JP2957848B2

JP2957848B2 - パターン検査装置

Info

Publication number: JP2957848B2
Application number: JP5143074A
Authority: JP
Inventors: 英夫岡田; 義一柿木; 護俊安藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH075116A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン検査装置、特
に、高密度プリント基板の検査に適用して好適なパター
ン検査装置に関する。例えば、大型コンピュータに用い
られるプリント基板には、表面実装部品の取り付けや多
層基板の層間接続のための多数の微細化パターンが形成
される。

【０００２】図１５はこの種のプリント基板の要部外観
図であり、基板１には、信号線や電源線用の直線パター
ン２が形成されていると共に、所定の規則性を持って配
列された多数の微細化パターン３（円形又は矩形パター
ン；以下「円形パターン」で代表）が形成されている。
円形パターン３の直径は例えば直径２００μｍ程度と微
小であり、しかも配列間隔は６００μｍ〜７００μｍ程
度ときわめて狭い。従って、基板１の大きさを例えば５
０ｃｍ×５０ｃｍ程度とすると、約８００×８００＝６
４０，０００個もの膨大な数の円形パターン３が形成さ
れることとなり、かかる多量の円形パターン３の良否判
定、すなわち「不適性形状」や「位置ずれ」あるいは
「銅残り」等の有無を目視で観測すると、充分な精度が
得られないばかりか、相当な困難を伴うものとなり現実
的ではない。

【０００３】そこで、目視に頼ることなく、自動的にパ
ターンの良否判定を行うことができる高精度な検査装置
が求められる。

【０００４】

【従来の技術】図１６は従来のパターン検査装置のブロ
ック図である。この図において、１０は光源、１１は試
料（プリント基板）、１２は試料１１の平面像を撮影す
るＣＣＤ（Charge Coupled Device ）カメラ、１３はＣ
ＣＤカメラ１２の出力を二値化画像信号に変換する二値
化回路、１４は二値化画像信号を２次元的に展開して格
納する記憶回路（画像メモリ）、１５は測長回路、１６
は測長回路１５の出力（以下「測長値」）をコード化す
るコード化回路、１７はコード化回路１６の出力で参照
される欠陥辞書である。

【０００５】ここで、測長回路１５は、図１７（ａ）に
示すように、規則性を持って配列された複数の円形パタ
ーン１８〜２４（但し個数と配列は一例）の形状を測定
するものである。具体的には、注目パターン（便宜的に
円形パターン１８）の中心から放射状に測長線１８ａ〜
１８ｈを延ばして注目パターン１８の中心から同パター
ンのエッジまでの距離を測定し、その測定結果をラジア
ルコード化して欠陥辞書１７と照合する。例えば、測長
線毎の距離が不揃いである場合には、注目パターン１８
の形状が円形以外の不適当な形状であるとし、欠陥辞書
１７から「欠陥」を示す信号を出力する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のパターン検査装置にあっては、注目パターンの形
状のみに基づいてパターンの正常／異常を判定する構成
となっていたため、判定が過剰で歩留りを改善できない
といった問題点があった。すなわち、図１７（ｂ）の場
合のように、適正な位置に不適性形状のパターン２５が
存在する場合は、当然のことながら異常と判定すべきで
あるが、図１７（ｃ）のように、適正位置から外れた場
所に不適性形状のパターン２６が存在する場合は、この
不適性形状パターン２６はゴミのような存在であるか
ら、剥離して移動しない限り障害物にはならず、このま
ま使用しても一向に差し支えないものである。従って、
図１７（ｂ）のような場合には、歩留りを改善するとい
った点で「異常」と判定するよりも「正常」と判定すべ
きである。［目的］そこで、本発明は、パターンの位置関係を判断
材料に加えることにより、過剰な判定を回避し、例え
ば、適正位置から外れた場所に不適性な形状のパターン
が存在する場合を正常と判定して、歩留りの改善を図る
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためその原理図を図１に示すように、規則性を持
って並べられた多数のパターンを表面に有する試料ａ
と、前記試料ａの表面画像を撮影する撮影手段ｂと、前
記画像を保持する記憶手段ｃと、前記多数のパターンの
規則性を加味した位置で開口するウィンドウを設定する
ウィンドウ設定手段ｄと、前記記憶手段ｃに保持された
画像に前記ウィンドウを重ね合わせて注目パターンとそ
の周囲のパターンとの位置関係を測定する位置測定手段
ｅと、前記記憶手段ｃに保持された画像に基づいて前記
パターン形状の正常／異常を判定する第１の判定手段ｆ
と、前記位置測定手段ｅの測定結果が前記規則性を満た
している場合には、前記第１の判定手段ｆの判定結果を
そのまま出力する一方、満たしていない場合には、前記
第１の判定手段ｆの判定結果如何にかかわらず正常を出
力する第２の判定手段ｇと、を備えたことを特徴とする
ものである。

