JP2004347434A - 微小欠陥検査装置及び回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小欠陥検査装置の光学性能及び光学的分解能を上げることなく、従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】本発明の微小欠陥検査装置は、検査対象物上にコヒーレンス性の高い微小光を垂直に照射する光源と、前記検査対象物からの反射光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、フーリエ変換された反射光により、フーリエ変換面に生成されるフーリエ変換光パターンの光量分布を検出する光検出手段と、前記フーリエ変換光パターンの光量分布から、前記検査対象物の微小欠陥を検出する欠陥検出手段と、を有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小欠陥検査装置及び回路基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の小型化及び回路基板における部品実装の高密度化に伴い、部品を実装し半田付けした回路基板の微小欠陥（典型的には半田抜け、半田ボール及び半田ブリッジ等の半田付け不良）を肉眼で検出することが不可能になってきている。部品を実装し半田付けした回路基板の微小欠陥を自動的に検出する微小欠陥検査装置が開発されている。特許文献１に、三角測量の原理を用いて部品を実装し半田付けした回路基板の三次元の形状を計測し、計測した形状に基づいて回路基板の欠陥を検出する従来例の微小欠陥検査装置が提案されている。
【０００３】
図６を用いて、従来例の微小欠陥検査装置について説明する。図６は、三角測量の原理に基づいて検査対象物の表面形状データを計測する従来例の三次元形状計測装置の動作原理を示す図である。三次元形状計測装置６０１は、検査対象物６１２の三次元形状を計測する。三次元形状計測装置６０１は、レーザ光６３１を出力するレーザユニット６１１、第１のＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６１３、第２のＰＳＤ６１４、第３のＰＳＤ６１５、第４のＰＳＤ６１６を有する。
レーザユニット６１１は、レーザユニット６１１のレーザ照射源座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）６２１から検査対象物６１２上の照射座標（Ｘ，Ｙ）６２２にレーザ光６３１を照射する。検査対象物６１２上のレーザ光６３１の焦点径は、１０〜１００μｍ程度である。４個のＰＳＤ６１３〜６１６は、レーザ光６３１が検査対象物６１２上で反射した反射光６３２を信号受信座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）６２３、６２４等で受信する（第２のＰＳＤ６１４及び第３のＰＳＤ６１５の信号受信座標は図示せず。）。
【０００４】
下記の計算式（１）より、検査対象物６１２の照射位置における高さＨ（ｘ，ｙ）を算出する。

Ｉａ（ｘ，ｙ）、Ｉｂ（ｘ，ｙ）はＰＳＤ６１３から出力される信号値であり、同様にＰＳＤ６１４、ＰＳＤ６１５、ＰＳＤ６１６からも信号値Ｉａ（ｘ，ｙ）、Ｉｂ（ｘ，ｙ）が出力される。また、下記の計算式（２）より、検査対象物６１２の照射位置における輝度値Ｂ（ｘ，ｙ）を算出する。
Ｂ（ｘ，ｙ）＝Ｉａ（ｘ，ｙ）＋Ｉｂ（ｘ，ｙ） …（２）
三次元形状計測装置６０１では、エネルギー照射系（レーザユニット６１１及び４個のＰＳＤ６１３〜６１６）を固定したまま、検査対象物６１２をＸＹ平面（回路基板面に平行な平面）内で平行移動させ、繰り返し信号計測を行う。
上記方法に基づき計測した三次元の形状と設計値（例えば部品を半田付けした良品の回路基板を計測して得た高さＨ（ｘ，ｙ）及び輝度値Ｂ（ｘ，ｙ）の値）とを比較して、微小欠陥を検出する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３０８１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば部品を半田付けした回路基板（以下、「実装済み回路基板」と呼ぶ。）上の微小欠陥であるマイクロブリッジ（微小な半田ブリッジ）の短辺方向の幅は、数μｍ程度であり、従来の検査装置の検査対象物に照射するレーザ光の焦点径サイズは、１０〜１００μｍ程度であった。従来の検査装置を用いて実装済みプリント基板（部品実装基板）上の微小欠陥を検出するためには、回路基板と平行な平面方向の分解能を向上し、且つ、回路基板に垂直な高さ方向のダイナミックレンジ及び分解能を上げる必要があった。つまり、検査対象物に照射するレーザ光の焦点径サイズを微小欠陥より小さくする必要があった。しかし、光学的性能、光学的分解能を大幅に向上させることは困難である。
【０００７】
もしレーザ光の焦点径サイズが数μｍ以下である従来の検査装置が製造可能であったとしても、その検査装置で実装済み回路基板の検査を行った場合、レーザ光の焦点径サイズが１０〜１００μｍ程度である従来の（現在実際に存在する）検査装置で同一の実装済み回路基板の検査を行った場合と比較して、平面の２方向及び高さ方向の計測データ量がそれぞれ１桁程度増えてしまう。この場合、検査に必要となるデータ量が１０００倍程度に増えてしまう。その結果、検査時間が大幅に増加するという問題があった。
【０００８】
三角測量により検査対象物の三次元形状を計測する従来例の検査装置は、検査対象物上の結像点から受光センサ（例えばＰＳＤ）までの光路上に例えば背の高い部品等の遮蔽物があった場合、その領域については三次元形状を計測出来ないという問題があった。
【０００９】
従来例の検査装置は、計測した三次元の形状と設計値（目標値）とを比較し、その差異に基づいて検査対象物の微小欠陥（例えば）を検出した。
しかし、実装済み回路基板の外観形状は極めて多様である。それ故に、実装済み回路基板の微小欠陥検査装置においては、設計値として一定の三次元の形状を登録することが事実上困難であった。
実装済み回路基板においては、良好な半田付け部分といえども、必ずしも一定の形状を有するわけではない。それ故に、実装済み回路基板の微小欠陥検査装置においては、計測した三次元の形状と、設計値として登録した一定の形状とを比較し、その間の差異が大きい部分を欠陥部分として抽出する方法では、微小欠陥のみを抽出することが困難である（微小欠陥部分と、良好な部分とを合わせて抽出してしまい、抽出された全ての部分について、ベテラン作業者が微小欠陥の有無を判定を重ねて行う必要がある）という問題があった。
【００１０】
本発明は上記のような課題を解決するもので、微小欠陥検査装置の光学性能及び光学的分解能を上げることなく、従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を提供することを目的とする。
本発明は、従来と同等の計測データ量で（従来と同じ検査速度で）従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は、背の高い部品等の遮蔽物に邪魔されることなく、直接外部に露出している部分であれば検査対象物のどの領域においても微小欠陥を検出可能な微小欠陥検査装置を提供することを目的とする。
本発明は、良否判定の基準値として、各領域の形状の設計値を定量的に登録することなく、各領域に微小欠陥が存在するか否かを検査可能な微小欠陥検査装置を提供することを目的とする。
本発明は、簡単な構成で小型・軽量の微小欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来課題を解決するために、本発明は以下の構成をとる。請求項１に記載の発明は、検査対象物上にコヒーレンス性の高い微小光を垂直に照射する光源と、前記検査対象物からの反射光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、フーリエ変換された反射光により、フーリエ変換面に生成されるフーリエ変換光パターンの光量分布を検出する光検出手段と、前記フーリエ変換光パターンの光量分布から、前記検査対象物の微小欠陥を検出する欠陥検出手段と、を有することを特徴とする微小欠陥検査装置である。
