JP2008032602A - 表面欠点検査装置、表面欠点検査方法およびその検査方法を用いた回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
被検査体が移動していても、撮像手段のフォーカスを逐次調整することを可能とし、被検査体表面の欠点検査を高精度に行う表面欠点検査装置および方法を提供すること。
【解決手段】
被検査体に光を照射する光照射手段と、被検査体からの透過光または反射光を受光して被検査体を撮像する撮像手段と、撮像手段のフォーカスを調整するフォーカス調整手段と、撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査する表面検査手段とを備えた表面欠点検査装置であって、撮像手段によって被検査体の所定領域を撮像し、得られた所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、得られた画素値分布グラフに存在する、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量に基づいて、撮像手段のフォーカスを調整するフォーカス調整量を算出する表面欠点検査装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面欠点検査装置、表面欠点検査方法に関する。

プリント基板や半導体ウェハなどに代表される所定のパターンを有する対象物の、パターンにおける欠点の検査は、光を対象物に照射し、その反射光や透過光を受光して被検査体を撮像し、その撮像画像を予め取得したマスタ画像（同一の撮像系で欠点のない対象物を撮像した画像、または設計図）と比較し、その比較結果に基づいて欠点の有無を判断する方法が一般的である。

近年、パターンの高密度化が進んでおり、それに伴い欠点検査技術も高精度化が要求されている。高精度化を達成するには幾つかの要素技術があるが、その多くがカメラである撮像手段のフォーカスを被検査体表面に適切に合わせることである。

特に可撓性を有するフレキシブルプリント回路基板を検査対象とする場合においては、撮像手段のフォーカスの最適化は必要である。高精細な回路パターンを形成するため、フレキシブルプリント回路基板をガラス板等の支持体に貼り、前記回路基板の寸法安定を確保して回路パターンを形成する方法が知られている（特許文献１参照）が、この方法においても、大型のガラス板を用いる場合は、ガラス板そのものが撓み、撮像画像において回路パターンがぼけて映ることがある。これでは回路パターンにおけるリード線の境界を明瞭に撮像できないため、例えばリード線の欠け（リード線幅の局所的な細り）などを高精度に検出できない。この点を改善して撮像手段のフォーカスを最適なものとし、高精度な欠点検査を行うようにしたものとして特許文献２が挙げられる。

特許文献２を、図１３を用いて説明する。図１３は、特許文献２に記載の検査装置の斜視図である。特許文献２に記載の方法は、被検査体（例としてスタッドバンプが挙げられている）を設置する検査ステージ１の場所ごとの平面度を変位センサ２で計測し、その場所ごとの計測データを記憶装置３に記憶し、その記憶データに基づいて、モーター４を介して１軸ステージ５を逐次動かし、１軸ステージ５に固定されている撮像手段６と、検査ステージ１との距離を調整することで、撮像手段６のフォーカスを被検査体に合わせるというものである。

また、一般に撮像手段のフォーカスを合わせる方法として、撮像画像に存在する画素の持つ信号値（画素値、画素に相当する光電変換素子の出力値に基づいた値）の差（コントラスト）を利用するものがある。コントラストが大きくなれば撮像手段のフォーカスは合うようになるが、このコントラストを評価する方法として非特許文献１が挙げられる。

この方法を、光反射率の大きなリード線箇所８と光反射率の小さな非リード線箇所９からなる回路パターンを有する被検査体７に光を照射し、その反射光を受光して被検査体７を撮像する場合を例として、図１４を用いて説明する。図１４は、リード線箇所８と非リード線箇所９での反射光をそれぞれ受光した光電変換素子に相当する画素の画素値の大きさを示した説明図である。

画素値がＩ_１となっている箇所はリード線箇所８での反射光を受光した光電変換素子に相当する画素で、Ｉ_２となっている箇所は非リード線箇所９での反射光を受光した光電変換素子に相当する画素である。このとき撮像手段のフォーカスを逐次調整しながら被検査体７を撮像し、例えば下記数式１で示されるような指標を用いてＩ_１とＩ_２との差を評価する。すると、この差が最大となったときに撮像手段のフォーカスは最適となる。

国際公開第０３／００９６５７号パンフレット 特開２００５−１６６７４３号公報 江尻ら、ディジタル画像処理、日本国、財団法人 画像情報教育振興協会、２００４年７月２２日、第一版、ｐ．３８４

