JP3767161B2 - 高さ測定装置および高さ測定方法および観測装置 - Google Patents
高さ測定装置および高さ測定方法および観測装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、何らかの部品・部材の基準面からの高さを測定するための装置および方法にかかわり、特にはＩＣやＬＳＩなどのパッケージにおけるバンプの高さを測定する技術に関する。また、何らかの観測対象を目視で観察する観測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
裏面に半球状のバンプをアレイ状に並べた面実装型のパッケージであるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＩＣチップとほぼ同じ外形寸法をもつパッケージであるＣＳＰ（Chip Size Package）は、パッケージサイズが小さいという利点のほか、パッケージの裏面で基板と半田接合するので、ＱＦＰ（Quad Flat Package）などに比べて端子数を多くとれるという利点があるため、近年、ＩＣパッケージの主流となりつつある。これらのパッケージは、パッケージ裏面の端子上に半田ボールをのせてバンプとなし、パッケージ裏面を基板に対接させ、バンプ（半田ボール）をリフローなどにより基板上のランドに対して半田接合するものである。
【０００３】
これらのパッケージを用いた実装において歩留まり（良品数／投入数）の向上を期するため、メーカーにおいては次のような点の厳密な管理が求められている。(1) バンプの高さのばらつき（コプラナリティ）がないこと。(2) バンプの欠落がないこと。これらが生じると、一部の端子が基板のランドと接合しなくなり、実装不良を招く。(3) バンプの変形（例えば、過小、過大、突起、一部欠けなど）がないこと。これが生じると、実装した製品の信頼性不良を招く。
【０００４】
従来、これらの点を管理する手法として、共焦点法を用いてバンプ高さを計測し、高さのばらつきやバンプの有無を判定するようにした方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
共焦点法は、オートフォーカスの原理によりバンプに焦点を合わせることを通じてバンプの高さを計測するものであるが、焦点合わせおよびバンプ高さ計測はバンプの１つずつに対して順次的に行うようになっている。すなわち、パッケージを載置してあるＸＹテーブルを微小量移動させてパッケージ上の１つのバンプを光学系の光軸の直下に位置させ、焦点合わせを行い、バンプ高さを計測するといった一連の動作をバンプごとに繰り返し実行するのである。このときのＸＹテーブルの微小量移動が機械的なものであり、１回の移動には短くても０．２ｓｅｃはかかり、しかもその回数が多いので、パッケージ１個当たりの検査に要する時間が１０ｓｅｃくらいとかなり長いものとなっている。
【０００６】
また、バンプの変形の検査は共焦点法ではできない。バンプの変形を検査するには別の観測系が必要となり、装置が全体として大型になり、高価となる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて創案されたものであって、パッケージにおけるバンプ高さなど部品・部材の高さを測定するに当たって高速に処理できる高さ測定装置および高さ測定方法を提供することを目的としており、また、部品・部材の変形も高速に処理できるようにし、さらに、できるだけ構造簡単で安価に構成することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわる請求項１の高さ測定装置は、次のような構成となっている。すなわち、第１の波長の光を出射する第１波長光出射手段と、第２の波長の光を出射する第２波長光出射手段を用意する。検査対象に対する入射の角度が第１の波長の光と第２の波長の光とで異なるように第１波長光出射手段と第２波長光出射手段とを配置する。また、検査対象からの第１の波長の反射光を受光する位置に第１受光手段を配置するとともに、検査対象からの第２の波長の反射光を受光する位置に第２受光手段を配置する。そして、第１受光手段および第２受光手段の受光結果として得られた検査対象についての第１の波長の光によるイメージデータと第２の波長の光によるイメージデータとの電子的な画像処理に基づいて検査対象の高さを計測する高さ計測手段を設ける。波長が異なる２つの光を角度を異ならせて検査対象に出射する方式は明らかに従来の技術の共焦点法とは異なっている。２つの波長の光による検査対象のイメージデータの電子的な画像処理により検査対象の高さを計測するので、複数の検査対象についての高さ測定処理を共焦点法よりも高速に実行する。さらに、第３の波長の光を検査対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射する第３波長光出射手段と、検査対象からの第３の波長の反射光を受光する第３受光手段とを設ける。そして、第１から第３までの受光手段の受光結果に基づいて検査対象の高さだけでなく変形（大きさの異常、形の異常など）も検査する。検査対象について大きさ・形の異常という変形も検査する必要のあるときに有効となり、しかも、高さ計測と変形検査とを同時的に行えるので、それらを別途に処理していた従来の技術に比べて、高速化と構造の簡素化および低廉化が図れる。
【０００９】
本発明にかかわる請求項２の高さ測定装置は、上記請求項１において、次のような構成となっている。すなわち、第１波長光出射手段から出射される第１の波長の光と第２波長光出射手段から出射される第２の波長の光とを所定の基準面上で線状に交わる状態にそれぞれ面状の光として出射する。そして、検査対象を両出射手段に対して基準面に沿った方向に移動させる。あるいは、両出射手段を検査対象に対して同方向に移動させる。複数の検査対象が２次元的に分布している場合であっても、単なる相対移動によりすべての検査対象の２次元イメージデータを取得して電子的に画像処理するので、２次元分布の検査対象についての高さ計測処理も共焦点法に比べて高速に実行する。
【００１０】
本発明にかかわる請求項３の高さ測定装置は、検査対象を、ＢＧＡやＣＳＰなどの面実装タイプのパッケージに２次元的に配列された複数のバンプとする。上記と同じ理由により、２次元分布のバンプの高さ計測を共焦点法に比べて高速に行う。
【００１１】
本発明にかかわる請求項４の高さ測定装置は、上記請求項１から請求項３までのいずれかにおいて、出射する光の波長を異ならせる代わりに、出射タイミングまたは受光タイミングを互いに異ならせるようにする。各出射手段の波長を同じとしても、上記同様の作用がある。
【００１２】
本発明にかかわる請求項５の高さ測定方法は、互いに異なる第１，第２の波長の光を互いに異なる角度で検査対象に出射するとともに、第３の波長の光を検査対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射し、検査対象からの第１の波長の反射光および第２の波長の反射光の受光結果に基づいて検査対象の高さを計測するとともに、検査対象からの第１の波長の反射光、第２の波長の反射光および第３の波長の反射光の受光結果に基づいて検査対象の変形も検査する。複数の検査対象についての高さ測定処理を共焦点法よりも高速に実行する。
【００１３】
本発明にかかわる請求項６の観測装置は、第１の波長の光を観測対象に向けて出射する第１波長光出射手段と、第２の波長の光を前記第１の波長の光とは異なる角度で観測対象に向けて出射する第２波長光出射手段と、第３の波長の光を観測対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射する第３波長光出射手段と、観測対象からの第１の波長の反射光を受光する第１受光手段と、観測対象からの第２の波長の反射光を受光する第２受光手段と、観測対象からの第３の波長の反射光を受光する第３受光手段とを備え、前記第１受光手段、第２受光手段および第３受光手段の受光結果による観測対象の画像を目視で観測するものである。観測対象の高さの状態や変形の状態等を一目瞭然に目視観測することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわる高さ測定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、ＢＧＡやＣＳＰなどのパッケージのバンプ検査装置に応用した場合の実施の形態を例にあげて説明する。
【００１６】
〔実施の形態１〕
図１は実施の形態１にかかわるバンプ検査装置の光学系の概略構成図である（パッケージ部分の拡大図を含む）。ＢＧＡまたはＣＳＰのパッケージ４０を水平方向に沿って一定速度で搬送する搬送ライン１の所定箇所の上方に検査装置光学系２が配置されている。パッケージ４０は、その裏面に縦・横両方向にそれぞれ複数並んだバンプ４１のアレイを有している（複数のバンプの画像データを示す図４を参照）。検査装置光学系２は次のような構成となっている。光学系２の基準垂直面３に対して搬送ライン１の搬送方向Ａの上手側に、第１の波長の光として例えば緑（Ｇ）の面状の光ＬG を出射する第１のライン状光源１１と、第２の波長の光として例えば青（Ｂ）の面状の光ＬB を出射する第２のライン状光源１２とが配置されている。第２のライン状光源１２は第１のライン状光源１１に対して搬送方向Ａの下手側に位置している。第１のライン状光源１１と第２のライン状光源１２とはともに搬送方向Ａに対して直角で水平方向（紙面に垂直な方向）に沿った線状の光源である。第３の波長の光として例えば赤（Ｒ）の光ＬR を全周斜めから立体的に出射する第３のリング状面状光源１３が配置されている。第３のリング状面状光源１３の軸心は基準垂直面３上にある。
【００１７】
光学系２の照射基準水平面４として、例えば搬送ライン１の上面からパッケージ４０の厚み分だけ高い水平面を設定し、この照射基準水平面４と基準垂直面３とが交差する線を照射基準線５として設定してある（図５参照）。第１のライン状光源１１は照射基準線５に向けて第１の波長の面状の光ＬG を斜め下方向に出射し、その光路途中で、図２に示すように、搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０の裏面にある横１列（紙面に垂直な方向）の複数のバンプ４１に対して同時に入射するようになっている。バンプ４１の頂点から反射した面状の光を入射して集光するレンズ６が基準垂直面３に対して第１のライン状光源１１とは反対側に配置され、レンズ６の焦点位置に第１の波長の面状の光ＬG を検出するための第１の一次元光センサー２１が配置されている。なお、正常なバンプ４１は半球状であり、その頂点は水平であるため、入射光の水平方向に対する角度と反射光の水平方向に対する角度とが等しくなるように、レンズ６および第１の一次元光センサー２１を配置してある。
【００１８】
基準垂直面３上で第２のライン状光源１２とほぼ同じ高さ位置において第２のライン状光源１２に対して搬送方向Ａの下手側に搬送方向Ａに対して直角で水平方向（紙面に垂直な方向）に沿うハーフミラー７が水平方向に対して４５°の傾斜姿勢で配置されている。第２のライン状光源１２はハーフミラー７に向けて第２の波長の面状の光ＬB を水平方向に出射するようになっている。ハーフミラー７で反射された第２の波長の面状の光ＬB は鉛直下方向に進み、図２に示すように、搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０の裏面にある横１列（紙面に垂直な方向）の複数のバンプ４１に対して同時に入射され、バンプ４１の頂点から反射した面状の光は入射時と同じ経路すなわち基準垂直面３に沿って鉛直上方向に進み、ハーフミラー７を透過するようになっている。ハーフミラー７の直上に集光用のレンズ８が配置され、さらにその上方にビームスプリッタ９が配置され、ビームスプリッタ９によって光路変換された第２の波長の面状の光ＬB を検出するための第２の一次元光センサー２２が配置されている。
【００１９】
