JP2007327836A - 外観検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 短い時間で正確な欠陥検査ができる外観検査装置及び方法を提供する。
【解決手段】 ステージ２に載置される検査対象部品３に対してＣＣＤカメラ１２により２次元画像を撮像し、この撮像画像に対し制御部１５により２次元画像処理して欠陥検査を行い、この欠陥と判定された部分に対して、さらに高さ情報を用いて欠陥の再判定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、格子パターン投影法を採用した外観検査装置及び方法に関するものである。

最近、半導体部品などの検査工程では人の手を介することなく自動的に部品の外観を検査する外観検査装置が用いられることが多くなっている。特に、生産ラインに組み込まれる装置は、短時間で検査できることが要求され、このため２次元画像処理法を採用した外観検査装置が多く用いられている。

かかる２次元画像処理法による外観検査は、検査対象部品に対する照明方向や照明方法を工夫し、欠陥(傷や異物のこと)部分を区別できる観察像を取得し、この像を撮影して撮像画像を取得し、この撮像画像と欠陥の無い基準画像とを比較し、輝度変化がある閾値を超えるところを欠陥と判定する。つまり、検査対象部品表面の輝度情報を基づいて欠陥の検出を行っている。

ところが、このような外観検査装置は、検査対象部品表面の輝度情報を基づいて欠陥を検出しているため、例えば、汚れなどにより輝度変化が生じている個所が存在すると、この部分も欠陥と判定してしまうことがあり検出精度に限度が生じるという問題がある。

そこで、従来、このような２次元画像処理法に代わって３次元計測法を適用した外観検査装置が考えられている。例えば、特許文献１には、３次元計測法を採用し、格子パターン投影法で得られた高さ情報に基づいた、はんだの検査方法が開示されている。

格子パターン投影法は、物体の３次元形状を非接触で計測する手法としてよく知られており、具体的に、測定対象物の表面に対して斜め上方向に投影系を配置し、この投影系からの格子パターンの像を測定対象物表面に所定角度傾けて投影し、測定対象物表面からの散乱光を変形格子パターン像として、測定対象物表面の真上に配置された撮像系により撮像する。この場合、格子パターンを横ずらしして、位相が異なる複数枚の画像を取得し、これら取得された複数枚の画像より各画素毎にその点での格子の位相を求め、その位相情報から測定対象物の高さを含む３次元の表面形状を演算により求めるようにしている。ここで、位相情報から測定対象物の高さを求める方法として、従来から三角測量の原理に基づく方法がよく用いられる。

図５は、三角測量を利用した一例を示すものである。この例では、入射光線１０１を入射する不図示の投影系と反射光線１０２が導かれる撮像手段１０５を有する撮像系は、テレセントリック光学系となっている。また、測定対象物１０３に対して基準平面１０４を設け、計算される高さはすべて基準平面１０４に対するものと考える。そして、測定対象物１０３の高さ、例えば、Ａ点の高さＨｉｇｈは、Ａ点に投影された格子の位置と基準平面１０４上のＢ点に投影された格子の位置を用いて求める。つまり、Ａ点の位相ΦａとＢ点の位相Φｂ(Φｂを基準位相という)を用いて、以下の（１）式を用いて求める。

Ｈｉｇｈ＝（Ｐｉｔｃｈ×（Φａ−Φｂ））／（ｓｉｎα×２π）…（１）
ここで、Ｐｉｔｃｈは、格子パターンのピッチ、αは入射角度である。

位相シフトを用いて求めた各点の位相は、０〜２πの範囲に畳み込まれるので、求めた高さもＰｉｔｃｈ／ｓｉｎαの範囲に畳み込まれる。更に、位相接続などの手法が用いれば、さらに大きな高さの測定結果も再現することができる。ここで、位相接続については、例えば、特許文献２に開示される方法が用いられる。

さらに、３次元計測法を実体顕微鏡に適用した外観検査装置も考えられている。このような実体顕微鏡に適用した装置は、これまでの３次元計測法では、格子パターンのピッチと観察系の倍率が固定であったものが、測定対象物体が変わる毎に観察系の倍率を変更することができるという利点がある。
特開２００２-２８６４３０号公報 特開２０００−９４４４号公報

ところで、生産ラインに組み込まれる外観検査装置は、検査結果の歩留まりを改善するため欠陥致命性の判定を行うことがある。かかる欠陥致命性の判定は、検査対象部品表面上に異なる致命傷判定基準を有する複数の検査対象領域を設定し、これらの致命傷判定基準をもって各検査対象領域の欠陥検査を行う方法である。例えば、図６（ａ）に示すような高さの異なる面を有する検査対象部品１１０の場合、検査対象領域Ａと検査対象領域Ｂに対して、同図（ｂ）に示すようにそれぞれ異なる致命傷判定基準Ａ１及びＢ１を設定して、検査対象領域Ａでの傷Ａ１１の大きさ及び検査対象領域Ｂでの傷Ｂ１１の大きさをそれぞれ致命傷判定基準Ａ１及びＢ１と比較するようにしている。