以上述べたように、撮像手段のフォーカスを最適とする方法は幾つか提案されている。しかしながら、特許文献２のように検査ステージの平面度を測定するのは、変位センサ２、記憶装置３を新たに追加するためコストが増加することや、変位センサ２の調整や保全の手間もかかることなどから望ましくない。また、予め平面度を測定し、その測定値に基づいて撮像手段のフォーカスを合わせる方法も、実際の検査中における撮像手段のフォーカスを考慮している訳ではないので、例えば被検査体の厚みが想定値から外れていたときなどには対応できない。

また、前述したように撮像画像に存在する画素値のコントラストの大きさに基づいて撮像手段のフォーカスを調整する方法もあるが、数式１に示したような評価値が最大か否かを判断するには、被検査体までの距離を変化させるように撮像手段を動かすなどして、フォーカスを絶えず変化させなければならない。被検査体が静止している状態ならば問題はないが、被検査体が移動する場合には、この方法は適さない。

以上に鑑みて、本発明の目的は、被検査体が移動していても、撮像手段のフォーカスを逐次調整することを可能とし、被検査体表面の欠点検査を高精度に実現する表面欠点検査装置および表面欠点検査方法を提供することである。

すなわち、本発明は被検査体に光を照射する光照射手段と、被検査体からの透過光または反射光を受光して被検査体を撮像する撮像手段と、撮像手段のフォーカスを調整するフォーカス調整手段と、撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査する表面検査手段とを備えた表面欠点検査装置であって、撮像手段によって被検査体の所定領域を撮像し、得られた所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、得られた画素値分布グラフに存在する、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量に基づいて、撮像手段のフォーカスを調整するフォーカス調整量を算出する表面欠点検査装置である。

また、本発明の別の態様によれば、被検査体に光を照射し、被検査体からの透過光または反射光を受光して被検査体を撮像し、撮像時には撮像手段のフォーカスを調整し、撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査する表面欠点検査方法であって、被検査体の所定領域を撮像し、得られた所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、得られた画素値分布グラフに存在する、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量に基づいて、撮像手段のフォーカスを調整する表面欠点検査方法である。

本発明によれば、被検査体が移動していても、撮像手段のフォーカスを逐次調整することが可能となり、被検査体表面の欠点検査を高精度に行うことができる。

本発明の表面欠点検査装置および方法は回路基板に限らず、フィルムやカラーフィルタなどの表面欠点検査などにも応用することができるが、以下の説明においては、可撓性フィルムなどの基板に積層した金属箔からエッチング等を行うパターン形成工程で回路パターンを形成した回路基板を、検査ステージに設置して所定の方向に移動させながら、光照射手段からの光を回路基板に照射し、その反射光を撮像手段で受光することで回路パターンを撮像し、回路基板にある回路パターンにおける欠点の検査を行う欠点検査工程に流す場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の装置構成を図１に示す。図１は、本実施形態の概略装置構成図である。

図１の符号１０は被検査体であり、ここでは所定の回路パターンを有する可撓性の回路基板である。回路パターンを形成する基板はポリイミドなどのフィルムでもプラスチックでも金属でも良く、また、この基板がガラス板などの支持体に貼り合わされていても良い。ただし、支持体に貼り合わされている場合には、最終的にこの支持体から回路基板を剥がす工程が必要となる。欠点検査を行うときには、回路基板が支持体に貼り合わされていても、剥がされた後でも良い。回路パターンの一部であるリード線箇所を形成する素材は錫でも銅でも良く、また、光反射率が異なる複数のリード線箇所を有していても良い。ここでは、ポリイミドフィルムの表面に銅メッキを施し、その上からフォトレジストを塗布して露光、現像し、エッチングによるパターニングを行うパターン形成工程によって形成された所定の回路パターンを持つ回路基板とし、その回路パターンは、光反射率が大きなリード線箇所と光反射率が小さな非リード線箇所の２つの箇所で構成されているものとする。

図１の符号１１は検査ステージであり、被検査体１０を設置した状態で、所定の方向に移動する。検査ステージ１１を駆動させる機構はモーターでもエアでも良く、設定した移動速度を維持できるものが望ましい。ここでは基板を水平に保つように支持しながら、モーターによる所定の水平１方向への定速移動を行うものとする。

