JP2001124530A

JP2001124530A - 立体形状検出方法及び装置、並びに検査方法及び装置

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Publication number: JP2001124530A
Application number: JP30561499A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Koshishiba; 洋哉越柴; Hiroto Okuda; 浩人奥田; Toshifumi Honda; 敏文本田; Mitsunobu Isobe; 光庸磯部; Kazushi Yoshimura; 和士吉村; Haruomi Kobayashi; 治臣小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-11
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP3685667B2

Abstract

(57)【要約】【課題】検査対象物の立体形状を高精度にかつ高速に
検査できるようにする。【解決手段】対物レンズ１５によって検査対象物１に
スリット光を照明し、その照射領域からの反射光は、穴
付きミラー１４で反射され、開口しぼり１６と結像レン
ズ１７を通った後、ビームスプリッタ１８ａ，１８ｂで
３つの光路に分岐され、夫々の分岐光路毎にラインセン
サ７ａ，７ｂが設けられている。ラインセンサ７ａは焦
点面の前方側に、ラインセンサ７ｂは焦点面の後方側に
配置され、また、これらラインセンサ７ａ，７ｂのｎ番
目の検出画素（セル）は、検査対象物１のスリット光照
射領域のｎ番目の単位領域の像を受光するように、これ
らラインセンサ７ａ，７ｂが位置調整されている。検査
対象物１のスリット光照射領域での単位領域の高さに応
じてラインセンサ７ａ，７ｂの面での像のぼけ量が異な
り、このぼけ量に応じた光量をラインセンサ７ａ，７ｂ
のセルが検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業製品の外観検
査における所定対象物の立体形状の検査に係り、特に、
電子回路基板の配線パターン（例えば、プリント配線板
やセラミックグリーンシートに印刷された配線パター
ン）や電子回路基板のはんだ付部の高さ検査に際して好
適な立体形状の検査に関する。

【０００２】

【従来の技術】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の検査の一従来
例として、特開平２−７１３７７号公報や特開平６−２
７０３４号公報に開示される検査方法が知られている。
かかる従来の検査方法は、光学手段によってグリーンシ
ート上の配線パターンを２次元画像として検出し、その
検出画像を２値化画像とし、この２値化画像で表わされ
る配線パターンの接続関係を設計値と比較検査すること
により、断線や半断線，ショート，半ショートなどの欠
陥を検出するものである。このように、この検査方法
は、配線パターンをグリーンシートの上面から２次元画
像として検出しており、かかる欠陥の平面形状での特徴
を検査するものである。

【０００３】これに対し、このような欠陥の厚み方向の
特徴（即ち、厚み欠陥）、例えば、配線パターンのかす
れやピンホール（高さ不足系），突起（高さ過剰系）を
検出することも外観検査に必要なことであり、このため
の検査方法が種々提案されている。

【０００４】即ち、例えば、特開平３−２７９８０５号
公報や特開平４−２９０９０９号公報，特開平５−６６
１１８号公報に配線パターンの厚み欠陥を検査する方法
が開示されている。これは、光切断法の１種であって、
光ビーム（レーザ光）を配線パターンに照射してその反
射光を検出するものであるが、光ビームの照射方向、反
射光の検出方向のどちらか一方、あるいは両方をこの配
線パターンが形成されている基板に対して斜めの方向と
するものである。光ビームはこの配線パターンが形成さ
れた基板上をｘ方向に走査しながら、ｙ方向に順次走査
してこの基板の配線パターンが形成されている領域全体
を走査するが、配線パターンが同じ高さにあると、その
頂面は基板の面に対して同じ高さの平面上にあり、従っ
て、この場合には、光ビームの走査位置が変化しても、
反射光を受光するセンサに対する反射光の光軸位置は変
化しない。これに対し、配線パターンの厚さが異なる
と、この部分でセンサに対する反射光の光軸位置が変化
する。このようにして、配線パターンの厚さ（高さ）に
応じてセンサに対する反射光の光軸が異なることにな
り、これにより、配線パターンの厚さを検出することが
できる。

【０００５】対象物の立体形状を検出する従来技術が、
例えば、特開平３−６３５０７号公報及び特開平６−２
０１３３７号公報に開示されている。これは、検査対象
基板を搭載したＺステージを高さ方向（上下方向）に順
次移動させながら焦点位置の異なる複数の画像を検出
し、これらの画像から立体形状を算出する方法である。
特開平６−２０１３３７号公報には、光学系を上下させ
て立体形状を算出する方法も記載されている。

【０００６】また、対象物の立体形状を検出する他の従
来技術として、例えば、特開平５−２４０６０７号公報
に開示される方法がある。これは、上記のＺステージや
光学系を移動させる代わりに、Ｚステージや光学系の位
置毎に対応してセンサを設けたものであり、対象物に光
ビーム（レーザ光）を照射し、その反射光を焦点位置の
異なる複数の位置のセンサで検出し、それらの信号強度
から立体形状を算出する方法である。この対象物の検査
領域全体の形状を検査するために、その検査領域を光ビ
ームで走査する。

【０００７】対象物の立体形状を検出するさらに他の従
来技術として、特開平４−２８３６０８号公報に開示さ
れる方法がある。これは、共焦点方式と呼ばれるもので
あって、対象物の像をレンズによって結像させる場合、
対象物の面がレンズの合焦点位置からはずれると、レン
ズの焦点面でのこの対象物の面の像がぼけ、このぼけ量
は対象物の面のレンズの合焦点位置からのずれ量に応じ
て異なることを利用するものである。具体的には、検査
対象物の表面にスリット光を照射し、その反射光をスリ
ット状の開口絞りとレンズを介して２次元のエリアセン
サで検出するものであって、このスリット光としては、
その幅がエリアセンサで受光されるときの１画素分に相
当する位に狭いものとするとともに、その長さはエリア
センサの複数画素分に相当する位長いものとする（この
スリット光で照明される領域のうち、エリアセンサの１
画素分の光を反射する小領域を、以下、単位照射領域と
いう）。また、開口絞りは、エリアセンサが受光する１
画素分の狭い幅のスリットを有し、このスリットは対象
物から反射されるスリット光の長手方向に垂直に設定さ
れる。検査対象物で反射したスリット光の夫々の１画素
分（検査対象物のスリット光の単位照射領域からの反射
光）は、開口絞りとレンズとを介してエリアセンサの異
なる画素領域で受光されるが、単位照射領域のレンズの
合焦点位置からのずれ量に応じてこの単位照射領域のエ
リアセンサでの像のぼけ量が異なることになり、このぼ
け量が大きいほどこの単位照射領域からの反射光を受光
する画素数が多くなる。この画素数を検出し、これをも
とに演算を行なうことにより、この単位照射領域のレン
ズからの距離、即ち、高さを求めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の特開
平３−２７９８０５号公報や特開平４−２９０９０９号
公報，特開平５−６６１１８号公報に開示される立体形
状検出方式では、光ビームを使用しているために、この
光ビームが照射される微少領域の検査結果しか得られ
ず、検査対象基板の検査領域全体の検査を行なうために
は、光ビームでこの検査領域全体を走査する必要があ
り、この走査をポリゴンミラーなどを用いて行なうので
ある。しかし、このように上記微少領域ずつの検査を行
なう場合、検査速度を高めることができず、検査に時間
を要することになる。しかも、照明光や反射光の光軸を
検査対象基板の面に対して傾けるものであるから、この
検査対象基板の面で検出できない死角が生ずるという問
題がある。

