JPS6048578A

JPS6048578A - パタ−ン検出装置

Info

Publication number: JPS6048578A
Application number: JP58154060A
Authority: JP
Inventors: Takanori Ninomiya; 隆典二宮; Hirotani Saitou; 啓谷斉藤; Yasuo Nakagawa; 中川　泰夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-08-25
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1985-03-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、平面上に形成されたパターンの検出またはそ
の検査をする際に使用される、特に金属微粒子等の光を
正反射する面を持つ微粒子で形成されたパターン形状の
忠実な検出に好適なパターン検出装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、パターンを検出する方法としては、１）明視野（
落射）照明による方法、２）暗視野（斜方）照明による
方法、３）透過照明による方法などがあった。

明視野照明による方法では、第１図に示すように、ハー
フミラ−１等を用いて照明系２の光路を折り曲げ、パタ
ーン３のほぼ垂直上方よｐ照明し、一方検出系４は、こ
のように照明されたパターン３をやはシはぼ垂直上方よ
ジ検出する。このような構成によれば、照明方向と検出
方向がほぼ一致しているので、明るい光学像を得ること
ができる。

一般に、２次元イメージ・センサ、リニア・センサなと
の光電変換素子では、信号対雑音比（Ｓハ比）は入射光
量と一画面（リニアセンサでは１２イン）の検出に要す
る時間の積に比例するので、明るい光学像が得られる明
視野照明による方法によれば、結果的にＳ／Ｎ比が高い
パターン画像信号を高速に検出することが可能になる。

しかし、この方法を金属微粒子の正反射面を持つ微粒子
で形成されたパターンの検出に用いると、第２図に示す
ように、背景がパターンよ！ｌｌ明るく検出される材料
でできている場合、輝点ノイズ５として示されているよ
うに、パターンが部分的に輝いたり、逆に第３図に示す
ように、背景がパターンより暗く検出される材料ででき
ている場合、暗点ノイズ６として示されているように、
パターンが部分的に暗く検出され、パターンに微細が孔
がおいている場合との区別が困難となる。したがって、
この方法を用いてパターンの形状やパターン内部の孔を
検査すると、検査の信頼性を著しく低下させるという欠
点があった。

また、暗視野照明による方法では、第４図に示すように
、放物凹面鏡７などを用いて斜め方向よシバターンを照
明し、パターンのほぼ垂直上方よシ検出を行なう。この
方法では、第５図に示すように、パターンと背景の間に
段差８がある場合、その段差部分の与を特に明るく検出
できるので、パターンの輪郭や表面の凹凸を検出または
検査する場合には有効であるが、明視野照明の場合と同
様、金属微粒子等の正反射面を持つ材料で形成されたパ
ターンの検出には適さない。

また、透過照明による方法では、第６図に示すようにパ
ターン３が形成された対象物の裏側から照明し、パター
ンのシルエツト像を検出する。こ・の方法は、金属微粒
子等の正反射面を持つ材料で形成されたパターンでもそ
の形状を正しく検出する能力を持つが、裏表両面にバタ
ー７が形成されている場合、その識別が困難となシ、ま
たパターンの背景となる材質の光の透過率が低いと、暗
いシルエツト像しか検出できず、高速かつ高Ｓハの検出
画像が得られないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、金属微粒子等の光を正反射する面を持
つ微粒子で形成されたパターン形状を、パターン表面か
らの正反射光に影響されることなく忠実かつ高速に検出
する装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明によるパターン検出
装置は、対象を照明する手段と、照明された対象の光学
像を電気信号に変換する手段を備え、平面状の対象物表
面に形成されたパターンを検出する装置において、上記
照明手段が対象物を被検出パターンが形成されている側
から照明するように配置構成され、照明されたパターン
の同一箇所を同様に対象物の被検出パターンが形成され
ている側の異なった二つの方向から検出しパターンの光
学像の明暗を電気信号に変換する２組の撮像手段と、該
撮像手段から得られる二つの電気信号のパターンの対応
する部を合成する合成手段を有することを要旨とする。

本発明の有利な実施の態様においては、上記撮像手段は
りニアセンサであり、上記合成手段は二つの電気信号を
それぞれ２値化する手段と、得られた２値信号の論理積
または論理和を形成する手段とから成っているか、また
は二つの電気信号のうち大きい万または小さい方の値に
対応する値を出力する手段である。

