JP5854501B2 - 自動外観検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスや半導体ウエーハなどの検査対象物上に形成された回路パターンなどの欠陥を自動検査する技術に関する。

例えば半導体デバイスは、１枚のウエーハ上に複数個分の回路パターンが配列・形成され、個片に切り出して製造されている。個々の回路パターンは、幾重にも配線や成膜が層状に形成されているが、配線のショートや断線、異物の混入などの欠陥が無いかどうか、各層の回路パターニングを行った後に全数検査が行われている。（例えば、特許文献１）

特開２００８−２２４３０３号公報

半導体デバイスなどは単位時間当たりの製造数量を増やすために、検査装置にも高いスループットが求められている。そのため、基板１枚当たりに費やす検査時間を短縮するために、移動ステージの高速化や、撮像部を複数配置する形態が考案されて。しかし、移動ステージを高速化しても、カメラの画像取得後、次の画像取得が可能となるまでの時間がボトルネックとなり、高速化には限界があった。

図１０は、従来の技術におけるタイムチャートで、撮像指示によりカメラで撮像し、データを転送する様子を時系列で示したものである。カメラに対して撮像指示をした後、カメラが撮像可能状態（図では撮像ＯＮと記載）となり、その間にストロボ照明を発光（図ではＯＮと記載）させる。カメラの撮像が終わると（図では撮像ＯＦＦになると）、カメラから外部機器やバッファメモリなどに画像データが転送される。カメラは一般に普及している汎用性の高いものが良く用いられているが、この様なカメラは撮像した画像を蓄積する機能がないものや、画像データの転送中に次の画像を１枚だけメモリーする程度である。そのため、画像データを連続して転送できるインターバルＴｄに合わせて、同程度のインターバルＴ１で逐次撮像をおこなっていた。そのため、連続して撮像する際、インターバルＴ１が時間短縮のボトルネックとなっていた。

一方、検査時間を短縮するために、撮像部を複数配置する形態（例えば、２台のカメラで２つの回路パターンを同時に取得）も考案されたが、検査対象物が小さく、互いの撮像部の間隔を狭められない場合には、同時に複数の回路を撮像できず、期待通りに時間短縮することができなかった。

さらに、多品種対応のために撮像倍率の異なる対物レンズを複数備える場合には、レンズ本数が増えるためコストアップ要因となったり、検査品質を揃えるために、複数の撮像部の機差を補正する必要があり、更なるコストアップ要因になるという課題もあった。

そこで本発明は、撮像カメラの処理能力に制約を受けることなく、検査時間を短縮することができる自動外観検査装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、
検査対象物に形成されたパターンの欠陥を検出する検査対象物検査装置であって、
前記検査対象物を載置するテーブル部と、
前記テーブル部を所定の方向に走査移動させる走査ステージ部と、
前記検査対象物に向けて照明光を照射する照明部と、
前記照明部から照射されて前記検査対象物で反射した光又は前記検査対象物を透過した光を観察光として導光する鏡筒部と、
前記鏡筒部に取り付けられて前記観察光を撮像する複数の撮像カメラを備えた撮像部と、
前記走査ステージ部を移動させながら、前記照明部を発光させて、前記観察光の撮像を行う制御部と、
予め登録しておいた検査条件に基づいて、前記撮像された前記検査対象物の画像の良否判断をする検査部とを備え、
前記走査ステージ部には、前記テーブルの現在位置を計測する位置計測手段が備えられており、
前記鏡筒部には、前記観察光の角度又は方向を変えて反射させる、光反射手段が備えられており、
前記鏡筒部には、前記光反射手段で反射された光を各々同じ観察倍率で撮像することができるように、前記複数の撮像カメラが取り付けられており、
前記制御部は、
前記観察光の撮像毎に、前記撮像と連動して前記光反射手段の反射方向を変更すると共に、前記複数の撮像カメラのうち、撮像が済んでデータ転送中である撮像カメラから、データ転送が済んで撮像可能状態にある撮像カメラに逐次切り替えて、撮像を行う機能を備えていることを特徴とする、自動外観検査装置である。

上記発明の装置を用いるので、観察光は方向を切り替えて複数ある撮像部のうち、いずれか１つで撮像が可能となっており、ストロボ発光と連動させることで、複数ある撮像部のうちの１つが処理中で次の撮像ができない状態にあっても、撮像方向を切り替えて、別の撮像部で撮像することができる。

請求項２に記載の発明は、
前記鏡筒部には、前記光反射手段の位置又は角度を変更させる、アクチュエータ部が更に取り付けられており、
前記制御部は、前記撮像と連動させてアクチュエータ部を駆動し、
前記撮像を行うことを特徴とする、請求項１に記載の自動外観検査装置である。

上記発明の装置を用いれば、光反射手段の位置又は角度をアクチュエータ部にて制御することができ、光反射手段の位置又は角度のずれを防ぐことができる。

請求項３に記載の発明は、
前記アクチュエータ部は、前記撮像中も当該位置又は当該角度が移動状態にある
ことを特徴とする、請求項２に記載の自動外観検査装置である。

上記発明の装置を用いれば、撮像の前後も光反射手段の位置又は角度が変化し続けており、静止させたり再び動かすことに起因して生じる慣性力を無くし、連続撮像のボトルネックとなる時間を減らすことができる。

