク等の可撓性のある薄板状の部材が被検査物であれば、上記ステージ面に沿って当該被検査物が密着する。したがって、撮像カメラ３１は、被検査物の上面から常に等距離を保ったまま撮像を行うことができ、一度被検査物の上面に焦点を合わせれば、被検査物の検査領域全体の走査においても常に焦点を上面に正確に合わせることができ、外観検査装置１の検査分解能を上げることが可能となる。また、撮像カメラ３１の視線方向および変位センサ５の変位検出方向がステージ面に対して垂直から若干傾いていたとしても、ステージ高さテーブル４３１に記述された変位量が当該傾きを含めて計測されているため、当該傾きに応じて撮像カメラ３１の焦点を被検査物の上面に合わせることができる。また、外観検査装置１において、ステージ部２１と撮像カメラ３１とのＺ軸方向における位置関係が固定されている場合、一度ステージ高さテーブル４３１を作成すれば検査毎にステージ高さテーブル４３１を作成する必要はない。したがって、従来、被検査物毎に高さ情報を求めるようなステップが不要となるため、外観検査に必要な時間を短縮することができる。
【００４８】
なお、ステージ高さテーブル４３１は、ステージ部２１が製造された段階でのみ計測して記憶部４３に記憶しておいてもよいし、被検査物を検査する直前の適時タイミング（例えば、日毎や検査ロット毎）に応じて計測して記憶部４３に記憶するようにしてもよい。なお、製造直後にのみ計測して作成しておく場合は、再度ステージ高さテーブル４３１を作成する必要がないため、変位センサ５が外観検査装置１に不要となり、装置コストが低減できる。一方、被検査物を検査する直前の適時のタイミング毎にステージ高さテーブル４３１を作成する場合は、製造後にステージ部２１と撮像カメラ３１とのＺ軸方向の位置関係が変化しても、その変化に応じて焦点位置を適切に調整することができる。
【００４９】
また、上述した説明では、複数の撮像カメラ３１ａおよび３１ｂが１つのカメラ支持部材３４に支持されている例を示した。この場合、複数の撮像カメラ３１の主点群のうち、代表的な１つの撮像カメラ３１の主点位置を用いて上述と同様の動作で走査を行ってもかまわない。また、複数の撮像カメラ３１が同時に撮像を行いながら走査する場合、複数の撮像カメラ３１の主点群における中立的な位置（例えば、平均）を用いて上述と同様の動作で走査を行ってもかまわない。さらに、複数の撮像カメラ３１が同時に撮像を行いながら走査する場合、複数の撮像カメラ３１の注視点がステージ面上で同一位置となるようにカメラ支持部材３４に固定して、上述と同様の動作で走査を行ってもかまわない。
【００５０】
また、上述した説明では、撮像カメラ３１がステージ部２１のガラス板の下方に設けられた透過照明用光源から被検査物に照射された透過光を受光する例を説明したが、光源はステージ部２１の上部に設けてもかまわない。この場合、撮像カメラ３１がステージ部２１の上部に設けられた光源から被検査物で反射した反射光を受光することになる。
【００５１】
また、本実施形態ではステージ部２１がＹ軸方向へ移動することによって主走査を行うとしたが、本発明はこれに限らず、撮像カメラ３１を主走査方向に移動させることによって主走査を行うようにしてもよい。同様に、撮像カメラ３１を副走査方向に移動させる替わりに、ステージ部２１を副走査方向に移動させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る外観検査装置および方法は、安価な装置を用いて精度の高い検査を行うことのでき、可撓性のある薄板状の部材を被検査物としてステージ面上に載置する外観検査装置や外観検査方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る外観検査装置の全体構成を模式的に示す上面図および正面図
【図２】図１の外観検査装置１の制御機能を示すブロック図
【図３】図２の変位センサ５がステージ部２１の上面の変位をＹ軸方向へ計測する動作を示す概略図
【図４】ステージ部２１の上面を走査して変位を計測する変位センサ５の位置を示す概略図
【図５】図２のステージ高さテーブル４３１の一例を示す図
【図６】図１の撮像カメラ３１がステージ部２１の上面に載置された被検査物をＹ軸方向へ撮像する動作を示す概略図
【図７】図１のＸ軸方向に関する補間処理を説明するための図
【符号の説明】
【００５４】
１…外観検査装置
２…ステージ搬送機構部
２１…ステージ部
２２…旋回部
２３…Ｙ軸方向駆動機構
２３１…Ｙ軸駆動モータ
２３２…Ｙ軸ＮＣドライバ
２４…ベース部
３…撮像機構部
３１…撮像カメラ
３２…支持部材
３３…Ｘ軸方向駆動部材
３４…カメラ支持部材
３５…Ｘ軸方向駆動機構
３５１…Ｘ軸駆動モータ
３５２…Ｘ軸ＮＣドライバ
３６…Ｚ軸方向駆動機構
３６１…Ｚ軸駆動モータ
３６２…Ｚ軸ＮＣドライバ
４…制御部
４１…メイン制御部
４２…フォーカス制御部
４３…記憶部
４３１…ステージ高さテーブル
５…変位センサ
【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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