このような欠陥致命性の判定に基づいた３次元計測による検査では、通常、厳しい判定基準に合わせて測定精度を設定するようにしている。しかし、上述した格子パターン投影法を含む殆どの３次元測定方法では、測定精度と測定時間とが相反する関係を有するため、例えば、格子パターンのピッチを小さくするほど測定精度が上がるが、この反面、高さ変化の大きい測定対象部品に対して、小さい格子パターンを用いて測定すると、位相接続処理時間が長くなって、全体の測定時間が長くかかってしまう。これにより、上述した図６に示すように高さの異なる面を有する検査対象部品１１０の場合、同じ格子ピッチを用いた検査では、小さい格子ピッチを用いて測定すると検査対象領域Ａより高い位置にある検査対象領域Ｂでの測定時間が長くかかるようになり、逆に、大きい格子ピッチを用いて測定すると精度が低下して検査対象領域Ａの欠陥判定が不正確になるという問題がある。

また、これまでの３次元計測法を用いた外観検査では、撮像手段による撮影範囲内すべての計測点の高さ情報を求め、この高さ情報に基づいてすべての計測点に対して欠陥の判定を行うようになるため、検査に多大な時間を必要とし、検査時間の短縮が難しいという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、短い時間で正確な欠陥検査ができる外観検査装置及び方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、光源と、前記光源からの光を被検体に投影する投影手段と、
前記被検体に格子パターン像を投影させる光学変調手段と、前記被検体に投影された像を撮像する撮像手段と、前記投影手段により前記被検体に投影され前記撮像手段により撮像された２次元画像に基づいて欠陥を判定するとともに、該欠陥判定により欠陥があると判断された被検体に対し前記光学変調手段を介して前記格子パターン像を投影させて前記撮像手段によって撮像し、この撮像された格子パターン画像から前記欠陥部分の高さ情報を取得し、該高さ情報に基づいて前記欠陥の最終判定を行う制御手段とを具備したことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光学変調手段は、明度が正弦波状に変化する格子パターン像を前記被検体に対し所定の投影角度をもって投影させることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記制御部の前記２次元画像に基づく欠陥判定は、予め用意された良品画像と前記２次元画像の比較結果から判定することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記制御部の前記高さ情報に基づく前記欠陥の最終判定は、前記被検体に投影された格子パターン像を複数回シフトして前記被検体に投影させるとともに、該シフトごとに前記撮像手段により撮像した複数の画像から高さ情報を求めることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、さらにデータ保存手段を有し、該データ保存手段は、前記被検体上を複数に分割して設定された検査対象領域と、これら検査対象領域毎に設定される、少なくとも検査精度情報を有する検査基準データを保存することを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記制御手段は、前記データ保存手段に保存された検査対象領域毎に設定された検査基準データの検査精度情報に基づいて前記格子パターンのピッチを設定し前記高さ情報を求めることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記制御手段は、前記２次元画像に基づいた欠陥判定の結果から、該欠陥に対応する検査エリアを形成し、該検査エリアに対応する前記検査対象領域に設定された前記検査基準データの検査精度情報に基づいて前記検査エリア毎に格子パターンのピッチを決定し、前記高さ情報を求めることを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、さらに前記被検体の観察像を観察する、観察倍率を変更可能にした観察手段を有し、前記撮像手段は、前記観察手段で観察される像を撮像可能にしたことを特徴としている。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記データ保存手段は、前記検査基準データとして欠陥の最終判定で判定された欠陥を撮像する撮像倍率情報がさらに保存され、前記制御手段は、前記撮像倍率情報に基づいて前記観察手段の観察倍率を変更するとともに、該観察手段で観察される像を撮像する前記撮像手段の撮像画像を前記欠陥の画像として前記データ保存手段に保存することを特徴としている。

請求項１０記載の発明は、光源と、前記光源からの光を被検体に投影する投影手段と、前記被検体に格子パターン像を投影させる光学変調手段と、前記被検体に投影された像を撮像する撮像手段とを有する外観検査装置に用いられる方法であって、被検体前記撮像手段により撮像された前記被検体の２次元画像に基づいて欠陥を判定するとともに、該欠陥判定により欠陥があると判断された被検体に対し前記光学変調手段を介して格子パターン像を前記被検体上に投影させ前記撮像手段により撮像された格子パターン画像から前記欠陥部分の高さ情報を取得し、該高さ情報に基づいて前記欠陥の最終判断を行うことを特徴としている。

本発明によれば、短い時間で正確な欠陥検査ができる外観検査装置及び方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る実体顕微鏡をベースにした外観検査装置の概賂構成を示している。

図１において、１は基台で、この基台１上には、ステージ２が設けられている。このステージ２には、被検体としての検査対象部品３が載置されている。ステージ２は、後述する制御部１５の指示により、ＸＹ方向の水平移動を自動的に行うことを可能にしている。

