JP2001249013A

JP2001249013A - 立体形状検出装置及びパターン検査装置、並びにそれらの方法

Info

Publication number: JP2001249013A
Application number: JP2000062155A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Okuda; 浩人奥田; Hiroya Koshishiba; 洋哉越柴
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電子回路基板の配線パターンなどの立体形状
を、死角がなく、高速かつ高精度に検出できるようにす
る。【解決手段】検査対象物１１の複数の照射ビームによ
る反射ビーム群を反射ビーム群Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃,Ｌ₄に等分
割する。反射ビーム群Ｌ₁の複数の反射ビームは結像レ
ンズ２２で集光されてピンホールアレイ２６の夫々のピ
ンホールを介しラインセンサ３０の別々のセルで受光さ
れ、同様に、反射ビーム群Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄でも、夫々の
複数の反射ビームが結像レンズ２３〜２５で集光されて
ピンホールアレイ２７〜２９の夫々のピンホールを介し
てラインセンサ３１〜３３の別々のセルで受光される。
ピンホールアレイ２６〜２９は検出対象物１１と共役な
位置を異にし、ラインセンサ３１〜３３の同一照射ビー
ムに対する反射ビームを受光するセルの検出出力から、
検査対象物１１でのビーム照射点での高さを検出する。

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
査などでの立体形状を高速に検査する装置及び方法に係
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、さらには、電子回路基板のはんだ付部など
を検査する装置及び方法に関する。

【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厚み欠
陥を検査する技術として、特開平３−２７９８０５号公
報や特開平４−２９０９０９号公報，特開平５−６６１
１８号公報に開示されている方法がある。これらの方法
においては、光ビーム（レーザ光）を配線パターンに照
射し、その反射光を検出するに当たり、光ビームの照射
方向と反射光の検出方向とのいずれか一方、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、厚み欠陥を検
出している。

【０００３】また、立体形状を検出する技術として、特
開平３−６３５０７号公報や特開平６−２０１３３７号
公報に開示されている方法がある。これらの方法は、焦
点位置の異なる複数の画像を検出し、検出した画像群か
ら立体形状を算出するものである。

【０００４】さらに、立体形状を検出する他の技術とし
て共焦点法並びにその変形と考えられる方法が、特開平
５−２４０６０７号公報や特開平５−３３２７３３号公
報，特開平４−２６５９１８号公報，特開平９−１２６
７３９号公報，特開平９−２５７４４０号公報に開示さ
れている。これらは、光ビーム（レーザ光）を照射して
その反射光を焦点位置の異なる複数の位置で検出し、そ
れらの信号強度から立体形状を算出する方法である。

【０００５】

【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号公報に開示されている立
体形状検出方式では、光ビームで検査対象基板上を走査
する必要があるため、検出速度の高速化が困難である。
また、光ビームをポリゴンミラーなどで走査すると、例
えば、ライン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】また、上記の特開平３−６３５０７号公報
や特開平６−２０１３３７号公報に開示されている立体
形状検出方式は、焦点位置の異なる複数の画像を検出す
るための手段が必要がある。この特開平３−６３５０７
号公報に開示の方法では、検査対象基板をＺステージに
載置し、この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。上記特開平６−２０１
３３７号公報に開示の方法では、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、検出時間が長
くなるという問題がある。

【０００７】さらに、上記特開平５−２４０６０７号公
報に開示されている立体形状検出方式では、光ビームで
検査対象基板上を走査する必要があるため、やはり、検
出速度の高速化が困難である。

【０００８】さらにまた、上記特開平５−３３２７３３
号公報に開示されている立体形状検出方式では、シート
状のビームで検出対象物に照射し、その反射光をライン
センサで検出することにより、検出速度の高速化を図っ
ているものの、検査対象物での異なる照射点からの反射
光束が互いに重なってラインセンサで検出されることに
なるため、検出精度が劣るという問題がある。

【０００９】さらにまた、上記特開平４−２６５９１８
号公報や特開平９−１２６７３９号公報，特開平９−２
５７４４０号公報に開示されている立体形状検出方式で
は、２次元格子状に配列した複数のビームスポットを検
出対象物上に照射し、各ビームスポットにおける高さを
同時に検出するので、１点照明・１点検出型の共焦点方
式と比較して大幅に検出速度を高速化できる。しかし、
これらの方法は、２次元ＣＣＤセンサにより検出対象物
を撮像するため、その検出対象領域が１回の撮像で検出
できる程度に小さい場合には好都合であるが、検出対象
領域が大きく、１回の撮像で検出できない場合には、検
出対象物もしくは検出光学系を平面的に移動させて繰り
返し撮像する必要があり、ラインセンサやＴＤＩ（時間
遅延・積分型：Time Delay Integrated）センサを用い
た検出に対して、速度的に不利である。

【００１０】本発明の目的は、かかる問題を解消し、電
子回路基板の配線パターンなどの検査に際し、検出死角
をなくし、検出速度や検出精度を高めることができるよ
うにした立体形状検出装置及びパターン検査装置、並び
にそれらの方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、本発明による立体形状検出装置並びにその方法
は、ｎ個（但し、ｎは２以上の整数）の点状スポットの
収束ビームを検出対象物に照射し、かかる照射による該
検出対象物からのｎ個の反射ビームを反射ビーム群とし
て、該反射ビーム群をｍ個（但し、ｍは２以上の整数）
の反射ビーム群に等分割し、分割された反射ビーム群を
夫々毎に、検出ビーム群として、別々の結像レンズで結
像させ、これら結像レンズ毎にｎ個のセルを備えたライ
ンセンサを設けて、該結像レンズで結像される検出ビー
ム群の夫々の検出ビームを該ラインセンサの別々のセル
で受光させ、これらｍ個のラインセンサは、共役となる
検出対象物の位置を互いに異にするものであって、これ
らｍ個のラインセンサでの同一反射ビームから分割され
た検出ビームを受光するセルの検出出力をまとめて処理
し、検出対象物での収束ビームの照射点の高さを算出す
る構成とするものである。

【００１２】かかる構成により、検出対象物のｎ個の収
束ビーム照射点の高さを同時に検出することができ、検
出対象物をかかるｎ個の収束ビームによって走査するこ
とにより、検出対象物の検出領域の立体形状を高速に検
出できることになる。

【００１３】また、本発明による立体形状検出装置並び
にその方法は、平行に配列されたｎ個（但し、ｎは２以
上の整数）のスポット形状をシート状とする収束シート
状ビームを検出対象物に照射し、かかる照射による該検
出対象物のｎ個の検出点からの反射シート状ビームを反
射シート状ビーム群として、該反射シート状ビームの長
手方向に開口数が小さく、かつ該反射シート状ビームの
幅方向に開口数が大きい開口を通過させ、該開口を通過
した該反射シート状ビーム群をｍ個（但し、ｍは２以上
の整数）に等分割して、夫々がｎ個の検出シート状ビー
ムからなるｍ個の反射シート状ビーム群を形成し、ｍ個
の該検出シート状ビーム群を夫々別々の結像レンズで結
像させ、これら検出シート状ビーム毎にＴＤＩセンサで
受光し、該ＴＤＩセンサは夫々、該当する検出シート状
ビーム群の検出シート状ビームを別々に受光するｎ個の
受光部を有して、共役する該検出対象物の位置を互いに
異にし、該受光部は、ｋ個（但し、ｋは２以上の整数）
のセルを有して、検出シート状ビームが入射され、該セ
ル間で順次受光情報が転送されることにより、該検出対
象物の同一検出点からの反射光量が積算されるものであ
って、ｍ個の該ＴＤＩセンサでの、該検出対象物からの
同じ該反射シート状ビームから分割された夫々の検出シ
ート状ビームを受光する該受光部の受光量を処理するこ
とにより、該検出対象物での該収束シート状ビームの照
射点の高さを算出する構成とするものである。

【００１４】かかる構成により、検出対象物のｎ個の収
束ビーム照射点の高さを同時に検出することができ、検
出対象物をかかるｎ個の収束ビームによって走査するこ
とにより、検出対象物の検出領域の立体形状を高速に検
出できるとともに、ＴＤＩセンサを用いて検出対象物の
同一検出点の受光量を積算するものであるから、検出感
度が向上し、また、照明系の集光効率の低下を補うこと
になる。

【００１５】さらに、本発明によるパターン検査装置と
並びにその方法は、かかる立体形状検出装置並びにその
方法を用い、パターンの立体形状を検出してその欠陥な
どを検出するものである。かかるパターンとしては、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といった電子回路基板の配線パタ
ーン、さらには、電子回路基板のはんだ付部などのパタ
ーンであって、これらの欠陥を検出することができる。

