JP2002039963A - 外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】はんだ付部のはんだ無し、はんだ過多・過少、
はんだ付部のショート等の欠陥を高速度で、且つ高信頼
度でもって検査できるようにすること、すなわち、試料
の外観を観察して試料の欠陥を高速に分類できる外観検
査方法を提供すること。 【解決手段】予め記憶された位置座標データに基づいて
テーブルを駆動して該テーブルに載置した試料の所望の
領域を顕微鏡の視野に入れ、該顕微鏡の視野に入った前
記試料の所望の領域を撮像して該所望の領域の画像を
得、該所望の領域の画像を記憶し、該記憶した所望の領
域の画像を分類するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板等の
はんだ付部を検査するはんだ付部の外観検査方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のはんだ付部の外観検査装置として
は、特開昭５８−６０５９３号公報等に示すようなもの
が知られていた。この方法ははんだ付部に点状のスポッ
トを照明し、このスポットを走査することによりはんだ
付部の光切断線を抽出するものである。

【０００３】この方法により、はんだ表面の状態に係ら
ず、はんだの断面形状を計測できるのではんだ無し、は
んだ過多等の不良を検査することができる。

【０００４】また、特開昭６１−１２１０２２号公報に
は、共焦点の光学系を用いて、立体形状を測定できる装
置が紹介されている。この方法は、光束を進行方向に垂
直な平面内でｘｙ方向に走査して検出した光強度信号か
ら２次元のイメージを作成し、更にＺ方向には、試料を
載置したステージを走査し、各（ｘ，ｙ）座標毎に検出
した光強度を最大とするＺの値を求め、これにより、Ｚ
方向のプロファイルを検出するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の従来技術では、
はんだ面の断面形状のみ利用しているため、はんだ量の
計測ができず、はんだ過多、過少の評価を正確にできな
いという課題を有していた。

【０００６】また後者の従来技術は、共焦点光学系が高
分解能であることを利用した顕微鏡であるため、測定範
囲が小さいという課題を有していた。またはんだ表面は
鏡面に近いため、測定面の角度によって反射光が検出器
に戻ってこなくなり、また角度によってはほぼ１００％
検出器に戻ってくる。従って検出器に何桁ものダイナミ
ックレンジが必要となるという課題を有していた。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
はんだ付部の立体形状を求め、はんだ無し、はんだ過多
・過少、はんだ付部のショート等の欠陥を高速度で、且
つ高信頼度でもって検査できるようにしたはんだ付部の
外観検査方法及び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】本発明は、上記目的を達
成するために、はんだ付部を有する基板をステージ上に
載置し、直線偏光の微小スポット光（直線偏光の微小ス
ポットレーザ光）を上記はんだ付部に対して２次元的に
走査しながら対物レンズを通して照射し、上記はんだ付
部の表面から反射した光の内、対物レンズを通して結像
される正反射光の像を偏光素子により遮光して散乱光の
像を光電変換手段により受光して信号として検出し、上
記微小スポット光を相対的に高さ方向に移動させて上記
信号が最大となる高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）を２次元的な座
標（ｘ，ｙ）に対して求め、この求められた高さの値Ｚ
（ｘ，ｙ）から上記はんだ付部について検査することを
特徴とする。即ち本発明は、検査対象であるはんだ面は
鏡面に近いものの、表面には０．０１μｍ〜０．５μｍ
程度の微小な凹凸が存在することに着目し、はんだ表面
に直線偏光（レーザ）光を照射し、検出側に該入射光と
同じ方向の偏光光を遮光する偏光フィルタを設置し、は
んだ表面から発生する正反射光を遮光し、微小な凹凸か
ら生じる散乱光を選択的に検出してはんだの立体形状を
測定するようにしたことにある。

