JPH11132748A

JPH11132748A - 多焦点同時検出装置および立体形状検出装置および外観検査装置、並びにその方法

Info

Publication number: JPH11132748A
Application number: JP29269197A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Koshishiba; 洋哉越柴; Yoko Irie; 洋子入江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電子回路基板の配線パターンの平面的欠陥の
みならず、厚み欠陥をも検査するため、死角が無く、検
出速度が速く、かつ、精度の高い立体形状検出方法とそ
の装置を提供すること。【解決手段】リニアイメージセンサの各画素の焦点位
置を異なるようにし、検出視野をオーバラップさせなが
ら検出することで、焦点位置の異なる複数の画像を同時
に検出する。検出した各画像の合焦測度を計算し、合焦
測度が最大となる画像についての焦点位置を、画像間に
内挿された合焦測度より求めることで、立体形状を得
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
査において、立体形状を高速に検査する技術に関する。
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
パターンなどを、検査する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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手
法は、特開平２−７１３７７号公報、特開平６−２７０
３４号公報に開示されている。これらの技術では、光学
手段により配線パターンを検出し、検出画像を２値化し
て、パターンの接続関係を設計値と比較検査すること
で、断線、半断線、ショート、半ショート欠陥を検出し
ている。しかし、これらの技術では、配線パターンを上
面から検出した２次元画像として検出しているため、パ
ターンの平面形状欠陥しか検出できない。したがって、
パターンの厚み方向の欠陥、例えば、かすれ、ピンホー
ル（高さ不足系）、突起（高さ過剰系）を検出すること
ができなかった。

【０００３】配線パターンの厚み欠陥を検査する技術
は、特開平３−２７９８０５号公報、特開平４−２９０
９０９号公報、特開平５−６６１１８号公報に開示され
ている。これらの技術では、光ビーム（レーザ光）をパ
ターンに照射し、その反射光を検出する。このとき、光
ビームの照射方向、反射光の検出方向のどちらか一方、
あるいは両方を基板に対して斜めに傾けることで、パタ
ーンの立体形状を検出している。このような光切断法の
１種と考えられる検出方式で、パターンの厚み情報を得
て、厚み欠陥を検出している。

【０００４】また、立体形状を検出する技術として、特
開平３−６３５０７号公報、特開平６−２０１３３７号
公報に開示されている手法がある。これらは、焦点位置
の異なる複数の画像を検出し、それらの画像から立体形
状を算出する手法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平３−
２７９８０５号公報、特開平４−２９０９０９号公報、
特開平５−６６１１８号公報に開示されている立体形状
検出方式では、光ビームを検査対象基板上に走査する必
要があるため、検出速度を高速にできない。光ビームを
ポリゴンミラーなどで走査すると、例えば、リニアイメ
ージセンサを用いた検出方法に比べて速度的に不利であ
る。また、光軸を斜めに傾ける必要があるため、形状を
検出できない死角が発生するという問題がある。

【０００６】一方、特開平３−６３５０７号公報、特開
平６−２０１３３７号公報に開示されている立体形状検
出方式では、焦点位置の異なる複数の画像を検出する必
要がある。特開平３−６３５０７号公報では、検査対象
基板をＺステージに載せ、Ｚステージを上下させながら
画像を検出するため、検出時間が長くかかる。また、特
開平６−２０１３３７号公報では、さらに光学系を上下
させる方法も記載されているが、やはり、検出時間は長
い。

【０００７】本発明の目的は、電子回路基板の配線パタ
ーンの平面的欠陥のみならず、厚み欠陥をも検査でき、
また、死角が無く、検出速度が速く、かつ、精度の高い
立体形状検出方法とその装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明者らは図１に示す手段を創案した。マルチ
タップリニアイメージセンサ４を検出器として用いた光
学系において、例えばウエッジ基板ガラス８を光路中に
挿入することで、各画素の焦点位置を異なるようにし、
検査対象物１をＸＹステージに載せ、ステージを走行さ
せながら、画像を検出する。検出視野をオーバラップさ
せながら検出することで、検査対象基板の１カ所に対し
て、焦点位置の異なる複数の画像が得られる。こうして
検出した各画像は画像処理部９で処理され、立体形状を
求める。即ち、各画像の合焦測度を計算し、合焦測度が
最大となる画像についての焦点位置を、画像間に内挿さ
れた合焦測度より求めることで、立体形状を得る。この
とき、ウエッジ基板ガラス８により基準高さ面が傾くの
で、傾き補正を行う。