図１の符号１２は光照射手段であり、光を照射する光源と、光源の配置を規定する光源配置治具とで構成され、被検査体１０に光を照射するものである。光源と光源配置治具を組み合わせた光照射を担う部材の設置台数は１つでも複数でも良く、また光源の種類はＬＥＤ光源でも蛍光灯でもメタルハライド光源でも良く、また光源配置治具の形状はリング状でもドーム状でも良く、これらを種々組み合わせたものでも良い。被検査体１０が検査ステージ１１に設置されて移動することにより、被検査体１０の全検査領域に照射される光量が同程度になるものを選択、あるいは設計することが望ましい。ここでは、光源がＬＥＤ光源で複数あり、それらがリング状に配置されているものとする。

図１の符号１３は撮像手段であり、被検査体１０の表面での反射光を受光して、被検査体１０を撮像する。撮像手段１３は、入ってくる光を集光するレンズと、受光した光量に応じた電気信号を発生する光電変換素子とを有しており、光電変換素子が２次元に配列されたエリアセンサカメラでも、１次元に配列されたラインセンサカメラでも良いが、光学的な歪みの小さなレンズを用いることが望ましい。このレンズと光電変換素子との組み合わせを有した被検査体の撮像を担う部材の設置台数は１つでも複数でも良いが、被検査体１０が検査ステージ１１に設置されて移動することにより、撮像手段１３が、被検査体１０の全検査領域での反射光を受光することで、被検査体１０の全検査領域を撮像できるように配置されている。ここではラインセンサカメラで、その光電変換素子が検査ステージ１１の移動方向と直行する方向に並ぶように配置されているものとする。

図１の符号１４はフォーカス調整手段であり、撮像手段１３のフォーカスを調整する。撮像手段１３のレンズと光電変換素子との最短距離を変化させるピエゾアクチュエータでも、被検査体１０表面と撮像手段１３のレンズとの最短距離を変化させるように撮像手段１３を移動させる１軸ステージでも良い。ここでは、モーターで駆動する１軸ステージであって、撮像手段１３を鉛直方向に移動させるものとする。

図１の符号１５は表面検査手段であり、撮像手段１３が撮像した撮像画像と予め取得してあるマスタ画像とを比較して、これら２つの画像における相違点を検出することで被検査体１０の回路パターンにおける欠点を検査する。また、撮像画像に基づいて撮像手段１３のフォーカスを推定し、最適なフォーカスに調整するフォーカス調整量を算出する。符号１６は外部出力手段であり、ここではディスプレイ、プリンタ、警報装置などである。

撮像手段１３は表面検査手段１５と接続されており、撮像手段１３が撮像した撮像画像を表面検査手段１５に送信できるようになっている。また、表面検査手段１５はフォーカス調整手段１４と接続されており、表面検査手段１５で算出されたフォーカス調整量をフォーカス調整手段１４に送信できるようになっている。フォーカス調整手段１４は、このフォーカス調整量に基づいて撮像手段１３を動かす。また、表面検査手段１５は外部出力手段１６とも接続されており、表面検査手段１５での検査結果を外部出力手段１６に送信できるようになっている。

上記に説明した各手段を用いて、被検査体１０を検査ステージ１１に設置した状態で移動させ、被検査体１０の全検査領域での、光照射手段１２からの光の反射光を撮像手段１３で受光して被検査体１０の全検査領域を撮像し、その撮像画像に基づいて撮像手段１０のフォーカスを調整し、再度調整されたフォーカスで画像を撮像することで被検査体１０の回路パターンにおける欠点検査を行う。以下、本実施形態における、撮像手段１３のフォーカス調整に用いるデータを取得する検査前処理動作と、そのデータを用いて撮像手段１３のフォーカスを調整しながら被検査体１０の表面検査を行う検査動作を説明する。

検査前処理動作は、撮像手段１３のフォーカス調整を行うタイミングを決定し、被検査体１０の所定領域を設定し、この所定領域を撮像した所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、この画素値分布グラフの所定の凸形状の広がりを表現する特徴量を決定し、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさと特徴量との対応関係を求める動作である。また、検査動作は、実際に被検査体１０での反射光を受光して被検査体１０を撮像し、撮像画像に基づいて被検査体１０の回路パターンにおける欠点検査を行い、同時に、所定領域画像に基づいて撮像手段１３のフォーカスズレの大きさを推定し、撮像手段１３のフォーカスを調整し、被検査体１０の撮像と、その撮像画像に基づいた検査を継続する動作である。