【０００９】また、本発明は、はんだ付部を有する基板
をステージ上に載置し、微小スポットのレーザ光を上記
はんだ付部に対して２次元的に走査しながら対物レンズ
を通して照射し、上記はんだ付部の表面から反射した光
の内、対物レンズを通して結像される正反射光の像を空
間フィルタにより遮光して散乱光の像を光電変換手段に
より受光して信号として検出し、上記微小スポットレー
ザ光を相対的に高さ方向に移動させて上記信号が最大と
なる高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）を２次元的な座標（ｘ，ｙ）
に対して求め、この求められた高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）か
ら上記はんだ付部について検査することを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、鏡面に近いはんだ表面の
立体形状を測定することができるように、共焦点光学系
を用いた光走査形顕微鏡のＮ．Ａ．を限定した（Ｎ．
Ａ．が０．２以下）対物レンズを用い、更にＺ方向に走
査して光の集光位置を変えることができる構成にしたこ
とにある。

【００１１】

【作用】ところで、はんだ試料１４のように表面に微小
凹凸があり、はんだ試料表面から散乱反射された散乱反
射光には直線偏光（Ｓ偏光）の１０〜２０％の成分が９
０°回転した方向の偏光成分（Ｐ偏光）に変換されてい
る。またはんだ試料１４の表面に微小な凹凸があるた
め、入射方向に対して−１８０°の方向まで散乱する光
が存在する。本発明では、低Ｎ．Ａ．の対物レンズを用
いて偏光を利用することにより、正反射光が検出系に入
る場合と入らない場合との両方の光を同時に検出するた
めに検出系が必要とするダイナミックレンジを３〜４桁
減らすことができる。従って、Ｚ方向に走査した場合の
はんだ試料の表面が鏡面に近い状態でもはんだ試料から
検出される光の強度を強めることができ、センサから得
られる信号のピーク位置を検査手段は正しく求めること
ができ、その結果はんだ試料の表面の３次元形状を正し
く算出することができる。

【００１２】また、正反射光の遮光を、偏光素子によら
なくても空間フィルタによっても実現することができ
る。

【００１３】またはんだ試料の表面形状を検出する際、
はんだ試料の表面の微小な凹凸から生じる散乱光強度を
高くして正反射光の成分を低くするためには、照明光の
波長を可視光（７００〜４００ｎｍ）を含め可視光より
短くした方（７００ｎｍ以下）が望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のはんだ付外観検査
方法及びその装置の一実施例を図１及び図２に基いて説
明する。即ち、本発明のはんだ付外観検査方法及びその
装置は、大別してステージ部１０、走査光作成部３０、
光学系部５０、検出部７０、及び検出信号処理部９０か
ら構成される。ステージ１０は、立体形状のはんだ付部
を有する試料１４を載置支持する試料支持台１１、該試
料支持台１１を載置し、且つＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動する
Ｘ・Ｙ・Ｚステージ１２、及びＸ・Ｙ・Ｚステージ１２
を制御するＸ・Ｙ・Ｚステージコントローラ１３から構
成される。Ｘ・Ｙ・Ｚステージコントローラ１３は、検
出信号処理部９０内のマイクロコンピュータ９１からの
信号によって、予めプログラムされた試料１４の検査箇
所を光学系部５０の検査可能エリアに自動的に運ぶ（位
置決めする）。走査光作成部３０は、例えばＨｅ−Ｎｅ
レーザ光源３１、ビームエキスパンダ３２、Ｘ走査駆動
系（Ｘ走査駆動源及びその制御装置）３６、Ｘ走査ミラ
ー３３、偏光ビームスプリッタ３４、Ｙ走査駆動系（Ｙ
走査駆動源及びその制御装置）３７、Ｙ走査ミラー３５
より構成される。ここで例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源３
１は、この他にＡｒレーザ光源やＨｅ−Ｃｄレーザ光源
等のように短波長のレーザ光を出力するものが望まし
い。即ちレーザ光源３１として、可視光（７００〜４０
０ｎｍ）を含め可視光より短くした波長（７００ｎｍ以
下）のレーザ光を出射するものが望ましい。しかしなが
ら、本発明のようにはんだ付部の立体形状を検査する上
では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（６３３ｎｍ）でも十分であ
る。またビームエキスパンダ３２は、光学系部５０に特
定の拡がりをもった光束を送るためのものである。この
光束の拡がりは、本発明の思想の核になっている入射光
のＮ．Ａ．（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）を
決定するものである。Ｘ走査駆動系３６、Ｙ走査駆動系
３７、Ｘ走査ミラー３３、Ｙ走査ミラー３５は、ここで
はガルバノミラーを用いているが、必ずしもガルバノミ
ラーである必要はなく、ポリゴンミラー、ホログラフィ
ックスキャナー、音響光学素子等の他の光走査手段であ
ってもよい。また走査範囲を大きくして視野を大きくす
るために、Ｙ走査ミラー３５をＸ方向に長いものを用い
ている。これも他の走査方向により短くすることが可能
である。また図２に示したように、走査ミラー３８をＸ
走査駆動系３６で回転走査し、更にこの系をＹ走査駆動
系３７で回転走査する構成でもよい。この方法は、Ｘ走
査駆動系３６の高い再現精度が要求される。逆に言う
と、図１に示した方法は、ＣＣＤリニアセンサによりＸ
座標が決まるため、Ｘ走査駆動系３６に、高い再現精度
が要求されないという利点を有する。