基台１には、支柱４が直立して設けられている。この支柱４には、焦準装置５が設けられている。この焦準装置５には、光学変調手段として液晶格子投影装置６と、この液晶格子投影装置６を介して観察手段としての実体顕微鏡本体７が設けられている。

焦準装置５は、装置本体５０１と移動部材５０２を有している。装置本体５０１は、支柱４が挿通される不図示の孔部を有している。また、装置本体５０１には、固定ハンドル５０３が設けられ、この固定ハンドル５０３を締付け方向に回転することで、支柱４に固定できるようになっている。

移動部材５０２は、不図示のガイド部を介して前記装置本体５０１に対して移動可能に支持されている。また、装置本体５０１と移動部材５０２の間には、焦準ダイアル５０４が連結された不図示のピニオンとラックからなる昇降機構が設けられており、この焦準ダイアル５０４の操作により移動部材５０２を支柱４に沿った方向に上下動可能にしている。この場合、焦準ダイアル５０４は、後述する制御部１５の指示により自動的に操作可能にしている。

移動部材５０２には、不図示の装着部材を介して液晶格子投影装置６が着脱可能に設けられている。液晶格子投影装置６は、装置本体６０１と、この装置本体６０１に設けられるライトガイド挿入部６０２を有している。このライトガイド挿入部６０２は、先端部にライトガイドとしての光ファイバ８の出射端８ａが取付けられている。この光ファイバ８の出射端８ａの他端８ｂは、光源ユニット４に取付けられる。これにより、光源ユニット４内の図示しない光源から発せられた光は、光ファイバ８を介して液晶格子投影装置６に入射する。ライトガイド挿入部６０２の内部には、光ファイバ８の出射端８ａから発せられる光の光路上に照明光学系６０３が配置されている。この照明光学系６０３は、光ファイバ８の出射端８ａからの光をほぼ平行光にするようにしている。装置本体６０１内部には、照明光学系６０３からの光の光路上に液晶格子６０４が配置されている。この場合、液晶格子６０４は、照明光学系６０３によりほぼ平行光となった光が均一に照明される。また、液晶格子６０４は、後述する制御部１５の指示により、一定間隔のピッチで明度が正弦波状に変化する格子パターンを発生するとともに、この格子パターンをピッチ方向に数段階シフト可能にしている。さらに、液晶格子６０４は複数のエリアに分けて、それぞれのエリアに正弦波形状に変化する明度を異なるピッチで表示する格子パターンを発生するとともに、それぞれの格子パターンをピッチ方向に同時に数段階シフトすることも可能にしている。さらに、液晶格子６０４の画面は、何も表示しないようにする（明度変化なし）ことも可能にしている。

液晶格子６０４を通過した光路には、投影手段として投影光学系６０５が配置されている。この投影光学系６０５は、対物レンズ６０５ａ、反射ミラー６０５ｂ、６０５ｃ、６０５ｄ及び結像レンズ６０５ｅを有するもので、液晶格子６０４を透過した光を、投影光路９を介して検査対象部品３に対し所定の投影角度、つまり入射角度αで投影するようにしている。この場合、入射角度αは、後述制御部の指示により、投影光学系６０５内部の不図示の角度調整手段により自動的に変更できるようになっている。また、投影光学系６０５は、物体側(液晶格子６０４)と像側(検査対象部品３)で両側テレセントリックな光学系になっている。これにより、光ファイバ８の出射端８ａから出射された照明光は、液晶格子投影装置６を介して検査対象部品３に対して照明され、液晶格子６０４の画面上に格子パターンを表示した場合は、検査対象部品３上に格子パターンの像が投影される。また、液晶格子６０４の画面上に何も表示しない場合は、検査対象部品３に対する（光軸１３に対して所定の角度αだけ傾いた）傾斜照明として使用することができる。

液晶格子投影装置６には、不図示の装着部材を介して実体顕微鏡本体７が着脱可能に設けられている。実体顕微鏡本体７には、ズーム鏡筒７０１が設けられている。ズーム鏡筒７０１には、ズームハンドル７０２が設けられている。このズームハンドル７０２は、ハンドル操作によりズーム鏡筒７０１での倍率を可変できるようになっている。この場合、ズームハンドル７０２は、制御部１５の指示により、図示しない駆動機構によって自動的なズーム操作を可能にしている。

ズーム鏡筒７０１の下端部には、対物レンズ１０が装着されている。対物レンズ１０は、検査対象部品３の真上に配置され、上述した焦準装置５の操作により、ズーム鏡筒７０１の上下動とともに検査対象部品３との相対距離が変化され、検査対象部品３にピント合わせできるようになっている。また、焦準装置５は、制御部１５の指示により、焦準ダイアル５０４の操作を自動的に行うことができ、自動的なピント合わせを可能にしている。

ズーム鏡筒７０１の上端部には、３眼鏡筒１１が設けられている。３眼鏡筒１１には、接眼レンズ１８及び撮像手段としてのＣＣＤカメラ１２が設けられている。３眼鏡筒１１は、不図示の光路切換え機構により光路を接眼レンズ１８又はＣＣＤカメラ１２のどちらか一方に切替え、接眼レンズ１８による目視観察又はＣＣＤカメラ１２による撮像の切換えを可能にしている。ＣＣＤカメラ１２は、実体顕微鏡本体７の対物レンズ１０を介して観察される像が撮像面１２ａに結像される。

