JP3657028B2 - 外観検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，ＬＳＩ等の半導体装置，プリント配線等の外観欠陥の検査装置に係り，半導体デバイスのリード端子，回路パターン等の曲がり，クラック，汚れ等を検出する外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検査物に対し，斜め上方から照明し，上方から撮像することにより，欠陥による凹凸が輝度変化として強調された濃淡画像に基づいて検出する外観検査方法として，特開平２−１３３８８３号公報に開示された方法が知られている。
上記従来技術は，被検査物の面に斜向する方向から投光して得られる濃淡画像に対し，投光方向に平行な濃度分布を測定し，被検査物の正常部濃度より明るい方の閾値を越える部分の最大値と，暗い方の閾値より小さい部分の最小値とを求め，これらの最大値，最小値が濃度分布上で隣接している場合，最大値と最小値との差を所定の判定値と比較することにより欠陥の検出を行っている。
図９（ａ）に示すように，回路基板３８の検査面に対して斜め方向から光源３９により照明して，検査面の上方に配設したカメラ４０により検査面を撮像する。この撮像画像の上記光源３９による照明方向に平行に回路パターン４２の濃度分布を図９（ｂ）に示すように測定したとき，図９（ｃ）に示すような濃度変化が得られるので，正常部の濃度より明るい方（ロ）の閾値Ｓｂを越える部分の最大値と，暗い方（イ）の閾値Ｓｄより小さい部分の最小値とを求め，これら最大値，最小値が濃度分布上で隣接している場合に，最大値と最小値との差から検査面上の凹凸欠陥４１が認識される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来技術においては，濃度分布を測定しているため，照明光量が変動したり，検査面の反射率が変化すると，画像の濃淡はそれらの変動に比例して変化する。従って，欠陥候補部における濃度の最大値と最小値との差も照明光量や反射率の変化に比例して変化する。ところが，欠陥判定の閾値は予め設定された一定値であり，照明光量や反射率の変化に対応することができないので，欠陥判定の安定性や再現性に欠ける問題点があった。
本発明の目的とするところは，検査装置の照明光量の変動や検査対象物によって異なる反射率の差を補正して，安定した欠陥検出を行い得る外観検査装置を提供することにある。
【０００４】
【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が採用する第１の手段は，電子部品の斜め上方から照明し，その反射光を該電子部品の上方からカメラにより撮像し，該撮像画像内の画素の輝度と予め定めた閾値とを比較して上記電子部品の欠陥を検出する外観検査装置であって，上記撮像画像内に検査領域を設定する検査領域設定手段と，欠陥のない正常電子部品についての上記検査領域のみにおける撮像画像の平均輝度を予め記憶しておく正常平均輝度記憶手段と，被検査部品についての上記検査領域のみにおける撮像画像の平均輝度を測定する平均輝度測定手段と，上記正常平均輝度記憶手段に記憶された正常電子部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度と，上記平均輝度測定手段で測定された被検査部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度とにより，上記閾値を補正する閾値補正手段とを具備する外観検査装置において，上記検査領域内における欠陥のない正常電子部品の第１のデューティ比を求めておく正常デューティ比演算手段と，上記検査領域内における被検査部品の第２のデューティ比を入力するデューティ比入力手段と，上記第１及び第２のデューティ比に基づいて，上記平均輝度測定手段によって測定された上記被検査部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度を補正する平均輝度補正手段とを更に備え，上記閾値補正手段が，上記平均輝度補正手段によって補正された上記被検査部品についての平均輝度と上記正常平均輝度記憶手段に記憶された正常電子部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度とにより，上記閾値を補正することを特徴とする外観検査装置として構成されている。