【００１３】
本発明は、光学フーリエ変換によって実空間から周波数空間へデータ変換することによって、照射光よりも小さい欠陥を検査可能な微小欠陥検査装置を実現する。本発明は、微小欠陥検査装置の光学性能及び光学的分解能を上げることなく、従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を実現する。
本発明は、従来と同等の計測データ量で（従来と同じ検査速度で）従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を実現する。
【００１４】
本発明は、背の高い部品等の遮蔽物に邪魔されることなく、直接外部に露出している部分であれば検査対象物のどの領域においても微小欠陥を検出可能な微小欠陥検査装置を実現する。
本発明は、良否判定の基準値として、各領域の形状の設計値を定量的に登録することなく、各領域に微小欠陥が存在するか否かを検査可能な微小欠陥検査装置を実現する。
本発明は、簡単な構成で小型・軽量の微小欠陥検査装置を実現する。
【００１５】
「コヒーレンス性の高い光」とは、典型的にはレーザ光である。「微小光」とは、検査対象物上で光が結像されて小さな径のビームスポットを形成した光のことを意味する。「フーリエ変換面」とは、フーリエ変換された反射光が結像する平面を意味する。「フーリエ変換光パターン」は、フーリエ変換された反射光（以下、「フーリエ変換光」と呼ぶ。）の結像パターンを意味する。フーリエ変換光学系は、その焦点から放射してその開口部に入力した光の低周波成分に応じた光を、その中心部から出力し、その開口部に入力した光の高周波成分に応じた光を、その周辺から出力する。例えばフーリエ変換光学系がその開口部全体に一様な強度の光（空間的に低周波成分のみを有する光）を入力すると、フーリエ変換光学系は、中心部のみから光（フーリエ変換光）を出力する。例えばフーリエ変換光学系がその開口部の中心のみに光を入力し、その開口部の周辺から光を入力しないと（空間的に高周波成分を有する光を入力すると）、フーリエ変換光学系は、開口部全体から光（フーリエ変換光）を出力する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記フーリエ変換光学系が、前記微小光を前記検査対象物上に結像させる結像光学系を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置である。本発明は、専用の結像光学系を省略することにより、さらに小型で軽量の微小欠陥検査装置を実現する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記光源と前記フーリエ変換光学系との間の光路中に、光軸が前記照射光と一致している前記フーリエ変換された反射光を偏向させ、前記光検出手段に導く偏向光学系を更に有することを特徴とする請求項２に記載の微小欠陥検査装置である。本発明によれば、簡単な構成で、照射光とフーリエ変換光とを分離できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記微小光を前記検査対象物上に結像させる結像光学系を更に有することを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置である。フーリエ変換光学系と結像光学系とを別個に設けることにより、光学系の設計自由度を増すことが出来、且つ照射光の焦点径サイズを小さく出来る（より高い分解能でマイクロブリッジを検出出来る。）。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記結像光学系と前記検査対象物との間の光路中に、前記反射光を偏向させ、前記フーリエ変換光学系に導く偏向光学系を更に有することを特徴とする請求項４に記載の微小欠陥検査装置である。本発明によれば、簡単な構成で、照射光とフーリエ変換光とを分離できる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記偏向光学系が、ハーフミラーであることを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の微小欠陥検査装置である。偏向光学系をハーフミラーにすることにより、照射光を遮ることなく、照射光とフーリエ変換光とを分離できる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、前記偏向光学系が、穴あきミラーであることを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の微小欠陥検査装置である。本発明によれば、簡単な構成で、照射光とフーリエ変換光とを分離できる。偏向光学系を穴あきミラーにすることにより、照射光をほとんどロスすることなく検査対象物に照射できる故、フーリエ変換面で大きな光量が得られる。フーリエ変換光の低周波成分は穴あきミラーの真中の穴を突き抜けてしまうためフーリエ変換面に到達しない。本発明により低周波成分以外の光成分のみがフーリエ変換面に到達する故、光検出手段の出力信号は、周波数選択性を有する。これにより、微小な欠陥（例えばマイクロブリッジ）を容易に検出できる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、前記光検出手段は、前記フーリエ変換面毎に配置された前記フーリエ変換光パターンを光電変換する複数の領域に分割された光電変換手段であって、前記欠陥検出手段は、前記光電変換手段の各領域から出力される電気信号を演算し、前記フーリエ変換光パターンの輝度分布を求め、微小欠陥の有無、又は微小欠陥の有無及び微小欠陥の発生方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置である。本発明の微小欠陥検査装置によれば、複雑な演算処理を行うことなく、高速で微小欠陥の検出処理を行うことが出来る。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記光電変換手段が、互いに独立した電気信号を出力するように表面分割されたフォトダイオードであることを特徴とする請求項８に記載の微小欠陥検査装置である。フォトダイオードにより、光電変換を高速に行うことができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、前記光電変換手段が、フーリエ変換光パターンの空間周波数分布を検出することを特徴とする請求項８に記載の微小欠陥検査装置である。本発明によれば、周波数成分を検出するとともに、その空間上の方向性を検出することができる。
「フーリエ変換光パターンの空間周波数分布を検出する」とは、フーリエ変換面（２次元平面）上で、少なくとも２方向の光成分の周波数分布を検出することを意味する。「周波数分布」とは、所定の帯域の周波数成分の相対値、絶対値又はその帯域の周波数成分の有無（有るか又は無いかの２値）を検出することを意味する。各帯域の周波数及び各帯域の光成分強度を定量的に検出しても良く、定性的に検出しても良い。例えば高い周波数成分の強度が所定の閾値より高いことを検出すると、欠陥検出手段は検査対象物に微小欠陥が存在すると判断する。この場合、例えば高い周波数の下限周波数、その周波数成分の強度測定条件及び閾値の各値が厳密に規定されていれば定量的検出であり、各値がそれほど厳密性を要求されていなければ、定性的検出である。
【００２５】
請求項１１に記載の発明は、前記検査対象物が部品を半田付けした回路基板であって、前記欠陥検出手段は、前記フーリエ変換光パターンの輝度分布において、所定の空間周波数よりも高い周波数成分が所定値より大きい場合、その測定点に半田ブリッジ又は半田ボールが存在すると判断することを特徴とする請求項８に記載の微小欠陥検査装置である。部品を半田付けした回路基板の検査装置において、本発明により、従来より正常部分を誤って欠陥部分と検知したり、又は欠陥部分を正常であると誤認識したりすることを低減できる。