ＣＣＤカメラ１２には、制御手段として画像処理を行う制御部１５が接続されている。制御部１５には、不図示の演算部と一時保存用メモリが設けられ、ＣＣＤカメラ１２の撮像画像を一時保存用のメモリに保存できるようにしている。

制御部１５には、データ保存手段としてデータ保存部１６及び表示部１７が接続されている。データ保存部１６は、良品画像、検査対象領域情報、検査基準データ、基準位相データ、検査結果などの各種情報の保存に使用される。制御部１５は、データ保存部１６から必要な情報を読み込みＣＣＤカメラ１２の撮像画像を演算処理して検査対象部品３の欠陥検査を行う。また、ＣＣＤカメラ１２の撮像画像と制御部１５による欠陥検査結果などは表示部１７で表示される。

一方、前記光ファイバ８には、入射端８ｂ側に光源として光源装置１４が接続されている。この光源装置１４には、光源としてハロゲンランプやキセノンランプなどが用いられる。また、光源装置１４には、光量を調節する調光ボリューム１４ａが設けられている。調光ボリューム１４ａは、制御部１５の指示により、自動的な調光操作を可能にしている。

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。

まず、検査対象部品３の外観検査に先立ち行われる装置側での各種の設定について説明する。最初に、２次元画像処理欠陥判定閾値を設定し、この閾値をデータ保存部１６に保存する。次に、検査対象部品３に対する投影光路９の入射角度αが予め指定した角度になるように投影光学系６０５内部の不図示の角度調整手段を調整する。この場合、検査対象部品３に対して斜め方向から像を投影するため影を生じる可能性があるが、入射角度αの調整により影の発生が最小限になるようにする。そして、この設定された入射角度αをデータ保存部１６に保存する。

次に、ステージ２の移動量と移動回数を設定する。この場合、ステージ２の移動量と移動回数はＣＣＤカメラ１２の撮像エリアを単位として検査対象部品３上を予め複数に分割して定めたものである。そして、これら設定されたデータをデータ保存部１６に保存する。

この状態で、検査対象部品３上の欠陥のない良品部分に対応する一つの撮像エリアでの各種の設定と検査を行う。まず、検査対象部品３の前記良品部分と同等位置に合焦させるために焦準装置５を駆動する。この場合、制御部１５の指示により焦準ダイアル５０４の操作を自動的に行い、実体顕微鏡本体７及び液晶格子投影装置６を移動させ、検査対象部品３に対して合焦検出を行う。次に、実体顕微鏡本体７の倍率が指定した倍率になるようにズームハンドル７０２を操作する。この場合も、制御部１５の指示によりズームハンドル７０２の操作を自動的に行い、ズーム鏡筒７０１を指定した倍率になるようにする。

次に、検査対象部品３の撮像画像が輝度飽和しないように、光源装置１４の調光ボリューム１４ａを最大に調整する。次に、液晶格子６０４の画面を何も表示しないようにして検査対象部品３上の前記良品と同等となる部分に投影し、ＣＣＤカメラ１２により検査対象部品３の画像を撮影し、データ保存部１６に保存する。次に、位相シフト回数を設定し、その値をデータ保存部１６に保存する。

次に、検査対象部品３上をいくつかの検査対象領域に分割し、それぞれの検査対象領域毎に検査基準データを設定する。これら検査基準データは、検査精度、３次元欠陥判定閾値、欠陥保存時の撮像倍率などの各種情報からなっている。この実施の形態では、検査精度情報として格子パターンのピッチ値を使用し、また、３次元欠陥判定閾値情報として異物判定の閾値と傷判定の閾値を使用する。ここで、異物判定の閾値には異物判定の高さ方向閾値と異物判定の面積閾値、傷判定の閾値には傷判定の高さ方向閾値と傷判定の面積閾値を含む。これら検査対象領域情報と検査基準データは、データ保存部１６に保存する。

最後に、基準位相データを求める。この基準位相は高さを求めるのに重要なデータである。この基準位相データを求めるには、二つの方法が知られている。一つは基準平面サンプルを使って求める方法、もう一つは入射角度、格子パターンのピッチ、画素サイズを使って求める方法である。この実施の形態では、前者の基準平面サンプルを使って求める方法を採用する。

まず、不図示の基準平面サンプルをステージ２上に設置する。そして、通常の格子パターン投影法と同じように、明度が正弦波形状に変化する指定されたピッチの格子パターンを投影し、この格子パターンをピッチ方向に指定された回数でシフトし、これらシフトする毎に撮像した複数枚の画像を用いて位相分布の計算を行う。この位相分布の計算は、後述する(２)式が用いられる。そして、最後に、求めた位相分布に対して位相接続を行い、この結果を基準位相データとして、データ保存部１６に保存する。