【０００５】
【作用】
本発明が採用する第１の手段によれば，照明光量が変動したり検査面の反射率が変化したとき，欠陥を判定する閾値を補正して，照明光量や反射率の変化による欠陥判定の誤差が生じないように対応させることができる。そのために，予め欠陥のない正常電子部品の撮像画像内に，上記検査領域設定手段で検査領域を設定し，設定された検査領域のみから検出しておいた正常電子部品の平均輝度と，被検査部品の撮像画像内に，上記検査領域設定手段で検査領域を設定し，設定された検査領域のみから検出した被検査部品の平均輝度とにより閾値を補正する。これにより正常電子部品の平均輝度を検出した時と，被検査部品の平均輝度を検出した時とで，上記光量や反射率の変化があった場合には，両平均輝度には差が生じるが，その差に基づいて閾値補正手段により閾値を補正するので，光量の変動や反射率の変化によらず正確な検出が可能となる。また撮影画像内に設定した検査領域のみについての正常平均輝度，測定平均輝度により検査領域内での閾値を補正するので，検査領域外の構成部材の変化に影響を受けずに欠陥を検出できる。
更に，正常電子部品，被検査部品それぞれのデューティー比に基づいて被検査部品についての上記検査領域のみにおいて測定された平均輝度を補正し，上記閾値補正手段が補正された平均輝度と，正常電子部品についての上記検査領域において測定された平均輝度とにより閾値を補正する。この構成によれば，検査領域内における被検査物のデューティー比が正常電子部品のそれと異なる場合であっても，正常電子部品について予め求めた平均輝度のデータを流用することができ，検査の手間が省略される。また，リード端子のみの抽出ができないような細いリード端子を有するデバイスにも対応できる。
【０００６】
【実施例】
以下，添付図面を参照して，本発明を具体化した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定するものではない。
ここに，図１は本発明の第１実施例に係る外観検査装置の構成を示すブロック図，図２は第１実施例に係る判定閾値設定時の評価値（ａ）と平均輝度値（ｂ）の計測例を示すグラフである。
図１において，第１実施例に係る外観検査装置１は，ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）形式に形成された半導体デバイスの外観検査装置として構成されている。外観検査装置１は，撮像装置と画像処理装置とからなり，撮像装置は検査台９上を一定間隔で搬送されるテープ５上のデバイス４に対し，デバイス４に形成されたリード端子４ａ形成方向の斜め上方からデバイス４を照明する光源７，上方からデバイス４を撮像するＣＣＤカメラ６を具備して構成されている。
上記ＣＣＤカメラ６による画像走査線方向は，上記光源７の投光方向に設定され，ＣＣＤカメラ６によって撮像されたデバイス４の画像は画像処理装置に入力され，以下に示す検査プロセスが実行される。
【０００７】
まず，検査対象とするデバイス４の検査基準となる基準ロット（正常電子部品）を当該外観検査装置１にセットし，上記撮像装置により順次各デバイス４を撮像し，以下（１）〜（７）に示す手順の画像処理を実行する。この基準ロットにはリード端子４ａに欠陥がある既知の欠陥デバイスが含まれ，この欠陥デバイスの位置は目視判定により同定しておく。
（１） ＣＣＤカメラ６によって撮像された濃淡画像は検査領域設定器８（検査領域設定手段の一例）に送られ，画像上に所定の検査領域が設定される。
（２）上記検査領域の濃淡画像はＡ／Ｄ変換器１０に入力されて，８ビット（２５６階調）のデジタル画像信号に変換され，画像微分器１１に入力される。
（３）画像微分器１１は画像走査線毎に画素（ｉ，ｊ）の濃淡値Ｂ（ｉ，ｊ）に対して，下式（１）により微分計算して微分画像Ｄ（ｉ，ｊ）を求める。
Ｄ（ｉ，ｊ）＝Ｂ（ｉ＋１，ｊ）−Ｂ（ｉ，ｊ）…（１）
（４）微分画像Ｄ（ｉ，ｊ）は評価値計算器１２に送られ，最大輝度値を評価値Ｓとして検出する。
【０００８】
リード端子４ａに曲がり，欠け，汚れ等の欠陥がある場合，濃淡画像の上記微分画像において輝度値が正常なものより大きくなるので，最大輝度値の評価により欠陥デバイスを検出することができる。
（５）上記Ａ／Ｄ変換器１０からのデジタル画像信号は，同時に平均輝度計算器１３にも入力され，図１（ｂ）に示すように画素信号の輝度を加算する輝度加算器１３ａ，加算した画素数をカウントする画素数カウンタ１３ｂ，加算結果を画素数で割る除算器１３ｃにより，検査領域内の平均輝度値が算出される。
