JP2009288050A - 撮像装置及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】顕在する金属表面の凹凸などが間接光照明手段により軽減化でき、金属表面の凹凸に影響されず、間接光照明手段を半円筒状にして、広幅長尺なワークのパターン検査が可能となる撮像装置、検査装置。
【解決手段】平板状のワークを載置して搬送する搬送手段と、前記ワークの撮像対象領域に間接照明光を照射する間接照明手段と、前記ワークの撮像対象領域を撮像する撮像手段を有し、前記間接照明手段のワーク側は半円筒面の両端部それぞれに４分の１球面を接続した凹面形状であって、照明手段が前記凹面の周縁部に配置され前記凹面の内側に向けて照明光を照射するよう配置され間接照明光を照射可能となっており、また前記半円筒面の頂上付近に設けられたスリット状の観察窓を介して前記撮像手段によるワークの撮像が可能となっていることを特徴とする撮像装置。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体パッケージのパターン検査装置等の画像処理に係り、画像処理の対象となるワークを撮像する撮像装置及び検査装置に関する。

近年の半導体技術分野におけるパッケージング技術は、半導体装置の高集積、高機能化に伴い狭ピッチ化が進んでいる。電子機器の小型・軽量化を目的として使用される半導体パッケージ上に形成された配線パターンは、ポリイミドフィルムに銅箔を接着剤等でラミネートし、これをサブトラクティブ法やセミアディティブ法等により形成するものであり、配線幅が数μmと狭幅化が進んでいる。

このパッケージ製品の製造工程中においては、細り、カケ、断線、ショート、太り、突起等の重欠陥が発生する。このため従来これら欠陥の有無は導通検査や目視検査によって判別されてきた。しかし、目視検査は、パターンの微細化が進み、一方、熟練を要する、検査人員の検査能力のばらつきや検査員の体調等による検査規格のばらつきが発生する、また生産数が増大傾向にある等の問題がある。そこで、最近ではカメラを使用して自動的に欠陥有無を検査する自動検査装置が各種提案されている。

また、半導体パッケージ基板として使われるリードフレームにおいても厳しい品質保証が要求されている。一般にリードフレームの基材は鉄ニッケル合金（４２材）及び銅合金等が用いられ、その製造方法には超精密金型を用いて機械的に金属を打ち抜くスタンピング方法と、化学的に金属を腐食してパターン形成を行うエッチング方法がある。

このリードフレーム製造工程中においても、パターン不良、リード変形などの形状欠陥が発生する。また、リードフレームの最終検査においては、めっき不良、ダウンプレス有無等の多岐に亘る不良項目が追加され、自動検査機を活用した製品弁別が欠かせない。また最近では、めっきに関する品質、検査要求が高くなっており、ＩＣチップとの接続を行うボンディング部に施される部分めっきの品位は特に重要で、ラインセンサカメラ等でめっき部を撮像し、画像処理を用いてそのめっき状態を検査する方法として、例えば特許文献１が提案されている。

特許文献１の技術によって前記めっき部と非めっき部とのコントラスト差を得ることは出来るが、三次元的な形状を有した配線パターンの側面テーパー部も含めためっき状態の良し悪しを判断する検査方法が望ましく、かつ金属表面とめっき部とを明瞭にコントラスト分離できると共に、めっき部のみならず金属表面状態の良し悪しも同時に評価が行える撮像、検査装置が望まれている。

また、金属表面やめっき面をミクロ的に画像を観察すると金属材料製法起因の圧延キズや凹凸が存在し、その凹凸による微小な明暗が画像上に生じてしまい、画像処理における閾値設定によっては過検出要素となり、自動判定が難しい。そこで、本発明者は金属パターン表面の欠陥を高精度に検査するのに好適な撮像、検査方法の検討を行い、拡散内面を有したドーム型間接照明による検査方法及び装置の提案を行ってきた（特許文献２）。

以下に先行技術文献を示す。
特開2000-171402号公報 特開2008-101926号公報

本発明は、前記特許文献１における問題点である三次元的な形状を有した配線パターンの側面テーパー部も含めためっき状態の良し悪しを判断可能で、かつ金属表面とめっき部とを明瞭にコントラスト分離できると共に、めっき部のみならず金属表面状態の良し悪しも同時に評価が行える撮像装置、検査装置を提案することを目的とする。