ここで「被検査体の所定領域」とは、予め設定した被検査体の部分領域であり、この所定領域を撮像した所定領域画像は、撮像手段のフォーカス調整量を算出するための基礎データとなる。したがって、検査中、フォーカス調整量を算出するタイミングで所定領域を撮像する必要があるので、１つの被検査体の中に複数設定されることもある。

また、「所定領域画像から作成される画素値分布グラフ」を、図２を用いて説明する。図２は、画素値分布グラフＧの説明図である。所定領域画像から作成される画素値分布グラフＧとは、所定領域画像に存在する全ての画素がそれぞれに持つ画素値を考え、画素値を横軸に、各画素値を持つ画素の数を縦軸にしてプロットし、それらを結んだグラフをいう。例えば、撮像画像として８ビットのデジタルカメラを用いて、２００×２００画素の所定領域画像を取得すると、画素値分布グラフは、横軸が０から２５５まであり、各画素値を持つ画素の数（縦軸）を合計すると４００００となる。

また、「所定の凸形状の広がりを表現する特徴量」を、図２を用いて説明する。まず、所定の凸形状Ｆとは、画素値分布グラフＧにおいて、予め指定した光反射率（または光透過率）を有する被検査体表面の箇所（リード線箇所または非リード線箇所）での反射光（または透過光）を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状をいう。ここで指定する光反射率（または光透過率）を持つ被検査体表面の箇所は、所定領域に占める割合が大きいものを選択することが望ましい。こうすることで所定の凸形状Ｆを形成する画素数は増加し、画素値分布グラフＧにおける極大値が大きくなり、後処理における精度が向上する。

また、この所定の凸形状Ｆは、画素値分布グラフＧにおいて存在する箇所をおおよそ推定できる。これは、所定領域の全範囲にわたる光反射率（または光透過率）を事前に把握できるため、指定する光反射率（または光透過率）が、所定領域全体の光反射率（または光透過率）の上位何％（または下位何％）にあたるかが分かるからである。したがって、所定の凸形状Ｆを抽出したければ、画素値分布グラフＧにおける上位何％（または下位何％）に存在する凸形状と指定して抽出すれば良い。例えば、画素値分布グラフＧの画素値上位３０％までの画素と指定することで、大きな光反射率を有するリード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状Ｆを検出できる。

次に、凸形状の広がりを表現する特徴量とは、凸形状における画素値方向への広がり方を表現する物理量である。例えば、凸形状を正規分布と近似しての分散や、画素値を変数とした２次関数で近似したときの２次係数などがある。

検査前処理動作の詳細を以下に示す。まず、撮像手段１３のフォーカスを調整すべきタイミングを決定し、それぞれのタイミングで撮像される被検査体１０表面を所定領域として設定する。このとき、被検査体１０と検査ステージ１１の形状および移動方向を考慮して、所定領域を設定することが望ましい。例えば、被検査体１０が撓む場合は、被検査体１０の撓み量を考慮し、その撓み量が撮像手段１３の被写界深度以上となる箇所に所定領域を設定することが考えられる。このとき、細かく撮像手段１３のフォーカスを調整するため、１つの被検査体１０に多くの所定領域を設定することが望ましい。

この所定領域の大きさに制限はないが、これを撮像した所定領域画像が一定数以上の画素を含むことが望ましい。これは画素数が多ければ、算出されるフォーカス調整量の精度が増すためである。また、このときリード線箇所と非リード線箇所のそれぞれが占める面積の割合も制限はないが、割合が大きくなる箇所での光反射率（または光透過率）を指定して所定の凸形状Ｆとすることが望ましい。また、リード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状を所定の凸形状Ｆとする方が更に望ましい。これは、一般に、後処理における撮像手段１３のフォーカスズレの大きさによる凸形状の広がりを表現する特徴量の変化が急峻であり、算出されるフォーカス調整量の精度が増すためである。

次に、一般に複数ある所定領域のそれぞれにおいて、所定領域画像の画素値分布グラフに存在する所定の凸形状の広がりを表現する特徴量を決定し、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさと特徴量との対応関係を求める。

各所定領域を撮像した所定領域画像から作成される画素値分布グラフにおける所定の凸形状を決定するが、ここでは、リード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状とし、また、特徴量は、凸形状を正規分布と近似した分散とする。