第３のリング状面状光源１３から照射基準水平面４に向けて出射された第３の波長の全周光ＬR は図２にも示すように複数のバンプ４１に対してそれぞれの全周方向から入射する。第３のリング状面状光源１３の直径に比べてパッケージ４０のサイズが充分に小さく、その小さなパッケージ４０に複数のバンプ４１が配列されているので、第３のリング状面状光源１３から出射される第３の波長の全周光ＬR はパッケージ４０上の横１列の複数のバンプ４１に対してほぼ均等にそれぞれの全周から照射されることになる。バンプ４１に入射した光ＬR はあらゆる方向に反射するが、その反射光のうち基準垂直面３に沿った（紙面に垂直な方向）の横１列の複数のバンプ４１からの反射光を検出するために、反射光をハーフミラー７、レンズ８およびビームスプリッタ９を通るようにし、ビームスプリッタ９によって光路変換された第３の波長のリング光ＬR を検出するための第３の一次元光センサー２３を配置してある。第２の波長の面状の光ＬB と第３の波長のリング光ＬR とを個別に第２の一次元光センサー２２と第３の一次元光センサー２３とに導くのであるが、これらが同一光路をとっているために分離する必要があり、その分離のためにビームスプリッタ９を配置してある。なお、図１において、第３のリング状面状光源１３から出射されてバンプ４１に入射される第３の波長の全周光ＬR の光路の図示として次第に絞られていくような光路を図示してあるが、実際上は、このような絞りのための手段は設けられておらず、第３のリング状面状光源１３からは放射状に出射され、またバンプ４１からはあらゆる方向に反射される。図１の光路は、それらすべての光のうち第３の一次元光センサー２３に入射されるものだけを抽出して描いたものである。
【００２０】
特許請求の範囲に記載の事項との対応関係を示すと、第１のライン状光源１１は第１波長光出射手段に対応し、第１の一次元光センサー２１は第１受光手段に対応し、第２のライン状光源１２は第２波長光出射手段に対応し、第２の一次元光センサー２２は第２受光手段に対応し、第３のリング状面状光源１３は第３波長光出射手段に対応し、第３の一次元光センサー２３は第３受光手段に対応している。
【００２１】
上記の３つの一次元光センサー２１，２２，２３としては例えば一次元ＣＣＤが用いられる。一次元ＣＣＤとレンズとの組み合わせにより一次元カメラが構成されていることになる。図１の奥行き方向（紙面に垂直な方向）においても３つの一次元光センサー２１，２２，２３による撮像範囲を一致させる必要があるので、一次元光センサー２１，２２，２３の奥行き方向での高精度な位置調整が必要である。なお、上記の説明では、３つの光源１１，１２，１３の光の色をそれぞれ３原色のＧ，Ｂ，Ｒとしたが、これは一例にすぎない。どの光源に対してＲ，Ｇ，Ｂのどの色を適用してもよいし、また、相互に分離できるのであればＲ，Ｇ，Ｂ以外の任意の互いに異なる波長の光を採用してもよい。もっとも、一次元ＣＣＤとしてＲ，Ｇ，Ｂに対して感度の高いものが開発されているので、光源の色としてはＲ，Ｇ，Ｂを用いるのが互いに他の波長光の干渉を受けにくくなる点で有利である。寸法について一例を記すと、パッケージ４０は１０ｍｍ角程度、厚さ２ｍｍ程度、バンプ４１の高さは１〜２ｍｍ、第３のリング状面状光源１３の直径は１００〜１３０ｍｍなどがある。第１・第２のライン状光源１１，１２、第１〜第３の一次元光センサー２１，２２，２３の長さはパッケージ４０の寸法に対応している。レンズ６，８の直径は約１０ｍｍである。
【００２２】
図３はバンプ検査装置の全体の概略構成を示すブロック図である。図３において、３１は制御系、３２は搬送系、３３は画像処理系、３４はカラーモニターである。制御系３１は光学系２における各光源の駆動を行ったり、各一次元光センサーのスキャンタイミングを同期制御したり、搬送系３２や画像処理系３３を制御したりする。搬送系３２には、図１にも示した搬送ライン１や、搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０が光学系２に到達したことを検出する開始センサー３２ａ、パッケージ４０が光学系２から出たことを検出する終了センサー３２ｂ、バンプ異常があったときに動作して搬送ライン１からその異常のパッケージ４０を排出する排出処理機構３２ｃなどが含まれている。光学系２における３つの一次元光センサー２１，２２，２３はそれぞれ個別の信号ラインを介して画像処理系３３に接続されている。画像処理系３３にはあらかじめ検査対象のパッケージ４０についてのバンプ４１のデータが登録されている。そのデータには、バンプの基準の高さ・大きさ・ピッチや分布の情報のほか、判定基準となる各種のスレッショルドレベルが含まれている。画像処理系３３は、一次元光センサー２１，２２，２３それぞれからのＧ，Ｂ，Ｒの各アナログ映像信号をＡ／Ｄ変換器によってＧ，Ｂ，Ｒの各ディジタル画像データに変換し、それぞれの画像データを個別にＶＲＡＭに格納し、ＶＲＡＭから１つのバンプに対応したエリアを抽出し、そのバンプに高さ異常があるか否かの判定処理と変形の異常があるか否かの判定処理とを行い、１つのバンプについての判定処理が終わると、次のバンプについて同様の処理を実行し、以下すべてのバンプについての処理が終了するまであるいは異常の判定が出るまで同様の処理を繰り返し実行する。上記において次のバンプのＶＲＡＭ上でのアドレス領域は、あらかじめ登録されているバンプの分布情報に基づいて決定する。図４を参照すると、位置によってはバンプが無い箇所があり、その場合には飛ばして次のバンプを決定する。そして、すべてのバンプについての高さと変形について異常がないと判定したときには制御系３１に対して正常信号を送出し、異常があると判定したときは制御系３１に対して異常信号を送出する。制御系３１は正常信号を受けたときは排出処理機構３２ｃを動作させることなく搬送ライン１により引き続きパッケージ４０を次工程へと搬送し、異常信号を受けたときは排出処理機構３２ｃを動作させてその異常のあるパッケージ４０を搬送ライン１外へ排出する。これによって不良品が外部に漏れるのを防止することができる。画像処理系３３はまた、制御系３１からの表示指示信号に基づいて、３つの一次元光センサー２１，２２，２３から入力したＧ，Ｂ，Ｒのアナログ映像信号を合成し、その合成映像信号をカラーモニター３４に出力する機能も有しており、現在検査対象となっている１つのパッケージ４０のすべてのバンプ４１の状態を２次元カラー画像としてモニタリングすることができ、人為による直感判断によって検査精度を高めることを可能とする。図４はカラーモニター３４に映し出された１つのパッケージ４０についてのすべてのバンプ４１のＧ，Ｂ，Ｒの２次元カラー画像である。図示例の画像は、すべてのバンプ４１が正確な半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応している。白い円の中心より左側に寄った小楕円５１Ｇは第１の波長の面状の光ＬG （緑）のバンプからの反射光の画像、白い円の中心の小円５１Ｂは第２の波長の面状の光ＬB （青）の反射光の画像、大きなドーナツ状の環５１Ｒは第３の波長の全周光ＬR （赤）の反射光の画像である。大きなドーナツ状の環５１Ｒが横方向で長い楕円になっているのは、パッケージ４０がその方向に沿って搬送されていることに対応している。
【００２３】
次に、図５に基づいて画像処理系３３におけるバンプ高さの計測の手法を説明する。図の（ａ），（ｃ）は各一次元光センサー２１，２２，２３で得られたＧ，Ｂ，Ｒの画像信号を合成した状態で示すイメージを示し、（ａ）の合成イメージ５１はバンプ４１の高さΔＨ１が相対的に高い図（ｂ）の場合に対応し、（ｃ）の合成イメージ５２はバンプ４１の高さΔＨ２が相対的に低い図（ｄ）の場合に対応している。（ａ）において、白い円の中心部分にあるイメージデータ５１Ｂ，５２Ｂは第２の波長の面状の光ＬB によるバンプ４１からの反射光によるものであり、それより時間的に先行しているイメージデータ５１Ｇ，５２Ｇは第１の波長の面状の光ＬG によるバンプ４１からの反射光によるものであり、ドーナツ状のイメージデータ５１Ｒ，５２Ｒは第３の波長の全周光ＬR によるバンプ４１からの反射光によるものである。第１の波長の面状の光ＬG と第２の波長の面状の光ＬB とのうち搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０上のバンプ４１の頂点に入射するのがより早いタイミングとなるのは斜めから入射する第１の波長の面状の光ＬG である。この第１の波長の面状の光ＬG はすでに述べたように基準垂直面３と照射基準水平面４とが交差する照射基準線５に向かっている。照射基準水平面４はパッケージ４０の裏面（図面上では上面）に設定されている。バンプ４１の形状が正常であれば、バンプ４１の頂点は水平面となっている。第１の波長の面状の光ＬG の出射角度と第２の波長の面状の光ＬB の出射角度とが相違していることが原因で、バンプ４１の水平頂点から反射した第１の波長の面状の光ＬG が第１の一次元光センサー２１によって検出されるタイミングとバンプ４１の水平頂点から反射した第２の波長の面状の光ＬB が第２の一次元光センサー２２によって検出されるタイミングとに時間ずれが生じる。点線で示すバンプ４１のように基準垂直面３より搬送方向Ａの少し上手側にバンプ４１の水平頂点が来たとき、第１の波長の面状の光ＬG がバンプ４１の水平頂点に入射し、そこから反射された第１の波長の面状の光ＬG はレンズ６を介して第１の一次元光センサー２１に入射され、光電変換により電気信号に変換され、画像処理系３３においてＡ／Ｄ変換されてイメージデータ５１Ｇ，５２Ｇとなる。時間経過に伴ってバンプ４１の水平頂点が基準垂直面３に達したときに第２の波長の面状の光ＬB がバンプ４１の水平頂点に入射し、そこから反射された第２の波長の面状の光ＬB はハーフミラー７、レンズ８、ビームスプリッタ９を介して第２の一次元光センサー２２に入射され、上記同様にしてイメージデータ５１Ｂ，５２Ｂとなる。このイメージデータ５１Ｂ（５２Ｂ）は先のイメージデータ５１Ｇ（５２Ｇ）よりも時間的にあととなった状態でＶＲＡＭに格納される。図（ａ），（ｃ）はそのことを示している。なお、ここでは第３の波長の全周光ＬR については説明しない。パッケージ４０の移動速度をＶ、照射基準線５へ入射する第１の波長の面状の光ＬG の照射基準水平面４に対する角度である撮像角をθとする。図（ｂ）の場合に第１の波長の面状の光ＬG がバンプ４１の水平頂点に入射した時刻と第２の波長の面状の光ＬB がバンプ４１の水平頂点に入射した時刻との差分をΔＴ１、互いに同期されている第１の一次元光センサー２１と第２の一次元光センサー２２とのスキャンレートをα、ＶＲＡＭにおけるイメージデータ５１Ｇの重心位置の時刻とイメージデータ５１Ｂの重心位置の時刻との差分をΔＤ１とすると、図５（ｂ）より、
tanθ＝ΔＨ１／（Ｖ×ΔＴ１）
ΔＤ１＝ΔＴ１／α
であるので、
ΔＨ１＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤ１ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
α、Ｖ、θがそれぞれ定数であるとすると、
α・Ｖ・tanθ＝ｋ
とおいて、
ΔＨ１＝ｋ・ΔＤ１ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
となる。つまり、バンプ４１の高さΔＨ１は第１の波長の面状の光ＬG によるＶＲＡＭにおけるイメージデータ５１Ｇの重心位置の時刻とイメージデータ５１Ｂの重心位置の時刻との差分ΔＤ１に比例する。図（ｄ）の場合は、バンプ４１の高さΔＨ２はより小さいが（ΔＨ２＜ΔＨ１）、原理は同じであり、
ΔＨ２＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤ２ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
ΔＨ２＝ｋ・ΔＤ２ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４）
となる。一般に、バンプ４１の高さをΔＨで表し、第１の波長の面状の光ＬG と第２の波長の面状の光ＬB による両イメージデータの重心位置の時刻間差分をΔＤとすると、
ΔＨ＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（５）