【０００８】

【作用】本発明では、注目パターンの位置が不適当であ
れば、すなわちパターンの規則性から外れていれば、当
該パターン形状の判定結果にかかわらず、一律に正常と
判定される。従って、例えば、適正位置から外れた場所
に不適性な形状のパターンが存在する場合（図１７
（ｃ）参照）にも正常と判定され、歩留りの改善が図ら
れる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２〜図１４は本発明に係るパターン検査装置の
一実施例を示す図である。まず、構成を説明する。図２
において、３０は光源、３１は試料（例えばプリント基
板）、３２はＣＣＤカメラ（撮影手段）、３３は二値化
回路、３４は記憶回路、３５は測長回路、３６は第１の
辞書（第１の判定手段）、３７は第２の辞書、３８は欠
陥判定回路（第２の判定手段）、３９は配置検出回路
（ウィンドウ設定手段）、４０は配置判定回路（位置測
定手段）である。

【００１０】試料３１の表面には、少なくとも所定の規
則性を持って並ぶ微小サイズの円形（又は矩形）パター
ンが形成されており、ハロゲンランプ等の光源３０を用
いて裏面から透過光照明された試料３１の表面画像がＣ
ＣＤカメラ３２によって撮影され、ＣＣＤカメラ３２か
ら出力されるアナログ画像信号が二値化回路３３で二値
化信号に変換された後、記憶回路３４に保持される。そ
して、記憶回路３４の保持内容（画像）が測長回路３５
と配置検出回路３９に逐次に転送され、各々において所
要の処理を受ける。

【００１１】ここで、測長回路３５は、画像中のパター
ン形状を計測するもので、具体的には、注目パターンの
中心画素を検出してこの中心画素から同注目パターンの
エッジまでの距離を多方向に測定するものである。例え
ば、各方向の測長値がほぼ等しければ正常な円形パター
ン（すなわち適正形状）であると判定でき、一方、各方
向の測長値が不揃い（不等）であれば円形以外のパター
ン（すなわち不適性形状）であると判定できる。測長値
は、図示を略したコード化回路によってラジアルコード
化され、このコードを用いて第１の辞書３６及び第２の
辞書３７が参照される。適正形状パターンのコードであ
れば、双方の辞書から「正常」を示す信号（以下「候補
信号」）が取り出され、一方、不適性形状パターンのコ
ードであれば、第１の辞書３７からは「異常」を示す候
補信号が、また、第２の辞書３７からは「正常」を示す
候補信号が取り出される。これら第１及び第２の辞書３
６、３７から取り出された候補信号は、共に欠陥判定回
路３８に送られ、この欠陥判定回路３８で配置判定回路
４０の出力に応じて何れか一方が選択され、良否結果と
して出力される。

【００１２】配置検出回路３９及び配置判定回路４０
は、試料３１の表面に形成された多数のパターンの規則
性を加味した位置で開口する検出窓（以下「ウィンド
ウ」）を設定し、このウィンドウと記憶回路３４に保持
された画像とを重ね合わせて注目パターンとその周囲の
パターンとの位置関係を測定するもので、請求項に記載
のウィンドウ設定手段及び位置測定手段としての機能を
有するものである。