次に、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさと特徴量との対応関係を求める。このために、撮像手段１３を鉛直方向に移動してフォーカスズレの大きさを設定し、その状態で実際の検査と同じように撮像して所定領域画像を得る。まず、撮像手段１３の鉛直方向の位置を変化させて、フォーカスズレの大きさを設定する。例えば、最適なフォーカスを得られる撮像手段１３の位置から０．０５ｍｍ鉛直上向きに移動させておく、などである。そして、被検査体１０を検査ステージ１１に設置して所定の方向に移動させる。この移動している被検査体１０には、光照射手段１２から光が照射される。そして、被検査体１０での反射光を、設定されたフォーカスズレの大きさを持つ撮像手段１３が受光して被検査体１０を撮像し、この撮像画像を逐次表面検査手段１５に送信する。本実施形態における撮像手段１３はラインセンサカメラなので、１回の撮像で得られ、表面検査手段１５に送信される撮像画像は１次元である。

表面検査手段１５では、受信した撮像画像が所定領域画像を含んでいるときには、所定領域画像を抽出する。本実施形態では、受信した１次元の撮像画像を順番に並べて２次元の撮像画像に構成するという操作も行う。この所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量を求める。

以上の動作を、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさを、例えば鉛直方向に０．０５ｍｍずつ変化させながら行い、それぞれの状態で撮像した所定領域画像から作成される画素値分布グラフに存在するリード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状を正規分布と近似したときの分散と、撮像手段１０のフォーカスズレの大きさとの対応関係を、それぞれの所定領域で求める。ここまでの動作が、表面検査前に行う処理動作である。

次に、表面検査の詳細を以下に示す。まず、被検査体１０を検査ステージ１１に設置して所定の方向に移動させる。この移動している被検査体１０には、光照射手段１２から光が照射される。そして、フォーカスを初期状態（想定している被検査体１０の設置状態において最適なフォーカス状態）に設定された撮像手段１３が、被検査体１０での反射光を受光することで被検査体１０を撮像し、この撮像画像を逐次表面検査手段１５に送信する。

表面検査手段１５では、受信した撮像画像が所定領域画像を含んでいるときには、所定領域画像を抽出する。そして所定領域画像から作成される画素値分布グラフに存在する、リード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状を正規分布と近似したときの分散を求め、この所定領域画像に該当する対応関係から、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさを求め、フォーカス調整量を算出し、フォーカス調整手段１４に送信する。また、撮像画像に基づいて、被検査体１０表面の欠点検査を行い、検査結果を外部出力手段１６に送信する。

フォーカス調整手段１４は、撮像手段１３のフォーカスを調整するタイミングで、受信したフォーカス調整量に基づいて撮像手段１３を鉛直方向に動かし、フォーカスを調整する。

以上の動作を、被検査体１０の検査が完了するまで繰り返す。ここで、所定領域画像から作成される画素値分布グラフに存在する、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量によって、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさを推定できることを、図３、図４、図５、図６および図７を用いてより具体的に説明する。図３および図４は撮像手段１３と被検査体１０によって構成される撮像系の概念図で、図５は点広がり関数ｈ（ｘ）を示した説明図で、図６および図７はフォーカスズレによる画素値の分布変化の説明図である。ここでは、リード線箇所、非リード線箇所それぞれで光反射率に大きなムラを持つ被検査体１０の、１次元（Ｘ軸）での撮像を考える。

ｘ位置における、撮像系における被検査体１０表面での反射光量をｆ（ｘ）、撮像手段１３への入射光量をｇ（ｘ）とすると、これらの関係は下記数式２に示すように、撮像手段１３のレンズ１３ｂに大きく依存する撮像系における点広がり関数（光を伝達する系を表現する関数）ｈ（ｘ）を介した畳み込み積分で表現される。

ｆ（ｘ）は光照射手段１２からの光量、被検査体１０表面の光反射率などに依存してムラが存在する。このとき、ｆ（ｘ）の大きさの分布は、一般にリード線箇所、非リード線箇所のそれぞれで正規分布に従う（図６、図７）。これら正規分布は、撮像手段１３の光学系パラメータ（絞りや露光時間）を変化させず、同じ所定領域を撮像する限り一定であると考えて良い。

このとき、ｈ（ｘ）は撮像系のフォーカスにのみ依存する関数となる（厳密には撮像手段１３の光電変換素子１３ａの個体差にも依存するが、これは正規分布に従うと考えられるため、ｆ（ｘ）に含んで考える）。図５に示したように、一般に、撮像手段１３のフォーカスが最適ならばｈ１（ｘ）のようにＸ方向の幅が小さく、極大値が大きい（理想的な極限ではδ関数となる）。これは最適なフォーカス状態では、図３のように被検査体１０表面の１点のみでの反射光を受光することを示す。これに対し、フォーカスがずれるとｈ２（ｘ）のようにＸ方向の幅が大きく、極大値が小さくなる（極限ではＸ軸に平行な直線となる）。これは、図４のように被検査体１０表面の広範囲の反射光を受光することを示す。