【００１５】光学系部５０は、集光レンズ５１、フィー
ルドレンズ５２、対物レンズ５３、Ｚ方向走査レンズ５
４、及びＺ方向走査レンズ５４をＺ方向に移動走査させ
るＺ方向走査駆動系５５により構成される。

【００１６】走査光作成部３０によりＸ，Ｙ方向に走査
された光は、集光レンズ５１によりフィールドレンズ５
２上に集光される。この像が、対物レンズ５３及びＺ方
向走査レンズ５４により、はんだ試料１４付近に結像さ
れる。

【００１７】ここで、対物レンズ５３とＺ方向走査レン
ズ５４の間の光束は、平行光束となるように設計されて
いる。これにより、Ｚ方向走査レンズ５４から試料付近
の集光点までの距離Ｌは常に一定に保たれている。即
ち、Ｚ方向走査レンズ５４をＺ方向に走査することによ
り、はんだ試料１４と集光点とのＺ方向の相対位置を走
査（移動）することができる。

【００１８】しかしながら、Ｚ方向の走査は、必ずしも
このＺ方向走査レンズ５４を用いる必要はなく、対物レ
ンズ５３とＺ方向走査レンズ５４を一つのレンズとして
固定してしまい、Ｚ方向の走査（移動）は、Ｘ・Ｙ・Ｚ
ステージ１２のＺステージを用いても良い。

【００１９】上記集光レンズ５１及びフィールドレンズ
５２は、必要な観察視野を得るためのものである。しか
し、視野を十分取れるのであれば、集光レンズ５１及び
フィールドレンズ５２を用いずに、直接対物レンズ５３
に入射させてもよいことは明らかである。

【００２０】検出部７０は、結像レンズ７１、一次元リ
ニアセンサ７２より構成される。ここで、結像レンズ７
１は、Ｚ方向走査レンズ５４、対物レンズ５３、フィー
ルドレンズ５２、集光レンズ５１と組み合わされ、試料
付近の集光位置と検出器（一次元リニアセンサ）７２の
受光面とは共役な関係、即ち結像関係になっている。即
ち上記光学系は共焦点光学系を形成している。そして一
次元リニアセンサ７２は、Ｘ走査ミラー３３の走査に合
わせた向きに配置されている。ところで、図２に示すよ
うに、Ｘ走査ミラー３５を同一の走査ミラー３８で行う
場合には、一次元リニアセンサ７２に代えてピンホール
７３と検出器７４を用いる。

【００２１】更に、上記偏光ビームスプリッタ３４によ
り、はんだ試料１４から戻ってくる光と、偏光ビームス
プリッタ３４で反射して一次元リニアセンサ７２に入る
光との干渉を抑える効果を有する。

【００２２】検出信号処理部９０は、マイクロコンピュ
ータ９１、通常のメモリ等で形成された検出信号記憶手
段９２、比較器９３、及びＺ座標記憶手段７４等から構
成される。