請求項４に記載の発明は、
前記撮像中のアクチュエータ部の移動速度が、非撮像時の当該移動速度よりも遅いことを特徴とする、請求項３に記載の自動外観検査装置である。

上記発明の装置を用いれば、撮像の前後も光反射手段の位置又は角度が変化し続けており、静止させたり再び動かすことに起因して生じる慣性力を軽減しつつ、撮像時の画像ブレも軽減することができる。

請求項５に記載の発明は、
前記アクチュエータ部又は前記光反射手段には、現在位置を検出する位置検出器又は、現在角度を検出する角度検出器が取り付けられており、
当該位置検出器又は当該角度検出器の情報に基づいて前記撮像を行うことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の自動外観検査装置である。

上記発明の装置を用いれば、鏡筒内の前記光反射手段で反射される観察光の角度を管理することができ、検査対象物の被検査領域が撮像部の視野から外れることを防ぐことができる。

請求項６に記載の発明は、
前記照明光を照射する照明部が、ストロボ照明を照射するストロボ照明部であり、
前記撮像がストロボ照明の発光によって行われる
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の自動外観検査装置である。

上記発明の装置を用いれば、
発光エネルギーの高い閃光を比較的容易に照射することができるので、撮像に用いるカメラに汎用性の高い安価なものを用いた場合でも、本発明を適用することができる。

撮像カメラの処理能力に制約を受けることなく、検査時間を短縮することができる

本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図である。 本発明を具現化する形態の一例を示すシステム構成図である。 本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。 本発明を具現化する形態の一例を示すタイムチャートである。 本発明を具現化する形態の別の一例を示す斜視図である。 本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示す斜視図である。 本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示す断面図である。 本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示すタイムチャートである。 本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示すタイムチャートである。 本発明を具現化する形態の変形例おけるタイムチャートである。 従来技術におけるタイムチャートである。

本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。以下の説明においては、本発明の検査対象物として、半導体ウエーハ１０に複数の回路パターンが形成されている例に基づいて説明を行う。
図１は、本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図である。
以下、各図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向とする。特にＹ方向は矢印の方向を奥側とし、その逆方向を手前側と表現し、Ｚ方向は矢印の方向を上とし、その逆方向を下と表現する。また、Ｚ軸を回転中心とする回転方向は、θ方向として表現する。

自動外観検査装置１は、装置ベース１１の上に取り付けられた搬送部２と、検査対象物に向けて光を照射するストロボ照明部３と、装置ベース１１に取り付けられた鏡筒部４と、鏡筒部４にて導光された観察光を撮像する撮像部５と、制御部９とを含んで、構成されている。各構成部品は、図１には図示する位置に配置されるように、不図示の装置フレームや固定ブラケットなどを介して取り付けられている。

搬送部２は、装置ベース１１の上に取り付けられたＸ軸ステージ２１と、Ｘ軸ステージ２１上に取り付けられたＹ軸ステージ２２と、Ｙ軸ステージ２２上に取り付けられた回転ステージ２３と、回転ステージ２３上に取り付けられたテーブル部２５とを含んで、構成されている。

Ｘ軸ステージ２１は、その上に取り付けられたＹ軸ステージ２２をＸ方向に移動させることができ、Ｙ軸ステージ２２は、その上に取り付けられた回転ステージ２３をＹ方向に移動させることができ、回転ステージ２３は、その上に取り付けられたテーブル２５をθ方向に回転させることができる。なお、Ｘ軸ステージ２１、Ｙ軸ステージ２２、回転ステージ２３は、本発明の走査ステージ部を構成している。

テーブル部２５は、表面に溝や孔が形成されており、前記溝や孔は、開閉制御用バルブを介して真空源に接続されている。テーブル部２５に載置された半導体ウエハー１０は、負圧により吸着保持され、テーブル部２５の移動中に位置ずれしないようになっている。

Ｘ軸ステージ２１は、Ｘ軸位置検出器を含んで構成されており、Ｘ軸ステージ２１上に取り付けられたＹ軸ステージ２２のＸ方向の現在位置情報を取得することができる。同様に、Ｙ軸ステージ２２は、Ｙ軸位置検出器を含んで構成されており、Ｙ軸ステージ２２上に取り付けられた回転ステージ２３のＹ方向の現在位置情報を取得することができる。さらに、回転ステージ２３は、回転角度検出器を含んで構成されており、回転ステージ２３上に取り付けられたテーブル部２５のθ方向の現在角度情報を取得することができる。

搬送部２は、上記の様な構成をしているので、テーブル部２５上に載置された半導体ウエハー１０を、ＸＹ方向に移動させたり、θ方向に回転させたり、さらに所定の方向に走査移動させたりすることができる。また、テーブル部のＸＹ方向の現在位置情報と、回転角度情報を取得することができる。

ストロボ照明部３は、同軸落斜照明３１と、照明発光装置３１ｓを含んで構成されており、極めて短時間に高光量の光を発光（いわゆるストロボ発光）させることができる。同軸落斜照明３１は、詳細を後述する鏡筒部４に取り付けられており、鏡筒部４内のハーフミラーなどを介して観察光と同軸の光路で半導体ウェーハ１０に向けてほぼ垂直に光を照射することができる。