【００１３】図３（ａ）は、一例として７個の開口４１
〜４７を有するウィンドウの概念図であり、中央の開口
４１が注目パターンに対応し、その周りの開口４２〜４
７が注目パターンの周囲に位置する各パターンに対応す
る。図３（ｂ）は、記憶回路３４に保持された画像とウ
ィンドウの重ね合わせ状態図であり、白抜きの丸印はパ
ターンである。パターンの配置には規則性が有り、ウィ
ンドウの開口位置にも同様な規則性を持たせてある。従
って、図中Ａのように、ウィンドウの開口４１が注目パ
ターン４８上に位置するときは、他の開口もその周囲の
各パターン４９〜５４上に位置することになる。すなわ
ち、注目パターン４８とその周囲の６個のパターン４９
〜５４の位置関係が正しければ、ウィンドウの全ての開
口４１〜４７がパターンにヒットすることになり、この
場合のヒット数は開口の数と同数「７」となる。また、
図中Ｂのように、パターン欠損５５が有る場合には、そ
のパターン欠損部分の開口４５がヒット無しになるか
ら、この場合のヒット数は「７−１＝６」となる。さら
に、図中Ｃのように、位置不適当なパターン５６が有る
場合には、ひとつの開口（例えば４１）だけがヒット
し、他の開口はヒット無しとなるから、この場合のヒッ
ト数は「１」となる。なお、図４は開口４１〜４７と注
目パターンとの対応図であり、注目パターンを構成する
複数画素の中心画素にウィンドウの出力、すなわちヒッ
ト数を与える。

【００１４】図５は、ウィンドウを実現するためのハー
ド構成例であり、この例では、１１個のシフトレジスタ
５７〜６７をシリーズに接続して構成している。シフト
レジスタの１つの升目は画像データの１画素分に対応
し、符号Ｓ又はＣを付した５つの升目を組にして７つの
開口Ｓ１〜Ｓ７を形成している。なお、Ｃは７つの開口
Ｓ１〜Ｓ７を代表する升目である。図６はかかる開口Ｓ
１〜Ｓ７を有するウィンドウの概念図である。中央の開
口Ｓ１は、Ｃ１１及びＳ１２からＳ１５までの升目を含
み、その周囲の５つの開口Ｓ２〜Ｓ７は、それぞれＳｉ
１からＳｉ５（但し、ｉは開口番号；２〜７）までの升
目を含む。升目の数は、画像データの中から基板とパタ
ーンとを識別可能な適宜な数（ここでは５個）に設定す
る。

【００１５】ここで、開口Ｓ７がパターン上に位置して
いると、この開口Ｓ７を形成する５つの升目Ｓ７１〜Ｓ
７５の全てがパターンにヒットする。従って、開口Ｓ７
のヒット数は最大値の「５」になる。あるいは、開口Ｓ
７が基板上に位置していると、この開口Ｓ７を形成する
５つの升目Ｓ７１〜Ｓ７５の全てがパターンにヒットし
ない。従って、開口Ｓ７のヒット数は最小値の「０」に
なる。しかし、こうした最大値と最小値が常に得られる
訳ではなく、照明のムラや、基板又はパターン表面の凹
凸の程度によっては、開口Ｓ７がパターン上に位置した
場合でもヒット数が最大値の「５」よりも小さくなった
り、あるいは、開口Ｓ７が基板上に位置した場合でもヒ
ット数が最小値の「０」よりも大きくなったりすること
がある。１つの開口を５個程度の升目で形成しておけ
ば、このような場合でも支障なくパターンと基板とを識
別することができる。

【００１６】図７は、パターンと基板の識別機能を有す
る配置判定回路４０の構成図である。この図において、
各開口を形成する升目からの信号（パターンにヒットす
ると「１」、ヒットしなければ「０」）は、開口毎の加
算器７６で加算された後、比較器７７で所定の閾値と比
較される。閾値は例えば「３」であり、加算器７６の加
算結果が「３」以上の場合に、比較器７７から「１」が
出力される。すなわち、加算結果が「３」〜「５」の範
囲にあればパターンと判定され、「２」〜「０」の範囲
にあれば基板と判定される。開口Ｓ１〜Ｓ７毎の判定結
果（パターン；「１」、基板判定；「０」）は、再び加
算器７８で加算され、その加算結果（注目パターンの値
となる）を比較器７９で所定の閾値（実験等によって得
られた適宜な値）と比較する。閾値を越えたときには、
注目パターンとその周囲のパターンとの位置関係が規則
性を満たした適正な配置であると判定（「１」を出力）
し、あるいは、閾値を越えないときには、不適性な配置
であると判定（「０」を出力）する。

