JP2007121981A - 基板検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鮮明な画像を得ることができ、検査時間の短縮を期待できる基板検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基準測定位置における撮像装置のフォーカス制御値（Ｚ０）と基準測定位置の高さを距離センサで検出した高さ基準値（ＳＳ０）を記憶し、測定点における撮像装置のオートフォーカス制御駆動の範囲を、距離センサによる基板の測定点の高さ（ＳＳ）と高さ基準値（ＳＳ０）との差（ＳＳ−ＳＳ０）に基づいてフォーカス制御値（Ｚ０）を補正した測定点フォーカス制御値（Ｚ）を中心に限定してオートフォーカス検出を実行して検査画像を取得する。
【選択図】図２

Description

配線基板の基板面を撮像装置で分割撮影して検査する基板検査方法に関するものである。

基板面への部品の実装が、正確に実装されたかどうかを検査する際には、撮像装置によって撮影画像を画像認識して自動判定することが行われている。具体的には、撮像装置で基板面を撮影したときに、撮像装置のフォーカス制御をオートフォーカス制御することによって、検査工程を改善できる。

オートフォーカス制御の技術は（特許文献１）などに示されており、（特許文献２）にはノズルベッドのようにノズルピッチづつ送りながらノズル穴を検査する装置が記載されている。また、この（特許文献２）には各ノズル穴ごとにオートフォーカスで撮像装置を合焦点させると処理時間がかかるので、２点間にあるノズル穴のピント位置を補間演算で計算して求めた値で撮像装置を制御して撮像する技術が記載されている。
特開２００１−０９１８２１公報 特開平１０−１００４１５号公報

配線基板における定ピッチの端子部への部品の実装状態を撮像装置によって検査する場合に、（特許文献２）のように補間演算で計算して求めた値で撮像装置のフォーカスを切り換えながら検査画像を取得することもできるが、補間誤差などが原因で鮮明な画像を得られない問題がある。

本発明は、補間演算で計算して求めた値で撮像装置のフォーカスを切り換えながら検査画像を取得する場合よりも鮮明な画像を得ることができ、しかも全ての測定個所を一般的なオートフォーカス処理で制御して検査画像を取得する場合に比べて検査時間の短縮を期待できる基板検査方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の基板検査方法は、基板とこの基板面を撮影する撮像装置を相対移動させて、複数の測定点を検査するに際し、基準測定位置における前記撮像装置のフォーカス制御値と前記基準測定位置の高さを距離センサで検出した高さ基準値を記憶し、測定点における前記撮像装置のオートフォーカス制御駆動の範囲を、前記距離センサによる基板の前記測定点の高さと前記高さ基準値との差に基づいて前記フォーカス制御値を補正した測定点フォーカス制御値を中心に限定してオートフォーカス検出を実行して検査画像を取得することを特徴とする。

本発明の請求項２記載の基板検査方法は、請求項１において、前記撮像装置が最新の測定点に到着する前に次の測定点の高さを測定することを特徴とする。
本発明の請求項３記載の基板検査方法は、配線基板とこの基板面を撮影する撮像装置を相対移動させて、複数の測定点を検査するに際し、第１測定点での合焦点状態にある前記撮像装置を、距離センサによって前記基板の少なくとも２点を測定して求めた基板の傾き直線または基板傾斜角と、第１測定点と第２測定点の間隔に基づいて、前記撮像装置のフォーカス位置を修正して第２測定点での検査画像を取得することを特徴とする。

本発明の請求項４記載の基板検査方法は、請求項３において、撮像装置の光軸が第２測定点に到着する前に、フォーカス位置の修正を開始することを特徴とする。
本発明の請求項５記載の基板検査方法は、請求項１において、前記距離センサによる基板の前記測定点の高さに基づいて測定点フォーカス制御値を中心に限定してオートフォーカス検出を実行して合焦点したときの検査済み測定フォーカス制御値と、前記測定点フォーカス制御値との差に基づいて、前記距離センサの誤差の発生を自動検出することを特徴とする。

本発明の請求項６記載の基板検査方法は、請求項５において、検査済み測定フォーカス制御値と前記測定点フォーカス制御値との差に基づいて前記距離センサの測定値をキャリブレーションして次の測定点のオートフォーカス制御を実行することを特徴とする。

本発明の請求項７記載の基板検査方法は、請求項５において、前記距離センサの誤差の発生の自動検知を測定点ごとに行わずに、所定間隔で実行することを特徴とする。
本発明の請求項８記載の基板検査方法は、請求項６において、前記距離センサの測定値のキャリブレーションを測定点ごとに行わずに、所定間隔で実行することを特徴とする。