【０００９】焦点位置の異なる複数の画像から対象物の
高さを求める手法は、特開平３−６３５０７号公報と基
本的に同じである。即ち、対象物上の点各々について得
た焦点位置の異なる複数の画像について、合焦測度を計
算し、合焦測度が最大となる画像の焦点位置をその点の
高さとするものである。その際、画像間に合焦点位置を
内挿し、より小さい高さ分解能で点各々の高さを求め、
立体形状を精度良好に求める。

【００１０】本発明のポイントは、焦点位置の異なる複
数の画像を高速に検出する手段にある。従来は、全ての
検出画素の焦点位置が同一であったため、対象物あるい
は光学系を上下させて、焦点位置の異なる複数の画像を
検出していた。これに対して本発明では、リニアイメー
ジセンサを用い、各検出画素の焦点位置を連続的に変化
させたり、あるいは幾つかの焦点位置に分けたりするこ
とで、対象物あるいは光学系を上下させることなく、焦
点位置の異なる複数の画像を高速に検出する。

【００１１】検出手段の原理的な構成を、図２で説明す
る。対象物１は、ＸＹステージ２に載せられており、そ
の光学像がレンズ３により、リニアイメージセンサ４に
結像されている。リニアイメージセンサ４の前面に、階
段形状のガラス板５を配置する。ガラスの厚みにより光
路長が変わることを利用し、厚みが階段状になっている
ガラスをリニアイメージセンサ４の前面におくことで、
各検出画素の焦点位置を階段の数（図２では、３の場合
を図示した）だけに分けることができる。このとき、レ
ンズ３はテレセントリックであることが望ましいことは
言うまでもない。

【００１２】屈折率ｎ、厚みｔのガラス板による結像面
の移動の様子を、図３に示す。ガラス６が無いときの結
像面Ａは、ガラスが挿入されると、Ｂ点に移動する。こ
の移動量Δｔは、 Δｔ＝ｔ｛１−（１／ｎ）｝である。

【００１３】図２で示した検出系で、焦点位置の異なる
複数の画像を検出する手順を、図４により説明する。リ
ニアイメージセンサ４の総画素数をＮとし、ｋ段のガラ
ス板により、焦点位置をｋヶに分けるとする。図４では
ｋ＝３の場合を示した。検出画素サイズをｐとすると、
リニアイメージセンサの検出視野は、Ｎ×ｐであり、同
一焦点位置の検出視野はＮ・ｐ／ｋとなる。

【００１４】ＸＹステージ２を使い、Ｘ軸方向に一定速
度で対象物１を移動させながら、画像を検出する。する
と、焦点位置の異なる幅Ｎ／ｋ画素の画像がｋヶ検出さ
れる。ついで、Ｙ軸方向にステージをＮ・ｐ／ｋ移動
し、然る後再び、Ｘ軸方向に一定速度でステージを移動
させながら画像を検出すると、検出位置がＮ・ｐ／ｋだ
けずれた画像を検出できる。このようにして、Ｙ軸を少
しずつ移動させながら、Ｘ軸の走査を繰り返し、画像を
検出していく。即ち、図４の（ｂ）に示すごとく、焦点
位置の異なる検出領域が順次移動していき、ｋ走査後に
は、ｋヶの焦点位置で検出された領域ができる。対象物
１の検査領域７の大きさがＬ×Ｌであるすると、｛（Ｌ
・ｋ）／（Ｎ・ｐ）｝＋ｋ−１回Ｘ軸の走査を繰り返す
ことで、ｋヶの焦点位置の異なる画像が全面に対して得
られる。

【００１５】このように、ＸＹステージ２の走査のみで
焦点位置の異なる複数の画像を検出できるため、検出速
度を速くすることが可能となる。また、リニアイメージ
センサ４にマルチタップのＴＤＩ（Time Delay&Integra
tion）イメージセンサを使用すると、検出周波数を上げ
られるため、更なる高速化が可能となる。