【００２３】上記検出信号記憶手段９２は、光束のＸ，
Ｙ走査に合わせて、それぞれのｘ，ｙの座標に対応して
一次元リニアセンサ７２より検出される信号の値を記憶
すると共に比較器９３から出力される値に更新して記憶
するフレームメモリである。上記比較器９３は、Ｚ方向
の走査（移動）のたびに各ｘ，ｙ座標毎に、一次元リニ
アセンサ７２より検出されるそれぞれの検出信号と、上
記検出信号記憶手段９２に記憶された同じｘ，ｙ座標に
対応した信号の値とを比較し、大きい方の値を出力し、
上記検出信号記憶手段９２の値を書き換えると同時にそ
のときのＺ（ｘ，ｙ）座標をＺ座標記憶手段９４に出力
する。これにより、検出信号が最大となるＺ（ｘ，ｙ）
座標が、それぞれのｘ，ｙ座標毎に、上記Ｚ座標記憶手
段９４に記憶される。従って、該Ｚ座標記憶手段９４
に、ｘ，ｙ座標毎、記憶されたＺ（ｘ，ｙ）座標は、そ
のままはんだ試料１４の３次元プロファイルを示すこと
になる。

【００２４】そこで、予めプログラムされたＸ，Ｙ座標
の位置のＺ（ｘ，ｙ）座標を次式のように、積分すれ
ば、それが体積Ｖ、即ちはんだ付部のはんだ量になる。

【００２５】Ｖ＝∬Ｚ（ｘ，ｙ）ｄｘｄｙ 以上本発明は、はんだ付部の表面に微小な凹凸があるこ
とを利用している。そのため、この微小な凹凸が多い方
が、高い精度で検査をすることができる。そこで、はん
だ付けの処理直後に、酸素ガスを送り、はんだ付け表面
を酸化させ、酸化膜による表面の凹凸を増してはんだ検
査をしやすくすることができる。このようにはんだ表面
を酸化させることによって微小な凹凸が増してはんだ表
面が鏡面状態からくすんできて散乱光が生じやすくな
る。

【００２６】また、はんだの表面の酸化を促進させる方
法として、上記はんだに酸化剤を混入させる方法があ
る。このようにはんだに酸化剤を混入させることによっ
てはんだ表面を酸化しやすくして微小な凹凸を形成し、
散乱光を生じやすくすることができる。

【００２７】次に上記実施例の作用・動作について具体
的に説明する。即ち、はんだ試料１４をステージ部１０
に載置する。この際、予め設計データ等に基いて作成さ
れ、且つ入力されたプログラムによりマイクロコンピュ
ータ９１は指令をＸ・Ｙ・Ｚステージコントローラ１３
に与え、Ｘ・Ｙ・Ｚステージコントローラ１３はステー
ジ１０を制御してはんだ試料１４をプログラムされたｘ
・ｙ・ｚ位置（各はんだ試料１４毎の位置）に動かす。
そしてマイクロコンピュータ９１は駆動指令をＸ走査駆
動系３６とＹ走査駆動系３７とに与え、Ｘ走査駆動系３
６はＸ走査ミラー３３を回動させ、Ｙ走査駆動系３７は
Ｙ走査ミラー３５を回動させる。一方例えばＨｅ−Ｎｅ
レーザ光源３１から発振されたＨｅ−Ｎｅレーザビーム
は、ビームエキスパンダ３２で特定の拡がりをもった光
束（ビーム）に変換されてＸ走査ミラー３３でＸ方向に
走査され、特定方向に直線偏光したレーザビームだけが
偏光ビームスプリッタ３４を通過してＹ走査ミラー３５
でＹ方向に走査され、光学系部５０に入射する。入射さ
れた直線偏光（例えばＳ偏光）されたレーザビームが集
光レンズ５１によりフィールドレンズ５２上に集光さ
れ、この像が対物レンズ５３及びＺ方向走査（移動）レ
ンズ５４によりはんだ試料１４付近に結像される。ここ
で、対物レンズ５３とＺ方向走査（移動）レンズ５４と
の間の直線偏光レーザ光束（ビーム）は、平行光束にな
るように形成されているので、Ｚ方向走査（移動）レン
ズ５４からはんだ試料１４上の集光点までの距離Ｌは常
に一定に保たれている。そしてはんだ試料１４の表面か
ら発生する正反射光と散乱反射光とが生じる。しかし、
正反射光は上記照射集光された直線偏光（例えばＳ偏
光）として戻っていき、散乱反射光は上記直線偏光成分
（例えばＳ偏光）と該直線偏光に対して直角な偏光成分
（例えばＰ偏光）を有して戻っていく。従って、はんだ
試料の表面で反射して戻る光の像はフィールドレンズ５
２上に結像され、集光レンズ５１を通してＹ走査ミラー
３５で反射走査され、偏光ビームスプリッタ３４により
正反射光であるＳ偏光は遮光され、散乱反射光に含まれ
るＰ偏光のみが反射されて検出部７０に入射し、結像レ
ンズ７１により一次元リニアセンサ７２上に結像され、
一次元リニアセンサ７２により光像が受光され、一次元
リニアセンサ７２から信号が検出される。