ΔＨ＝ｋ・ΔＤ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６）
α，Ｖ，θが可変のときは、画像処理系３３は式（５）に基づいてバンプ高さΔＨを算出し、α，Ｖ，θがいずれも定数で、α・Ｖ・tanθ＝ｋのときは、画像処理系３３は式（６）に基づいてバンプ高さΔＨを算出する。いずれにしても、α，Ｖ，θあるいはｋを画像処理系３３のメモリにあらかじめ格納しておく。あるいは制御系３１のメモリにあらかじめ格納しておいて、画像処理系３３からの転送要求のアクセスにより読み出す。バンプ高さΔＨが大きいほどΔＤも大きく、ΔＨが小さいほどΔＤも小さくなる。ΔＤを求めることによってバンプ高さΔＨを計測することができる。バンプ高さの許容範囲の下限をＨth1 、上限をＨth2 とすると、
Ｈth1≦ΔＨ≦Ｈth2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７）
のときに、バンプ高さが正常であると判定し、この許容範囲外のときに異常であると判定する。Ｈth1 ，Ｈth2 についてもあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ高さの判定は電子的にバンプの１つずつについて行う。
【００２４】
次に、図６〜図９に基づいて画像処理系３３によるバンプの変形の有無の判定の手法について説明する。まず、図６に基づいて突起の有無判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な・大きさ形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。添字のＧ，Ｂ，Ｒはそれぞれ第１の波長の面状の光ＬG （Ｇ：緑）、第２の波長の面状の光ＬB （Ｂ：青）、第３の波長の全周光ＬR （Ｒ：赤）に対応している。この添字については以下同様である。図の（ｃ）は、バンプ４１の形状が図（ｄ）に示すように突起４１ａを有している場合に対応し、バンプ４１に水平頂点がないことから、イメージデータには第１の波長の面状の光ＬG および第２の波長の面状の光ＬB によるものがなく、第３の波長の全周光ＬR による同心円的な２つのイメージデータ５３Ｒ，５４Ｒのみが示されている。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、所定の大きさのウインドウ６１を設定し、ウインドウ６１内にＶＲＡＭから第１の波長の面状の光ＬG および第２の波長の面状の光ＬBによるイメージデータ５５Ｇ，５５Ｂを読み出す。そして、イメージデータ５５Ｇ，５５Ｂそれぞれの面積Ｇｓ，Ｂｓを演算し、それらの和と突起判定しきい値ＴＨｓ1 とを比較し、
Ｇｓ＋Ｂｓ＜ＴＨｓ1 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８）
のように面積和がしきい値未満となるときは突起有りの異常と判定し、面積和がしきい値以上となるときは突起無しの正常と判定する。ＴＨｓ1 はあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。突起の有無の判定はバンプの１つずつについて行う。
【００２５】
次に、図７に基づいて画像処理系３３によるバンプ無しの判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。図の（ｃ）は、バンプ４１が図（ｄ）に示すように潰れた状態になっている場合すなわちバンプ無しの場合に対応し、潰れ半田４１ｂに水平頂点が多いことから、第１の波長の面状の光ＬG によるイメージデータ５６Ｇおよび第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５６Ｂが不規則な形状で分散している。また、第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータはない。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、所定の大きさのウインドウ６１を設定し、ウインドウ６１内にＶＲＡＭから第１の波長の面状の光ＬG および第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５６Ｇ，５６Ｂを読み出す。そして、イメージデータ５６Ｇ，５６Ｂそれぞれの面積Ｇｓ，Ｂｓを演算し、それらの和とバンプ無し判定しきい値ＴＨｓ2 とを比較し、
Ｇｓ＋Ｂｓ＞ＴＨｓ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（９）
のように面積和がしきい値を超えるときはバンプ無しの異常と判定し、面積和がしきい値以下となるときはバンプ有りの正常と判定する。ＴＨｓ2 もあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ無しの判定はバンプの１つずつについて行う。式（８）でも式（９）でも面積の和Ｇｓ＋Ｂｓを算出しているので、図６の突起の有無の判定に引き続いて図７のバンプ無しの判定を行うようにすることが好ましい。すなわち、ＴＨｓ1 ＜ＴＨｓ2として、
ＴＨｓ1＜Ｇｓ＋Ｂｓ＜ＴＨｓ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（10）
の判定を行うようにすればよい。式（10）を満たすときは、突起なしでかつ潰れなしの正常と判定することになる。
【００２６】
次に、図８に基づいて画像処理系３３によるバンプ径の判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。バンプ径は正常で、イメージデータ５１Ｒの面積をＲｓとすると、所定の許容範囲に収まっている。すなわち、許容範囲の下限をＴＨｓ3 、上限をＴＨｓ4 とすると、
ＴＨｓ3≦Ｒｓ≦ＴＨｓ4 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（11）
となっている。図の（ｃ）は、図（ｄ）に示すようにバンプ４１の高さは正常であるが、バンプ径が過剰に小さくなっている場合に対応し、第１の波長の面状の光ＬG によるイメージデータ５７Ｇおよび第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５７Ｂの大きさ、位置関係は図（ａ）の場合とあまり変化はないが、第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５７Ｒの大きさがかなり小さくなっている。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、所定の大きさのウインドウ６１を設定し、ウインドウ６１内にＶＲＡＭから第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５７Ｒを読み出す。そして、イメージデータ５７Ｒの面積Ｒｓを演算し、２つのしきい値ＴＨｓ3 、ＴＨｓ4 （ただし、ＴＨｓ3＜ＴＨｓ4）と比較し、
Ｒｓ＜ＴＨｓ3 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（12）
のように小さい方のしきい値未満のときはバンプ径過小の異常と判定し、
Ｒｓ＞ＴＨｓ4 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（13）
のように大きい方のしきい値を超えるときはバンプ径過大の異常と判定する。ＴＨｓ3 、ＴＨｓ4 はあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ径の判定はバンプの１つずつについて行う。
【００２７】
次に、図９に基づいて画像処理系３３によるバンプ欠けの判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。図の（ｃ）は、図（ｄ）に示すようにバンプ４１の高さは正常であるが、周面の一部に欠け４１ｂが生じている場合に対応し、第１の波長の面状の光ＬG によるイメージデータ５８Ｇおよび第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５８Ｂの大きさ、位置関係は図（ａ）の場合とあまり変化はないが、第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５８Ｒには欠損５８Ｒａ，５８Ｒｂが生じている。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、対角線上に８つのウインドウ６２ａ〜６２ｈを設定する。そして、ＶＲＡＭから第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５８Ｒを読み出し、このイメージデータにおける各ウインドウ６２ａ〜６２ｈごとの個別の面積Ｒｓ1〜Ｒｓ8 を演算し、その８つの面積のうち任意の２つの面積差の絶対値ΔＲｓij＝｜Ｒｓi−Ｒｓj ｜（ｉ＝１，２…８、ｊ＝１，２…８、ｉ≠ｊ、ｉ＜ｊ）をすべて算出し、算出したすべての絶対値の中の最大値ｍａｘ（ΔＲｓij）を欠け判定しきい値Ｔｈｓ5 と比較する。
【００２８】
ｍａｘ（ΔＲｓij）＞ＴＨｓ5 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（14）
のようにしきい値を超えるときはバンプ欠け有りの異常と判定し、そうでないときはバンプ欠け無しの正常と判定する。ＴＨｓ5 もあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ欠けの判定はバンプの１つずつについて行う。バンプ径の判定でもバンプ欠けの判定でも第３の波長の全周光ＬR のイメージデータのみをＶＲＡＭから読み出しているので、この２つの判定は連続して行うのが好ましい。処理は以下のように行う。
【００２９】
(1) 変数ｉをｉ＝１に、変数ｊをｊ＝２にイニシャルし、また、β0 ＝０にセットする。
【００３０】
(2) ｉ≧８に達したかどうかを判断し、達していないときは (3)に進み、達したときは (9)に進む。
【００３１】
(3) 差分βi＝｜Ｒｓi−Ｒｓj｜を算出する。
【００３２】
(4) βi−βi-1＞０かどうかを判断し、ＹＥＳのときは (5)へ進み、ＮＯのときは (6)へ進む。
【００３３】
(5) 変数ｍａｘ（ΔＲｓij）にβi をセットする。ｍａｘ（ΔＲｓij）←βi (6) ｊ≧８に達したかどうかを判断し、達していないときは (7)に進み、達したときは (8)に進む。
【００３４】
(7) ｊ←ｊ＋１とインクリメントし、 (3)に戻る。
【００３５】
上記の (3)〜 (7)を繰り返すことにより、
｜Ｒｓ1−Ｒｓ2｜，｜Ｒｓ1−Ｒｓ3｜‥‥｜Ｒｓ1−Ｒｓ8｜
の算出が行われ、そのうち最大のものがｍａｘ（ΔＲｓij）としてセットされる。
【００３６】
(8) ｊが一巡したので、今度はｉ←ｉ＋１とインクリメントするとともに、インクリメント後のｉを基準として、ｊ←ｉ＋１とセットし（ｊ＞ｉ）、 (2)に戻る。
【００３７】
上記の (2)〜 (8)を繰り返すことにより、
｜Ｒｓ2−Ｒｓ3｜，｜Ｒｓ2−Ｒｓ4｜‥‥｜Ｒｓ2−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ3−Ｒｓ4｜，｜Ｒｓ3−Ｒｓ5｜‥‥｜Ｒｓ3−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ4−Ｒｓ5｜，｜Ｒｓ4−Ｒｓ6｜‥‥｜Ｒｓ4−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ5−Ｒｓ6｜，｜Ｒｓ5−Ｒｓ7｜，｜Ｒｓ5−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ6−Ｒｓ7｜，｜Ｒｓ6−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ7−Ｒｓ8｜
の算出が行われる。これで、すべての任意の２つの面積差の絶対値ΔＲｓij＝｜Ｒｓi−Ｒｓj｜のうちの最大のものがｍａｘ（ΔＲｓij）としてセットされる。
【００３８】
ｉ＝７のときに (8)でｉ←ｉ＋１として、ｉ＝８となるが、 (2)に戻ったときの判断がＹＥＳとなり、 (9)に進む。