【００１７】配置判定回路４０の出力（「１」又は
「０」）は、図８に示すように、第１の辞書３６からの
候補信号と第２の辞書３７からの候補信号の何れか一方
を選択する欠陥判定回路３８に入力され、欠陥判定回路
３８は、配置判定回路４０の出力が「１」の場合、すな
わち、適正配置の場合には、第１の辞書３６からの候補
信号を選択して出力する一方、配置判定回路４０の出力
が「０」の場合、すなわち、不適性配置の場合には、第
２の辞書３６からの候補信号を選択して出力する。

【００１８】ここで、第１の辞書３６と第２の辞書３７
の内容は、例えば図９のように示される。ラジアルコー
ド１（断線）、ラジアルコード２（短絡）又はラジアル
コード３（細り）の入力時には双方の辞書が共に「異
常」を表す候補信号を出力するが、ラジアルコード４
（銅残り）の入力時には第１の辞書３６から「異常」を
表す候補信号を出力する一方で第２の辞書３７から「正
常」を表す候補信号を出力する。

【００１９】このことは、形状情報と配置情報の２つを
使用して良否判定を行う場合には第１の辞書３６と第２
の辞書３７の内容を変え、一方、形状情報のみを使用し
て良否判定を行う場合（言い替えれば配置情報を必要と
しない場合）には第１の辞書３６と第２の辞書３７の内
容を同一にすることを意味する。すなわち、配置判定回
路４０の判定結果が「１」（適正配置）の場合には、図
１０に示すように、第１の辞書３６からの候補信号
（「異常」）が欠陥判定回路３８で選択され、一方、配
置判定回路４０の判定結果が「０」（不適正配置）の場
合には、図１１に示すように、第２の辞書３７からの候
補信号（「正常」）が欠陥判定回路３８で選択される。

【００２０】従って、図１７（ｂ）の場合のように、適
正位置に不適性形状のパターン２５が存在する場合に
は、配置判定回路４０の判定結果が「１」となり、第１
の辞書３６からの候補信号（「異常」）が欠陥判定回路
３８で選択される。一方、図１７（ｃ）のように、不適
性位置で且つ不適性形状のパターン２６が存在する場合
には、配置判定回路４０の判定結果が「０」となり、第
２の辞書３７からの候補信号（「正常」）が欠陥判定回
路３８で選択される。その結果、不適性な形状のパター
ンであっても、その位置が適正でなければ、すなわち、
パターンの規則性から外れた位置に存在していれば、こ
れを正常と判定でき、歩留りを改善できる。

【００２１】なお、上記のウィンドウによれば、中央の
１つの開口とその周りの６つの開口とを組み合せている
ため、例えば、図１２に示すように、中央の１つの開口
４１に対応するパターンが画像の周辺部（ハッチング
部）に位置していると都合が悪い。すなわち、この場合
には、周囲の開口４２〜４７のいくつか（図中Ｃの例で
は４２、４５、４６、４７の４つ）が画像から外れるた
め、その分だけヒット数が減少し、パターン上に位置し
ているにもかかわらず、基板上と誤判定してしまうこと
になる。これを回避するには、ハッチング部分の画像内
で１つでもパターンにヒットすると、画像から外れた開
口に「１」を強制的に与えるようにすればよい。

