JP2008261787A - リング照明装置の調整方法及びその調整方法を実施するリング照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】初心者でも容易にリング状照明装置の調整を行うことができるような、リング照明装置の調整方法とそれを実施するための装置を提供する。
【解決手段】 リング状に照明するリング照明装置によりバンプを照明する際に、高い真球度を有する球状部材を照明し、その球状部材を撮像手段により撮像し、球状部材からのリング状反射像に基づいて、リング照明装置の少なくとも傾きを調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。
請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、
撮像手段により撮像されたリング状反射像の輝度をリング全周において検出し、そのリング状反射像を所定分割して、各分割区域における輝度の最大値と最小値を求め、求められた分割区域の輝度に応じて、リング照明装置を調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、リング照明装置の調整方法及びその調整方法を実施する装置に関し、例えば、半導体チップの電極上に形成されたバンプの画像を取得して、画像処理を行い、バンプの形状検査などを行うバンプ検査装置に用いられるリング照明装置の調整方法及びその調整方法を実施するリング照明装置に関する。

従来から、特許文献１に示すように、光ファイバーをリング状光源として用いたバンプ検査装置や、特許文献２〜３に示すように、バンプからの反射光の輝度を用いてバンプの立体形状を検査するバンプ検査装置が知られている。
特公平５−５２８１号公報 特公平７−３６００２号公報 特許３８７８０２３号公報

近年、半導体チップの高集積化に伴い、バンプを用いて複数のチップを貼りあわせたチップが増えてきている。

また、このようなチップに対して、自動外観検査のニーズが増えて来ている。

自動外観検査装置でバンプを検査する場合は、主にリング照明装置で検査を行なう。この場合、以下のような問題点がある。

（１）リング照明装置の製造精度の問題点
リング照明装置は高精度に製作する事が難しい（主に出射角度と光量）。このため、個体差が大きい。

（２）自動検査（検査装置）で使用する際の問題点
リング照明装置の個体差から、検出精度が装置毎にばらつく。その結果、検査結果に誤差が生じやすい。

また、リング状の照明をする照明装置は必ずしも真円形状に照明しているとは限らない。そのため、そのリング状照明を真円形状にするように調整する必要がある。その場合、熟練した作業者の人手に頼って調整するほかに方法がなかった。

そこで、本発明は、初心者でも容易にリング状照明装置の調整を行うことができるような、リング照明装置の調整方法とそれを実施するための装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲に記載した通りである。

（１）リング照明装置によりリング状に照明する際に、バンプの代わりに、高い真球度を有する球状部材（基準球）を照明し、その球状部材を撮像手段により撮像し、球状部材からのリング状反射像に基づいてリング照明装置を調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。

（２）請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、リング照明装置の少なくとも傾きを調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。

（３）請求項１又は２に記載のリング照明装置の調整方法において、
撮像手段により撮像されたリング状反射像の輝度をリング全周において検出し、そのリング状反射像を所定分割して、各分割区域における輝度の最大値と最小値を求め、求められた分割区域の輝度に応じて、リング照明装置を調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。

（４）請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、
球状部材（基準球）は、ルビー球であることを特徴とするリング照明装置の調整方法。

（５）請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、
バンプの付いたチップを置くためのトレーに、球状部材としてルビー球を載置し、リング照明装置の調整に用いることを特徴とするリング照明装置の調整方法。

（６）請求項１〜５のいずれか１項に記載のリング照明装置の調整方法を用いてリング照明装置を調整する構成にしたことを特徴とする装置。

以上により、本発明は、簡易な構成により、初心者でもリング状照明装置の調整、校正を容易に行うことができ、作業効率を上げることができる。

また、通常のバンプ検査などで用いる工具を調整用工具に兼用することができるので、コストをかけずにリング状照明の調整を行うことができる。

まず、リング照明装置の調整を行なう方法を説明する。

(１）リング照明装置によるバンプ検査の際のリング照明の調整方法
（ａ）評価に適当な基準ワークを選定する。

リング照明の大きさ、顕微鏡の倍率に合わせて基準球であるルビー球の選定を行う。

リング照明調整用にルビー球（真球度の高い球状部材（基準球）の一例）を使ってリング照明装置の取り付け位置を調整する。

（ｂ）基準ワークを使用した評価方法を検討する。

基準球（ルビー球）にリング照明を当て、画像を顕微鏡で確認する。

顕微鏡画像をある量デフォーカスさせて、リング照明画像の円周上の明るさのムラを調整する。すなわち、円周上の明るさが均一になるように調整する。

（２）応用例
（ａ）リング照明の性能（ムラや出射角）の評価方法として使用する。

（ｂ）照明の校正用にも適用できる。

（ｃ）検出したい欠陥に合わせて照明の姿勢や光量を制御する可変照明の調整基準として用いることもできる。

一般に、検査するバンプは半導体チップの上に並んでいる電極である。

バンプの材質は、はんだ、金などの金属である。バンプは、ボール状の形状をしている。

複数のチップを重ね合わせて積層チップにする時は、バンプ同士を重ね合わせて貼り合わせる。

バンプは電極になっているので、貼りあわせる際に、貼りあわせ面に異物が付いていたり、バンプ自体が変形したりしていると、正常に通電できない。そこで、バンプの変形、バンプ上部への異物の付着などを外観検査装置（バンプ検査装置など）で検査している。