更に本発明は特許文献２における問題点である広幅の長尺ワーク上における細り、カケ、断線、ショート、太り、突起等のパターン不良（オープン系/ショート系/異物等）の有無をインラインでリアルタイムで検査することが可能な撮像装置及び検査装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる発明は、平板状のワークの撮像対象の面を撮像する装置であって、前記ワークを載置して搬送する搬送手段と、前記ワークの撮像対象領域を覆うように配置され、該撮像対象領域に間接照明光を照射する間接照明手段と、前記ワークの撮像対象領域を撮像する撮像手段を有し、前記間接照明手段のワーク側は半円筒面の両端部それぞれに４分の１球面を接続した凹面形状であって、照明手段が前記凹面の周縁部に配置され前記凹面の内側に向けて照明光を照射するよう配置されることによって前記ワークに間接照明光を照射可能となっており、また前記半円筒面の頂上付近に設けられたスリット状の観察窓を介して前記撮像手段によるワークの撮像が可能となっていることを特徴とする撮像装置である。

本発明の請求項２にかかる発明は、請求項１記載の撮像装置と、前記撮像手段により取得されたワークの画像データに対して所定の画像処理を行い、ワークの欠陥箇所を検出して良品かどうかを判定し、判定結果を表示および他装置へ送信する処理判定手段とを有することを特徴とする検査装置である。

本発明の撮像装置と検査装置によれば、半導体パッケージの配線パターンを形成する工程上で、三次元的な形状を有した配線パターンの側面テーパー部も含めためっき状態の良し悪しを判断することが可能で、かつ金属表面とめっき部とを明瞭にコントラスト分離できると共に、めっき部のみならず金属表面状態の良し悪しも同時に評価が行え、かつ広幅の長尺ワーク上における細り、カケ、断線、ショート、太り、突起等のパターン不良（オープン系/ショート系/異物等）の有無をインラインで、リアルタイムで検査することが出来る。

以下、図面を参照してこの発明に係る撮像装置及び検査装置の実施形態を説明する。

図１を用いて照明及び撮像光学系について説明する。１０は搬送手段（図示せず）によって載置して搬送される配線パターンが形成されたワーク（以下ワーク）、２０は前記ワークの撮像対象領域を覆うように配置された後で述べる間接照明手段の本体、２１は拡散内面２２の周縁部に設けられた光出射口、２３は撮像手段であるラインセンサカメラ３０で撮像観察するための観察窓、２４は光源（図示せず）からの照明光を前記拡散内面２２に照射するための複数本の光ファイバを束ねた導光管（光ファイバ）である。

間接照明手段の本体２０と光出射口２１と拡散内面２２と導光管（光ファイバ）２４を含む間接照明手段によって、ワーク１０は間接照明される。

光源となるハロゲンランプ又はメタルハライドランプ（図示せず）から発せられた光は、導光管２４の複数本の光ファイバによって導光され、光出射口２１から所定の広がり角を保って、細かな凹凸状を成す拡散内面２２の拡散面に照射される。光出射口２１の水平面との角度は、例えば使用する光ファイバが広がり角70°の多成分ファイバであれば、40°程度として、導光管２４からの光が拡散内面２２に照射される。拡散内面２２に照らされて反射された光は間接光となり、ワーク１０を照明する。その時のワーク１０の表面状態を観察窓２３を介してラインセンサカメラ３０にて撮像する。観察窓２３はワーク１０に対して垂直方向の半球頂点に設けるか、あるいはラインセンサカメラ３１のように適宜角度θを保っても良い。

図２を用いて照明及び撮像光学系についてさらに詳しく説明する。間接照明手段の本体２０は、半円筒面の両端部それぞれに直径Ｗの４分の１球面を接続した凹面形状であって、Ｗ値と拡散内面２２の幅Ｌ値の関係が1:1の場合は一般的な半円球状、Ｗ＜Ｌの場合は半円筒状となる。撮像手段としてラインセンサカメラを複数台用いるような場合、撮像対象領域は、非常に細長い長方形状となる。間接照明手段の本体２０を半球状にすると、そのような細長い長方形状の領域を間接照明するためには、大きな設置スペースを必要とするものになってしまうが、半円筒状であれば比較的小さい設置スペース内に収めることが可能となる。