【００２８】はんだ試料１４からの反射光を検出し、検
出信号記憶手段９２に記憶する。

【００２９】更に、Ｚ方向走査駆動系５５により、集光
点をＺ方向に１ステップ走査し、上記のＸ，Ｙ走査をす
る。このとき、検出信号と、既に記憶されている検出信
号とを比較器９３により比較し、大きな方の値を検出信
号記憶手段９２に記憶し、同時にその時のＺの値Ｚ
（ｘ，ｙ）をＺ座標記憶手段９４に記憶する。

【００３０】以下、この動作をＺを１ステップずつ走査
しながら繰り返す。こうして作られた３次元形状から所
定欠陥のはんだ量を積分により算出する。

【００３１】上記走査光作成部３０及び光学系部５０に
形成された共焦点光学系を用いた光走査形顕微鏡部は、
照明光束の開口数（Ｎ．Ａ．：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａ
ｐｅｒｔｕｒｅ）によって焦点深度が決定される。焦点
位置からはんだ試料面が正負のいずれの方向でも遠ざか
った場合には、検出信号が弱くなる。従って、はんだ試
料１４と光焦点位置を相対的にＺ方向に走査（移動）し
て検出信号が最大となる位置のＺ座標を検出信号処理部
９０において検出すれば、はんだの表面のＺ座標Ｚ
（ｘ，ｙ）となる。本発明のようにはんだ付部の検査で
は、ｘ，ｙ方向に１０μｍ程度Ｚ方向に、数μｍ程度の
分解能があれば良く、また検査対象の大きさから数ｍｍ
〜数１０ｍｍ程度の視野が必要となる。

【００３２】この視野と分解能を得るために、対物レン
ズ５３として顕微鏡用の対物レンズではなく、フィルム
転写用のレンズを用いている。具体的には、例えば波長
λ＝６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用い、対物レンズ
５３としてＮ．Ａ．＝０．１５のレンズを用いた場合の
焦点深度△Ｚは次の式（１）で算出できる。

【００３３】 △Ｚ＝０.５Ｘ（λ／Ｎ．Ａ．）^２≒８.９（μｍ） （１） 次に、はんだ表面が鏡面に近いために、正反射光が検出
器に入ってくる場合と、入って来ない場合で、何桁もの
ダイナミックレンジが必要になるという課題を解決する
ための、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源３１、ビームエキスパン
ダ３２、及び偏光ビームスプリッタ３４からなる偏光照
明と、Ｚ方向走査レンズ５４、対物レンズ５３、フィー
ルドレンズ５２、集光レンズ５１、偏光ビームスプリッ
タ３４、結像レンズ７１、及び一次元リニアセンサ７２
よりなる偏光検出系との作用について説明する。即ち、
照明された表面が理想的な鏡面の場合、その反射光は入
射・射出角度と、材料の屈折率により決定される方向に
偏光して反射する。

【００３４】これの偏光角を、上記の例について計算し
てみる。入射角θｉ、入射面と入射光束の偏光面のなす
角をαｉ、はんだの屈折率をｎｓとしたとき、反射光束
の偏光面と入射面とのなす角α_０は以下の（２）式で算
出できる。