【００１６】

【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。

【００１７】図１は本発明による立体形状検査装置及び
パターン検査装置並びにそれらの方法の第１の実施形態
を示す構成図であって、１はレーザ光源、２はビームエ
キスパンダ、３はシリンドリカルレンズ、４はマイクロ
レンズアレイ、５はピンホールアレイ、６はコリメート
レンズ、７は偏光ビームスプリッタ、８は絞り、９は１
／４波長板、１０は対物レンズ、１１は検出対象物、１
２はＸＹステージ、１３はワークホルダ、１４，１５は
中継レンズ、１６〜１８はビームスプリッタ、１９〜２
１はミラー、２２〜２５は結像レンズ、２６〜２９はピ
ンホールアレイ、３０〜３３はラインセンサ、３４〜３
７はアンプ、３８〜４１はＡ／Ｄ変換器、４２〜４５は
シェーデイング補正回路、４６〜４９は画像メモリ、５
０は高さ算出器、５１は制御用コンピュータ、５２はス
テージコントロール基板、５３はドライバ、５４はカメ
ラコントロール基板である。

【００１８】従来知られている共焦点方式においては、
物体（検出対象物）上のある一点に点状スポットのビー
ムを照射し、そのビーム照射点からの反射光を位置が異
なる複数の点型のセンサで検出することにより、このビ
ーム照射点の高さを検出するものであるが、この第１の
実施形態は、物体上に複数の点状スポットのビームを同
時に照射し、これらビーム照射点からの反射光を位置が
異なる複数のラインセンサで並列に検出することによ
り、これら複数のビーム照射点の高さを同時に検出する
ものである。

【００１９】この第１の実施形態では、一具体例とし
て、４個の点状スポットのビームを検出対象物１１に照
射するようにし、それらの反射光を位置が異なる４個の
ラインセンサ３０〜３３で検出する４チャンネル構成の
検出系を用いており（但し、本発明は、検出系として
は、４チャンネル構成に限るものではなく、任意の複数
チャンネル構成とすることができるものである。）、そ
のうちのラインセンサ３０を含む１チャンネルの検出系
を、検出対象物１１の照明系とともに、図２に示してい
る。なお、図２では、図１に対応する部分には同一符号
をつけており、また、ビームスプリッタ１６，１８とミ
ラー２０とは省略している。

【００２０】まず、図１での照明系について説明する。

【００２１】照明系は、互いに離散して１直線上に配列
された点状スポットのビームを形成し、これらを検出対
象物１１上に照射するものである。

【００２２】レーザ光源１から射出されたレーザ光は、
スポット径がビームエキスパンダ２で拡大された後、シ
リンドリカルレンズ３でスポットがシート状になるよう
に集光される。このシリンドリカルレンズ３の集光位置
近傍にマイクロレンズアレイ４が配置されており、この
マイクロレンズアレイ４により、シリンドリカルレンズ
３からのシート状スポットのビームがｎ個（但し、ｎは
２以上の整数）の収束ビームに分割される。マイクロレ
ンズアレイ４はｎ個のマイクロレンズがこのビームのシ
ート状スポットの長手方向に配列されてなり、各マイク
ロレンズから１つずつ収束ビームが出射される。これら
マイクロレンズの集光点毎にピンホールを持つピンホー
ルアレイ５が配置されており、各マイクロレンズからの
収束ビームが夫々のピンホールを通過する。ピンホール
を通過したｎ個の収束ビームは夫々、コリメートレンズ
６で平行光束とされた後、偏光ビームスプリッタ７で折
り返されて絞り８と１／４波長板９とを通り、対物レン
ズ１０によって検出対象物１１上に集光照射される。こ
れにより、検出対象物１１上には、ｎ個のビームスポッ
トが直線上に配列されて照射されることになる。

【００２３】この検出対象物１１はワークホルダ１３に
よってＸＹステージ１２に固定載置されており、このワ
ークホルダ１３によって決まる検出対象物１１の固定基
準面をＸＹ座標面とすると、これらｎ個のビームスポッ
トは検出対象物１１の表面に互いに離散して一直線上に
配列されたものとなる。

【００２４】なお、検出対象物１１の表面の高さ（Ｚ軸
方向）が変化しても、これらビームスポットの中心位置
がＸ，Ｙ軸方向に移動しないことが望ましいので、対物
レンズ１０の瞳位置に絞り８を配置してテレセントリッ
ク系としている。

【００２５】かかる照明系では、単一の光源１からの出
射光をｎ個のビームに分割する際の光量損失を抑えるた
めに、シリンドリカルレンズ３やマイクロレンズアレイ
４，ピンホールアレイ５を用いており、これにより、効
率良く集光する構成をなしている。

【００２６】次に、図１の結像系（検出系）について説
明する。

【００２７】検出対象物１１からのｎ個の反射ビーム
（以下、反射ビーム群という）Ｌは夫々対物レンズ１０
によって平行光となり、１／４波長板９によって円偏光
となる。円偏光となったことにより、この反射ビーム群
は偏光ビームスプリッタ７を通過することができる。

【００２８】偏光ビームスプリッタ７を通過して反射ビ
ーム群Ｌは、中継レンズ１４，１５を経た後、検出系が
４チャンネル構成であることから、ビームスプリッタ１
６〜１８及びミラー２０，２１からなる光学系により、
夫々の反射ビームが４等分されるようにして、４個の反
射ビーム群Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄に分けられる。そして、
反射ビーム群Ｌ₁のｎ個の反射ビームは夫々、結像レン
ズ２２により、ピンホールアレイ２６のピンホールを通
してラインセンサ３０に集光され、反射ビーム群Ｌ₂の
ｎ個の反射ビームも夫々、結像レンズ２３により、ピン
ホールアレイ２７のピンホールを通してラインセンサ３
１に集光され、反射ビーム群Ｌ₃のｎ個の反射ビームも
夫々、結像レンズ２４により、ピンホールアレイ２８の
ピンホールを通してラインセンサ３２に集光され、反射
ビーム群Ｌ₄のｎ個の反射ビームも夫々、結像レンズ２
５により、ピンホールアレイ２９のピンホールを通して
ラインセンサ３３に集光される。

【００２９】ここで、ラインセンサ３０を含むチャンネ
ルを例とし、図２を用いて検出系のさらに詳細を説明す
る。図２では、図１に対応する部分に同一符号を付けて
重複する説明を省略し、また、図１での中継レンズ１５
とミラー２１との間の光学系（即ち、ビームスプリッタ
１６，１９とミラー２０）は記載を省略している。な
お、他のチャンネルについても同様である。また、ここ
では、ｎ＝４とし、照明系で４個の収束ビームが形成さ
れ、４個のビームスポットが検出対象物１１に照射され
るものとする。

【００３０】図２において、検出対象物１１には、４個
の収束ビームｌ₁，ｌ₄，ｌ₃，ｌ₄が照射され、これらの
反射ビームが反射ビーム群Ｌ₁としてミラー２１から結
像レンズ２２に送られる。ピンホールアレイ２６は、反
射ビーム群Ｌ₁の反射ビーム毎のピンホール２６₁，２６
₂，２６₃，２６₄を有しており、また、ラインセンサ３
０も、同様にして、４個のセル(受光素子)３０₁，３
０₂，３０₃，３０₄を有している。反射ビーム群Ｌ₁での
収束ビームｌ₁による反射ビームは、結像レンズ２２に
より集光されて、ピンホールアレイ２６のピンホール２
６₁を介しラインセンサ３０のセル３０₁で受光され、反
射ビーム群Ｌ₁での収束ビームｌ₂による反射ビームは、
結像レンズ２２により集光されて、ピンホールアレイ２
６のピンホール２６₂を介しラインセンサ３０のセル３
０₂で受光され、反射ビーム群Ｌ₁での収束ビームｌ₃に
よる反射ビームは、結像レンズ２２により集光されて、
ピンホールアレイ２６のピンホール２６₃を介しライン
センサ３０のセル３０₃で受光され、反射ビーム群Ｌ₁で
の収束ビームｌ₄による反射ビームは、結像レンズ２２
により集光されて、ピンホールアレイ２６のピンホール
２６₄を介しラインセンサ３０のセル３０₄ で受光され
る。

【００３１】これを他のラインセンサ３１，３２，３３
についてもみると、図３に示すように、ラインセンサ３
１も４個のセル３１₁，３１₂，３１₃，３１₄を有し、ラ
インセンサ３１も４個のセル３２₁，３２₂，３２₃，３
２₄を有し、ラインセンサ３１も４個のセル３３₁，３３
₂，３３₃，３３₄を有しており、これらラインセンサ３
０〜３３において、セル３０₁，３１₁，３２₁，３３₁に
同じ収束ビームｌ₁の反射ビームが、セル３０₂，３
１₂，３２₂，３３₂に同じ収束ビームｌ₂の反射ビーム
が、セル３０₃，３１₃，３２₃，３３₃に同じ収束ビーム
ｌ₃の反射ビームが、セル３０₄，３１₄，３２₄，３３₄
に同じ収束ビームｌ₁の反射ビームが夫々入射される。