【００３９】
(9) ｍａｘ（ΔＲｓij）＞Ｔｈｓ5 の判断を行い、ＮＯであるときは (10)に 進み、ＹＥＳであるときは (11)に進む。
【００４０】
(10) バンプ欠け無しの正常状態と判定する。
【００４１】
(11) バンプ欠け有りの異常状態と判定する。
【００４２】
以上でバンプの変形の有無の判定の手法についての説明を終える。
【００４３】
次に、バンプ検査装置の全体の概略の動作を説明する。搬送系３２の搬送ライン１は制御系３１によって一定搬送速度のもとで駆動されているとする。
【００４４】
(S1) バンプ欠陥フラグＦ1 をイニシャルクリアし、Ｆ1←０とする。
【００４５】
(S2) 搬送系３２における開始センサー３２ａにパッケージ４０が到達することによる開始センサー３２ａのＯＮを待って、 (S3) に進む。
【００４６】
(S3) 光学系２における第１ないし第３の一次元光センサー２１，２２，２３を同期してスキャンし、１つのパッケージ４０についての横１列のバンプ４１群のＧ，Ｂ，Ｒの画像データを取り込み、個別にＶＲＡＭに格納する。
【００４７】
(S4) 画像処理系３３におけるＶＲＡＭより１つのバンプに対応したＧ，Ｂのイメージデータを読み出し、重心間の時間距離ΔＤを測定し、式（５）のΔＨ＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤまたは式（６）のΔＨ＝ｋ・ΔＤに基づいてバンプ 高さΔＨを演算する。
【００４８】
(S5) 算出したバンプ高さが式（７）による許容範囲（Ｈth1≦ΔＨ≦Ｈth2）か否かを判定し、ＹＥＳのときは (S6) に進み、ＮＯのときはバンプ欠陥フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００４９】
(S6) Ｇ，Ｂのイメージデータそれぞれの面積Ｇｓ，Ｂｓを演算し、面積和Ｇｓ＋Ｂｓを演算する。
【００５０】
(S7) 算出した面積和Ｇｓ＋Ｂｓが式（８）による突起判定基準（Ｇｓ＋Ｂｓ＜ＴＨｓ1）となっていないときは (S8) に進み、なっているときはバンプ欠 陥フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５１】
(S8) 面積和Ｇｓ＋Ｂｓが式（９）によるバンプ無し判定基準（Ｇｓ＋Ｂｓ＞ＴＨｓ2）となっていないときは (S9) に進み、なっているときはバンプ欠陥 フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５２】
(S9) ＶＲＡＭより１つのバンプに対応したＲのイメージデータを読み出し、その面積Ｒｓを演算する。
【００５３】
(S10) 算出した面積Ｒｓが式（11）によるバンプ径についての許容範囲（ＴＨ ｓ3≦Ｒｓ≦ＴＨｓ4）か否かを判定し、ＹＥＳのときは (S11)に進み、Ｎ Ｏのときはバンプ欠陥フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５４】
(S11) Ｒのイメージデータに基づいて前記の (1)〜(11)で説明したバンプ欠け の判定を式（14）による判定基準（ｍａｘ（ΔＲｓij）＞Ｔｈｓ5）に従って行い、欠け無しのときは (S12)に進み、欠け有りのときはバンプ欠陥フ ラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５５】
(S12) すべてのバンプについて判定処理が終了したか否かを判断し、終了して いないときは (S13)に進み、終了したときは (S15)に進む。
【００５６】
(S13) イメージデータ上での判定処理対象のバンプを１つ進め、 (S3) に戻り 、画像データを引き続き取り込みながら、次のバンプについての判定処理 を行う。
【００５７】
(S14) バンプ欠陥フラグＦ1 をセットする。Ｆ1 ←１。そして (S15)に進む。
【００５８】
(S15) 搬送系３２における終了センサー３２ｂがＯＮするのを待って、 (S16) に進む。
【００５９】
(S16) バンプ欠陥フラグＦ1＝１かどうかを判断し、ＹＥＳのときは (S17)に進み、ＮＯのときは次のパッケージ４０の受け入れを待つために (S2) に戻 る。
【００６０】
(S17) 判定処理終了済みのパッケージ４０が排出処理機構３２ｃに達するまで のアイドリングを行う。
【００６１】
(S18) 排出処理機構３２ｃを駆動して、バンプに何らかの欠陥があったと判定 したパッケージ４０を搬送ライン１から図示しない不良品回収部へ排出す る。これによって不良品が外部に漏れるのを防止する。
【００６２】
(S19) バンプ欠陥フラグＦ1 をクリアし（Ｆ1 ←０）、次のパッケージ４０の 受け入れを待つために (S2) に戻る。
【００６３】
以上のようにしてパッケージ４０を光学系２中に１回通すことにより、すべてのバンプ４１の高さ、有無、変形の検査が可能である。その検査に際して図２に示すように第１および第２の波長の面状のＬG ，ＬB と第３の波長の全周光ＬRとを横１列の複数のバンプ４１に対して同時に照射することと、その反射光をそれぞれ一次元光センサー２１，２２，２３で電気信号に変換し、画像処理系３３において電子的に処理することで検査を行っているので、１つのパッケージのすべてのバンプについての検査に要する時間は高々数１００ｍｓｅｃであり、バンプの１つずつに対して焦点合わせすることをＸＹテーブルを機械的に動かすことにより繰り返し行う従来の技術の場合に要していた時間１０ｓｅｃに比べてきわめて高速に処理することができる。しかも、バンプの高さ、有無の検査だけでなく過小・過大・突起・一部欠けを含めた変形の検査も同時的に行えるので、総合的検査に必要な時間が従来の技術に比べて大幅に少なくてすむ。また、装置をコンパクトに構成することができる。そして、検査精度が高いので、不良品が外部に漏れるのを確実に防止し、基板に対する実装の歩留まりを向上することができる。
【００６４】
なお、バンプの変形判定をしないでもよいときは、 (S6) 〜 (S11)を省略すればよい。この場合、第３のリング状面状光源１３および第３の一次元光センサー２３とビームスプリッタ９は省略する。照射基準水平面４をパッケージ４０の裏面（図では上面）に設定したが、照射基準水平面４は任意の高さに設定してよい。カラーモニター３４を液晶表示装置（ＬＣＤ）とする場合には、ＶＲＡＭからＧ，Ｂ，Ｒの各イメージデータを合成せずにそのまま液晶表示装置に出力するものとする。検査対象としてはバンプに限定するものではなく、任意の部品・部材が対象となる。
【００６５】
〔実施の形態２〕
実施の形態２にかかわるバンプ検査装置は時分割出射方式としたものである。光学系２の構成は図１と同じとする。第１のライン状光源１１による第１の波長の面状の光ＬG の出射タイミングと、第２のライン状光源１２による第２の波長の面状の光ＬB の出射タイミングとを互いにずらし、しかも各光とも互いに同一周期で周期的な点滅動作を行うようにする。タイミングのずらし時間は、搬送ライン１の搬送速度に対応する。第１の波長の面状の光ＬG が第１の一次元光センサー２１に受光されるタイミングはその出射タイミングに対応し、第２の波長の面状の光ＬB が第２の一次元光センサー２２に受光されるタイミングはその出射タイミングに対応するから、各一次元光センサー２１，２２の受光タイミングは自ずと互いにずれることになる。ただし、第１の波長の面状の光ＬG の出射タイミングと第２の波長の面状の光ＬB の出射タイミングとのずれ時間は搬送ライン１の搬送速度に応じて定めるものとする。バンプ４１の高さが正規の場合に、バンプ４１の水平頂点に第１の波長の面状の光ＬG が入射する時刻と第２の波長の面状の光ＬB が入射する時刻との差分の時間ずれとする。バンプ高さが正規のときに両一次元光センサー２１，２２での受光量が最大となり、バンプ高さが正規高さからはずれるに従って受光量が減少する。このことを利用してバンプ高さを計測するのである。第３のリング状面状光源１３による第３の波長の全周光ＬRは連続的に出射するものとする。その他は実施の形態１と同様である。
【００６６】
この実施の形態２の変形形態として、第１のライン状光源１１による第１の波長の面状の光ＬG および第２のライン状光源１２による第２の波長の面状の光ＬB を連続的に出射し、その代わりに第１の一次元光センサー２１と第２の一次元光センサー２２の受光タイミングをずらせるという方法もある。
【００６７】
さらに、上記の実施の形態１または実施の形態２の変形形態として、高さの計測や変形の計測を行わずに、光学系２で取得した画像データをカラーモニター３４に映出することで、検査員が目視で観察するようにしてもよい。観測対象の高さの状態や変形の状態等を一目瞭然に目視観察することができる。この場合、画像処理系３３における処理の負担が軽減される。
【００６８】
【発明の効果】
バンプ検査装置についての本発明によれば、波長が異なる２つの光を角度を異ならせて検査対象に出射し、各反射光を個別に受光し、２つの波長の光による検査対象のイメージデータの電子的な画像処理により検査対象の高さを計測するので、複数の検査対象についての高さ測定処理を共焦点法よりも高速に実行することができる。検査対象と光源との相対移動により２次元分布の検査対象（例えばＢＧＡやＣＳＰなどの面実装タイプのパッケージに２次元的に配列された複数のバンプ）についての高さ計測処理も共焦点法に比べて高速に実行することができる。また、第３の波長の光を検査対象にその周囲から均等に出射する場合には、検査対象の変形（大きさの異常、形の異常など）も検査でき、一層の高速化と構造の簡素化および低廉化を図ることができる。また、取得した画像データをカラーモニターに映出することで、観測対象の高さの状態や変形の状態等を検査員が一目瞭然に目視観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる高さ測定装置が適用されたバンプ検査装置の光学系の概略構成図
【図２】実施の形態において横１列の複数のバンプに対する各波長の光に入射の様子を示す平面図
【図３】実施の形態のバンプ検査装置の全体の概略構成を示すブロック図
【図４】実施の形態のバンプ検査装置においてカラーモニターに映出された１つのパッケージについてのすべてのバンプのＧ，Ｂ，Ｒの２次元カラー画像の図
【図５】実施の形態におけるバンプ高さの計測の手法の説明図
【図６】実施の形態におけるバンプの突起の有無の判定手法の説明図
【図７】実施の形態におけるバンプ無しの判定手法の説明図
【図８】実施の形態におけるバンプ径の判定手法の説明図
【図９】実施の形態におけるバンプ欠けの判定手法の説明図
【符号の説明】
１……搬送ライン ２……光学系
４……照射基準水平面 ７……ハーフミラー
９……ビームスプリッタ １１……第１のライン状光源
１２……第２のライン状光源 １３……第３のリング状面状光源
２１……第１の一次元光センサー ２２……第２の一次元光センサー
２３……第３の一次元光センサー ３１……制御系
３２……搬送系 ３２ａ…開始センサー
３２ｂ…終了センサー ３２ｃ…排出処理機構
３３……画像処理系 ３４……カラーモニター
４０……パッケージ ４１……バンプ
ＬG ……第１の波長の面状の光 ＬB ……第２の波長の面状の光
ＬR ……第３の波長の全周光
【発明の属する技術分野】
本発明は、何らかの部品・部材の基準面からの高さを測定するための装置および方法にかかわり、特にはＩＣやＬＳＩなどのパッケージにおけるバンプの高さを測定する技術に関する。また、何らかの観測対象を目視で観察する観測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
裏面に半球状のバンプをアレイ状に並べた面実装型のパッケージであるＢＧＡ（Ball Grid Array）やＩＣチップとほぼ同じ外形寸法をもつパッケージであるＣＳＰ（Chip Size Package）は、パッケージサイズが小さいという利点のほか、パッケージの裏面で基板と半田接合するので、ＱＦＰ（Quad Flat Package）などに比べて端子数を多くとれるという利点があるため、近年、ＩＣパッケージの主流となりつつある。これらのパッケージは、パッケージ裏面の端子上に半田ボールをのせてバンプとなし、パッケージ裏面を基板に対接させ、バンプ（半田ボール）をリフローなどにより基板上のランドに対して半田接合するものである。