また、ストロボ照明部３は、リング型照明３３と照明発光装置３３ｓ、面発光型照明３５と照明発光装置３５ｓなどで構成してもよく、同軸落斜照明３１及び照明発光装置３１ｓと代替若しくは併用して使用することができる。
リング型照明３３は、鏡筒部４の外側に取り付けられており、半導体ウェーハ１０に向けて斜めから照明光を照射することができる。
面発光型照明３５は、テーブル部２５に埋め込んで取り付けられており、半導体ウェーハ１０の下面から上方に向けて照明光を照射することができる。

鏡筒部４は、ストロボ照明部３から半導体ウェーハ１０に向けて照射されて半導体ウェーハ１０で反射又は半導体ウェーハ１０を透過した光を、観察光として導光できる構造をしている。
鏡筒部４には、観察光が導光された経路の途中に光分岐手段４５が備えられており、観察光を一部透過させると共に、角度を変えて一部反射させることができる。
また、鏡筒部４は、適宜撮像用ミラー４２を含んで構成されており、観察光の方向を変えて導光できる構造をしている。

光分岐手段４５としては、ハーフミラーやビームスプリッタなどの光学素子を例示できる。

撮像部５は、鏡筒部４に複数の撮像カメラ５１ａ，５１ｂが取り付けられており、導光・分岐された観察光を、それぞれの撮像カメラ５１ａ，５１ｂで撮像することができるように構成されている。また、鏡筒部４には対物レンズ５５ａ，５５ｂが取り付けられており、前記観察光を所定の観察倍率で撮像することができる。

撮像カメラ５１ａ，５１ｂとしては、ＣＣＤやＣＭＯＳ、その他の撮像素子を用いた撮像カメラが例示でき、撮像した画像を映像信号として、制御部９へ出力することができるものであれば良い。また、撮像カメラ５１ａ，５１ｂは、高感度撮影ができるものが望ましい。そうすれば、光分岐手段４５により観察光４０ｖが、２つの観察光４５ｖ１，４５ｖ２に分岐され、それぞれの光量は分岐前の観察光４０ｖと比べて半分になっても、十分に撮像することができる。或いは、撮像カメラ５１ａ，５１ｂの感度はそのままにしておき、ストロボ照明の発光エネルギーを増して観察光の明るさを確保するようにしても良い。

図２は、本発明を具現化する形態の一例を示すシステム構成図である。
図２に示すように、上述した搬送部２、ストロボ照明部３、撮像部５の各機器は、制御部９の各機器と接続されている。

制御部９には、制御用コンピュータ９０と、情報入力手段９１と、情報出力手段９２と、発報手段９３と、情報記録手段９４と、機器制御ユニット９５とが接続されて含まれている。
制御用コンピュータ９０としては、マイコン、パソコン、ワークステーションなどの、数値演算ユニットが搭載されたものが例示される。
情報入力手段９１としては、キーボードやマウスやスイッチなどが例示される。
情報出力手段９２としては、画像表示ディスプレイやランプなどが例示される。

発報手段９３としては、ブザーやスピーカ、ランプなど、作業者に注意喚起をすることができるものが例示される。
情報記録手段９４としては、メモリーカードやデータディスクなどの、半導体記録媒体や磁気記録媒体や光磁気記録媒体などが例示される。
機器制御ユニット９５としては、プログラマブルコントローラやモーションコントローラと呼ばれる機器などが例示される。

制御用コンピュータ９０には、画像処理ユニット９６を介して、撮像カメラ５１ａ，５１ｂから出力された映像信号が入力される。画像処理ユニット９６は、一般にＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）と呼ばれ、制御用コンピュータ９０の外部に設置される形態のもの、制御用コンピュータ９０の筐体内に接続される形態のもの、制御用コンピュータ９０の画像処理部を利用したものなどが例示できる。

画像処理ユニット９６に入力された観察画像は、後述で詳細説明をするように、制御用コンピュータ９０で良否判断（つまり、検査）をすることができる。

機器制御ユニット９５は、Ｘ軸ステージ２１、Ｙ軸ステージ２２、回転ステージ２３と接続されている。また、機器制御ユニット９５は、ストロボ照明部３の照明発光装置３１ｓ，３３ｓ，３５ｓと接続されている。照明発光装置３１ｓ，３３ｓ，３５ｓにおける照明の光量調節の方式としては、印可する電圧や電流を調節したり、電圧や電流の印可時間を調節したりする方式を例示でき、機器制御ユニット９５からの発光指令信号に基づいて、予め設定しておいた条件でストロボ照明が発光する。

機器制御ユニット９５は、その他の制御機器（図示せず）と接続されており、それらに対して制御用信号を与えることにより、各機器を動作させたり静止させたりすることができるようになっている。

［動作フロー］
図３は、本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。図３では、半導体ウェーハ１０全面を検査するために各カメラで撮像を行う一連のフローが、ステップ毎に示されている。
先ず、半導体ウェーハ１０を自動外観検査装置１のテーブル部２５に載置し（ｓ１０１）、予め登録しておいた検査条件などを読み出す（ｓ１０２）。
次に、半導体ウェーハ１０上に形成されている基準マーク１０ｍの読み取り位置へ移動し（ｓ１０３）、アライメントを行う（ｓ１０４）。

