JP3143038B2 - 自動焦点合わせ方法及び装置並びに三次元形状検出方法及びその装置 - Google Patents

自動焦点合わせ方法及び装置並びに三次元形状検出方法及びその装置

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JP3143038B2 JP07109856A JP10985695A JP3143038B2 JP 3143038 B2 JP3143038 B2 JP 3143038B2 JP 07109856 A JP07109856 A JP 07109856A JP 10985695 A JP10985695 A JP 10985695A JP 3143038 B2 JP3143038 B2 JP 3143038B2
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    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、部品実装基板の三次元
形状を検出し、部品の実装状態及びはんだ付部分の欠陥
判定を行う部品実装基板検査装置における自動焦点合わ
せ方法および装置に係わり、特に大きな反りを含む部品
実装基板に対して、連続的且つ高速走査を行いながら、
部品実装の領域か否かにかかわらず基板表面高さを予測
し、該予測した基板表面高さに常に自動的に光学系の焦
点を合わせるのに好敵な自動焦点合わせ方法および装
置、並びに基板の反りあるいは部品の実装密度の影響を
受けずに高精度に部品実装基板における部品実装基板の
三次元形状、例えば部品の実装状態及びはんだ付部分の
接合状態を検出する三次元形状検出方法及びその装置に
関する。

【0002】

【従来の技術】プリント基板上にはんだ付け等で接合さ
れた電子部品の実装状態や、はんだ付け状態を検査する
ために、従来カメラやレーザ装置などの光学手段による
自動検査が行われている。このような部品実装基板検査
装置においては、実装基板の三次元形状を検出し、画像
処理によって欠陥判定を行う手法が多く用いられてい
る。検出した三次元形状からはんだ付けなどの状態の判
定を行うためには、基準となる基板の高さが正確に検出
される必要がある。従来より、検査対象基板の反りなど
による基板高さの変化に対応するため、検出した画像内
で基板表面の高さを検出し、検出した基板表面高さを基
準に部品位置や部品高さの検出を行う方法が知られてい
る。

【0003】即ち、従来技術1(特開平3−18830
6号公報)には、図15に示すように、1つの部品に対
して複数の検出用のウインドウを設定し、該ウインドウ
内の検出高さのヒストグラムから各ウインドウにおける
基板高さを検出し、プリント基板上に実装された部品の
回転や位置ずれ等の良否を検査する実装基板外観検査装
置が記載されている。また、従来技術2(特開平4ー2
08803号公報)には、部品の実装されていない3点
の高さから基板傾斜を検出する方法が示されている。ま
た、従来技術3(特開平4ー369411号公報)に
は、搭載部品の近傍の高さのヒストグラムを求め、その
ヒストグラムのピークの重心位置を基準高さとしてはん
だの形状を計測する方法が示されている。また、従来技
術4(特開平2ー8706号公報)には、被測定物表面
に光ビームを照射しその反射光点の位置を検出すること
によって高さ信号を検出し、検出した高さによって高さ
検出用光センサの位置を制御し、高さ検出器の分解能の
高い範囲で対象物の高さ測定を行う技術が知られてい
る。また、従来技術5(特開平4ー289408号公
報)には、図16に示すように、反りを含む基板に対し
て、斜方からレーザ光を照射し、その反射光を位置検出
素子に入射することによって被検査対象物の高さを検出
する配線パターン検出装置が知られている。また、従来
技術6(特開昭62ー31815号公報)には、LSI
ウェーハ表面に縞パターンを投影し、投影された縞パタ
ーンのコントラストを検出することにより焦点位置を検
出し、焦点合わせを行う方法が知られている。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】はんだ付け形状などの
微細な対象物を高精度に検出するには高い分解能を有す
る高さ検出器が必要であるが、そのような検出器では通
常検出可能な高さ範囲(焦点深度)が小さい。このた
め、自動焦点合わせを行っていない前記従来技術2及び
3の方式では、検査対象基板の反りなどによって基板全
体の高さが変化し、はんだ付け部が検査可能範囲外とな
ってしまった場合に画像検出ができないという課題があ
る。また前記従来技術4による焦点合わせ方式では、高
さ検出方式がスポット検出であるために、基板などの広
い面積を検査する場合に時間がかかるという課題があ
る。また前記従来技術5の配線パターン検査装置では、
部品が実装された部分では正確な高さ検出が行えないた
め、部品実装基板には適用できない。さらに3次元形状
検器とは別に高さ検出器も必要となるなどの課題があ
る。また前記従来技術6の自動焦点合わせ方式を、部品
実装基板に適用すると、部品の実装されていない場所で
は基板表面の高さが正確に検出できるが、部品によって
基板表面が覆われてしまい検出できる基板表面が少ない
領域では、部品表面を基板表面高さとして誤検出してし
まうという課題がある。

【0005】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
連続的、且つ高速走査を行いながら、基板上に搭載され
た部品の有無によらず(部品実装の領域か否かにかかわ
らず)、次の走査領域における基板の表面の高さを予測
し、該予測した基板の表面の高さに自動的に検出系の焦
点位置を合わせ、検出対象となる部品実装の基板に反り
があっても反りの影響を受けることなく、該基板の表面
が同一平面内にあるように実装された部品の実装状態ま
たははんだ付け状態の三次元形状を検出することを可能
にした自動焦点合わせ方法及びその装置を提供すること
である。

【0006】また本発明の目的は、連続的、且つ高速走
査を行いながら、基板上に搭載された部品の有無によら
ず(部品実装の領域か否かにかかわらず)、常に基板表
面に検出系の焦点位置を合わせ、検出対象となる部品実
装基板に反りがあっても反りの影響を受けることなく、
該基板表面が同一平面内にあるように検出できる三次元
形状検出方法及びその装置を提供することである。

【0007】また本発明の他の目的は、連続的、且つ高
速走査を行いながら、基板上に搭載された部品の有無に
よらず(部品実装の領域か否かにかかわらず)、常に基
板表面に検出系の焦点位置を合わせ、検出対象となる部
品実装基板に反りがあっても反りの影響を受けることな
く、該基板上に搭載された部品の実装状態または接合状
態を検査する部品実装基板の検査方法及びその装置を提
供することにある。

【0008】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ステージ上に保持された部品実装基板に
対して、ステージ走査領域を設定し、該ステージ走査領
域内を走査して前記部品実装基板の三次元形状を検出す
る高さ検出光学系の自動焦点合わせ方法であって、前記
高さ検出光学系から検出される前記部品実装基板の三次
元形状信号から、前記ステージ走査領域に対応して設定
された複数のウインドウにおける基板表面の高さを検出
し、既検出の複数のウインドウにおける基板表面の高さ
とステージ高さの制御履歴とから次のウインドウにおけ
る基板表面の高さあるいは傾斜を予測し、該予測した基
板表面の高さあるいは傾斜に基づいてZステージのZ方
向の速度又は高さを、前記基板表面と高さ検出光学系の
焦点面が一致するように前記走査をしながらフィードフ
ォワード方式で制御することを特徴とする自動焦点合わ
せ方法である。また本発明は、前記自動焦点合わせ方法
において、次のウインドウにおける基板表面の高さある
いは傾斜の予測が、各ウインドウごとに三次元形状信号
のヒストグラムを計算し、該ヒストグラムから当該ウイ
ンドウにおける基板表面の高さを検出し、該検出した基
板表面の高さと高さ検出光学系の焦点面とのずれが予め
決められた一定範囲内にあって検出基板高さが有効の場
合は、当該ウインドウを含む複数のウインドウにおける
既検出の基板表面の高さとステージ高さの制御履歴とか
ら次に走査されるウインドウにおける基板表面の高さあ
るいは傾斜を予測し、前記ずれが一定範囲内になくて検
出基板高さが無効の場合は、当該ウインドウを含まない
複数のウインドウにおける既検出の基板表面の高さから
次に走査されるウインドウにおける基板表面の高さある
いは傾斜を予測することを特徴とする。

【0009】また本発明は、前記自動焦点合わせ方法に
おいて、前記ずれが一定範囲内になくて検出基板高さが
無効の場合の該ウインドウを含まない複数のウインドウ
が、前記有効な基板高さが検出された最新のウインドウ
と、該最新のウインドウと隣接した前ページの有効な基
板高さが検出されたウインドウと、前記当該ウインドウ
の次に走査されるウインドウに隣接する前ページの有効
な基板高さが検出されたウインドウとの3つのウインド
ウからなることを特徴とする。また本発明は、ステージ
上に保持された部品実装基板に対して、ステージ走査領
域を設定し、該ステージ走査領域内を走査して前記基板
の三次元形状を検出する高さ検出光学系の自動焦点合わ
せ装置であって、前記ステージを2次元的に走査制御す
る制御手段と、前記高さ検出光学系から検出される前記
部品実装基板の三次元形状信号から、前記制御手段で走
査制御されるステージ走査領域に対応して設定された複
数のウインドウにおける基板表面の高さを検出して記憶
する基板高さ検出手段と、該基板高さ検出手段によって
検出して記憶される複数のウインドウにおける基板表面
の高さに基づいて、次のウインドウにおける基板表面の
高さあるいは傾斜を予測する基板高さ予測手段と、該基
板高さ予測手段に予測された次のウインドウにおける基
板表面の高さあるいは傾斜に基づいてZステージのZ方
向の速度又は高さを、前記基板表面と高さ検出光学系の
焦点面が一致するようにフィードフォワード方式で制御
するステージ高さ制御手段とを備えたことを特徴とする
自動焦点合わせ装置である。

【0010】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して、高さ検出光学系により部品を実装した
基板からの三次元形状画像信号を検出し、この検出され
た三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記基
板の表面の高さを検出し、この検出された基板の表面の
高さに基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離
を制御して高さ検出光学系により前記所望の走査領域に
隣接した走査領域から部品を実装した基板からの三次元
形状画像信号を検出することを特徴とする三次元形状検
出方法である。また本発明は、部品を実装した基板を2
次元的に走査して、高さ検出光学系により部品を実装し
た基板からの三次元形状画像信号を検出し、この検出さ
れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
基板の表面の高さを検出し、この検出された基板の表面
の高さに基づいて前記高さ検出光学系により前記所望の
走査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板か
ら検出される三次元形状画像信号に対して補正を施して
三次元形状画像信号を検出することを特徴とする三次元
形状検出方法である。また本発明は、部品を実装した基
板を2次元的に走査して、高さ検出光学系により部品を
実装した基板からの三次元形状画像信号を検出し、この
検出された三次元形状画像信号から所望の走査領域ごと
に前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成
された基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾
値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板の表面
の高さを示す値が基準高さH0から所定の範囲±α内に
おいて検出された場合には、有効な基板の表面の高さと
して得られる前記基板の表面の高さを示す値に基づいて
前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御して高さ
検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領
域から部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を
検出することを特徴とする三次元形状検出方法である。