この構成によると、距離センサによる基板の測定点の高さと高さ基準値との差に基づいて計算した測定点フォーカス制御値を中心に限定してオートフォーカス検出を実行することによって、撮像装置のフォーカス調節範囲の全域にわたって移動させながら合焦点制御する場合に比べて、極めて迅速に合焦点した画像を得ることができる。

また、距離センサによって基板の少なくとも２点を測定して求めた基板傾斜角と、測定点と測定点の間隔に基づいて、撮像装置のフォーカス位置を修正して第２測定点での検査画像を取得する場合には、次の測定点に到着する前に撮像装置のフォーカス位置の修正を開始することができ、極めて迅速に合焦点した画像を得ることができる。

また、距離センサによる基板の測定点の高さに基づいて測定点フォーカス制御値を中心に限定してオートフォーカス検出を実行する場合には、合焦点したときの検査済み測定フォーカス制御値と、前記測定点フォーカス制御値との差に基づいて、前記距離センサの誤差の発生を自動検出することによって、信頼性の高い、長期間にわたって安定した動作を期待できる。

以下、本発明の基板検査方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図５は本発明の（実施の形態１）を示す。

図１はこの基板検査方法によって運転される検査装置を示す。
検査を受ける基板１は、ＸＹテーブル２のステージ３にセットされている。ステージ３は、Ｘ軸方向駆動装置４とＹ軸方向駆動装置５とによって水平移動させることができる。基板１の基板面を観察する撮像装置としての顕微鏡システム６は、一端に対物レンズ７が取り付けられ、他端にカメラ８が取り付けられた鏡筒９と、指示値に基づいて鏡筒９の長さをフォーカス制御方向（矢印１０方向）に駆動するオートフォーカスユニット１１とで構成されている。１２はレーザー変位計などで構成される距離センサで、前記基板面の高さを測定する。

基板面の上の仮想線で示す２１は第１の測定点の前記顕微鏡システム６の検査視野を表している。２２は第１の測定点に隣接した第２測定点の検査視野、２３は第２の測定点に隣接した第３測定点の検査視野を表しており、ここでは、第１の測定点と第２測定点の間隔と、第２の測定点と第３測定点の間隔は等しい。前記前記顕微鏡システム６の鏡筒９の光軸と前記距離センサ１２の検出軸との間隔も、 第１の測定点と第２測定点の間隔に等しく取り付けられている。

ここでは第１の測定点を基準測定位置として第２の測定点のフォーカス制御の場合を例に挙げて、オートフォーカスユニット１１の制御装置の構成を図２に基づいて説明する。
ステップＳ１では、カメラ８の画像に基づいて合焦点するようにオートフォーカスユニット１１を駆動する。そのときのオートフォーカスユニット１１のフォーカス制御方向（矢印１０方向）の位置を示すフォーカス制御値をＺ０として、これを第１の測定点の値として記憶する。合焦点した第１の測定点におけるカメラ８の画像は、正常／不良の判定に使用される。また、ステップＳ１では前記距離センサ１２によって第１の測定点の検出値を高さ基準値：ＳＳ０として予め記憶している。

ステップＳ２では、前記距離センサ１２によって次計測点の第２の測定点の高さを検出し、ステップＳ３では、ステップＳ２で検出した高さをＳＳとして記憶する。
第１の測定点の正常／不良の判定に必要な画像をカメラ１２から取り込んだ後のステップＳ４では、第２の測定点が前記鏡筒９の光軸上に来るように、Ｘ軸方向駆動装置４，Ｙ軸方向駆動装置５の必要なものを移動させる。この例の場合には、Ｘ軸方向駆動装置４を前記の間隔だけ運転して、図３に示す状態に移る。この状態では、距離センサ１２は、第３の測定点の高さを測定できる位置にある。

ステップＳ５での第２の測定点でのオートフォーカスユニット１１の合焦点制御は、記憶しているフォーカス制御値：Ｚ０，第１の測定点の高さを検出した高さ基準値：ＳＳ０と、前記高さ：ＳＳに基づいて、フォーカス制御値：Ｚ０を、第１，第２の測定点の高さの差：Ｄ＝（ＳＳ−ＳＳ０）に基づいて補正した測定点フォーカス制御値（Ｚ）を計算し、この測定点フォーカス制御値：Ｚを中心に、その前後の限られた範囲に限定してオートフォーカス検出を実行して検査画像を取得し、合焦点した第２の測定点におけるカメラ８の画像は、正常／不良の判定に使用される。