続いて、第１列目の計測開始位置へテーブル部２５を移動させ（ｓ１０７）、所定の速度で走査ステージ部２を動かし、テーブル部２５の移動を開始する（ｓ１０８）。
テーブル部２５を動かしながら、走査ステージ部の前記Ｘ軸位置検出器及びＹ軸位置検出器から取得したテーブル部の現在位置情報に基づいて、カメラ１で撮像すべき位置かどうか判断（ｓ１１０）し、カメラ１の撮像位置であればストロボ照明を発光させてカメラ１で撮像を行い（ｓ１１２）、テーブル部２５の移動を継続する。また、前記テーブル部の現在位置情報が、カメラ２で撮像すべき位置かどうか判断（ｓ１１４）し、カメラ２の撮像位置であればストロボ照明を発光させてカメラ２で撮像を行い（ｓ１１５）、テーブル部２５の移動を継続する。
一方、前記テーブル部の現在位置情報が、いずれかのカメラで撮像する位置でなければ、そのままテーブル部２５の移動を継続する。

そして、前記テーブル部の現在位置情報に基づいて、１列目の撮像が終了したかどうかを判断し（ｓ１１６）、１列目の撮像が終了したと判断されればテーブル部の移動を停止させる（ｓ１１７）。一方、１列目の撮像が終了していないと判断されれば、上記ステップｓ１１０〜ｓ１１６を繰り返す。

次に、上記１列の撮像で、全ての撮像が終了かどうかを判断し（ｓ１１８）、全ての撮像が終了と判断されれば検査対象をテーブル部２５から取り出す。一方、前記ステップｓ１１８で、全ての撮像が終了していないと判断されれば、次列の計測開始位置へテーブル部２５を移動させ、上記一連の撮像ステップ（ｓ１０７〜ｓ１１８）を繰り返す。

［タイムチャート］
図４は、本発明を具現化する形態の一例を示すタイムチャートであり、図１〜図３を用いて説明した自動外観検査装置１の各部動作を時系列的に示したものである。図中の横軸は時間ｔを表し、各時刻における各部動作の前後状態が明確になるように、補助線として破線を付している。前記同一の破線上は、同一時刻であることを意味している。

前記テーブル部の現在位置情報に基づいて、撮像指示が、インターバルＴ２毎に出される。まず、撮像に使用するカメラは撮像カメラ５１ａ（つまりカメラ１）側に切り替えておき、撮像指示がされると、カメラ１で撮像が行われる。カメラ１の撮像中にストロボ照明が発光され、カメラ１の撮像が終わった後、画像データが転送される。

カメラ１のデータ転送中に、次に撮像に使用するカメラとして撮像カメラ５１ｂ（つまりカメラ２）側に切り替えられる。その後、撮像指示が出されると、カメラ２で撮像が行われる。カメラ２の撮像中にストロボ照明が発光され、カメラ２の撮像が終わった後、画像データが転送される。カメラ２のデータ転送中に、次に撮像に使用するカメラとしてカメラ１側に切り替えられる。この一連の動作を繰り返すことで、インターバルＴ２毎に連続撮像でき、従来の撮像インターバルＴ１に比べて半分の時間で連続撮像ができる。さらにカメラの台数を増やせば、連続撮像のインターバルを短くすることができる。このとき、撮像カメラ５１ａ，５１ｂは従来と同じものを用いており、撮像カメラの処理能力に制約を受けることなく検査時間を短縮することができる。

さらに、品種対応のために撮像倍率の異なる対物レンズ５５ａ、５５ｂを複数備える場合でも、カメラ台数分に応じてそれぞれの対物レンズの本数を増やす必要もない。そのため対物レンズを増やすことによるコストアップ要因は無くなる。さらに、複数のカメラと複数の対物レンズで検査装置を構成した形態に比べ、対物レンズの個体差に起因して撮像された回路パターン相互の歪みやずれが無く、検査品質を揃えやすくなる。また、検査品質を揃えるための画像補正を別途行う必要もなくなり、種々のコストアップ要因を無くすことができる。

［別バーション１］
上述の説明では、観察光を光分岐手段４５にて分岐させて、複数の撮像カメラを用いて検査対象物を撮像する形態を例示した。しかし、光分岐手段４５に代えて光反射手段４７を配置し、光反射手段４７の位置や角度を変えて、観察光が導光される角度を切り替える形態としても良い。
図５は、本発明を具現化する形態の別の一例を示す斜視図であり、図１を用いて説明した自動外観検査装置１の鏡筒部４に代えて、別の形態の鏡筒部４ａを備えた自動外観検査装置１ａを示している。以下、鏡筒部４ａについて鏡筒部４との相異点について説明をし、その他の共通点については記載を省略する。