【００１６】

【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５に本発明による多焦点同時検
出光学系の第１実施形態を示す。光学系は落射照明の顕
微鏡と類似している。検査対象物１の像は、対物レンズ
１１と結像レンズ１４により、ＴＤＩイメージセンサ１
５に結像される。図５では、無限焦点補正系を示した
が、有限焦点補正系でも可能である。照明は、光源１６
で発生した光をコンデンサレンズ１７で集光し、平行光
光路部に挿入したハーフミラー１２により、検査対象物
１に対して落射照明する。図５では簡略化して示してあ
るが、言うまでもなくケーラー照明が良い。照明光路中
と検出光路中にそれぞれ偏光フィルタ１８、１３を挿入
する。偏光角度は平行にすることで、散乱光成分をカッ
トし、正反射光を検出するようにする。これにより、検
査対象物表面のテクスチャをより鮮明に検出できる。

【００１７】図５からわかるように、光学系の光軸を検
査対象物１の鉛直線に対して傾けて配置する。即ち、リ
ニアイメージセンサの長手方向に傾けて、画素毎に焦点
面が連続的に変わるようにする。すると、図６に示した
ように、傾いた焦点面の検出画像が得られる。以下、図
６に従って、複数の焦点画像を検出する手順を説明す
る。なお、以下の説明では、リニアイメージセンサにマ
ルチタップのＴＤＩセンサを使用する例を示すが、通常
のリニアイメージセンサを使用してもなんら問題はな
い。

【００１８】ＴＤＩセンサ１５の１タップ当たりの画素
数をＮｔ、タップ数をＴｐとすると、総画素数ＮはＮ＝
Ｎｔ×Ｔｐである（図６では、Ｔｐ＝３）。検出画素サ
イズをｐとすると、１タップ当たりの検出視野は、Ｎｔ
×ｐである。ＸＹステージ２を使い、Ｘ軸方向に一定速
度で対象物を移動させながら、画像を検出する。つい
で、Ｙ軸方向にステージをＮｔ×ｐ移動する。この後再
び、Ｘ軸方向に一定速度でステージを移動させながら画
像を検出すると、検出位置がＮｔ×ｐだけずれた画像を
検出できる。このようにして、Ｙ軸を少しずつ移動させ
ながら、Ｘ軸の走査を繰り返し、画像を検出していく。
検査対象物のある一点Ｃに着目すると、その点Ｃは、各
タップの同じ位置の画素で検出させている。図６では、
１走査目の第３タップ、２走査目の第２タップ、３走査
目の第１タップの画素で検出される。検査対象物１に対
して、光学系の光軸を傾けているため、各タップは等間
隔に焦点位置が異なっている。このようにして、タップ
数Ｔｐと同じ数の焦点位置の異なる画像が全面に対して
得られる。なお、Ｙ軸方向のステージの送り量を上記の
２倍、即ち２×Ｎｔ×ｐとすると、Ｔｐ／２ヶの焦点位
置の異なる画像が得られる。このときは、検出視野が２
倍となるため、半分の検出時間で全面の画像が得られ
る。

【００１９】図７に本発明による多焦点同時検出光学系
の第２実施形態を示す。本実施形態は、図５に示した第
１実施形態とほぼ同一の構成である。違いは、図５では
光学系に対して検査対象物１を傾けているが、本実施形
態では、ＴＤＩセンサ１５を傾けている点である。どち
らを傾けても、傾いた焦点面の検出画像が得られる。よ
って、図５に示した第１実施形態と同様な手順で、焦点
位置の異なる画像を得ることができる。

【００２０】図８に本発明による多焦点同時検出光学系
の第３実施形態を示す。本実施形態も、図５に示した第
１実施形態とほぼ同一の構成である。違いは、図５では
光学系に対して検査対象物を傾けているが、本実施形態
では、ＴＤＩセンサ１５と検査対象物１を平行に保った
まま、レンズ系を傾けている点である。本実施形態で
は、物体面と像面が平行であるため、視野全域にわたっ
て倍率が変化しない。先に述べた図５、図７の実施形態
では、物体面と像面が平行でないため、倍率が変化す
る。この倍率変化を避けるため、レンズ系をテレセント
リック系にする必要があった。それに対し、図８の本実
施形態では、必ずしも、テレセントリック系を必要とし
ない点が有利である。本実施形態においても、図５に示
した第１実施形態と同様な手順で、焦点位置の異なる画
像を得ることができる。