【００３２】なお、このように結像レンズ２２，２３，
２４，２５で集光されて夫々ラインセンサ３０，３１，
３２，３３に入射される反射ビームを、これらがライン
センサ３０，３１，３２，３３で検出されることから、
以下、検出ビームという。

【００３３】図２において、結像レンズ２２による検出
ビームの収束点の位置は、結像レンズ１０から検出対象
物１１での収束ビームの照射面（以下、単に照射面とい
う）までの距離に応じて異なる。この距離が特定の値で
あるときの結像レンズ２２による収束点がピンホールア
レイ２６の位置となるが、検出対象物１１の照射面が結
像レンズ１０からこのような距離にあるとき、検出対象
物１１がピンホールアレイ２６と共役な位置にあるとい
う。従って、検出対象物１１がピンホールアレイ２６と
共役な位置にあるときには、結像レンズ２２によって検
出ビームがピンホールアレイ２６の位置に収束する。検
出対象物１１がピンホールアレイ２６と共役な位置にな
いときには、結像レンズ２２によって検出ビームの収束
点がピンホールアレイ２６の位置からずれる。このた
め、ピンホールアレイ２６の位置での検出ビームのビー
ム径は、結像レンズ２２に対する検出対象物１１の反射
面の距離に応じて異なり、検出対象物１１がピンホール
アレイ２６と共役な位置にあるとき、ピンホールアレイ
２６の位置での検出ビームのビーム径が最小となる。

【００３４】ピンホールアレイ２６でのピンホール２６
₁，２６₂，２６₃，２６₄の径は、検出対象物１１がピン
ホールアレイ２６と共役な位置にあるときのピンホール
アレイ２６の位置での検出ビームのビーム径（即ち、最
小のビーム径）よりもわずかに大きく設定されている。
このため、検出対象物１１がピンホールアレイ２６と共
役な位置にあるときには、結像レンズ２２で集光される
検出ビームはそのままピンホールアレイ２６のピンホー
ルを通過し、検出対象物１１がピンホールアレイ２６と
共役な位置からずれると、ピンホールアレイ２６の位置
での検出ビームのビーム径が大きくなってその一部がピ
ンホールアレイ２６の壁面で遮光され、その共役な位置
からのずれが大きくなるほどラインセンサ３０のセンサ
の受光量が少なくなる。

【００３５】収束ビームｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄ は、検出
対象物１１の照射面で異なる位置に照射される。このた
め、この照射面に凹凸があり、これら収束ビームｌ₁，
ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄の照射位置間で高さ(Ｚ方向）が異なる
と、当然のことながら、収束ビームｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄
のいずれかに対して検出対象物１１がピンホールアレイ
２６と共役な位置にあっても、それ以外の収束ビームに
対しては、検出対象物１１がピンホールアレイ２６と共
役な位置からずれていることになり、この収束ビームに
対する検出ビームを受光するラインセンサ３０のセルの
受光量は、その最大受光量よりも小さくなる。

【００３６】以上はラインセンサ３０を含むチャンネル
についてであるが、図１において、他のチャンネルにつ
いても同様である。但し、ピンホールアレイ２６，２
７，２８，２９と共役な検出対象物１１の位置は順次異
なる。ここでは、ピンホールアレイ２６と共役な検出対
象物１１の位置が最も結像レンズ１０に近く、ピンホー
ルアレイ２７，２８，２９の順に共役な検出対象物１１
の位置が結像レンズ１０から遠くなるものとする。

【００３７】そこで、いま、図２での収束ビームｌ₁に
ついてみると、この収束ビームｌ₁に対する検出ビーム
は、図３において、ラインセンサ３０のセル３０₁，ラ
インセンサ３１のセル３１₁，ラインセンサ３２のセル
３２₁ 及びラインセンサ３３のセル３３₁に同時に受光
されるが、これらセル３０₁，３１₁，３２₁，３３₁の受
光量は検出対象物１１での収束ビームｌ₁ の照射位置の
ピンホールアレイ２６と共役な位置からのずれ量に応じ
たものとなり、互いに異なることになる。

【００３８】ここで、検出対象物１１に照射される同じ
収束ビームに対する検出ビームを受光する、例えば、ラ
インセンサ３０のセル３０₁,ラインセンサ３１のセル３
１₁,ラインセンサ３２のセル３２₁及びラインセンサ３
３のセル３３₁夫々の検出出力を、横軸をセンサ位置、
縦軸をラインセンサの出力として、プロットすると、図
４に示すような結果が得られる。そして、プロットされ
た検出出力を、例えば、ガウス函数で補間すると、破線
で示すような特性曲線Ａが得られ、この特性曲線Ａのピ
ークでのセンサ位置が、検出対象物１１とピンホールア
レイとの位置が互いに共役となるような位置であり、ピ
ンホール２６，２７，２８，２９毎にそれと共役となる
検出対象物１１の反射面の高さを予め求めて既知として
おくことにより、特性曲線Ａのピークとなるセンサ位置
から検出対象物１１の反射面の高さを求めることができ
る。

【００３９】この実施形態では、４個の収束ビームｌ₁
〜ｌ₄を検出対象物１１に照射し、これら収束ビームｌ₁
〜ｌ₄ に対する検出ビームを検出する４個のセルを有す
るラインセンサ３０〜３３を用いているので、検出対象
物１１での収束ビームｌ₁〜ｌ₄ の照射位置毎に図４に
示すような特性曲線Ａを得ることができ、従って、検出
対象物１１の４ヶ所の位置の高さを同時に検出すること
ができる。

【００４０】このような検出対象物１１での高さを求め
るために、図１において、ラインセンサ３０，３１，３
２，３３の検出信号は、アンプ３４，３５，３６，３７
により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３８，３９，４０，
４１でアナログ信号からデジタル信号に変換される。こ
れらディジタル検出信号は、シェーデイング補正回路４
２，４３，４４，４５でシェーデイング補正処理された
後、画像メモリ４６，４７，４８，４９に格納される。
高さ算出器５０は、これら画像メモリ４６，４７，４
８，４９に格納された各ラインセンサ３０，３１，３
２，３３の検出出力を、図４で説明したようにして、比
較し、検出対象物１１の各位置の高さを算出する。算出
して得られた高さ情報は制御用コンピュータ５１に読み
取られる。

【００４１】検出対象物１１の検査領域の全面の高さを
検出するためには、検出対象物１１のこの全面にわたっ
て収束ビームｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄の照射位置を移動させ
る必要があり、このために、収束ビームｌ₁，ｌ₂，
ｌ₃，ｌ₄によるこの検査領域全面の走査が次のように行
なわれる。

【００４２】即ち、制御用コンピュータ５１からステー
ジコントロール基板５２に指令を出力されると、ステー
ジコントロール基板５２は、制御用コンピュータ５１か
らのこの指令に従ってドライバ５３に駆動パルスを発生
する。この駆動パルスによってドライバ５３はＸＹステ
ージ１２を駆動して１ステップ分収束ビームｌ₁,ｌ₂,ｌ
₃,ｌ₄の並び方向とは直交する方向（即ち、Ｙ軸方向）
に順次移動させる。また、このＸＹステージ１２のサー
ボモータ（図示せず）に内蔵されているロータリエンコ
ーダ（図示せず）から出力されるエンコード信号がドラ
イバ５３からステージコントロール基板５２に供給さ
れ、検出対象物１１の検査領域での高さ検出の単位とな
る検出画素のサイズに相当する周期のクロックに分周さ
れ、カメラコントロール基板５４に駆動パルスとして供
給される。カメラコントロール基板５４はこの駆動パル
スでラインセンサ３０〜３３を駆動する。即ち、各ライ
ンセンサ３０〜３３はこの駆動パルスに同期して検出信
号をアンプ３４〜３７に出力する。これにより、ＸＹス
テージ１２の移動速度とラインセンサ３０〜３３の駆動
とが同期化されることになる。

【００４３】図５はかかる走査の方法の具体例を示す図
である。

【００４４】図５（ａ）に示す走査方法は、１回目とし
て、ＸＹステージ１２をＹ方向に移動させることによ
り、収束ビームｌ₁〜ｌ₄で検査領域を−Ｙ方向に一方の
端から他方の端まで走査し、端部に達すると、ＸＹステ
ージ１２を−Ｘ方向に走査ピッチの４倍の距離Ｄだけ移
動させて走査領域をこの距離Ｄ分Ｘ方向にずらし、ＸＹ
ステージ１２を−Ｙ方向に移動させてＹ方向に２回目の
走査を行なう。以下同様に、Ｘ方向に距離Ｄだけずらす
毎にＹ方向または−Ｙ方向に走査し、この走査が検査領
域全体にわたるまで繰り返す。