鏡筒部４には、観察光が導光された経路の途中に光反射手段４７が備えられており、観察光の方向（つまり角度）を変えて反射させることができる。光反射手段４７は、その位置又は角度を変更させて配置することができ、符号４７で図示した位置と、破線で示した待避位置４７ａとに切り替えて配置することができる。
例えば図５に示すように、光反射手段４７が観察光の光軸と交わるように斜め４５°に配置されれば、Ｚ方向に導光された観察光が９０°方向を変え、Ｘ方向に導光され、観察光は観察カメラ５１ｂで撮像される。
一方、光反射手段が観察光の光軸と交わらない待避位置４７ａに配置されれば、Ｚ方向に導光された観察光は、そのままＺ方向に導光され、観察光は観察カメラ５１ｂで撮像される。

光反射手段４７としては、ミラーやプリズムなどの光学素子を例示でき、入射した光の方向を変えて、反射するものであれば良い。
光反射手段４７は、一端が回動中心となるように鏡筒部４ａとヒンジを介してが取り付けられており、鏡筒部４ａに取り付けられたアクチュエータ部６０の可動部材と回動可能に連結させておく。そうすれば、アクチュエータ部６０のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、符号４７で示す位置と符号４７ａで示す位置とに切り替えることができる。

或いは、光反射手段４７は、取り付け角度を固定させた状態でアクチュエータ部６０の可動部材に取り付け、アクチュエータ部６０のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、Ｘ方向に位置が切り替えできるように取り付けても良い。アクチュエータ部６０は、制御用コントローラ９５と接続されており、制御用コントローラ９５からの指令信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ動作ができるように構成されている。

［別バーション２］
アクチュエータ部６０は、直動式に限定されず、回転式であっても良く、光反射手段４７の位置、角度若しくは方向を変えることで導光された観察光４０ｖの方向を変えることができるものであれば良い。
また、撮像カメラの台数も適宜増やして配置することができる。
図６Ａは、本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示す斜視図であり、回転式のアクチュエータ部６０ａと２つの撮像カメラ５１ａ，５１Ｂを用いる形態を示している。
図６Ｂは、本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示す平面図であり、図６Ａにおける矢視Ａ−Ａ部を平面視した断面図である。

観察光は、鏡筒部４０ｂの開口部４０ｈを通過し、光反射手段４８に導光される。光反射手段４８は鏡筒部４０ｂに取り付けられた回転式のアクチュエータ部６０ａと連結されており、矢印６０ｖの方向に回転させることができる。現在の状態は、Ｚ方向に導光された観察光４０ｖが、矢印４８ｖで示す方向に角度を変えてＸ方向矢印側に導光され、反射ミラー４３ａで反射されてＺ方向上に導光され、撮像カメラ５１ａで撮像されている様子を示している。また、回転式アクチュエータ６０ａには、不図示の角度検出器６７（いわゆる、回転式エンコーダ）が取り付けられており、回転式アクチュエータ６０ａの角度情報を取得することができる。図６Ａ，図６Ｂに示すような形態をしているので、光反射手段４８が更に回転して、反射された観察光４８ｖが反射ミラー４３ｂの方向に向けば、観察光４０ｖはＸ方向矢印と反対側に導光され、反射ミラー４３ｂで反射されてＺ方向上に導光され、撮像カメラ５１ｂで観察できるようになる。そして、光反射手段４８が更に回転して、再び反射された観察光４８ｖが反射ミラー４３ａの方向に向けば、撮像カメラ５１ａで観察でき、上記一連の動作を繰り返すことで、本発明を適用して観察を繰り返すことができる。

図７は、本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示すタイムチャートであり、図６Ａ，図６Ｂを用いて説明した自動外観検査装置の各部動作を時系列的に示したものである。図中の横軸は時間ｔを表し、各時刻における各部動作の前後状態が明確になるように、補助線として破線を付している。前記同一の破線上は、同一時刻であることを意味している。

前記テーブル部の現在位置情報に基づいて、撮像指示が、インターバルＴ２毎に出される。まず、撮像に使用するカメラは撮像カメラ５１ａ（つまりカメラ１）側に切り替えておき、撮像指示がされると、カメラ１で撮像が行われる。カメラ１の撮像中にストロボ照明が発光され、カメラ１の撮像が終わった後、画像データが転送される。

カメラ１のデータ転送中に、次に撮像に使用するカメラとして撮像カメラ５１ｂ（つまりカメラ２）側に切り替えられる。その後、撮像指示が出されると、カメラ２で撮像が行われる。カメラ２の撮像中にストロボ照明が発光され、カメラ２の撮像が終わった後、画像データが転送される。カメラ２のデータ転送中に、次に撮像に使用するカメラ１側に切り替えられる。
この一連の動作を繰り返すことで、インターバルＴ２毎に連続撮像でき、従来の撮像インターバルＴ１に比べて１／２の時間で連続撮像ができる。さらにカメラの台数を増やせば、連続撮像のインターバルを短くすることができる。

さらに、アクチュエータ部６０，６０ａの可動部材又はその先に取り付けられた光反射手段４７には、それらの現在位置、現在角度又は方向が検出できるように、エンコーダ部６５を取り付けておくことが望ましい。
エンコーダ部６５としては、１方向に延びた棒状・リボン状の部材に光学的又は電磁気的な細孔（いわゆるスリット）が多数刻まれたリニアスケールや、円板や円筒状の部材に同様のスリットが刻まれたロータリエンコーダなどが例示できる。

