JP2000356512A - 外観検査システムおよび外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速かつ安価で、開発期間も短縮でき、さら
に、柔軟性が高く、アルゴリズム変更にも容易に対応で
きる検査システムを実現すること。 【解決手段】 画像入力機能を装備したパソコンでライ
ンイメージセンサの検出画像を取り込み、ＬＡＮで接続
した複数のパソコンに検出画像を転送して、複数のパソ
コンによるソフトウエア処理で、欠陥を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業製品の外観を
高速に自動検査するための技術に係り、特に、電子回路
基板の微細な配線パターンを検査するための外観検査シ
ステムおよび外観検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパターン検査システムとしては、
例えば、特開平２−１７０２７９号公報に開示された技
術が挙げられる。このような従来の検査システムでは、
ラインイメージセンサ（リニアイメージセンサ）で配線
パターンを検出し、検出した画像データを、位置合わせ
回路や差画像検出回路などの専用回路によって画像処理
して、欠陥を抽出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の検査シ
ステムでは、ラインイメージセンサで検出した画像から
欠陥を抽出する処理を、専用電子回路によるハードウエ
アで実行するようになっている。ハードウエア処理であ
るため、非常に高速に処理できるが、反面、専用の電子
回路を設計・製作する必要があるため、開発期間が長
く、開発費用が高くなるという問題がある。さらに、欠
陥を抽出するアルゴリズムの改良する場合、それに伴う
回路基板の改修が難しいという問題がある。

【０００４】本発明の目的は、検査システムの開発期間
が短く、開発費用が安く、かつ判定処理アルゴリズムの
変更も容易に行うことができる、検査システムを実現す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、画像入力機能を装備したパソコン
（ＰＣ）でラインイメージセンサの検出画像を取り込
み、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で接続した
複数のパソコンに検出画像を転送して、複数のパソコン
によるソフトウエア処理で、欠陥を抽出する。このよう
に汎用品であるパソコンを使用することで、以下のメリ
ットがある。

【０００６】すなわち、パソコンの単価は安価であるた
め、複数台使用しても、専用の電子回路を設計・製作す
るよりは安く、かつ、開発期間を短縮できる。また、ソ
フトウエア処理であるため、柔軟性が高く、アルゴリズ
ムの変更にも容易に対処できる。さらに、判定処理が異
なる別の検査の場合も、システム構成を共通にして、ソ
フトウエアの変更のみで対応できる。また、パソコンの
高速化の進歩が早いため、最新のパソコンに交換するこ
とで、検査の高速化が可能となる。なお、本発明のシス
テムでは、検出画像の取り込み・転送や、欠陥の抽出処
理を行う機能を担わせるのは、必ずしもパソコンに限定
されるものではなく、例えば、ワークステーションやサ
ーバなどの他の小型計算機であってもよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に
係る外観検査システム（欠陥検査システム）の構成図で
ある。

【０００８】図１に示す構成において、電子回路基板な
どの検査対象物１は、ＸＹステージ３上に固定されたワ
ークホルダ２に保持され、ＸＹステージ３の移動によっ
て、検査対象物１の検査対象領域が順次可変される。光
学系４は、光源１３からの出射光を検査対象物１の検査
対象領域に照射する照明光学系と、検査対象領域からの
光（反射光や散乱光等）によって光学像を形成する結像
光学系とを含むものとなっている。そして、結像光学系
によりライン（リニア）センサカメラ５のライン（リニ
ア）イメージセンサ上に結像された光学像を、ラインイ
メージセンサによって画像信号に変換するようになって
いる。

【０００９】画像検出を行うラインセンサカメラ５のラ
インイメージセンサには、一般的なＣＣＤリニアイメー
ジセンサを用いることも可能であるが、本実施形態で
は、高感度で、高速相対走査による画像検出が可能なＴ
ＤＩ（Time Delay&Integration；遅延積分）型のライン
イメージセンサ（ＴＤＩセンサ）を用いており、高速走
査による画像検出が可能であるとともに、照明光量が少
なくても高感度な画像検出が可能であるようにしてあ
る。ラインセンサカメラ５は、増幅部やＡ／Ｄ変換部を
内蔵しており、ラインイメージセンサの出力をＡ／Ｄ変
換して、デジタル化した画像信号として出力する。

【００１０】ここで、ラインセンサカメラ５としてマル
チタップ出力（パラレル出力）タイプを採用すれば、デ
ータ転送処理速度の向上に有利である。例えば、８タッ
プのＡ／Ｄ変換器内蔵のＴＤＩラインセンサカメラを使
い、８ビット（２５６階調）の濃淡画像をデータ転送レ
ート１０ＭＨｚで８チャンネル並列に出力すると、トー
タル８０ＭＨｚのデータ転送レートになる。また、シン
グルタップ出力（シリアル出力）のラインセンサカメラ
５を使用すると、データ転送レートは５ＭＨｚ〜３０Ｍ
Ｈｚ程度であり、マルチタップ（ｎタップ）のラインセ
ンサカメラ５を使用すると、データ転送レートはそのｎ
倍になる。したがって、８タップではデータ転送レート
は、４０ＭＨｚ〜２４０ＭＨｚとなり、１６タップでは
データ転送レートは、８０ＭＨｚ〜４８０ＭＨｚとな
る。