【００２６】
請求項１２に記載の発明は、前記欠陥検出手段は、前記フーリエ変換光パターンの輝度分布において、所定の空間周波数よりも高い周波数成分が所定値より大きく且つ空間周波数の存在する方向が所定の方向を示す場合、半田ブリッジとして認識し、所定の空間周波数よりも高い周波数成分が所定値より大きく且つ空間周波数の分布が特定の方向性を示さない場合、半田ボールとして認識することを特徴とする請求項１１のいずれかに記載の微小欠陥検査装置である。本発明により、高い精度で欠陥部分を検出できる。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、前記光検出手段は、前記フーリエ変換面毎に配置された前記フーリエ変換光パターンを光電変換する複数の領域に分割された光電変換手段であって、前記光電変換手段の各領域から出力される全ての電気信号を加算することにより、検査対象物の輝度を検出し、前記輝度を用いて、検査対象物の形状を検出する形状検出手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置である。フーリエ変換光から、特性の異なるデータを生成できる。例えば欠陥検出手段の出力データと形状検出手段の出力データとを組み合わせて、更に高精度の欠陥検出をすることが出来る。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、結像光をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段と、検査対象物を載置するステージを少なくともＹ軸方向に移動するＹ軸移動手段と、を更に有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の微小欠陥検査装置である。本発明により、広い検査領域を有する検査対象物を効率的に検査できる。Ｘ軸移動手段が検査対象物のＸ軸方向の端から端まで結像光を走査させても良い。又は、Ｘ軸移動手段が検査対象物のＸ軸方向の所定の幅の範囲内で結像光を走査させ、第２のＸ軸移動手段が検査対象物を載置するステージをＸ軸方向にその所定の幅だけ順次移動させても良い。
【００２９】
請求項１５に記載の発明は、前記Ｘ軸移動手段が、ポリゴンミラーであることを特徴とする請求項１４に記載の微小欠陥検査装置である。本発明によれば、広い検査領域を有する検査対象物を高速に検査できる。
【００３０】
請求項１６に記載の発明は、拡散する前記反射光を計測する１つ以上の他の光検出手段と、前記他の光検出手段の出力信号を用いて、三角測量の原理に基づき前記検査対象物の三次元の形状を計測する三次元計測手段と、を更に有し、前記欠陥検出手段は、前記フーリエ変換光パターンの光量分布と、計測された前記三次元の形状とに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかの請求項に記載の微小欠陥検査装置である。三次元形状とフーリエ変換光パターンとの双方の情報を用いて欠陥検査を行うことで、より信頼性の高い微小欠陥検査をすることが出来る。例えば、照射光のビームスポット径より大きな欠陥は三次元形状に基づいて検知し、照射光のビームスポット径より小さな欠陥はフーリエ変換光パターンの光量分布に基づいて検出する。
好ましくは同一のレーザ光からの反射光を用いて、検査対象物上のレーザ光の焦点径より小さな欠陥の検出（フーリエ変換レンズによる欠陥検出）と、検査対象物上のレーザ光の焦点径より大きな欠陥の検出（三角測量法による欠陥検出）とを行う。平行レーザ光及び結像光の光軸（検査対象物に垂直な）方向に反射する反射光を用いて、フーリエ変換レンズによる欠陥検出を行い、それ以外の（検査対象物に垂直でない）方向に拡散する反射光を用いて、三角測量法による欠陥検出を行う。
【００３１】
請求項１７に記載の発明は、回路基板に部品を載置し、半田付けする回路基板組立ステップと、部品を半田付けした前記回路基板を前記検査対象物として、請求項１から請求項１６のいずれかの請求項に記載の微小欠陥検査装置を用いて、前記検査対象物の微小欠陥を検出し、微小欠陥が検出されなかった前記回路基板のみを良品と判断して、次ステップに送る微小欠陥検査ステップと、を有することを特徴とする回路基板の製造方法である。
本発明により、高品質の部品を半田付けした回路基板（部品実装基板）を完成させることが出来る。「次ステップ」は、例えば部品実装基板の動作検査を行うステップ、部品実装基板を梱包出荷するステップ、部品実装基板を機器に組み込むステップである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の各実施の形態における微小欠陥検査装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
《実施の形態１》
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態１の微小欠陥検査装置について説明する。はじめに、本発明の実施の形態１の微小欠陥検査装置の概要について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の微小欠陥検査装置１０１の概略的な構成を示すブロック図である。微小欠陥検査装置１０１は、平行レーザ光１３１を出力するレーザユニット１１１（例えばレーザ発振器とコリメータレンズとを有する。）、平行レーザ光１３１を検査対象物である部品実装基板（部品が実装されて半田付けされたプリント基板（回路基板））１１２上に集光し且つ部品実装基板１１２からの反射光１３３をフーリエ変換する結像兼フーリエ変換レンズ群１１４、フーリエ変換された反射光（フーリエ変換光）１３３を偏向する（光の進路を変える）ビームスプリッタ（偏向光学系）１１５（平行レーザ光１３１を所定の比率で透過させる。）、フーリエ変換面１１６に配置され、フーリエ変換光パターンを電気信号に変換する光電変換素子で構成される検出器１１７、拡散光１３４を位置検出器１２２の受光面上に集光する１つまたは、複数の結像レンズ群１２１、集光された拡散光１３４の集光位置に応じて、電気信号を出力する１つまたは、複数の位置検出器１２２、部品実装基板１１２（検査対象物）の欠陥を検出する演算処理手段（欠陥検出手段）１２３を有する。１１６は、偏向されたフーリエ変換光１３３が結像してフーリエ変換光パターンを生成するフーリエ変換面である。
【００３４】
演算処理手段１２３は、検出器１１７より出力される電気信号を演算し、光ビームスポットの径（照射光の焦点径）より小さな微小欠陥の有無等の判定を行い、位置検出器１２２より出力される電気信号を演算し、検査対象物の形状計測を行って、光ビームスポットの径より大きな欠陥の有無等の判定を行う。
一般に結像兼フーリエ変換レンズ群１１４、フーリエ変換レンズ群４１８及び５１８、結像レンズ群１２１、４２１、５１９及び５２１は複数のレンズで構成されるが、図面（図１、４及び５）上では簡略化して１個のレンズで表している。
図１において、光ビームが照射されている検査対象物である部品実装基板１１２の部分には、微小な半田（反射率が高い物）１１３が付着している。
【００３５】
部品実装基板１１２の表面から結像兼フーリエ変換レンズ群１１４までの光路長は、結像兼フーリエ変換レンズ群１１４の焦点距離と一致する。結像兼フーリエ変換レンズ群１１４からフーリエ変換面１１６までの光路長は、結像兼フーリエ変換レンズ群１１４の焦点距離と一致する。
実施の形態１のビームスプリッタ１１５は、ハーフミラーである。実施の形態１の検出器１１７の光電変換素子は、フォトダイオードである。実施の形態１の位置検出器１２２は、ＰＳＤである。
【００３６】