【０００３】
これらのパッケージを用いた実装において歩留まり（良品数／投入数）の向上を期するため、メーカーにおいては次のような点の厳密な管理が求められている。(1) バンプの高さのばらつき（コプラナリティ）がないこと。(2) バンプの欠落がないこと。これらが生じると、一部の端子が基板のランドと接合しなくなり、実装不良を招く。(3) バンプの変形（例えば、過小、過大、突起、一部欠けなど）がないこと。これが生じると、実装した製品の信頼性不良を招く。
【０００４】
従来、これらの点を管理する手法として、共焦点法を用いてバンプ高さを計測し、高さのばらつきやバンプの有無を判定するようにした方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
共焦点法は、オートフォーカスの原理によりバンプに焦点を合わせることを通じてバンプの高さを計測するものであるが、焦点合わせおよびバンプ高さ計測はバンプの１つずつに対して順次的に行うようになっている。すなわち、パッケージを載置してあるＸＹテーブルを微小量移動させてパッケージ上の１つのバンプを光学系の光軸の直下に位置させ、焦点合わせを行い、バンプ高さを計測するといった一連の動作をバンプごとに繰り返し実行するのである。このときのＸＹテーブルの微小量移動が機械的なものであり、１回の移動には短くても０．２ｓｅｃはかかり、しかもその回数が多いので、パッケージ１個当たりの検査に要する時間が１０ｓｅｃくらいとかなり長いものとなっている。
【０００６】
また、バンプの変形の検査は共焦点法ではできない。バンプの変形を検査するには別の観測系が必要となり、装置が全体として大型になり、高価となる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて創案されたものであって、パッケージにおけるバンプ高さなど部品・部材の高さを測定するに当たって高速に処理できる高さ測定装置および高さ測定方法を提供することを目的としており、また、部品・部材の変形も高速に処理できるようにし、さらに、できるだけ構造簡単で安価に構成することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわる請求項１の高さ測定装置は、次のような構成となっている。すなわち、第１の波長の光を出射する第１波長光出射手段と、第２の波長の光を出射する第２波長光出射手段を用意する。検査対象に対する入射の角度が第１の波長の光と第２の波長の光とで異なるように第１波長光出射手段と第２波長光出射手段とを配置する。また、検査対象からの第１の波長の反射光を受光する位置に第１受光手段を配置するとともに、検査対象からの第２の波長の反射光を受光する位置に第２受光手段を配置する。そして、第１受光手段および第２受光手段の受光結果として得られた検査対象についての第１の波長の光によるイメージデータと第２の波長の光によるイメージデータとの電子的な画像処理に基づいて検査対象の高さを計測する高さ計測手段を設ける。波長が異なる２つの光を角度を異ならせて検査対象に出射する方式は明らかに従来の技術の共焦点法とは異なっている。２つの波長の光による検査対象のイメージデータの電子的な画像処理により検査対象の高さを計測するので、複数の検査対象についての高さ測定処理を共焦点法よりも高速に実行する。さらに、第３の波長の光を検査対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射する第３波長光出射手段と、検査対象からの第３の波長の反射光を受光する第３受光手段とを設ける。そして、第１から第３までの受光手段の受光結果に基づいて検査対象の高さだけでなく変形（大きさの異常、形の異常など）も検査する。検査対象について大きさ・形の異常という変形も検査する必要のあるときに有効となり、しかも、高さ計測と変形検査とを同時的に行えるので、それらを別途に処理していた従来の技術に比べて、高速化と構造の簡素化および低廉化が図れる。
【０００９】
本発明にかかわる請求項２の高さ測定装置は、上記請求項１において、次のような構成となっている。すなわち、第１波長光出射手段から出射される第１の波長の光と第２波長光出射手段から出射される第２の波長の光とを所定の基準面上で線状に交わる状態にそれぞれ面状の光として出射する。そして、検査対象を両出射手段に対して基準面に沿った方向に移動させる。あるいは、両出射手段を検査対象に対して同方向に移動させる。複数の検査対象が２次元的に分布している場合であっても、単なる相対移動によりすべての検査対象の２次元イメージデータを取得して電子的に画像処理するので、２次元分布の検査対象についての高さ計測処理も共焦点法に比べて高速に実行する。
【００１０】
本発明にかかわる請求項３の高さ測定装置は、検査対象を、ＢＧＡやＣＳＰなどの面実装タイプのパッケージに２次元的に配列された複数のバンプとする。上記と同じ理由により、２次元分布のバンプの高さ計測を共焦点法に比べて高速に行う。
【００１１】
本発明にかかわる請求項４の高さ測定装置は、上記請求項１から請求項３までのいずれかにおいて、出射する光の波長を異ならせる代わりに、出射タイミングまたは受光タイミングを互いに異ならせるようにする。各出射手段の波長を同じとしても、上記同様の作用がある。
【００１２】
本発明にかかわる請求項５の高さ測定方法は、互いに異なる第１，第２の波長の光を互いに異なる角度で検査対象に出射するとともに、第３の波長の光を検査対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射し、検査対象からの第１の波長の反射光および第２の波長の反射光の受光結果に基づいて検査対象の高さを計測するとともに、検査対象からの第１の波長の反射光、第２の波長の反射光および第３の波長の反射光の受光結果に基づいて検査対象の変形も検査する。複数の検査対象についての高さ測定処理を共焦点法よりも高速に実行する。
【００１３】
本発明にかかわる請求項６の観測装置は、第１の波長の光を観測対象に向けて出射する第１波長光出射手段と、第２の波長の光を前記第１の波長の光とは異なる角度で観測対象に向けて出射する第２波長光出射手段と、第３の波長の光を観測対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射する第３波長光出射手段と、観測対象からの第１の波長の反射光を受光する第１受光手段と、観測対象からの第２の波長の反射光を受光する第２受光手段と、観測対象からの第３の波長の反射光を受光する第３受光手段とを備え、前記第１受光手段、第２受光手段および第３受光手段の受光結果による観測対象の画像を目視で観測するものである。観測対象の高さの状態や変形の状態等を一目瞭然に目視観測することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわる高さ測定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、ＢＧＡやＣＳＰなどのパッケージのバンプ検査装置に応用した場合の実施の形態を例にあげて説明する。
【００１６】
〔実施の形態１〕
図１は実施の形態１にかかわるバンプ検査装置の光学系の概略構成図である（パッケージ部分の拡大図を含む）。ＢＧＡまたはＣＳＰのパッケージ４０を水平方向に沿って一定速度で搬送する搬送ライン１の所定箇所の上方に検査装置光学系２が配置されている。パッケージ４０は、その裏面に縦・横両方向にそれぞれ複数並んだバンプ４１のアレイを有している（複数のバンプの画像データを示す図４を参照）。検査装置光学系２は次のような構成となっている。光学系２の基準垂直面３に対して搬送ライン１の搬送方向Ａの上手側に、第１の波長の光として例えば緑（Ｇ）の面状の光ＬG を出射する第１のライン状光源１１と、第２の波長の光として例えば青（Ｂ）の面状の光ＬB を出射する第２のライン状光源１２とが配置されている。第２のライン状光源１２は第１のライン状光源１１に対して搬送方向Ａの下手側に位置している。第１のライン状光源１１と第２のライン状光源１２とはともに搬送方向Ａに対して直角で水平方向（紙面に垂直な方向）に沿った線状の光源である。第３の波長の光として例えば赤（Ｒ）の光ＬR を全周斜めから立体的に出射する第３のリング状面状光源１３が配置されている。第３のリング状面状光源１３の軸心は基準垂直面３上にある。
【００１７】
光学系２の照射基準水平面４として、例えば搬送ライン１の上面からパッケージ４０の厚み分だけ高い水平面を設定し、この照射基準水平面４と基準垂直面３とが交差する線を照射基準線５として設定してある（図５参照）。第１のライン状光源１１は照射基準線５に向けて第１の波長の面状の光ＬG を斜め下方向に出射し、その光路途中で、図２に示すように、搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０の裏面にある横１列（紙面に垂直な方向）の複数のバンプ４１に対して同時に入射するようになっている。バンプ４１の頂点から反射した面状の光を入射して集光するレンズ６が基準垂直面３に対して第１のライン状光源１１とは反対側に配置され、レンズ６の焦点位置に第１の波長の面状の光ＬG を検出するための第１の一次元光センサー２１が配置されている。なお、正常なバンプ４１は半球状であり、その頂点は水平であるため、入射光の水平方向に対する角度と反射光の水平方向に対する角度とが等しくなるように、レンズ６および第１の一次元光センサー２１を配置してある。
【００１８】
基準垂直面３上で第２のライン状光源１２とほぼ同じ高さ位置において第２のライン状光源１２に対して搬送方向Ａの下手側に搬送方向Ａに対して直角で水平方向（紙面に垂直な方向）に沿うハーフミラー７が水平方向に対して４５°の傾斜姿勢で配置されている。第２のライン状光源１２はハーフミラー７に向けて第２の波長の面状の光ＬB を水平方向に出射するようになっている。ハーフミラー７で反射された第２の波長の面状の光ＬB は鉛直下方向に進み、図２に示すように、搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０の裏面にある横１列（紙面に垂直な方向）の複数のバンプ４１に対して同時に入射され、バンプ４１の頂点から反射した面状の光は入射時と同じ経路すなわち基準垂直面３に沿って鉛直上方向に進み、ハーフミラー７を透過するようになっている。ハーフミラー７の直上に集光用のレンズ８が配置され、さらにその上方にビームスプリッタ９が配置され、ビームスプリッタ９によって光路変換された第２の波長の面状の光ＬB を検出するための第２の一次元光センサー２２が配置されている。
【００１９】
第３のリング状面状光源１３から照射基準水平面４に向けて出射された第３の波長の全周光ＬR は図２にも示すように複数のバンプ４１に対してそれぞれの全周方向から入射する。第３のリング状面状光源１３の直径に比べてパッケージ４０のサイズが充分に小さく、その小さなパッケージ４０に複数のバンプ４１が配列されているので、第３のリング状面状光源１３から出射される第３の波長の全周光ＬR はパッケージ４０上の横１列の複数のバンプ４１に対してほぼ均等にそれぞれの全周から照射されることになる。バンプ４１に入射した光ＬR はあらゆる方向に反射するが、その反射光のうち基準垂直面３に沿った（紙面に垂直な方向）の横１列の複数のバンプ４１からの反射光を検出するために、反射光をハーフミラー７、レンズ８およびビームスプリッタ９を通るようにし、ビームスプリッタ９によって光路変換された第３の波長のリング光ＬR を検出するための第３の一次元光センサー２３を配置してある。第２の波長の面状の光ＬB と第３の波長のリング光ＬR とを個別に第２の一次元光センサー２２と第３の一次元光センサー２３とに導くのであるが、これらが同一光路をとっているために分離する必要があり、その分離のためにビームスプリッタ９を配置してある。なお、図１において、第３のリング状面状光源１３から出射されてバンプ４１に入射される第３の波長の全周光ＬR の光路の図示として次第に絞られていくような光路を図示してあるが、実際上は、このような絞りのための手段は設けられておらず、第３のリング状面状光源１３からは放射状に出射され、またバンプ４１からはあらゆる方向に反射される。図１の光路は、それらすべての光のうち第３の一次元光センサー２３に入射されるものだけを抽出して描いたものである。