図１は、バンプ検査装置の概略を示す。

リング照明を用いたバンプ検査装置１０は、リング状の照明部１１と、そのリング状照明部１１で照明されたバンプや基準球などの画像を撮像するための顕微鏡１２および撮像素子１３（ＣＣＤ）と顕微鏡１２内の鉛直方向からの照明部（図示せず）を有する。

リング状の照明をしてバンプ検査を行うためのリング照明装置は、リング照明の姿勢が調整可能となっている。

基準球１５を載置する載置台として、トレー、とくに、バンプ検査装置などで用いられる半導体チップを載置するトレー１４を用いる。トレー１４には、多数のチップを真空吸着するために、数ｍｍの穴が数多くあいている。これらの穴に基準球１５を配置する。基準球としてルビー球を用いるのが好ましいのは、表面粗さが小さく（粗くなく）高い真球度を有するからである。ただし、本発明は、これに限定されず、数ｍｍ程度のベアリング球その他であってもよい。

表面粗さが小さく平滑で高い真球度を有すると、反射像の明るさが明るく（高輝度）、かつリング画像が明瞭に捉えることができる。

この基準球１５にリング状の照明部１１からリング状の照明光を照射する。照明する角度は、０°〜３０°程度の低傾斜角の照明から６０°〜９０°までの高傾斜角の照明まで幅広く照明角度を変えることができる。本実施例の場合、６０°程度の傾斜方向からリング照明をしている。

バンプ又は他の球状部材の表面からの反射光は、顕微鏡１２を通して撮像素子１３（ＣＣＤなど）で撮像される。

リング状の照明をするリング照明部１１によりバンプ又は他の球状部材を照明する際に、バンプ又は他の球状部材からの反射像（すなわち検査装置で見る画像）の一例が、図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されている。これらの図（ａ）（ｂ）（C）の上段の図から明らかなように、リング状の白い輪ができる。

バンプの代りにバンプよりも大きい基準球を使うと、バンプ中心とリング照明画像のズレが確認しやすい。

図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）の下段に示すように、リング照明にムラがあると、白い輪の部分が均一に白くならない。また、リング照明が傾いている場合は、輪が楕円形になる。この場合、バンプの変形やバンプ上の異物と誤認識する可能性が生じる。また、暗い部分の欠陥を見逃しやすい。そこで、好ましくは、撮像手段により撮像されたリング状反射像の輝度をリング全周において検出し、そのリング状反射像を所定角度で分割して、各分割区域における輝度の最大値と最小値を求め、求められた分割区域の輝度に応じて、リング照明装置を調整する。つまり、リング照明手段１１の傾きその他を調整して、リング照明を全周にわたって均一にする。

トレー１４には、図１に示すように複数個のルビー球１５を置いてもよいし、１個でもよい。

図２に画像を示すように、中央に基準球１５からの垂直方向への反射像が形成され、周りにはリング照明部１１からの反射像がリング状の画像となって撮像されている。

このような画像によって、リング状画像の見え具合を確認し、リング照明装置が正常にリング状の照明を行っているのかどうかをチェックする。例えば、リング像が真円に形成されているのかどうか、同心円になっているのかどうか、リングの画像上で暗い箇所はないのかどうかに関するチェックを行う。

図２において、（ａ）は、リング照明の軸が１０画素程度下方にずれている場合であり、（ｂ）は、リング照明がほぼ均一な円になっている場合であり、（ｃ）は、ほぼ同心円になっているが、リング照明にムラがある（暗い部分が点在している）場合である。

図３は、デフォーカスしたリング照明画像を示す。

正確にルビー球表面にフォーカスされている場合には、図２に示すように、リングは細くて白い線にしか画像投影されない。これに対し、図３に示すように、フォーカス位置を数ｍｍデフォーカスさせると、リング状の照明は帯状の画像（ドーナツ状画像）になり、基準球に映ったリング照明のムラを捉えやすくなる。

例えば、図３（ｂ）に示す例の場合、リング照明において、左側に明るい箇所が形成され、右側に暗い箇所が形成されていることがわかりやすい。

また、図３（ｃ）や図９に示すように、リング照明を８分割して明るさ（輝度）を後述する画像処理方法により検出することもできる。

図４を参照して図３に示すリング照明の偏心を評価する方法を説明する。

図４は、リング状画像の偏心を評価する方法の４つの態様（１）（２）（３）（４）について示す。

１）理想的な状態
リング状画像が均一な太さの同心円になる。これは、リング照明装置が正確に水平面上に取り付けられ、光源にも明暗がなく、理想的な状態である。

２）水平方向にずれる
リング状画像が楕円になる。これは、短軸側の方がリング照明の輪の幅が細くなっており、左側のリング照明が顕微鏡光軸に接近しており、リングの幅が狭く、右側のリング照明が顕微鏡光軸から離れており、リングの幅が広い。