【００２２】また、実施例では、２つの辞書３６、３７
の出力を欠陥判定回路で選択するようになっているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１
３に示すように、１つの辞書内に、配置情報を参照する
か否かのフラグ（０：参照する、１：参照しない）を設
けてもよい。図１３において、５０は候補信号及び配置
情報を参照するか否かを示すフラグを含む辞書であり、
辞書５０から取り出された候補信号（異常）は、第１の
欠陥判定回路５１と第２の欠陥判定回路５２に送られる
と共に、反転回路５３によって異常から正常へと論理反
転された候補信号が第１の欠陥判定回路５１に送られ
る。第１の欠陥判定回路５１は、配置判定結果が「１」
（適正配置）であれば、非反転の候補信号（異常）を選
択し、あるいは、配置判定結果が「０」（不適正位置）
であれば、反転回路５３の出力、すなわち「正常」を選
択する。第２の欠陥判定回路５２は、フラグが「１」
（配置情報を参照しない）の場合に辞書５０からの候補
信号（異常）を選択し、フラグが「０」（配置情報を参
照する）の場合に第１の欠陥判定回路５１の出力を選択
する。

【００２３】かかる構成によれば、前記実施例と同様な
作用が得られると共に、辞書を１つにできるので構成を
簡素化できるというメリットがある。なお、上記実施例
では、中央にひとつの開口とその周囲に６つの開口を持
つウィンドウを想定しているが、ウィンドウの形状はこ
れに限定されるものではない。要は、対象となるパター
ンの規則性に合わせればよく、例えば、図１４（ａ）の
ような十文字状の配列、図１４（ｂ）のような多交差配
列、図１４（ｃ）のような矩形配列、図１４（ｄ）のよ
うな菱形配列、あるいは図１４（ｅ）のような田の字状
配列……等、さまざまな変形例が考えられる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、パターンの位置関係を
判断材料に加えるようにしたので、過剰な判定を回避で
き、例えば、適正位置から外れた場所に不適性な形状の
パターンが存在する場合を正常と判定でき、歩留りの改
善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】一実施例の全体ブロック図である。

【図３】一実施例の検出窓（ウィンドウ）の概念図であ
る。

【図４】一実施例のウィンドウと注目パターンとの対応
図である。

【図５】一実施例のシフトレジスタを用いたウィンドウ
の構成図である。

【図６】一実施例のウィンドウの各開口とシフトレジス
タの升目との対応図である。

【図７】一実施例の配置判定回路の構成図である。

【図８】一実施例の第１及び第２の辞書と欠陥判定回路
を含む要部の構成図である。

【図９】一実施例の第１及び第２の辞書の概念図であ
る。

【図１０】一実施例の適正配置判定の場合の状態図であ
る。

【図１１】一実施例の不適性配置の場合の状態図であ
る。

【図１２】一実施例の画像端部における不都合説明図で
ある。

【図１３】一実施例の１つの辞書を用いた場合の構成図
である。

【図１４】一実施例のウィンドウの他の構成図である。

【図１５】プリント基板の要部外観図である。

【図１６】従来例のブロック図である。

【図１７】従来例のパターン検査状態図である。

【符号の説明】

３１：試料３２：ＣＣＤカメラ（撮影手段）３４：記憶回路（記憶手段）３９：配置検出回路（ウィンドウ設定手段）３５：配置判定回路（位置測定手段）３６：第１の辞書（第１の判定手段）３８：欠陥判定回路（第２の判定手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−132312（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−186335（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−167980（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−147281（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−282576（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−253411（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/88 H05K 3/00 G06T 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）規則性を持って並べられた多数のパタ
ーンを表面に有する試料と、ｂ）前記試料の表面画像を撮影する撮影手段と、ｃ）前記画像を保持する記憶手段と、ｄ）前記多数のパターンの規則性を加味した位置で開口
するウィンドウを設定するウィンドウ設定手段と、ｅ）前記記憶手段に保持された画像に前記ウィンドウを
重ね合わせて注目パターンとその周囲のパターンとの位
置関係を測定する位置測定手段と、ｆ）前記記憶手段に保持された画像に基づいて前記パタ
ーン形状の正常／異常を判定する第１の判定手段と、ｇ）前記位置測定手段の測定結果が前記規則性を満たし
ている場合には、前記第１の判定手段の判定結果をその
まま出力する一方、満たしていない場合には、前記第１の判定手段の判定結果如何にかかわらず正常を
出力する第２の判定手段と、を備えたことを特徴とする
パターン検査装置。