【００２１】図９に本発明による多焦点同時検出光学系
の第４実施形態を示す。本実施形態も、図５に示した第
１実施形態とほぼ同一の構成である。違いは、図５では
光学系に対して検査対象物を傾けているが、本実施形態
では、ＴＤＩセンサ１５の前面にウエッジ基板ガラス８
を挿入し、光学系を傾けることなく、焦点を連続的に変
化させた点である。ウエッジ基板ガラス８により、ＴＤ
Ｉセンサ１５を傾けた図７の第２実施形態と同様な効果
がある。本実施形態においても、図５に示した第１実施
形態と同様な手順で、焦点位置の異なる画像を得ること
ができる。

【００２２】図１０に本発明による多焦点同時検出光学
系の第５実施形態を示す。本実施形態も、図５に示した
第１実施形態とほぼ同一の構成である。違いは、図５で
は光学系に対して検査対象物１を傾けているが、本実施
形態では、光学系を傾けた上に、ＴＤＩセンサ１５の前
面にウエッジ基板ガラス８を挿入し、焦点を連続的に変
化させた点である。ウエッジ基板ガラス８の挿入によ
り、物体面と像面を平行にした図８と第３実施形態と同
様な効果がある。もちろん、光学系の傾斜角度と、ウエ
ッジ基板ガラスのウエッジ角度は、整合を取る必要があ
る。本実施形態においても、図５に示した第１実施形態
と同様な手順で、焦点位置の異なる画像を得ることがで
きる。

【００２３】ここで、上述した図５〜図１０の多焦点同
時検出光学系の各実施形態においては、偏光照明、偏光
検出を実現するために、偏光フィルタ１３、１８と、ハ
ーフミラー１２を使用したが、図１１に示す本発明によ
る多焦点同時検出光学系の第６実施形態のように、偏光
ビームスプリッター１９と１／４波長板２０を使用する
こともできる。

【００２４】また、上述した図５〜図１０の多焦点同時
検出光学系の各実施形態において、検査対象物にテクス
チャーパターンを投影する照明系を付加してもよい。特
に、検査対象物が、表面にテクスチャーのないもの、あ
るいは、少ないものに対して効果がある。図１２に示す
本発明による多焦点同時検出光学系の第７実施形態のよ
うに、検査対象物１と共役な位置にテクスチャーパター
ン６２を配置して、その像を結像レンズ６１と対物レン
ズ１１により、検査対象物１に投影する。

【００２５】図１３に本発明による多焦点同時検出光学
系の第８実施形態を示す。本実施形態では、複数のリニ
アイメージセンサ２５を平行に配置する（図１３では、
３ヶのリニアイメージセンサ２５ａ、２５ｂ、２５ｃの
場合を図示した）。リニアセンサ２５はレンズ３を通し
て検査対象物１を検出する。このとき、各リニアセンサ
２５をＺ方向にずらして配置することで、各リニアセン
サ２５毎に焦点位置が異なるようにする。検査対象物１
をＸＹステージに載せ、ステージを走行させながら、画
像を検出する。各リニアセンサ２５から、焦点位置の異
なる複数の画像が得られる。

【００２６】上記のように、複数のリニアセンサを並べ
るのでは、スペース的に数が限られてしまう。そこで、
本発明による多焦点同時検出光学系の第８実施形態に応
用される、パッケージ化された複合リニアセンサを示す
図１４のように、一つのパッケージ７１の中に、複数本
のＣＣＤ７２（図１４では、５ヶのＣＣＤ７２ａ、７２
ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅの場合を図示した）をパッ
ケージ７１により一体化したセンサが好適である（ＴＤ
Ｉセンサを複数本パッケージすると光量の点で有利にな
る）。こうすると、各リニアセンサをパッケージごと傾
斜させて、各リニアセンサの焦点位置を変えることもで
きるし、各リニアセンサの前面に厚みの異なる平面ガラ
ス板を配置し、光路差を作ることで、各センサの焦点位
置を変えることもできる。

【００２７】図１５に本発明による自動検査装置の１実
施形態を示す。検査対象物１は、架台３２上のＸＹステ
ージ２にワークホルダを介して固定される。ＸＹステー
ジ２は、メカ制御装置４４でコントロールされている。
照明は、一般的な落射照明を図示したが、検査対象物１
の表面のテクスチャーを検出すればよいので、斜方から
の照明など他の照明法でも良い。光源１６が発生した光
をコンデンサレンズ１７で集め、偏光板１８で偏光方向
を揃え、ハーフミラー１２により、対物レンズ１１の上
方から照明する。対物レンズ１１に無限遠補正系を使え
ば、結像レンズ１４とのペアで使用することになる。