【００４５】図５（ｂ）はラインセンサ３０〜３３のセ
ルの間隔やマイクロレンズアレイ４のマイクロレンズの
間隔などの制約で収束ビームｌ₁〜ｌ₄の間隔が狭く取れ
ず、が５（ａ）の走査方法では緻密な検出ができない場
合に有効な方法であって、まず、ＸＹステージ１２をＹ
方向に移動させて収束ビームｌ₁〜ｌ₄で−Ｙ方向に走査
すると、この場合の走査ピッチＤ₁が大きいため、検査
領域の一方の端部に達すると、ＸＹステージ１２をこの
走査ピッチＤ₁の１／２の距離だけ−Ｘ方向に移動さ
せ、次に、ＸＹステージ１２を−Ｙ方向に移動させて、
収束ビームｌ₁〜ｌ₄で既になされた走査線の間をＹ方向
に走査する。このようにして、１回目の往復の走査が終
わると、次に、ＸＹステージ１２を−Ｘ方向に走査ピッ
チＤ₁の４倍の距離Ｄ₂だけ移動させて走査領域をこの距
離Ｄ₂分Ｘ方向にずらし、ＸＹステージ１２をＹ方向及
び−Ｙ方向に移動させて１回目と同様の２回目の往復走
査を行なう。以下同様に、この動作が繰り返されて検査
領域全体の走査が行なわれる。

【００４６】なお、図５（ｂ）では、１回の往復走査で
ＸＹステージ１２を−Ｘ方向に距離Ｄ₂だけ移動させて
走査領域をこの距離Ｄ₂分Ｘ方向にずらすようにした
が、複数回もしくは（複数＋１／２）回の往復走査を行
なってＸＹステージ１２をＸ方向に上記の距離Ｄ₂ だけ
移動させ、次の走査領域を走査するようにしてもよい。

【００４７】ところで、この第１の実施形態では、同じ
ラインセンサにおいて、該当するセルに入射されるべき
検出ビームが隣接する他のセルに漏れないように、即
ち、隣接セルへの漏れ光が生じないようにしている。例
えば、図３において、ラインセンサ３０のセル３０₂に
入射されるべき検出ビームは、隣接するセル３０₁やセ
ル３０₃に漏れないようにするものである。以下、この
点について説明する。

【００４８】図６は検出対象物１１の検査領域の高さが
変化した場合のラインセンサ３０のセル３０₁ に対する
検出ビームの様子を示す図であって、５５は光学系であ
り、図１〜図３に対応する部分には同一符号を付けてい
る。

【００４９】同図において、光学系５５は図１における
結像レンズ１０から結像レンズ２２までの光学系を示す
ものであって、この光学系５５の倍率をβ、検出開口数
をＮＡ_d とする。

【００５０】いま、検出対象物１１の検査表面に収束ビ
ームが収束したときの反射ビーム、従って、検出ビーム
を実線矢印で示し、このときの検査対象物１１の検査表
面でのビームスポット径を２ｒとすると、このときに
は、光学系５５により、検出ビームはピンホールアレイ
２６のピンホール２６₁の位置で収束する。このときの
検出ビームのスポット径は、２βｒとなる。従って、こ
のピンホール２６₁の直径は２βｒよりもわずかに大き
く設定され、この検出ビームの全光量がラインセンサ３
０のセル３０₁ で受光される。

【００５１】一方、検出対象物１１の検査表面には凹凸
があって、上記の収束ビームが収束する面から最大ΔＺ
だけ高さが変化するものとする。この最大高さΔＺだけ
変化した検出対象物１１の検査表面に照射される収束ビ
ームに対する検出ビームを破線矢印で示す。この場合に
は、この検出ビームはピンホールアレイ２６の手前側で
収束し、この収束点での検出ビームのスポット径は２β
ｒあるが、ピンホール２６₁の位置でのビームスポット
の半径Ｒは、

【数１】となる。従って、この検出ビームは、その半径βｒより
も外側の部分がピンホールアレイ２６で遮光され、その
一部しかセル３０₁ に入射しない。

【００５２】図７は検出対象物１１の検査領域での高さ
が異なる部分に照射される２つの隣り合う収束ビームに
対する検出ビームの様子を示す図であって、図１〜図３
及び図６に対応する部分には同一符号を付けている。

【００５３】同図において、検出対象物１１の点Ｘ₂上
では、照射ビームが収束しているものとし、点Ｘ₁ は点
Ｘ₂よりも上記の高さΔＺだけ高くなっているものとす
る。また、これら２つの点Ｘ₁，Ｘ₂間の距離をΔＸとす
ると、この距離ΔＸが検出の解像度ということになり、
この距離ΔＸが小さいほど解像度が高くなる。また、ピ
ンホールアレイ２６のピンホール２６₁は点Ｘ₁からの検
出ビームに対するものであり、ピンホールアレイ２６の
ピンホール２６₂は点Ｘ₂からの検出ビームに対するもの
である。

【００５４】いま、点Ｘ₁からの破線矢印で示す検出ビ
ームをみると、この点Ｘ₁では照射ビームが収束してい
ないので、この検出ビームはピンホールアレイ２６の手
前側で収束し、ピンホール２６₁でのこの検出ビームの
半径Ｒは上記式（１）で表わされる最大のものとなる。
ところで、この状態のとき、この点Ｘ₁からの検出ビー
ムが隣りのピンホール２６₂にかかって漏れ光が生じな
いようにすることが必要であり、このためには、ピンホ
ール２６₁，２６２，……の開口径をｑ_P、ピッチをＰ
（これは、ラインセンサ３０のセルピッチでもある）と
すると、

【数２】を満足することが必要となる。

【００５５】また、漏れ光を防止するためには、ピンホ
ールアレイ２６の該当するピンホールを通過して検出ビ
ームの光がラインセンサの隣接するセルにかからないよ
うにすることも必要である。例えば、図７に示す状態
で、ピンホール２６₁を通過した光が、隣りのピンホー
ル２６₂に対するセル３０₂にかからないようにする必要
がある。

【００５６】そこで、図６において、ピンホールアレイ
２６とラインセンサ３０のセルの受光面との間の距離を
Ｌ_PC、セルの開口径をｑ_C（但し、ｑ_C/２≦Ｐ/２）とす
ると、センサの受光面での検出ビームのスポットの半径
は、ピンホール径からＬ_PC・ＮＡ_dだけ広がるから、

【数３】であり、これが隣りのセルにかからなければよいことに
なる。あるセルの中心から隣りのセルまでの最短距離は
Ｐ−（ｑ_C/２）であるから、

【数４】を満足しなければならない。

【００５７】以上のように、上記式（２），（３）を満
足するように、光学系５５やピンホールアレイ２６，ラ
インセンサ３０の諸元を設定することにより、隣接セル
への漏れ光を防止することができ、ラインセンサ３０の
各セルから対応する収束ビームによる検出ビームのみの
検出出力が得られることになる。従って、かかる条件を
満足した状態で図４（ａ）に示すように検出対象物１１
の検査領域の走査を行なうことにより、この検査領域全
域での高さ（従って、立体形状）を精度良く検出するこ
とができる。しかも、複数個（上記の説明では、４個と
した）の収束ビームで検出対象物１１を走査し、複数の
位置の高さを同時に検出することを可能とするものであ
るから、従来の方式に比べ、高速の検出が可能となる。

【００５８】ここで、上記の条件を満たすための上記諸
元の一具体例を示す。検出倍率β：０．７５倍セルの開口径ｑ_C：７．５μｍピンホール（セル）の間隔Ｐ：１５μｍピンホールの開口径ｑ_P：７．５μｍ検出開口数ＮＡ_d：０．１３高さ検出範囲ΔＺ：１２０μｍセル受光面，ピンホールアレイ間の距離Ｌ_PC：０μｍビームスポット半径ｒ：３μｍ但し、ここでは、セル自体の開口をピンホール開口にも
併用し、ラインセンサでは、１つおきのセルを使用する
ようにしており、実際にはピンホールを使用しないもの
としている。従って、上記の距離Ｌ_PCは０μｍとなって
いる。あるいはまた、ラインセンサとして、セルの配置
間隔Ｐが１５μｍとし、これらセルの開口径ｑ_C＝７.５
μｍのものとしても同様である。

【００５９】ところで、セルへの漏れ光を防止すべく上
記式(２），(３）の条件を満足させた場合、収束ビーム
ｌ₁，ｌ₂，ｌ₃，ｌ₄の間隔を大きく取らざるを得なくな
る場合もある。例えば、電子回路基板の配線パターンや
はんだ付け部などのように、検出対象物１１の検査領域
での凹凸による最大の高さ変化ΔＺは既知である。この
実施形態では、検出対象物１１の検査領域でかかる高さ
変化があっても、隣接セルへの漏れ光がないように、上
記式（２），（３）の条件を満足すべく構成をなすもの
であるが、図４（ａ）に示すように走査したのでは、収
束ビームｌ₁〜ｌ₄間の間隔が広くなり過ぎて高い解像度
が得られず、ピンホールアレイ２６やラインセンサ３０
の構成や上記照明系の構成などから、収束ビームｌ₁〜
ｌ₄間の間隔をこれ以上狭くすることができない場合が
ある。このような場合には、図４（ｂ）で説明したよう
な走査を行なえばよい。

