JP4216485B2 - パターン検査方法およびその装置 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板に形成されたパターンの画像を用いてパターンを外観検査するパターン検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種検査対象の外観検査を行う画像処理技術が提案されている。この種の画像処理技術を、回路基板に形成されたパターンに適用した例は特開平１０−１８５８３２号公報に記載されており、この公報に記載の技術では、検査対象物の表面を均一に照明した状態で検査対象物の正面を撮像手段で撮像することによって、微小な凹凸と比較的大きな凹凸との画像のコントラストの差が大きくなるようにしてある。つまり、コントラスト差によって比較的大きな凹凸である欠陥を非欠陥である微小な凹凸と分離し、欠陥の検出精度を高めている。
【０００３】
ところで、図９に示すように、ベアチップである集積回路１１を回路基板１２に実装する際に、回路基板１２にパターン１３として形成したボンディングパッドと集積回路１１に形成したボンディングパッド１１ａとの間を金線などのワイヤ１４を用いて接続することがある。集積回路１１と回路基板１２との間の接続をワイヤボンディングによって行うときには、ボンディングパッドであるパターン１３に、ピンホール、しみ、凹、凸が不良として存在するとパターン１３とワイヤ１４との接合強度が低下することが知られている。また、不良の種類ごとに不良のサイズと接合強度が低下する程度との関係が異なることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ワイヤボンディングを行うときには、ボンディングパッドであるパターン１３とワイヤ１４との接合強度を確保するために、ボンディングパッドであるパターン１３に生じた不良の種類を区別し、さらに不良のサイズを検出することが要求される。
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載の技術では、回路基板に形成されたパターン１３に生じている不良の種類がピンホール、しみ、凹、凸のいずれであるかを区別することができないという問題がある。また、不良の種類を区別することができないから、当然のことながら、接合強度を確保するためのサイズを不良の種類別に設定することができない。その結果、不良の種類にかかわらずサイズに関して不良と判定する水準をもっとも小さいものに合わせることになり、結果的に不良の発生率が高くなって全体としての歩留まりが低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、不良の種類を識別可能としたパターン検査方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回路基板に金属で形成されたパターンを検査対象とし、検査対象の正面方向から撮像した画像を用いて検査対象の不良の有無を検査する方法であって、検査対象の正面方向から照明したときの画像をテンプレートと比較して不良部分の領域を抽出するとともに不良部分のサイズを計測する第１ステップと、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像内において第１ステップで不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良の種類を識別する第２ステップとを有し、第２ステップにおいて、第１ステップで抽出された不良部分の全領域が周囲よりも明るいときに不良の種類をピンホールと判定し、第１ステップで抽出された不良部分の全領域について周囲との濃度差が規定範囲内であるときに不良の種類をしみと判定し、第１ステップで抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも暗い領域と明るい領域とが順に並ぶときに不良の種類を凹と判定し、第１ステップで抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも明るい領域と暗い領域とが順に並ぶときに不良の種類を凸と判定することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する際に検査対象の周囲の複数の位置から照明し、各位置から照明したときの画像のうち不良部分の領域で不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記検査対象の正面方向からの照明光と前記検査対象の正面方向に対する斜め方向からの照明光とを異なる光色として検査対象を同時に照明し、検査対象のカラー画像から各照明光の色ごとの画像を分離することによって、検査対象の正面方向から照明したときの画像と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像とを抽出することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、回路基板に金属で形成されたパターンを検査対象とし検査対象を正面方向から撮像する撮像装置と、検査対象の正面方向から照明する落射光源と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する斜