【0011】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して、高さ検出光学系により部品を実装した
基板からの三次元形状画像信号を検出し、この検出され
た三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記基
板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された基
板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値Fth以
上又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを
示す値が基準高さH0から所定の範囲±α内において検
出された場合には、有効な基板の表面の高さとして得ら
れる前記基板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ
検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領
域から部品を実装した基板から検出される三次元形状画
像信号に対して補正を施して三次元形状画像信号を検出
することを特徴とする三次元形状検出方法である。また
本発明は、部品を実装した基板を2次元的に走査して、
高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三次元
形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状画像
信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高さの
頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高さの
頻度分布において、所定の閾値Fth以上又はこれを越え
て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
0から所定の範囲±α内において検出された場合に
は、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基板の
表面の高さを示す値について隣接した走査領域について
平均化してこの平均化された基板の表面の高さを示す値
に基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制
御して高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接
した走査領域から部品を実装した基板からの三次元形状
画像信号を検出することを特徴とする三次元形状検出方
法である。

【0012】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して、高さ検出光学系により部品を実装した
基板からの三次元形状画像信号を検出し、この検出され
た三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記基
板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された基
板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値Fth以
上又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを
示す値が基準高さH0から所定の範囲±α内において検
出された場合には、有効な基板の表面の高さとして得ら
れる前記基板の表面の高さを示す値について隣接した走
査領域について平均化してこの平均化された基板の表面
の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系により前
記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装し
た基板から検出される三次元形状画像信号に対して補正
を施して三次元形状画像信号を検出することを特徴とす
る三次元形状検出方法である。また本発明は、部品を実
装した基板を2次元的に走査して、高さ検出光学系によ
り部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
し、この検出された三次元形状画像信号から所望の走査
領域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、
この作成された基板の表面の高さの頻度分布において、
所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されてその
基板の表面の高さを示す値が基準高さHから所定の範
囲±α内において検出された場合には、有効な基板の表
面の高さとして得られる前記基板の表面の高さを示す値
に基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制
御し、前記作成された基板の表面の高さの頻度分布にお
いて、所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されな
い場合又は所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出さ
れてその基板の表面の高さを示す値が基準高さH0 から
所定の範囲±α内において検出されない場合には、無効
な基板の表面の高さとして近傍の走査領域において既に
検出済みの有効な基板の表面の高さを示す値に基づいて
前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御し、高さ
検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領
域から部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を
検出することを特徴とする三次元形状検出方法である。

【0013】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して、高さ検出光学系により部品を実装した
基板からの三次元形状画像信号を検出し、この検出され
た三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記基
板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された基
板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値Fth以
上又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを
示す値が基準高さH0から所定の範囲±α内において検
出された場合には、有効な基板の表面の高さとして得ら
れる前記基板の表面の高さを示す値について隣接した走
査領域について平均化してこの平均化された基板の表面
の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系により前
記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装し
た基板から検出される三次元形状画像信号に対して補正
を施し、前記作成された基板の表面の高さの頻度分布に
おいて、所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出され
ない場合又は所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出
されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さH0
ら所定の範囲±α内において検出されない場合には、無
効な基板の表面の高さとして近傍の走査領域において既
に検出済みの有効な基板の表面の高さを示す値に基づい
て前記高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接
した走査領域から部品を実装した基板から検出される三
次元形状画像信号に対して補正を施し、これら補正され
た三次元形状画像信号を検出することを特徴とする三次
元形状検出方法である。

【0014】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して高さ検出光学系により三次元形状画像を
検出し、この検出された三次元形状画像に対して予め定
められた大きさに分割された分割領域ごとに基板表面の
高さを検出し、この検出した基板の表面の有効性を判定
して、有効と判定された基板の高さに基づいて、前記高
さ検出光学系と前記基板の表面との距離を制御して前記
三次元形状の画像信号を検出することを特徴とする三次
元形状検出方法である。また本発明は、部品を実装した
基板を2次元的に走査して部品を実装した基板からの三
次元形状画像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ
検出光学系により検出された三次元形状画像信号から所
望の走査領域ごとに前記基板の表面の高さを検出し、こ
の検出された基板の表面の高さに基づいて前記高さ検出
光学系と前記基板との距離を制御して高さ検出光学系に
より前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を
実装した基板からの三次元形状画像信号を検出する基板
高さ検出・制御手段とを備えたことを特徴とする三次元
形状検出装置である。また本発明は、部品を実装した基
板を2次元的に走査して部品を実装した基板からの三次
元形状画像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検
出光学系により検出された三次元形状画像信号から所望
の走査領域ごとに前記基板の表面の高さを検出し、この
検出された基板の表面の高さに基づいて前記高さ検出光
学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領域から
部品を実装した基板から検出される三次元形状画像信号
に対して補正を施して三次元形状画像信号を検出する基
板高さ検出・補正手段とを備えたことを特徴とする三次
元形状検出装置である。

【0015】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して部品を実装した基板からの三次元形状画
像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系
により検出された三次元形状画像信号から所望の走査領
域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、こ
の作成された基板の表面の高さの頻度分布において、所
定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板
の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所定の範囲±
α内において検出された場合には、有効な基板の表面の
高さとして得られる前記基板の表面の高さを示す値に基
づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御し
て高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した
走査領域から部品を実装した基板からの三次元形状画像
信号を検出する基板高さ検出・制御手段とを備えたこと
を特徴とする三次元形状検出装置である。また本発明
は、部品を実装した基板を2次元的に走査して部品を実
装した基板からの三次元形状画像信号を検出する高さ検
出光学系と、該高さ検出光学系により検出された三次元
形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面
の高さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面
の高さの頻度分布において、所定の閾値Fth以上又はこ
れを越えて検出されてその基板の表面の高さを示す値が
基準高さH0 から所定の範囲±α内において検出された
場合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記
基板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学
系により前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部
品を実装した基板から検出される三次元形状画像信号に
対して補正を施して三次元形状画像信号を検出する基板
高さ検出・補正手段とを備えたことを特徴とする三次元
形状検出装置である。

【0016】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して部品を実装した基板からの三次元形状画
像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系
により検出された三次元形状画像信号から所望の走査領
域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、こ
の作成された基板の表面の高さの頻度分布において、所
定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板
の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所定の範囲±
α内において検出された場合には、有効な基板の表面の
高さとして得られる前記基板の表面の高さを示す値につ
いて隣接した走査領域について平均化してこの平均化さ
れた基板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出
光学系と前記基板との距離を制御して高さ検出光学系に
より前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を
実装した基板からの三次元形状画像信号を検出する基板
高さ検出・制御手段とを備えたことを特徴とする三次元
形状検出装置である。また本発明は、部品を実装した基
板を2次元的に走査して部品を実装した基板からの三次
元形状画像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検
出光学系により検出された三次元形状画像信号から所望
の走査領域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作
成し、この作成された基板の表面の高さの頻度分布にお
いて、所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されて
その基板の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所定
の範囲±α内において検出された場合には、有効な基板
の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さを示
す値について隣接した走査領域について平均化してこの
平均化された基板の表面の高さを示す値に基づいて前記
高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走
査領域から部品を実装した基板から検出される三次元形
状画像信号に対して補正を施して三次元形状画像信号を
検出する基板高さ検出・補正手段とを備えたことを特徴
とする三次元形状検出装置である。

【0017】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して部品を実装した基板からの三次元形状画
像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系
により検出された三次元形状画像信号から所望の走査領
域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、こ
の作成された基板の表面の高さの頻度分布において、所
定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板
の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所定の範囲±
α内において検出された場合には、有効な基板の表面の
高さとして得られる前記基板の表面の高さを示す値に基
づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御
し、前記作成された基板の表面の高さの頻度分布におい
て、所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されない
場合又は所定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出され
てその基板の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所
定の範囲±α内において検出されない場合には、無効な
基板の表面の高さとして近傍の走査領域において既に検
出済みの有効な基板の表面の高さを示す値に基づいて前
記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御し、高さ検
出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領域
から部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検
出する基板高さ検出・制御手段とを備えたことを特徴と
する三次元形状検出装置である。

【0018】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して部品を実装した基板からの三次元形状画
像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系
により検出された三次元形状画像信号から所望の走査領
域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、こ
の作成された基板の表面の高さの頻度分布において、所
定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板
の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所定の範囲±
α内において検出された場合には、有効な基板の表面の
高さとして得られる前記基板の表面の高さを示す値につ
いて隣接した走査領域について平均化してこの平均化さ
れた基板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出
光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領域か
ら部品を実装した基板から検出される三次元形状画像信
号に対して補正を施し、前記作成された基板の表面の高
さの頻度分布において、所定の閾値Fth以上又はこれを
越えて検出されない場合又は所定の閾値Fth以上又はこ
れを越えて検出されてその基板の表面の高さを示す値が
基準高さH0 から所定の範囲±α内において検出されな
い場合には、無効な基板の表面の高さとして近傍の走査
領域において既に検出済みの有効な基板の表面の高さを
示す値に基づいて前記高さ検出光学系により前記所望の
走査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板か
ら検出される三次元形状画像信号に対して補正を施し、
これら補正された三次元形状画像信号を検出する基板高
さ検出・補正手段とを備えたことを特徴とする三次元形
状検出装置である。

【0019】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して三次元形状画像を検出する高さ検出光学
系と、該高さ検出光学系により検出された三次元形状画
像に対して予め定められた大きさに分割された分割領域
ごとに基板表面の高さを検出し、この検出した基板の表
面の有効性を判定して、有効と判定された基板の高さに
基づいて、前記高さ検出光学系と前記基板の表面との距
離を制御して前記三次元形状の画像信号を検出する基板
高さ検出・制御手段とを備えたことを特徴とする三次元
形状検出装置である。また本発明は、部品を実装した基
板を2次元的に走査して、高さ検出光学系により部品を
実装した基板からの三次元形状画像信号を検出し、この
検出された三次元形状画像信号から所望の走査領域ごと
に前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成
された基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾
値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板の表面
の高さを示す値が基準高さH0から所定の範囲±α内に
おいて検出された場合には、有効な基板の表面の高さと
して得られる前記基板の表面の高さを示す値に基づいて
前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御して高さ
検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領
域から部品を実装した基板から得られる三次元形状画像
信号に基づいて基板への部品の実装状態または接合状態
を検査することを特徴とする部品実装基板の検査方法で
ある。