レーザユニット１１１は、部品実装基板１１２に垂直にコヒーレンス性が高い平行レーザ光１３１を照射する。ビームスプリッタ１１５は、平行レーザ光１３１を所定の分割比率で透過させる。結像兼フーリエ変換レンズ群１１４は、透過平行レーザ光１３１を部品実装基板１１２上に結像させる。部品実装基板１１２上の結像光１３２の焦点径は、１０〜１００μｍ程度である。結像光１３２は、部品実装基板１１２上で反射する（以下、平行レーザ光１３１及び結像光１３２の光軸方向に反射する光を反射光１３３、それ以外の方向に放射する光を拡散光１３４と言う。）。
【００３７】
反射光１３３は、結像兼フーリエ変換レンズ群１１４により、光学フーリエ変換される。反射光１３３は、光学フーリエ変換によって、実空間から周波数空間へデータ変換される。フーリエ変換された反射光１３３（フーリエ変換光）は、ビームスプリッタ１１５により所定の分割比率で偏向される（進行方向を変更する）。進行方向を変更した反射光１３３（フーリエ変換光）は、フーリエ変換面１１６にフリーエ変換光パターンを生成する。検出器１１７は、フーリエ変換光パターンを電気信号に変換する。検出器１１７が出力する電気信号に基づき、演算処理手段１２３は、結像光１３２の焦点径より小さな部品実装基板１１２の微小欠陥を検出する（詳細は後述）。
【００３８】
拡散光１３４は、結像レンズ群１２１により、位置検出器（ＰＳＤ）１２２の受光面上に集光する。ＰＳＤ１２２は、拡散光１３４の受光位置に応じて２つの電気信号を出力する。例えば回路基板１１２上に部品又は半田が存在して、結像光１３２の反射高さが変化すると、ＰＳＤ１２２が拡散光１３４を受光する位置が変化し、ＰＳＤ１２２が出力する２つの電気信号が変化する。従来例と同様に、演算処理手段１２３は、ＰＳＤ１２２の出力電気信号から三角測量の原理により部品実装基板１１２の照射位置における高さ及び輝度値を算出する。演算処理手段１２３は、計測した三次元の形状と設計値（例えば良品の部品実装基板を計測して得た高さＨ（ｘ，ｙ）及び輝度値Ｂ（ｘ，ｙ）の値）とを比較して、結像光１３２の焦点径より大きな部品実装基板１１２の欠陥を検出する。演算処理手段１２３が計測した三次元の形状と設計値とを比較して部品実装基板１１２の欠陥を検出する方法は、従来例と同様の公知の方法である。その検出方法の説明を省略する。
【００３９】
次に、本発明の実施の形態１に特有の微小欠陥検査方法（検出器１１７が出力する電気信号に基づき、演算処理手段１２３が、結像光１３２の焦点径より小さな部品実装基板１１２の微小欠陥を検出する方法）について説明する。図２は、図１における部品実装基板１１２の表面の形状とその反射光によるフーリエ変換光パターンとの相関例を示す図である。
図２（ａ１）は、部品実装基板１１２上に存在するＸ軸方向に伸びた形状を有する反射率の高い物（典型的には半田）２１３に結像光２３２が照射された場合を示している。反射率の高い物２１３は、例えば部品実装基板１１２上に発生するＸ軸方向の半田ブリッジ（マイクロブリッジ）である。図２（ａ１）の反射率の高い物２１３に結像光２３２が照射された場合、その反射光１３３のレベルはＸ軸方向に一様であり（Ｘ軸方向には低周波成分のみを有する。）、Ｙ軸方向に変化する（Ｙ軸方向には高周波成分を有する。）。フーリエ変換面１１６に形成されるそのフーリエ変換光パターン２１８は、検査対象物が伸びた方向（Ｘ軸方向）に狭く、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に伸びた輝度分布を有する（図２（ａ２））。
【００４０】
図２（ｂ１）は、Ｙ軸方向に伸びた形状を有する反射率の高い物２１３に結像光２３２が照射された場合を示している。反射率の高い物２１３は、例えば部品実装基板１１２上に発生するＹ軸方向の半田ブリッジ（マイクロブリッジ）である。図２（ｂ１）の反射率の高い物２１３に結像光２３２が照射された場合、その反射光１３３のレベルはＹ軸方向に一様であり（Ｙ軸方向には低周波成分のみを有する。）、Ｘ軸方向に変化する（Ｘ軸方向には高周波成分を有する。）。フーリエ変換面１１６に形成されるそのフーリエ変換光パターン２１８は、検査対象物が伸びた方向（Ｙ軸方向）に狭く、Ｙ軸と直交するＸ軸方向に伸びた輝度分布を有する（図２（ｂ２））。
図２（ｃ１）は、部品実装基板１１２上に反射率の高い物２１３が存在しない場合を示している。この様に反射率の高い物２１３のない部品実装基板１１２に結像光２３２が照射された場合、フーリエ変換面１１６に形成されるそのフーリエ変換光パターン２１８は、輝度レベルが所定の閾値を超える部分がない（図２（ｃ２））。
【００４１】
図２（ｄ１）は、反射率の高い物２１３が結像光２３２の焦点径より広い形状である場合を示している。その反射光１３３のレベルはＸ軸方向及びＹ軸方向に一様である（Ｘ軸方向及びＹ軸方向には低周波成分のみを有する。）。フーリエ変換面１１６に形成されるそのフーリエ変換光パターン２１８は、点状の輝度分布を有する（図２（ｄ２））。
図２（ｅ１）は、反射率の高い物２１３の形状が点状であり、且つ結像光２３２の焦点径より小さい形状である場合を示している。反射率の高い物２１３は、例えば部品実装基板１１２にくっついた微小な半田ボール（プリント基板上に飛び散ったクリーム半田の飛沫が溶解し固化して形成された半田粒子）である。図２（ｅ１）の反射率の高い物２１３に結像光２３２が照射された場合、その反射光１３３のレベルはＸ軸方向及びＹ軸方向に変化する（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に高周波成分を有する。）。フーリエ変換面１１６に形成されるそのフーリエ変換光パターン２１８は、ＸＹ方向それぞれに広がりを持った輝度分布を有する（図２（ｅ２））。
【００４２】
部品実装基板１１２上に、例えばマイクロブリッジと呼ばれる半田の微小欠陥が存在した場合について説明する。部品実装基板１１２上の結像光１３２の焦点径は、１０〜１００μｍ程度である。マイクロブリッジの短辺方向の幅は、数μｍ程度である。マイクロブリッジの短辺方向の幅は、照射光の焦点径より小さいため、結像光１３２の焦点領域の一部分でのみ高効率の反射が行われる。この様な照射領域からの反射光１３３が、結像兼フーリエ変換レンズ群１１４に入射し、フーリエ変換される。フーリエ変換された反射光１３３は、ビームスプリッタ１１５で所定の分割比率で反射する（進行方向を変更する。）。進行方向を変えた反射光１３３は、結像兼フーリエ変換レンズ群１１４から焦点距離だけ離れた位置（フーリエ変換面１１６）に、図２（ａ２）及び（ｂ２）に示すフーリエ変換光パターン２１８を形成する。同様に微小な半田ボールが存在すれば、そこに照射されたレーザ光の反射光は、図２（ｅ２）に示すフーリエ変換光パターン２１８を形成する。
【００４３】
プリント基板上に形成された正常な半田付け領域は、Ｘ軸及びＹ軸のいずれの方向にも照射光の焦点径より大きな幅を有する。従って、Ｘ軸及び／又はＹ軸方向に照射光の焦点径より小さな幅を有する半田付け領域は、欠陥部分である。図２に示すフーリエ変換光パターン２１８の中で、図２（ａ２）、（ｂ２）及び（ｅ２）のパターンを示す領域は半田ブリッジ及び半田ボールが存在する欠陥部分であり、図２（ｃ２）及び（ｄ２）のパターンを示す領域は正常である（少なくとも照射光の焦点径より小さな微小欠陥は存在しない。）。演算処理手段１２３は、計測したフーリエ変換光パターン２１８が、図２（ａ２）〜（ｅ２）のどのパターンを示すかに基づいて、その領域に欠陥があるか否かを判断し、判断結果を図示しないディスプレイ及びプリンタ出力する。
【００４４】
図３は、実施の形態１の検出器１１７（図１）が有する検出領域の分割形状を示す図である。図３に示す複数の分割された検出領域を有する検出器１１７が、フーリエ変換光パターン２１８（図２（ａ２）〜（ｅ２））を入力して電気信号に変換して出力する。