【０００９】また、上記の特開平３−６３５０７号公報
及び特開平６−２０１３３７号公報に記載の立体形状検
出方式は、Ｚステージや光学系を順次上または下方向に
移動させ、その移動毎に画像を得るようにして焦点位置
の異なる複数の画像を検出する必要があるため、この場
合も、検査に長い時間を要するという問題がある。

【００１０】また、上記の特開平５−２４０６０７号公
報に開示される立体形状検出方式でも、光ビームを用い
ていることから、検査対象基板の検査領域全体を検査す
るためには、その領域全体を光ビームで走査する必要が
あり、このため、検出速度を高めることができず、検査
に長時間を要することになる。高速にできない。しか
も、多数のセンサを必要とすることから、これらの調整
が複雑となり、また、コストの点で問題である。

【００１１】さらに、上記の特開平４ー２８３６０８号
に開示される立体形状検出方式は、複数の単位照射領域
の高さを同時に検出することができるが、レンズから対
象物までの距離に応じた像のぼけの大きさを検出するも
のであるから、高価なエリアセンサ、即ち、撮像素子を
必要とするし、また、このエリアセンサでは、各単位照
射領域毎に、ぼけ画像がどの程度まで広がって受光され
ているかを検出するために、多くの画素について受光量
の大小を判定する必要があり、処理に手間がかかって検
査に長時間を要することになる。

【００１２】本発明の目的は、かかる問題を解消し、検
査対象での欠陥を、平面的な特徴でばかりでなく、厚み
からも検査できるようにして、検査領域全体を迅速かつ
高精度で検査することができ、しかも、コストの上昇を
抑えることができるようにした立体形状検出方法とその
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、焦点はずれに伴う検査対象物の像のぼけ
の程度から検査対象物の高さを検出する共焦点方式を原
理とするものであって、ラインセンサを用い、該ライン
センサの各セルを検査対象物の単位照射領域に対応さ
せ、該セルでの受光量から像のぼけの程度を検出するこ
とができるようにしたものである。

【００１４】ここで、本発明の原理について説明する
が、まず、図２により、矩形状の開口（瞳が矩形状）の
場合の焦点はずれについて考察する。

【００１５】図２（ａ）において、紙面上縦方向をｙ方
向、同じく横方向をｚ方向、紙面に垂直な方向をｘ方向
とする。物体面の１点０からｚ方向に出た光をレンズに
通すと、その像が焦点面で結像する。この焦点面は、点
０からレンズまでの距離に応じて異なる。

【００１６】ここで、図２（ｂ）に示すように、レンズ
面での矩形開口の長辺の開口数をＮＡ、短辺の開口数を
ＮＡｓとし、レンズの横倍率をβとすると、物体面の１
点０から出た光による焦点面からｚ'だけ離れたｘｙ面
上での像はほぼ矩形となる。この像の長辺の長さを２
ｒ、短辺の長さを２ｒｓとすると、幾何光学上、次式が
成り立つ。ｒ＝ｚ’・ＮＡ’ ＝ＮＡ・ｚ’／β ｒｓ＝ｚ’・ＮＡｓ’＝ＮＡｓ・ｚ’／β なお、ＮＡ’，ＮＡｓ’は夫々像側の開口数である。即
ち、レンズの瞳にスリットを挿入してその開口を細長い
長方形にすると、焦点面からｚ'だけ離れた面上での像
（即ち、焦点はずれの像）が細長い長方形にぼけること
がわかる。このとき、開口は矩形であることが重要なの
ではなく、一方向に大きく、それと直角方向に小さいこ
とが重要なのである。

【００１７】一方、開口の焦点面（ｘｙ平面）での像に
ついて、波動光学上、次式が成り立つ。ｒｏ≒λ／（２ＮＡ’）＝βλ／（２ＮＡ）ｒｓｏ≒λ／（２ＮＡｓ’）＝βλ／（２ＮＡｓ）ここで、λは光の波長である。焦点面における像は、焦
点はずれの像とは逆に、開口の大きい方向（ｙ方向）で
短かくなり、図２（ｂ）のようになることがわかる。

【００１８】ここで、長さｒｓと長さｒｓｏがほぼ等し
くなるように、波長λや開口数ＮＡｓなどを選ぶと、ｘ
方向のぼけ量はほぼ一定であって、ｙ方向のぼけ量を焦
点はずれ量に比例して大きくすることができる。即ち、
ｙ方向のぼけ量を何らかの手段で測定することにより、
レンズと物体との間の距離を求めることができる。

【００１９】これが共焦点方式の原理であり、上記の特
開平４−２８３６０８号公報に記載の従来技術はこの原
理を利用したものであるが、このように長さを測定する
のではなく、図３（ａ）に示すように、レンズの焦点面
に、図３（ｃ）に示すようなｘ方向に伸延してｙ方向を
スリット幅とするスリットを配置し、このスリットを透
過した光量を測定する方法もある。図３（ｂ）に示すよ
うなｙ方向に細長い矩形開口のレンズの焦点はずれ像は
ｙ方向にぼけるので、この像をスリットを介して受光す
ることにより、焦点はずれの度合い、従って、レンズか
ら物体面までの距離に応じた光量が受光されることにな
る。ここで、このスリットの幅は、合焦点位置における
結像した光像のｙ方向の幅と同程度にする。

【００２０】この場合、このスリットの位置で像が合焦
したときには、開口を通過した全光量がこのスリットを
通過するが、焦点がはずれると、その光量の一部がスリ
ットで遮られ、通過する光量が減少する。図３（ａ）に
示すように、スリットの後に光センサを配置し、その受
光量に応じた出力を測定する。センサ出力と物体の位置
Ｚの関係は、図３（ｄ）に示すグラフのようになる。即
ち、合焦位置（Ｚ＝０）でセンサの出力が最大となり、
変位Ｚの絶対値が増加するととともにセンサ出力は減少
する。

【００２１】以上が本発明の原理であるが、その応用例
として、図４に示すように、光路を分岐し、夫々の分岐
光路毎にスリットと光センサとを配置し、一方の分岐光
路では、これらスリットと光センサとがレンズの焦点位
置の前に位置し、他方の分岐光路では、これらスリット
と光センサとがレンズの焦点位置の後に位置するように
して、夫々の光センサの出力から物体の点０からの変位
量Ｚを特定することができる。前ピンとなる光センサの
出力をＡ、後ピンとなるセンサ出力をＢ、スリットなし
のセンサの出力をＴとすると、物体の変位量Ｚは次式で
与えられる。Ｚ＝ｆ（Ａ／Ｔ，Ｂ／Ｔ）ここで、Ｔは光路の分岐後の全光量に対するセンサの出
力であり、各焦点位置における正規化光量がＡ／Ｔ，Ｂ
／Ｔである。物体の変位量Ｚは、この正規化光量の関数
として与えられる。

【００２２】関数ｆは、変位量Ｚに対する各焦点位置に
おけるぼけを幾何光学的に求め、スリットを透過する割
合を計算することによって得ることも可能であるが、高
さ（即ち、変位量Ｚ）が既知であるテストサンプルを使
用した実験でもって求めることも可能である。