【００１１】ラインセンサカメラ５でデジタル化された
画像信号は、画像入力用のパソコン（ＰＣ−Ｇ）６に取
り込まれる。このパソコン６には、画像入力ボード７が
内蔵されている。画像信号は、パソコン６のバスに接続
されている画像入力ボード７を経由して、パソコン６の
メインメモリにデジタル画像として取り込まれる。

【００１２】ここで、シングルタップ出力のラインセン
サカメラ５を使用して、データ転送レートが２０ＭＨｚ
程度以下の場合には、画像入力ボード７には、パソコン
用に市販されている画像入力ボードが使用できる。しか
しながら、マルチタップ出力のラインセンサカメラ５を
使用し、データ転送レートが速い場合には、現状では市
販の画像入力ボードを使用することは難しく、高速な画
像入力ボードが必要になる。勿論、このような高速入力
が可能な画像入力ボードを、画像入力用のパソコン（Ｐ
Ｃ−Ｇ）６に備えさせることも可能であるが、マルチタ
ップ出力のラインセンサカメラ５を使用し、データ転送
レートが速い場合には、１あるいは２つのチャンネル毎
に、画像入力用のパソコン６を割り当てて、複数のパソ
コン６で画像入力を行うようにしてもよい。

【００１３】図１において、パソコン（ＰＣ−Ｍ）８は
シーケンス制御用のパソコンであり、システム全体の統
括管理を担い、システム全体の検査シーケンスの統括制
御を行う。

【００１４】パソコン８は、そのステージコントローラ
部（モータコントロール基板）９から指令信号をドライ
バ１０に送出し、ドライバ１０によってステージ駆動用
モータを駆動制御させて、ＸＹステージ３（Ｙステージ
およびＸステージ）の移動を制御する。これによって、
ラインイメージセンサの画素の並び方向と直角方向（ｙ
軸方向）に、Ｙステージを一定速度で移動させながら、
帯状の範囲の画像を検出する。Ｙステージを往復動作さ
せて、Ｙステージの折り返しのとき、Ｘステージを検出
幅だけステップ送りすることで、検査対象物１の全面を
検出する。

【００１５】ステージ駆動用のサーボモータの軸に直結
させたエンコーダの出力パルスを、カメラコントロール
・座標管理基板１１に入力する。基板１１では、エンコ
ーダパルスを分周し、ラインイメージセンサを駆動する
パルスを発生させ、これをラインイメージセンサへ出力
する。また、基板１１は、エンコーダのパルスをカウン
トすることで、ＸＹステージ１の位置情報を管理してお
り、位置情報に基づいて画像検出開始点のトリガを発生
して、これをパソコン６の画像入力ボード７に出力す
る。なお、基板１１への指令（コマンド）は、パソコン
８がコマンドＩ／Ｆボード１２を介して発行する。

【００１６】一方、画像入力用のパソコン６に入力され
た画像データは、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワー
ク）１７で接続されている画像処理用のパソコン群１８
ａ、１８ｂ、…１８ｎに、パソコン６から適宜に選択・
分散して送られ、画像処理用の各パソコン１８ａ〜１８
ｎによって、検出画像データから欠陥を抽出する処理が
並行して行われる。パソコン群１８ａ〜１８ｎによる処
理結果（欠陥位置や、大きさ、種類など）は、ＬＡＮ１
７を通じて、シーケンス制御用のパソコン８に送られ
る。検査結果は、パソコン８に接続されたプリンタに出
力するか、パソコン８からネットワーク経由で検査シス
テム外部の計算機に転送する。なお、画像処理用のパソ
コン群１８ａ〜１８ｎによって欠陥抽出のみならず、欠
陥の詳細分類や致命性判定を行わせることも可能であ
る。

【００１７】また、ワークホルダ２、照明の光源１３、
ワークホルダ２上に検査対象物１を装脱着するローダ／
アンローダ１４は、シーケンス制御用のパソコン８の管
理下にあるシーケンサ１５で制御されている。シーケン
サは、シリアルポート１６を介してパソコン８と通信し
ており、パソコン８の指令で動作する。なお、検査シス
テム内の、少なくともパソコンを除く各装置への電源供
給は、電源制御部１９によって行われる。

【００１８】図２は、本発明の第２実施形態に係る外観
検査システム（欠陥検査システム）の構成図である。本
実施形態では、検査対象物１の欠陥検査のために、平面
画像に加えて高さ情報画像を併せて用い、検査対象物１
としての電子回路基板の回路パターンの平面形状のみな
らず、厚みも併せて検査する。

【００１９】検査対象物１は、ＸＹステージ３に固定さ
せたワークホルダ２に保持される。光学系４は、平面画
像検出系と高さ検出系とを持ち、平面画像検出系は、パ
ターンを暗く、基材を明るく検出するために、偏光照明
を行う照明光学系と、偏光検出によって光学像を形成す
る結像光学系とからなり、また、高さ検出系は、照明光
学系と、光学像を形成する結像光学系とからなってい
る。