したがって、撮像手段１３の各画素値ｇ（ｘ）の大きさの分布は、最適なフォーカス状態では、図６のようにｆ（ｘ）の大きさの分布である正規分布に近くなり（極限では正規分布そのもの）、フォーカスがずれた状態ではｈ２（ｘ）のようにＸ方向の幅が大きくなるため、図７のように範囲が広がったｆ（ｘ）の平均値となり、正規分布よりも取りうる値の幅は小さくなる。すなわち、リード線箇所、非リード線箇所のそれぞれで光反射率に大きなムラを持つ被検査体１０の検査においては、撮像手段１３のフォーカスが最適ならば所定の凸形状の広がりを表現する特徴量は大きくなり、フォーカスズレが大きくなれば特徴量は小さくなる。

上記では光反射率に大きなムラを持つ被検査体を例としたが、ムラが小さくても所定の凸形状の広がりは点広がり関数に依存するため、撮像手段１３のフォーカス状態は所定の凸形状の広がりに現れる。したがって、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量によって、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさを推定できる。

こうして推定したフォーカスズレの大きさに基づいて撮像手段１３のフォーカスを調整する。

本実施形態のように被検査体１０が移動しているときには、撮像手段１３のフォーカス調整に時間遅れが生じるので、厳密に最適なフォーカスとすることは容易ではない。しかし、フォーカス調整の周期を可能な限り短くする（多数の所定領域を、間隔を短くして設定する）ことでズレを小さくすることはできる。また、絶えずフォーカスを変化させるという不安定さを持たない。

実施例１
図８および図９に示す装置を用いて、図１０に示す被検査体１０の表面欠点検査を行った。図８は本実施例の概略構成図で、図９は被検査体１０を支持する検査ステージ１１の正面図で、図１０は被検査体１０の正面図である。

実施例１では回路パターンが作製された回路基板とガラス板が貼り合わされているもの（回路基板用部材）が被検査体１０である。パターン形成工程において、ポリイミドフィルム１８をガラス板１７に貼り合わせ、ポリイミドフィルム１８上に、所定の回路パターンを持つ回路ユニット（最終製品における１回路）１９を５４個（６行９列）作製した。この各回路ユニットの回路パターンにおける欠点が、欠点検査工程で検出すべきものである。また、欠点検査工程を通して検査が完了した被検査体１０において、回路基板（回路ユニット１９を持つポリイミドフィルム１８）をガラス板１７から剥がす工程が存在する。検査ステージ１１はステッピングモーターで駆動する２軸ステージで、被検査体１０を水平に保持するための支持機構を持つが、実施例１における支持機構は、被検査体１０を、被検査体１０の端部４辺（幅１０ｍｍ）のみで支持する枠である。光照射手段１２として複数のＬＥＤ光源をリング状に配置したものと、撮像手段１３として８ビットで７５００画素のラインセンサカメラと、フォーカス調整手段１４としてステッピングモーターで駆動する１軸ステージと、外部出力手段１６としてディスプレイをそれぞれ用いた。

検査ステージ１１は直交する２つの水平方向に移動するものであり、光照射手段１２と撮像手段１３は被検査体１０での反射光を受光して、被検査体１０を撮像するように配置されており、撮像手段１３の光電変換素子は検査ステージ１１の移動方向ａと直交する方向に並べてある。

被検査体１０はガラス板１７が端部の４辺のみで支持されているため鉛直方向に撓んでおり、端部と中央部では鉛直方向に約０．３ｍｍのズレが生じている。使用している撮像手段１３の被写界深度は０．１ｍｍであるため、フォーカスを調整しないまま撮像すると、被検査体１０の端部では良好な撮像画像を取得できるが、被検査体１０の中央部では撮像画像にボケが生じてしまった。

そこで、撮像手段１３のフォーカス調整を行うための動作を実施し、得られた所定の凸形状の広がりを表現する特徴量と撮像手段１３のフォーカスズレの大きさとの対応関係に基づいて、撮像手段１３のフォーカスを調整しながら被検査体１０表面の検査動作を行った。