【００２３】また、図５に示すように、ｎ個（但し、ｎ
は２以上の整数）の光路を分岐し、夫々の光路毎にレン
ズの焦点位置の前後に複数のスリットと光センサを配置
することにより、同様に、物体の変位量Ｚを特定するこ
とができる。この場合、ｎ個のスリット付センサを配置
し、各センサの中で最大の出力を得てセンサの位置と結
像関係にある共役位置を物体の位置とする。さらに、各
センサの出力で得られるグラフを形成し、このグラフを
補間処理することによって最大値の検出精度を高めるこ
とができる。

【００２４】以上は物体上のある一点に着目していた
が、以下、ライン上の各点の高さを同時に検出する方法
について説明する。

【００２５】図２では、矩形開口により、１点の結像が
焦点はずれでｙ軸方向のみに像が広がることを説明し
た。ラインを点の集合と考えると、図６に示すように、
ｘ軸上のラインの各点の像は、焦点はずれ量に応じて、
ｙ軸方向に広がる。

【００２６】このため、図７に示すように、光センサと
してラインセンサを使用すると、ラインセンサの画素の
数だけ同時に光量を測定できる。矩形開口の形状や波長
を選択することにより、ｘ方向のぼけ量をラインセンサ
の画素ピッチと同等になるように設定すると、ラインセ
ンサの各検出画素（セル）は物体の異なる位置（これ
を、以下、単位領域という）からの光を検出することに
なる。従って、ライン上の各点の高さを同時に検出可能
となる。さらに、物体をｙ軸と平行に移動させることに
より、２次元領域の各点の高さを表わす画像（高さ画
像）を得ることができる。なお、矩形開口は、瞳位置あ
るいは瞳の結像位置に空間フィルタを挿入することで容
易に実現できる。

【００２７】ラインセンサの配置には、図４に示した３
つの光センサのように配置する方法と、図５に示したｎ
個の光センサのように配置する方法とがある。これらラ
インセンサの互いに対応する位置の検出画素（セル）
は、物体のこれに対応する位置の単位領域の焦点はずれ
像を検出するようにする。このため、光学系はテレセン
トリック系が適切である。ラインセンサの前にはスリッ
トが必要であるが、ラインセンサの開口をスリットとし
て代用することもできる。

【００２８】次に、照明について考察する。

【００２９】ここでは、ラインのみを照明するスリット
状の照明、即ち、シートビームが必要である。照明光
（スリット光）の幅は、ラインセンサ上で検出画素のサ
イズと同程度とする。照明は、物体の高さ測定範囲に相
当するだけの焦点深度を有することが望ましい。焦点深
度を大きくするために、照明の開口数ＮＡｂを小さくす
る。しかし、あまり小さくすると、回折の影響によって
スリット光の幅を絞ることができない。このため、開口
数ＮＡｂは、スリット光の幅が検出画素のサイズと同等
になるように、次式のように設定すると良い。ＮＡｂ≒λ／Ｇここで、λは光の波長、Ｇは検出画素のサイズである。

【００３０】本発明のポイントは、物体の複数の単位領
域をスリット光で照明し、ｘ軸方向とｙ軸方向とで開口
数が異なる開口絞りを配置することにより、ラインセン
サの検出画素の配列方向の像のぼけ量を、焦点はずれ量
によらず、ぼぼ一定にし、ラインセンサの画素画素の配
列方向に直交する方向の像のぼけ量を焦点はずれ量に応
じて変化するようにし、焦点面の前後に複数のラインセ
ンサを配置し、各ラインセンサの各検出画素の出力から
物体のスリット光で照射される線上の各単位領域の高さ
を算出するものにある。さらに、物体をステージに搭載
し、ラインセンサの検出画素の配列方向とは直交する方
向に移動させることにより、物体の表面の各点の高さ情
報、即ち、立体形状を得るものである。

【００３１】かかる構成によると、ラインセンサを用い
ているため、検出速度が速く、また、垂直落射照明、即
ち、垂直上方から検出であるため、検査の死角がない。

【００３２】上記立体形状検出系と物体の明るさを検出
する平面画像検出系とを組み合わせて、検査対象物の明
るさ画像と高さ画像とを検出し、パターン検査を行なう
際、立体形状検出系の検出画素サイズを平面画像検出系
の検出画素サイズの整数倍の大きさにすることにより、
より高速な検査が可能となる。高さ画像の平面方向の解
像度が明るさ画像に対して低いが、明るさ画像のみで検
査する従来方法に比べて、検査速度は低下せずに高さの
検査ができるメリットは大きい。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
より説明する。図１に本発明による立体形状検出方法及
び装置の第１の実施形態を示す構成図であって、１は検
査対象物、２はＸＹステージ、３はドライバ、４はパー
ソナルコンピュータ、５はモータコントロール基板、６
は画像入力基板、７ａ，７ｂ，７ｃはラインセンサ、８
ａ，８ｂ，８ｃはアンプ、９ａ，９ｂ，９ｃはＡ／Ｄ変
換回路、１０はレーザ源、１１はレンズ、１２はシリン
ドリカルレンズ、１３はコリメータレンズ、１４は穴付
ミラー、１５は対物レンズ、１６は開口絞り、１７は結
像レンズ、１８ａ，１８ｂはビームスプリッタである。

【００３４】同図において、検査対象物１は、ＸＹステ
ージ２上に搭載されてワークホルダを介して固定されて
いる。照明光源としてのレーザ源１０は、例えば、半導
体レーザであって、特に、発光点が直線形状のものが好
適であり、例えば、１．５μｍ（半値幅）×２００μｍ
といった直線形状の物がある。勿論、これに限らず、気
体レーザ源でもよい。

【００３５】レーザ源１０から出射した光はレンズ１１
とシリンドリカルレンズ１２によって直線状の光ビーム
（スリット光）に形成され、コリメータレンズ１３と対
物レンズ１５によって検査対象物１上を照射する。ここ
で、コリメータレンズ１３と対物レンズ１５との間に
は、この照射光を通過させる穴１４ａが設けられて検査
対象物１からの反射光を反射させる穴付ミラー１４が設
けられている。照明の開口数ＮＡｂはこの穴１４ａの径
で規定することができる。勿論、開口数ＮＡｂは、レン
ズ１１を通過後のビーム径を適切な径に設定すること、
あるいは、光路上適切な位置に絞り板（ピンホール）を
挿入することで規定できるが、この穴付きミラー１４の
穴１４ａを絞り板として兼用することもできる。また、
穴付ミラー１４の代わりに、ハーフミラーを使用するこ
とも当然考えられる。

【００３６】以上により、検査対象物１を、幅が検出画
素サイズと同等で、長さが検出幅（＝ラインセンサの長
さ／検出倍率）以上あるスリット光で照明する。

【００３７】検査対象物１からの反射光は、検出光とし
て、検出光路中のタンデム光学系をなす対物レンズ１５
と結像レンズ１７とでＣＣＤのラインセンサ７ｃ上に結
像する。対物レンズ１５と結像レンズ１７の光路中にあ
る穴付きミラー１４は、このように、照明光路と検出光
路を分離するものである。穴付きミラー１４の中心に開
けた穴１４ａは、照明光を通過させる作用とともに、検
出光の正反射光を遮断する作用がある。