演算処理手段１２３は、検出器１１７の分割領域Ａの出力信号レベル（Ａと記す。）が第１の閾値ＴＨ１より大きいか否かを計算し（Ａ−（第１の閾値ＴＨ１）＞０？）、分割領域Ｂ及びＣの出力信号レベル（それぞれＢ、Ｃと記す。）の和から分割領域Ｄ及びＥの出力信号レベル（それぞれＤ、Ｅと記す。）の和を差し引いた値が第２の閾値ＴＨ２より大きなレベル差を有するか否かを計算し（（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ）＞（第２の閾値ＴＨ２）、又は（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ）＜−ＴＨ２、又は−ＴＨ２≦（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ）≦ＴＨ２？）、分割領域Ｂ〜Ｅの出力信号レベルの和が第３の閾値ＴＨ３より大きいか否かを計算する（（Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）−（第３の閾値ＴＨ３）＞０？）（ＴＨ１、ＴＨ２及びＴＨ３は正の一定値）。演算処理手段１２３は、上記の３つの演算結果に基づいて、入力したフーリエ変換光パターン２１８が図２（ａ２）〜（ｅ２）のどのパターンかを判断する。
【００４５】
表１は、演算処理手段１２３が計算した上記の３つの演算結果と、図２（ａ２）〜（ｅ２）の各フーリエ変換光パターン２１８との関係を示す表である。表１においてＡの欄に、（Ａ−ＴＨ１）＞０の場合に＋と表示し、（Ａ−ＴＨ１）≦０の場合に０と記す。（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ）の欄に、（（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ））＞ＴＨ２の場合に＋と記し、（（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ））＜−ＴＨ２の場合に−と記し、−ＴＨ２≦（（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ））≦ＴＨ２の場合に０と記す。（Ｂ＋Ｃ）＋（Ｄ＋Ｅ）の欄に、（Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）−ＴＨ３＞０の場合に＋と表示し、（Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）−ＴＨ３≦０の場合に０と記す。
【００４６】
【表１】

【００４７】
例えば図２（ａ２）のフーリエ変換光パターン２１８がフーリエ変換面１１６に形成された場合、検出器１１７の分割領域Ａの出力信号レベルが＋であり（Ａ＞ＴＨ１）、分割領域Ｂ及びＣの出力信号レベルの和から分割領域Ｄ及びＥの出力信号レベルの和を差し引いた値がＴＨ２より大きく（（Ｂ＋Ｃ）−（Ｄ＋Ｅ）＞ＴＨ２）、分割領域Ｂ〜Ｅの出力信号レベルの和が＋である（Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＞ＴＨ３）。演算処理手段１２３は、上記演算を行い、表１より計測部分が図２（ａ２）の形状の微小欠陥を有すると判定する。
【００４８】
図２（ｂ２）〜（ｅ２）のフーリエ変換光パターン２１８がフーリエ変換面１１６に形成された場合も同様に、演算処理手段１２３は、検出器１１７のそれぞれの分割領域Ａ〜Ｅの出力信号レベルから表１に示す簡易な演算式を用いて演算し、それぞれのフーリエ変換光パターン２１８が形成されていることを検出する。演算処理手段１２３は、表１より計測部分のフーリエ変換光パターン２１８が図２（ａ２）、（ｂ２）又は（ｅ２）のパターンを有すれば、計測部分が微小欠陥を有すると判定し、計測部分のフーリエ変換光パターン２１８が図２（ｃ２）又は（ｄ２）のパターンを有すれば、計測部分が正常である（少なくとも照射光の焦点径より小さな微小欠陥を有していない）と判定する。これにより、本発明の実施の形態１の微小欠陥検査装置は、マイクロブリッジ等の微小欠陥の有無、及び微小欠陥の発生方向を検出できる。
【００４９】
実施の形態１では、平行レーザ光１３１を用いたが、レーザ光は完全な平行光である必要はなく、部品実装基板１１２上に必要な焦点像を形成できるのであれば、レーザユニット１１１の光学系は発散光学系または集光光学系でもよい。
実施の形態１では、ビームスプリッタ１１５はハーフミラーであったが、これに代えて、ビームスプリッタ１１５は穴あきミラーであってもよい。
実施の形態１では、３次元計測を行うために、結像レンズ群１２１と位置検出器１２２とで構成される高さ及び輝度計測ユニットを２個で構成していた。これに代えて、高さ及び輝度計測ユニットを単体で構成することも可能である。また、２個以上の高さ及び輝度計測ユニットをそれぞれ異なる方向に配置することも可能である。これにより、三角測量において生じる死角の削減や、Ｓ／Ｎの改善が可能となる。
【００５０】
実施の形態１では、検出器１１７の検出領域は、図３に示す形状に分割されていた。この検出器に代えて、放射状に領域分割されたフォトダイオードや、ＣＣＤ等の光電変換検出器を用いても、同様に計測可能である。また、検出器１１７の分割された各領域が検出するデータを全て足し合わせることにより（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）、検査対象物からの輝度データを生成することも可能である。輝度データに基づいて、検査対象物の形状計測をすることができる。輝度データに基づく検査対象物の形状計測を行い、又は輝度データに基づく検査対象物の形状計測と三次元形状計測とを組み合わせ、計測値と設計値との差異を演算して、照射光の焦点径より大きな欠陥を検出しても良い。
実施の形態１では、三次元形状計測と合わせて微小欠陥検出を行っているが、三次元形状計測と微小欠陥検出とを異なる装置で行ってもよい。
【００５１】
実施の形態１によれば、三次元形状計測と同時に前述の微小欠陥検出を行うことで、実装部品の電極付近に発生するマイクロブッリジ等の微小欠陥の有無及び微小欠陥の発生方向を検出することが可能となる。部品実装基板（検査対象物）に照射するレーザ光の焦点径を小さくすることなく、フーリエ変換パターンの計測と従来の三角測量の原理に基づく形状計測とを併せて行い（結像光１３２の焦点径より大きな部品実装基板１１２の欠陥を検出する他の方法と組み合わせても良い。）、簡易な演算を行うことにより、高精度な部品実装基板の検査が可能となる。
【００５２】
《実施の形態２》
図４を用いて、本発明の実施の形態２の微小欠陥検査装置について説明する。実施の形態２の微小欠陥検査装置が実施の形態１と異なる点は、フーリエ変換レンズ４１８と別個に結像レンズ４１４を設け、結像レンズ４１４と部品実装基板１１２との間の光路中にビームスプリッタ４１５を配置し、ビームスプリッタ４１５により偏向させた反射光の経路にフーリエ変換レンズ４１８を設けたことである。実施の形態１の結像兼フーリエ変換レンズ群１１４の光学素子を、実施の形態２は結像レンズ４１４とフーリエ変換レンズ群４１８の２種類の光学素子で構成する。これにより、実施の形態１よりも高い自由度で光学系を設計することが出来る。
【００５３】
はじめに、本発明の実施の形態２の微小欠陥検査装置の概要について説明する。図４は、本発明の実施の形態２の微小欠陥検査装置４０１の概略的な構成を示すブロック図である。微小欠陥検査装置４０１は、平行レーザ光４３１を出力するレーザユニット４１１（例えばレーザ発振器とコリメータレンズとを有する。）、平行レーザ光４３１を検査対象物である部品実装基板４１２上に集光する結像レンズ（結像光学系）４１４、部品実装基板４１２からの反射光４３３を所定の分割比率で偏向するビームスプリッタ（偏向光学系）４１５（結像レンズ４１４が出力する照射光（結像光）４３２を所定の比率で透過させる。）、偏向された反射光４３３をフーリエ変換するフーリエ変換レンズ群４１８、フーリエ変換面４１６に配置され、フーリエ変換光パターンを電気信号に変換する光電変換素子で構成される検出器４１７、拡散光４３４を位置検出器４２２の受光面上に集光する複数の結像レンズ群４２１、集光された拡散光４３４の集光位置に応じて、電気信号を出力する複数の位置検出器４２２、部品実装基板４１２（検査対象物）の欠陥を検出する演算処理手段（欠陥検出手段）４２３を有する。４１６は、フーリエ変換された反射光４３３のフーリエ変換光パターンが形成されるフーリエ変換面である。