３）上下方向にずれる
リング照明が下方に下がると、リングの輪の直径が大きくなり、輪が太くなる。

リングの直径が大きくなり、幅が広くなる。

４）傾いている
リング状画像が楕円になる。均一な幅で楕円になる。楕円形だが、太さが均一になる。

以上は、評価方法の一例であるが、好ましくは、演算制御装置を使用して評価する。この場合、基準にする装置のリング照明の画像を演算制御装置が学習して、差分を取って評価判定する。

図５に示す評価方法のフローチャートを説明する。

（１）装置に基準球をセットする。

（２）基準球にフォーカスを合わせて、リング照明を図６の状態にする。

この状態の画像から図２と図４に示す評価を行なう。

例えば、同心円になっているかどうか、偏心しているのかどうかについて評価する。

（３）フォーカス位置から１ｍｍデフォーカスして、リング照明を図７の状態にする。

撮影するときの光量が飽和しないように調整するのが好ましい。

（４）照明の光量を合わせる。

（５）画像を撮影する（図８）。

（６）解析ソフトにかける。

（７）ムラが規定の範囲内かどうかを判断する。

ムラの評価を行なう。

帯状の画像（ドーナツ状画像）のエリアを図９に例示するように８等分し、各々の領域１〜８で平均輝度の差がどのくらいであるのか（例えば所定値以下になっているかどうか）を判断する。

ここで、その差が規定の範囲に入っていたら、リング照明の調整は完了する。

差が規定の範囲に入っていない場合には、ムラの結果に合わせてリング照明の傾きと高さを調整し、再度、帯状の画像を撮像し、解析し、ムラが規定の範囲内かどうかチェックし、リング照明の姿勢の調整を行う。規定のムラの範囲に入るまで調整を繰り返す。

上述した解析ソフトによる画像分析を詳述する。

解析ソフトの解析結果トレーダーチャートを以下に示す。

図９に示すように８等分割した各エリア１〜８での輝度を測定する。

例えば、各々のエリア１〜８の輝度は表１のように示される。

図１０は、ムラ状態の一例をレーダーチャートの形で示す。図１０には、各エリア１〜８の輝度の大きさが示されている。

各エリア１〜８の平均輝度を求める。また、レーダーチャートに直すと、リング照明の傾き具合がより判りやすくなる。

図１０をみれば、リング照明を符号６で示すエリアの方向に傾斜させるべきであることがわかる。

そこで、自動的に（あるいは手動で）リング照明を符号６で示すエリアの方向に傾けることができる。

リング照明装置に傾斜・移動機構を設けることにより、自動的に傾斜または移動させることができる。

また、図１１に示すように、リング照明の同心円を求める。

図１２は、図１１の横軸上の輝度の一例を示す。

図１３は、図１１の縦軸上の輝度の一例を示す。

フォーカス位置の画像で中心を通る縦および横の画像から、リング照明が同軸照明に対して同心円になっているかどうかを確認する。

ムラの解析ツールと同様に、画面の線上の輝度をだして、同心円になっているかどうかを確認する。

以上により、リング状画像が同心円になっているかどうかを評価することができる。

本発明によるリング照明装置の調整機構を備えたバンプ検査装置を示す。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、バンプの代りにルビー球でバンプの見え具合を示す。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、ルビー球に映ったリング照明をデフォーカスさせることでリング照明のムラを見やすくした例を示す。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、リング照明の評価の一例を示す。 リング照明評価のフローチャートを示す。 ルビー球にフォーカスを合わせた状態を示す。 図６のフォーカス位置から１ｍｍデフォーカスした状態を示す。 撮像画像の一例を示す。 ８等分割した各エリアで輝度を測定する例を示す。 ムラのレーダーチャート。 リング照明の同心円を求める例を示す。 図１１の横軸上の輝度を示す。 図１１の縦軸上の輝度を示す。

Claims (6)

1. リング照明装置によりリング状に照明する際に、バンプの代わりに、高い真球度を有する球状部材を照明し、その球状部材を撮像手段により撮像し、球状部材からのリング状反射像に基づいてリング照明装置を調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。
2. 請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、リング照明装置の少なくとも傾きを調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。
3. 請求項１又は２に記載のリング照明装置の調整方法において、
   撮像手段により撮像されたリング状反射像の輝度をリング全周において検出し、そのリング状反射像を所定分割して、各分割区域における輝度の最大値と最小値を求め、求められた分割区域の輝度に応じて、リング照明装置を調整することを特徴とするリング照明装置の調整方法。
4. 請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、
   球状部材は、ルビー球であることを特徴とするリング照明装置の調整方法。
5. 請求項１に記載のリング照明装置の調整方法において、
   バンプを配置して検査するために用いられるトレーに、球状部材としてルビー球を載置し、リング照明装置の調整に用いることを特徴とするリング照明装置の調整方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のリング照明装置の調整方法を用いてリング照明装置を調整する構成にしたことを特徴とする装置。