次に、このように構成された外観検査装置による連続的な欠陥検査について説明する。

この場合、図２に示すフローチャートが実行される。まず、ステップ２０１で、制御部１５がデータ保存部１６から検査用基本データとして２次元画像処理欠陥判定閾値、ステージ移動量、良品画像、検査対象領域情報、検査基準データ、入射角度、シフト回数、基準位相データなどの各情報を読み込む。次に、ステップ２０２で、読み込まれたステージ移動量に基づいてステージ２を指定位置へ移動させる。次に、ステップ２０３で、光源から発せられた光束を検査対象部品３上に照射し撮像を行う。この場合、光源装置１４から発せられる光は、光ファイバ８を介して液晶格子投影装置６のライトガイド挿入部６０２に導かれる。そして、照明光学系６０３によりほぼ平行光に変換され、液晶格子６０４に均一に照射される。液晶格子６０４を透過した光は、投影光学系６０５を介し、投影光路９を通って検査対象部品３上に所定の投影角度、つまり入射角度αで検査対象部品３上に投影される。また、検査対象部品３で反射した光のうち散乱光が対物レンズ１０を介して撮像光路１３に導かれ、ＣＣＤカメラ１２の撮像面１２ａに結像され、１枚の画像として撮像される。図３(ａ)は、ＣＣＤカメラ１２で撮像される画像の一例を示すもので、この段階では、背景部分ａに比べ、傷部分ｂの輝度値も汚れ部分ｃの輝度値も低くなっている。

次に、ステップ２０４で、２次元画像処理による欠陥の判定を行う。この場合、ステップ２０３で取得した画像と前記良品画像との比較を行い、この比較の結果が２次元画像処理欠陥判定閾値を超えているか否かによって欠陥の判定を行う。図３（ａ）に示す例では、傷部分ｂと汚れ部分ｃが欠陥として検出される。なお、欠陥の判定手法としては、エッジ情報を用いた方法、ヒストグラムを用いた方法なども考えられる。

次に、ステップ２０５で、欠陥が存在しているか否かが判断される。ここで、ステップ２０４において欠陥が検出されている場合、ステップ２０６以後の動作が実行される。一方、ステップ２０５で欠陥が存在していないと判断された場合、ステップ２０２に戻り、ステージ２を次の指定位置へ移動させ、改めて欠陥の検査を開始する。

次に、ステップ２０６で、検査エリアを形成する。この場合、図３（ｂ）に示すように欠陥と判定された傷部分ｂと汚れ部分ｃのそれぞれのサイズに合わせて検査エリアを形成する。図示例では、汚れ部分ｂと傷部分ｃのそれぞれの外接長方形を求めることにより、検査エリアｂ１と検査エリアｃ１を形成している。

次に、ステップ２０７で、検査エリア毎に格子パターンピッチの設定を行う。この場合、ステップ２０６で形成された検査エリアｂ１、ｃ１のそれぞれの位置情報から上述した検査対象部品３上に設定された検査対象領域を求め、これら検査対象領域毎に設定された検査基準データの検査精度情報に基づいて各検査エリアｂ１、ｃ１での格子パターンのピッチ値を決定する。例えば、図３（ｂ）の例では、検査エリアｂ１と検査エリアｃ１の格子ピッチ値はそれぞれ１００μｍと２００μｍと決められる。これら格子ピッチ値は、同じ数値であっても良い。

次に、ステップ２０８に進み、検査エリア毎に高さ情報を算出する。この場合、制御部１５は液晶格子６０４に対して、各検査エリアｂ１、ｃ１毎に明度が正弦波形状に変換する格子パターンの発生を指示する。この格子パターンのピッチは、前記検査エリアｂ１、ｃ１毎に決められた格子ピッチ値が用いられる。

この状態で、光源装置１４から光が発せられると、上述したのと同様に、光ファイバ８を介して液晶格子投影装置６のライトガイド挿入部６０２に導かれ、照明光学系６０３によりほぼ平行光に変換され、液晶格子６０４に均一に照射される。液晶格子６０４は、各検査エリアｂ１、ｃ１及びそれぞれ設定されたピッチに対応する格子パターンを同時に表示する。そして、液晶格子６０４を透過した光は、投影光学系６０５を通って検査対象部品３の各検査エリアｂ１、ｃ１に明暗を有する格子パターン像として投影される。また、検査対象部品３からの散乱光が対物レンズ１０を介して撮像光路１３に導かれ、ＣＣＤカメラ１２の撮像面１２ａに結像され撮像される。また、この状態で、前記検査基準データにより決定される位相シフト数に基づいて、制御部１５の制御により格子パターンをピッチ方向に指定された回数でシフトさせ、これらシフトする毎に画像を撮像する。そして、これら撮像した画像はデータ保存部１６に一時的に保存する。

図３（ｃ）は、検査エリアｂ１と検査エリアｃ１で撮像されたそれぞれの画像例を示したものである。そして、これら検査エリアｂ１と検査エリアｃ１について位相分布の計算を行う。この場合、下記の(２)式を用いる。