フォーカス調整を行うための動作の詳細を、図１１を用いて以下に示す。図１１は、撮像手段１３のフォーカスを調整するタイミングと調整量を示した説明図で、Ｔｆは撮像手段１３のフォーカス位置の推移を示す。ここでは、１つの列の回路ユニット１９（６行分）を検査する場合を説明する。実際には、以下の説明を、検査ステージ１１を移動方向ｂに沿って移動させることで９列分行う。

まず、撮像手段１３のフォーカスを調整するタイミングは、各回路ユニットの撮像画像を取得し、その撮像画像に基づいて各回路ユニットの回路パターンにおける欠点検査を完了した時とした。また、被検査体１０の撓みは移動方向ａに対称であるとして、具体的には以下のようにフォーカス調整動作を行うよう設計した。

撮像手段１３のフォーカスを初期状態ｐ_０に調整する。このフォーカス初期状態は、被検査体１０が撓んでいない状態で最適なフォーカスを実現するものである。そして検査が開始され、１行目の回路ユニット１９を撮像し、所定領域画像から画素値分布グラフを作成して、フォーカスズレの大きさと特徴量との対応関係から１行目の回路ユニット１９に最適なフォーカスｐ_１を得る。そして１行目の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査が完了した直後に、フォーカス調整手段１４により撮像手段１３のフォーカスをｐ_１に調整する。次に、２行目の回路ユニット１９を撮像し、同様にして２行目の回路ユニット１９に最適なフォーカスｐ_２を得る。そして２行目の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査が完了した直後に、フォーカス調整手段１４により撮像手段１３のフォーカスをｐ_２に調整する。次に、３行目の回路ユニット１９を撮像し、同様にして３行目の回路ユニット１９に最適なフォーカスｐ_３を得る。そして３行目の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査が完了した直後に、フォーカス調整手段１４により撮像手段１３のフォーカスをｐ_３に調整する。次の４行目の回路ユニット１９を撮像するときには撮像手段１３のフォーカスはｐ_３のままで、４行目の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査が完了した直後に、フォーカス調整手段１４により撮像手段１３のフォーカスをｐ_２に調整する。そして５行目の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査が完了した直後に、フォーカス調整手段１４により撮像手段１３のフォーカスをｐ_１に調整する。そして６行面の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査が完了した直後に、フォーカス調整手段１４により撮像手段１３のフォーカスをｐ_０に調整する。

次に、被検査体１０の所定領域を設定した。上記のようなフォーカス調整タイミングなので各回路ユニットに所定領域を定めることになるが、回路ユニットはどれも同じ回路パターンを持つため、全ての回路ユニットで同じ箇所を所定領域とした。この所定領域には、大きな光反射率を有するリード線箇所と小さな光反射率を有する非リード線箇所が、各々同程度の面積で存在しており、所定領域画像は２００×２００個の画素を持つ（回路ユニット全体では７５００×６５００個の画素）。

次に、所定の凸形状をリード線箇所に相当する画素が形成する凸形状とし、広がりを表現する特徴量は凸形状を正規分布として近似したときの分散とした。

次に、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量と撮像手段１３のフォーカスズレの大きさとの対応関係を求めるため、テスト用基板として、被検査体１０と同じ構造でガラス板を撓みのほとんど生じない厚いものに変更したものを用意した。このテスト用基板を用いて、撮像手段１３を０．０５ｍｍずつ鉛直方向に変化させてフォーカスズレの状態とし、それぞれの状態で特徴量を取得し、フォーカスズレの大きさと特徴量との対応関係を得た。

具体的には、以下の動作を行った。テスト用基板を検査ステージ１１に設置して移動させた。その間に、光照射手段１２からテスト用基板に光が照射され、フォーカスズレの大きさを設定した撮像手段１３でその反射光を受光して、テスト基板を撮像し、１回の撮像で取得する１次元の撮像画像を表面検査手段１５に逐次送信した。表面検査手段１５では、１次元の撮像画像を並べて２次元として所定領域画像を取得し、所定領域画像から作成された画素値分布グラフに存在する、リード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成する凸形状を正規分布と近似したときの分散を得た。

これを撮像手段１３の鉛直方向の位置を変化させてフォーカスズレの大きさを変化させながら行い、特徴量とフォーカスズレの大きさとの対応関係を得た。こうして得た対応関係データを用いて、最小二乗法による直線補間を行い、対応関係関数を得た。この関数を用いることで、所定の凸形状を正規分布と近似したときの分散から、撮像手段１３のフォーカスズレの大きさを推定する。