【００３８】対物レンズ１５と結像レンズ１７の光路中
にある開口絞り１６は検出系の開口形状を規定するもの
であり、ｙ軸方向の開口数ＮＡに対してｘ軸方向の開口
数ＮＡｓを小さくする。開口絞り１６の形状は、必ずし
も矩形（即ち、スリット状）である必要はなく、角を丸
めた矩形あるいは楕円や長円でもよい。この開口絞り１
６により、ラインセンサ７ａ〜７ｃの検出画素（セル）
の配列方向（図示するように配置されるラインセンサ７
ｃでは、ｘ軸方向、ラインセンサ７ａ，７ｂでは、ｙ軸
方向であるが、要するに、検出光路の光軸から見て、開
口絞り１６の幅方向）のぼけ量を、像の焦点はずれ量に
よらず、ぼぼ一定にし、ラインセンサの検出画素の配列
方向とは直交する方向（検出光路の光軸から見て、開口
絞り１６の長手方向）のぼけ量を、像の焦点はずれ量に
応じて変化するようにするものである。

【００３９】結像レンズ１７を通過した検出光は、ビー
ムスプリッタ１８ａ，１８ｂにより、その光路が３つに
分岐される。夫々の分岐光路で光量が３等分されるよう
にしてもよいが、アンバランスがあっても構わない。で
きれば、ラインセンサ７ａ，７ｂでの光量がほぼ等しい
ことが望ましい。

【００４０】分岐光路には夫々、ラインセンサ７ａ，７
ｂ，７ｃ（以下では、これらラインセンサを総称して、
ラインセンサ７という）が配置される。ラインセンサ７
ａは高さ検出範囲の下限の物体面（検査対象物１の面）
と結像関係にある像面位置に配置され、ラインセンサ７
ｂは高さ検出範囲の上限の物体面と結像関係にある像面
位置に配置され、ラインセンサ７ｃは、これら２つの像
面位置の中間位置に配置されている。

【００４１】なお、これらラインセンサ７は同一検出画
素数、同一検出画素ピッチのセンサである。いま、検査
対象物１のスリット光が照射される領域でのこれらライ
ンセンサの検出画素に対応する微少領域を単位領域とす
ると、これらラインセンサ７のｎ番目の検出画素は、こ
の検査対象物１のスリット光が照射される領域でのｎ番
目の単位領域からの反射光を受光するように、これらラ
インセンサ７の位置が調整されている。これらラインセ
ンサ７への駆動には、互いに同期した同一のクロックが
供給される。ラインセンサ７ａ，７ｂとしては、検出画
素が正方形、あるいは正方形に近いものが使用される。
例えば、１４μｍ×１４μｍ（ピッチ×アパーチャ）の
ものがある。ラインセンサ７ｃとしては、検出画素が縦
長のもの、例えば、１４μｍ×２００μｍ（ピッチ×ア
パーチャ）のものが使用される。

【００４２】照明光、即ち、スリット光の幅は、ライン
センサ７の検出画素サイズとほぼ同じ大きさであるが、
ラインセンサ７ａ，７ｂは、高さ検出範囲の上限と下限
に相当する像面位置に配置されているため、検査対象物
１からの反射光が常に焦点はずれの像として検出され、
ラインセンサ７ａ，７ｂにおける検査対象物１の単位領
域の像はこの検出画素より大きい。従って、ラインセン
サ７ａ，７ｂの検出画素自体の大きさがスリットして作
用し、ぼけた像の一部（中心部のみ）の光量を検出する
ことになる。一方、ラインセンサ７ｃの検出画素は縦長
であるため、焦点はずれのぼけた像全体の光量を検出で
きる。なお、ラインセンサ７ａ，７ｂの前にスリットを
設けたり、ラインセンサ７ｃの前にシリンドリカルレン
ズを設けることにより、上記と同じ効果を得ることもで
きる。

【００４３】ラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃの出力は夫
々、アンプ８ａ，８ｂ，８ｃで増幅された後、Ａ／Ｄ変
換器９ａ，９ｂ，９ｃでデジタル信号に変換され、画像
入力基板２２から計算機、例えば、パーソナルコンピュ
ータ（以下、パソコンという）４に供給される。ここ
で、ｍ個（但し、ｍは検査対象物１のスリット光が照射
される領域での単位領域の個数に等しい）の検出画素を
備えたラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃのｋ番目（但し、
ｋ＝１，２，……，ｍ）の検出画素の出力値を夫々Ａ
（ｋ），Ｂ（ｋ），Ｃ（ｋ）とすると、これら検出画素
の結像関係にある検査対象物１での単位領域の高さＺ
（ｋ）は、次式で与えられる。Ｚ（ｋ）＝ｆ（Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ），Ｂ（ｋ）／Ｃ
（ｋ））ここで、関数ｆは、予め既知の高さを持つ標準サンプル
を用いて測定され、テーブル形式でパソコン４に記憶さ
れている。

【００４４】また、変数Ａ（ｋ）／Ｃ（ｋ）は、高さ検
出範囲の下限の物体面と結像関係にある像面位置におけ
る正規化した光量であり、変数Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）は、
同じく上限における正規化した光量である。全光量で正
規化することにより、検査対象物１の反射率の違いによ
る高さの計測誤差を低減できる。例えば、Ａ（ｋ）／Ｃ
（ｋ）＝Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）であれば、高さＺ（ｋ）は
高さ検出範囲のちょうど中間となる。また、Ａ（ｋ）／
Ｃ（ｋ）＞Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）であれば、高さＺ（ｋ）
は高さ検出範囲の下限に近い値となり、さらに、Ａ
（ｋ）／Ｃ（ｋ）＜Ｂ（ｋ）／Ｃ（ｋ）であれば、高さ
Ｚ（ｋ）は高さ検出範囲の上限に近い値となる。この実
施形態では、高さ検出範囲の下限と上限の物体面と結像
関係にある像面位置にラインセンサを配置したが、ライ
ンセンサの数を増やし、高さ検出範囲の途中に相当する
面にもラインセンサを配置することにより、高さの検査
精度の向上を図ることもできる。

【００４５】なお、出力値Ｃ（ｋ）は、検査対象物１か
らの反射光の全光量であるから、明るさ画像に相当す
る。従って、この実施形態においては、高さ画像と明る
さ画像とを同時に得ることができる。

【００４６】パソコン４は、モータコントロール基板５
からパルスを発生し、ドライバ３を駆動してＸＹステー
ジ２を制御する。ラインセンサ７の検出画素の配列方向
に直交する方向、即ち、検査対象物１に照射されるスリ
ット光の幅方向（図示のｙ軸方向）にＸＹステージ２を
一定速度で移動させながら、光量を検出することによ
り、スリット光で照射される帯状の範囲の各単位領域の
高さを計測する。ＸＹステージ２をｙ軸方向に移動させ
てスリット光の照射領域が検査対象物の検査領域の端部
に達すると、このＸＹステージ２をＸ方向に照射される
スリット光の長さ分検査対象物１を変位させ、次いで、
ｙ軸方向のこれまでとは反対方向に検査対象物１を移動
させるようにして、検査対象物１をｙ軸方向に往復移動
させて、これにより、検査対象物１の検査領域全面の高
さを単位領域毎に計測する。パソコン４及びモータコン
トロール基板５が管理しているＸＹステージ２の位置情
報と、ラインセンサ７の出力から得られた高さ情報とか
ら、検査対象物１の３次元の位置情報が得られる。