【0020】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して、高さ検出光学系により部品を実装した
基板からの三次元形状画像信号を検出し、この検出され
た三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記基
板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された基
板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値Fth以
上又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを
示す値が基準高さH0から所定の範囲±α内において検
出された場合には、有効な基板の表面の高さとして得ら
れる前記基板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ
検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領
域から部品を実装した基板から検出される三次元形状画
像信号に対して補正を施して得られる三次元形状画像信
号に基づいて基板への部品の実装状態または接合状態を
検査することを特徴とする部品実装基板の検査方法であ
る。また本発明は、部品を実装した基板を2次元的に走
査して部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を
検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検
出された三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに
前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成さ
れた基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値
Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板の表面の
高さを示す値が基準高さH0 から所定の範囲±α内にお
いて検出された場合には、有効な基板の表面の高さとし
て得られる前記基板の表面の高さを示す値に基づいて前
記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御して高さ検
出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領域
から部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検
出する基板高さ検出・制御手段と、該基板高さ検出・制
御手段から検出される三次元形状画像信号に基づいて基
板への部品の実装状態または接合状態を検査する検査手
段とを備えたことを特徴とする部品実装基板の検査装置
である。

【0021】また本発明は、部品を実装した基板を2次
元的に走査して部品を実装した基板からの三次元形状画
像信号を検出する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系
により検出された三次元形状画像信号から所望の走査領
域ごとに前記基板の表面の高さの頻度分布を作成し、こ
の作成された基板の表面の高さの頻度分布において、所
定の閾値Fth以上又はこれを越えて検出されてその基板
の表面の高さを示す値が基準高さH0 から所定の範囲±
α内において検出された場合には、有効な基板の表面の
高さとして得られる前記基板の表面の高さを示す値に基
づいて前記高さ検出光学系により前記所望の走査領域に
隣接した走査領域から部品を実装した基板から検出され
る三次元形状画像信号に対して補正を施して三次元形状
画像信号を検出する基板高さ検出・補正手段と、該基板
高さ検出・補正手段から検出される三次元形状画像信号
に基づいて基板への部品の実装状態または接合状態を検
査する検査手段とを備えたことを特徴とする部品実装基
板の検査装置である。

【0022】また本発明は、対象物との距離を光学的に
測定することにより対象物の高さを検出する高さ検出器
を用いて、部品実装基板を二次元的に走査することによ
り該部品実装基板全面の三次元形状画像を検出する方法
であって、該基板上に搭載された部品の有無によらず、
前記画像検出に同期して三次元形状画像から一定領域ご
とに基板表面の高さを連続的に検出し、該検出した基板
表面の高さを基に、前記高さ検出器と前記部品実装基板
表面との距離を前記画像検出に同期して連続的に制御す
ることにより、検出対象となる部品実装基板に反りがあ
っても反りの影響を受けることなく、該基板表面が同一
平面内にあるように検出する構成にしたものである。ま
た本発明は、対象物との距離を光学的に測定することに
より対象物の高さを検出する高さ検出器を用いて、部品
実装基板を二次元的に走査することにより該部品実装基
板全面の三次元形状画像を検出する方法であって、該基
板上に搭載された部品の有無によらず、前記画像検出に
同期して三次元形状画像から一定領域ごとに基板表面の
高さを連続的に検出し、該検出した基板表面の高さを基
に、前記三次元形状画像中で検出された基板表面の高さ
が一定値になるように前記画像検出に同期して該画像を
補正することにより、検出対象となる部品実装基板に反
りがあっても反りの影響を受けることなく、該基板表面
が同一平面内にあるように検出する構成にしたものであ
る。

【0023】また本発明は、前記一定領域内での基板表
面の高さを検出する際に、当該領域を複数の領域に分割
し各分割された領域で求めた基板表面高さの平均値を前
記当該領域の基板表面高さとする構成にするとよい。ま
た本発明は、前記各分割された領域での基板表面の高さ
の検出方法は、該領域内の高さのヒストグラムを計算
し、得られたヒストグラムの頻度のピーク値を基に当該
領域の基板表面の高さを検出する構成にするとよい。ま
た本発明は、前記ヒストグラムを用いた基板表面の高さ
の検出方法において、前記ヒストグラムが予め当該領域
の面積から決定したしきい値を越える頻度を持つ部分の
うち、本来あるべき基板高さあるいは理想的な基板高さ
を基準値とし、基準値を中心にあらかじめ設定した範囲
内で最も頻度の高い検出高さを、当該領域における基板
高さとして検出する構成にするとよい。また本発明は、
前記ヒストグラムを用いた基板表面の高さの検出方法に
おいて、有効な基板表面高さが求められない場合、他の
領域で有効に検出された基板表面の高さを用いて当該領
域における基板表面の高さを外挿によって求める構成に
するとよい。

【0024】

【作用】上記構成により、部品実装基板に対して検出さ
れた該基板の3次元形状信号から、部品が実装されてい
ない部分で基板表面の高さを検出し、既検出の基板表面
の高さとステージ高さの制御履歴から、次に検査すべき
部分における基板表面の高さあるいは傾斜を予測する。
なお、この予測は、基板表面の高さは基板の剛性によっ
て急変しないということが経験的に分かっており、この
前提のもとに行われる。そして、前記予測は、QFPの
ような大きな部品が実装されている領域においても同様
に、該部品が載置されている位置の基板表面は部品の剛
性により急変することなくほぼ平面であるということが
分かっており、この前提のもとに、該部品周辺で検出さ
れた基板表面の高さとステージ高さの制御履歴とから次
に検査すべき部分における基板表面の高さあるいは傾斜
を予測する。前記予測した基板表面の高さあるいは傾斜
に基づき、フィードフォワード方式でステージの高さ制
御を行うので、部品実装の有無にかかわらず、図9に示
すように、常に基板表面に焦点を合わせることができ
る。そのため、図17及び図18に実線171及び18
1(検出系の焦点位置)で示すように、実装部品の境界
部分においても焦点ずれを生じることがなく、基板表面
付近に形成されるはんだ付部に対して、高速かつ高精度
に3次元形状検出を行うことが可能である。また、部品
を含む対象の表面の高さと光学系の焦点位置のずれをフ
ィードバックする方式で制御遅れがないため、連続的か
つ高速走査を行うことが可能である。

【0025】また、図19に示すように、実装部品(例
えば、QFP(Quad Flat Package:4方向にリード(端
子)193が出ているフラット・パッケージ)、192
はボディを示す。)191の4辺に検査すべきリード1
93があるような場合においても、図9に示すように、
常に基板表面に焦点を合わせることができるため、リー
ド193のはんだ付部分Bの三次元画像を高精度に検出
することができる。

【0026】また、上記構成により、画像検出に同期し
て基板表面の高さを連続的に検出し、検出した基板表面
の高さを基に、高さ検出器と基板表面との距離を連続的
に制御することにより、図9に示すように常に基板表面
に検出系の焦点位置が合わせられた検査対象基板上を連
続的かつ高速に走査を行いながら、基板上に搭載された
部品の有無によらず、検出対象となる部品実装基板に反
りがあっても反りの影響を受けることなく、基板表面が
同一平面内にあるように検出することが可能である。

【0027】また図19に示すように、実装部品193
の4辺に検査対象リード193がある場合にも、上記構
成により常に基板表面に検出系の焦点位置を合わせるこ
とができるため、部品側面(走査方向と垂直な方向の
面)のリード部193を高精度に検出することができ
る。また、検出光学系の焦点深度が検査対象基板の反り
に対して充分に大きい場合は、検出した基板表面の高さ
を基に、三次元形状画像中の基板表面の高さが一定値に
なるように該画像を補正することにより、検出対象とな
る部品実装基板に反りがあっても反りの影響を受けるこ
となく、基板表面が同一平面内にあるように検出するこ
とが可能である。

【0028】

【実施例】本発明の実施例を図1乃至図9を参照しなが
ら説明する。図1は装置構成を示すブロック図、図2は
図1にて使用した高さ検出光学系の構成図、図3は図1
に示す基板高さ検出部による基板高さ検出方法説明図、
図4は図1に示す基板高さ検出部による他の基板高さ検
出方法説明図、図5は検出された基板高さが有効である
場合の直線近似による基板傾斜予測方法説明図、図6は
Zステージの制御速度設定方法例の説明図、図7は検出
された基板高さが無効である場合の平面近似による基板
傾斜予測方法説明図、図8は自動焦点合わせ方法のフロ
ーチャート、図9は焦点位置の移動を表す図である。

【0029】本実施例では、説明の便宜上、ステージが
被検査対象物に対して一定の距離を移動する間に検出さ
れる領域、すなわちステージ走査の一定領域をウインド
ウと呼び、一続きのステージの走査、即ちステージ走査
の一定領域をウインドウによって検出される領域をペー
ジと呼ぶことにする。被検査対象物である部品実装基板
(以下、単に基板という)1は、XYZステージ2に保
持されている。XYZステージ2は、XYステージ制御
部3とZステージ制御部4によって制御される。5はシ
ステム制御部で、設計データに基づいて作成したXYス
テージ制御データをXYステージ制御部3に送る。6は
基板1の表面高さを検出する高さ検出光学系である。7
は3次元形状信号生成部で、高さ検出光学系6から基板
1の表面高さデータを受け取り、基板1の3次元形状信
号を生成する。8は画像処理部で、前記3次元形状信号
を画像処理して欠陥判定を行う。基板高さ検出部9は、
各ウィンドウごとに基板1の表面高さデータを検出し、
該検出した高さデータを基板高さ予測部10に送る。基
板高さ予測部10は、基板1の表面高さデータとステー
ジ高さデータをもとに次のウィンドウにおける基板1の
表面高さあるいは傾斜を予測し、該予測に基づいて基板
1の表面を検出光学系6の焦点面に合わせるように高さ
制御データを生成し、Zステージ制御部4に送る。