上記手順により検出される上記最大輝度値及び平均輝度値は，図２に示す検出例のようになる。
（６）図２（ａ）に示される各デバイス４毎の最大輝度値から，欠陥デバイスのみを選定できる基準判定閾値Ｓｄを入力装置１５により判定閾値記憶回路１６に入力し記憶させる。
（７）又，このときの正常デバイスにおける平均輝度値は基準平均輝度値Ｍｄとして平均輝度記憶回路（正常平均輝度記憶手段）１４に記憶される。
【０００９】
次に，検査対象とするデバイス４の検査ロット（被検査部品）を当該外観検査装置１にセットし，上記撮像装置により順次各デバイス４を撮像し，以下（８）〜（１１）に示す手順の画像処理を実行する。
（８）欠陥のない正常デバイスを目視により選び，この正常デバイスについて上記処理における（１）〜（５）の手順を実行し，平均輝度値Ｍｘを平均輝度記憶回路１４に記憶させる。
（９）平均輝度記憶回路１４には，基準ロットによる基準平均輝度値Ｍｄと，検査ロットによる平均輝度値Ｍｘとが格納されることになる。この比は基準判定閾値決定時と検査時との光源７の光量変化，あるいはデバイス４のロット間での反射率のばらつきに相当する。
（１０）そこで，補正閾値計算器（第１の閾値補正手段）１７は下式（２）により上記光量変化，反射率のばらつきを補正する補正判定閾値Ｓｘを算出する。
Ｓｘ＝Ｓｄ・Ｍｘ／Ｍｄ…（２）
（１１）上記補正判定閾値Ｓｘは判定装置１８に送られ，判定装置１８では，補正判定閾値Ｓｘと各デバイス４毎に評価値計算器１２から出力される評価値Ｓ（最大輝度値）との比較を行い，評価値Ｓが補正判定閾値Ｓｘを越えたとき，欠陥品であることを示す信号を出力する。
【００１０】
図３は検査時の光源７の光量が基準判定閾値設定時に比べて低下したときの状態を示している。評価値Ｓは光量に比例するので，補正前の基準判定閾値Ｓｄでは，光量が変動したとき，同じ欠陥を検出することはできないが，基準判定閾値Ｓｄを基準平均輝度値Ｍｄと平均輝度値Ｍｘの差に基づいて補正した補正判定閾値Ｓｘによって検出することができる。
尚，上記処理では基準判定閾値Ｓｘを補正しているが，検査時において個々のデバイス４毎に出力される評価値ＳｎをＭｄ／Ｍｘ倍することにより補正し，補正判定閾値Ｓｘは基準判定閾値Ｓｄをそのまま用いるようにすることもできる。
又，検査時において正常デバイスの平均輝度取得後の光源７の光量をＭｄ／Ｍｘ倍に調整しても良い。
又，検査時に正常デバイスの平均輝度取得後に，Ａ／Ｄ変換機１０の入力回路のゲインを操作してアナログ画像信号を補正したり，画像微分器１１で階調変換を行ってデジタル画像信号を補正することもできる。
次に，本発明の第２実施例に係る外観検査装置について説明する。本実施例はデバイスのリード端子の形状の変化に伴って，上記第１実施例の処理手順における平均輝度値の算出に誤差が生じることも併せて補正することができる構成である。
【００１１】
図４（ａ）に示すように，ＴＡＢではデバイス４のリード端子４ａはテープ部５上に形成されており，リード端子４ａの面積とテープ部５の面積とは，設計値で決定される一定の割合（以下，リードデューティ：Ｄ１と呼ぶ）になっている。該リードデューティは本来面積で議論すべきであるが，リード端子４ａは長手方向に一定の幅に形成されているので，リード端子４ａを横断する一点鎖線ｍ上の一次元モデルで表現することができる。図４（ａ）に示すデバイス４の上記一点鎖線ｍ上の輝度変化は図４（ｂ）に示すようになり，リードデューティＤ１＝ａ／ｂとなる。
一方，図５（ａ）に示すようにリード端子４ｂの幅が異なる場合，リード端子４ｂの反射率及び照明条件が図４（ａ）の場合と同一であっても，このときのリードデューティＤ２は，Ｄ１＜Ｄ２となることによって，リード端子４ｂのみを領域とした平均輝度はＭ１＜Ｍ２となる。これは平均輝度算出上の外乱となるリード端子の背影部（テープ部）の面積率が変化するためである。
上記デバイス４のリード端子４ａの形状変化によらず正確に欠陥検出する外観検査装置２は，図６に示すように構成されている。上記第１実施例構成と共通する要素には，同一の符号を付して，その説明は省略する。
【００１２】
第２実施例に係る外観検査装置２においては，平均輝度を検出する平均輝度計算機１９の構成及び作用が第１実施例構成と異なる。