方光源と、落射光源により検査対象を照明した状態で撮像装置に撮像された画像をテンプレートと比較して不良部分の領域を抽出しかつ不良部分のサイズを計測するとともに、斜方光源により検査対象を照明した状態で撮像装置に撮像された画像内において落射光源での照射時の画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良の種類を識別する画像処理部とを備え、画像処理部は、斜方光源での照射時の画像について、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分の全領域が周囲よりも明るいときに不良の種類をピンホールと判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分の全領域について周囲との濃度差が規定範囲内であるときに不良の種類をしみと判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも暗い領域と明るい領域とが順に並ぶときに不良の種類を凹と判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも明るい領域と暗い領域とが順に並ぶときに不良の種類を凸と判定するものである。
【００１５】
なお、検査対象は平面であることが良品であって、その面に直交する方向を検査対象の正面方向とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に本実施形態の基本的な構成を示す。図示例ではＴＶカメラである撮像手段１によって検査対象２を正面から撮像することができるように、撮像手段１の正面に検査対象２を配置してあり、さらに検査対象２を正面から均一に照明することができる光源（以下、「落射光源」という）３と、検査対象２の正面に対して斜め方向から照明する光源（以下、「斜方光源」という）４とを配置してある。
【００１７】
ただし、検査対象２に対して落射光源３から照射される光の中心線と撮像手段１の光軸とが一致するように、撮像手段１と検査対象２との間にハーフミラー５が配置され、撮像手段１ではハーフミラー５を通して検査対象２を撮像し、落射光源３からの光はハーフミラー５で反射された後に検査対象２に照射されるようにしてある。ただし、この関係は逆であってもよく、撮像手段１が検査対象２をハーフミラー５で反射させて撮像し、落射光源３からハーフミラー５を通して検査対象２に照射してもよい。落射光源３には、光の出射面が円環状であるいわゆるリング照明を用いたり、発光ダイオードのような発光素子を多数個配列した面状光源などを用いたりすればよい。いずれにしても、検査対象２を正面から均一に照明できる構成であれば落射光源３の構成はとくに制限を受けない。
【００１８】
一方、斜方光源４は光の出射面の正面方向が検査対象２の正面方向に対して傾斜するように配置されており、検査対象２に対して斜め方向から光を照射する。斜方光源４としては光の出射面の輝度が均一である面状光源を用いるのが望ましく、また斜方光源４は検査対象２を一様に照明できるように発光面の大きさおよび検査対象２からの距離が設定されている。つまり、斜方光源４は検査対象２をむらなく照明することができるように配置される。
【００１９】
撮像装置１の光軸および落射光源３からの光の中心線を検査対象２の中心付近に位置させるために検査対象２をＸ−Ｙテーブル６の上に載せてある。したがって、Ｘ−Ｙテーブル６によって検査対象２の位置を調節することで撮像装置１および落射光源３と検査対象２との位置合わせを行うから、撮像装置１と落射光源３とハーフミラー５との位置を固定しておくことができ、これらの部材の位置ずれを防止することができる。
【００２０】
落射光源３と斜方光源４とを用いて検査対象２を照明した状態で撮像装置１により検査対象２を撮像することにより得られる画像は、マイコンを主構成とする画像処理部７に入力される。本実施形態では、撮像装置１としてモノクロの濃淡画像を出力するものを用いており、落射光源３と斜方光源４とを照明制御部８によって択一的に点灯させることにより、撮像装置１から出力されている画像が落射光源３と斜方光源４とのどちらで照明されているときの画像かを容易に識別できるようにしてある。ここに、画像処理部７には照明制御部８から落射光源３と斜方光源４とのどちらで検査対象２を照明しているかの情報が入力される。
【００２１】
ところで、本発明における検査対象２は、図９を用いて従来構成として説明したように、パターン１３を形成した回路基板１２であり、本発明では、落射光源３により検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像と、斜方光源４により検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像との特性を利用してパターン１３に生じた不良の種類を区別して検出する。区別可能な不良の種類には、ピンホール、しみ、凹、凸の４種類があり、図３に示すような組合せにより不良の種類を区別する。ピンホールはパターンに生じた小孔、しみはパターンに付着した汚れ、凹はパターンの凹み、凸はパターンの盛り上がりを意味し、図３の１行目にそれぞれの典型例を示してある。図３の２〜４行目は、落射光源３による照明（落射照明）での画像、斜方光源４による検査対象２の左側からの照明（斜方照明（左））での画像、斜方光源４による検査対象２の右側からの照明（斜方照明（右））での画像をそれぞれ示している。ここに、図３において、白抜きは濃度がもっとも高い（明るい）状態、黒塗りは濃度がもっとも低い（暗い）状態を示し、濃度が低いほうに向かって、白抜き（明部という）、細点部（準明部という）、斜線部（準暗部という）、黒塗り（暗部という）で順に表してある。