以下、同様にしてステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返して第３の測定点以降の基板検査が行われる。図３のフローチャートを更に具体的に説明したものが図４と図５である。
ステップＳ１の前段のステップＳ０では、基準登録のために第１の測定点で測定した場合の距離センサ１２の計測値（高さ基準値）：ＳＳ０＝１９４２μｍと記憶したとする。また、第１の測定点の合焦点のフォーカス制御値：Ｚ０＝８００１μｍと記憶したとする。この場合、第１の測定点（基準測定位置）での高さとフォーカス制御値との基準関係は、
１９４２μｍ − ８００１μｍ
である。図５のステップＳ１で、距離センサ１２が第２の測定点の高さ：ＳＳ＝２０４２μｍと検出した場合には、ステップＳ２では、
Ｄ ＝ （ ＳＳ − ＳＳ０ ）
＝ （２０４２−１９４２）＝１００μｍ
と、１００μｍ増えているので、ステップＳ３で次の計測点へＸＹテーブル２を移動させ、ステップＳ４で、第２の測定点のフォーカス制御値：Ｚが、
Ｚ ＝ （ Ｚ０ ＋ Ｄ ）
＝ （８００１＋１００）＝８１０１μｍ
と計算され、この８１０１μｍの位置を中心に、微少範囲でオートフォーカス制御が実行される。以下、同様にしてステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返して基板検査が行われる。

このように、８１０１μｍの位置を中心に、微少範囲でオートフォーカス制御するため、第２の測定点においてオートフォーカスユニット１１の全域にわたって移動させながら合焦点制御する場合に比べて、極めて迅速に合焦点した画像を得ることが出来、標準画像と比較しての画像認識の結果を従来よりも迅速に得ることが出来る。これは、測定点の数が極めて多い場合に特に有効である。

なお、図２のステップＳ１，図５のステップＳ０で第１の測定点を記憶するのは、センサとフォーカス制御値の基準関係を登録するためであり、一度登録すると、検査対象の基板がかわっても毎回実施する必要がない。この点は（実施の形態２）でも同様である。

（実施の形態２）
図６〜図８は本発明の（実施の形態２）を示す。
（実施の形態１）では測定点における基準位置との基板の高さの差に応じて、測定点におけるフォーカス制御の中心値を計算して、計算で求めた中心値の前後の微少範囲に限って、測定点でのオートフォーカス制御を実施したが、この（実施の形態２）では、測定点でのオートフォーカス制御を除去できる。

図６（ａ）はこの基板検査方法によって運転される検査装置を示す。なお、検査を受ける基板１、Ｘ軸方向駆動装置４、Ｙ軸方向駆動装置５、顕微鏡システム６、指示値に基づいて鏡筒９の長さをフォーカス制御方向（矢印１０方向）に駆動するオートフォーカスユニット１１、距離センサ１２の構成要件は同じである。ただし、顕微鏡システム６と距離センサ１２の間隔は（実施の形態１）と同じであっても可能であるが、この例では、測定点の間隔と同じであっても良いが、必須条件ではない。

図８に示すステップＳ１では、基板１の両端における高さを距離センサ１２で測定する。ここではＸ軸方向駆動装置４を運転して基板の第１の測定点の高さ：ＳＳ１を距離センサ１２で測定し、Ｘ軸方向駆動装置４を運転して基板の第３の測定点の高さ：ＳＳ２を距離センサ１２で測定する。ここで、２点間の距離：ｄは既知である。基本的な考え方は、図７に示すように基板１の２点Ｐ１とＰ２のそれぞれにおいて距離センサ１２によって高さを検出して、前記２点間Ｐ１−Ｐ２における基板１の傾きの直線２４を求めようとしている。

ステップＳ２では、第１の測定点を鏡筒９の光軸に合わせ、合焦点するようにオートフォーカスユニット１１を駆動する。
ステップＳ３では、ステップＳ２で合焦点したときのオートフォーカスユニット１１のフォーカス制御方向（矢印１０方向）の位置を示すフォーカス制御値をＺ１として記憶する。合焦点した第１の測定点におけるカメラ８の画像は、正常／不良の判定に使用される。

ステップＳ４では、Ｘ軸方向駆動装置４を運転して図６（ｂ）に示すように第２の測定点を鏡筒９の光軸に合わせるが、観測点が第１の測定点から第２の測定点に移動する間に、次のようにして第２の測定点でのオートフォーカスユニット１１のフォーカス制御値：Ｚ２を決定し、観測点が第１の測定点から第２の測定点に移動する間にオートフォーカスユニット１１を目標値のフォーカス制御値：Ｚ２に近づくように移動を開始している。