【００３５】 Ｓ＝ｓｉｎαｉ・(−ｓｉｎ(θｉ−θｉ')／ｓｉｎ(θｉ＋θｉ') ｐ＝ｃｏｓαｉ・(ｔａｎ(θｉ−θｉ')／ｔａｎ(θｉ＋θｉ') ｎ ｓｉｎθｉ'＝ｓｉｎθｉ ｔａｎ α_０＝Ｓ／ｐ ・・・・・・・・（２） そこで対物レンズ５３がＮ．Ａ．＝０．１５の場合、正
反射光がレンズ内に戻ってくるθｉの最大値は８．６°
である。このときはんだの屈折率を４．０としてα_０−
αｉは、αｉ＝４５°のとき最大となり、α_０−αｉ＝
０．３２°となる。この角度変化は、以下の式（３）に
示される成分だけ偏光が乱される ｓｉｎ（α_０−αｉ）≒０．００５５ ・・・・・・・・・・・・・（３） 即ち、偏光が乱される成分ははずか０．５％である。こ
の事実に着目すると、検出光学系側に偏光フィルタ３４
を設置すると、正反射光の９９．５％まで遮光すること
ができる。ここで、式（２）において、θｉが例えば６
０°の場合、 α_０−αｉ＝２０° ｓｉｎ（α_０−αｉ）＝０．３４ となり、偏光フィルタを入れても、正反射光の６６％し
か遮光できないことを考えると、本発明が照明光学系の
Ｎ．Ａ．も考慮に入れた特殊な条件（上記の関係から対
物レンズ５３として視野を拡大して対物レンズ５３の
Ｎ．Ａ．を０．２程度以下にした。）のときに成立する
ものであることがわかる。即ち、はんだ試料１４のよう
に表面に微小凹凸があり、実験によるとはんだ試料表面
から散乱反射された散乱反射光には直線偏光（Ｓ偏光）
の１０〜２０％の成分が９０°回転した方向の偏光成分
（Ｐ偏光）に変換されている。またはんだ試料１４の表
面に微小な凹凸があるため、入射方向に対して−１８０
°の方向まで散乱する光が存在する。（Ｅ．Ｗｏｌｆ
他：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ｐｐ
９５０−９６２参照） 以上前記実施例のように、偏光を利用した場合、はんだ
試料１４の表面で反射した正反射光が検出部７０に入る
場合と入らない場合とのダイナミックレンジを３〜４桁
減らすことができる。従って、Ｚ方向に走査した場合の
はんだ試料１４の表面から検出される光の強度を強める
ことができ、センサ７２から得られる信号のピーク位置
を比較手段９３は正しく求めることができ、その結果メ
モリ９４ははんだ試料１４の表面の３次元形状を正しく
算出することができる。

【００３６】またはんだ試料１４の表面形状を検出する
際、はんだ試料１４の表面の微小な凹凸から生じる散乱
光強度を高くして正反射光の成分を低くするためには、
照明光の波長を短く（可視光より波長を短く７００ｎｍ
以下）して散乱光強度を高くした方が望ましい。これは
前記式（２）及び（Ｅ．Ｗｏｌｆ 他：Ｐｒｉｎｃｉｐ
ｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ｐｐ９５０−９６２）か
ら明らかである。

【００３７】次に前記のようにして検出されたはんだ試
料１４の３次元形状から、はんだ検査をするアルゴリズ
ムの１例を図５乃至図７を用いて説明する。

【００３８】図５ははんだ試料１４の斜視図である。正
常部１２１、はんだ少量部１２２、はんだ多量部１２
３、はんだ不良部１２４が存在する。図６は図５の側面
図である。ウインドウ１２５、１２６、１２７、１２８
及び切り出し線１２９、１３０、１３１、１３２を重ね
て示してある。図７（ａ）は正常部１２１の断面図、同
図（ｂ）ははんだ少量部１２２の断面図、同図（ｃ）は
はんだ多量部１２３の断面図、同図（ｄ）ははんだ不良
部１２４の断面図である。また、図８は切り出し線１２
９、１３０、１３１、１３２部の本発明による検出結果
である。図９は図８の微分値である。これは闘値１３３
により良否を判定することができる。

【００３９】図５に示したはんだ試料１４を検査する場
合を考える。マイクロコンピュータ９１には、予めプリ
ント基板の設計データから検査すべきはんだ付部の位置
がプログラムされている。

【００４０】このプログラムに従って、メモリ９４上に
生成された３次元形状の所定の位置に、ウインド１２５
〜１２８を設けて、ウインド内の体積をＺ値Ｚ（ｘ，
ｙ）を積分することによって算出する。