【００２８】検出光を偏光ビームスプリッタ３１で分岐
する。偏光板１８の偏光方向を調整することで、片方を
平行ニコルに、他方を直交ニコルにする。平行ニコルで
は、正反射光成分を検出するため、検査対象物１の表面
テクスチャが見やすくなる。ウエッジ基板ガラス８で光
路差を画素毎に設け、マルチタップ（８タップ）ＴＤＩ
センサ１５ａで検出する。焦点位置の異なる複数の画像
を得るために、ウエッジ基板ガラス８を使用した場合を
図示したが、これに限らず、前述した多焦点同時検出光
学系の各実施形態の構成を採ることも勿論できる。

【００２９】一方、直交ニコルでは、散乱光成分を検出
する。検査対象物１として、セラミック基板や、その焼
結前のグリーンシートを対象とした場合には、基材であ
るセラミックやグリーンシートが明るく、パターンであ
る金属が暗く検出される。よって、直交ニコルにより、
パターンコントラスト高く検出できる。直交ニコル側に
絞り３０を配置し、焦点深度を深くして、結像レンズ１
４ｂでＴＤＩセンサ１５ｂに結像させ、画像を検出す
る。ＴＤＩセンサ１５ａでは、焦点位置の異なる画像を
検出するため、対物レンズ１１は高ＮＡ（０．３以上）
である必要がある。しかし、ＴＤＩセンサ１５ｂでは、
焦点深度の深い画像が望ましいため、絞り３０を挿入
し、検出のＮＡを小さくする。

【００３０】次に、検出した画像の処理について説明す
る。８タップＴＤＩセンサ１５ａの出力信号は、各チャ
ンネルとも、アンプ４５ａ〜４５ｈで増幅された後、Ａ
Ｄコンバータ４６ａ〜４６ｈでデジタル信号に変換され
る。さらに、シェーデング補正回路３３ａ〜３３ｈで、
照明むらや素子の感度むらなどに起因する明るさむらを
補正する。

【００３１】Ｘステージの一走査で検出した画像は、い
ったん、画像メモリ３４ａ〜３４ｈに格納する。各チャ
ンネルの画像は、焦点位置が異なっており、この場合、
８つの焦点位置の異なる画像が得られる。検査対象物１
のある一点に着目すると、その箇所の８つの焦点位置の
異なる画像は、一回のステージ走査で検出されるのでは
なく、一回のステージ走査では１つの画像のみ検出さ
れ、８回のステージ走査で８つの画像が揃うことにな
る。このため、ある走査で検出したチャンネルａの画像
と、その一つ前のステージ走査で検出したチャンネルｂ
の画像と、２つ前のチャンネルｃの画像と、３つ前のチ
ャンネルｄの画像と、４つ前のチャンネルｅの画像と、
５つ前のチャンネルｆの画像と、６つ前のチャンネルｇ
の画像と、７つ前のチャンネルｈの画像とを使用して、
着目点の高さ情報を得ることになる。よって、センサか
らのデータの書き込みと、焦点測度算出回路３５へのデ
ータの掃き出しを同時に行うことを考慮して、画像メモ
リ３４は、チャンネルａには２枚、チャンネルｂには３
枚、チャンネルｃには４枚、チャンネルｄには５枚、チ
ャンネルｅには６枚、チャンネルｆには７枚、チャンネ
ルｇには８枚、チャンネルｈには９枚用意しておけば良
い。

【００３２】焦点測度算出回路３５ａ〜３５ｈで、各画
素の焦点の合い具合を求める。例えば、下記のような変
形ラプラシアンオペレータを使用して、コントラストを
計算すればよい。Ｃ（ｘ，ｙ）＝｜−Ｖ（ｘ−１，ｙ）＋２Ｖ（ｘ，ｙ）
−Ｖ（ｘ＋１，ｙ）｜＋｜−Ｖ（ｘ，ｙ−１）＋２Ｖ
（ｘ，ｙ）−Ｖ（ｘ，ｙ＋１）｜ただし、Ｃ（ｘ，ｙ）：コントラスト画像Ｖ（ｘ，ｙ）：検出画像である。

【００３３】Ｃ（ｘ，ｙ）をそのまま、焦点測度Ｆ
（ｘ，ｙ）としても良いし、局所領域で平均を取って焦
点測度としても良い。上記の処理を各チャンネルについ
て行い、焦点測度を求める。