Ｌ値はラインセンサカメラの受光部であるラインセンサＣＣＤの幅方向の照明の均一性を考慮しつつ、ワーク幅以上の適値とする。尚、観察窓２３は、カメラがラインセンサカメラであるためスリット状としてある。またＷ値は照明の均一性を得るために１Ｌ／３〜２Ｌ／３程度が望ましい。

本実施の形態では上記のようにラインセンサカメラを用いているが、ラインセンサＣＣＤが２次元に配列された２次元センサカメラでも良いが、上記２次元センサカメラは、搬送手段の移動速度との同期の取り方が複雑になることや、ラインセンサカメラと同じ分解能の画像を得るためにはカメラ台数が多くなるなどの理由から、ラインセンサカメラが望ましい。

図３は本撮像光学系の実施形態を示した概略構成図である。１０はワーク、２０は間接照明手段の本体、３０はラインセンサカメラ、４０は光源、５０は検査部、６０は制御部、６１は表示部である。製造工程上でワーク１０の撮像対象領域に間接照明光を照射する間接照明手段の本体２０と光出射口（図示せず）と拡散内面（図示せず）と導光管（図示せず）を含む間接照明手段が覆うように配置される。

ワーク１０は所定速度で一方向へ移動する搬送手段によって搬送される。この際、搬送手段の移動量、即ちワーク１０の移動量を計測するユニットから単位距離毎の信号を得て、その信号を分周分配してラインセンサ３０に送ることによって、搬送手段の移動速度の変動の影響を受けないように撮像を行なう。ラインセンサカメラ３０の分解能に対して搬送速度を一定と見なすことができる場合は、トリガー信号などによって撮像開始タイミングだけ指定し、あとは一定時間間隔で撮像していくことで画像を得る方法も考えられるが、上述のように常に搬送手段の移動量と同期を取りながら撮像する方が確実である。

ラインセンサカメラ３０の台数は次に述べるように、撮像範囲とラインセンサカメラ３０のラインセンサＣＣＤの画素数と検出すべき欠陥寸法から導き出される撮像分解能から設定する。

図４に以下で説明する実施例で用いたワークの概略図を示す。ワーク１０は巻き取り状
であって配線パターン１１が２列に配置されている。ワーク１０の幅寸法Ａ（搬送される方向に直角な方向）は８０ｍｍ、配線パターン１１の幅寸法Ｂは３０ｍｍ、２つの隣接する配線パターンの端部から端部までの寸法Ｃは７０ｍｍである。

尚、間接照明手段の本体２０のＬ値は上記ワーク１０の幅寸法を鑑みて２００ｍｍ、Ｗ値は１００ｍｍとする。

先ずラインセンサカメラ３０の撮像範囲を決める。ラインセンサカメラ３０によって撮像する範囲は２つの隣接する配線パターンの端部から端部までの寸法Ｃを撮像範囲とし、７０ｍｍとする。

次に、使用するラインセンサカメラは、本実施の形態では、ラインセンサＣＣＤが８０００画素でビデオレート（クロック周波数）４０ＭＨzで８ｂｉｔ２５６階調モノクロラインセンサカメラを使用する。検出欠陥の大きさを３μmとし、ラインセンサＣＣＤの１画素の分解能を検出欠陥サイズの３倍、すなわち１画素の分解能を１μｍとする。これによって８０００画素のラインセンサカメラ１台で、８０００μｍ（＝８ｍｍ）の範囲を撮像することが出来る。上記７０ｍｍの撮像範囲に対しては、７０／８≒９台のラインセンサカメラを用いる。

上述のように高分解能で撮像するため９台のラインセンサカメラ３０を用いるが、必ずしもラインセンサカメラ３０を１直線上に配列する必要はない。例えば各種光学素子を用いることにより、光路を曲げたり分割したりして、ラインセンサカメラを適宜の位置に配置して撮像を行なうことも可能である。