【００２０】平面画像検出系の光学像は、ＴＤＩセンサ
カメラ５ａで検出する。高さ検出系の光学像は、合焦位
置およびその前後に配置された３個のＣＣＤリニアイメ
ージセンサカメラをもつＣＣＤリニアイメージセンサカ
メラ５ｂでそれぞれ検出する。例えば、平面画像は、画
素サイズ３μｍで、４タップのＡ／Ｄ変換器内蔵のＴＤ
Ｉセンサカメラを使い、８ビットの濃淡画像をデータ転
送レート１０ＭＨｚで出力させると、トータル４０ＭＨ
ｚのデータ転送レートのデータになる。また、高さ検出
系の画像は、平面画像の画素サイズの整数倍、例えば、
２倍とし、画素サイズ６μｍとする。各ＣＣＤリニアイ
メージセンサから画像をデータ転送レート１０ＭＨｚで
出力させると、トータル３０ＭＨｚのデータ転送レート
のデータになる。

【００２１】デジタル化された平面画像信号を、第１の
画像入力用のパソコン（ＰＣ−Ｇ）６ａに取り込む。ま
た、デジタル化された高さ検出系の３つの画像信号を、
第２の画像入力用のパソコン（ＰＣ−Ｔ）６ｂに取り込
む。パソコン６ａ、６ｂには、それぞれ、画像入力ボー
ド７ａ、７ｂが内蔵されている。画像信号は、パソコン
６ａ、６ｂのバスに接続されている画像入力ボード７
ａ、７ｂを経由して、パソコン６ａ、６ｂのメインメモ
リにデジタル画像としてそれぞれ取り込まれる。

【００２２】シーケンス制御用のパソコン（ＰＣ−Ｍ）
８は、ステージコントローラ部（モータコントロール基
板）９から指令信号をドライバ１０に送出し、ドライバ
１０によってステージ駆動用モータを駆動制御させて、
ＸＹステージ３（ＹステージおよびＸステージ）の移動
を制御する。これによって、ラインイメージセンサの画
素の並び方向と直角方向（ｙ軸方向）に、Ｙステージを
一定速度で移動させながら、帯状の範囲の画像を検出す
る。Ｙステージを往復動作させて、Ｙステージの折り返
しのとき、Ｘステージを検出幅だけステップ送りするこ
とで、検査対象物１の全面を検出する。

【００２３】Ｙステージのサーボモータに内蔵されてい
るロータリエンコーダの出力パルス信号を、カメラコン
トロール・座標管理基板１１に入力し、基板１１では、
エンコーダパルスを、検出画素サイズに相当するクロッ
クに分周し、駆動パルスとして、ＣＣＤリニアイメージ
センサ、ＴＤＩセンサに供給する。ＣＣＤリニアイメー
ジセンサには６μｍＹステージが動くと１パルス送り、
ＴＤＩセンサには３μｍＹステージが動くと１パルス送
る。これにより、ステージ速度とセンサの駆動が同期さ
れる。

【００２４】また、基板１１は、エンコーダのパルスを
カウントすることで、ＸＹステージ１の位置情報を管理
しており、位置情報に基づいて画像検出開始点のトリガ
を発生して、これをパソコン６ａ、６ｂの画像入力ボー
ド７ａ、７ｂに出力する。なお、基板１１への指令（コ
マンド）は、パソコン８がコマンドＩ／Ｆボード１２を
介して発行する。

【００２５】一方、画像入力用のパソコン６ａ、６ｂに
入力された画像は、ＬＡＮ１７で接続されている画像処
理用のパソコン群１８ａ、１８ｂ、…１８ｎに、パソコ
ン６ａ、６ｂから適宜に選択・分散して送られる。画像
処理用のパソコン群１８ａ〜１８ｎは、高さ検出系で検
出された３つの画像から高さ情報画像を作成し、この生
成した高さ情報画像データと平面画像データとに基づ
き、欠陥を判定・抽出する処理を行う。パソコン群１８
ａ〜１８ｎによる処理結果は、ＬＡＮ１７を通じて、シ
ーケンス制御用のパソコン８に送られる。

【００２６】また、ワークホルダ２、照明の光源１３、
ローダ／アンローダ１４は、シーケンス制御用のパソコ
ン８の管理下にあるシーケンサ１５で制御されている。
シーケンサは、シリアルポート１６を介してパソコン８
と通信しており、パソコン８の指令で動作する。なお、
検査システム内の、少なくともパソコンを除く各装置へ
の電源供給は、電源制御部１９によって行われる。

【００２７】図３は、本発明の第３実施形態に係る外観
検査システム（欠陥検査システム）の構成図である。本
実施形態では、ラインセンサカメラで検出した画像を電
子回路で２値化し、この２値画像をパソコンに取り込
む。これにより、画像入力ボードの負担が減り、超高速
な画像入力ボードの必要が無くなる。

【００２８】検査対象物１は、ＸＹステージ３に固定さ
せたワークホルダ２に保持される。光学系４は、照明光
学系と結像光学系とを持ち、光学系４で得た光学像をラ
インセンサカメラ５で画像信号に変換する。ラインセン
サカメラ５には、８タップのＡ／Ｄ変換器内蔵のＴＤＩ
センサカメラを使い、８ビットの濃淡画像をデータ転送
レート１０ＭＨｚで、８チャンネル並列に出力する。