リード線の輝度はその背影であるテープの輝度よりもはるかに大きい。そこで，図６（ｂ）に示すように，平均輝度計算器１９の輝度判定回路１９ａにおいて，Ａ／Ｄ変換器１０から出力される輝度データの内，所定の輝度値以上の輝度データ（リード線部のみのデータ）のみを取り込み，その輝度データについて平均輝度を算出する。平均の算法は第１実施例構成と同様である。又，画像処理装置における処理手順は，上記第１実施例において示した（５）を除く（１）〜（１１）の処理と同様である。
次いで，本発明の第３実施例に係る外観検査装置について説明する。本実施例は上記第２実施例におけるリード端子のみの抽出ができないような細いリード端子を有するデバイスにも対応できるようにした構成である。また，次の第３実施例に係る外観検査装置が，請求項１に係る外観検査装置である。
【００１３】
図７（ａ）に示すように，リード端子４ｃの幅及びピッチが画像の分解能より小さくなった場合，リード端子４ｃを横断する一点鎖線ｍ上の輝度変化は，図７（ｂ）に示すようにリード端子４Ｃとテープ部５とが完全に分離できたときに得られる分布（点線）に比べて明部も暗部もなまってしまう。このような場合には，画像処理によってリード端子４ｃのみを分離し，リード端子４ｃのみの平均輝度を求めることはできないが，リード端子４ｃの設計デューティＤｄがわかっていれば，テープ部５の輝度Ｂtapeがリード端子４ｃとその間のスキ間の間隔の比，即ち輝度Ｂleadより充分に小さいときは，検査領域内の（検査領域設定手段により設定された検査領域のみにおける）輝度平均値Ｂmroiは，下式（３）で与えられ，リード端子４ｃの輝度Ｂleadは下式（４）から求めることができる。
Ｂmroi＝Ｄｄ・Ｂlead…（３）
Ｂlead＝Ｂmroi／Ｄｄ…（４）
ＴＡＢのテープ部５の輝度はリード端子４ｃに比べて非常に低く，実用上は上記のような計算でリード端子４ｃの輝度を求めても問題はない。又，テープ部５以外の場合であっても，構造部材の輝度が低いと考えられる場合には本手法を用いることができる。
【００１４】
上記リード端子４ｃの状態に対応する外観検査装置３は，図８に示すように構成されている。上記第１及び第２実施例構成と共通する要素には，同一の符号を付して，その説明は省略する。
第３実施例に係る外観検査装置３においては，判定閾値設定時に入力装置（正常デューティ演算手段）１５から上記設計デューティの基準値（第１のデューティ比）Ｄｄを入力し，デューティ記憶回路２１に記憶させる。
検査時には，検査ロットの設計デューティ比（第２のデューティ比）Ｄｘを入力装置（デューティ比入力手段）１５から入力し，デューティ記憶回路２１に記憶させる。平均輝度補正回路（平均輝度補正手段）２２は上記デューティ記憶回路２１に記憶されたＤｄとＤｘとを用いて，求められた平均輝度Ｍｘを下式（５）により補正し，補正平均輝度値Ｍｘ′を求める。
Ｍｘ′＝Ｍｘ・Ｄｄ／Ｄｘ…（５）
補正閾値計算器（第３の閾値補正手段）２３は上記補正平均輝度値Ｍｘ′により基準判定閾値Ｓｄを補正する。又，上記第１及び第２実施例と同様に評価値Ｓ，光源光量等を補正することもできる。
【００１５】
尚，本実施例は平均輝度と基準平均輝度とを，検査ロットと基準ロットとのそれぞれのリードデューティの比によって補正することであるから，基準ロットによる判定閾値設定時に，平均輝度ＭｄをＭｄ／Ｄｄで補正した値Ｍｄ′を基準平均輝度として判定閾値記憶回路１６に記憶させ，検査時に平均輝度ＭｘをＭｘ／Ｄｄで補正した値Ｍｘ′を求め，Ｍｄ′とＭｘ′との比によって補正するようにすることもできる。
この実施例によれば，前記のようにリード端子のみの抽出ができない場合に対応できるほか，正常電子部品についての平均輝度や閾値がわかっている場合にも，他の正常電子部品についてのそれぞれの値を流用する手法を示すもので，全ての検査部品について常に正常部品のデータを採取する手間を省くことができるものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明が採用する手段によれば，照明光量が変動したり検査面の反射率が変化したとき，欠陥を判定する閾値を補正して，照明光量や反射率の変化による欠陥判定の誤差が生じないように対応させることができる。そのために，予め欠陥のない正常電子部品の撮像画像内に，上記検査領域設定手段で検査領域を設定し，設定された検査領域のみから検出しておいた正常電子部品の平均輝度と，被検査部品の撮像画像内に，上記検査領域設定手段で検査領域を設定し，設定された検査領域のみから検出した被検査部品の平均輝度とにより閾値を補正する。これにより正常電子部品の平均輝度を検出した時と，被検査部品の平均輝度を検出した時とで，上記光量や反射率の変化があった場合には，両平均輝度には差が生じるが，その差に基づいて閾値補正手段により閾値を補正するので，光量の変動や反射率の変化によらず正確な検出が可能となる。また撮影画像内に設定した検査領域のみについての正常平均輝度，測定平均輝度により検査領域内での閾値を補正するので，検査領域外の構成部材の変化に影響を受けずに欠陥を検出できる。