【００３４】ガウス補間回路３６は、各チャンネルの焦
点測度をガウス補間し、焦点測度が最大となる位置を求
めるものである。即ち、図１６に示すように、８つの焦
点測度Ｆａ（ｘ，ｙ），Ｆｂ（ｘ，ｙ），……Ｆｈ
（ｘ，ｙ）のうち、最大のものとその前後の３つの焦点
測度（図では、Ｆｃ（ｘ，ｙ）、Ｆｄ（ｘ，ｙ）、Ｆｅ
（ｘ，ｙ））を選択し、この３つのデータよりガウス分
布を求め、最大値位置Ｚｐ（ｘ，ｙ）を各座標点（ｘ，
ｙ）について求める。

【００３５】以上求めたＺｐ（ｘ，ｙ）が各座標点の高
さであるが、リニアセンサ１５ａの焦点位置が検査対象
物１に対して傾いているため、その傾きを補正する必要
がある。さらに、検査対象物１が回路基板であり、配線
パターンを検査するときは、基材の高さを基準とし配線
パターンの高さを求めると便利である。このため、高さ
補正回路３７で上記の補正を行う。

【００３６】リニアセンサの焦点位置の傾きは、次式で
補正する。Ｚｒ（ｘ，ｙ）＝Ｚｐ（ｘ，ｙ）−（ΔＺ×ｙ／Ｎｔ）ここで、Ｚｒ（ｘ，ｙ）：補正後の高さ ΔＺ：各チャンネル間の焦点位置の差（焦点ピッチ）Ｎｔ：マルチタップＴＤＩセンサの１タップ当たりの画
素数である。

【００３７】次に、基材の高さを基準に配線パターンの
高さを表示する方法について述べる。ＴＤＩセンサ１５
ｂで検出した画像は、直交ニコルで検出しているため、
基材が明るく、パターンが暗くなっている明るさ画像で
ある。ＴＤＩセンサ１５ｂの出力信号は、アンプで増幅
し、ＡＤコンバータでデジタル信号に変換した後、シェ
ーデング補正回路４０で、照明むらや素子の感度むらな
どに起因する明るさむらを補正する。この明るさ画像
は、一旦、画像メモリ４１に格納しておく。画像メモリ
４１は、シェーデング補正回路４０からの出力データの
書き込みと、高さ補正回路３７へのデータの掃き出しと
を同時に行うことを考慮して、２枚準備しておく。明る
さ画像のヒストグラムを求めると、基材の明るさに相当
するピークと、パターンの明るさに相当するピークの２
つの山を持つことが判る。山の谷の明るさで、この画像
を２値化することで、基材とパターンとを分離できる。
このように抽出した基材部の高さを高さ画像から知り、
その平均高さを高さ画像から引き算することで、基材の
高さを基準としたパターン高さを求められる。即ち、高
さ補正回路３７で、明るさ画像を２値化し、基材部の領
域を抽出し、その基材部の高さの平均を算出し、高さ画
像から、その平均値を減算する。

【００３８】このようにして得られた高さ画像と明るさ
画像から、欠陥プロセッサ４２でパターン欠陥を検出す
る。高さ画像を得ているため、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。な
お、装置全体は、システムコンピュータ４３で制御す
る。

【００３９】さらに、本実施形態において、高さ補正回
路３７の出力である高さ画像を使用して、光学系の自動
焦点をかけることができる。いままでは、ステージ２を
ＸＹステージとしていたが、以下ＸＹＺステージとす
る。高さ画像を得て、検査対象物の平均的な高さを求
め、メカ制御回路４４を駆動し、Ｚステージを動かすこ
とで、光学系の焦点位置に検査対象物を持ってくること
ができる。斯様にすることにより、特に、うねりや厚さ
変動の大きい検査対象物のとき、あるいは、開口数の大
きなレンズを用いた場合に有効になる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検査対象物あるいは光学系の上下移動なしで、焦点の異
なる複数の画像を検出することができる。また、リニア
イメージセンサを使用しているため、検出速度の高速化
が可能であり、特に、マルチタップのＴＤＩセンサを使
用することで、より高速になる。また、焦点の異なる複
数の画像を処理することで（例えば、Shape form Focu
s）、立体形状を求めることができる。更にまた、本発
明による検出手段を用いて、死角が無く、検出速度が速
く、かつ精度の高い立体形状検査装置を提供することが
できる。更にまた、本発明による検出手段を用いて、検
査対象物表面高さを知ることができるため、自動焦点検
出にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による立体形状検出手法の原理を示す説
明図である。