【００２９】このデジタル化された濃淡画像信号を、８
個のシェーディング補正回路２０…で、チャンネル毎に
シェーディング補正を行う。シェーディング補正によ
り、ラインイメージセンサの画素毎の感度ムラや照明ム
ラなどがキャンセルされる。シェーディング補正された
画像信号は、合成・分配回路２１で隣接チャンネルの画
像の一部を重複して持たせる。これは、次の２値化回路
で、画像の周辺に無効画素が発生するため、その無効画
素分を予め余分に持たせるためである。次に、８個の２
値化回路２２…で、チャンネル毎に２値化を行う。２値
化には、固定しきい値による２値化や浮動しきい値によ
る２値化、あるいは、微分処理を併用し、微弱コントラ
ストを強調した２値化方式もある。検査対象に最適な２
値化方式を選択するとよい。８チャンネルの２値画像
を、合成・パック回路２３により、１チャンネルのパッ
クしたデータに変換する。すなわち、データ転送レート
１０ＭＨｚの８ビットデータとする。

【００３０】上記のように電子回路で２値化した画像デ
ータを、パソコン（ＰＣ−Ｍ）８に取り込む。本実施形
態においては、シーケンス制御用のパソコン８が画像入
力用のパソコンを兼用するようになっており、パソコン
８には、画像入力ボード７が内蔵されている。画像デー
タは、パソコン８の画像入力ボード７を経由して、パソ
コン８のメインメモリにデジタル画像として取り込まれ
る。

【００３１】パソコン８は、ステージコントローラ部
（モータコントロール基板）９から指令信号をドライバ
１０に送出し、ドライバ１０によってステージ駆動用モ
ータを駆動制御させて、ＸＹステージ３（Ｙステージお
よびＸステージ）の移動を制御する。これによって、ラ
インイメージセンサの画素の並び方向と直角方向（ｙ軸
方向）に、Ｙステージを一定速度で移動させながら、帯
状の範囲の画像を検出する。Ｙステージを往復動作させ
て、Ｙステージの折り返しのとき、Ｘステージを検出幅
だけステップ送りすることで、検査対象物１の全面を検
出する。

【００３２】Ｙステージのサーボモータの軸に直結させ
たエンコーダの出力パルスを、カメラコントロール・座
標管理基板１１に入力し、基板１１では、エンコーダパ
ルスを分周し、ラインイメージセンサを駆動するパルス
を発生させて、これをラインイメージセンサへ出力す
る。また、基板１１は、エンコーダのパルスをカウント
することで、ＸＹステージ１の位置情報を管理してお
り、画像検出開始点のトリガを発生して、これを画像入
力ボード７に出力する。

【００３３】前記のシェーディング補正回路２０、合成
・分配回路２１、２値化回路２２、合成・パック回路２
３、および、基板１１への指令（コマンド）は、パソコ
ン８がコマンドＩ／Ｆボード１２を介して発行する。

【００３４】一方、パソコン８に入力された画像は、Ｌ
ＡＮ１７で接続されている画像処理用のパソコン群１８
ａ、１８ｂ、…１８ｎに、パソコン８から適宜に選択・
分散して送られ、画像処理用の各パソコン１８ａ〜１８
ｎによって、検出画像データから欠陥を抽出する処理が
並行して行われる。パソコン群１８ａ〜１８ｎによる処
理結果（欠陥位置や、大きさ、種類など）は、ＬＡＮ１
７を通じて、パソコン８に送られる。

【００３５】ワークホルダ２、照明の光源１３、ローダ
／アンローダ１４は、シーケンス制御用のパソコン８の
管理下にあるシーケンサ１５で制御されている。シーケ
ンサは、シリアルポート１６を介してパソコン８と通信
しており、パソコン８の指令で動作する。なお、検査シ
ステム内の、少なくともパソコンを除く各装置への電源
供給は、電源制御部１９によって行われる。

【００３６】ここで上述した３つの実施形態では、パソ
コンを用いたが、小型計算機であれば、パソコンに限定
するものではなく、例えば、ワークステーションやサー
バを使用することも考えられる。また、複数台のデスク
トップ型パソコンやノート型パソコンをＬＡＮで接続し
て使用する以外に、１つの筐体内に複数のマザーボード
を実装し、各マザーボードをネットワークに接続して、
使用することも可能である。このようにすると、見かけ
上、筐体が１つであるため、省スペースの点で有利であ
る上、電源や、モニターディスプレイ、キーボード、マ
ウス類を共通化できるメリットがある。

【００３７】また、上述した実施形態では、ＸＹステー
ジで検査対象物を移動する例を示したが、ＸＹステージ
で光学系を移動させる方法でも構わない。

【００３８】次に、本発明の第１〜第３実施形態のシス
テムに適用される動作シーケンスの１例を、図４を用い
て説明する。

【００３９】ラインイメージセンサは１回の走査により
帯状の領域を検出するため、Ｙステージによる１回の走
査毎に、Ｘステージを検出幅だけステップ送りして、Ｙ
ステージによってｎ回のステージ走査を行わせることに
より、検査対象物の全面の検査を行う必要がある。