φ（ｘ，ｙ）＝
ｔａｎ^-1[−ΣＩｉ（ｘ，ｙ）×ｓｉｎ（δｉ）／ΣＩｉ（ｘ，ｙ）×ｃｏｓ（δｉ）]
…（２）
ここで、Ｉｉ（ｘ，ｙ）は、各シフトの点（ｘ，ｙ）の輝度値、δｉ＝（ｉ／Ｎ）２π，（ｉ＝０，…，Ｎ−１）は位相シフト量、Ｎはシフト回数である。

そして、このようにして求められた位相と、データ保存部１６から読み込んだ上述の基準平面サンプルより取得した基準位相データとの差分を求め、前記(１)式を用いて、各検査エリア内の欠陥の高さＨｉｇｈを求める。この場合、大きいな高さにも対応するため、さらに位相接続処理などを用いてもよい。図３（ｄ）は、検査エリアｂ１及び検査エリアｃ１内での高さの算出結果を示す断面図で、それぞれ高さ情報ｂ２、ｃ２で表されている。

次に、ステップ２０９に進み、３次元欠陥判定閾値に基づいて欠陥の最終判定を行う。この場合、検査エリアｂ１と検査エリアｃ１のそれぞれの高さ情報ｂ２、ｃ２から最大値と最小値を求める。そして、これら高さ情報ｂ２、ｃ２の最大値と前記検査基準データの異物判定の高さ方向閾値と比較し、このときの高さの最大値が異物判定の高さ方向閾値より小さければ、検査エリアｂ１、ｃ１内の異物欠陥は無視できると判断し、また、高さ情報ｂ２、ｃ２の最小値と前記検査基準データの傷判定の高さ方向閾値と比較し、このときの高さの最小値が傷判定の高さ方向閾値より大きければ、検査エリアｂ１、ｃ１内の傷欠陥は無視できると判断する。図３（ｄ）に示す例では、異物判定の高さ方向閾値及び傷判定の高さ方向閾値の設定が通常の範囲ならば、検査エリアｃ１の高さ情報ｃ２は異物判定の高さ方向閾値より小さく傷判定の高さ方向閾値より大きなものとなり、この検査エリアｃ１での欠陥は無視される。

次に、欠陥が存在していると判断された場合、検査エリアｂ１、ｃ１に対し、それぞれの面積を計算する。この場合、各検査エリアｂ１、ｃ１の面積と前記検査基準データの異物判定の面積閾値を比較し、検査エリアｂ１、ｃ１の面積が異物判定の面積閾値より小さければ、検査エリア内の異物欠陥は無視できると判断する。また、各検査エリアｂ１、ｃ１の面積と前記検査基準データの傷判定の面積閾値を比較し、検査エリアｂ１、ｃ１の面積が傷判定の面積閾値より小さければ、検査エリア内の傷欠陥は無視できると判断する。図３（ｄ）に示す例では、異物判定の面積閾値及び傷判定の面積閾値の設定が通常の範囲ならば、検査エリアｂ１の面積は、傷判定の面積閾値より大きなものとなり、この検査エリアｂ１に傷欠陥が存在していると判断される。

なお、この実施の形態では、上記の最終判定方法を用いているが、この方法に限らず、例えば、各検査エリア内の欠陥の体積などの情報を用いても良い。また、検査対象部品３が変わると、それに合わせた欠陥の種類、判定手順、判定基準を採用することも可能である。

次に、ステップ２１０に進み、ステップ２０９の最終判定で得られた欠陥の情報をデータ保存部１６に保存する。ここでは、欠陥の３次元情報(位置情報と高さ情報)と各欠陥画像がデータ保存部１６に保存される。

この場合の欠陥の３次元情報は、上述したステップ２０６〜２０９から求められたものである。また、欠陥の画像は、前記検査基準データで定められた欠陥保存時の撮像倍率情報に基づいて取得される。この場合、制御部１５の指示によりズーム鏡筒７０１のズームハンドル７０２を操作し、実体顕微鏡本体７を指示された倍率に設定する。そして、制御部１５の制御により液晶格子６０４の画面を何も表示しないようにさせてＣＣＤカメラ１２により画像の撮像を行い、これにより得られた画像から欠陥部分(検査エリア)を抽出し欠陥画像を作成する。なお、複数の欠陥が存在する場合は、それぞれ対応する検査基準データの撮像倍率情報に基づいて撮像し、それぞれの欠陥画像を作成する。これら欠陥画像は、欠陥の３次元情報と同じファイルに保存される。勿論、別々のファイルに保存しても良い。

なお、上述の各ステップで求められた結果および一連の処理により求められた欠陥の判定結果などは、それぞれ表示部１７に表示される。

次に、ステップ２１１に進む。ステップ２１１では、検査を継続するか否かを判定する。ここで、検査を継続する場合は、ステップ２０２に戻り、ステージ２を次の指定位置へ移動させ、次の欠陥検査を開始する。一方、検査を継続しない場合は、処理を終了する。