【００４１】この値が所定の範囲にあれば、良品とす
る。更にウインド内の切り出し線１２９〜１３２の形状
を求めて、その微分値が図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）の
ように不連続に変わっている場合を不良とし、同図
（ａ）に示すように、滑らかに変化している場合を良品
とする。

【００４２】図３に本発明の第３の実施例を示す。第１
の実施例は正反射光を偏光板により遮光したのに対し、
第３の実施例は正反射光を積極的に取り込んでいる。即
ち図３に示したように、球面ミラー５６をその中心が集
光点５７に一致するように設定し、はんだ試料１４の表
面上の対物レンズ５８による集光点５７から対物レンズ
５８に入射しない方向に射出した光束を球面ミラー５６
で集光点５７に向かって反射させて対物レンズ５８の視
野内に戻す構成とした。この構成により、はんだ試料１
４の表面の向きに対するダイナミックレンジを緩和し
た。即ち、はんだ試料１４の表面の向きに影響されるこ
となく、乱反射した光の殆ど全てが対物レンズ５８の視
野内に入り込み、はんだ試料表面の３次元形状を高感度
で検出することができる。ここで集光点５７は、固定し
てはんだ試料１４を有する配線基板をした試料支持台１
１をＸ・Ｙ・Ｚステージ１２を駆動制御して走査（移
動）させる必要がある。従ってＸ走査駆動系３６、Ｙ走
査駆動系３７、Ｚ走査駆動系５５を省くことができる。
また対物レンズ５３とＺ方向走査レンズ５４は、合せて
対物レンズ５８とすることができる。この方法は、はん
だ試料１４を有する配線基板を載せた試料支持台１１を
Ｘ・Ｙ・Ｚステージ１２を駆動制御して走査するため、
このＸ・Ｙ・Ｚステージ１２として大きく、且つ高精度
のものが要求される。

【００４３】図４に本発明の第４の実施例を示す。即
ち、第４の実施例は、第１及び第２の実施例に示す偏光
素子（偏光ビームスプリッタ３４）の代わりに正反射光
を空間フィルタ５９によって遮光するものである。これ
により、はんだ試料表面上の集光点からの散乱反射光の
像がセンサ（検出器）７４によって検出され、図１及び
図２に示した装置と同様な作用効果を有する。即ち例え
ばＨｅ−Ｎｅレーザ光源３１より射出したレーザ光は、
ビームエキスパンダ３２によりビーム径が拡大されて対
物レンズ５３とＺ方向走査レンズ５４との間に設置され
たミラー（空間フィルタの役目もする。）５９により反
射して、Ｚ走査駆動系５５で走査駆動されるＺ方向走査
レンズ５４を介してはんだ試料１４の表面上に集光す
る。ここで、Ｈｅ−Ｎｅレーザ３１、ビームエキスパン
ダ３２、ミラー５９、対物レンズ５３、及びＺ方向走査
レンズ５４を２次元的（Ｘ方向、及びＹ方向）に固定し
た場合、Ｘ・Ｙ・Ｚステージ１２をＸ方向、及びＹ方向
に走査しても良いことは明らかである。また、検出系７
０は、図２に示す実施例と同様に、ピンホール７３、及
びセンサ７４を用いている。このセンサ７４は一次元リ
ニアセンサである必要もないことは明らかである。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、基板上のはんだ付部の
外観検査において、低Ｎ．Ａ．の対物レンズを用いた共
焦点光学系を有する顕微鏡で、正反射光を偏光素子また
は空間フィルタにより遮光して鏡面に近いはんだ試料表
面の立体形状を計測するようにしたので、はんだ量を算
出でき、信頼性の高く、且つ高速度ではんだ付部につい
て検査することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のはんだ付部の外観検査装置の一実施例
を示した構成図。