【図２】本発明の原理的構成を示す説明図である。

【図３】ガラス板による結像面の移動の様子を示す説明
図である。

【図４】焦点位置の異なる複数の画像を検出する手順を
示した説明図である。

【図５】本発明による多焦点同時検出光学系の第１実施
形態の構成図である。

【図６】多焦点同時検出光学系の焦点面を示す説明図で
ある。

【図７】本発明による多焦点同時検出光学系の第２実施
形態の構成図である。

【図８】本発明による多焦点同時検出光学系の第３実施
形態の構成図である。

【図９】本発明による多焦点同時検出光学系の第４実施
形態の構成図である。

【図１０】本発明による多焦点同時検出光学系の第５実
施形態の構成図である。

【図１１】本発明による多焦点同時検出光学系の第６実
施形態の構成図である。

【図１２】本発明による多焦点同時検出光学系の第７実
施形態の構成図である。

【図１３】本発明による多焦点同時検出光学系の第８実
施形態の構成図である。

【図１４】本発明による多焦点同時検出光学系の第８実
施形態に応用して好適な、パッケージ化された複合リニ
アセンサを示す説明図である。

【図１５】本発明による立体形状パターン検査装置の１
実施形態の構成図である。

【図１６】焦点測度の最大位置を求める手法を示す説明
図である。

【符号の説明】

１検査対象物２ＸＹステージ３レンズ４マルチタップリニアセンサ５階段状ガラス板８ウエッジ基板ガラス１１対物レンズ１２ハーフミラー１３偏光フィルタ１４結像レンズ１５ＴＤＩ（Time Delay & Integration ）センサ１６光源１７コンデンサレンズ１８偏光フィルタ３０絞り３１偏光ビームスプリッター３３シェーディング補正回路３４画像メモリ３５焦点測度回路３６ガウス補間回路３７高さ補正回路４２欠陥プロセッサ４３システムコンピュータ４４メカ制御装置４５アンプ４６ＡＤコンバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象物を照明し、その像を結像する
光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記リニアイメージセンサは、マルチタップＴＤＩ（Ti
me Delay & Integration）センサであることを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項３】検査対象物を照明し、その像を結像する
光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の光路に光路差を生じさ
せ、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なる
ようにする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項４】検査対象物を照明し、その像を結像する
光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、結像光学系の光路中に、空気の屈折率と異なる屈折率を
もつ透明な物体を挿入し、リニアイメージセンサの各画
素の合焦位置を異なるようにする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項５】請求項４記載において、前記空気の屈折率と異なる屈折率をもつ透明な物体は、
ウエッジ基板ガラスであることを特徴とする多焦点同時
検出装置。
【請求項６】請求項４記載において、前記空気の屈折率と異なる屈折率をもつ透明な物体は、
階段状の基板ガラスであることを特徴とする多焦点同時
検出装置。
【請求項７】検査対象物を照明し、その像を結像する
光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、結像光学系のレンズを僅かに傾斜させ、リニアイメージ
センサの各画素の合焦位置を異なるようにする焦点位置
制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項８】検査対象物を照明し、その像を結像する
光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサを僅かに傾斜させ、リニアイメー
ジセンサの各画素の合焦位置を異なるようにする焦点位
置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項９】検査対象物を照明し、その像を結像する
光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、検査対象物に対して結像光学系を僅かに傾斜させ、リニ
アイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるようにす
る焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項１０】検査対象物にテクスチャパターンを投
影する照明手段と、照明された検査対象物を検出する検
出光学系と、検出光学系の結像位置に配置されたリニアイメージセン
サと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段とを、備えたことを特徴とす
る多焦点同時検出装置。
【請求項１１】検査対象物を照明し、その像を結像す
る光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段と、リニアイメージセンサで検出した画像信号を処理して、