本発明は下記のような本発明者等の知見に基すいてなさ
れたものである。

以下の説明は金属微粒子で形成されたパターンに限定し
て行う。金九以外の微粒子についても同様であることは
勿論である。

こ＼で、明視野照明による検出方法について再考する。

第７図（＆）は金属微粒子で形成されたパターンの断面
の一例を示し、第７図（ｂ）は円で囲まれた部分の拡大
図である。同図に示したように、金属微粒子９の形状は
一般にいくつかの平面（５９開面）１０よジ成っている
。したがって、各微粒子の表面における照明光の正反射
方向は入射角−反射角の反射の法則にしたがったものと
なる。第８図はこの様子を表わしており、１１は照明光
、１２は反射光を表わす。パターン表面に露出した微粒
子の臂開面の法線方向は全くランダムなものであるから
、パターン上万一方向より照射された照明光は、パター
ンの各点各点で全くランダムな方向に正反射する。この
ため、背景がパターンよｐ明るく検出される材料ででき
ている場合、検出光学系の結像レンズの入射ひとみに正
反射光７５：入射する点がパターン上で輝いて検出され
、結果的にこれが検出画像上での一種のノイズ（以降輝
点ノイズと呼ぶ。）となる（第２図）。また、背景がパ
ターンより暗く検出される材料でできている場合、逆に
、検出光学系の結像レンズの入射ひとみに反射光が入射
しない点がパターン上で暗く検出され、結果的にこれも
検出画像上での一種のノイズ（以降暗点ノイズと呼ぶ。

）となる（第３図）。

ここで、各点の正反射光はある特定の方向からのみ検出
し得ることを考慮すると、異なった２刀向からの検出画
像において、パターン上の輝点ノイズが同一の位置に現
われることはない。捷た、検出光学系の開口数を大きく
とれば、殆んどの場合、暗点ノイズも異った２方向から
の検出画像上で同一位置には現われない。したがって、
輝点ノイズまたは暗ノイズを相殺する形で２方向からの
検出画像を合成すれば、輝点ノイズまたは暗点ノイズの
ないパターンの検出が可能になる。第９図はこのこと模
式的に表わし、同図中（ａ）は被検出パターン、（ｂ）
および（Ｃ）は二つの異った方向からの検出画像、（ｄ
）は合成画像である。

〔発明の実施例］第１０図は本発明の一実施例を示す。本実施例はグリー
ン・シート・パターンなど印刷回路基板のパターン検査
に特に好適なパターン検出装置である。本実施例では、
パターン３は、光を乱反射、拡散させる白色のシート（
例えばアルミナを主成分とするグリーン・シート）上に
、黒色（またはシートより暗い色）の金属（例えばタン
グステン）微粒子により形成されており、このバター７
形状を輝点ノイズに影響されずに２値信号として出力す
ることを目的とする。

シートは、モータ１３によフ水平送り可能なテーブル１
４上に置かれ、そのほぼ垂直上方より水銀灯１５、水銀
灯電諒２９、コンデンサ・し／ズ１６、ミ２−１７、フ
ィルタ１８から成る照明装置により卵明される。光源と
しては、勿論水銀灯１５に限らず、ハロゲン・ラング等
地のものを用いてもよい。またこの場合、必ずしもミラ
ー１７によ９元路を折〃まげる必要はない。フィルタ１
８は、シート、パターンの材質または検出光学系に要影
響を及ぼす波長成分をカットする目的で用いられる。必
ずしも取付ける必要はないが、赤外線の悪影響を避ける
ため赤外線吸収フィルタを用いると良い結果が得られる
場合が多い。この場合、ミラー１７にはコールド・ミラ
ー（赤外線透過ミラー）を用いるとさらに効果的である
。このようにして照明されたパターンは、同じ倍率の結
像レンズ１９ａ　、　１９ｂによって二つのリニアφセ
ンサ２０ａ　、　２０ｂ上に結像される。倍率は必要な
検出分解能とリニア・センサの画像ピッチの比により決
定される。リニア・センサ２０ａ　、　２０ｂの配置法
は、上記したように同じ倍率の光学像が検出できるよう
にするとともに、シート上の同一場所が両方のセンサ２
０ａ　、　２０ｂ上に結像するようにする。この場合、
リニアーセンサ２０ａ　、　２０ｂの信号の読出し方向
（走査方向）は、第１０図の矢印Ｊ　、ａ２のように同
一方向とする。