【００２２】
落射光源３によって検査対象２を照明したときに撮像装置１によって得られる画像は、不良の正面形状が同じであれば、図３の２列目に示すように、濃淡に若干の差が生じるもののほぼ同様の画像になる。ここに、不良部分の周囲の濃度が高い（明るい）のは落射光源３で照明すると正反射に近い反射光が撮像装置１に入射するからである。
【００２３】
斜方光源４からの光を検査対象２の左側から照射するか右側から照射するかは、ピンホールやしみでは差がほとんど生じないが、凹や凸では陰影の位置に差が生じる。また、不良の種類が凹あるいは凸の場合には、不良部分の領域内において周囲よりも明るい領域と暗い領域とが形成される。つまり、凹では斜方光源４に近い側が影になるが遠い側が明るくなり、逆に凸では斜方光源４から遠い側が影になるが近い側が明るくなる。要するに、斜方光源４に近い側から準暗部（周囲）→暗部→明部→準暗部（周囲）と変化すれば凹であり、斜方光源４に近い側から準暗部（周囲）→明部→暗部→準暗部（周囲）と変化すれば凸であると言える。したがって、斜方光源４と検査対象２との位置関係と、明暗の位置関係とを抽出すれば、凹か凸かの区別が可能になる。また、しみは斜方光源４では不良部分が周囲とほぼ同程度の濃度になり（つまり、不良部分の領域と周囲との濃度差が規定範囲内になり）、ピンホールでは斜方光源４を用いたときに不良部分の領域が周囲よりも明るくなる。これは、検査対象が回路基板に形成したパターンであって、パターンが一般に銅箔のような金属であることに起因する特徴であると言える。
【００２４】
したがって、落射光源３で検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像によって検査対象２における不良の有無および位置を知ることができ、斜方光源４で検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像によって不良の種類を識別することができることになる。
【００２５】
いま、落射光源３で検査対象２を照明したときに図４に示す濃淡画像Ｐ１が得られたとする。ここで、図４にＡ部で示す部分については、図５（ａ）のような濃淡画像Ｐ１が得られているものとする。画像処理部７ではまず濃淡画像Ｐ１に微分を施す。濃淡画像Ｐ１を微分すれば濃度変化の大きい部分が強調されて図５（ｂ）のような微分画像Ｐ２が得られる。こうして得られた微分画像Ｐ２にいわゆる膨張処理を施して図５（ｃ）のような画像Ｐ３を生成し、さらにこの画像Ｐ３からエッジを抽出する。抽出されたエッジはあらかじめ設定してあるテンプレートと比較すれば、不良部分を抽出することが可能になる。こうして不良部分が抽出されると、不良部分の位置および大きさ（寸法）の特定が可能になる。
【００２６】
上述のようにして落射光源３により照明したときの画像から不良部分の位置が特定されると、斜方光源４により照明したときの画像に対して上述の特性を利用して不良の種類を識別することができる。
【００２７】
上述した処理の手順をまとめると図２のようになる。すなわち、まずＸ−Ｙテーブル６を移動させて検査対象２と撮像装置１との位置合わせを行う（Ｓ１）。次に、落射光源３を点灯させて撮像装置１で検査対象２を撮像し（Ｓ２）、さらに照明制御部８により落射光源３を消灯させるとともに斜方光源４を点灯させ（Ｓ３）、この状態で撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ４）。このようにして落射光源３を用いて撮像した画像と、斜方光源４を用いて撮像した画像とが得られると、落射光源３による画像から不良部位を特定するとともに不良部分のサイズを計測し（Ｓ５）、さらに不良部位として特定された位置について、斜方光源４による画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定するのである（Ｓ６）。
【００２８】
上述のようにして不良の種類を識別することができるとともに不良部分のサイズを知ることができるから、不良部分の種類ごとにサイズを判別して不良品とすべきか否かの判断を細かく行うことができ、結果的に歩留まりの向上につながる。また、不良の種類ごとの集計をとるようにすれば、検査前の工程での不良の発生原因に応じて製造装置の管理などが可能になり、結果的に前工程における不良の発生率を低減させるような管理が可能になる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では斜方光源４を１個としたが、本実施形態は図６に示すように左右２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いるものである。つまり、斜方光源４ａ，４ｂを用いると不良の種類を識別することができるのであるが、斜方光源４ａ，４ｂと不良部位との距離が大きいほど、斜方光源４ａ，４ｂからの光が検査対象の表面となす角度が小さくなるから、不良部位における濃度変化の特性がより強く生じると考えられる。そこで、本実施形態では、落射光源３を用いて撮像した画像によって不良部位の位置が特定されると、その位置から遠いほうの斜方光源４ａ，４ｂによって得られた画像を用いることによって、不良の種類の識別を第１の実施の形態よりも容易にしているのである。