具体的には、ステップＳ５では、ステップＳ１で求めた２点のＰ１，Ｐ２のそれぞれの距離センサ１２の測定値：ＳＳ１，ＳＳ２および２点間の距離：ｄから基板の傾き直線を検出する。

ステップＳ６では第１の測定点と第２の測定点との間隔をステップＳ５で求めた傾き直線に代入して、補間処理演算で基板１の第２の測定点での高さ：ＳＳ３を算出する。
ステップＳ７では、第１の測定点で合焦点したフォーカス制御値をＺ１と、第１の測定点と第２の測定点との高さの差（ＳＳ３−ＳＳ１）とから、第２の測定点でフォーカス制御値：Ｚ２を決定する。

Ｚ２＝Ｚ１＋（ＳＳ３−ＳＳ１）
ステップＳ８では、ステップＳ７で決定したフォーカス制御値：Ｚ２に向けてオートフォーカスユニット１１を移動させる動作を開始する。

そして第２の測定点が鏡筒９の光軸位置に到着した後に、ステップＳ９では、フォーカス制御値：Ｚ２を中心に微小範囲でオートフォーカスユニット１１がフォーカス調整して画像を取得し正常／不良の判定に使用される。

以下、同様にしてステップＳ６〜ステップＳ９を繰り返して第３の測定点以降の基板検査が行われる。
このように、基板１の傾きから補間計算処理して各測定点の高さを求めることによって、各測定点でのオートフォーカス検出処理を無くすことができ、極めて迅速に合焦点した画像を得ることができ、標準画像と比較しての画像認識の結果を従来よりも迅速に得ることができる。これは、測定点の数が極めて多い場合に特に有効である。さらに、次の測定点へ到着する前にステップＳ８でフォーカス制御値：Ｚ２に向けてオートフォーカスユニット１１を移動させることを開始しているので、更なる時間短縮を実現できる。

なお、上記の説明では距離センサ１２によって検出した２点Ｐ１，Ｐ２の高さの差から基板１の傾きの直線２４を求めて計算処理を実行したが、これは、２点Ｐ１，Ｐ２の高さの差から基板１の基板傾斜角を算出しても同様に計算処理してオートフォーカスユニット１１の適正な移動開始を実現して時間短縮を実現できる。

（実施の形態３）
図９は本発明の（実施の形態３）を示す。
（実施の形態３）は、（実施の形態１）のように各測定点ごとに距離センサ１２によって基板１の高さを測定する基板検査方法における信頼性の向上を目的としている。具体的には、図５のステップＳ１において距離センサ１２から読み取った次の測定点の値に環境温度の変動などを原因とするドリフトや、距離センサ１２を支持している取り付け部の機械的な位置変動などによる誤差が発生し、オートフォーカス制御に時間を要する状態に陥ることがある。

そこで、図９に示すフローチャートでは、次のようにしてキャリブレーション処理して距離センサ１２に発生した誤差を消去している。
図９のステップＳ１〜ステップＳ４は、図５のステップＳ１〜ステップＳ４と同じである。図９のステップＳ５では、オートフォーカスユニット１１のオートフォーカス完了後の駆動軸位置を示すオートフォーカス値Ｚｎを取得する。

ステップＳ６では、ステップＳ５で計算した測定点フォーカス制御値：ＺとステップＳ５で取得したオートフォーカス値Ｚｎとの補正誤差：Ｅを計算する。
ステップＳ７では、補正誤差の大きさが許容値を超えているかを判定し、許容値を超えていると判定された場合には、ステップＳ８で許容回数オーバーを記録しているレジスタの内容を“＋１”する。ステップＳ９では、許容回数オーバーを記録しているレジスタの内容が許容値オーバー回数を超えているか判定する。

ステップＳ９で許容値オーバー回数を超えていると判定された場合には、ステップＳ１０においてオートキャリブレーションを実行する。具体的には、ステップＳ０で記憶している高さ基準値ＳＳ０を“ＳＳ０＋Ｅ”に更新する。

以降は、この更新後の高さ基準値ＳＳ０を採用してオートフォーカス制御を繰り返す。
このように、オートキャリブレーションを実行することによって、距離センサ１２のドリフトの影響を低減することができる。