これら二つのリニア・センサ２０ａ　、　２０ｂ　ｔｔ
ｌ一つのセンサ駆動回路２１により同期して動作させら
れる。

さて、このようにして得られたアナログ画像信号は、そ
れぞれ、増幅器２２１Ｌ　、　２２ｂに入力され、直流
オフセットおよび振幅が補正される。つぎにシェーディ
ング補正回路２３ａ　、　２３ｂによｐ１照明むら、セ
ンサの各画素の感度むらが補正される。シェーディング
補正回路２３ａ　、　２３ｂは、上記２種類のむらの影
響が無視できる場合は省いても艮い。

シェーディング補正回路２３ａ　、　２３ｂ　Ｋは、種
々の方式が考案されているが、例えば特開昭５７−３５
７２１号に示された回路である。つぎに、２値化（ロ）
路２４ａ、　２４ｂを用いて信号を２値化する。２値化
には、固定閾値による方法と浮動閾値による方法がちる
が、いずれの方法でも良い。さてつぎに、このようにし
″Ｃイセられた二つの２値信号をＡＮＤ回路５を用いで
合成する。なお、これはセンサがら２値化化号出力かに
至る回路の極性が正、っまり、明るい部分が論理Ｉ（に
なることを仮定した場合で、回路の極性が負の場合はＮ
ＯＲ回路を用いる。この場合得られる２値パタ一ン信号
では、パターン部分は論理りになる。したがってＮＯＴ
回路を用いて信号を反転させても良い。テーブルを水平
送ｐするモータ１３はモ〜り駆動回路２７によって駆動
されるが、駆動速度は、リニア・センサの走査速度、ボ
ールネジ路の減速比、送）方向の検出分解能にょｐ決定
される。以上説明した、本実施例の動作を第９図に示し
たバター／について、第１１図を用いて説明する。第１
１図において、（ａｌ）　（Ａ２）　、　（ｂｌ）（ｂ
２）　＋　（ｃｌ）　（ｃ２）はそれぞれリニア・セン
サ２０ａ。

２０ｂ１増幅器”２ａ　ｒ　２ｚｂ　、シェープインク
補正回路２３ａ　、　２３ｂ　、２値化回路２４ａ　、
　２４ｂの出力で、（ａｌ）　（ｂｌ）　（ｃｌ）　（
ｄｌ）が第９図のＡｌ−Ａ２に沿った信号、（Ａ２）　
（ｂ２）　（ｃ２）　（ｄ２）が８１−８２に沿った信
号である。まず第１１図（ａｌ　）　（Ａ２）に示すよ
うに一般にセンサ信号のＤＣオフセットおよび振幅は異
なった二つのセンサでは異なるので、増幅器を用いてこ
れらを補正し、（ｂｌ）（ｂ２）に示すような信号とす
る。

さらに（ｃＤ　（ｃ２）に示すようにシェーディング補
正回路２３ａ　、　２３ｂを用いて信号のうねりを取り
除き、閾値ＴＨＩ　、　ＴＨ２を用いて２値化するＱ（
ｃＪＸｌ！２）で？″！、！、信号ログ的に表現したが
、シェープインク補正（ロ）路２３ａ　、　２３ｂの方
式によっては、ディジタル信号である場合もある。こ＼
では固定閾値による方法を例示したが、先に述べたよう
に浮動閾値による方法でも良い。（ｄｌ）　（ｄ２）は
このようにしてめられた２値信号である。二つのセンサ
は前述したように完全に同一場所のパターンを検出して
いるので、（ｄｌ、）（ｄ２）の信号の論理積をとるこ
とによって、（りに示すように、輝点ノイズ部分を消去
することができる。以上のように本実施例によれば、比
較的簡単な構成で輝点ノイズのないパターンの２値画像
信号を得ることができる。まだ、センサにリニアφセン
サを用いているので、センサ相互の画素方向の寸法精度
は極めて良く、この結果、センサの位置合せが簡単にな
る。