立体形状を算出する立体形状算出手段とを、備えたこと
を特徴とする立体形状検出装置。
【請求項１２】検査対象物を照明し、その像を結像す
る光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段と、リニアイメージセンサで検出した焦点位置の異なる複数
の画像信号の合焦測度を求める合焦測度算出手段と、上記複数の画像間の合焦測度を補間し、立体形状を算出
する立体形状算出手段とを、備えたことを特徴とする立
体形状検出装置。
【請求項１３】検査対象物を照明し、その像を結像す
る光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段と、リニアイメージセンサで検出した焦点位置の異なる複数
の画像をメモリに格納する画像記憶手段と、画像記憶手段に格納された画像を呼び出し、その画像信
号を処理して、立体形状を算出する立体形状算出手段と
を、備えたことを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項１４】検査対象物を照明し、その像を結像す
る光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段と、リニアイメージセンサで検出した画像信号を処理して、
立体形状を算出する立体形状算出手段と、焦点位置制御手段により傾斜した基準高さを補正する高
さ補正手段とを、備えたことを特徴とする立体形状検出
装置。
【請求項１５】検査対象物を照明し、その像を結像す
る光学系と、結像位置に配置されたリニアイメージセンサと、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置を異なるよう
にする焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージと、検査対象物を焦点位置の異なる複数の画素で検出するよ
うにするステージ制御手段と、リニアイメージセンサで検出した画像信号を処理して、
立体形状を算出する立体形状算出手段と、算出した検査対象物の立体形状より、パターン欠陥を検
出する欠陥判定手段とを、備えたことを特徴とする外観
検査装置。
【請求項１６】リニアイメージセンサを使用した画像
検出方法であって、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置が異なるよう
にしておき、検査対象物をリニアイメージセンサの画素
の並びと直角方向に走査しながら画像を検出する動作
と、リニアイメージセンサの画素の並び方向に画素数Ｎ
の整数分の１（Ｎ／ｋ）だけ検査対象物を移動させる動
作とを、交互に行うことで、焦点位置の異なるｋ個の画
像を検出することを特徴とする多焦点同時検出方法。
【請求項１７】リニアイメージセンサを使用した画像
検出方法であって、リニアイメージセンサの各画素間に光路差をつけて合焦
位置が異なるようにしておき、検査対象物をリニアイメ
ージセンサの画素の並びと直角方向に走査しながら画像
を検出する動作と、リニアイメージセンサの画素の並び
方向に画素数Ｎの整数分の１（Ｎ／ｋ）だけ検査対象物
を移動させる動作とを、交互に行うことで、焦点位置の
異なるｋ個の画像を検出することを特徴とする多焦点同
時検出方法。
【請求項１８】マルチタップＴＤＩ（Time Delay & I
ntegration）センサ（タップ数：ｎ）を使用した画像検
出方法であって、ＴＤＩセンサの各画素の合焦位置が異なるようにしてお
き、検査対象物をＴＤＩセンサの画素の並びと直角方向
に走査しながら画像を検出する動作と、ＴＤＩの画素の
並び方向にｋ（ｋ＝１，２，……）タップ分だけ検査対
象物を移動させる動作とを、交互に行うことで、焦点位
置の異なるｎ／ｋ個の画像を検出することを特徴とする
多焦点同時検出方法。
【請求項１９】リニアイメージセンサを使用した立体
形状検出方法であって、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置が異なるよう
にしておき、検査対象物をリニアイメージセンサの画素
の並びと直角方向に走査しながら画像を検出する動作
と、リニアイメージセンサの画素の並び方向に画素数Ｎ
の整数分の１（Ｎ／ｋ）だけ検査対象物を移動させる動
作とを、交互に行うことで、焦点位置の異なるｋ個の画
像を検出し、検出した画像の合焦測度を求め、その合焦
測度より立体形状を算出することを特徴とする立体形状
検出方法。
【請求項２０】リニアイメージセンサを使用した外観
検査方法であって、リニアイメージセンサの各画素の合焦位置が異なるよう
にしておき、検査対象物をリニアイメージセンサの画素
の並びと直角方向に走査しながら画像を検出する動作
と、リニアイメージセンサの画素の並び方向に画素数Ｎ
の整数分の１（Ｎ／ｋ）だけ検査対象物を移動させる動
作とを、交互に行うことで、焦点位置の異なるｋ個の画
像を検出し、検出した画像の合焦測度を求め、その合焦
測度より検査対象物の立体形状を算出し、立体形状欠陥
を検出することを特徴とする外観検査方法。
【請求項２１】検査対象物を照明し、その像を結像す
る光学系と、複数本のリニアイメージセンサ素子を平行にしてパッケ
ージに内蔵したリニアイメージセンサと、各リニアイメージセンサの合焦位置を異なるようにする
焦点位置制御手段と、検査対象物を移動させるステージ
とを、備えたことを特徴とする多焦点同時検出装置。