上記のような光反射手段４８を用いた形態であれば、光分岐手段４５を用いてカメラの台数を増やす形態で生じる、観察光の光量低下を防ぐことができる。そのため、撮像カメラの感度を上げたり、より発光エネルギーの高いストロボ照明を使う必要が無く、従来と同じ感度の撮像カメラと、同じ発光エネルギーのストロボ照明を用いて、検査時間を短縮することができる。

［別バーション３］
図８は、本発明を具現化する形態のさらに別の一例を示すタイムチャートであり、図７を用いて説明したものと同様に、自動外観検査装置の各部動作を時系列的に示したものである。この形態では、図７を用いて説明した自動外観検査装置とは異なり、鏡筒部本体４０の中で観察光の方向を変えるための光反射手段４８は、ストロボ照明の発光時に完全に停止状態とはなっておらず、少しずつ位置が変わっている。つまり、光反射手段４８は、アクチュエータ部６０ａで動かし続けられ、完全に停止させない状態で、それぞれの観察カメラで撮像が行われている。具体的なミラーの位置・角度について図示しながら説明すると、図８の破線Ａに示す軌跡が、一定の回転速度で光反射手段４８が回転している状態を示している。つまり、カメラ１，２側を向いて静止することなく、動き続けている。
このとき、照明光としては、極めて発光時間が短いストロボ照明が用いられているので、観察画像のブレは無いものとして取り扱うことができる。このようにすることで、観察光の方向を厳密に切り替えるために、アクチュエータ部６０ａを完全に停止させる必要が無く、停止待ちや再度移動させるためにかかるイナーシャの影響が減り、アクチュエータ部６０ａへの負担も軽減されう。そのため、より高速で連続撮像ができるようになる。

この場合、ストロボ照明発光時のアクチュエータ部６０ａの移動速度は、どの程度であれば許容されるかは、ストロボ照明発光時のアクチュエータ部６０ａの移動距離又は角度、つまりは実際の観察画像にブレが無いものとして取り扱うことができる程度により決定される。つまり、ストロボ照明発光時間が極めて短い場合や、切替するカメラ台数が少なくて撮像のインターバルを長くできる場合は、アクチュエータ部６０ａは、ストロボ発光時もストロボ非発光時と同じ移動速度で駆動させておけばよい。

一方、切替するカメラ台数が多くなり撮像のインターバルを短くする必要がある場合や、ストロボ照明発光時間との関係で、アクチュエータ部６０ａをストロボ発光時もストロボ非発光時と同じ移動速度で駆動させると観察画像にブレが生じるような場合は、ストロボ発光時のアクチュエータ部６０ａの移動速度を、ストロボ非発光時と比べて遅くしてやればよい。具体的なミラーの位置・角度について図示しながら説明すると、図８の実線Ｂに示す軌跡が、回転速度を変化させながら光反射手段４８を回転させている状態を示している。つまり、光反射手段４８は、カメラ１，２で撮像が行われる瞬間はカメラ１，２側に向いているが、その前後を通じて完全には静止しておらず、ストロボ非発光時（つまり、非観察時）と比べて減速して回転し続けている。そして、撮影の前後の減速区間以外では加速した後は一定速で回転し、再び撮像前に減速するといった、一連の動作が繰り返される。

（実施例）
図１〜７を用いて説明した、本発明を具現化する形態のさらに別の一例における実施例を以下に示す。
撮像部５の撮像カメラ５１ａ，５１ｂは、画素ピッチ５ミクロンの格子状画素を有する白黒ＣＭＯＳを撮像素子とする、最大フレームレート１４０ｆｐｓの電子シャッター式カメラを用いた。撮像カメラ５１ａ，５１ｂには、観察対象物１０ｗの移動方向に約１６００画素、移動方向と直交する方向にも約１６００画素配列されたエリアセンサーが用いられている。また、観察対象物１０ｗの移動方向に４．０ｍｍの長さの観察エリアが得られるように、対物レンズの倍率が設定されている。そして、観察対象物１０ｗが３．０ｍｍ移動する毎に、照明を発光させ、撮像カメラ５１ａ，５１ｂで交互に撮像が行われる。このとき、観察対象物１０ｗを移動させる走査ステージ部は、７２０ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。そうすると、照明部３は、２４０Ｈｚで発光が繰り返される。このような形態の場合、従来の技術であれば、フレームレート１４０ｆｐｓのカメラでは画像転送を伴う連続撮像ができなかったが、本発明を適用することにより、実質１２０ｆｐｓで撮像と画像転送を行えるため、対応が可能である。

なお、照明部３は、ハロゲンやキセノンランプを用いたストロボ照明を使う形態を用いることがより好ましい。ストロボ照明であれば、ごく僅かな時間内に発光エネルギーの高い（例えば、撮像に必要十分なエネルギー半値幅３μｓｅｃの）閃光を比較的容易に照射することができる。そうすれば、シャッター速度が遅く高感度撮影には向かないような汎用性の高い安価な撮像カメラを用いた場合であっても、照射される光のエネルギーは十分得られる。そのため、高速で移動する検査対象物を連続撮像することができ、本発明を適用させて、自動外観検査を行うことが可能である。