な２、この実施例は白色シート上の黒色のパターンにつ
いで適用できるが、逆に暗い色のシート上に明るい色の
金属微粒子パターンが形成されている場合には、本実施
例を変形し、ＡＮＤ回路をＯＲ回路に変更することによ
シ、暗点）１ズを除去できる装置を構成することができ
る。

つぎに第】２図を用いて第２の実施例について述べる。

テーブル系、照明系、検出系については、前例と全く同
様でおる。信号処理、合成の過程で、増幅およびシェー
プインク補正を前例１を全く同様に行なった後、２信号
のうち小さい方の値を最小値回路３０で出力する。との
出力は輝点ノイズの除去されたパターンの明暗画像信号
３Ｊとなる。また、この信号を２値化回路列で２値化す
ることによりて、パターンの２値画像信号２６も同時に
生成することができる。２値化（ロ）路２４は前例でも
述べたように、固定閾値、浮動閾値いずれの方法でも艮
い。

りき゛に第１３図を用いて本実施例の動作について説明
する。同図は第９図のパターンを例に示したもノテ、（
ａｌ）　（Ａ２）　ｆ’ｌ：　セフ　ｆ　２０ａ　、　
２０ｂ、（ｂｌ）（ｂ２）は増ｍｆ５２２ｇ　、　２２
ｂ　、（ｃｌ）　（０２）はシェーディング補正回路２
３ｇ　、　２３１）、（ｄ）は最小値回路３ｏ、（ｅ）
は２値化回路冴の出力である。また、（ａｌ）　（ｂｌ
）　（ｃｌ）は第９図のＡｌ−Ａ２に沿った信号、（Ａ
２）　（ｂ２）（ｃ２）はＢｌ　−８２に沿った信号で
ある。（ａｌ）　（ｂｌ）（ｃｌ）　（ＬＬ２）　（ｂ
２）　（ｃ２）は第１１図を用いて説明した前例の動作
と全く同様である。（ｄ）は（ｃｌ）　（ｃ２）の信号
の小さい方の値を最小値回路３ｏで出方した結果であジ
、輝点ノイズの除去されたパターンの明暗信号が出力さ
れている。（ｄ）にほこの出方がアナログ信号であるか
のように表示されでいるが、（（ＩＩ、）（ｃ２）が前
例に述べたようにシェープインク補正（ロ）路の方式に
よりディジタル信号である場合もあるので、（ｄ）はデ
ィジタル信号でらる場合もある。またこの信号を固定閾
値ＴＨにより２値化することによｐｌ　２伝信号（ｅ）
が取り出せる。図示しτいないが、浮動閾値による２値
化を用いても良いことは前述した通りである。

本実施例に関しても前例と同様、暗い色のシート上に明
るい色の金属微粒子パターンが形成されている場合に対
しての菱形が考えられる。つｆＤ最小値（ロ）路を最大
値回路に変更することにより、暗点ノイズを除去できる
装置を構成できる。

つぎに第１４図を用いて第３の実施例について説明する
。これは、第１の実施例においてセンサおよび開明系を
変更したものであシ、他の構成および動作は全く同様で
ある。センサには光電子増倍’Ｗ　３２ａ　、　３２ｂ
を用いる。光電子増倍ｔＨ３２ａ　、　３２ｂはポイン
ト・センサであるから、ガルバノミラ−３３ｎ　、　３
３ｂを用いて線状に定食する。ガルバノミラ−３３ａ　
、　３３ｂは第１４図のｂｌ、ｂどの方向に同期制御回
路３５を用いて同期的に掃引する。３６ａ、、３６ｂは
光電子増倍管３ｚａ　、　３２１＋の電源を示す。パタ
ーン上の検出点は検出系の位置調整により、二つのセン
サに関して同一点とすることは前２例と全く同様である
。光源には、前２例と同様に、水銀灯なども用いること
ができるが、光電子増倍管の感度は非常に高いため、発
光ダイオード３１などの輝度が低い光源を用いることが
可能である。このため本実施例では、第１の実施例の第
１の効果に加え、熱や紫外線など強力な光に対して弱い
パターンの場合でも感度良くパターンを検出することが
可能であるとともに、光源の消費電力や熱の発生を低く
おさえることのできるという効果がある。