なお、図９のフローチャートでは、ステップＳ４に続いてステップＳ５〜ステップＳ１０のオートキャリブレーションのルーチンを毎回実行するようにして説明しているが、毎回実行しなくても、定期的に所定間隔でステップＳ５〜ステップＳ１０を実行するように構成することもできる。具体的には、規定時間以上にわたって運転がオフされていた場合の運転再開の直後の一定期間、または規定時間が経過するたびに一定期間だけステップＳ５〜ステップＳ１０を実行する。

また、ステップＳ１０で自動的に補正誤差：Ｅを高さ基準値ＳＳ０に取り込むように構成したが、ステップＳ９において許容オーバー回数を超えた状態に陥ったことを報知するように構成することによっても、オートフォーカス制御に要する時間が無駄に長くなるような事態を最小限に食い止めるのに有効である。

なお、図９のステップＳ０で第１の測定点を記憶するのは、センサとフォーカス制御値の基準関係を登録するためであり、一度登録すると、検査対象の基板がかわっても毎回実施する必要がない。

上記の各実施の形態において、撮像装置としての顕微鏡ユニットに対して基板の方が移動したが、基板とこの基板面を撮影する撮像装置を相対移動させて検査する場合に同様に適用できる。

集積回路や表示素子などの電子部品を実装済みの配線基板、電子部品を実装する前のランドの検査を迅速に実施することができるので、外部接続端子の多い電子部品を使用する各種電子機器の信頼性の向上に寄与することができる。

本発明の（実施の形態１）の基板検査方法によって運転される検査装置の構成図 同実施の形態の制御装置のフローチャート 同実施の形態の検査装置の途中工程の説明図 同実施の形態の具体例の説明図 同実施の形態の具体例のフローチャート図 本発明の（実施の形態２）の基板検査方法によって運転される検査装置の構成図 同実施の形態の傾き直線の説明図 同実施の形態の制御装置のフローチャート 本発明の（実施の形態３）の基板検査方法を実行する制御装置のフローチャート

符号の説明

１ 検査を受ける基板
２ ＸＹテーブル
３ ステージ
４ Ｘ軸方向駆動装置
５ Ｙ軸方向駆動装置
６ 顕微鏡システム（撮像装置）
７ 対物レンズ
８ カメラ
９ 鏡筒
１１ オートフォーカスユニット
１２ 距離センサ
２１，２２，２３ 顕微鏡システム６の検査視野

Claims (8)

1. 基板とこの基板面を撮影する撮像装置を相対移動させて、複数の測定点を検査するに際し、
   基準測定位置における前記撮像装置のフォーカス制御値と前記基準測定位置の高さを距離センサで検出した高さ基準値を記憶し、
   測定点における前記撮像装置のオートフォーカス制御駆動の範囲を、前記距離センサによる基板の前記測定点の高さと前記高さ基準値との差に基づいて前記フォーカス制御値を補正した測定点フォーカス制御値を中心に限定してオートフォーカス検出を実行して検査画像を取得する
   基板検査方法。
2. 前記撮像装置が最新の測定点に到着する前に次の測定点の高さを測定する
   請求項１記載の基板検査方法。
3. 配線基板とこの基板面を撮影する撮像装置を相対移動させて、複数の測定点を検査するに際し、
   第１測定点での合焦点状態にある前記撮像装置を、距離センサによって前記基板の少なくとも２点を測定して求めた基板の傾き直線または基板傾斜角と、第１測定点と第２測定点の間隔に基づいて、前記撮像装置のフォーカス位置を修正して第２測定点での検査画像を取得する
   基板検査方法。
4. 撮像装置の光軸が第２測定点に到着する前に、フォーカス位置の修正を開始する
   請求項３記載の基板検査方法。
5. 前記距離センサによる基板の前記測定点の高さに基づいて測定点フォーカス制御値を中心に限定してオートフォーカス検出を実行して合焦点したときの検査済み測定フォーカス制御値と、前記測定点フォーカス制御値との差に基づいて、前記距離センサの誤差の発生を自動検出する
   請求項１記載の基板検査方法。
6. 検査済み測定フォーカス制御値と前記測定点フォーカス制御値との差に基づいて前記距離センサの測定値をキャリブレーションして次の測定点のオートフォーカス制御を実行する
   請求項５記載の基板検査方法。
7. 前記距離センサの誤差の発生の自動検知を測定点ごとに行わずに、所定間隔で実行する
   請求項５記載の基板検査方法。
8. 前記距離センサの測定値のキャリブレーションを測定点ごとに行わずに、所定間隔で実行する
   請求項６記載の基板検査方法。

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