また、観察光をハーフミラーで２分岐して２つのカメラで観察しているため、ストロボ照明の光量は、通常の２倍にして照射する。そうすることで、それぞれのカメラで観察される光量は通常と同じとなる。

このときの画像ブレについて着目すると、ストロボ照明が発光している時間：３μｓｅｃの間に、観察対象物１０ｗが動く距離は２．１６μｍであり、この量が撮像のブレに相当する。この画像ぶれは、観察視野全体の長さ：４．０ｍｍに対しては約１／１８５０であり、撮像素子の画素に換算すれば約０．８６画素分となる。この画像ぶれ量は、観察対象をどれほど緻密に観察しているかにもよるが、例えば観察対象としている最小の線幅を２２μｍ（つまり、１０画素分）以上としていれば、概ね問題視されない程度とみなすことができ、本発明を適用する上で問題とはならない。一方、観察対象としている最小の線幅が２２μｍ未満であっても、画像処理や検査アルゴリズムを適正化することにより、本発明を適用できる。

上述の説明では、所定の撮像時間内に、ストロボ照明が発光状態となる例について説明した。しかし、本発明はそのような形態に限定されず、所定の時間内だけ照明光を照射しておき、その間に瞬時に撮像を行う形態としても良く、下述のような実施例にて具現化させることができる。

図９は、本発明を具現化する形態の変形例おけるタイムチャートであり、図７を用いて示した形態の変形例である。つまりこの変形例では、撮像指示がＯＮ状態になった後、照明が所定時間だけＯＮ状態となり、その間に瞬時に撮像が行われる。具体例を示せば、撮像カメラの電子シャッターを１／１００，０００ｓｅｃ（つまり、撮像時間は１０μｓｅｃ）〜１／５００，０００ｓｅｃ（つまり、撮像時間は２μｓｅｃ）に設定しておき、撮像指示がＯＮ状態になった後、前記シャッター時間の撮像に必要な光量の照明を、１／１００秒（つまり、１０ｍｓｅｃ）〜１／１０００秒（つまり、１ｍｓｅｃ）程度発光させておき、その間に撮像カメラで撮像を行う。そうすることで、本発明を適用させて、自動外観検査を行うことが可能である。

このときの画像ブレについて着目すると、ストロボ照明が発光している時間：２μｓｅｃの間に、観察対象物１０ｗが動く距離は１．４４μｍであり、この量が撮像のブレに相当する。この画像ぶれは、観察視野全体の長さ：４．０ｍｍに対しては約１／２７８０であり、撮像素子の画素に換算すれば約０．５７画素分となる。また、ストロボ照明が発光している時間：１０μｓｅｃの間に、観察対象物１０ｗが動く距離は７．２μｍであり、この量が撮像のブレに相当する。この画像ぶれは、観察視野全体の長さ：４．０ｍｍに対しては約１／５６０であり、撮像素子の画素に換算すれば約１．４４画素分となる。この画像ぶれ量は、観察対象をどれほど緻密に観察しているかにもよるが、例えば観察対象としている最小の線幅を１５〜７２μｍ（つまり、１０画素分）以上としていれば、概ね問題視されない程度とみなすことができ、本発明を適用する上で問題とはならない。一方、観察対象としている最小の線幅が１５〜７２μｍ未満であっても、画像処理や検査アルゴリズムを適正化することにより、本発明を適用できる。

（実施例２）
図６Ａ，Ｂ、図７を用いて説明した、本発明を具現化する形態のさらに別の一例における実施例を以下に示す。
２つの撮像カメラ５１ａ，５１ｂを用いる場合、回転式アクチュエータ６０ａを駆動させて、光反射手段４８が毎秒１２０回転（つまり、７２００ｒｐｍ）で回転するようにする。そして、半周期ずらして撮像を繰り返し行う。そうすれば、それぞれの撮像カメラ５１ａ，５１ｂは、それぞれ１２０ｆｐｓで撮像されつつ、実際の撮像は２４０ｆｐｓで繰り返されていることと同じになる。

（実施例３）
図８を用いて説明した、本発明を具現化する形態のさらに別の一例における実施例を以下に示す。
撮像カメラが２カメラで、１２０ｆｐｓで撮像を行う場合、回転式アクチュエータを３倍速の毎秒３６０回転（つまり、２１６００ｒｐｍ）で回転させつつ、撮像角度の前後１０度分だけ減速状態の毎秒３０回転（つまり、１８００ｒｐｍ）で回転させ、その前後１０度ずつは、加減速領域とする。
そうすれば、撮像中のミラー回転速度は１／４に減り、画像ブレの量も低減される。
さらに、撮像していない間の回転速度を上げつつ、撮像中のミラー回転速度を下げるように構成すれば、画像ブレの量はより低減される。

（カメラ台数の増加例）
上述の説明では、２つのカメラを用いる形態を例示したが、本発明はそれ以上の台数のカメラを用いる形態にも適用できる。
例えば、図６Ａ，Ｂを用いて示した形態に加え、光反射手段４８が９０度回転したＹ方向矢印側及び、その反対側に、それぞれ撮像用ミラー及び撮像カメラを配置する。そうすれば、光反射手段４８の回転速度（７２０ｒｐｍ）と撮像レート（１２０ｆｐｓ）はそのままで、合計４台の撮像カメラを用いて、実質４８０ｆｐｓの撮像を行うことができる。
。なお、このとき、ストロボ照明は４８０ｆｐｓで発光させる。