つぎに第１５図を用いて第４の実施例について説明する
。本実施例は、第２の実施例を第１の実施例から第３の
実施例に対して変形したのと同様に変形した例であり、
センサおよび照明系の構成と動作は第３の実施例と、そ
の他の部分の動作、構成は第２の実施例と全く同様であ
る。本実施例には、輝点ノイズを除去したパターンの明
暗画像信号および２伝信号が得られるという第２の実施
例の効果に加え、第３の実施例と同様の効果がある。

また、上記第３および第４の実施例の場合も、第１およ
び第２の実施例の場合と同様、暗い色のシート上に明る
い色の金属微粒子パターンが形成されている場合の暗点
ノイズを除去する検出装置への変形が考えられることは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、金属微粒子など光
を正反射する面を持つ微粒子で形成されたパターンの形
状を低ノイズで検出できるので、これを用いた場合、非
常に高い信頼性で検査が可能になるという効果がある。

また、基本的には明視野照明方式の一つの変形であるの
で、明るい光学像を検出でき、高速なパターン検出が可
能となる。

第３図は金属微粒子パターンの検出画像のノイズを示す
図、第４図は暗視野照明方式の説明図、第５図は段差の
おるパターンの斜視図、第６図は透過照明方式の説明図
、第７図は金属微粒子で形成されたバター／の断面図及
びその一部の拡大図、第８図はパターン上での光の反射
方向を示す図、第９図は本発明の詳細な説明するための
図、第１０図、第１２図、第１４図、および第１５図は
本発明の四つの異なった実施の態様によるパターン検出
装置の構成を示すブロック図、第１１図および第１３図
はそれぞれ第１０図および第１２図に示す装置の動作を
説明するだめのパルス波形図で６る。

１・・・ハーフミラ−１２・・・照明系、３・・・パタ
ーン、４・・・検出系、５・・・輝点ノイズ、６・・・
暗点ノイズ、７・・・放物凹面鏡、８・・・段差、９・
・・金属微粒子、１０・・・労開面、１１・・・照明光
、１２・・・正反射光、１３・・・モータ、１４・・・
テーブル、１５・・・水銀灯、１６・・・コンテンヤ９
１／ンズ、１７・・・ミラー、］−８−・・フィルタ、
１９ａ　、　１９ｂ・・・結像レンズ、２０ａ　、　２
０ｂ・・・リニアーセンサ、２１・・・センサ駆動回路
、２２ａ　、　２２ｂ・・・増幅器、２３ｇ　。

２３ｂ・・・シェープインク補正回路、２４　、２４ａ
　、　２４ｂ・・・２値化回路、５・・・ＡＮＤ回路、
が・・・２伝信号出力、γ・・・モータ駆動回路、あ・
・・ボールネジ、２９・・・水銀灯電源、凹・・・最小
値回路、３１・・−明暗画像信号、３２ＩＬ　、　３２
ｂ・・・光電子増倍管、３３ａ　、　３３ｂ・・・カル
バノミラー、あ・・・発光ダイオード、３５・・同期制
御回路、３５ａ　、　３６ｂ・・・光電子増倍管電源代
理人　弁理士　秋　本　正　実第１図第２図肩：３図第４図 ”；：：、５図Ｆ１′↓６図にじ８図２．７９図（ａ）５（Ｃ）第１０図６第１１図第１２図６６１第１３図；に　１４図

Claims

【特許請求の範囲】１、　対象を照明する手段と、照明された対象の光学像
を電気信号に変換する手段を備え、平面状の対象物表面
に形成されたパターンを検出する装置において、上記照
明手段が対象物を被検出パターンが形成されている側か
ら照明するように配置構成され、照明されたパターンの
同一箇所を同様に対象物の被検出パターンが形成されて
いる側の異なった二つの方向から検出し、パターンの光
学像の明暗を電気信号に変換する２組の撮像手段と、該
撮像手段から得られる二つの電気信号のパターンの対応
する部を合成する合成手段を有することを特徴とするパ
ターン検出装置。２、　上記撮像手段がリニアセンサでろることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のパターン検出装置。３、上記合成手段が二つの電気信号をそれぞれ２値化す
る手段と、得られた２値信号の論理積または論理和を形
成する手段とから成ることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のパターン検出装置。４　上記合成手段が二つの電気信号のうち大き、い方ま
たは小さい方の値に対応する値を出力する手段であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン検
出装置。