【００５４】
演算処理手段４２３は、検出器４１７より出力される電気信号を演算し、光ビームスポットの径より小さな微小欠陥の有無等の判定を行い、位置検出器４２２より出力される電気信号を演算し、検査対象物の形状計測を行って、光ビームスポットの径より大きな欠陥の有無等の判定を行う。
図４において、光ビームが照射されている検査対象物である部品実装基板４１２の部分には、微小な半田（反射率が高い物）４１３が付着している。
【００５５】
部品実装基板４１２の表面からフーリエ変換レンズ群４１８までの光路長は、フーリエ変換レンズ群４１８の焦点距離と一致する。フーリエ変換レンズ群４１８からフーリエ変換面４１６までの光路長は、フーリエ変換レンズ群４１８の焦点距離と一致する。
実施の形態２のビームスプリッタ４１５は、ハーフミラーである。実施の形態２の検出器４１７の光電変換素子は、図３に示す分割された検出領域を有するフォトダイオードである。実施の形態２の位置検出器４２２は、ＰＳＤである。
【００５６】
レーザユニット４１１は、部品実装基板４１２に垂直にコヒーレンス性が高い平行レーザ光４３１を照射する。結像レンズ４１４は、平行レーザ光４３１を入力し、その出力である結像光を部品実装基板４１２上に結像させる。ビームスプリッタ４１５は、部品実装基板４１２に照射される前の結像光４３２を所定の分割比率で透過させる。部品実装基板４１２上の結像光４３２の焦点径は、１０〜１００μｍ程度である。結像光４３２は、部品実装基板４１２上で反射する（以下、結像光４３２の光軸方向に反射する光を反射光４３３、それ以外の方向に放射する光を拡散光４３４と言う。）。
【００５７】
反射光４３３は、ビームスプリッタ４１５で所定の分割比率で偏向される（進行方向を変更する）。進行方向を変更した反射光４３３は、フーリエ変換レンズ群４１８により、光学フーリエ変換される。反射光４３３は、光学フーリエ変換によって、実空間から周波数空間へデータ変換される。フーリエ変換された反射光４３３は、フーリエ変換面４１６にフリーエ変換光パターンを生成する。検出器４１７は、フーリエ変換光パターンを電気信号に変換する。検出器４１７が出力する電気信号に基づき、演算処理手段４２３は、結像光４３２の焦点径より小さな部品実装基板４１２の微小欠陥を検出する。
【００５８】
拡散光４３４は、実施の形態１と同様に処理される。演算処理手段４２３は、拡散光４３４を入力した位置検出記４２２の出力電気信号から三角測量の原理により部品実装基板４１２の照射位置における高さ及び輝度値を算出する。演算処理手段４２３は、計測した三次元の形状と設計値（例えば良品の部品実装基板を計測して得た高さＨ（ｘ，ｙ）及び輝度値Ｂ（ｘ，ｙ）の値）とを比較して、結像光４３２の焦点径より大きな部品実装基板４１２の欠陥を検出する。
以下本発明の実施の形態２の微小欠陥検査方法については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００５９】
実施の形態２では、平行レーザ光４３１を用いたが、レーザ光は完全な平行光である必要はなく、部品実装基板４１２上に必要な焦点像を形成できるのであれば、レーザユニット４１１の光学系は発散光学系または集光光学系でもよい。
実施の形態２では、ビームスプリッタ４１５はハーフミラーであったが、これに代えて、ビームスプリッタ４１５は穴あきミラーであってもよい。
実施の形態２では、三次元計測を行うために、結像レンズ群４２１と位置検出器４２２とで構成される高さ及び輝度計測ユニットを２個で構成していた。これに代えて、高さ及び輝度計測ユニットを単体で構成することも可能である。また、２個以上の高さ及び輝度計測ユニットをそれぞれ異なる方向に配置することも可能である。これにより、三角測量において生じる死角の削減や、Ｓ／Ｎの改善が可能となる。
【００６０】
実施の形態２では、検出器４１７の検出領域は、図３に示す形状に分割されていた。この検出器に代えて、放射状に領域分割されたフォトダイオードや、ＣＣＤ等の光電変換検出器を用いても、同様に計測可能である。また、検出器４１７の分割された各領域が検出するデータを全て足し合わせることにより（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）、検査対象物からの輝度データを生成することも可能である。輝度データに基づいて、検査対象物の形状計測をすることができる。輝度データに基づく検査対象物の形状計測を行い、又は輝度データに基づく検査対象物の形状計測と三次元形状計測とを組み合わせ、計測値と設計値との差異を演算して、照射光の焦点径より大きな欠陥を検出しても良い。
実施の形態２では、三次元形状計測と合わせて微小欠陥検出を行っているが、三次元形状計測と微小欠陥検出とを異なる装置で行ってもよい。
【００６１】
実施の形態２によれば、三次元形状計測と同時に前述の微小欠陥検出を行うことで、実装部品の電極付近に発生するマイクロブッリジ等の微小欠陥の有無及び微小欠陥の発生方向を検出することが可能となる。部品実装基板（検査対象物）に照射するレーザ光の焦点径を小さくすることなく、フーリエ変換パターンの計測と従来の三角測量の原理に基づく形状計測とを併せて行い（結像光４３２の焦点径より大きな部品実装基板４１２の欠陥を検出する他の方法と組み合わせても良い。）、簡易な演算を行うことにより、高精度な部品実装基板の検査が可能となる。
【００６２】
《実施の形態３》
図５を用いて、本発明の実施の形態３の微小欠陥検査装置について説明する。実施の形態３の微小欠陥検査装置が実施の形態１と異なる点は、ポリゴンミラーを組み込んだことである。これにより、照射光は高速且つ正確にＸ軸方向を走査する。Ｙ軸方向に検査対象物である部品実装基板５１２を載置したＸ−Ｙステージを移動させることにより、部品実装基板５１２の全ての領域を検査出来る。ポリゴンミラーが部品実装基板５１２のＸ軸方向の所定の幅の範囲内で結像光を走査させ、部品実装基板５１２を載置したＸ−ＹステージがＸ軸方向にその所定の幅だけ順次移動しても良い。
【００６３】
はじめに、本発明の実施の形態３の微小欠陥検査装置の概要について説明する。図５は、本発明の実施の形態３の微小欠陥検査装置５０１の概略的な構成を示すブロック図である。微小欠陥検査装置５０１は、平行レーザ光５３１を出力するレーザユニット５１１（例えばレーザ発振器とコリメータレンズとを有する。）、平行レーザ光５３１を検査対象物である部品実装基板５１２上に垂直に集光するｆθレンズ群５１４、部品実装基板５１２からの反射光５３３を所定の分割比率で偏向するビームスプリッタ（偏向光学系）５１５（レーザユニット５１１が出力する平行レーザ光５３１を所定の比率で透過させる。）、偏向された反射光５３３を結像する結像レンズ群５１９、結像レンズ群５１９により結像された反射光５３３をフーリエ変換するフーリエ変換レンズ群５１８、フーリエ変換面５１６に配置され、フーリエ変換光パターンを電気信号に変換する光電変換素子で構成される検出器５１７、拡散光５３４を位置検出器５２２の受光面上に集光する複数の結像レンズ群５２１、集光された拡散光５３４の集光位置に応じて、電気信号を出力する複数の位置検出器５２２、部品実装基板５１２（検査対象物）の欠陥を検出する演算処理手段（欠陥検出手段）５２３、回転しながら平行レーザ光５３１を走査させ、反射光５３３を偏向するポリゴンミラー５２４を有する。５１６は、フーリエ変換された反射光５３３のフーリエ変換光パターンが形成されるフーリエ変換面である。
【００６４】
演算処理手段５２３は、検出器５１７より出力される電気信号を演算し、光ビームスポットの径より小さな微小欠陥の有無等の判定を行い、位置検出器５２２より出力される電気信号を演算し、検査対象物の形状計測を行って、光ビームスポットの径より大きな欠陥の有無等の判定を行う。
図５において、光ビームが照射されている検査対象物である部品実装基板５１２の部分には、微小な半田（反射率が高い物）５１３が付着している。