【００４７】この第１の実施形態では、同じレンズ１５
を用いて、検査対象物１にスリット光を垂直上方から照
明し、検査対象物１からの反射光を垂直上方から検出す
るようにしている。このため、検査ができない死角の問
題が発生しない。即ち、検査対象物１に対して同一方向
からスリット光を照明・検出することが、この実施形態
の１つの特徴である。また、図１で図示していないが、
光学系全体を斜めに傾けて斜め方向からスリット光を検
査対象物１に照明し、同じ斜め方向から反射光を検出す
る構成も実現できる。このとき、スリット光の幅方向に
光学系を傾斜させる。

【００４８】次に、この実施形態での光学系の諸元の一
具体例を示す。

【００４９】ｘ軸方向の検出開口数ＮＡｓと照明開口数
ＮＡｂとはほぼ等しい値であって、ｙ軸方向の検出開口
数ＮＡは、その５〜１０倍程度の値とするとよい。一例
としては、検出倍率：１倍検出画素サイズ：１４μｍｙ軸方向の検出開口数ＮＡ：０．３ｘ軸方向の検出開口数ＮＡｓ：０．０５照明開口数ＮＡｂ：０．０５高さ検出範囲：３００μｍとする。また、他の例としては、検出倍率：２倍検出画素サイズ：７μｍｙ軸方向の検出開口数ＮＡ：０．６ｘ軸方向の検出開口数ＮＡｓ：０．１照明開口数ＮＡｂ：０．１高さ検出範囲：８０μｍとする。

【００５０】勿論、諸元は上記の２例に限るものではな
く、また、ラインセンサ７の検出画素サイズは数μｍ〜
数ｍｍの範囲であって、ｙ軸方向の検出開口数ＮＡはお
よそ０．１〜０．９の範囲で光学系を構成できる。

【００５１】また、ラインセンサ７としては、例えば、
検出画素数２５６〜５０００個程度のＣＣＤリニアセン
サを使用する。データレートは数ＭＨｚ〜２５ＭＨｚ程
度で検出する。マルチタップタイプのセンサを使用する
と、さらに高速な検出も可能となり、１００ＭＨｚを超
えることも可能である。波長については、可視光に限定
されるものではなく、赤外線や紫外線でもよい。

【００５２】図８は本発明による立体形状検出方法及び
装置の第２の実施形態を示す構成図であって、７ｄはラ
インセンサ、８ｄはアンプ、９ｄはＡ／Ｄ変換器、１８
ｃはビームスプリッタ、１９はランプ、２０ａ，２０ｂ
はコンデンサレンズ、２１は拡散板、２２はスリット、
２３は全反射ミラーであり、図１に対応する部分には同
一符号を付けて重複する説明を省略する。

【００５３】同図において、照明の光源としてランプ１
９が使用される。このランプ１９は高輝度なキセノンラ
ンプや超高圧水銀ランプが好適であり、あるいは、ハロ
ゲンランプを使用してもよい。ランプ１９から出射した
光はコンデンサレンズ２０ａ，２０ｂによって集光さ
れ、その集光位置にスリット２２が配置される。コンデ
ンサレンズ２０ａ，２０ｂで集光される光は、拡散板２
１で照明むらが除かれるように拡散された後、スリット
２２に送られてスリット光が形成される。また、図示し
ていないが、ランプ１９の背面にコールドミラーを配置
することにより、スリット光の光量を増加させることも
できる。

【００５４】スリット２２で形成されたスリット光は、
コリメータレンズ１３と対物レンズ１５とにより、検査
対象物１上を照射する。ここで、スリット２２と検査対
象物１は結像関係にあり、また、スリット光は、その幅
が上記の単位領域の幅に等しく（即ち、この単位領域の
像がラインセンサ７ａ〜７ｄ（これらを総称して、ライ
ンセンサ７という）の検出画素（セル）に投影されたと
き、この像の幅がこの検出画素の配列方向の幅にほぼ等
しい）、その長さは、ラインセンサ７ａ〜７ｄの検出画
素数に等しい個数の単位領域の配列長さにほぼ等しい。
ここで、ラインセンサ１９の検出画素配列方向の長さＬ
_Lと検査対象物１でのスリット光の長さＬ_Sとの関係は、
対物レンズ１５から結像レンズ１７までの検出系の検出
倍率Ｇ₁に対し、Ｌ_S＝Ｌ_L／Ｇ₁ の関係がある。

【００５５】図１に示した第１の実施形態は、レーザ源
１０を使用しているため、スペックル（干渉による明る
さむら）が発生する。しかし、本発明では、像を検出し
ているのではなく、光量を検出しているため、スペック
ルの影響は少ないが、結像倍率などの光学系の条件によ
っては、スペックルのため、高さの検出精度が低下する
ことが考えられる。図８に示した第２の実施形態では、
光源としてランプ１９を用い、拡散板２１で光を拡散し
ているので、明るさのむらをなくすことができる。しか
し、輝度の点では、レーザ源が勝っているので、場合に
よって使い分けるとよい。

【００５６】次に、この第２の実施形態の検出系につい
て説明する。

【００５７】結像レンズ１７を通過した光は、ビームス
プリッタ１８ａ，１８ｂ，１８ｃにより、４つの光路に
分岐される。ここでは、分岐光路夫々の光量は等しいも
のとする。分岐光路毎にラインセンサ７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄが配置されている。なお、ラインセンサ７ｄの
前に全反射ミラー２３が配置されているが、これは必ず
しも必要なものではない。

【００５８】これらラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７
ｄは夫々、異なる像面位置に配置されている。即ち、ラ
インセンサ７ａは高さ検出範囲の下限近くの物体面（検
査対象物１の面）と結像関係にある像面位置に配置さ
れ、ラインセンサ７ｂはラインセンサ７ａよりも高さ検
出範囲の下限，上限の中間と結像関係にある像面位置側
に配置され、ラインセンサ７ｃはこの中間の像面位置よ
りも高さ検出範囲の上限側に配置され、ラインセンサ７
ｄは高さ検出範囲の上限近くの物体面と結像関係にある
像面位置に配置されている。

【００５９】なお、これら４つのラインセンサ７は同一
検出画素数、同一検出画素ピッチのセンサであって、夫
々のｎ番目の検出画素は、物体面上のスリット光で照射
される単位領域の像を検出するように、その位置が調整
されている。また、これら４つのラインセンサ７の駆動
クロックは、互いに同期した同一のクロックであり、検
出画素の形状は正方形あるいは正方形に近いものであ
り、例えば、１３μｍ×１３μｍ（ピッチ×アパーチ
ャ）のものがある。この場合、ラインセンサ７の検出画
素自体の大きさがスリットして作用し、ぼけた像の一部
（中心部のみ）の光量を検出することになる。

【００６０】ラインセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの検
出出力は夫々、アンプ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄで増幅さ
れた後、Ａ／Ｄ変換器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄでデジタ
ル信号に変換され、画像入力基板６により、パソコン４
に入力される。ｍ個の検出画素のラインセンサ７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄのｋ番目の検出画素の出力値を夫々Ａ
（ｋ），Ｂ（ｋ），Ｃ（ｋ），Ｄ（ｋ）とすると、図９
に示すように、各検出画素（ｋ＝１，２，……，ｍ）の
結像関係にある検査対象物１の高さＺ（ｋ）は、夫々の
出力値Ａ（ｋ），Ｂ（ｋ），Ｃ（ｋ），Ｄ（ｋ）の間を
補間し、これによって得られるグラフの最大となる点に
おける高さとする。例えば、これら４つの出力値の最大
値（図９では、Ｂ（ｋ））とその前後に位置する値（図
９では、Ａ（ｋ），Ｃ（ｋ））との３つの出力値をガウ
ス分布で補間し、その最大となる位置を求める。