【００２０】
特許請求の範囲に記載の事項との対応関係を示すと、第１のライン状光源１１は第１波長光出射手段に対応し、第１の一次元光センサー２１は第１受光手段に対応し、第２のライン状光源１２は第２波長光出射手段に対応し、第２の一次元光センサー２２は第２受光手段に対応し、第３のリング状面状光源１３は第３波長光出射手段に対応し、第３の一次元光センサー２３は第３受光手段に対応している。
【００２１】
上記の３つの一次元光センサー２１，２２，２３としては例えば一次元ＣＣＤが用いられる。一次元ＣＣＤとレンズとの組み合わせにより一次元カメラが構成されていることになる。図１の奥行き方向（紙面に垂直な方向）においても３つの一次元光センサー２１，２２，２３による撮像範囲を一致させる必要があるので、一次元光センサー２１，２２，２３の奥行き方向での高精度な位置調整が必要である。なお、上記の説明では、３つの光源１１，１２，１３の光の色をそれぞれ３原色のＧ，Ｂ，Ｒとしたが、これは一例にすぎない。どの光源に対してＲ，Ｇ，Ｂのどの色を適用してもよいし、また、相互に分離できるのであればＲ，Ｇ，Ｂ以外の任意の互いに異なる波長の光を採用してもよい。もっとも、一次元ＣＣＤとしてＲ，Ｇ，Ｂに対して感度の高いものが開発されているので、光源の色としてはＲ，Ｇ，Ｂを用いるのが互いに他の波長光の干渉を受けにくくなる点で有利である。寸法について一例を記すと、パッケージ４０は１０ｍｍ角程度、厚さ２ｍｍ程度、バンプ４１の高さは１〜２ｍｍ、第３のリング状面状光源１３の直径は１００〜１３０ｍｍなどがある。第１・第２のライン状光源１１，１２、第１〜第３の一次元光センサー２１，２２，２３の長さはパッケージ４０の寸法に対応している。レンズ６，８の直径は約１０ｍｍである。
【００２２】
図３はバンプ検査装置の全体の概略構成を示すブロック図である。図３において、３１は制御系、３２は搬送系、３３は画像処理系、３４はカラーモニターである。制御系３１は光学系２における各光源の駆動を行ったり、各一次元光センサーのスキャンタイミングを同期制御したり、搬送系３２や画像処理系３３を制御したりする。搬送系３２には、図１にも示した搬送ライン１や、搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０が光学系２に到達したことを検出する開始センサー３２ａ、パッケージ４０が光学系２から出たことを検出する終了センサー３２ｂ、バンプ異常があったときに動作して搬送ライン１からその異常のパッケージ４０を排出する排出処理機構３２ｃなどが含まれている。光学系２における３つの一次元光センサー２１，２２，２３はそれぞれ個別の信号ラインを介して画像処理系３３に接続されている。画像処理系３３にはあらかじめ検査対象のパッケージ４０についてのバンプ４１のデータが登録されている。そのデータには、バンプの基準の高さ・大きさ・ピッチや分布の情報のほか、判定基準となる各種のスレッショルドレベルが含まれている。画像処理系３３は、一次元光センサー２１，２２，２３それぞれからのＧ，Ｂ，Ｒの各アナログ映像信号をＡ／Ｄ変換器によってＧ，Ｂ，Ｒの各ディジタル画像データに変換し、それぞれの画像データを個別にＶＲＡＭに格納し、ＶＲＡＭから１つのバンプに対応したエリアを抽出し、そのバンプに高さ異常があるか否かの判定処理と変形の異常があるか否かの判定処理とを行い、１つのバンプについての判定処理が終わると、次のバンプについて同様の処理を実行し、以下すべてのバンプについての処理が終了するまであるいは異常の判定が出るまで同様の処理を繰り返し実行する。上記において次のバンプのＶＲＡＭ上でのアドレス領域は、あらかじめ登録されているバンプの分布情報に基づいて決定する。図４を参照すると、位置によってはバンプが無い箇所があり、その場合には飛ばして次のバンプを決定する。そして、すべてのバンプについての高さと変形について異常がないと判定したときには制御系３１に対して正常信号を送出し、異常があると判定したときは制御系３１に対して異常信号を送出する。制御系３１は正常信号を受けたときは排出処理機構３２ｃを動作させることなく搬送ライン１により引き続きパッケージ４０を次工程へと搬送し、異常信号を受けたときは排出処理機構３２ｃを動作させてその異常のあるパッケージ４０を搬送ライン１外へ排出する。これによって不良品が外部に漏れるのを防止することができる。画像処理系３３はまた、制御系３１からの表示指示信号に基づいて、３つの一次元光センサー２１，２２，２３から入力したＧ，Ｂ，Ｒのアナログ映像信号を合成し、その合成映像信号をカラーモニター３４に出力する機能も有しており、現在検査対象となっている１つのパッケージ４０のすべてのバンプ４１の状態を２次元カラー画像としてモニタリングすることができ、人為による直感判断によって検査精度を高めることを可能とする。図４はカラーモニター３４に映し出された１つのパッケージ４０についてのすべてのバンプ４１のＧ，Ｂ，Ｒの２次元カラー画像である。図示例の画像は、すべてのバンプ４１が正確な半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応している。白い円の中心より左側に寄った小楕円５１Ｇは第１の波長の面状の光ＬG （緑）のバンプからの反射光の画像、白い円の中心の小円５１Ｂは第２の波長の面状の光ＬB （青）の反射光の画像、大きなドーナツ状の環５１Ｒは第３の波長の全周光ＬR （赤）の反射光の画像である。大きなドーナツ状の環５１Ｒが横方向で長い楕円になっているのは、パッケージ４０がその方向に沿って搬送されていることに対応している。
【００２３】
次に、図５に基づいて画像処理系３３におけるバンプ高さの計測の手法を説明する。図の（ａ），（ｃ）は各一次元光センサー２１，２２，２３で得られたＧ，Ｂ，Ｒの画像信号を合成した状態で示すイメージを示し、（ａ）の合成イメージ５１はバンプ４１の高さΔＨ１が相対的に高い図（ｂ）の場合に対応し、（ｃ）の合成イメージ５２はバンプ４１の高さΔＨ２が相対的に低い図（ｄ）の場合に対応している。（ａ）において、白い円の中心部分にあるイメージデータ５１Ｂ，５２Ｂは第２の波長の面状の光ＬB によるバンプ４１からの反射光によるものであり、それより時間的に先行しているイメージデータ５１Ｇ，５２Ｇは第１の波長の面状の光ＬG によるバンプ４１からの反射光によるものであり、ドーナツ状のイメージデータ５１Ｒ，５２Ｒは第３の波長の全周光ＬR によるバンプ４１からの反射光によるものである。第１の波長の面状の光ＬG と第２の波長の面状の光ＬB とのうち搬送ライン１によって搬送されているパッケージ４０上のバンプ４１の頂点に入射するのがより早いタイミングとなるのは斜めから入射する第１の波長の面状の光ＬG である。この第１の波長の面状の光ＬG はすでに述べたように基準垂直面３と照射基準水平面４とが交差する照射基準線５に向かっている。照射基準水平面４はパッケージ４０の裏面（図面上では上面）に設定されている。バンプ４１の形状が正常であれば、バンプ４１の頂点は水平面となっている。第１の波長の面状の光ＬG の出射角度と第２の波長の面状の光ＬB の出射角度とが相違していることが原因で、バンプ４１の水平頂点から反射した第１の波長の面状の光ＬG が第１の一次元光センサー２１によって検出されるタイミングとバンプ４１の水平頂点から反射した第２の波長の面状の光ＬB が第２の一次元光センサー２２によって検出されるタイミングとに時間ずれが生じる。点線で示すバンプ４１のように基準垂直面３より搬送方向Ａの少し上手側にバンプ４１の水平頂点が来たとき、第１の波長の面状の光ＬG がバンプ４１の水平頂点に入射し、そこから反射された第１の波長の面状の光ＬG はレンズ６を介して第１の一次元光センサー２１に入射され、光電変換により電気信号に変換され、画像処理系３３においてＡ／Ｄ変換されてイメージデータ５１Ｇ，５２Ｇとなる。時間経過に伴ってバンプ４１の水平頂点が基準垂直面３に達したときに第２の波長の面状の光ＬB がバンプ４１の水平頂点に入射し、そこから反射された第２の波長の面状の光ＬB はハーフミラー７、レンズ８、ビームスプリッタ９を介して第２の一次元光センサー２２に入射され、上記同様にしてイメージデータ５１Ｂ，５２Ｂとなる。このイメージデータ５１Ｂ（５２Ｂ）は先のイメージデータ５１Ｇ（５２Ｇ）よりも時間的にあととなった状態でＶＲＡＭに格納される。図（ａ），（ｃ）はそのことを示している。なお、ここでは第３の波長の全周光ＬR については説明しない。パッケージ４０の移動速度をＶ、照射基準線５へ入射する第１の波長の面状の光ＬG の照射基準水平面４に対する角度である撮像角をθとする。図（ｂ）の場合に第１の波長の面状の光ＬG がバンプ４１の水平頂点に入射した時刻と第２の波長の面状の光ＬB がバンプ４１の水平頂点に入射した時刻との差分をΔＴ１、互いに同期されている第１の一次元光センサー２１と第２の一次元光センサー２２とのスキャンレートをα、ＶＲＡＭにおけるイメージデータ５１Ｇの重心位置の時刻とイメージデータ５１Ｂの重心位置の時刻との差分をΔＤ１とすると、図５（ｂ）より、
tanθ＝ΔＨ１／（Ｖ×ΔＴ１）
ΔＤ１＝ΔＴ１／α
であるので、
ΔＨ１＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤ１ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
α、Ｖ、θがそれぞれ定数であるとすると、
α・Ｖ・tanθ＝ｋ
とおいて、
ΔＨ１＝ｋ・ΔＤ１ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
となる。つまり、バンプ４１の高さΔＨ１は第１の波長の面状の光ＬG によるＶＲＡＭにおけるイメージデータ５１Ｇの重心位置の時刻とイメージデータ５１Ｂの重心位置の時刻との差分ΔＤ１に比例する。図（ｄ）の場合は、バンプ４１の高さΔＨ２はより小さいが（ΔＨ２＜ΔＨ１）、原理は同じであり、
ΔＨ２＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤ２ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
ΔＨ２＝ｋ・ΔＤ２ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４）
となる。一般に、バンプ４１の高さをΔＨで表し、第１の波長の面状の光ＬG と第２の波長の面状の光ＬB による両イメージデータの重心位置の時刻間差分をΔＤとすると、
ΔＨ＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（５）
ΔＨ＝ｋ・ΔＤ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６）
α，Ｖ，θが可変のときは、画像処理系３３は式（５）に基づいてバンプ高さΔＨを算出し、α，Ｖ，θがいずれも定数で、α・Ｖ・tanθ＝ｋのときは、画像処理系３３は式（６）に基づいてバンプ高さΔＨを算出する。いずれにしても、α，Ｖ，θあるいはｋを画像処理系３３のメモリにあらかじめ格納しておく。あるいは制御系３１のメモリにあらかじめ格納しておいて、画像処理系３３からの転送要求のアクセスにより読み出す。バンプ高さΔＨが大きいほどΔＤも大きく、ΔＨが小さいほどΔＤも小さくなる。ΔＤを求めることによってバンプ高さΔＨを計測することができる。バンプ高さの許容範囲の下限をＨth1 、上限をＨth2 とすると、
Ｈth1≦ΔＨ≦Ｈth2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７）
のときに、バンプ高さが正常であると判定し、この許容範囲外のときに異常であると判定する。Ｈth1 ，Ｈth2 についてもあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ高さの判定は電子的にバンプの１つずつについて行う。
【００２４】