【0030】次に、図2を参照して前記高さ検出光学系
6について説明する。フーリエ変換レンズ12ともう一
方のフーリエ変換レンズ13の光軸は、いずれも光線偏
向器14の回転軸に垂直な同一平面上にあり、かつ光線
偏向器14上で交わるように配設されている。そして、
レーザ光源11と光電変換器17は、フーリエ変換レン
ズ12の物面上に配置される。また、光線偏向器14の
回転軸は二つのフーリエ変換レンズ12、13のフーリ
エ変換面上にくるように配置されている。レーザ光源1
1から照射された実線矢印で示すレーザビームは、フー
リエ変換レンズ12によりフーリエ変換され、光線偏向
器14においてフーリエ変換レンズ12の光軸と交わる
斜めの光束となる。このとき、光線偏向器14で反射し
た光束は、フーリエ変換レンズ13によって逆フーリエ
変換され、反射ミラー15を介して被検査対象物上にレ
ーザスポットを生じさせる。このレーザスポットは光線
偏向器14が回転角を変化させると、光線偏向器14か
らの光束の向きが変化するため、被検査対象物上でフー
リエ変換レンズ13の光軸と直交する方向に例えば、A
からBへ移動してこれがレーザスポットの走査となる。

【0031】一方、検出側は、このレーザスポットを破
線矢印で示すように反射ミラー16を介してフーリエ変
換レンズ13に入射し、光線偏向器14上にフーリエ変
換像を得る。このフーリエ変換像は光線偏向器14によ
って反射され、フーリエ変換レンズ12により逆フーリ
エ変換され、光電変換器17上にレーザスポットの実像
を生じさせる。Z矢印で示すように被検査対象物1の高
さが変化すると、それに応じてレーザスポットの実像
は、光電変換器(リニアイメージセンサ)17上でz矢
印で示すように受光する素子の位置が変位する。即ち、
被検査対象物1上に照射されたレーザスポットによる被
検査対象物1の表面の高さ情報は、光電変換器(リニア
イメージセンサ)17上で受光する素子の位置情報とし
て検出することができる。また光線偏向器14によっ
て、レーザスポットを被検査対象物1上において、Aか
らBへ、BからAへ走査することができる。そして光電
変換器(リニアイメージセンサ)17は、被検査対象物
1上における光線偏向器14によるレーザスポットの走
査及びXYステージの走査に応じて刻々被検査対象物1
上の高さ情報に対応した受光する素子の位置情報として
の信号を出力されることになる。

【0032】前記高さ検出光学系6は、反射ミラー15
で反射したレーザビームが被検査対象物に垂直に照射さ
れ、これを反射ミラー16を介して斜め横から検出する
状態に配置されるか、あるいは、レーザビームを斜め横
から照射し、これを真上から、または反射側斜め横から
検出する状態に配置してもよい。本実施例では2個の反
射ミラーを用いているが、直接照射して反射ミラーを介
して検出する構成にしてもよいし、また、その逆の構成
でもよい。なお、光電変換器17としては、1次元イメ
ージセンサ、イメージディセクタ、TVカメラなどを用
いることができ、そのほか、レーザスポット像の位置を
検出するものとしてPinフォトダイオード等の位置検
出素子を使用することもできる。さらに、光線偏向器1
4としては、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、回転平
行ミラー、AO偏向器などを使用することができる。

【0033】被検査対象物1の3次元形状の検出は、ま
ず、光線偏向器14によるレーザスポットの走査方向
(図2に示すA−B走査方向)と直角な方向(例えばX
方向又はY方向)にXステージを等速移動させることに
よって、被検査対象物1を2次元的に走査する(X,Y
ステージのみで行っても良い。)。ウィンドウごとに順
次走査して第1ページの形状検出が終了したら、光線偏
向器14によるレーザスポットの走査方向にYステージ
を一定距離横移動させ、第1ページとは逆方向にXステ
ージを等速移動させて第2ページの形状を検出する。以
下、同様にしてステージ走査を続け次のページに移る。
この一連の動作により、光電変換器(リニアイメージセ
ンサ)17から、受光する素子の位置情報として被検査
対象物1の全面の3次元形状信号(3次元形状を示す画
像信号)を検出することができる。なお、光電変換器
(リニアイメージセンサ)17から出力される受光する
素子の位置情報として信号を更に曲線補間処理すること
によって正確な被検査対象物1の高さ情報を得ることが
できる。即ち、三次元形状信号生成部7において、レー
ザスポットが被検査対象物1上に照射される2次元位置
座標(XYからなる2次元位置座標)は、XYステージ
に設けられた変位測定装置で測定されたX及びY軸方向
の変位量及び光線偏向器14の回転走査量が入力される
ことによって得ることができる。三次元形状信号生成部
7における被検査対象物1上の高さ情報は、光電変換器
(リニアイメージセンサ)17から出力される信号を入
力することによって得ることができる。これにより、三
次元形状信号生成部7は、レーザスポットが2次元的
(X−Y軸方向)に走査された2次元位置座標に対応し
たレーザスポットが照射された被検査対象物1の高さ
(Z軸の変位)を示す信号から三次元形状を示す信号
(データ)を得ることができる。

【0034】次に、図3を参照して自動焦点合わせ方法
の1実施例について説明する。まず、前記図1に示す基
板高さ検出部9の動作例について説明する。図3
(a)、図3(b)に示した画像は、ステージ走査によ
って得られる1ページの画像の中の一部分である。ウィ
ンドウ21a,21bは基板表面の高さ(以下、基板高
さともいう)を検出する領域の例である。図3におい
て、22a,22bは基板領域、23a,23bは部品
実装領域を示す。図3に示すように、基板高さ検出部9
は、三次元形状信号生成部7において生成されたウィン
ドウ21a,21b内の三次元形状を示す信号から、検
出高さデータのヒストグラム(高さの頻度分布)を演算
し、あらかじめ決められたしきい値Fth以上の検出頻度
でピークを持つ検出高さのうち、最小値を各ウィンドウ
の中心位置での基板高さとして検出する。しかし、ウィ
ンドウ内の基板領域の面積が小さい場合には、基板高さ
に相当する高さにしきい値Fthを超えるピークが現われ
ず、誤検出が発生する場合がある。そこで、検出された
基板高さの有効性を光学系の焦点面の高さ(基準値)H
0 からのずれの範囲によって判定する。

【0035】図3(a)は、部品の実装密度が低い部分
における検出の例で、図3(b)に示す高さのヒストグ
ラム(高さの頻度分布)からピーク25aが基板高さと
して検出されている。図3(c)は、大きな部品、例え
ばQFP(Quad Flat Package:4方向にリード(端子)
193が出ているフラット・パッケージ)のような部品
が実装されていて、基板がほとんど見えない部分での検
出の例で、図3(d)に示す高さのヒストグラム(高さ
の頻度分布)からピーク25bが基板高さとして検出さ
れているが、実際は実装部品の表面の高さである。本発
明によれば、後述するように基板は常に光学系の焦点面
の高さで検出されるように、ステージ高さが制御される
ので、検出した基板高さと光学系の焦点面の高さ(基準
値)H0とのずれが一定の範囲±α内、すなわち、ずれ
の有効範囲内であれば検出した基板高さは有効、ずれの
有効範囲内になければ無効と判定することができる。従
って、図3(a)(b)の場合は有効であり、図3
(c)(d)の場合は無効と判定される。

【0036】次に、図4を参照して基板高さ検出部9の
別の動作例について説明する。図4(a)において、2
1cはウィンドウ、22cは基板領域、23cは部品実
装領域を示す。まず、ウィンドウ21cを図示の如く幅
方向に2等分し、該2等分された左右各領域における検
出高さデータのヒストグラム(高さの頻度分布)を演算
する。そして、前記図3に示す方法で、各領域の中心位
置での基板高さを検出し、その有効性の判定を行う。両
方の領域で有効な基板高さが検出できた場合は、図4
(b)に示す左半分の領域におけるヒストグラムから得
られる基板高さと図4(d)に示す右半分の領域におけ
るヒストグラムから得られる基板高さとの平均高さ(図
4(c)に示す。)をウィンドウ21cの中心位置での
基板高さとし、図に示すように、両方の検出基板高さを
結ぶ直線の傾きを計算してウィンドウの幅方向の基板傾
斜とする。また、一方の領域のみで有効な基板高さが検
出できた場合は、その有効な検出基板高さをウィンドウ
の中心位置での基板高さとし、ウィンドウの幅方向の基
板傾斜は0とする。しかし、両方の領域で有効な基板高
さが検出できなかった場合には、検出した基板高さは無
効とする。

【0037】このように、ウィンドウを分割してそれぞ
れの領域で基板高さを検出することにより、検出精度の
向上を図ることができる。更に分割数を増やして分割し
た各領域の中心位置での基板高さを検出し、有効な基板
高さが検出された点の最小二乗近似直線から、ウインド
ウの中心位置での基板高さと、ウィンドウの幅方向の基
板傾斜とを求めてもよい。次に、前記図1に示す基板高
さ予測部10の動作例について説明する。まず、ウィン
ドウ中心に相当する位置まで画像を検出した時点でZス
テージ制御部4からZステージの高さを読み込む。次
に、該ウィンドウ内の画像の検出が終了した時点で、基
板高さ検出部9により前述したヒストグラムを使用する
方法によりウィンドウ内の基板高さを検出する。そし
て、前記ウィンドウに続いて走査される次のウィンドウ
における基板高さあるいは傾斜を、前記検出された基板
高さが有効か無効かによって異なる後述する方法により
予測する。ここで、Zステージ制御部4におけるZステ
ージの制御速度は、前記予測に基づいてフィードフォワ
ード方式により設定される。前記した次に走査されるウ
ィンドウでの基板高さ、あるいは傾斜の予測方法を、検
出された基板高さが有効である場合と無効である場合と
について、以下に順に説明する。まず、図5を参照して
検出された基板高さが有効である場合の基板傾斜予測方
法を説明する。図5(a)、図5(b)の横軸はステー
ジの走査方向の位置を示し、一方、図5(a)の縦軸は
検出光学系を基準とした基板表面の高さ、また図5
(b)の縦軸はステージを基準とした光学系の焦点面及
び基板表面の高さを示す。ここで、ステージ基準の座標
系は、ステージに固定され、ステージのZ方向移動とと
もに原点が移動する座標系で、ステージ高さがΔzだけ
変化するとステージ基準の光学系の焦点面の高さは−Δ
zだけ変化することになる。