【００３０】
本実施形態において不良を検出する手順は、図７に示すように、第１の実施の形態とほぼ同様であって、まずＸ−Ｙテーブル６を移動させて検査対象２と撮像装置１との位置合わせを行い（Ｓ１）、次に、落射光源３を点灯させて撮像装置１で検査対象２を撮像し（Ｓ２）、照明制御部８により落射光源３を消灯させるとともに図６の左側の斜方光源４ａを点灯させ（Ｓ３）、この状態で撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ４）。さらに、照明制御部８により図６の左側の斜方光源４ａを消灯させるとともに図６の右側の斜方光源４ｂを点灯させ（Ｓ５）、この状態で撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ６）。落射光源３を用いて撮像した画像と、左右２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いてそれぞれ撮像した画像とが得られると、落射光源３による画像から不良部位を特定するとともに不良部分のサイズを計測する（Ｓ７）。ここで、不良部位が画像の中央に対して左右どちら側に偏っているかを判定し（Ｓ８）、右側の不良部位であれば左側の斜方光源４ａで照明したときの画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定し（Ｓ９）、左側の不良部位であれば右側の斜方光源４ｂで照明したときの画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定する（Ｓ１０）。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。なお、本実施形態では２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いているが、さらに多数個の斜方光源を検査対象２の周囲に配置してもよい。
【００３１】
（第３の実施の形態）
本実施形態は、第２の実施の形態と同様に２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いるものであるが、第２の実施の形態では落射光源３と各斜方光源４ａ，４ｂとを別々に点灯させていたのに対して、本実施形態では落射光源３と２個の斜方光源４ａ，４ｂとを同時に点灯可能としたものである。このような動作を実現するために、本実施形態では撮像装置１としてカラーＴＶカメラを用い、落射光源３と各斜方光源４ａ，４ｂの各発光色を異ならせている。つまり、落射光源３と各斜方光源４ａ，４ｂとをそれぞれ異なる発光色として、撮像装置１において得られるカラー画像から画像処理部７において色ごとの情報を分離抽出することにより、第２の実施の形態において３回の撮像を行って得た情報と同等の情報を１回の撮像によって得るのである。
【００３２】
いま、撮像装置１での色情報の分離を容易にするために、落射光源３の発光色を赤色、図６における左側の斜方光源４ａの発光色を緑色、図６における右側の斜方光源の発光色を青色に設定しているものとする。図８に示すように、本実施形態では、まずＸ−Ｙテーブル６を移動させて検査対象２と撮像装置１との位置合わせを行い（Ｓ１）、次に、落射光源３と２個の斜方光源４ａ，４ｂとを同時に点灯させ（Ｓ２）、撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ３）。画像処理部７では、撮像装置１で撮像されたカラー画像について、赤色成分と緑色成分と青色成分とが分離して処理される。赤色成分は落射光源３により撮像された画像になるから、赤色成分の画像から不良部位を特定するとともに不良部分のサイズを計測する（Ｓ４）。ここで、不良部位が画像の中央に対して左右どちら側に偏っているかを判定し（Ｓ５）、右側の不良部位であれば左側の斜方光源４ａでの照明に相当する緑色成分の画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定し（Ｓ６）、左側の不良部位であれば右側の斜方光源４ｂでの照明に相当する青色成分の画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定する（Ｓ７）。このように、本実施形態では第２の実施の形態と同様の情報量を持ちながらも、処理手順が第２の実施の形態よりも少なくなる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、照明方向を変えることによって、検査対象の正面から照明したときの画像に基づいて不良部分の領域およびサイズを抽出することができ、検査対象の正面に対して斜め方向から照明したときの画像内において、正面から照明したときの画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良部分の種類を識別することができるという利点がある。不良部分の種類としては、ピンホールとしみと凹と凸との４種類の不良をそれぞれ他の不良と区別して抽出するから、これらの不良の発生を抑制するための対策をとりやすくなる。しかも、不良部分の種類ごとにサイズを判別することができるから、不良品とすべきか否かの判断を細かく行うことができる。