次に、図６〜図９に基づいて画像処理系３３によるバンプの変形の有無の判定の手法について説明する。まず、図６に基づいて突起の有無判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な・大きさ形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。添字のＧ，Ｂ，Ｒはそれぞれ第１の波長の面状の光ＬG （Ｇ：緑）、第２の波長の面状の光ＬB （Ｂ：青）、第３の波長の全周光ＬR （Ｒ：赤）に対応している。この添字については以下同様である。図の（ｃ）は、バンプ４１の形状が図（ｄ）に示すように突起４１ａを有している場合に対応し、バンプ４１に水平頂点がないことから、イメージデータには第１の波長の面状の光ＬG および第２の波長の面状の光ＬB によるものがなく、第３の波長の全周光ＬR による同心円的な２つのイメージデータ５３Ｒ，５４Ｒのみが示されている。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、所定の大きさのウインドウ６１を設定し、ウインドウ６１内にＶＲＡＭから第１の波長の面状の光ＬG および第２の波長の面状の光ＬBによるイメージデータ５５Ｇ，５５Ｂを読み出す。そして、イメージデータ５５Ｇ，５５Ｂそれぞれの面積Ｇｓ，Ｂｓを演算し、それらの和と突起判定しきい値ＴＨｓ1 とを比較し、
Ｇｓ＋Ｂｓ＜ＴＨｓ1 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８）
のように面積和がしきい値未満となるときは突起有りの異常と判定し、面積和がしきい値以上となるときは突起無しの正常と判定する。ＴＨｓ1 はあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。突起の有無の判定はバンプの１つずつについて行う。
【００２５】
次に、図７に基づいて画像処理系３３によるバンプ無しの判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。図の（ｃ）は、バンプ４１が図（ｄ）に示すように潰れた状態になっている場合すなわちバンプ無しの場合に対応し、潰れ半田４１ｂに水平頂点が多いことから、第１の波長の面状の光ＬG によるイメージデータ５６Ｇおよび第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５６Ｂが不規則な形状で分散している。また、第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータはない。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、所定の大きさのウインドウ６１を設定し、ウインドウ６１内にＶＲＡＭから第１の波長の面状の光ＬG および第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５６Ｇ，５６Ｂを読み出す。そして、イメージデータ５６Ｇ，５６Ｂそれぞれの面積Ｇｓ，Ｂｓを演算し、それらの和とバンプ無し判定しきい値ＴＨｓ2 とを比較し、
Ｇｓ＋Ｂｓ＞ＴＨｓ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（９）
のように面積和がしきい値を超えるときはバンプ無しの異常と判定し、面積和がしきい値以下となるときはバンプ有りの正常と判定する。ＴＨｓ2 もあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ無しの判定はバンプの１つずつについて行う。式（８）でも式（９）でも面積の和Ｇｓ＋Ｂｓを算出しているので、図６の突起の有無の判定に引き続いて図７のバンプ無しの判定を行うようにすることが好ましい。すなわち、ＴＨｓ1 ＜ＴＨｓ2として、
ＴＨｓ1＜Ｇｓ＋Ｂｓ＜ＴＨｓ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（10）
の判定を行うようにすればよい。式（10）を満たすときは、突起なしでかつ潰れなしの正常と判定することになる。
【００２６】
次に、図８に基づいて画像処理系３３によるバンプ径の判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。バンプ径は正常で、イメージデータ５１Ｒの面積をＲｓとすると、所定の許容範囲に収まっている。すなわち、許容範囲の下限をＴＨｓ3 、上限をＴＨｓ4 とすると、
ＴＨｓ3≦Ｒｓ≦ＴＨｓ4 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（11）
となっている。図の（ｃ）は、図（ｄ）に示すようにバンプ４１の高さは正常であるが、バンプ径が過剰に小さくなっている場合に対応し、第１の波長の面状の光ＬG によるイメージデータ５７Ｇおよび第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５７Ｂの大きさ、位置関係は図（ａ）の場合とあまり変化はないが、第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５７Ｒの大きさがかなり小さくなっている。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、所定の大きさのウインドウ６１を設定し、ウインドウ６１内にＶＲＡＭから第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５７Ｒを読み出す。そして、イメージデータ５７Ｒの面積Ｒｓを演算し、２つのしきい値ＴＨｓ3 、ＴＨｓ4 （ただし、ＴＨｓ3＜ＴＨｓ4）と比較し、
Ｒｓ＜ＴＨｓ3 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（12）
のように小さい方のしきい値未満のときはバンプ径過小の異常と判定し、
Ｒｓ＞ＴＨｓ4 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（13）
のように大きい方のしきい値を超えるときはバンプ径過大の異常と判定する。ＴＨｓ3 、ＴＨｓ4 はあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ径の判定はバンプの１つずつについて行う。
【００２７】
次に、図９に基づいて画像処理系３３によるバンプ欠けの判定について説明する。図の（ａ）は、バンプ４１の形状が図（ｂ）に示すように半球状である正常な大きさ・形状の場合に対応したイメージデータ５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｒを示す。図の（ｃ）は、図（ｄ）に示すようにバンプ４１の高さは正常であるが、周面の一部に欠け４１ｂが生じている場合に対応し、第１の波長の面状の光ＬG によるイメージデータ５８Ｇおよび第２の波長の面状の光ＬB によるイメージデータ５８Ｂの大きさ、位置関係は図（ａ）の場合とあまり変化はないが、第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５８Ｒには欠損５８Ｒａ，５８Ｒｂが生じている。画像処理系３３は図（ｅ）に示すように、対角線上に８つのウインドウ６２ａ〜６２ｈを設定する。そして、ＶＲＡＭから第３の波長の全周光ＬR によるイメージデータ５８Ｒを読み出し、このイメージデータにおける各ウインドウ６２ａ〜６２ｈごとの個別の面積Ｒｓ1〜Ｒｓ8 を演算し、その８つの面積のうち任意の２つの面積差の絶対値ΔＲｓij＝｜Ｒｓi−Ｒｓj ｜（ｉ＝１，２…８、ｊ＝１，２…８、ｉ≠ｊ、ｉ＜ｊ）をすべて算出し、算出したすべての絶対値の中の最大値ｍａｘ（ΔＲｓij）を欠け判定しきい値Ｔｈｓ5 と比較する。
【００２８】
ｍａｘ（ΔＲｓij）＞ＴＨｓ5 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（14）
のようにしきい値を超えるときはバンプ欠け有りの異常と判定し、そうでないときはバンプ欠け無しの正常と判定する。ＴＨｓ5 もあらかじめ画像処理系３３のメモリまたは制御系３１のメモリに格納しておく。バンプ欠けの判定はバンプの１つずつについて行う。バンプ径の判定でもバンプ欠けの判定でも第３の波長の全周光ＬR のイメージデータのみをＶＲＡＭから読み出しているので、この２つの判定は連続して行うのが好ましい。処理は以下のように行う。
【００２９】
(1) 変数ｉをｉ＝１に、変数ｊをｊ＝２にイニシャルし、また、β0 ＝０にセットする。
【００３０】
(2) ｉ≧８に達したかどうかを判断し、達していないときは (3)に進み、達したときは (9)に進む。
【００３１】
(3) 差分βi＝｜Ｒｓi−Ｒｓj｜を算出する。
【００３２】
(4) βi−βi-1＞０かどうかを判断し、ＹＥＳのときは (5)へ進み、ＮＯのときは (6)へ進む。
【００３３】
(5) 変数ｍａｘ（ΔＲｓij）にβi をセットする。ｍａｘ（ΔＲｓij）←βi (6) ｊ≧８に達したかどうかを判断し、達していないときは (7)に進み、達したときは (8)に進む。
【００３４】
(7) ｊ←ｊ＋１とインクリメントし、 (3)に戻る。
【００３５】
上記の (3)〜 (7)を繰り返すことにより、
｜Ｒｓ1−Ｒｓ2｜，｜Ｒｓ1−Ｒｓ3｜‥‥｜Ｒｓ1−Ｒｓ8｜
の算出が行われ、そのうち最大のものがｍａｘ（ΔＲｓij）としてセットされる。
【００３６】
(8) ｊが一巡したので、今度はｉ←ｉ＋１とインクリメントするとともに、インクリメント後のｉを基準として、ｊ←ｉ＋１とセットし（ｊ＞ｉ）、 (2)に戻る。
【００３７】
上記の (2)〜 (8)を繰り返すことにより、
｜Ｒｓ2−Ｒｓ3｜，｜Ｒｓ2−Ｒｓ4｜‥‥｜Ｒｓ2−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ3−Ｒｓ4｜，｜Ｒｓ3−Ｒｓ5｜‥‥｜Ｒｓ3−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ4−Ｒｓ5｜，｜Ｒｓ4−Ｒｓ6｜‥‥｜Ｒｓ4−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ5−Ｒｓ6｜，｜Ｒｓ5−Ｒｓ7｜，｜Ｒｓ5−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ6−Ｒｓ7｜，｜Ｒｓ6−Ｒｓ8｜，
｜Ｒｓ7−Ｒｓ8｜
の算出が行われる。これで、すべての任意の２つの面積差の絶対値ΔＲｓij＝｜Ｒｓi−Ｒｓj｜のうちの最大のものがｍａｘ（ΔＲｓij）としてセットされる。
【００３８】
ｉ＝７のときに (8)でｉ←ｉ＋１として、ｉ＝８となるが、 (2)に戻ったときの判断がＹＥＳとなり、 (9)に進む。
【００３９】
(9) ｍａｘ（ΔＲｓij）＞Ｔｈｓ5 の判断を行い、ＮＯであるときは (10)に 進み、ＹＥＳであるときは (11)に進む。
【００４０】
(10) バンプ欠け無しの正常状態と判定する。
【００４１】
(11) バンプ欠け有りの異常状態と判定する。
【００４２】
以上でバンプの変形の有無の判定の手法についての説明を終える。
【００４３】
次に、バンプ検査装置の全体の概略の動作を説明する。搬送系３２の搬送ライン１は制御系３１によって一定搬送速度のもとで駆動されているとする。
【００４４】
(S1) バンプ欠陥フラグＦ1 をイニシャルクリアし、Ｆ1←０とする。
【００４５】
(S2) 搬送系３２における開始センサー３２ａにパッケージ４０が到達することによる開始センサー３２ａのＯＮを待って、 (S3) に進む。
【００４６】
(S3) 光学系２における第１ないし第３の一次元光センサー２１，２２，２３を同期してスキャンし、１つのパッケージ４０についての横１列のバンプ４１群のＧ，Ｂ，Ｒの画像データを取り込み、個別にＶＲＡＭに格納する。
【００４７】
(S4) 画像処理系３３におけるＶＲＡＭより１つのバンプに対応したＧ，Ｂのイメージデータを読み出し、重心間の時間距離ΔＤを測定し、式（５）のΔＨ＝α・Ｖ・tanθ・ΔＤまたは式（６）のΔＨ＝ｋ・ΔＤに基づいてバンプ 高さΔＨを演算する。
【００４８】