【００６１】この第２の実施形態では、４つのラインセ
ンサ７を配置したが、ラインセンサの数をさらに増やす
ことにより、高さの検出精度が向上し、また、高さ検出
範囲を拡大することができる。勿論、３個以下のライン
センサを用いるようにしてもよい。

【００６２】なお、図１に示したレーザ源１０による照
射系と図８に示した検出・処理系との組み合わせ、ある
いは、図８に示したランプ１９による照射系と図１に示
した検出・処理系との組み合わせも可能であることは勿
論である。

【００６３】図１０は本発明による立体形状検出方法及
び装置の第３の実施形態を示す構成図であって、２４は
ポリゴンミラー、２５はリレーレンズであり、図１に対
応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略す
る。

【００６４】同図において、レーザ源１０から出射され
た光ビームは、ポリゴンミラー２４で反射された後、リ
レーレンズ２５と穴付きミラー１４の穴１４ａとを通過
し、対物レンズ１５を介して検査対象物１に照射され
る。ここで、検査対象物１を照射する光ビームのスポッ
トは、ポリゴンミラー２４の回転とともに、この検査対
象物１の面を直線状に走査する。このスポットの径は、
ラインセンサ７でのその像がラインセンサ７の検出画素
の配列方向の幅とほぼ等しくなるように設定されてお
り、このスポットの走査範囲は、ラインセンサ７の検出
画素配列方向の長さをＬ_L、対物レンズ１５と結像レン
ズ１７との間の検出系の検出倍率をＧ₂とすると、Ｌ_L／Ｇ₂ の関係にある。

【００６５】このような関係からして、光ビームのスポ
ットでこのように走査することは、先の第１，第２の実
施形態でのスリット光を検査対象物１に照射することと
同等である。

【００６６】なお、この場合、ラインセンサ７ａ，７
ｂ，７ｃの駆動をポリゴンミラー２４の回転と同期させ
るとよい。

【００６７】また、ポリゴンミラーの代わりに、ガルバ
ノミラーや偏向光学素子など他の手段を用いるようにし
てもよい。

【００６８】図１１は前出の立体形状検査方法及び装置
を適用した本発明によるパターン検査方法及び装置の一
実施形態を示す構成図であって、２ａはワークホルダ、
６ａ，６ｂは画像入力ボード、６ｃはインターフェース
基板（ＣＯＭ−Ｉ／Ｆ）、２６は光源、２７は光学系、
２８はＣＣＤラインセンサ部、２９はＴＤＩラインセン
サ、３０はローダ／アンローダ（Ｌ／ＵＬ）、３１はシ
ーケンサ、３２はカメラコントロール・座標管理基板で
あり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けてい
る。

【００６９】同図において、検査対象物１は、ＸＹステ
ージ２にワークホルダ２ａを介して固定される。光学系
２７は、図１や図８に示した高さ画像を得る立体形状検
出系と明るさ画像を得る平面画像検出系とを複合した光
学系である。立体形状検出系の検出器は３個のＣＣＤラ
インセンサを用いたＣＣＤラインセンサ部２８であり、
図１に示されるアンプ８ａ〜８ｃやＡ／Ｄ変換器９ａ〜
９ｃなども備えている。これら３個のＣＣＤラインセン
サは、先に図１で説明した高さ検出範囲の下限の物体面
と結像関係にある像面位置における明るさを検出するラ
インセンサと、高さ検出範囲の上限の物体面と結像関係
にある像面位置における明るさを検出するラインセンサ
と、全体の明るさを検出するラインセンサである。

【００７０】夫々ＣＣＤラインセンサから出力されてＡ
／Ｄ変換された信号は、バスを介し、図１の画像入力基
板６をなす画像入力ボード６ａからパソコン４に入力さ
れる。平面画像検出系の検出器は、マルチタップのＴＤ
Ｉ（Time Delay & Integration）ラインセンサ２９であ
る。このＴＤＩセンサ２９は、ＣＣＤラインセンサに比
べて高感度であるため、画素サイズを小さくしても高速
な検出ができる。４タップのＴＤＩラインセンサを用
い、検出信号のデータレートを４倍にすると、明るさ画
像の検出画素のサイズを高さ画像の検出画素のサイズの
半分にして、データ量が４倍になっても問題ない。例え
ば、高さ画像の検出画素サイズを６μｍ、明るさ画像の
検出画素サイズを３μｍとし、ＣＣＤラインセンサ部２
８のデータレートを１０ＭＨｚ、ＴＤＩラインセンサ２
９のデータレートを１０ＭＨｚ×４＝４０ＭＨｚとす
る。ＴＤＩラインセンサ２９の出力信号は、図１の画像
入力基板６をなす画像入力ボード６ｂを経由してパソコ
ン４に入力される。

【００７１】ＣＣＤラインセンサ部２８とＴＤＩライン
センサ２９とには、カメラコントロール・座標管理基板
３２から駆動パルスが供給される。ＸＹステージ２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
パルス信号をドライバ３から得て、検出画素のサイズに
相当するクロックに分周し、これを駆動パルスとしてＣ
ＣＤラインセンサ部２８とＴＤＩラインセンサ２９とに
供給する。ＣＣＤラインセンサ部２８には、ＸＹステー
ジ２が６μｍ移動する毎に１パルス送り、ＴＤＩライン
センサ２９にも、ＸＹステージ２が６μｍ移動する毎に
１パルス送る。これにより、ＸＹステージ２の移動速度
とＣＣＤラインセンサ部２８とＴＤＩラインセンサ２９
の駆動とが同期する。カメラコントロール・座標管理基
板３２は、インターフェース基板６ｃを介して、パソコ
ン４により制御させる。

【００７２】パソコン４は、ステージコントロール基板
５からパルスを発生し、ドライバ３を駆動してＸＹステ
ージ２を制御する。ＣＣＤラインセンサ部２８のライン
センサの検出画素の配列方向とは直交する方向、即ち、
ｙ軸方向（図１）にＸＹステージ２を一定速度で移動さ
せながら、画像を検出する。ＸＹステージ２を、先に説
明したように、往復動作させて、ＸＹステージ２のｙ軸
方向の折り返し時、このＸＹステージ２をｘ軸方向に検
出幅だけステップ送りすることにより、検査対象物１の
検査対象領域のパターンを検出することができる。

【００７３】ワークホルダ２ａや光源２６，ローダ／ア
ンローダ３０は、シーケンサ３１によって制御される。
ワークホルダ２ａやローダ／アンローダ３０はメカニカ
ルな動作が制御対象であり、光源２６はシャッタの開閉
や光量が制御対象である。シーケンサ３１はＲＳ−２３
２Ｃでパソコン４と通信し、パソコン４が全体シーケン
スを制御する。

【００７４】パソコン４は、３つのＣＣＤラインセンサ
を備えたＣＣＤラインセンサ部２８の出力信号から、先
に説明したように、高さ画像を生成するとともに、ＴＤ
Ｉラインセンサ２９の出力信号から明るさ画像を生成
し、これらを用いてパターン欠陥を抽出する。高さ画像
も用いているので、平面的な欠陥のみならず、厚み不足
などの厚さ方向の欠陥をも検出できる。