また、回転角度を撮像の前後で減速させる場合は、上述で１０度ずつと規定した角度を、５度ずつとすることで、本発明を適用させることができる。

一方、ハーフミラー分岐であれば、１回分岐させた光を更に分岐させることで、４つの撮像カメラに観察光を分岐導光することができる。そして、通常の４倍の光量でストロボ照明を発光させ、ストロボ発光を４８０ｆｐｓで行えば、本発明を適用させることができる。

１ 自動外観検査装置
２ 走査ステージ部
３ 照明部
４ 鏡筒部
５ 撮像部
９ 制御部
１０ 検査対象物（ウエーハ）
１０ｍ 基準マーク
１０ｐ 回路パターン
１０ｖ 矢印
１１ 装置フレーム
１２ 連結部材
２０ 走査ステージ部
２１ Ｘ軸ステージ
２２ Ｘ軸ステージ
２３ 回転ステージ
２５ テーブル部
３１ 同軸落斜照明（正反射光）
３１ｓ 照明発光装置
３３ リング型照明（斜光反射光）
３３ｓ 照明発光装置
３５ 面発光型照明（透過光）
３５ｓ 照明発光装置
４０ 鏡筒部本体
４０ｈ 開口部
４０ｖ 観察光
４１ 照明用ハーフミラー
４２ 撮像用ミラー
４３ａ 撮像用ミラー
４３ｂ 撮像用ミラー
４３ｃ 撮像用ミラー
４５ 光分岐手段（ハーフミラーなど）
４５ｖ１ 矢印（分岐後の方向）
４５ｖ２ 矢印（分岐後の方向）
４７ 光反射手段（ミラーなど）
４７ａ 光反射手段（待避位置）
４８ 光反射手段
４８ｖ 矢印（反射の方向）
５１ａ 撮像カメラ
５１ｂ 撮像カメラ
５１ｃ 撮像カメラ
５５ａ 対物レンズ
５５ｂ 対物レンズ
５７ａ 撮像視野
５７ｂ 撮像視野
６０ アクチュエータ
６０ａ アクチュエータ（回転式）
６０ｖ 矢印（回転方向）
６５ 位置検出器
６７ 角度検出器
９０ 制御用コンピュータ
９１ 情報入力手段
９２ 情報出力手段
９３ 発報手段
９４ 情報記録手段
９５ 制御ユニット
９６ 画像処理ユニット

Claims (6)

1. 検査対象物に形成されたパターンの欠陥を検出する検査対象物検査装置であって、
   前記検査対象物を載置するテーブル部と、
   前記テーブル部を所定の方向に走査移動させる走査ステージ部と、
   前記検査対象物に向けて照明光を照射する照明部と、
   前記照明部から照射されて前記検査対象物で反射した光又は前記検査対象物を透過した光を観察光として導光する鏡筒部と、
   前記鏡筒部に取り付けられて前記観察光を撮像する複数の撮像カメラを備えた撮像部と、
   前記走査ステージ部を移動させながら、前記照明部を発光させて、前記観察光の撮像を行う制御部と、
   予め登録しておいた検査条件に基づいて、前記撮像された前記検査対象物の画像の良否判断をする検査部とを備え、
   前記走査ステージ部には、前記テーブルの現在位置を計測する位置計測手段が備えられており、
   前記鏡筒部には、前記観察光の角度又は方向を変えて反射させる、光反射手段が備えられており、
   前記鏡筒部には、前記光反射手段で反射された光を各々同じ観察倍率で撮像することができるように、前記複数の撮像カメラが取り付けられており、
   前記制御部は、
   前記観察光の撮像毎に、前記撮像と連動して前記光反射手段の反射方向を変更すると共に、前記複数の撮像カメラのうち、撮像が済んでデータ転送中である撮像カメラから、データ転送が済んで撮像可能状態にある撮像カメラに逐次切り替えて、撮像を行う機能を備えていることを特徴とする、自動外観検査装置。
2. 前記鏡筒部には、前記光反射手段の位置又は角度を変更させる、アクチュエータ部が更に取り付けられており、
   前記制御部は、前記撮像と連動させてアクチュエータ部を駆動し、
   前記撮像を行うことを特徴とする、請求項１に記載の自動外観検査装置。
3. 前記アクチュエータ部は、前記撮像中も当該位置又は当該角度が移動状態にある
   ことを特徴とする、請求項２に記載の自動外観検査装置。
4. 前記撮像中のアクチュエータ部の移動速度が、非撮像時の当該移動速度よりも遅いことを特徴とする、請求項３に記載の自動外観検査装置。
5. 前記アクチュエータ部又は前記光反射手段には、現在位置を検出する位置検出器又は、現在角度を検出する角度検出器が取り付けられており、
   当該位置検出器又は当該角度検出器の情報に基づいて前記撮像を行うことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の自動外観検査装置。
6. 前記照明光を照射する照明部が、ストロボ照明を照射するストロボ照明部であり、
   前記撮像がストロボ照明の発光によって行われる
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の自動外観検査装置。

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