【００６０】以上のように、この実施形態は、検出対象
物１１の表面の立体形状を高精度、高解像度で、かつ高
速に立体形状の検出，検査をすることができる。ｎ個の
集光ビームを用いる場合、従来の立体形状検出装置に比
べ、検出対象物１１のＹ方向の移動速度が等しいものと
すると、ｎ倍の高速化が可能である。そして、この検出
対象物１１を電子回路基板とすることにより、この電子
回路基板での配線パターンやはんだ付け部を検出して、
基準パータンデータとの比較などにより、かかる配線パ
ターンやはんだ付け部の良否の判定や欠陥の検出を精度
良く行なうことができる。

【００６１】なお、図６，図７はラインセンサ３０を含
むチャンネルについてのものであるが、他のチャンネル
についても同様である。

【００６２】次に、本発明による立体形状検査装置及び
パターン検査装置並びにそれらの方法の第２の実施形態
について、図８〜図１１により説明する。

【００６３】先の第１の実施形態では、直線上に配列さ
れた複数の点状スポットの収束ビームを検出対象物に照
射し、その反射ビームを検出ビームとしてラインセンサ
で検出することにより、この検出対象物の検査領域の立
体形状やパターンを検査するものであったが、この第２
の実施形態は、直線上に配列された複数のシート状スポ
ットの収束ビームを検出対象物に照射し、その反射ビー
ムを検出ビームとしてＴＤＩ（Time Delay & Integrate
d：時間遅延積分型）センサで検出することにより、こ
の検出対象物の検査領域の立体形状やパターンを検査す
るものである。これにより、検出感度を高めることがで
き、ビームの照明源としてより微弱なものを用いても、
検出速度のより高速化を実現するものである。

【００６４】ここで、図８はこの第２の実施形態を示す
構成図であって、５６は照明光源、５７は集光レンズ、
５８はピンホール、５９は照射レンズ、６０はスリット
アレイ、６１はビームスプリッタ、６２は開口絞り、６
３，６４，６５，６６はスリットアレイ、６７，６８，
６９，７０はＴＤＩセンサであり、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。

【００６５】図９は、図１に対する図２と同様、図８に
おける照明系と検出系の１つのチャンネル（ＴＤＩセン
サ６７を含むチャンネル）とをより具体的に示す構成図
であって、６０₁〜６０₄，６３₁〜６３₄はスリットであ
り、図８に対応する部分には同一符号を付けている。な
お、図８におけるビームスプリッタ１６，１８及びミラ
ー２０の記載を省略している。

【００６６】まず、図８及び図９における照明系につい
て説明する。

【００６７】照明光源５６から射出された照明光は集光
レンズ５７により集光され、このレンズ５７の前焦点位
置に配置されたピンホール５８を通過する。照明光源５
６としては、例えば、ハロゲン光源などが使用できる。
また、ピンホール５８は、円形状のものでもよいが、矩
形状のものでもよい。ピンホール５８を通過した照明光
束は、照射レンズ５９によって平行光束となされた後、
スリットアレイ６０に設けられた４個の互いに平行な短
冊状のスリット６０₁，６０₂，６０₃，６０₄を透過し、
夫々から互いに平行なシート状スポットのビーム（以
下、シート状ビームという）が得られる。

【００６８】図１０はこのスリットアレイ６０の一具体
例を示す図であって、７１は液晶ドライバであり、図１
に対応する部分には同一符号を付けている。このスリッ
トアレイ６０の具体例は、液晶スリットとするものであ
る。しかし、機械的構成のスリットアレイなど、他の構
成のものであってもよい。

【００６９】同図において、液晶スリット６０は、制御
用コンピュータ５１から液晶ドライバ７１を介して制御
され、液晶面上に互いに平行に配置された短冊状のスリ
ット６０₁，６０₂，６０₃，６０₄を表示する。

【００７０】先に説明した第１の実施の形態では、マイ
クロレンズアレイ４やピンホールアレイ５（図１，図
２）とラインセンサ３０〜３３との相互の物理的な位置
関係を調整する必要があるが、この第２の本実施形態で
は、スリットアレイ６０として、マイクロレンズアレイ
の代わりに、液晶スリットを使用することにより、液晶
面上でのこれらスリット６０₁，６０₂，６０₃，６０₄に
おける始点位置を任意の位置に設定できるため、かかる
照明系と検出系相互の調整作業が容易となる。

【００７１】図８及び図９に戻って、スリットアレイ６
０で得られた４個のシート状ビームは、ビームスプリッ
タ６１で折り返されて絞り８を通った後、対物レンズ１
０により、収束シート状ビームｌ₁’,ｌ₂’,ｌ₃’,
ｌ₄’として、検出対象物１１上の検査領域に集光され
る。これら収束シート状ビームｌ₁’,ｌ₂’,ｌ₃’,
ｌ₄’による検出対象物１１上のシート状のスポット
は、この検出対象物１１の移動方向（Ｙ軸方向）に平行
であって、この検出対象物１１の移動方向（Ｙ軸方向）
に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に揃って等間隔に離
散して配列される。

【００７２】次に、図８及び図９における検出系（結像
系）について説明する。

【００７３】収束シート状ビームｌ₁'，ｌ₂'，ｌ₃'，ｌ
₄’による検出対象物１１からの反射シート状ビーム
は、対物レンズ１０で平行ビームのシート状ビームとさ
れ、絞り８，ビームスプリッタ６１及び中継レンズ１４
を介して開口絞り６２に送られる。この開口絞り６２は
反射シート状ビームのシート状スポットの長手方向に直
交する方向に対してのみ大きな開口数の開口を有する。
この開口絞り６２を通過した４個の反射シート状ビーム
（以下、これらをまとめて反射シート状ビーム群とい
う）は、図１に示した第１の実施形態と同様、ビームス
プリッタ１６〜１８とミラー１９〜２１からなる光学系
により、４個の反射シート状ビーム群Ｌ₁’,Ｌ₂’,
Ｌ₃’,Ｌ₄'に等分割される。そして、ミラー２１からの
反射シート状ビーム群Ｌ₁'は、検出シート状ビーム群Ｌ
₁'として、結像レンズ２２によって集光されて、スリッ
トアレイ６３を介しＴＤＩセンサ６７で受光され、ビー
ムスプリッタ１８からの反射シート状ビーム群Ｌ₂'は、
検出シート状ビーム群Ｌ₂'として、結像レンズ２３によ
って集光されて、スリットアレイ６４を介しＴＤＩセン
サ６８で受光され、ミラー１９からの反射シート状ビー
ム群Ｌ₃'は、検出シート状ビーム群Ｌ₃'として、結像レ
ンズ２４によって集光されて、スリットアレイ６５を介
しＴＤＩセンサ６９で受光され、ビームスプリッタ１７
からの反射シート状ビーム群Ｌ₄'は、検出シート状ビー
ム群Ｌ₄'として、結像レンズ２５によって集光されて、
スリットアレイ６６を介しＴＤＩセンサ７０で受光され
る。

【００７４】なお、スリットアレイ６３，６４，６５，
６６と共役な検出対象物１１の位置は順次異なる。ここ
では、スリットアレイ６３と共役な検出対象物１１の位
置が最も結像レンズ１０に近く、スリットアレイ６４，
６５，６６の順に共役な検出対象物１１の位置が結像レ
ンズ１０から遠くなるものとする。

【００７５】ここで、検出シート状ビーム群Ｌ₁’につ
いてみると、図１１に示すように、スリットアレイ６３
には、この検出シート状ビーム群Ｌ₁’の各検出シート
状ビームの光路上からみて開口絞り６２の長手方向と直
交する４個の短冊状のスリット６３₁，６３₂，６３₃，
６３₄が互いに平行に設けられている。

【００７６】ＴＤＩセンサ６７は４個の受光部６７₁,６
７₂,６７₃,６７₄からなり、また、夫々の受光部６７₁，
６７₂，６７₃，６７₄は、図示しないが、複数のセル
（受光素子）から構成されている。そして、検出シート
状ビーム群Ｌ₁’での収束シート状ビームｌ₁’に対応す
る検出シート状ビームは、結像レンズ２２により、ＴＤ
Ｉセンサ６７の受光部６７₁に集光され、検出シート状
ビーム群Ｌ₁’での収束シート状ビームｌ₂’に対応する
検出シート状ビームは、結像レンズ２２により、ＴＤＩ
センサ６７の受光部６７₂に集光され、検出シート状ビ
ーム群Ｌ₁’での収束シート状ビームｌ₃’に対応する検
出シート状ビームは、結像レンズ２２により、ＴＤＩセ
ンサ６７の受光部６７₃に集光され、検出シート状ビー
ム群Ｌ₁’での収束シート状ビームｌ₄’に対応する検出
シート状ビームは、結像レンズ２２により、ＴＤＩセン
サ６７の受光部６７₄に集光される。