【００７５】以上のようにして得られた検査結果は、プ
リンタなどによって出力される。図１２はその出力結果
の一例を示す図である。ここでは、検査結果としては、
断線，ショート，かすれ，ピンホール，突起の各欠陥と
する。ここでは、欠陥の種類毎に異なる形状のマーク
で、かつ検査の結果得られた位置情報に基づく位置に夫
々表示する。従って、プリンタの出力紙に印字されたマ
ークにより、夫々の欠陥の位置が示される。

【００７６】また、かかる検査結果をネットワーク経由
で検査装置外の計算機などへ転送することもできる。例
えば、ＸＹステージと顕微鏡からなる欠陥確認ステーシ
ョンに検査結果を転送し、その欠陥位置に基づいてＸＹ
ステージを駆動させることにより、夫々の欠陥の確認作
業を行なうことができる。このとき、欠陥の修正作業も
同時に行なうことができる。

【００７７】さらに、例えば、計算機に検査結果を保管
しておき、統計処理などにより、製造装置のプロセスモ
ニタとして活用することもできる。

【００７８】図１３に先に説明した立体形状検出方法及
び装置を適用した本発明によるはんだ付け部検査方法及
び装置の一実施形態を示す構成図であって、図１１に対
応する部分には同一符号を付けている。

【００７９】同図において、検査対象物１は、ＸＹステ
ージ２にワークホルダ２ａを介して固定される。光学系
２７は、図１や図８に示した高さ画像を得る立体形状検
出光学系である。立体形状検出系の検出器は３個のＣＣ
Ｄラインセンサとこれらの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器などを含むＣＣＤラインセンサ部２８であ
り、これらＣＣＤラインセンサは、先に図１で説明した
高さ検出範囲の下限の物体面と結像関係にある像面位置
における明るさを検出するＣＣＤラインセンサと、高さ
検出範囲の上限の物体面と結像関係にある像面位置にお
ける明るさを検出するＣＣＤラインセンサと、全体の明
るさを検出するＣＣＤラインセンサである。夫々のＣＣ
Ｄラインセンサの出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、画
像入力ボード６ａからパソコン４に入力される。例え
ば、ＣＣＤラインセンサの検出画素のサイズを１５μｍ
とし、ＣＣＤラインセンサのデータレートを１５ＭＨｚ
とする。

【００８０】ＣＣＤラインセンサ部２８には、カメラコ
ントロール・座標管理基板３２から駆動パルスが供給さ
れる。ＸＹステージ２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ドライバ３から
得て、ＣＣＤラインセンサの検出画素のサイズに相当す
るクロックに分周し、駆動パルスとして、ＣＣＤライン
センサ部２８に供給する。ＣＣＤラインセンサ部２８に
は、ＸＹステージ２がｙ軸方向に１５μｍ移動する毎に
１パルス送られる。これにより、ＸＹステージ２のｙ軸
方向の速度とＣＣＤラインセンサの駆動とが同期され
る。カメラコントロール・座標管理基板３２は、インタ
ーフェース基板６ｃを介して、パソコン４で制御させ
る。

【００８１】パソコン４は、ステージコントロール基板
５からパルスを発生し、ドライバ３を駆動してＸＹステ
ージ２を制御する。ＣＣＤラインセンサの検出画素の配
列方向に直交する方向、即ち、ｙ軸方向（図１）にＸＹ
ステージ２を一定速度で移動させながら、画像を検出す
る。先に説明したように、ＸＹステージ２をｙ軸方向で
往復動作させ、ＸＹステージ２の折り返し時、ＸＹステ
ージ２をｘ軸方向に検出幅だけステップ送りすることに
より、検査対象物１の検査対象となるはんだ付け領域全
体を検出する。

【００８２】ワークホルダ２ａや光源２６，ローダ／ア
ンローダ３０はシーケンサ３１で制御される。ワークホ
ルダ２ａやローダ／アンローダ３０はメカニカルな動作
が制御対象であり、光源２６はシャッタの開閉が制御対
象である。シーケンサ３１は、ＲＳ−２３２Ｃでパソコ
ン４と通信し、パソコン４が全体のシーケンスを制御す
る。

【００８３】パソコン４は、ＣＣＤラインセンサ部２８
の３個のＣＣＤラインセンサの出力信号から高さ画像を
生成するとともに、全体の光量を検出しているＣＣＤラ
インセンサ（３個のＣＣＤラインセンサのうちの図１で
のラインセンサ７ｃに相当するもの）の出力信号から明
るさ画像を生成する。これら画像により、はんだ付部で
のはんだ付の良否を判定し、はんだ付不良を検出する。

【００８４】次に、本発明による検査装置の検査対象物
について説明する。

【００８５】１つの例は、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、断線や半断線，ショート，半ショート
欠陥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、かすれやピンホール（高さ不足
系），突起（高さ過剰系）がある。

【００８６】他の例は、プリント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。パターンの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、断線や半断線，ショート，半ショート欠陥などのパ
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、薄いパターンやピンホール（高さ不足系），突
起（高さ過剰系）がある。また、ビアホールやスルーホ
ールの形状も検査対象となる。

【００８７】さらに他の例は、フラットディスプレイの
検査である。プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）の
隔壁高さや隔壁幅，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。

【００８８】さらに他の例は、プリント配線板のはんだ
付検査である。ＱＦＰや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。

【００８９】以上のように、電子回路関係のアプリケー
ションを例として挙げたが、他の分野への適用も勿論可
能である。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出器にラインセンサを使用しているため、機械的な可
動部がなく、一定幅の通過領域を通過する光量に基づい
て象のぼけ量を検出する方式をとり、ラインセンサの検
出画素自体がこの通過領域としての機能をするので、別
途スリットを設ける必要がなく、安価でかつ高さ検出を
高速に行なうことができるし、検査対象物での光の照射
方向と反射光の検出方向とを同じ方向とし、特に、垂直
落射照明，垂直上方検出を行なうものであるから、検査
の死角が生じない。

【００９１】また、本発明による立体形状検出装置をパ
ターン検査装置に使用することにより、高速で安価な検
査装置が実現できる。

【００９２】さらに、本発明による立体形状検出装置を
はんだ検査装置に使用することにより、高速で安価な検
査装置が実現できる。

【００９３】さらに、本発明による立体形状検出装置を
外観検査装置に使用することにより、高速で安価な検査
装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による立体形状検出方法及び装置の第１
の実施形態を示すブロック構成図である。