【0038】図5(a)において、30a〜30dは、
それぞれウィンドウを表す。今、ウィンドウ30cまで
走査が終了した時点を考える。光学系を基準とした基板
高さ31a〜31cが既に検出されて記憶(記録)され
ており、基板高さと光学系の焦点面の高さとのずれ32
a〜32cが計算されている。一方、図5(b)におい
て、各ウィンドウの中心位置でステージ高さを読み取る
ことにより、ステージ基準の光学系の焦点面の高さ33
a〜33cが検出されて記憶(記録)されている。光学
系の焦点面の高さ33a〜33cと、前記基板高さと光
学系の焦点面の高さとのずれ32a〜32cとから、ス
テージ基準の基板高さ34a〜34cを計算する。この
場合、ウィンドウ30a〜30cにおける基板高さ34
a〜34cは基板の実際の形状を表している。ここで基
板形状は、基板の剛性によって急激に変化しないことが
経験的に分かっており、基板高さ34a〜34cから最
小二乗近似直線を求め、その傾きを次のウィンドウ30
dにおける基板傾斜と予測する。

【0039】上記方法では、3点を用いて最小二乗近似
直線を求める例を示したが、ウィンドウ30b、30c
における基板高さ34b、34cの2点を結ぶ直線の傾
きを次のウィンドウ30dにおける基板傾斜としてもよ
いし、ウィンドウ30aよりも前のウィンドウを含む4
点以上の基板高さから最小二乗近似直線を求めるように
してもよい。図6を参照して前記予測した基板の傾斜に
基づくZステージの制御速度の設定方法の1例を説明す
る。

【0040】図6の横軸はステージの走査方向の位置、
縦軸は前記図5(b)と同様に破線がステージを基準と
した光学系の焦点面、実線が同じくステージを基準とし
た基板表面の高さを示す。同図において、ウィンドウ4
0cまでの走査が終了した時点で、ステージ基準の光学
系の焦点面の高さ43a〜43cが検出されており、ウ
ィンドウ40cにおける光学系の焦点面の高さと基板表
面の高さとのずれ42cも計算されている。そして、ス
テージ基準の基板高さ44a〜44cが、前記図5
(b)と同様に、光学系の焦点面の高さ43a〜43c
と前記ずれ42cとから計算される。このウィンドウ4
0a〜40cにおける基板高さ44a〜44cの最小二
乗近似直線の傾きが、ウィンドウ40dにおける予測さ
れる基板傾斜45として求められる。Zステージの制御
速度の設定は、ステージを基板傾斜45に沿って動かし
たときに、光学系の焦点面がウィンドウ40dの終了地
点で到達する高さに、さらに補正値46を加えた高さに
到達する速度または位置情報が設定される。この補正値
46は、前記ずれ42cにあらかじめ決められた0以上
1以下の割合を掛けて得られる値である。このようなZ
ステージの制御速度または位置情報が設定されることに
より、光学系の焦点面は基板傾斜45にほぼ平行に移動
するよう制御され、また、基板傾斜が変化して光学系の
焦点面と基板の高さのずれが生じたときには、補正値4
6がそのずれを縮める働きをする。

【0041】また、前記最小二乗近似直線から基板傾斜
45ではなく基板高さを求め、ウィンドウ40dの終了
地点で光学系の焦点面と基板表面の高さが一致するよ
う、Zステージの制御速度または高さ位置を設定する方
法にしてもよい。次に、図7を参照して検出された基板
高さが無効である場合の基板傾斜予測方法を説明する。
図7において、22は基板領域、23は部品実装領域、
50a〜50pは走査されるウィンドウである。同図か
ら分かるように、これらのウィンドウ中、基板領域22
のウィンドウ50a〜50kにおいて検出された基板高
さは、前記図5において述べたように有効である。この
ように基板高さが有効と判定された場合には、前記走査
により検出された光学系基準の基板高さと、それぞれの
ウィンドウの中心でのステージ高さとからステージ基準
の基板高さが求められ、該ステージ基準の基板高さから
近似直線を求めてその傾きを次のウィンドウにおける基
板傾斜とすることができる。しかし、部品実装領域23
に入り、該部品実装領域23のウィンドウ50lにおい
て検出された基板高さは無効と判定されるので、ウィン
ドウ50mにおける基板傾斜予測を、前記図5、図6に
て説明した方法によって行うことはできない。そこで、
前記有効な基板高さが検出された最新のウィンドウ50
k、ウィンドウ50kに隣接した前ページのウィンドウ
50f、ウィンドウ50mに隣接した前ページのウィン
ドウ50dの基板表面の高さ3点を通る平面を、計算に
より求める。そして、ウィンドウ50mにおけるZステ
ージの制御速度または高さ位置を、光学系の焦点面が、
ウィンドウ50mの終了地点で前記3点を通る平面上の
点に到達する速度または高さに設定する。

【0042】上記方法以外に、前ページのウィンドウの
ステージ基準の基板高さ数点から計算される近似直線の
傾きをウィンドウ50mにおける基板傾斜とし、光学系
の焦点面が基板傾斜に沿って移動するよう、Zステージ
の制御速度または高さ位置を設定する方法でもよい。ウ
ィンドウの選び方は、ウィンドウ50mに隣接した前ペ
ージのウィンドウ50dの周辺で適当に数点を選べばよ
い。また、基板高さ検出部9でウィンドウの幅方向の基
板傾斜を求めておき、ウィンドウ50mに隣接したウィ
ンドウ50dにおける基板高さと、前記求めたウィンド
ウの幅方向の基板傾斜とからウィンドウ50mにおける
基板高さを予測し、光学系の焦点面が、ウィンドウの中
心位置で予測した基板高さに到達するようZステージの
制御速度または高さ位置を設定する方法でもよい。この
ように、部品実装領域23についても、既検出の基板高
さ3点を通る平面から基板表面の高さを求める方法や、
前ページの基板高さ数点の近似直線から基板傾斜を求め
る方法により、基板表面を光学系の焦点面に合わせるこ
とができるので、ウィンドウ50pで再び基板領域22
に入ったときにも基板表面に焦点が合っている状態で検
出することが可能となる。基板領域22のウィンドウ5
0pにおいて有効な基板高さが検出された後、ウィンド
ウ50l〜50oにおける基板高さを、その前後のウィ
ンドウ50k及び50pにおける基板高さを通る直線上
に載っているとして内挿によって求め、以後の基板傾斜
予測に用いる。

【0043】以上をまとめて、図8に本発明による自動
焦点合わせ方法のフローチャートを示す。まず、81に
よりスタートされ、82によりZステージの高さを検出
し、三次元形状信号生成部7から得られる三次元形状を
示す信号から実装された部品も含めた基板の高さを検出
し、83により順次各ウィンドウ内のヒストグラム(高
さ頻度分布)を検出し、84により各ウインドウにおい
て最小のピーク値を示す基板高さを検出する。つぎに、
基板高さ検出部9において85により有効な基板高さが
検出できた場合、86によりステージ基準の基板高さを
計算する。ここで、基板高さ検出部9において87によ
り直前のウィンドウの基板高さが有効であれば、基板高
さ予測部10は88により既走査の内、最新のウィンド
ウの基板高さデータ数点を用いた直線近似により次のウ
ィンドウにおける基板傾斜を予測し、89により該予測
に基づいてZステージの制御速度または高さ位置を設定
するが、もしも基板高さ検出部9において87により直
前のウィンドウの基板高さが無効の場合は、90により
内挿により有効な基板高さが検出されていないウィンド
ウにおける基板高さを計算し、次に、基板高さ予測部1
0は88aにより最新のウィンドウ走査の基板高さデー
タ数点を用いた直線近似により次のウィンドウにおける
基板傾斜を予測し、89により該予測に基づいてフィー
ドフォワード制御方式にてZステージの制御速度または
高さ位置を設定する。

【0044】一方、基板高さ検出部9において85によ
り前記ウィンドウ内のヒストグラムから有効な基板高さ
が検出できない場合には、基板高さ予測部10は88に
より既検出の基板高さデータ3点を用いた平面近似によ
り次のウィンドウにおける基板傾斜及び高さの予測を行
い、89により該予測に基づいてフィードフォワード制
御方式にてZステージの制御速度または高さ位置を設定
する。以上の処理を繰り返すことにより、図9に示すよ
うに、部品ボディ92とリード93とから構成された部
品91の基板94への実装の有無にかかわらず、常に基
板94の表面高さ22a,22bを光学系の焦点面95
に合わせることができる。96は走査方向を示す。この
ように、本実施例においては、検出される3次元形状信
号を用いて一定の区間における基板高さを検出し、複数
の区間における基板高さから次の区間における基板高さ
あるいは傾斜の予測を行い、該予測に基づいてフィード
フォワード方式にてステージ高さの制御を行うため、部
品91の実装の有無にかかわらず、図9に示すように、
常に基板94の表面高さ22a,22bを光学系の焦点
面95に合わせることができ、基板94の表面付近に存
在するはんだ付等の接合部Aを常に高精度に検出するこ
とができる。

【0045】また、本発明によれば、検出された基板高
さの有効性を判定し、無効である場合には、別の区間の
有効な基板高さのデータを用いて次の区間における基板
高さあるいは傾斜の予測を行っているため、部品91が
実装されている場所においても、図9に示すように、基
板高さを検出光学系の焦点面に合わせることができる。
そのため、はんだ付等の接合部Aのある実装部品91の
境界部分においても、焦点ずれが生じることがなく、連
続的かつ高速な走査を行うことが可能である。更に、以
上の効果により、大きな反りを含む部品実装基板に対し
て、補正または制御された三次元形状を示す信号に基づ
いて、高速で高精度な検出を実現できる三次元形状検出
装置を構成することができる。次に本発明に係わる図1
に示す実施例とほぼ同様な実施例を図10に示す。即
ち、図10は本発明による三次元形状検出装置の実施例
を示す構成図である。検査対象である部品実装基板(以
下、単に基板という)1はステージ2に保持され、ステ
ージ制御部3aによってXYZ方向に制御される。5a
はシステム制御部であり、装置全体の動作を制御する。
高さ検出装置は、高さ検出光学系6と三次元形状信号生
成部7とからなる。8は画像処理部で、補正または制御
されて検出された三次元画像信号を基に、該三次元画像
信号を正常な実装状態や接合状態と比較することにより
基板1の部品の実装状態やはんだ付等の接合部の接合状
態の検査を行うものである。9aは基板高さ検出部で、
検出された三次元画像信号を基にして基板高さを検出す
るものである。