【００７７】ここで、図１１における開口絞り６２とス
リットアレイ６３のスリット（ここでは、スリット６３
₁とする)との作用について、図１２により、説明する。

【００７８】同図において、Ｓは検出対象物１１上での
収束シート状ビームｌ₁'のスポットとする。このスポッ
トＳにおいて、Ｓ₀ は収束シート状ビームｌ₁’が検出
対象物１１の検査面に収束したときのスポットであり、
ΔＳは収束シート状ビームｌ₁'の収束点が検出対象物１
１の検査面からずれたときのスポットの増加部分であ
る。

【００７９】かかるスポットＳの反射シート状ビームを
開口絞り６２に通すと、上記のように、この開口絞り６
２はこのスポットＳの長手方向で開口数ＮＡが小さく、
これに直交する方向に開口数ＮＡが大きいことから、こ
の開口絞り６２を通過した反射シート状ビームのスポッ
トＳ'は、検出対象物１１の検査面に対する収束シート
状ビームｌ₁’の収束点の位置ずれ量に応じて増加分Δ
Ｓが大きいものとなる。そして、かかるスポットＳ’を
スリット６３₁ に通すと、このスリット６３₁はスポッ
トＳが収束シート状ビームｌ₁’の収束点が検出対象物
１１の検査面上に一致するときのスポットＳ₀ のときの
検出シート状ビームのみを通過させる大きさ，形状に設
定されているので、スポットＳ' の増加部分ΔＳがこの
スリット６３₁ で除かれ、スポットＳ₀ の部分のみがＴ
ＤＩセンサ６７の受光部６７で受光されることになる。
従って、検出対象物１１の検査面に対する収束シート状
ビームｌ₁'の収束点の位置のずれ量が大きくなればなる
程（従って、検出対象物１１の検査面がスリット６３₁
に共役な位置からずれればずれる程)、スリット６３ ₁を
通過したスポットＳ₀の検出シート状ビームの光量が低
下する。従って、この検出シート状ビームを検出するこ
とにより、後述するように、検出対象物１１の検査面で
の収束シート状ビームｌ₁'の照射位置の高さを検出する
ことができるのである。

【００８０】次に、図１３により、ＴＤＩセンサ６７の
作用について説明する。ここでは、このＴＤＩセンサ６
７の１つの受光部６７₁ について説明するが、ＴＤＩセ
ンサ６７の他の受光部６７₂ ，６７₃ ，６７₄や他のＴ
ＤＩセンサ６８〜７０の各受光部についても同様であ
る。

【００８１】同図において、説明を簡単にするために、
受光部６７₁は３個のセルａ，ｂ，ｃを備えており、ま
た、Ｓ₀は、図１２に示すように、スリット６３₁を通過
した検出シート状ビームであって、検出対象物１１のＹ
軸方向（図９）の３点（以下、これらを検出点という）
からの反射光量を含んでいるものとする。

【００８２】そこで、いま、時刻ｔ₁ で検出シート状ビ
ームＳ₀ が検出対象物１１の３検出点Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃か
らの反射光量は夫々受光部６７₁のセルａ，ｂ，ｃで受
光され、このときのセルａ，ｂ，ｃの受光量がＸ₁，
Ｘ₂，Ｘ₃とする。この時刻ｔ₁では、セルａの受光量Ｘ₁
に応じたレベルの信号が外部に転送され、検出出力Ｘ₁
として出力される。これとともに、受光部６７₁内で、
セルｂの受光量Ｘ₂の受光情報がセルａに転送され、セ
ルｃの受光量Ｘ₃ の受光情報がセルｂに転送される。

【００８３】検出対象物１１のＹ方向の移動とともに、
時刻ｔ₂では、検出シート状ビームＳ₀ が検出対象物１
１の３検出点Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄ からの反射光量を含むこと
になる。これら３検出点Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄ からの反射光量
は夫々セルａ，ｂ，ｃで受光される。従って、セルａで
は、このとき受光した検出点Ｘ₂からの反射光量Ｘ₂とセ
ルｂから転送された受光量Ｘ₂ とが加算され、この検出
点Ｘ₂ からの反射光量Ｘ₂の２倍の受光量２Ｘ₂の情報が
蓄積され、同様に、セルｂにも、検出点Ｘ₃からの反射
光量Ｘ₃の２倍の受光量２Ｘ₃の情報が蓄積される。セル
ｃには、検出点Ｘ₄からの反射光量Ｘ₄が受光され、この
反射光量に等しい受光量Ｘ₄の情報が蓄積される。しか
る後、セルａから受光量２Ｘ₂に応じたレベルの信号が
外部に転送され、検出出力２Ｘ₂として出力される。こ
れとともに、受光部６７₁内で、セルｂの受光量２Ｘ₃
の受光情報がセルａに転送され、セルｃの受光量Ｘ₄の
受光情報がセルｂに転送される。

【００８４】検出対象物１１のＹ方向の移動とともに、
時刻ｔ₃では、検出シート状ビームＳ₀が検出対象物１１
の３検出点Ｘ₃，Ｘ₄，Ｘ₅からの反射光量を含むことに
なる。これら３検出点Ｘ₃，Ｘ₄，Ｘ₅からの反射光量は
夫々セルａ，ｂ，ｃで受光される。従って、セルａで
は、このとき受光した検出点Ｘ₃ からの反射光量Ｘ₃ と
セルｂから転送された受光量２Ｘ₃ とが加算され、この
検出点Ｘ₃ からの反射光量Ｘ₃の３倍の受光量３Ｘ₃の情
報が蓄積され、同様に、セルｂにも、検出点Ｘ₄からの
反射光量Ｘ₄の２倍の受光量２Ｘ₄の情報が蓄積される。
セルｃには、検出点Ｘ₅からの反射光量Ｘ₅が受光され、
この反射光量に等しい受光量Ｘ₅の情報が蓄積される。
しかる後、セルａから受光量３Ｘ₃に応じたレベルの信
号が外部に転送され、検出出力３Ｘ₃として出力され
る。これとともに、受光部６７₁内で、セルｂの受光量
２Ｘ₄ の受光情報がセルａに転送され、セルｃの受光量
Ｘ₅の受光情報がセルｂに転送される。

【００８５】同様にして、時刻ｔ₄では、検出シート状
ビームＳ₀が検出対象物１１の３検出点Ｘ₃，Ｘ₄，Ｘ₅か
らの反射光量を含むことになり、受光部６７１のセルａ
に検出点Ｘ₄からの反射光量Ｘ₄の３倍の受光量３Ｘ₄の
情報が蓄積され、セルｂに検出点Ｘ₅からの反射光量Ｘ₅
の２倍の受光量２Ｘ₅の情報が蓄積され、セルｃに検出
点Ｘ₆からの反射光量Ｘ₆に等しい受光量Ｘ₆の情報が蓄
積され、セルａから受光量３Ｘ₄に応じたレベルの信号
が外部に転送され、検出出力３Ｘ₄として出力される。

【００８６】このようにして、検出対象物１１の各検出
点での反射光量の３倍の受光量の受光情報がセルａから
得られることになり、検出感度が大幅に向上する。ま
た、照明系における集光効率の低下を、かかるＴＤＩセ
ンサの採用により、補う個とができる。

【００８７】なお、図１３の時刻ｔ₁，ｔ₂では、時刻ｔ
₃以降よりも、セルａから得られる検出出力が低いが、
これは検出動作の初期動作として検出対象物１１での検
出範囲外からの検出とし、高さ算出器５０（図８）での
処理対象外のものとする。

【００８８】また、先に説明した第１の実施形態でのピ
ンホールアレイ２６〜２９の場合と同様、検出シート状
ビームがスリットアレイ６３でのこれに対するスリット
以外のスリットにかかって漏れ光が生じないように、さ
らに、該当するスリットを通過した検出シート状ビーム
がこれに対応するＴＤＩセンサの受光部以外の受光部に
かかって漏れ光が生じないように、検出対象物１１での
収束シート状ビームｌ ₁’，ｌ₂’，ｌ₃’，ｌ₄’の間隔
やスリットアレイ６３〜６６でのスリットの間隔などを
設定することはいうまでもない。この場合、収束シート
状ビームｌ₁’，ｌ₂’，ｌ₃’，ｌ₄’の間隔が広くなっ
て検出解像度が低下する場合には、図５（ｂ）で説明し
たような走査方法を採ればよい。