【図２】矩形開口レンズの焦点はずれ像を説明する図で
ある。

【図３】焦点はずれ量を測定する原理を説明する図であ
る。

【図４】焦点はずれ量を測定する第１の構成を説明する
図である。

【図５】焦点はずれ量を測定する第２の構成を説明する
図である。

【図６】矩形開口レンズによる線状物体の焦点はずれ像
を説明する図である。

【図７】本発明の原理を説明する図である。

【図８】本発明による立体形状検出方法及び装置の第２
の実施形態を示すブロック構成図である。

【図９】図１，図８に示した実施形態でのセンサ出力値
よりを高さを算出する原理を説明する図である。

【図１０】本発明による立体形状検出方法及び装置の第
３の実施形態を示すブロック構成図である。

【図１１】本発明によるパターン検査装置の一実施形態
を示すブロック構成図である。

【図１２】図１１に示したパタン検査装置の検査結果の
一例を示す図である。

【図１３】本発明によるはんだ検査装置の一実施形態を
示すブロック構成図である。

【符号の説明】

１検査対象物２ＸＹステージ３ドライバ４計算機５モータコントロール基板６画像入力基板７ａ〜７ｄラインセンサ８ａ〜８ｄアンプ９ａ〜９ｄＡ／Ｄ変換器１０レーザ１１レンズ１２シリンドリカルレンズ１３コリメーティングレンズ１４穴付ミラー１４ａ穴１５対物レンズ１６開口絞り１７結像レンズ１８ａ〜１８ｃビームスプリッタ１９ランプ２０ａ，２０ｂコンデンサレンズ２１拡散板２２スリット２３全反射ミラー２４ポリゴンミラー２５リレーレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田敏文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Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA24 AA53 BB05 CC01 FF01 FF04 GG06 GG16 JJ02 JJ05 JJ25 LL08 LL30 MM03 PP12 QQ31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明し、該検査対象物からの反射光をレンズを介し
て該レンズの結像面の前後の複数の異なる位置で該単位
領域毎に検出し、該検査対象物の光照射領域の幅方向で
の像のぼけ量に応じた検出光量により、該検査対象物の
光照明される該単位領域毎の高さを算出することを特徴
とする立体形状検出方法。
【請求項２】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明する照明系と、一方向に大きく、それと直角方向に小さい形状の開口を
有する検出系と、結像面の前後に配置した複数のラインセンサと、ラインセンサの出力から高さ情報を算出する処理手段と
からなることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項３】請求項２において、前記ラインセンサでの前記検査対象物の光照射領域の幅
が前記ラインセンサの検出画素サイズとほぼ同じ大きさ
であることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項４】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明し、該光照射領域の幅方向に該検査対象物を連
続移動させ、該検査対象物からの反射光を光照射される
該検査対象物の単位領域に夫々対応した複数のセルから
なるラインセンサで検出し、該セルでの検出光量から該
単位領域の高さを算出することを特徴とする立体形状検
出方法。
【請求項５】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明し、光照射方向と同一方向に該検査対象物から
反射される反射光を、レンズ系を介し、該レンズ系の結
像面前後の複数の異なる高さ位置で該単位領域毎に検出
し、夫々の検出光量により、該検査対象物の光照明され
ている該単位領域毎の高さを算出することを特徴とする
立体形状検出方法。
【請求項６】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明する照明系と、該検査対象物の光照射領域の幅方向に該検査対象物を連
続移動させるステージと、該検査対象物からの反射光を該単位領域毎に検出するラ
インセンサと、該ラインセンサの検出光量から該単位領域毎に高さを算
出する処理手段とからなることを特徴とする立体形状検
出装置。
【請求項７】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明する照明系と、該検査対象物からの反射光のうち光照射方向と同一方向
の反射光を抽出するレンズ系と、該光学系の結像面の前後に配置され、該単位領域毎に分
離して該光学系からの反射光を検出する複数のラインセ
ンサと、該ラインセンサで検出された光量から該単位領域毎に高
さを算出する処理手段とからなることを特徴とする立体
形状検出装置。
【請求項８】請求項６または７において、前記処理手段のデータレートが数ＭＨｚから数十ＭＨｚ
であることを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項９】検査対象物の一直線上の複数の単位領域
を光照明し、該検査対象物の光照射領域の幅方向に該検
査対象物を連続的に移動させて、該検査対象物からの反
射光を光学系の結像面前後の複数の異なる位置で該単位
領域毎に検出し、該光照射領域の幅方向での像のぼけ量
に応じた検出光量を用いて光照明されている該単位領域
毎の高さを算出することにより、該検査対象物でのパタ
ーン欠陥を検出することを特徴とするパターン検査方
法。
【請求項１０】検査対象物の一直線上の複数の単位領
域を光照明する照明系と、該検査対象物をその光照射領域の幅方向に連続送りする
ステージと、該光照射領域の長手方向に小さく、その幅方向に大きい
開口を有し、光照射される該複数の単位領域からの反射
光を通過させる光学系と、該光学系の結像面の前後に該光学系を通過した反射光の
長手方向に平行に配置され、光照射される該複数の単位
領域夫々に対応したセルを有する複数のラインセンサ
と、ラインセンサの各セル毎の出力から該検査対象物の光照
射された領域の明るさ画像と該単位領域毎の高さ情報と
を算出する処理手段と、該処理手段から得られた該明るさ画像と該高さ情報とか
ら該検査対象物でのパターン欠陥を抽出する欠陥検出手
段とからなることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記高さ情報の画素サイズが明るさ画像の画素サイズの
整数倍であることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１２】検査対象物のはんだ付け部の一直線上
の複数の単位領域を光照明し、検査対象物からの反射光
を光学系の結像面前後の複数の異なる位置で該単位領域
毎に検出し、該検査対象物の光照射領域の幅方向の像の
ぼけ量に応じた該単位領域毎の検出光量から該はんだ付
け部での該単位利用域毎の高さを算出して高さ画像を
得、得られた該高さ画像により、該はんだ付け部でのは
んだ付欠陥を検出することを特徴とするはんだ付検査方
法。
【請求項１３】検査対象物のはんだ付け部の一直線上
の複数の単位領域を光照明する照明系と、該検査対象物をその光照射領域の幅方向に連続送りする
ステージと、該光照射領域の長手方向に小さく、幅方向に大きい形状
の開口を有し、光照射される該複数の単位領域からの反
射光を通過させる光学系と、該光学系の結像面の前後に該光学系を通過した反射光の
長手方向に平行に配置され、光照射される該複数の単位
領域夫々に対応したセルを有する複数のラインセンサ
と、該ラインセンサのセル毎の出力から該検査対象物の光照
射領域の明るさ画像と該単位領域毎の高さ情報とを算出
する処理手段と、該処理手段から得られた該明るさ画像と該高さ情報とか
ら該検査対象物でのはんだ付欠陥を抽出する欠陥検出手
段とからなることを特徴とするはんだ付検査装置。
【請求項１４】検査対象物の一直線上の複数の単位領
域を光照射し、該検査対象物からの反射光を光学系の結
像面前後の複数の異なる位置で検出し、該位置での該検
査対象物の光照射領域の幅方向の像のぼけ量に応じた検
出量から該検査対象物の単位領域毎の高さ情報を算出
し、該高さ情報により該検査対象物の形状欠陥を検出す
ることを特徴とする外観検査方法。
【請求項１５】検査対象物の一直線上の複数の単位領
域を光照射する照明系と、該検査対象物をその光照射領域の幅方向に連続送りする
ステージと、該光照射領域の長手方向に小さく、その幅方向に大きい
形状の開口を有し、光照射される該複数の単位領域から
の反射光を通過させる光学系と、該光学系の結像面の前後に該光学系を通過した反射スリ
ット光の長手方向に平行に配置され、光照射される該複
数の単位領域夫々に対応したセルを有する複数のライン
センサと、該ラインセンサのセル毎の出力から該検査対象物の光照
射される領域の明るさ画像と該単位領域毎の高さ情報と
を算出する処理手段と、該処理手段から得られた該明るさ画像と該高さ情報とか
ら該検査対象物での形状欠陥を抽出する欠陥検出手段と
からなることを特徴とする外観検査装置。