(S5) 算出したバンプ高さが式（７）による許容範囲（Ｈth1≦ΔＨ≦Ｈth2）か否かを判定し、ＹＥＳのときは (S6) に進み、ＮＯのときはバンプ欠陥フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００４９】
(S6) Ｇ，Ｂのイメージデータそれぞれの面積Ｇｓ，Ｂｓを演算し、面積和Ｇｓ＋Ｂｓを演算する。
【００５０】
(S7) 算出した面積和Ｇｓ＋Ｂｓが式（８）による突起判定基準（Ｇｓ＋Ｂｓ＜ＴＨｓ1）となっていないときは (S8) に進み、なっているときはバンプ欠 陥フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５１】
(S8) 面積和Ｇｓ＋Ｂｓが式（９）によるバンプ無し判定基準（Ｇｓ＋Ｂｓ＞ＴＨｓ2）となっていないときは (S9) に進み、なっているときはバンプ欠陥 フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５２】
(S9) ＶＲＡＭより１つのバンプに対応したＲのイメージデータを読み出し、その面積Ｒｓを演算する。
【００５３】
(S10) 算出した面積Ｒｓが式（11）によるバンプ径についての許容範囲（ＴＨ ｓ3≦Ｒｓ≦ＴＨｓ4）か否かを判定し、ＹＥＳのときは (S11)に進み、Ｎ Ｏのときはバンプ欠陥フラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５４】
(S11) Ｒのイメージデータに基づいて前記の (1)〜(11)で説明したバンプ欠け の判定を式（14）による判定基準（ｍａｘ（ΔＲｓij）＞Ｔｈｓ5）に従って行い、欠け無しのときは (S12)に進み、欠け有りのときはバンプ欠陥フ ラグＦ1 をセットするために (S14)に進む。
【００５５】
(S12) すべてのバンプについて判定処理が終了したか否かを判断し、終了して いないときは (S13)に進み、終了したときは (S15)に進む。
【００５６】
(S13) イメージデータ上での判定処理対象のバンプを１つ進め、 (S3) に戻り 、画像データを引き続き取り込みながら、次のバンプについての判定処理 を行う。
【００５７】
(S14) バンプ欠陥フラグＦ1 をセットする。Ｆ1 ←１。そして (S15)に進む。
【００５８】
(S15) 搬送系３２における終了センサー３２ｂがＯＮするのを待って、 (S16) に進む。
【００５９】
(S16) バンプ欠陥フラグＦ1＝１かどうかを判断し、ＹＥＳのときは (S17)に進み、ＮＯのときは次のパッケージ４０の受け入れを待つために (S2) に戻 る。
【００６０】
(S17) 判定処理終了済みのパッケージ４０が排出処理機構３２ｃに達するまで のアイドリングを行う。
【００６１】
(S18) 排出処理機構３２ｃを駆動して、バンプに何らかの欠陥があったと判定 したパッケージ４０を搬送ライン１から図示しない不良品回収部へ排出す る。これによって不良品が外部に漏れるのを防止する。
【００６２】
(S19) バンプ欠陥フラグＦ1 をクリアし（Ｆ1 ←０）、次のパッケージ４０の 受け入れを待つために (S2) に戻る。
【００６３】
以上のようにしてパッケージ４０を光学系２中に１回通すことにより、すべてのバンプ４１の高さ、有無、変形の検査が可能である。その検査に際して図２に示すように第１および第２の波長の面状のＬG ，ＬB と第３の波長の全周光ＬRとを横１列の複数のバンプ４１に対して同時に照射することと、その反射光をそれぞれ一次元光センサー２１，２２，２３で電気信号に変換し、画像処理系３３において電子的に処理することで検査を行っているので、１つのパッケージのすべてのバンプについての検査に要する時間は高々数１００ｍｓｅｃであり、バンプの１つずつに対して焦点合わせすることをＸＹテーブルを機械的に動かすことにより繰り返し行う従来の技術の場合に要していた時間１０ｓｅｃに比べてきわめて高速に処理することができる。しかも、バンプの高さ、有無の検査だけでなく過小・過大・突起・一部欠けを含めた変形の検査も同時的に行えるので、総合的検査に必要な時間が従来の技術に比べて大幅に少なくてすむ。また、装置をコンパクトに構成することができる。そして、検査精度が高いので、不良品が外部に漏れるのを確実に防止し、基板に対する実装の歩留まりを向上することができる。
【００６４】
なお、バンプの変形判定をしないでもよいときは、 (S6) 〜 (S11)を省略すればよい。この場合、第３のリング状面状光源１３および第３の一次元光センサー２３とビームスプリッタ９は省略する。照射基準水平面４をパッケージ４０の裏面（図では上面）に設定したが、照射基準水平面４は任意の高さに設定してよい。カラーモニター３４を液晶表示装置（ＬＣＤ）とする場合には、ＶＲＡＭからＧ，Ｂ，Ｒの各イメージデータを合成せずにそのまま液晶表示装置に出力するものとする。検査対象としてはバンプに限定するものではなく、任意の部品・部材が対象となる。
【００６５】
〔実施の形態２〕
実施の形態２にかかわるバンプ検査装置は時分割出射方式としたものである。光学系２の構成は図１と同じとする。第１のライン状光源１１による第１の波長の面状の光ＬG の出射タイミングと、第２のライン状光源１２による第２の波長の面状の光ＬB の出射タイミングとを互いにずらし、しかも各光とも互いに同一周期で周期的な点滅動作を行うようにする。タイミングのずらし時間は、搬送ライン１の搬送速度に対応する。第１の波長の面状の光ＬG が第１の一次元光センサー２１に受光されるタイミングはその出射タイミングに対応し、第２の波長の面状の光ＬB が第２の一次元光センサー２２に受光されるタイミングはその出射タイミングに対応するから、各一次元光センサー２１，２２の受光タイミングは自ずと互いにずれることになる。ただし、第１の波長の面状の光ＬG の出射タイミングと第２の波長の面状の光ＬB の出射タイミングとのずれ時間は搬送ライン１の搬送速度に応じて定めるものとする。バンプ４１の高さが正規の場合に、バンプ４１の水平頂点に第１の波長の面状の光ＬG が入射する時刻と第２の波長の面状の光ＬB が入射する時刻との差分の時間ずれとする。バンプ高さが正規のときに両一次元光センサー２１，２２での受光量が最大となり、バンプ高さが正規高さからはずれるに従って受光量が減少する。このことを利用してバンプ高さを計測するのである。第３のリング状面状光源１３による第３の波長の全周光ＬRは連続的に出射するものとする。その他は実施の形態１と同様である。
【００６６】
この実施の形態２の変形形態として、第１のライン状光源１１による第１の波長の面状の光ＬG および第２のライン状光源１２による第２の波長の面状の光ＬB を連続的に出射し、その代わりに第１の一次元光センサー２１と第２の一次元光センサー２２の受光タイミングをずらせるという方法もある。
【００６７】
さらに、上記の実施の形態１または実施の形態２の変形形態として、高さの計測や変形の計測を行わずに、光学系２で取得した画像データをカラーモニター３４に映出することで、検査員が目視で観察するようにしてもよい。観測対象の高さの状態や変形の状態等を一目瞭然に目視観察することができる。この場合、画像処理系３３における処理の負担が軽減される。
【００６８】
【発明の効果】
バンプ検査装置についての本発明によれば、波長が異なる２つの光を角度を異ならせて検査対象に出射し、各反射光を個別に受光し、２つの波長の光による検査対象のイメージデータの電子的な画像処理により検査対象の高さを計測するので、複数の検査対象についての高さ測定処理を共焦点法よりも高速に実行することができる。検査対象と光源との相対移動により２次元分布の検査対象（例えばＢＧＡやＣＳＰなどの面実装タイプのパッケージに２次元的に配列された複数のバンプ）についての高さ計測処理も共焦点法に比べて高速に実行することができる。また、第３の波長の光を検査対象にその周囲から均等に出射する場合には、検査対象の変形（大きさの異常、形の異常など）も検査でき、一層の高速化と構造の簡素化および低廉化を図ることができる。また、取得した画像データをカラーモニターに映出することで、観測対象の高さの状態や変形の状態等を検査員が一目瞭然に目視観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる高さ測定装置が適用されたバンプ検査装置の光学系の概略構成図
【図２】実施の形態において横１列の複数のバンプに対する各波長の光に入射の様子を示す平面図
【図３】実施の形態のバンプ検査装置の全体の概略構成を示すブロック図
【図４】実施の形態のバンプ検査装置においてカラーモニターに映出された１つのパッケージについてのすべてのバンプのＧ，Ｂ，Ｒの２次元カラー画像の図
【図５】実施の形態におけるバンプ高さの計測の手法の説明図
【図６】実施の形態におけるバンプの突起の有無の判定手法の説明図
【図７】実施の形態におけるバンプ無しの判定手法の説明図
【図８】実施の形態におけるバンプ径の判定手法の説明図
【図９】実施の形態におけるバンプ欠けの判定手法の説明図
【符号の説明】
１……搬送ライン ２……光学系
４……照射基準水平面 ７……ハーフミラー
９……ビームスプリッタ １１……第１のライン状光源
１２……第２のライン状光源 １３……第３のリング状面状光源
２１……第１の一次元光センサー ２２……第２の一次元光センサー
２３……第３の一次元光センサー ３１……制御系
３２……搬送系 ３２ａ…開始センサー
３２ｂ…終了センサー ３２ｃ…排出処理機構
３３……画像処理系 ３４……カラーモニター
４０……パッケージ ４１……バンプ
ＬG ……第１の波長の面状の光 ＬB ……第２の波長の面状の光
ＬR ……第３の波長の全周光
Claims (6)
- 第１の波長の光を検査対象に向けて出射する第１波長光出射手段と、第２の波長の光を前記第１の波長の光とは異なる角度で検査対象に向けて出射する第２波長光出射手段と、第３の波長の光を検査対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射する第３波長光出射手段と、検査対象からの第１の波長の反射光を受光する第１受光手段と、検査対象からの第２の波長の反射光を受光する第２受光手段と、検査対象からの第３の波長の反射光を受光する第３受光手段とを備え、前記第１受光手段および第２受光手段の受光結果に基づいて検査対象の高さを計測するとともに、第１から第３までの受光手段の受光結果に基づいて検査対象の変形も検査するように構成されている高さ測定装置。
- 第１波長光出射手段と第２波長光出射手段とはそれぞれ第１の波長の光、第２の波長の光として互いに所定の基準面上で線状に交わる面状の光を出射するように構成され、検査対象と前記両出射手段とを前記基準面に沿った方向に相対的に移動可能に構成してある請求項１に記載の高さ測定装置。
- 検査対象をパッケージに２次元的に配列された複数のバンプとする請求項２に記載の高さ測定装置。
- 出射する光の波長を異ならせる代わりに、出射タイミングまたは受光タイミングを互いに異ならせるように構成されている請求項１から請求項３までのいずれかに記載の高さ測定装置。
- 互いに異なる第１，第２の波長の光を互いに異なる角度で検査対象に出射するとともに、第３の波長の光を検査対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射し、検査対象からの第１の波長の反射光および第２の波長の反射光の受光結果に基づいて検査対象の高さを計測するとともに、検査対象からの第１の波長の反射光、第２の波長の反射光および第３の波長の反射光の受光結果に基づいて検査対象の変形も検査する高さ測定方法。
- 第１の波長の光を観測対象に向けて出射する第１波長光出射手段と、第２の波長の光を前記第１の波長の光とは異なる角度で観測対象に向けて出射する第２波長光出射手段と、第３の波長の光を観測対象に向けてその周囲からほぼ均等に出射する第３波長光出射手段と、観測対象からの第１の波長の反射光を受光する第１受光手段と、観測対象からの第２の波長の反射光を受光する第２受光手段と、観測対象からの第３の波長の反射光を受光する第３受光手段とを備え、前記第１受光手段、第２受光手段および第３受光手段の受光結果による観測対象の画像を観測するように構成されている観測装置。
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