【００６５】
部品実装基板５１２の表面からｆθレンズ群５１４までの光路長は、ｆθレンズ群５１４の焦点距離と一致する。ｆθレンズ群５１４からポリゴンミラー５２４までの光路長は、ｆθレンズ群５１４の焦点距離と一致する。ポリゴンミラー５２４から結像レンズ群５１９までの光路長は、結像レンズ群５１９の焦点距離と一致する。結像レンズ群５１９からフーリエ変換レンズ群５１８までの光路長は、結像レンズ群５１９とフーリエ変換レンズ群５１８の焦点距離の和と一致する。フーリエ変換レンズ群５１８から検出器５１７までの光路長は、フーリエ変換レンズ群５１８の焦点距離と一致する。
実施の形態３のビームスプリッタ５１５は、ハーフミラーである。実施の形態３の検出器５１７の光電変換素子は、フォトダイオードである。実施の形態３の位置検出器５２２は、ＰＳＤである。
【００６６】
レーザユニット５１１は、コヒーレンス性が高い平行レーザ光５３１を照射する。ビームスプリッタ５１５は、平行レーザ光５３１を所定の分割比率で透過させる。透過平行レーザ光５３１は、回転駆動するポリゴンミラー５２４により進行方向を変更する。ｆθレンズ群５１４は、進行方向を変更した平行レーザ光５３１を部品実装基板５１２上に垂直に結像する。部品実装基板５１２上の結像光５３２の焦点径は、１０〜１００μｍ程度である。ポリゴンミラー５２４の回転により平行レーザ光５３１の偏向角度が変化することにともない、結像光５３２は部品実装基板５１２上をＸ軸方向に走査する。部品実装基板５１２を載置したＸ−Ｙステージ（図示しない。）がＹ軸方向に部品実装基板５１２を移動させることにより、部品実装基板５１２上の全ての領域を検査することが出来る。結像光５３２は、部品実装基板５１２上で反射する（以下、結像光５３２の光軸方向に反射する光を反射光５３３、それ以外の方向に放射する光を拡散光５３４と言う。）。
【００６７】
反射光５３３は、ｆθレンズ群５１４を透過する。ｆθレンズ群５１４を透過した反射光５３３は、ポリゴンミラー５２４上で結像すると共に、ポリゴンミラー５２４により偏向され（進行方向を変更し）、さらにビームスプリッタ５１５により所定の分割比率で偏向される（進行方向を変更する）。進行方向を変更した反射光５３３は、結像レンズ群５１９に入力される。結像レンズ群５１９を透過した反射光５３３は、結像レンズ群５１９の焦点（フーリエ変換レンズ群５１８の焦点でもある。）に結像した後、フーリエ変換レンズ群５１８に入力される。反射光５３３は、フーリエ変換レンズ群５１８により、光学フーリエ変換される。反射光５３３は、光学フーリエ変換によって、実空間から周波数空間へデータ変換される。フーリエ変換された反射光５３３は、フーリエ変換面５１６にフリーエ変換光パターンを生成する。検出器５１７は、フーリエ変換光パターンを電気信号に変換する。検出器５１７が出力する電気信号に基づき、演算処理手段５２３は、結像光５３２の焦点径より小さな部品実装基板５１２の微小欠陥を検出する。
【００６８】
拡散光５３４は、実施の形態１と同様に処理される。演算処理手段５２３は、拡散光５３４を入力した位置検出記５２２の出力電気信号から三角測量の原理により部品実装基板５１２の照射位置における高さ及び輝度値を算出する。演算処理手段５２３は、計測した三次元の形状と設計値（例えば良品の部品実装基板を計測して得た高さＨ（ｘ，ｙ）及び輝度値Ｂ（ｘ，ｙ）の値）とを比較して、結像光５３２の焦点径より大きな部品実装基板５１２の欠陥を検出する。
以下本発明の実施の形態３の微小欠陥検査方法については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００６９】
実施の形態３では、平行レーザ光５３１を用いたが、レーザ光は完全な平行光である必要はなく、部品実装基板５１２上に必要な焦点像を形成できるのであれば、レーザユニット５１１の光学系は発散光学系または集光光学系でもよい。
実施の形態３では、ビームスプリッタ５１５はハーフミラーであったが、これに代えて、ビームスプリッタ５１５は穴あきミラーであってもよい。
実施の形態３では、三次元計測を行うために、結像レンズ群５２１と位置検出器５２２とで構成される高さ及び輝度計測ユニットを２個で構成していた。これに代えて、高さ及び輝度計測ユニットを単体で構成することも可能である。また、２個以上の高さ及び輝度計測ユニットをそれぞれ異なる方向に配置することも可能である。これにより、三角測量により発生する死角の削減や、Ｓ／Ｎの改善が可能となる。
【００７０】
実施の形態３では、検出器５１７の検出領域は、図３に示す形状に分割されていた。この検出器に代えて、放射状に領域分割されたフォトダイオードや、ＣＣＤ等の光電変換検出器を用いても、同様に計測可能である。また、検出器４１７の分割された各領域が検出するデータを全て足し合わせることにより（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）、検査対象物からの輝度データを生成することも可能である。輝度データに基づいて、検査対象物の形状計測をすることができる。輝度データに基づく検査対象物の形状計測を行い、又は輝度データに基づく検査対象物の形状計測と三次元形状計測とを組み合わせ、計測値と設計値との差異を演算して、照射光の焦点径より大きな欠陥を検出しても良い。
実施の形態３では、三次元形状計測と合わせて微小欠陥検出を行っているが、三次元形状計測と微小欠陥検出とを異なる装置で行ってもよい。
【００７１】
実施の形態３によれば、三次元形状計測と同時に前述の微小欠陥検出を行うことで、実装部品の電極付近に発生するマイクロブッリジ等の微小欠陥の有無及びその発生方向を検出することが可能となる。部品実装基板（検査対象物）に照射するレーザ光の焦点径を小さくすることなく、フーリエ変換パターンの計測と従来の三角測量の原理に基づく形状計測とを併せて行い（結像光５３２の焦点径より大きな部品実装基板５１２の欠陥を検出する他の方法と組み合わせても良い。）、簡易な演算を行うことにより、高精度な部品実装基板の検査が可能となる。
実施の形態３によれば、ポリゴンミラーで構成された走査手段を組み込むことで、部品実装基板を１方向に移動するだけで、部品実装基板上の全ての領域の微小欠陥検査をすることが出来る。
【００７２】
上記の実施の形態の微小欠陥検査装置を用いた回路基板の製造方法を説明する。最初に、回路基板に部品を載置し、半田付けする（回路基板組立ステップ）。次ぎに、部品を半田付けした回路基板（部品実装基板）を検査対象物として、実施の形態１（又は他の実施の形態）の微小欠陥検査装置を用いて、検査対象物の微小欠陥を検出し、微小欠陥が検出されなかった部品実装基板のみを良品と判断して、次ステップ（例えば部品実装基板の動作検査ステップ、部品実装基板の梱包出荷ステップ又は部品実装基板をアッセンブリして機器を組み立てる組立ステップ）に送る（微小欠陥検査ステップ）。微小欠陥検査ステップにおいて、欠陥が発見された部品実装基板は、特定されている欠陥個所を修理し、再び微小欠陥検査ステップを繰り返し、良品と判断すれば次ステップに送る。
【００７３】
上記の実施の形態においては、微小欠陥検査装置は、部品実装基板を検査対象物とした。本発明の微小欠陥検査装置の検査対象物はこれに限られる物ではなく、フーリエ変換パターンに基づいて欠陥を検出可能な任意の検査対象物を検査することが出来る。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、微小欠陥検査装置の光学性能及び光学的分解能を上げることなく、従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、従来と同等の計測データ量で（従来と同じ検査速度で）従来より高い分解能で検査対象物の微小欠陥を検出する（検査用の照射光の焦点径より微細な欠陥を検出する）微小欠陥検査装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【００７５】