したがって、このようにすれば、ステージ２に載置される検査対象部品３に対してＣＣＤカメラ１２により２次元画像を撮像し、この撮像画像に対し制御部１５により２次元画像処理して欠陥検査を行い、この欠陥と判定された部分に対して、さらに高さ情報を用いて欠陥の再判定を行うようにしたので、欠陥の誤判定がなくなり、検査精度を飛躍的に向上させることができる。また、高さ情報を用いた欠陥の再判定は、検査対象部品３表面全体でなく、２次元画像処理で欠陥と判定された部分だけに対して実行するようにしているので、短時間での欠陥検査を実現することができる。

さらに、２次元画像処理で欠陥と判定された部分の検査エリアに対し、これら検査エリア毎に異なるピッチの格子パターンを発生できるので、一回の測定で検査エリア毎に異なる精度で高さ情報を求めることができる。これにより、検査対象領域によって判定基準が違っても、高速かつ確実な欠陥検査を実現できる。さらに、撮像系の倍率は、ズーム鏡筒７０１のズームハンドル７０２を操作することで、任意に変更して欠陥を撮像することが簡単にできるので、より詳しい欠陥情報の取得も可能であり、さらに精度の高い欠陥検査を行うことができる。

（第２の実施の形態）
上述した実施の形態では、２次元画像処理と高さ計測を同じ装置内で行う例を述べたが、２次元画像撮影部と高さ計測ユニットを別々に設けた構成も考えられる。

図４は、第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付している。この場合、図４に示すように搬送用ステージ２０、２次元画像撮影部２１、高さ計測ユニット２２を有している。

搬送用ステージ２０は、検査対象部品３を連続的に搬送するためのもので、２次元画像撮影部２１及び高さ計測ユニット２２に対し検査対象部品３を供給可能にしている。２次元画像撮影部２１は、制御部１５、データ保存部１６及び表示部１７を有している。また、制御部１５には、照明用光源２４及び撮像手段としてラインセンサカメラ２５が接続されている。照明用光源２４は、搬送用ステージ２０により搬送される検査対象部品３に対し照明光を照射する。ラインセンサカメラ２５は、検査対象部品３からの散乱光による２次元画像を撮影する。また、ラインセンサカメラ２５の撮像画像は、制御部１５に取り込まれる。制御部１５は、データ保存部１６から必要な情報を読み込み、上述した図２に示すフローチャートのステップ２０４の動作を実行し、前記ラインセンサカメラ２５の撮像画像を２次元画像処理することで検査対象部品３の欠陥検査を行う。

高さ計測ユニット２２は、搬送用ステージ２０に対して２次元画像撮影部２１より下流側に配置されている。高さ計測ユニット２２には、制御部１５により欠陥があると判断された検査対象部品３のみが搬送用ステージ２０上より不図示の供給機構を介して供給される。高さ計測ユニット２２は、制御部１５とともに、上述した図２に示すフローチャートのステップ２０６〜２１０の動作を実行し、検査対象部品３の高さ情報を求めるとともに欠陥の最終判断を行う。

したがって、このようにすれば、搬送用ステージ２０により連続して搬送される検査対象部品３に対し２次元画像撮影部２１のラインセンサカメラ２５により２次元画像を撮影し、この撮像画像を２次元画像処理して検査対象部品３の欠陥検査を行い、欠陥があると判断された検査対象部品３のみを高さ計測ユニット２２に供給して検査対象部品３の高さ情報を用いて欠陥の最終判断を行うようにした。これにより、第１の実施の形態と同様な効果を得られ、さらに検査対象部品３は搬送用ステージ２０により停めることなく連続して欠陥検査ができ、また、２次元画像処理で欠陥があると判断された検査対象部品３だけが高さ計測ユニット２２に送られ欠陥の最終判定までを行うようにできるので、短時間での検査が可能となり、生産ラインでの検査能率をさらに向上させることができる。

以上のように、本発明では、検査対象領域毎に異なるピッチの格子パターンを同時に投影できるので、検査対象領域毎に判定基準が異なる欠陥に対しても、複数の欠陥に対応したそれぞれの領域を一度の測定で確実に高さ情報が取得でき、欠陥の判定を行うことができる。また、例えば製造ラインにおいて、検査対象部品から検出された各欠陥をそれぞれ観察しやすい撮像倍率で撮像し、撮像した各欠陥画像を含む各情報を保存できるので、製造過程においてプロセス改善のために、オフラインで欠陥情報を詳細に分析できる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、格子パターン投影による影の対策として、上述した実施の形態では、検査対象部品３に対する投影光路９の入射角度αを調整するようにしているが、例えば、検査対象部品３の両側に独立した投影系を設置したり、検査対象部品３を載置するステージ２を回転ステージにするなどの方法も考えられる。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の第１の実施の形態に係る実体顕微鏡をベースにした外観検査装置の概賂構成を示す図。 第１の実施の形態の動作を説明するフローチャート。 第１の実施の形態に用いられる欠陥検査の一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る外観検査装置の概賂構成を示す図。 位相情報から測定対象物の高さを求めるための三角測量の原理に基づく方法を説明する図。 従来の欠陥検査法の一例を説明する図。