【００４０】シーケンス制御を司るパソコンＰＣ−Ｍ
は、まず、ローダ／アンローダを起動して、検査対象物
をワークホルダにセットする。次に、検査対象物上の位
置決めマークを検出し、位置決めを行う。そのあと、ｎ
回のステージ走査を行い、検査対象物の全面の画像を検
出する。全面の検査が終わったら、再び、ローダ／アン
ローダを起動して、検査対象物をワークホルダから外
し、次の検査対象物をセットする。よって、検査タクト
は、ローダ／アンローダの起動から、ｎ回目のステージ
走査が終わるまである。

【００４１】画像処理用のパソコンを、ステージ走査回
数ｎと同じ台数ｎだけ用意する。１回目のステージ走査
で得た画像をＰＣ−（１）に転送し、ＰＣ−（１）で画
像処理し、欠陥判定を行う。判定処理が終わると、判定
結果をＰＣ−Ｍに転送する。同様に、ｋ回目のステージ
走査で得た画像は、ＰＣ−（ｋ）にて欠陥判定を行う。
画像処理用の各パソコンＰＣ−（ｋ）は、つぎの検査対
象のｋ回目のステージ走査が始まる前に、判定処理と判
定結果の転送を終了しておくようにする。このように、
検出画像をｎ台のパソコンに分配し、処理することで、
検査タクトを検出に必要な時間まで短縮することができ
る。もちろん、画像処理・判定時間は検査の種類により
異なるので、台数は加減するとよい。

【００４２】なお、図４では、１ステージ走査で得た画
像を１台のパソコンで処理する例を示したが、複雑な処
理であれば、１ステージ走査で得た画像を複数台のパソ
コンで処理するようにシステムを構築し、反対に、簡単
な処理であれば、複数のステージ走査で得た画像を１台
のパソコンで処理するように、システムを構築してもよ
い。

【００４３】図５は、本発明の第４実施形態に係る外観
検査システム（欠陥検査システム）の構成図であり、本
実施形態は、半導体ウェーハのパターン検査を行うシス
テムへの適用例である。

【００４４】本実施形態では、電子線３０により半導体
ウェーハ１００を走査して、電子線の照射によって半導
体ウェーハ１００から発生する電子を検知し、その強度
変化に基づいて走査部位の電子線像を得、電子線像を用
いてパターン検査を行う。

【００４５】半導体ウェーハは最終的に同一の製品とな
るチップが多数配列されている。本実施形態のシステム
では、あるチップの検出画像と、隣接する別のチップの
検出画像とを、画像比較することにより欠陥を認識す
る。

【００４６】本システムは、検出系１０１と、画像処理
系１０２と、システム全体を制御する全体制御系１０３
とに大別される。

【００４７】全体制御部系１０３は、１台あるいは複数
台のパソコン（ＰＣ−Ｍ）から構成され、検出系１０１
および画像処理系１０２の各種動作のタイミングの制
御、座標管理を行うとともに、あらかじめプログラミン
グされたシーケンスに従い、半導体ウェーハのセッティ
ングから、検査結果出力に至る、一連の検査動作を制御
する。

【００４８】次に、検出系１０１について説明する。電
子銃３１を出た電子ビームは、コンデンサレンズ３２、
対物レンズ３３を経て、試料（ウェーハ）面では画素サ
イズ程度のビーム径に絞られる。電子線が照射される
と、ウェーハ１００からは電子が発生する。走査偏向器
３４による電子線のＸ方向の繰り返し走査と、ステージ
３によるウェーハ１００のＹ方向の連続的な移動に同期
して発生する電子を検出することで、ウェーハ１００の
２次元の電子線像が得られる。ウェーハ１００から発生
した電子は検出器３５で捕らえられ、アンプ３６で増幅
された後、画像処理系１０２に入力される。

【００４９】画像処理系１０２では、入力されたアナロ
グ信号をＡ／Ｄ変換器３７によりデジタル信号に変換す
る。デジタル化された画像信号を、画像入力用のパソコ
ン（ＰＣ−Ｇ）６に取り込む。パソコン６には、画像入
力ボード７が内蔵されている。画像信号は、パソコン６
のバスに接続されている画像入力ボード７を経由して、
パソコン６のメインメモリにデジタル画像として取り込
まれる。この場合、画像のデータレートは、１００ＭＨ
ｚ〜５００ＭＨｚ程度で非常に高速であるため、パソコ
ン６には、高速な画像入力ボードを具備させる必要があ
る。

【００５０】パソコン６に入力された画像データは、Ｌ
ＡＮ１７で接続されている画像処理用のパソコン群１８
ａ〜１８ｎに送られ、欠陥判定処理が行われる。画像処
理用パソコン群１８ａ〜１８ｎでは、暗レベル補正、電
子源の揺らぎ補正、シェーディング補正等の画像補正を
行った後、あるチップの検出画像と、隣接する別のチッ
プの検出画像とを位置合わせし、画像比較することによ
り、欠陥を認識する。処理結果（欠陥位置や、大きさ、
種類など）は、ＬＡＮ１７を通じて、全体制御系１０３
に送られる。検査結果は、プリンタに出力するか、全体
制御系１０３からネットワーク経由で検査システム外部
の計算機に転送する。なお、画像処理用のパソコン群に
は、欠陥を抽出する処理のみならず、欠陥の詳細分類や
致命性判定を行わせることも可能である。