本発明によれば、背の高い部品等の遮蔽物に邪魔されることなく、直接外部に露出している部分であれば検査対象物のどの領域においても微小欠陥を検出可能な微小欠陥検査装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、良否判定の基準値として、各領域の形状の設計値を定量的に登録することなく、各領域に微小欠陥が存在するか否かを検査可能な微小欠陥検査装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、簡単な構成で小型・軽量の微小欠陥検査装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の微小欠陥検査装置の概略的な構成を示すブロック図
【図２】部品実装基板の表面の形状とその反射光によるフーリエ変換光パターンとの相関例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１〜３の検出器が有する検出領域の分割形状を示す図
【図４】本発明の実施の形態２の微小欠陥検査装置の概略的な構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態３の微小欠陥検査装置の概略的な構成を示すブロック図
【図６】三角測量の原理に基づいて検査対象物の表面形状を計測する従来例の計測装置を示す図
【符号の説明】
１０１、４０１、５０１ 微小欠陥検査装置
１１１、４１１、５１１、６１１ レーザユニット
１１２、４１２、５１２ 部品実装基板
１１３、２１３、４１３、５１３、６１２ 反射率の高い物
１１４ 結像兼フーリエ変換レンズ群
１１５、４１５、５１５ ビームスプリッタ
１１６、４１６、５１６ フーリエ変換面
１１７、４１７、５１７ 検出器
１２１、４２１、５２１ 結像レンズ群
１２２、４２２、５２２ 位置検出器
１２３、４２３、５２３ 演算処理手段
１３１、４３１、５３１ 平行レーザ光
１３２、２３２、４３２、５３２ 結像光
１３３、４３３、５３３、６３２ 反射光
１３４、４３４、５３４ 拡散光
２１８、５１８ フーリエ変換光パターン
４１４ 結像レンズ
４１８ フーリエ変換レンズ群
５１４ ｆθレンズ群
５１９ 結像レンズ群
５２４ ポリゴンミラー
６１３ 第１のＰＳＤ
６１４ 第２のＰＳＤ
６１５ 第３のＰＳＤ
６１６ 第４のＰＳＤ
６２１ レーザ照射源座標
６２２ 照射座標
６２３、６２４ 信号受信座標
６３１ レーザ光

Claims (17)

1. 検査対象物上にコヒーレンス性の高い微小光を垂直に照射する光源と、
   前記検査対象物からの反射光をフーリエ変換するフーリエ変換光学系と、
   フーリエ変換された反射光により、フーリエ変換面に生成されるフーリエ変換光パターンの光量分布を検出する光検出手段と、
   前記フーリエ変換光パターンの光量分布から、前記検査対象物の微小欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   を有することを特徴とする微小欠陥検査装置。
2. 前記フーリエ変換光学系が、前記微小光を前記検査対象物上に結像させる結像光学系を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置。
3. 前記光源と前記フーリエ変換光学系との間の光路中に、光軸が前記照射光と一致している前記フーリエ変換された反射光を偏向させ、前記光検出手段に導く偏向光学系を更に有することを特徴とする請求項２に記載の微小欠陥検査装置。
4. 前記微小光を前記検査対象物上に結像させる結像光学系を更に有することを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置。
5. 前記結像光学系と前記検査対象物との間の光路中に、前記反射光を偏向させ、前記フーリエ変換光学系に導く偏向光学系を更に有することを特徴とする請求項４に記載の微小欠陥検査装置。
6. 前記偏向光学系が、ハーフミラーであることを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の微小欠陥検査装置。
7. 前記偏向光学系が、穴あきミラーであることを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の微小欠陥検査装置。
8. 前記光検出手段は、前記フーリエ変換面毎に配置された前記フーリエ変換光パターンを光電変換する複数の領域に分割された光電変換手段であって、
   前記欠陥検出手段は、前記光電変換手段の各領域から出力される電気信号を演算し、前記フーリエ変換光パターンの輝度分布を求め、微小欠陥の有無、又は微小欠陥の有無及び微小欠陥の発生方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置。
9. 前記光電変換手段が、互いに独立した電気信号を出力するように表面分割されたフォトダイオードであることを特徴とする請求項８に記載の微小欠陥検査装置。
10. 前記光電変換手段が、フーリエ変換光パターンの空間周波数分布を検出することを特徴とする請求項８に記載の微小欠陥検査装置。
11. 前記検査対象物が部品を半田付けした回路基板であって、前記欠陥検出手段は、前記フーリエ変換光パターンの輝度分布において、所定の空間周波数よりも高い周波数成分が所定値より大きい場合、その測定点に半田ブリッジ又は半田ボールが存在すると判断することを特徴とする請求項８に記載の微小欠陥検査装置。
12. 前記欠陥検出手段は、前記フーリエ変換光パターンの輝度分布において、所定の空間周波数よりも高い周波数成分が所定値より大きく且つ空間周波数の存在する方向が所定の方向を示す場合、半田ブリッジとして認識し、所定の空間周波数よりも高い周波数成分が所定値より大きく且つ空間周波数の分布が特定の方向性を示さない場合、半田ボールとして認識することを特徴とする請求項１１のいずれかに記載の微小欠陥検査装置。
13. 前記光検出手段は、前記フーリエ変換面毎に配置された前記フーリエ変換光パターンを光電変換する複数の領域に分割された光電変換手段であって、
    前記光電変換手段の各領域から出力される全ての電気信号を加算することにより、検査対象物の輝度を検出し、前記輝度を用いて、検査対象物の形状を検出する形状検出手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の微小欠陥検査装置。
14. 結像光をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段と、
    検査対象物を載置するステージを少なくともＹ軸方向に移動するＹ軸移動手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の微小欠陥検査装置。
15. 前記Ｘ軸移動手段が、ポリゴンミラーであることを特徴とする請求項１４に記載の微小欠陥検査装置。
16. 拡散する前記反射光を計測する１つ以上の他の光検出手段と、
    前記他の光検出手段の出力信号を用いて、三角測量の原理に基づき前記検査対象物の三次元の形状を計測する三次元計測手段と、
    を更に有し、
    前記欠陥検出手段は、前記フーリエ変換光パターンの光量分布と、計測された前記三次元の形状とに基づいて、前記検査対象物の欠陥を検出することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかの請求項に記載の微小欠陥検査装置。
17. 回路基板に部品を載置し、半田付けする回路基板組立ステップと、
    部品を半田付けした前記回路基板を前記検査対象物として、請求項１から請求項１６のいずれかの請求項に記載の微小欠陥検査装置を用いて、前記検査対象物の微小欠陥を検出し、微小欠陥が検出されなかった前記回路基板のみを良品と判断して、次ステップに送る微小欠陥検査ステップと、
    を有することを特徴とする回路基板の製造方法。

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