次に、検査動作の詳細を示す。被検査体１０を検査ステージ１１に設置して移動させた。その間に、光照射手段１２から被検査体１０に光が照射され、フォーカスを初期状態ｐ_０に調整した撮像手段１３でその反射光を受光して、被検査体１０を撮像し、１回の撮像で取得する１次元の撮像画像を表面検査手段１５に逐次送信した。表面検査手段１５では、１次元の撮像画像を並べて２次元とし、欠点検査を行った。また、１行目の回路ユニット１９の検査と並行して、所定領域画像と、検査前処理動作で得た対応関係関数からフォーカス調整量を算出し、フォーカス調整手段１４に送信した。そして１行目の回路ユニット１９の検査の完了直後に、撮像手段１３を鉛直方向に移動させてフォーカスを調整し、２行目の回路ユニット１９の撮像、回路パターンにおける欠点検査を開始した。この検査動作を６行目の回路ユニット１９の検査完了まで繰り返した。

こうした撮像手段１３のフォーカス調整を行ったときの結果とフォーカス調整を行わなかったときの結果を図１２に示す。図１２は、フォーカス調整を行ったときと行わなかったときのそれぞれで、同一の被検査体１０における１行目と４行目の回路ユニットでの反射光を受光して、各回路ユニットを撮像した撮像画像から抽出した、所定領域画像から作成された画素値分布グラフＧの比較図である。各画素値分布グラフＧの右側の凸形状Ｆがリード線箇所での反射光を受光した複数の光電変換素子それぞれに相当する画素が形成した凸形状だが、フォーカス調整ありのときは１行目と４行目で凸形状Ｆにほとんど差異はなかった。これに対し、フォーカス調整なしのときは１行目と４行目で凸形状Ｆに大きな差が生じていた。本発明によるフォーカス調整を行うことで、被検査体１０の端部でも中央部でもボケのない撮像画像を取得でき、これに基づいた検査が可能となる。

本発明の一実施形態における装置構成を示す概略構成図。 画素値分布グラフの説明図。 撮像系の概念図。 撮像系の概念図。 点広がり関数の説明図。 フォーカスズレによる画素値の分布変化の説明図。 フォーカスズレによる画素値の分布変化の説明図。 本発明の一実施形態における装置構成を示す概略構成図。 本発明の一実施形態における検査ステージの正面図。 本発明の一実施形態における被検査体の正面図。 本発明の一実施形態における撮像手段のフォーカス調整の説明図。 本発明の一実施形態における画素値分布グラフの比較図。 特許文献１に記載の検査装置の斜視図。 撮像画像におけるリード線箇所と非リード線箇所での画素値の大きさを示した説明図。

符号の説明

１ 検査ステージ
２ 変位センサ
３ 記憶装置
４ モーター
５ １軸ステージ
６ 撮像手段
７ 被検査体
８ リード線箇所
９ 非リード線箇所
１０ 被検査体
１１ 検査ステージ
１２ 光照射手段
１３ 撮像手段
１４ フォーカス調整手段
１５ 表面検査手段
１６ 外部出力手段

Claims (3)

1. 被検査体に光を照射する光照射手段と、被検査体からの透過光または反射光を受光して被検査体を撮像する撮像手段と、撮像手段のフォーカスを調整するフォーカス調整手段と、撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査する表面検査手段とを備えた表面欠点検査装置であって、撮像手段によって被検査体の所定領域を撮像し、得られた所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、得られた画素値分布グラフに存在する、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量に基づいて、撮像手段のフォーカスを調整するフォーカス調整量を算出する表面欠点検査装置。
2. 被検査体に光を照射し、被検査体からの透過光または反射光を受光して被検査体を撮像し、撮像時には撮像手段のフォーカスを調整し、撮像手段が撮像した撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査する表面欠点検査方法であって、被検査体の所定領域を撮像し、得られた所定領域画像から画素値分布グラフを作成し、得られた画素値分布グラフに存在する、所定の凸形状の広がりを表現する特徴量に基づいて、撮像手段のフォーカスを調整する表面欠点検査方法。
3. 可撓性を有する基板上に所定の回路パターンを形成するパターン形成工程と、請求項２記載の表面欠点検査方法を用いてパターン形成工程で形成された所定の回路パターンにおける欠点を検査する欠点検査工程とを有する回路基板の製造方法。

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