【図２】本発明のはんだ付部の外観検査装置の第２の実
施例を示した構成図。

【図３】本発明のはんだ付部の外観検査装置の第３の実
施例を示した構成図。

【図４】本発明のはんだ付部の外観検査装置の第３の実
施例を示した構成図。

【図５】本発明に係るはんだ試料を示した斜視図。

【図６】図５の平面図。

【図７】本発明に係るはんだ試料を示した側面図。

【図８】図７に示すはんだ試料を本発明により算出され
た形状信号波形を示す図。

【図９】図８に示す形状信号を微分して得られる微分信
号波形を示す図。

【符号の説明】

１０…ステージ部、１１…試料支持台、１２…Ｘ・Ｙ・
Ｚステージ、１３…Ｘ・Ｙ・Ｚステージコントローラ、
１４…はんだ試料、３０…走査光作成部、３１…レーザ
光源、３２…ビームエキスパンダ、３３…Ｘ走査ミラ
ー、３４…偏光ビームスプリッタ、３５…Ｙ走査ミラ
ー、５０…光学系部、５１…集光レンズ、５２…フィー
ルドレンズ、５３…対物レンズ、５４…Ｚ方向走査レン
ズ、７０…検出部、７１…結像レンズ、７２…一次元リ
ニアセンサ、９０…検出信号処理部、９１…マイクロコ
ンピュータ

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月２７日（２００１．４．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 外観検査方法

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、外観検査方法において、予め記憶された
位置座標データに基づいてテーブルを駆動してこのテー
ブルに載置した試料の所望の領域を顕微鏡の視野に入
れ、この顕微鏡の視野に入った試料の所望の領域を撮像
してこの所望の領域の画像を得、この所望の領域の画像
を記憶し、この記憶した所望の領域の画像を分類するよ
うにした。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】そして、本発明では、この撮像して得る所
望の領域の画像がこの所望の領域の３次元画像であり、
記憶した所望の領域の画像を分類することが３次元画像
に設定した切出し線に沿った断面形状を分類するように
した。また、顕微鏡として共焦点顕微鏡を用い、この共
焦点顕微鏡の視野内の領域を１次元イメージセンサで撮
像して所望の領域の画像を得るようにした。更に、試料
の所望の領域の撮像を、偏光素子または空間フィルタを
介して行うようにした。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また、本発明では、外観検査方法におい
て、試料の所望の領域を撮像してこの所望の領域の画像
を得、この画像を記憶し、記憶した画像を処理して試料
の所望の領域の特徴量を求め、この求めた特徴量に基づ
いて所望の領域の画像を分類するようにした。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 利満 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 伏見 智 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 石井 恭三 茨城県勝田市大字稲田1410番地 株式会社 日立製作所日立製作所東海工場内 (72)発明者 林 恒男 茨城県勝田市大字稲田1410番地 株式会社 日立製作所日立製作所東海工場内 Ｆターム(参考） 2F065 AA52 AA53 CC26 FF04 GG05 HH03 HH13 JJ09 JJ25 LL04 LL09 LL30 LL37 LL62 MM16 PP12 QQ24 QQ29 UU05 2G051 AA65 AB14 BA10 BC05 CA03 CB01 CC09 CD03 DA07 EA12 EB01 EC10 5B057 AA03 BA02 BA15 BA19 DA03 DA12 DB03 DB09 DC09 DC33 DC36 5E319 BB05 CC22 CD06 CD26 CD53 GG03 GG15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め記憶された位置座標データに基づいて
   テーブルを駆動して該テーブルに載置した試料の所望の
   領域を顕微鏡の視野に入れ、該顕微鏡の視野に入った前
   記試料の所望の領域を撮像して該所望の領域の画像を
   得、該所望の領域の画像を記憶し、該記憶した所望の領
   域の画像を分類することを特徴とする外観検査方法。
2. 【請求項２】前記撮像して得る所望の領域の画像が該所
   望の領域の３次元画像であり、前記記憶した所望の領域
   の画像を分類することが該３次元画像に設定した切出し
   線に沿った断面形状を分類することであることを特徴と
   する請求項１記載の外観検査方法。
3. 【請求項３】前記顕微鏡が共焦点顕微鏡であり、該共焦
   点顕微鏡の視野内の領域を１次元イメージセンサで撮像
   して前記所望の領域の画像を得ることを特徴とする請求
   項１記載の外観検査方法。
4. 【請求項４】前記試料の所望の領域の撮像を、偏光素子
   または空間フィルタを介して行うことを特徴とする請求
   項１記載の外観検査方法。