【００３８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する際に検査対象の周囲の複数の位置から照明し、各位置から照明したときの画像のうち不良部分の領域で不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別することを特徴としており、検査対象を複数の方向から照明するとともに不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別するから、不良の種類の識別が容易になる。
【００３９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記検査対象の正面方向からの照明光と前記検査対象の正面方向に対する斜め方向からの照明光とを異なる光色として検査対象を同時に照明し、検査対象のカラー画像から各照明光の色ごとの画像を分離することによって、検査対象の正面方向から照明したときの画像と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像とを抽出することを特徴としており、カラー画像を用いることによって検査対象を複数の光色の照明で同時に照明しても、色ごとの画像を分離することによって照明光を方向別に分離することが可能になり、複数の照明を順に行う場合に比較して短時間で検査することが可能になる。
【００４０】
請求項４の発明の構成によれば、照明方向を変えることによって、検査対象の正面から照明したときの画像に基づいて不良部分の領域およびサイズを抽出することができ、斜方光源により検査対象を照明したときの画像内において、落射光源により検査対象を照明したときの画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良部分の種類を識別することができるという利点がある。不良部分の種類としては、ピンホールとしみと凹と凸との４種類の不良をそれぞれ他の不良と区別して抽出するから、これらの不良の発生を抑制するための対策をとりやすくなる。しかも、不良部分の種類ごとにサイズを判別することができるから、不良品とすべきか否かの判断を細かく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の原理説明図である。
【図４】同上における画像の一例を示す図である。
【図５】同上における画像の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す動作説明図である。
【図９】検査対象物の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 撮像装置
２ 検査対象
３ 落射光源
４ 斜方光源
４ａ，４ｂ 斜方光源
５ ハーフミラー
６ Ｘ−Ｙテーブル
７ 画像処理部
８ 照明制御部
１２ 回路基板
１３ パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板に形成されたパターンの画像を用いてパターンを外観検査するパターン検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、各種検査対象の外観検査を行う画像処理技術が提案されている。この種の画像処理技術を、回路基板に形成されたパターンに適用した例は特開平１０−１８５８３２号公報に記載されており、この公報に記載の技術では、検査対象物の表面を均一に照明した状態で検査対象物の正面を撮像手段で撮像することによって、微小な凹凸と比較的大きな凹凸との画像のコントラストの差が大きくなるようにしてある。つまり、コントラスト差によって比較的大きな凹凸である欠陥を非欠陥である微小な凹凸と分離し、欠陥の検出精度を高めている。
【０００３】
ところで、図９に示すように、ベアチップである集積回路１１を回路基板１２に実装する際に、回路基板１２にパターン１３として形成したボンディングパッドと集積回路１１に形成したボンディングパッド１１ａとの間を金線などのワイヤ１４を用いて接続することがある。集積回路１１と回路基板１２との間の接続をワイヤボンディングによって行うときには、ボンディングパッドであるパターン１３に、ピンホール、しみ、凹、凸が不良として存在するとパターン１３とワイヤ１４との接合強度が低下することが知られている。また、不良の種類ごとに不良のサイズと接合強度が低下する程度との関係が異なることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ワイヤボンディングを行うときには、ボンディングパッドであるパターン１３とワイヤ１４との接合強度を確保するために、ボンディングパッドであるパターン１３に生じた不良の種類を区別し、さらに不良のサイズを検出することが要求される。