【００８９】図１４は図８におけるＴＤＩセンサ６７〜
７０の受信部の配列関係を摸式的に示す図であって、６
８₁〜６８₄はＴＤＩセンサ６８の図１３で説明したよう
な受光部、６９₁〜６９₄は同じくＴＤＩセンサ６９の受
光部、７０₁〜７０₄は同じくＴＤＩセンサ７０の受光部
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。

【００９０】同図において、ＴＤＩセンサ６７の受光部
６７₁,ＴＤＩセンサ６８の受光部６８₁,ＴＤＩセンサ６
９の受光部６９₁ 及びＴＤＩセンサ７０の受光部７０₁
は夫々、検出対象物１１からの反射シート状ビーム群の
うちの同じ収束シート状ビーム（ここでは、収束シート
状ビームｌ₁'とする（図９））に対する検出シート状ビ
ームを受光し、ＴＤＩセンサ６７の受光部６７₂，ＴＤ
Ｉセンサ６８の受光部６８₂，ＴＤＩセンサ６９の受光
部６９₂及びＴＤＩセンサ７０の受光部７０₂ は夫々、
検出対象物１１からの反射シート状ビーム群のうちの同
じ収束シート状ビームｌ₂’に対する検出シート状ビー
ムを受光し、ＴＤＩセンサ６７の受光部６７₃，ＴＤＩ
センサ６８の受光部６８₃，ＴＤＩセンサ６９の受光部
６９₃及びＴＤＩセンサ７０の受光部７０₃は夫々、検出
対象物１１からの反射シート状ビーム群のうちの同じ収
束シート状ビームｌ₃’に対する検出シート状ビームを
受光し、ＴＤＩセンサ６７の受光部６７₄，ＴＤＩセン
サ６８の受光部６８₄，ＴＤＩセンサ６９の受光部６９₄
及びＴＤＩセンサ７０の受光部７０₄は夫々、検出対象
物１１からの反射シート状ビーム群のうちの同じ収束シ
ート状ビームｌ₄’に対する検出シート状ビームを受光
する。

【００９１】そこで、高さ算出器５０は、先の第１の実
施形態と同様に、ＴＤＩセンサ６７〜７０での同じ収束
シート状ビームに対する検出シート状ビームを受光する
受光部の検出出力を処理することにより、検出対象物１
１でのこの収束シート状ビームが照射される検出点の高
さを算出する。例えば、図１５では、図９での収束シー
ト状ビームｌ₁’が照射される検出点の高さを求める方
法を示すものであって、横軸をセンサ位置（即ち、受光
部６７₁，６８₁，６９₁，７０₁ の位置）とし、縦軸を
センサ出力（即ち、受光部６７₁，６８₁，６９₁，７０₁
の検出出力）としてこれら受光部６７₁，６８₁，６
９₁，７０₁ の検出出力をプロットし、これらプロット
点を、例えば、ガウス函数によって補間すると、破線で
示す特性が得られ、そのピークを採るセンサ位置が収束
シート状ビームｌ₁’が照射される検出点の高さに相当
することになる。このような処理を高さ算出器５０で行
なう。他の収束シート状ビームに対する検出シート状ビ
ームを受光する受光部についても、高さ算出器５０で同
様の演算処理を行なうことにより、他の収束シート状ビ
ームｌ₂’〜ｌ₄’が照射される夫々の検出点の高さを求
めることができる。

【００９２】この第２の実施形態においても、検出対象
物１１に照射する収束シート状ビームを４個以外の複数
個とすることができ、ＴＤＩセンサも上記４個以外の複
数個使用することができる。但し、夫々のＴＤＩセンサ
は、使用する収束シート状ビームと同数の受光部を有す
ることはいうまでもない。また、各ＴＤＩセンサの受光
部でのセル数は、図１３に示した３個以外の複数個とし
てもよく、検出対象物１１でのその移動方向（Ｙ軸方
向）での検出解像度などを考慮して決めることができ
る。

【００９３】以上のようにして、この実施形態において
も、検出対象物１１の複数の検出点の高さを同時に精度
良く検出することができ、検出速度の高速化が図れる。

【００９４】なお、この第２の実施形態においても、ス
リットアレイ６３〜６６での漏れ光やＴＤＩセンサ６７
〜７０での漏れ光を防止するために、上記の式（２），
（３）で示す条件を満足しなければならない。

【００９５】また、例えば、ＴＤＩセンサ３０〜３３の
各受光部の受光面を夫々スリットアレイ２６〜２９の位
置に（即ち、これら受光部の受光面が、ＴＤＩセンサ３
０〜３３毎に検出対象物１１と異なる共役の位置関係と
なるように）配置し、かつ、図１６に示すように、ＴＤ
Ｉセンサ３０〜３３において、各受光部の幅（受光部の
配列方向の幅）をスリットアレイ２６〜２９でのスリッ
トの幅と同等として、これら受光部間に斜線でハッチン
グして示す非受光部Ｅを設けるようにしてもよく、これ
により、各受光面がスリットアレイ２６〜２９のスリッ
トにも兼用されて、これらスリットアレイ２６〜２９を
省くことができる。この場合、漏れ光を防止するため
に、各受光部での受光面について、上記式（２）を満足
することが必要である。但し、この式（２）において
は、受光部の幅（即ち、受光部の開口径）がｑ_P 、同じ
くピッチがＰとなる。上記式（３）は関係ない。

【００９６】図１７は本発明によるパターン検査装置並
びにその方法の一実施形態を示す構成図であって、７２
は検出対象物、７３は高さデータメモリ、７４は欠陥認
識用コンピュータ、７５はパターン設計位置データであ
り、図８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。

【００９７】この実施形態は、ここでは、図８〜図１６
で説明した高さ形状検出装置を用いて検査対象物のパタ
ーンの欠陥を検査するものであるが、勿論、図１〜図７
で説明した高さ形状検出装置を用いることができる。

【００９８】また、かかる検査対象物としては、例え
ば、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。この配線パターン
の厚み方向の欠陥には、例えば、かすれ，ピンホール
（高さ不足系），突起（高さ過剰系）などがある。勿
論、検査対象としては、これのみに限られるものではな
く、プリント板に形成された銅配線パターンにおける厚
み方向欠陥やプリント配線板のはんだ付け部の検査など
への適用も可能である。

【００９９】図１７において、上記のような検査対象物
７２は、ＸＹステージ１２にワークホルダ１３を介して
固定される。図８〜図１６で説明したようにして高さ算
出器５０によって算出した検査対象物７２の検査領域の
高さデータは、順次高さデータメモリ７３に格納され
る。欠陥認識用コンピュータ７４は、制御用コンピュー
タ５１による制御のもとに、高さデータメモリ７３に格
納された高さデータとパターン設計位置データ７５を読
み出し、これらデータに基づいて検査対象物７２である
グリーンシートでの配線パターンの欠陥判定処理を行な
う。その検査結果は図示しない表示装置に表示され、ユ
ーザはこれをみて欠陥の有無やその原因を知ることがで
きる。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出器としてラインセンサを使用して、検出対象物の検
出点を複数同時に検出するものであるから、死角をなく
し、高い検出精度でかつ高い検出速度で立体形状の検出
を行なうことができる。

【０１０１】本発明によれば、検出器としてＴＤＩセン
サを使用して、検出対象物の検出点を複数同時に検出す
るものであるから、さらに、検出感度を高めることが可
能となり、また、照明系における集光効率の低下を補う
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装置及びその方法の
第１の実施形態を示す構成図である。