【0046】ステージ2に保持された基板全面の三次元
形状画像を検出するため、高さ検出光学系6では、例え
ば光線偏向器14によりX方向(紙面に平行かつ基板1
に平行な方向)に周期的な自己走査を行い、これと同時
にステージ2はY方向(紙面に垂直な方向)に走査を行
う。高さ検出光学系6によるX方向の走査幅は通常、基
板1の幅に比べて小さいため、図11に示すようにY方
向の連続的なステージ走査とX方向の間欠的なステージ
走査とにより基板全面の画像検出が行われる。三次元形
状生成部7から出力される三次元形状を示す画像信号1
8は図12に示すような短冊形領域で得られ、この検出
画像信号18を順次基板高さ検出部9aに送り、一定サ
イズの領域19a〜19nに分割し、各領域ごとに基板
表面の高さを連続的に検出する。システム制御部5aで
は、連続的に検出される基板表面の高さ20を基にZス
テージの制御量を演算し、ステージ制御部3aを介して
高さ検出光学系6と基板1との距離が一定となるように
Zステージを連続的に制御する。これにより、基板1に
反りがあっても、反りの影響を受けることなく、基板平
面が同一平面内にあるように高さ検出光学系6から三次
元形状を示す画像信号18を検出することができる。

【0047】図2に高さ検出光学系6の一構成例を示
す。フーリエ変換レンズ12ともう一方のフーリエ変換
レンズ13の光軸は、光線偏向器14の回転軸に垂直な
同一平面上にあり、かつ光線偏向器14上で交わる。レ
ーザ光源11と光電変換器17は、フーリエ変換レンズ
12の物面上に配置される。また、光線偏向器14の回
転軸は二つのフーリエ変換レンズ12、13のフーリエ
変換面にくるように配置されている。レーザ光源11か
ら照射されたレーザビームは、フーリエ変換レンズ12
によりフーリエ変換され、光偏向器14上でフーリエ変
換レンズ12の光軸と交わる光束となる。光線偏向器1
4で反射された光束は、フーリエ変換レンズ13によっ
て逆フーリエ変換され、反射ミラー15を介して被検査
対象物(基板)1上にレーザスポットを生じさせる。光
線偏向器14の回転によりレーザスポットを被検査対象
物1上で、ABの方向に走査する。このレーザスポット
を反射ミラー16を介してフーリエ変換レンズ13に入
射し、光線偏向器14上にフーリエ変換像を得る。この
フーリエ変換像は光線偏向器14によって反射され、フ
ーリエ変換レンズ12により逆変換され、光電変換器1
7上にレーザスポットの実像を生じさせる。被検査対象
物(基板)1のZ軸方向の高さが変化すると、レーザス
ポットの実像は光電変換器17上でz方向に変位する。
三次元形状信号生成部7では光電変換器17から得られ
る光電変換器17上の変位量に応じた信号を基に被検査
対象物(基板)1の高さを演算し、三次元形状信号とす
る。2次元位置座標は、光線偏向器14によるレーザス
ポットの走査及びXYステージによる被検査対象物(基
板)1のX,Y軸方向の変位(走査)によって得られ
る。

【0048】この光学系は、反射ミラー15で反射した
レーザビームが被検査対象物(基板)1に垂直に照射さ
れ、これを反射ミラー16を介して斜方から検出する状
態に配置する。あるいは、レーザビームを斜方から照射
し、真上から検出する状態に配置しても良い。本実施例
では2個の反射ミラーを用いているが、直接照射して反
射ミラーを介して検出する構成にしても良いし、その逆
の構成でも良い。光電変換器17としては、一次元イメ
ージセンサ、イメージディセクタ、TVカメラなどを用
いる。あるいは、レーザスポット像の位置を検出するも
のとしてPINフォトダイオード等の位置検出素子を使
用することもできる。光線偏向器14としては、ガルバ
ノミラー、ポリゴンミラー、回転平行ミラー、AO偏向
器等がある。高さ検出光学系6としては、このほかに、
スリット光を照射して、TVカメラで光切断線を検出す
る方式など、光学的な手段で対象物の三次元形状を検出
するものであればどんな構成でも構わない。次に、基板
高さ検出部9aの動作について、図3を用いて説明す
る。図3(a)(b),(c)(d)に示した画像は、
高さ検出光学系6による自己走査とYステージの走査に
よって得られる三次元形状画像の一部および該画像内の
部分領域21a,21bにおける高さのヒストグラム
(高さの頻度分布)を示している。画像中の領域21
a,21bは基板高さを検出する前記一定サイズの領域
の一例である。22は基板表面が検出されている領域、
23は部品が実装されている領域を示している。図3
(a)(b)は基板の部品実装密度が低く、領域21a
中の基板面積が大きい場合を示している。図3(c)
(d)は例えばQFP(Quad Flat Package:4方向フラ
ット・パッケージ)のように、大きな部品が搭載されて
いるために領域21b中の基板面積が小さい場合を示し
ている。同様の現象は基板の部品実装密度が高い場合に
も生じる。

【0049】まず、図3(b),(d)に示すように、
領域21内の高さデータのヒストグラムを演算する。基
板に反りがなく、部品が実装されていない、あるいは部
品実装密度が非常に低い場合には、ヒストグラムのピー
クを示す高さが基板の高さに対応する。このため、ヒス
トグラムの最大ピークを示す高さを検出し、これを基板
高さとして用いることができる。この方法では非常に簡
単に基板高さを求めることができる。しかし、部品の実
装密度が高く、基板に反りが含まれている場合には、ヒ
ストグラムの形状はピークを1つだけ持つ理想的な形状
にはならない。この場合は、ヒストグラムを演算する領
域の面積(画素数)から決定されるしきい値Fthを越え
る頻度でピークを持つ検出高さのうち、最小値を領域2
1内の基板高さとする。これにより、部品上面の高さを
基板表面の高さと誤検出する可能性を低減することがで
きる。しきい値Fthを越えるピークが存在しない場合、
当該領域における基板表面の高さ検出を無効と判定す
る。

【0050】図3(b)では25aのピークが、図3
(d)では25bのピークが、それぞれしきい値Fthを
越える頻度を持つ最小の高さとして検出されている。し
かし、25bのピークは基板高さではなく、部品上面の
高さを示している。図3(c)のように領域21内に占め
る基板部分の面積が小さい場合、基板そのものの表面の
高さに相当する検出高さに、しきい値Fthを超えるピー
クが現われない場合がある。このような場合でも基板高
さを誤検出しないようにするため、本来あるべき基板高
さあるいは理想的な基板高さを基準値H0 とし、基準値
±αの範囲内でしきい値Fthを越える最も頻度の高い検
出高さを領域21内の基板高さとして検出する。αは基
板の表面粗さや許容される基板の最大反り量などからあ
らかじめ定めることができる。基準値H0 は、当該領域
近傍の領域で既に検出された基板高さを基に定めるか、
高さ検出光学系6と基板1表面との距離の理想的な値と
して高さ検出光学系6の焦点面の値を用いることもでき
る。

【0051】上述した条件を満たす検出高さが存在しな
い場合、その領域での基板高さ検出を無効と判定する。
これにより、図3(b)の25aのピークは基板高さと
して有効であるが、図3(d)の25bのピークは無効
と判定される。これにより、部品上面の高さを基板表面
の高さとして誤検出することを防ぐことができる。

【0052】有効な基板高さが検出された場合には、該
検出した基板高さ25aを基づいてシステム制御部5a
でステージ制御量を演算し、ステージ制御部3aを介し
てZステージを駆動することにより、高さ検出光学系
(三次元形状検出光学系)6と基板1そのものの表面と
の距離が一定となるように制御することが可能となる。

【0053】基板高さ検出が無効と判定された領域の基
板高さは、基板高さ検出部9aにおいて近傍の領域で既
に検出済みの有効な検出基板高さをそのまま用いるか、
あるいは近傍の領域で既に検出済みの複数の有効な検出
基板高さを用いて直線または平面近似をすることで外挿
演算により決定することができる。

【0054】これにより、基板1上に部品が高密度に実
装されていても常に基板表面の高さを検出もしくは演算
により求めることができるため、基板1に反りがあって
も反りの影響を受けることなく、基板表面が同一平面上
にあるように三次元形状を検出することができる。ま
た、高さ検出光学系(三次元形状検出光学系)6と基板
1そのものの表面との距離を制御するのではなくZステ
ージ高さは固定したまま高さ検出光学系(三次元形状検
出光学系)6および三次元形状信号生成部7において画
像信号検出を行い、検出された三次元形状を示す画像信
号から上記した方法により基板表面の高さを検出し、補
正信号60により、この検出した基板表面の高さが一定
値となるように、概三次元形状を示す画像信号(三次元
座標情報から構成される。)18に対して画像検出に同
期してZ座標(高さ情報)を補正することによっても、
同様の効果が得られる。この場合、焦点ずれが大幅に生
じたとしても、高さ検出光学系(三次元形状検出光学
系)5によって実装部品も含めて基板1の高さ情報(高
さデータ)が正確に得られることが必要である。即ち、
高さ検出光学系6内の検出光学系が、両側テレセントリ
ック光学系で構成すれば可能となる。

【0055】このように、画像処理部8において、補正
信号60に基づいて三次元形状を示す画像信号18に対
してZ座標(高さ情報)を補正することによって基板1
そのものの表面を基準にした三次元形状を示す画像信号
(三次元座標情報から構成される。)が得られ、画像処
理部8は、例えば正常な実装状態や接合状態との比較に
おいて基準高さ位置を一致させることが容易となり、そ
の結果、正常な実装状態や接合状態との比較処理が容易
となり、基板1の部品の実装状態やはんだ付等の接合部
の接合状態の検査を高信頼度で実行することができる。
図13に、三次元形状画像から基板表面の高さを検出す
る基板高さ検出部9aの他の動作例を示す。まず、領域
21を高さ検出光学系6の自己走査方向と同一方向にn
個に分割する。つぎにそれぞれの分割された領域でヒス
トグラムを演算し、上記した方法により、各領域の基板
表面高さを検出し、その有効性を判定する。分割された
各領域で検出された有効な基板表面の高さのみを用いて
その平均値を演算することで、領域21の全体的な基板
高さが演算できる。また、全体の領域の基板の高さだけ
でなく、それぞれの領域の有効な基板高さを用いること
で、高さ検出光学系6の自己走査方向に対する領域21
の傾斜を求めることもできる。分割された全ての領域に
おいて、基板表面の高さが無効と判定された場合は全体
の領域の基板表面の高さの検出は無効とする。このよう
に基板高さ検出領域を分割し、それぞれの領域で基板高
さを検出することで、高さ検出精度を向上させることが
できる。