【００５１】図６は、本発明の第５実施形態に係る外観
検査システム（欠陥検査システム）の構成図である。本
実施形態では、画像処理用パソコンで画像入力をも行う
構成になっている。

【００５２】図６に示す構成において、電子回路基板な
どの検査対象物１は、ＸＹステージ３上に固定されたワ
ークホルダ２に保持され、ＸＹステージ３の移動によっ
て、検査対象物１の検査対象領域が順次可変される。光
学系４は、光源１３からの出射光を検査対象物１の検査
対象領域に照射する照明光学系と、検査対象領域からの
光（反射光や散乱光等）によって光学像を形成する結像
光学系とを含むものとなっている。そして、結像光学系
によりライン（リニア）センサカメラ５のライン（リニ
ア）イメージセンサ上に結像された光学像を、ラインイ
メージセンサによって画像信号に変換するようになって
いる。

【００５３】画像検出を行うラインセンサカメラ５のラ
インイメージセンサには、一般的なＣＣＤリニアイメー
ジセンサを用いることも可能であるが、本実施形態で
は、高感度で、高速相対走査による画像検出が可能なＴ
ＤＩ（Time Delay&Integration；遅延積分）型のライン
イメージセンサ（ＴＤＩセンサ）を用いており、高速走
査による画像検出が可能であるとともに、照明光量が少
なくても高感度な画像検出が可能であるようにしてあ
る。ラインセンサカメラ５は、増幅部やＡ／Ｄ変換部を
内蔵しており、ラインイメージセンサの出力をＡ／Ｄ変
換して、デジタル化した画像信号として出力する。

【００５４】デジタル化された画像信号は、画像処理用
のパソコン群（ＰＣ−（１）、ＰＣ−（２）、…ＰＣ−
（ｎ））１８ａ、１８ｂ、…１８ｎに取り込まれる。各
パソコン１８ａ、１８ｂ、…１８ｎには、画像入力ボー
ド７が内蔵されている。画像信号は、パソコンのバスに
接続されている画像入力ボード７を経由して、メインメ
モリにデジタル画像として取り込まれる。ラインセンサ
カメラ５のラインイメージセンサとして、シングルタッ
プのラインイメージセンサを使用し、データ転送レート
が２０ＭＨｚ程度以下の場合、画像入力ボードはパソコ
ン用に市販されているボードが使用できる。

【００５５】ラインイメージセンサは１回の走査により
帯状の領域を検出するため、Ｙステージによる１回の走
査毎に、Ｘステージを検出幅だけステップ送りして、Ｙ
ステージによってｎ回のステージ走査を行わせることに
より、検査対象物の全面の検査を行う必要がある。

【００５６】第１回目のステージ走査で得た画像をパソ
コン（ＰＣ−（１））１８ａで検出し、暗レベル補正や
シェーディング補正など前処理を行った後、欠陥判定処
理を行う。処理結果（欠陥位置や、大きさ、種類など）
は、ＬＡＮ１７を通じて、パソコン（ＰＣ−Ｍ）８に送
る。第２回目のステージ走査で得た画像をパソコン（Ｐ
Ｃ−（２））１８ｂで検出し、処理を行う。順次画像を
画像処理用のパソコンに割り振って、処理を行う。第ｋ
回目のステージ走査までに、パソコン（ＰＣ−（１））
１８ａは処理を終え、処理結果をパソコン（ＰＣ−Ｍ）
８に送っていれば、ｋ回目のステージ走査で得た画像
は、パソコン（ＰＣ−（１））１８ａで検出し、欠陥判
定処理を行うようにする。

【００５７】図６において、パソコン（ＰＣ−Ｍ）８は
シーケンス制御用のパソコンであり、システム全体の統
括管理を担い、システム全体の検査シーケンスの統括制
御を行う。

【００５８】パソコン８は、そのステージコントローラ
部（モータコントロール基板）９から指令信号をドライ
バ１０に送出し、ドライバ１０によってステージ駆動用
モータを駆動制御させて、ＸＹステージ３（Ｙステージ
およびＸステージ）の移動を制御する。これによって、
ラインイメージセンサの画素の並び方向と直角方向（ｙ
軸方向）に、Ｙステージを一定速度で移動させながら、
帯状の範囲の画像を検出する。Ｙステージを往復動作さ
せて、Ｙステージの折り返しのとき、Ｘステージを検出
幅だけステップ送りすることで、検査対象物１の全面を
検出する。

【００５９】ステージ駆動用のサーボモータの軸に直結
させたエンコーダの出力パルスを、カメラコントロール
・座標管理基板１１に入力する。基板１１では、エンコ
ーダパルスを分周し、ラインイメージセンサを駆動する
パルスを発生させ、これをラインイメージセンサへ出力
する。また、基板１１は、エンコーダのパルスをカウン
トすることで、ＸＹステージ１の位置情報を管理してお
り、位置情報に基づいて画像検出開始点のトリガを発生
して、これをパソコン６の画像入力ボード７に出力す
る。なお、基板１１への指令（コマンド）は、パソコン
８がコマンドＩ／Ｆボード１２を介して発行する。