【図２】図１における検出系の１チャンネルと照明系と
を示す構成図である。

【図３】図１におけるラインセンサのセルの配列関係を
摸式的に示す図である。

【図４】図１における高さ算出器による高さ算出方法の
一具体例を示す図である。

【図５】図１に示す第１の実施形態での検査対象物に対
する収束ビームによる走査方法を示す図である。

【図６】図１での検出対象物の高さが変化した場合のラ
インセンサでの検出ビームのようすを示す図である。

【図７】図１での検出対象物での高さが異なる部分に照
射された２つの隣接する収束ビームに対する検出ビーム
のピンホールアレイでの様子を示す図である。

【図８】本発明による立体形状検出装置及びその方法の
第２の実施形態を示す構成図である。

【図９】図８における検出系の１チャンネルと照明系と
を示す構成図である。

【図１０】図９における液晶スリットの一具体例を説明
する図である。

【図１１】図９での検出系の要部を１チャンネルについ
て示す図である。

【図１２】図９でのスリットアレイの作用を説明するた
めの図である。

【図１３】図９でのＴＤＩセンサの動作を説明するため
の図である。

【図１４】図８におけるＴＤＩセンサの受光部の配列関
係の一具体例を摸式的に示す図である。

【図１５】図８における高さ算出器による高さ算出方法
の一具体例を示す図である。

【図１６】図８におけるＴＤＩセンサの受光部の配列関
係の他の具体例を摸式的に示す図である。

【図１７】本発明によるパターン検査装置の一実施形態
を示す構成図である。

【符号の説明】

１レーザ光源２ビームエキスパンダ３シリンドリカルレンズ４マイクロレンズアレイ５ピンホールアレイ６コリメートレンズ７偏光ビームスプリッタ８絞り９１／４波長板１０対物レンズ１１検出対象物１２ＸＹステージ１３ワークホルダ１４，１５中継レンズ１６〜１８ビームスプリッタ１９〜２１ミラー２２〜２５結像レンズ２６〜２９ピンホールアレイ２６₁〜２６₄ ピンホール３０〜３３ラインセンサ３０₁〜３３₄ セル（受光素子）３４〜３７アンプ３８〜４１Ａ／Ｄ変換器４２〜４５シェーデイング補正回路４６〜４９画像メモリ５０高さ算出回路５１制御用コンピュータ５２ステージコントロール基板５３ドライバ５４カメラコントロール基板５５光学系５６照明光源５７集光レンズ５８ピンホール５９照射レンズ６０液晶アレイ６１ビームスプリッタ６２開口６３〜６６スリットアレイ６７〜７０ＴＤＩセンサ６７₁〜７０₄ 受光部７１液晶ドライバ７２検査対象物７３高さデータメモリ７４欠陥認識用コンピュータ７５パターン設計位置データ

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA24 AA53 BB02 BB05 CC01 DD00 DD05 DD06 EE00 FF01 FF10 FF42 FF49 GG04 HH04 HH05 HH08 HH13 JJ01 JJ05 JJ09 JJ25 LL04 LL08 LL09 LL10 LL12 LL28 LL30 LL36 LL37 LL46 LL59 MM03 NN11 NN20 PP12 QQ03 QQ24 QQ28 QQ29 QQ32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線状かつ離散的に配列されたｎ個（但
し、ｎは２以上の整数）の点状スポットの収束ビームを
検出対象物に照射する照明手段と、該収束ビームの該検出対象物からのｎ個の反射ビームか
らなる反射ビーム群をｍ個（但し、ｍは２以上の整数）
の反射ビーム群に等分割する光学手段と、該光学手段で分割された該反射ビーム群毎に設けられ、
該反射ビーム群のｎ個の反射ビームを検出ビームとして
結像させるｍ個の結像レンズと、該結像レンズ毎に設けられ、該結像レンズで結像される
ｎ個の該検出ビームを別々に受光するｎ個のセルを備え
たｍ個のラインセンサと、ｍ個の該ラインセンサの該セル毎の検出出力を処理し、
該検出対象物での該収束ビームが照射されるｎ個の照射
点の高さを同時に算出する高さ算出手段とを有してお
り、ｍ個の該ラインセンサと共役となる該検出対象物の位置
が該ラインセンサ毎に異なるように、該ラインセンサ夫
々が配置され、該高さ算出手段は、ｍ個の該ラインセンサでの、該検出
対象物からの同じ該反射ビームから該光学手段によって
分割された夫々の検出ビームを受光するセルの受光量を
処理することにより、該検出対象物での該収束ビームの
照射点の高さを算出することを特徴とする立体形状検出
装置。
【請求項２】検出対象物の移動方向を長手方向とし該
検出対象物の移動方向に対して直交する方向に配列され
たｎ個（但し、ｎは２以上の整数）のスポット形状をシ
ート状とする収束シート状ビームを該検出対象物に照射
する照明手段と、該収束シート状ビームが照射される該検出対象物のｎ個
の検出点からの反射シート状ビームを反射シート状ビー
ム群として、該反射シート状ビームの長手方向に開口数
が小さく、かつ該反射シート状ビームの幅方向に開口数
が大きい開口を有し、該反射ビーム群を該開口を通過さ
せる開口絞りと、該開口絞りの開口を通過した該反射シート状ビーム群を
ｍ個（但し、ｍは２以上の整数）に等分割して、ｍ個の
反射シート状ビーム群を形成する光学手段と、該光学手段で分割されたｍ個の該反射シート状ビーム群
毎に設けられ、該反射シート状ビーム群のｎ個の該反射
シート状ビームを検出シート状ビームとして結像させる
ｍ個の結像レンズと、該結像レンズ毎に設けられ、該結像レンズで結像される
ｎ個の該検出シート状ビームを別々に受光するｎ個の受
光部を備えたｍ個のＴＤＩセンサと、ｍ個の該ＴＤＩセンサの該受光部毎の検出出力を処理
し、該検出対象物での該収束シート状ビームが照射され
るｎ個の照射点の高さを同時に算出する高さ算出手段と
を有しており、ｍ個の該ＴＤＩセンサは、これと共役となる該検出対象
物の位置を互いに異にし、該ＴＤＩセンサの各受光部はｋ個（但し、ｋは２以上の
整数）のセルを有し、該受光部のセルに同じ該検出シー
ト状ビームが入射され、該セル間で順次受光情報が転送
されることにより、該検出対象物の同一検出点からの反
射光量が積算されるものであって、該高さ算出手段は、ｍ個の該ＴＤＩセンサでの、該検出
対象物からの同じ該反射シート状ビームから該光学手段
によって分割された夫々の検出シート状ビームを受光す
る該受光部の受光量を処理することにより、該検出対象
物での該収束シート状ビームの照射点の高さを算出する
ことを特徴とする立体形状検出装置。
【請求項３】直線状かつ離散的に配列されたｎ個（但
し、ｎは２以上の整数）の点状スポットの収束ビームを
検出対象物に照射して得られるｎ個の反射ビームからな
る反射ビーム群を等分割して、夫々ｎ個の検出ビームか
らなるｍ個（但し、ｍは２以上の整数）の検出ビーム群
とし、該検出ビーム群毎に設けられたラインセンサに該当する
該検出ビーム群を集光して受光させ、ｍ個の該ラインセンサは、ｎ個のセルを有して、共役と
なる該検出対象物の位置を互いに異し、ｍ個の該ラインセンサでの同じ該反射ビームから分割さ
れた検出ビームを受光する１つずつの該セルの検出出力
をまとめて処理して、該反射ビームが得られる該検出対
象物の該収束ビームの照射点の高さを算出することによ
り、該検出対象物でのｎ個の該収束ビームの照射点の高
さを同時に検出するようにしたことを特徴とする立体形
状検出方法。
【請求項４】検出対象物の移動方向を長手方向とし該
検出対象物の移動方向に対して直交する方向に配列され
たｎ個(但し、ｎは２以上の整数)のスポット形状がシー
ト状の収束シート状ビームを該検出対象物に照射して、
該収束シート状ビームが照射される該検出対象物のｎ個
の検出点夫々からのスポット形状がシート状の反射シー
ト状ビームからなる反射シート状ビーム群を、該反射シ
ート状ビームのスポットの長手方向に対して幅方向の開
口数が大きい開口を通過させ、該開口を通過した該反射シート状ビーム群をｍ個（但
し、ｍは２以上の整数）に等分割して、夫々がｎ個の検
出シート状ビームからなるｍ個の検出ビーム群とし、ｍ個の該検出シート状ビーム群毎に設けられたＴＤＩセ
ンサに該当する該検出シート状ビーム群を集光して受光
させ、ｍ個の該ＴＤＩセンサは夫々、該当する同じ検出シート
状ビーム群のｎ個の検出シート状ビームを別々に受光す
るｎ個の受光部を有して、共役となる該検出対象物の位
置を互いに異にし、該受光部は夫々、ｋ個（但し、ｋは２以上の整数）のセ
ルを有し、ｋ個の該セルに同じ該検出シート状ビームが
入射されて、該セル間で順次受光情報が転送されること
により、該検出対象物の同一検出点からの反射シート状
ビームによる受光量が積算され、ｍ個の該ＴＤＩセンサでの同じ該反射シート状ビームか
ら分割された検出シート状ビームを受光する１つずつの
該セルの検出出力を処理して、該検出対象物の該検出点
の高さを算出することにより、該検出対象物での該収束
シート状ビームが照射されるｎ個の検出点の高さを同時
に検出するようにしたことを特徴とする立体形状検出方
法。
【請求項５】請求項１または２に記載の立体形状検出
装置を用いたパターン検査装置であって、前記検出対象物の表面にパターンが形成されており、前記高さ算出手段で得られた前記検出対象物の表面の高
さ情報に基づいて、該パターンの欠陥を検出する欠陥検
出手段を備えることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項６】請求項３または４に記載の立体形状検出
方法を用いたパターン検査方法であって、前記検出対象物の表面にパターンが形成されており、算出された前記検出対象物の表面の高さ情報に基づい
て、該パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段を備える
ことを特徴とするパターン検査方法。