【0056】また、高さ検出光学系(三次元形状検出光
学系)6と基板1そのものの表面との距離を制御するの
ではなく、Zステージ高さは固定したまま画像検出を行
い、検出された三次元形状画像から基板表面の高さを検
出し、検出した基板表面の高さが一定値となるように、
該三次元形状を示す画像信号18を画像検出に同期して
補正する方法においては、それぞれの分割した領域で検
出された基板高さをそのまま、各領域での検出基板高さ
として補正することで、画像処理部8で行う正常な実装
状態や接合状態との比較検査において用いられる実装部
品も含めた三次元形状を示す画像信号18に対して、よ
り高精度に基板高さの変化を補正することができる。以
上説明した本発明による三次元形状検出方法の概念を図
14に示す。70aは実際の基板を横方向から見たもの
であり、この例では基板中央部が鉛直方向に反ってい
る。51は基板上に実装された部品である。このように
反った基板を本発明による三次元形状検出方法により実
装状態を示す三次元形状の画像信号を検出することで、
図14の70bの基板に示すように反りの影響を受ける
ことなく、基板表面の高さが同一平面上にあるように検
出することができ、その結果この検出されたまたは補正
された三次元形状の画像信号に対して画像処理部8にお
いて比較検査等の画像処理をする際、高精度で実行で
き、信頼性を著しく向上させることができる。

【0057】

【発明の効果】本発明によれば、基板上に搭載された部
品の有無によらず、連続的に基板表面の高さを選択的に
検出することができ、この検出した基板そのものの表面
の高さを基に検出光学系と基板そのものの表面との距離
を連続的に制御することにより、基板に反りがあっても
反りの影響を受けることなく、基板そのものの表面が同
一平面上にあるように部品を実装した基板の三次元形状
を示す画像信号を検出することができ、その結果部品の
実装状態または接合状態の検査を高信頼度で実行するこ
とができる効果を奏する。また本発明によれば、基板上
に搭載された部品の有無によらず、連続的に基板表面の
高さを選択的に検出することができ、この検出した基板
表面の高さを基に、三次元形状画像中で基板表面の高さ
が一定値になるように画像を補正することによって、基
板に反りがあっても反りの影響を受けることなく、基板
そのものの表面が同一平面上にあるように部品が実装さ
れた基板に対して三次元形状を示す画像信号として検出
することができ、その結果部品の実装状態または接合状
態の検査を高信頼度で実行することができる効果を奏す
る。また本発明によれば、検出した基板高さの有効性を
判定することで、基板上に実装された部品の位置データ
等を必要とせずに、上記の効果を得ることができる。ま
た本発明によれば、部品実装基板検査装置に用いて、基
板そのものの表面の高さを検出光学系の焦点面に合わせ
ることにより、基板の表面付近に存在するはんだ付け等
の接合部における三次元形状を示す画像信号を高精度に
検出することができ、はんだ付等の接合状態(実装状
態)の検査を高い信頼性で行うことができる効果を奏す
る。また本発明によれば、大きな反りを含む部品実装基
板に対して、連続的かつ高速走査を行いながら、部品実
装領域か否かに拘らず基板表面高さを予測し、該予測し
た基板表面高さに常に自動的に光学系の焦点を合わせる
ことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係わる部品実装基板に対する3次元形
状を示す画像信号に基づく画像処理装置の一実施例の全
体構成を示すブロック図である。

【図2】図1にて使用した高さ検出光学系の一実施例を
示す構成図である。

【図3】本発明に係わる図1に示す基板高さ検出部によ
る基板高さ検出方法を説明するための図である。

【図4】本発明に係わる図1に示す基板高さ検出部によ
る他の基板高さ検出方法を説明するための図である。

【図5】本発明に係わる検出された基板高さが有効であ
る場合の直線近似による基板傾斜予測方法を説明するた
めの図である。

【図6】本発明に係わるZステージの制御方法を説明す
るための図である。

【図7】本発明に係わる検出された基板高さが無効であ
る場合の平面近似による基板傾斜予測方法を説明するた
めの図である。

【図8】本発明に係わる自動焦点合わせ方法のフローチ
ャートを示す図である。

【図9】本発明に係わる部品が実装された基板から検出
される三次元形状を示す画像信号が基板そのものの表面
を基準にして検出される状況を表す図である。

【図10】本発明に係わる部品実装基板に対する3次元
形状を示す画像信号に基づく画像処理装置の他の実施例
の全体構成を示すブロック図である。

【図11】本発明に係わる被検査対象である部品実装基
板全面を検出するときの走査方法を説明するための図で
ある。

【図12】図1及び図10に示す三次元形状生成部から
生成される領域画像を説明するための図である。

【図13】本発明に係わる図4と同様な図1及び図10
に示す基板高さ検出部による他の基板高さ検出方法を説
明するための図である。

【図14】本発明に係わる部品実装基板に対する3次元
形状を示す画像信号に対して基板そのものの反りを考慮
して制御または補正する概念を示す説明図である。

【図15】従来の基板の反りに対応して基板高さを検出
する方法の1例を示す説明図である。

【図16】従来の反りを含む基板に対する焦点合わせ方
法の1例を示す説明図である。

【図17】制御遅れが生じた場合で部品実装基板に対す
る焦点位置の移動を表す図である。

【図18】走査速度が遅いときの部品実装基板に対する
焦点位置の移動を表す図である。

【図19】本発明に係わる基板上にQFP部品を実装し
た場合を示す図である。

【符号の説明】

1…部品実装基板(被検査対象物)、2…XYZステー
ジ、3…XYステージ制御部、3a…ステージ制御部、
4…Zステージ制御部、5、5a…システム制御部、6
…高さ検出光学系、7…三次元形状信号生成部、8…画
像処理部、9、9a…基板高さ検出部、10…基板高さ
予測部、11…レーザ光源、12,13…フーリエ変換
レンズ、14…光線偏向器、15,16…反射ミラー、
17…光電変換器、21a,21b,21c…ウィンド
ウ、22,22a,22b,22c…基板領域、23,
23a,23b,23c…部品実装領域、25a,25
b…検出される基板高さ、30a,30b,30c,3
0d,40a,40b,40c,40d…ウィンドウ、
31a,31b,31c…光学系基準の基板高さ、32
a,32b,32c,42c…光学系の焦点面と基板表
面の高さのずれ、33a,33b,33c、43a,4
3b,43c…ステージ基準の光学系の焦点面の高さ、
34a,34b,34c,44a,44b,44c…ス
テージ基準の基板高さ、45…予測される基板傾斜、4
6…補正値、50a〜50p…ウィンドウ、51、91
…実装部品、92…部品ボディ、93…リード、94…
基板、96…走査方向、191…QFP部品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 隆典 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平4−309804(JP,A) 特開 平2−124408(JP,A) 特開 昭63−26509(JP,A) 特開 平2−8706(JP,A) 特開 平4−369411(JP,A) 特開 平3−188306(JP,A) 特開 平4−208803(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01N 21/84 - 21/958 G06T 1/00 G06T 7/00