次に搬送手段の移動速度とラインセンサカメラのラインレートを合わせる。ラインセンサカメラとして８０００画素、ビデオレート（クロック周波数）４０ＭＨｚ、タップ数４のものを使用すると、ラインセンサＣＣＤの１ライン走査時間は、８０００×（１／４０）／４＝５０μ秒＝０．０５ｍ秒である。ワーク１０の流れ方向の分解能を１μｍとする場合には０．０５ｍ秒で１μｍ移動させればよいということであるが、実際には、搬送手段の移動量を計測するユニットから単位距離毎の信号を得て、その信号を分周分配して各ライン走査の開始信号とすることによって、搬送手段の移動速度の変動の影響を受けないように撮像を行なうのが望ましい。なお、分解能の値を大きくすれば搬送速度を上げることが可能である。

検査部５０では後で述べるように、ワーク１０を撮影して得られた画像データを用いて、ワーク１０上に存在する欠陥部を抽出する。制御部６０では、搬送手段や各種センサ類の制御を行う。

図５は、検査部５０によって行われる処理判定手段の全体概略動作を示すフローチャートである。上記のようにワークを一定速度で一方向へ移動する搬送手段の移動速度と、ラインセンサカメラの撮像速度の同期を取ることで画像データを得る（ステップＳ１）。この画像データから金属表面、めっき部などの各部位情報を抽出し、抽出された情報を用いて欠陥検出・判定処理が実行される（ステップＳ２、Ｓ３）。判定結果は制御部６０に含まれる表示部６１に表示され、さらに他装置へ送信される。この動作をワーク長分繰り返し実行された後、全体動作は完了する（ステップＳ４、ＹＥＳ）。

上記Ｓ１〜Ｓ４の一連の画像処理は、本発明者が発明した画像処理技術（特開2008-101926号公報参照）を適宜採用すれば良い。

図６は上記３０ｍｍ幅の配線パターンに対して直接光を当てた場合１１０と本発明に係
わる間接光を当てた場合１２０とで得られた配線パターン部の画像データプロファイルを示したもので、直接光によって顕在化される金属表面の凹凸などが間接光照明手段によって軽減化でき、金属表面の凹凸に影響されず、更に上記間接光照明手段を半円筒状にすることによって、広幅な長尺のワークのパターン検査が可能となる。

本発明の実施形態である照明及び撮像光学系の断面を示す図 図１の照明の概略構成を示す平面図 本発明の実施形態であるを示す撮像光学系の概略構成を示す図 本実施の形態で用いたワークの概略を示す図 処理判定手段の全体概略動作を示すフローチャート 配線パターン部の画像データプロファイル

符号の説明

１０・・・配線パターンが配列されたワーク
１１・・・配線パターン
２０・・・間接照明手段の本体
２１・・・光出射口
２２・・・拡散内面
２３・・・観察窓
２４・・・導光管（光ファイバ）
２５、２６・・・４分の１球面
３０、３１・・・ラインセンサカメラ
４０・・・光源
５０・・・検査部
６０・・・制御部
６１・・・表示部
１１０・・・直接光による画像データプロファイル
１２０・・・間接光による画像データプロファイル

Claims (2)

1. 平板状のワークの撮像対象の面を撮像する装置であって、前記ワークを載置して搬送する搬送手段と、前記ワークの撮像対象領域を覆うように配置され、該撮像対象領域に間接照明光を照射する間接照明手段と、前記ワークの撮像対象領域を撮像する撮像手段を有し、前記間接照明手段のワーク側は半円筒面の両端部それぞれに４分の１球面を接続した凹面形状であって、照明手段が前記凹面の周縁部に配置され前記凹面の内側に向けて照明光を照射するよう配置されることによって前記ワークに間接照明光を照射可能となっており、また前記半円筒面の頂上付近に設けられたスリット状の観察窓を介して前記撮像手段によるワークの撮像が可能となっていることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置と、前記撮像手段により取得されたワークの画像データに対して所定の画像処理を行い、ワークの欠陥箇所を検出して良品かどうかを判定し、判定結果を表示および他装置へ送信する処理判定手段とを有することを特徴とする検査装置。

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