更に，正常電子部品，被検査部品それぞれのデューティー比に基づいて被検査部品についての上記検査領域のみにおいて測定された平均輝度を補正し，上記閾値補正手段が補正された平均輝度と，正常電子部品についての上記検査領域において測定された平均輝度とにより閾値を補正する。この構成によれば，検査領域内における被検査物のデューティー比が正常電子部品のそれと異なる場合であっても，正常電子部品について予め求めた平均輝度のデータを流用することができ，検査の手間が省略される。また，リード端子のみの抽出ができないような細いリード端子を有するデバイスにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係る外観検査装置の構成を示すブロック図。
【図２】 基準判定閾値設定時の評価値及び平均輝度値の検出例を示すグラフ。
【図３】 検査時の評価値及び平均輝度値の検出例を示すグラフ。
【図４】 リード端子のデューティ比を説明する模式図。
【図５】 同上
【図６】 第２実施例に係る外観検査装置の構成を示すブロック図。
【図７】 リード端子が微細な場合のデューティ比の検出を説明するグラフ。
【図８】 第３実施例に係る外観検査装置の構成を示すブロック図。
【図９】 従来例に係る欠陥検査方法を説明する図。
【符号の説明】
１，２，３…外観検査装置
４…デバイス（電子部品）
６…ＣＣＤカメラ
７…光源
１３，１９…平均輝度計算器
１４…平均輝度記憶回路（正常平均輝度記憶手段）
１５…入力装置（正常デューティ比演算手段，デューティ比測定手段）
１６…判定閾値記憶回路
１７…補正閾値計算器（第１の閾値補正手段）
２０…補正閾値計算器（第２の閾値補正手段）
２２…平均輝度補正回路（平均輝度補正手段）
２３…補正閾値計算器（第３の閾値補正手段）

Claims (1)

1. 電子部品の斜め上方から照明し，その反射光を該電子部品の上方からカメラにより撮像し，該撮像画像内の画素の輝度と予め定めた閾値とを比較して上記電子部品の欠陥を検出する外観検査装置であって，
   上記撮像画像内に検査領域を設定する検査領域設定手段と，
   欠陥のない正常電子部品についての上記検査領域のみにおける撮像画像の平均輝度を予め記憶しておく正常平均輝度記憶手段と，
   被検査部品についての上記検査領域のみにおける撮像画像の平均輝度を測定する平均輝度測定手段と，
   上記正常平均輝度記憶手段に記憶された正常電子部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度と，
   上記平均輝度測定手段で測定された被検査部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度とにより，上記閾値を補正する閾値補正手段とを具備する外観検査装置において，
   上記検査領域内における欠陥のない正常電子部品の第１のデューティ比を求めておく正常デューティ比演算手段と，
   上記検査領域内における被検査部品の第２のデューティ比を入力するデューティ比入力手段と，
   上記第１及び第２のデューティ比に基づいて，上記平均輝度測定手段によって測定された上記被検査部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度を補正する平均輝度補正手段とを更に備え，
   上記閾値補正手段が，上記平均輝度補正手段によって補正された上記被検査部品についての平均輝度と上記正常平均輝度記憶手段に記憶された正常電子部品についての上記検査領域のみにおける平均輝度とにより，上記閾値を補正することを特徴とする外観検査装置。

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