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステージ上に保持された部品実装基板に対
    して、ステージ走査領域を設定し、該ステージ走査領域
    内を走査して前記部品実装基板の三次元形状を検出する
    高さ検出光学系の自動焦点合わせ方法であって、前記高
    さ検出光学系から検出される前記部品実装基板の三次元
    形状信号から、前記ステージ走査領域に対応して設定さ
    れた複数のウインドウにおける基板表面の高さを検出
    し、既検出の複数のウインドウにおける基板表面の高さ
    とステージ高さの制御履歴とから次のウインドウにおけ
    る基板表面の高さあるいは傾斜を予測し、該予測した基
    板表面の高さあるいは傾斜に基づいてZステージのZ方
    向の速度又は高さを、前記基板表面と高さ検出光学系の
    焦点面が一致するように前記走査をしながらフィードフ
    ォワード方式で制御することを特徴とする自動焦点合わ
    せ方法。
  2. 【請求項2】前記次のウインドウにおける基板表面の高
    さあるいは傾斜の予測が、各ウインドウごとに三次元形
    状信号のヒストグラムを計算し、該ヒストグラムから当
    該ウインドウにおける基板表面の高さを検出し、該検出
    した基板表面の高さと高さ検出光学系の焦点面とのずれ
    が予め決められた一定範囲内にあって検出基板高さが有
    効の場合は、当該ウインドウを含む複数のウインドウに
    おける既検出の基板表面の高さとステージ高さの制御履
    歴とから次に走査されるウインドウにおける基板表面の
    高さあるいは傾斜を予測し、前記ずれが一定範囲内にな
    くて検出基板高さが無効の場合は、当該ウインドウを含
    まない複数のウインドウにおける既検出の基板表面の高
    さから次に走査されるウインドウにおける基板表面の高
    さあるいは傾斜を予測することを特徴とする請求項1記
    載の自動焦点合わせ方法。
  3. 【請求項3】前記ずれが一定範囲内になくて検出基板高
    さが無効の場合の該ウインドウを含まない複数のウイン
    ドウが、前記有効な基板高さが検出された最新のウイン
    ドウと、該最新のウインドウと隣接した前ページの有効
    な基板高さが検出されたウインドウと、前記当該ウイン
    ドウの次に走査されるウインドウに隣接する前ページの
    有効な基板高さが検出されたウインドウとの3つのウイ
    ンドウからなることを特徴とする請求項2記載の自動焦
    点合わせ方法。
  4. 【請求項4】ステージ上に保持された部品実装基板に対
    して、ステージ走査領域を設定し、該ステージ走査領域
    内を走査して前記基板の三次元形状を検出する高さ検出
    光学系の自動焦点合わせ装置であって、前記ステージを
    2次元的に走査制御する制御手段と、前記高さ検出光学
    系から検出される前記部品実装基板の三次元形状信号か
    ら、前記制御手段で走査制御されるステージ走査領域に
    対応して設定された複数のウインドウにおける基板表面
    の高さを検出して記憶する基板高さ検出手段と、該基板
    高さ検出手段によって検出して記憶される複数のウイン
    ドウにおける基板表面の高さに基づいて、次のウインド
    ウにおける基板表面の高さあるいは傾斜を予測する基板
    高さ予測手段と、該基板高さ予測手段に予測された次の
    ウインドウにおける基板表面の高さあるいは傾斜に基づ
    いてZステージのZ方向の速度又は高さを、前記基板表
    面と高さ検出光学系の焦点面が一致するようにフィード
    フォワード方式で制御するステージ高さ制御手段とを備
    えたことを特徴とする自動焦点合わせ装置。
  5. 【請求項5】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さを検出し、この検出された基板の表面の高さに基づい
    て前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御して高
    さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査
    領域から部品を実装した基板からの三次元形状画像信号
    を検出することを特徴とする三次元形状検出方法。
  6. 【請求項6】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さを検出し、この検出された基板の表面の高さに基づい
    て前記高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接
    した走査領域から部品を実装した基板から検出される三
    次元形状画像信号に対して補正を施して三次元形状画像
    信号を検出することを特徴とする三次元形状検出方法。
  7. 【請求項7】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値に基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との
    距離を制御して高さ検出光学系により前記所望の走査領
    域に隣接した走査領域から部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出することを特徴とする三次元形
    状検出方法。
  8. 【請求項8】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値に基づいて前記高さ検出光学系により前記所望
    の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板
    から検出される三次元形状画像信号に対して補正を施し
    て三次元形状画像信号を検出することを特徴とする三次
    元形状検出方法。
  9. 【請求項9】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値について隣接した走査領域について平均化して
    この平均化された基板の表面の高さを示す値に基づいて
    前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御して高さ
    検出光学系により前記所望の走査領域に隣接した走査領
    域から部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を
    検出することを特徴とする三次元形状検出方法。
  10. 【請求項10】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値について隣接した走査領域について平均化して
    この平均化された基板の表面の高さを示す値に基づいて
    前記高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接し
    た走査領域から部品を実装した基板から検出される三次
    元形状画像信号に対して補正を施して三次元形状画像信
    号を検出することを特徴とする三次元形状検出方法。
  11. 【請求項11】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値に基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との
    距離を制御し、前記作成された基板の表面の高さの頻度
    分布において、所定の閾値以上又はこれを越えて検出さ
    れない場合又は所定の閾値以上又はこれを越えて検出さ
    れてその基板の表面の高さを示す値が基準高さから所定
    の範囲内において検出されない場合には、無効な基板の
    表面の高さとして近傍の走査領域において既に検出済み
    の有効な基板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ
    検出光学系と前記基板との距離を制御し、高さ検出光学
    系により前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部
    品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出する
    ことを特徴とする三次元形状検出方法。
  12. 【請求項12】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値について隣接した走査領域について平均化して
    この平均化された基板の表面の高さを示す値に基づいて
    前記高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接し
    た走査領域から部品を実装した基板から検出される三次
    元形状画像信号に対して補正を施し、前記作成された基
    板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上又
    はこれを越えて検出されない場合又は所定の閾値以上又
    はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示す
    値が基準高さから所定の範囲内において検出されない場
    合には、無効な基板の表面の高さとして近傍の走査領域
    において既に検出済みの有効な基板の表面の高さを示す
    値に基づいて前記高さ検出光学系により前記所望の走査
    領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板から検
    出される三次元形状画像信号に対して補正を施し、これ
    ら補正された三次元形状画像信号を検出することを特徴
    とする三次元形状検出方法。
  13. 【請求項13】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て高さ検出光学系により三次元形状画像を検出し、この
    検出された三次元形状画像に対して予め定められた大き
    さに分割された分割領域ごとに基板表面の高さを検出
    し、この検出した基板の表面の有効性を判定して、有効
    と判定された基板の高さに基づいて、前記高さ検出光学
    系と前記基板の表面との距離を制御して前記三次元形状
    の画像信号を検出することを特徴とする三次元形状検出
    方法。
  14. 【請求項14】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さを検出し、この検出された基板の表面
    の高さに基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距
    離を制御して高さ検出光学系により前記所望の走査領域
    に隣接した走査領域から部品を実装した基板からの三次
    元形状画像信号を検出する基板高さ検出・制御手段とを
    備えたことを特徴とする三次元形状検出装置。
  15. 【請求項15】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さを検出し、この検出された基板の表面
    の高さに基づいて前記高さ検出光学系により前記所望の
    走査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板か
    ら検出される三次元形状画像信号に対して補正を施して
    三次元形状画像信号を検出する基板高さ検出・補正手段
    とを備えたことを特徴とする三次元形状検出装置。
  16. 【請求項16】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系
    と前記基板との距離を制御して高さ検出光学系により前
    記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装し
    た基板からの三次元形状画像信号を検出する基板高さ検
    出・制御手段とを備えたことを特徴とする三次元形状検
    出装置。
  17. 【請求項17】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系
    により前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品
    を実装した基板から検出される三次元形状画像信号に対
    して補正を施して三次元形状画像信号を検出する基板高
    さ検出・補正手段とを備えたことを特徴とする三次元形
    状検出装置。
  18. 【請求項18】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値について隣接した走査領域につ
    いて平均化してこの平均化された基板の表面の高さを示
    す値に基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離
    を制御して高さ検出光学系により前記所望の走査領域に
    隣接した走査領域から部品を実装した基板からの三次元
    形状画像信号を検出する基板高さ検出・制御手段とを備
    えたことを特徴とする三次元形状検出装置。
  19. 【請求項19】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値について隣接した走査領域につ
    いて平均化してこの平均化された基板の表面の高さを示
    す値に基づいて前記高さ検出光学系により前記所望の走
    査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板から
    検出される三次元形状画像信号に対して補正を施して三
    次元形状画像信号を検出する基板高さ検出・補正手段と
    を備えたことを特徴とする三次元形状検出装置。
  20. 【請求項20】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系
    と前記基板との距離を制御し、前記作成された基板の表
    面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれ
    を越えて検出されない場合又は所定の閾値以上又はこれ
    を越えて検出されてその基板の表面の高さを示す値が基
    準高さから所定の範囲内において検出されない場合に
    は、無効な基板の表面の高さとして近傍の走査領域にお
    いて既に検出済みの有効な基板の表面の高さを示す値に
    基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との距離を制御
    し、高さ検出光学系により前記所望の走査領域に隣接し
    た走査領域から部品を実装した基板からの三次元形状画
    像信号を検出する基板高さ検出・制御手段とを備えたこ
    とを特徴とする三次元形状検出装置。
  21. 【請求項21】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値について隣接した走査領域につ
    いて平均化してこの平均化された基板の表面の高さを示
    す値に基づいて前記高さ検出光学系により前記所望の走
    査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板から
    検出される三次元形状画像信号に対して補正を施し、前
    記作成された基板の表面の高さの頻度分布において、所
    定の閾値以上又はこれを越えて検出されない場合又は所
    定の閾値以上又はこれを越えて検出されてその基板の表
    面の高さを示す値が基準高さから所定の範囲内において
    検出されない場合には、無効な基板の表面の高さとして
    近傍の走査領域において既に検出済みの有効な基板の表
    面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系により
    前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装
    した基板から検出される三次元形状画像信号に対して補
    正を施し、これら補正された三次元形状画像信号を検出
    する基板高さ検出・補正手段とを備えたことを特徴とす
    る三次元形状検出装置。
  22. 【請求項22】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て三次元形状画像を検出する高さ検出光学系と、該高さ
    検出光学系により検出された三次元形状画像に対して予
    め定められた大きさに分割された分割領域ごとに基板表
    面の高さを検出し、この検出した基板の表面の有効性を
    判定して、有効と判定された基板の高さに基づいて、前
    記高さ検出光学系と前記基板の表面との距離を制御して
    前記三次元形状の画像信号を検出する基板高さ検出・制
    御手段とを備えたことを特徴とする三次元形状検出装
    置。
  23. 【請求項23】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値に基づいて前記高さ検出光学系と前記基板との
    距離を制御して高さ検出光学系により前記所望の走査領
    域に隣接した走査領域から部品を実装した基板から得ら
    れる三次元形状画像信号に基づいて基板への部品の実装
    状態または接合状態を検査することを特徴とする部品実
    装基板の検査方法。
  24. 【請求項24】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て、高さ検出光学系により部品を実装した基板からの三
    次元形状画像信号を検出し、この検出された三次元形状
    画像信号から所望の走査領域ごとに前記基板の表面の高
    さの頻度分布を作成し、この作成された基板の表面の高
    さの頻度分布において、所定の閾値以上又はこれを越え
    て検出されてその基板の表面の高さを示す値が基準高さ
    から所定の範囲内において検出された場合には、有効な
    基板の表面の高さとして得られる前記基板の表面の高さ
    を示す値に基づいて前記高さ検出光学系により前記所望
    の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装した基板
    から検出される三次元形状画像信号に対して補正を施し
    て得られる三次元形状画像信号に基づいて基板への部品
    の実装状態または接合状態を検査することを特徴とする
    部品実装基板の検査方法。
  25. 【請求項25】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系
    と前記基板との距離を制御して高さ検出光学系により前
    記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品を実装し
    た基板からの三次元形状画像信号を検出する基板高さ検
    出・制御手段と、該基板高さ検出・制御手段から検出さ
    れる三次元形状画像信号に基づいて基板への部品の実装
    状態または接合状態を検査する検査手段とを備えたこと
    を特徴とする部品実装基板の検査装置。
  26. 【請求項26】部品を実装した基板を2次元的に走査し
    て部品を実装した基板からの三次元形状画像信号を検出
    する高さ検出光学系と、該高さ検出光学系により検出さ
    れた三次元形状画像信号から所望の走査領域ごとに前記
    基板の表面の高さの頻度分布を作成し、この作成された
    基板の表面の高さの頻度分布において、所定の閾値以上
    又はこれを越えて検出されてその基板の表面の高さを示
    す値が基準高さから所定の範囲内において検出された場
    合には、有効な基板の表面の高さとして得られる前記基
    板の表面の高さを示す値に基づいて前記高さ検出光学系
    により前記所望の走査領域に隣接した走査領域から部品
    を実装した基板から検出される三次元形状画像信号に対
    して補正を施して三次元形状画像信号を検出する基板高
    さ検出・補正手段と、該基板高さ検出・補正手段から検
    出される三次元形状画像信号に基づいて基板への部品の
    実装状態または接合状態を検査する検査手段とを備えた
    ことを特徴とする部品実装基板の検査装置。
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