符号の説明

１…基台、２…ステージ
３…検査対象部品、４…支柱
５…焦準装置、５０１…装置本体
５０２…移動部材、５０３…固定ハンドル
５０４…焦準ダイアル、６…液晶格子投影装置
６０１…装置本体、６０２…ライトガイド挿入部
６０３…照明光学系、６０４…液晶格子
６０５…投影光学系、６０５ａ…対物レンズ
６０５ｂ．６０５ｃ…反射ミラー、６０５ｅ…結像レンズ
７…実体顕微鏡本体、７０１…ズーム鏡筒
７０２…ズームハンドル、８…光ファイバ、８ａ…出射端
８ｂ…入射端、９…投影光路、１０…対物レンズ
１１…３眼鏡筒、１２…ＣＣＤカメラ、１２ａ…撮像面
１３…撮像光路、１４…光源装置、１４ａ…調光ボリューム
１５…制御部、１６…データ保存部、１７…表示部
１８…接眼レンズ、２０…搬送用ステージ、２１…２次元画像撮影部
２２…計測ユニット、２４…照明用光源、２５…ラインセンサカメラ
１０１…入射光線、１０２…反射光線、１０３…測定対象物
１０４…基準平面、１０５…撮像手段、１１０…検査対象部品

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源からの光を被検体に投影する投影手段と、
   前記被検体に格子パターン像を投影させる光学変調手段と、
   前記被検体に投影された像を撮像する撮像手段と、
   前記投影手段により前記被検体に投影され前記撮像手段により撮像された２次元画像に基づいて欠陥を判定するとともに、該欠陥判定により欠陥があると判断された被検体に対し前記光学変調手段を介して前記格子パターン像を投影させて前記撮像手段によって撮像し、この撮像された格子パターン画像から前記欠陥部分の高さ情報を取得し、該高さ情報に基づいて前記欠陥の最終判定を行う制御手段と
   を具備したことを特徴とする外観検査装置。
2. 前記光学変調手段は、明度が正弦波状に変化する格子パターン像を前記被検体に対し所定の投影角度をもって投影させることを特徴とする請求項1記載の外観検査装置。
3. 前記制御部の前記２次元画像に基づく欠陥判定は、予め用意された良品画像と前記２次元画像の比較結果から判定することを特徴とする請求項１又は２記載の外観検査装置。
4. 前記制御部の前記高さ情報に基づく前記欠陥の最終判定は、前記被検体に投影された格子パターン像を複数回シフトして前記被検体に投影させるとともに、該シフトごとに前記撮像手段により撮像した複数の画像から高さ情報を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の外観検査装置。
5. さらにデータ保存手段を有し、該データ保存手段は、前記被検体上を複数に分割して設定された検査対象領域と、これら検査対象領域毎に設定される、少なくとも検査精度情報を有する検査基準データを保存することを特徴とする請求項１又は２記載の外観検査装置。
6. 前記制御手段は、前記データ保存手段に保存された検査対象領域毎に設定された検査基準データの検査精度情報に基づいて前記格子パターンのピッチを設定し前記高さ情報を求めることを特徴とする請求項５記載の外観検査装置。
7. 前記制御手段は、前記２次元画像に基づいた欠陥判定の結果から、該欠陥に対応する検査エリアを形成し、該検査エリアに対応する前記検査対象領域に設定された前記検査基準データの検査精度情報に基づいて前記検査エリア毎に格子パターンのピッチを決定し、前記高さ情報を求めることを特徴とする請求項５記載の外観検査装置。
8. さらに前記被検体の観察像を観察する、観察倍率を変更可能にした観察手段を有し、
   前記撮像手段は、前記観察手段で観察される像を撮像可能にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の外観検査装置。
9. 前記データ保存手段は、前記検査基準データとして欠陥の最終判定で判定された欠陥を撮像する撮像倍率情報がさらに保存され、
   前記制御手段は、前記撮像倍率情報に基づいて前記観察手段の観察倍率を変更するとともに、該観察手段で観察される像を撮像する前記撮像手段の撮像画像を前記欠陥の画像として前記データ保存手段に保存することを特徴とする請求項８記載の外観検査装置。
10. 光源と、前記光源からの光を被検体に投影する投影手段と、前記被検体に格子パターン像を投影させる光学変調手段と、前記被検体に投影された像を撮像する撮像手段とを有する外観検査装置に用いられる外観検査方法であって、
    前記撮像手段により撮像された前記被検体の２次元画像に基づいて欠陥を判定するとともに、該欠陥判定により欠陥があると判断された被検体に対し前記光学変調手段を介して格子パターン像を前記被検体上に投影させ前記撮像手段により撮像された格子パターン画像から前記欠陥部分の高さ情報を取得し、該高さ情報に基づいて前記欠陥の最終判断を行うことを特徴とする外観検査方法。

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