【００６０】本実施形態では、ＬＡＮで画像データを画
像処理用のパソコン群に転送する必要がないため、ネッ
トワークが混雑することがない。また、シーケンス制御
用のパソコン（ＰＣ−Ｍ）に送る処理結果として、欠陥
個所を含む濃淡画像データを含ませることもできる。

【００６１】以下、本発明による外観検査システム（欠
陥検査システム）における、検査対象物の例をいくつか
示す。

【００６２】その１つは、セラミック基板に用いるグリ
ーンシートに形成された金属微粒子の配線パターンであ
る。欠陥としては、断線、半断線、ショート、半ショー
トなどのパターンの平面形状欠陥と、パターンの厚み方
向の欠陥、例えば、かすれ、ピンホール（高さ不足）、
突起（高さ過剰）がある。

【００６３】２つ目の適用例は、プリント回路板に形成
された銅配線パターンである。特に、ビルドアップ基板
は、パターン密度が高く、微細化しているため、小さな
欠陥まで検出する必要がある。また、パターンの断面ア
スペクト比が大きくなり、パターン厚み方向の欠陥の検
査も重要となる。欠陥としては、断線、半断線、ショー
ト、半ショートなどのパターンの平面形状欠陥と、パタ
ーンの厚み方向の欠陥、例えば、薄いパターン、ピンホ
ール（高さ不足）、突起（高さ過剰）がある。また、ビ
アホール、スルーホールの形状も検査対象となる。

【００６４】３つ目の適用例は、フラットディスプレイ
の検査である。例えば、プラズマディスプレイパネル
（ＰＤＰ）の隔壁高さ、隔壁幅、蛍光体膜厚などの３次
元形状検査や、隔壁製造工程における感光膜の検査に好
適である。また、カラーフィルタの突起欠陥検査や、ブ
ラウン管の蛍光体膜厚検査等にも適用できる。

【００６５】４つ目の適用例は、プリント配線板のはん
だ付検査である。例えば、ＱＦＰ、ＳＯＰ、チップ部品
などのはんだ不良（濡れ不良、はんだ小、ブリッジな
ど）や位置ずれを検査する。

【００６６】５つ目の適用例は、ウェーハの異物検査で
ある。この場合、鏡面ウェーハやパターン付ウェーハ上
の異物（ゴミ）を検査する。

【００６７】６つ目の適用例は、ウェーハのパターン検
査であり、ウェーハに形成されたパターン形状を検査す
る。

【００６８】以上、電子回路関係のアプリケーションを
例に挙げたが、本発明は、他の分野の製品、半製品、部
品への適用も勿論可能である。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出器に２次元イメージセンサ（ＴＶカメラ）ではな
く、検出器にラインイメージセンサを使用しているた
め、２次元イメージセンサのように時間を食う静定時間
を要することなく、連続スキャンにより、無駄なく効率
よく画像検出を行えるので、検出速度の高速な検査シス
テムを提供できる。さらに、画像処理・欠陥判定を小型
計算機（パソコン）によるソフトウエア処理によって行
っており、パソコンは汎用品であるため安価であるの
で、従来のように専用の画像処理回路を製作するのに比
べて、画像処理を担う構成のコストが大幅に低減でき、
したがって、検査システムの低コスト化を実現できる。

【００７０】また、必要とされる検査速度に見合った台
数のパソコンを準備すれば良いので、パソコンの台数を
増減することで、処理能力を容易に変えられる。また、
開発期間が短く、かつ、判定処理アルゴリズムの変更も
容易である。そして、これらによって、フレキシビリテ
ィの高い検査システムを実現できる。また、パソコンの
高性能化は急激であるため、最新のマシンに取り替える
だけで、処理時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る外観検査システム
（欠陥検査システム）の構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る外観検査システム
（欠陥検査システム）の構成図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る外観検査システム
（欠陥検査システム）の構成図である。

【図４】本発明の第１〜第３実施形態のシステムに適用
される動作シーケンスの１例を示す説明図である。

【図５】本発明の第４実施形態に係る外観検査システム
（欠陥検査システム）の構成図である。

【図６】本発明の第５実施形態に係る外観検査システム
（欠陥検査システム）の構成図である。

【符号の説明】 １ 検査対象物 ２ ワークホルダ ３ ＸＹステージ ４ 光学系 ５、５ａ、５ｂ ラインイメージセンサカメラ ６、６ａ、６ｂ 画像入力用のパソコン ７、７ａ、７ｂ 画像入力ボード ８ シーケンス制御用のパソコン １１ カメラコントロール・座標管理基板 １３ 光源 １４ ローダ／アンローダ １５ シーケンサ １８ａ〜１８ｎ 画像処理用のパソコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯部 光庸 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 吉村 和士 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 小林 治臣 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 宍戸 千絵 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA04 AA24 AA25 AA54 AA61 BB02 CC01 CC17 CC26 CC27 CC28 CC31 DD06 FF01 FF02 FF15 FF42 FF49 HH08 JJ02 JJ05 JJ25 KK01 MM03 MM07 PP12 QQ03 QQ24 QQ32 SS06 UU05 2G051 AA51 AA65 AB01 AB20 BA00 BA11 CA03 CA04 CB01 CB05 DA07 EA08 EA11 EA12 EA23 4M106 AA01 AA20 BA02 BA04 BA20 CA38 CA39 CA41 DB04 DB05 DB19 DB20 DB21 DJ04 DJ11 DJ13

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物を照明する照明光学系と、 前記検査対象物の光学像を形成する結像光学系と、 該結像光学系によって結像された光学像をラインイメー
   ジセンサにより画像信号に変換する画像検出手段と、 該画像検出手段の出力する画像信号を取り込む機能を有
   する画像入力用小型計算機と、 該画像入力用小型計算機と通信ネットワークを介して接
   続され、前記画像入力用小型計算機に入力された検出画
   像データの転送を受けて、検出画像データから欠陥を抽
   出する処理を行う画像処理用小型計算機群と、 検出視野を移動可能なＸＹステージと、 該ＸＹステージや照明の制御を司る検査シーケンス制御
   用小型計算機と、を具備したことを特徴とする外観検査
   システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記小型計算機は汎用のパソコンであることを特徴とす
   る外観検査システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記画像検出手段は、マルチタップ型の出力端から画像
   信号をマルチチャンネル出力し、前記画像入力用小型計
   算機は、マルチチャンネル出力される画像信号を取り込
   む機能を有することを特徴とする外観検査システム。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記画像検出手段の前記ラインイメージセンサは、ＴＤ
   Ｉ（Time Delay & Integration；遅延積分）型のライン
   イメージセンサであることを特徴とする外観検査システ
   ム。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記画像入力用小型計算機は複数台が設けられたことを
   特徴とする外観検査システム。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記画像検出手段は、平面画像の画像信号を第１の前記
   画像入力用小型計算機に出力するとともに、高さ情報画
   像を生成するための画像信号を第２の前記画像入力用小
   型計算機に出力することを特徴とする外観検査システ
   ム。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記画像検出手段の出力を２値化画像データに変換し
   て、前記画像入力用小型計算機に出力する手段を設けた
   ことを特徴とする外観検査システム。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の外観検査システムにお
   いて、 前記画像入力用小型計算機と前記検査シーケンス制御用
   小型計算機とが１台の小型計算機によって兼用されるこ
   とを特徴とする外観検査システム。
9. 【請求項９】 検査対象物を照明する照明光学系と、 前記検査対象物の光学像を形成する結像光学系と、 該結像光学系によって結像された光学像をラインイメー
   ジセンサにより画像信号に変換して、画像信号を１０〜
   ５００ＭＨｚ程度のデータ転送レートで出力する画像検
   出手段と、 該画像検出手段の出力する画像信号から欠陥を抽出する
   処理を行う画像処理用小型計算機群と、 検出視野を移動可能なＸＹステージと、を具備したこと
   を特徴とする外観検査システム。
10. 【請求項１０】 検査対象物を電子線走査する電子線走
    査手段と、 走査電子像を画像信号に変換して、画像信号を１０〜５
    ００ＭＨｚ程度のデータ転送レートで出力する画像検出
    手段と、 該画像検出手段の出力する画像信号から欠陥を抽出する
    処理を行う画像処理用小型計算機群と、 検出視野を移動可能なＸＹステージと、を具備したこと
    を特徴とする外観検査システム。
11. 【請求項１１】 検査対象物を照明する照明光学系と、
    前記検査対象物の光学像を形成する結像光学系と、該結
    像光学系によって結像された光学像をラインイメージセ
    ンサにより画像信号に変換して出力する画像検出手段
    と、該画像検出手段の出力する画像信号から欠陥を抽出
    する処理を行う画像処理用小型計算機群と、検出視野を
    移動可能なＸＹステージとを備え、 前記画像処理用小型計算機群によって、欠陥を抽出する
    処理を分散して行わせ、前記各画像処理用小型計算機の
    処理結果を統括して出力するようにしたことを特徴とす
    る外観検査方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の外観検査方法にお
    いて、 前記ＸＹステージによる１回のステージ走査毎に得られ
    る画像信号を、前記画像処理用小型計算機に順次割り振
    って転送するようにしたことを特徴とする外観検査方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の外観検査方法にお
    いて、 前記画像処理用小型計算機群へ画像信号を転送する処理
    を、前記画像処理用小型計算機群とは異なる画像入力用
    小型計算機に担わせ、外観検査システムの統括管理を前
    記画像処理用小型計算機群とは異なる検査シーケンス制
    御用小型計算機に担わせるようにしたことを特徴とする
    外観検査方法。
14. 【請求項１４】 検査対象物を照明する照明光学系と、 前記検査対象物の光学像を形成する結像光学系と、 該結像光学系によって結像された光学像をラインイメー
    ジセンサにより画像信号に変換する画像検出手段と、 該画像検出手段の出力する画像信号を取り込む機能を有
    し、検出画像データから欠陥を抽出する処理を行う画像
    処理用小型計算機群と、 検出視野を移動可能なＸＹステージと、 該ＸＹステージや照明の制御を司る検査シーケンス制御
    用小型計算機と、を具備したことを特徴とする外観検査
    システム。