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載の技術では、回路基板に形成されたパターン１３に生じている不良の種類がピンホール、しみ、凹、凸のいずれであるかを区別することができないという問題がある。また、不良の種類を区別することができないから、当然のことながら、接合強度を確保するためのサイズを不良の種類別に設定することができない。その結果、不良の種類にかかわらずサイズに関して不良と判定する水準をもっとも小さいものに合わせることになり、結果的に不良の発生率が高くなって全体としての歩留まりが低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、不良の種類を識別可能としたパターン検査方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回路基板に金属で形成されたパターンを検査対象とし、検査対象の正面方向から撮像した画像を用いて検査対象の不良の有無を検査する方法であって、検査対象の正面方向から照明したときの画像をテンプレートと比較して不良部分の領域を抽出するとともに不良部分のサイズを計測する第１ステップと、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像内において第１ステップで不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良の種類を識別する第２ステップとを有し、第２ステップにおいて、第１ステップで抽出された不良部分の全領域が周囲よりも明るいときに不良の種類をピンホールと判定し、第１ステップで抽出された不良部分の全領域について周囲との濃度差が規定範囲内であるときに不良の種類をしみと判定し、第１ステップで抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも暗い領域と明るい領域とが順に並ぶときに不良の種類を凹と判定し、第１ステップで抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも明るい領域と暗い領域とが順に並ぶときに不良の種類を凸と判定することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する際に検査対象の周囲の複数の位置から照明し、各位置から照明したときの画像のうち不良部分の領域で不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記検査対象の正面方向からの照明光と前記検査対象の正面方向に対する斜め方向からの照明光とを異なる光色として検査対象を同時に照明し、検査対象のカラー画像から各照明光の色ごとの画像を分離することによって、検査対象の正面方向から照明したときの画像と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像とを抽出することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、回路基板に金属で形成されたパターンを検査対象とし検査対象を正面方向から撮像する撮像装置と、検査対象の正面方向から照明する落射光源と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する斜方光源と、落射光源により検査対象を照明した状態で撮像装置に撮像された画像をテンプレートと比較して不良部分の領域を抽出しかつ不良部分のサイズを計測するとともに、斜方光源により検査対象を照明した状態で撮像装置に撮像された画像内において落射光源での照射時の画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良の種類を識別する画像処理部とを備え、画像処理部は、斜方光源での照射時の画像について、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分の全領域が周囲よりも明るいときに不良の種類をピンホールと判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分の全領域について周囲との濃度差が規定範囲内であるときに不良の種類をしみと判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも暗い領域と明るい領域とが順に並ぶときに不良の種類を凹と判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも明るい領域と暗い領域とが順に並ぶときに不良の種類を凸と判定するものである。
【００１５】
なお、検査対象は平面であることが良品であって、その面に直交する方向を検査対象の正面方向とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に本実施形態の基本的な構成を示す。図示例ではＴＶカメラである撮像手段１によって検査対象２を正面から撮像することができるように、撮像手段１の正面に検査対象２を配置してあり、さらに検査対象２を正面から均一に照明することができる光源（以下、「落射光源」という）３と、検査対象２の正面に対して斜め方向から照明する光源（以下、「斜方光源」という）４とを配置してある。
【００１７】
ただし、検査対象２に対して落射光源３から照射される光の中心線と撮像手段１の光軸とが一致するように、撮像手段１と検査対象２との間にハーフミラー５が配置され、撮像手段１ではハーフミラー５を通して検査対象２を撮像し、落射光源３からの光はハーフミラー５で反射された後に検査対象２に照射されるようにしてある。ただし、この関係は逆であってもよく、撮像手段１が検査対象２をハーフミラー５で反射させて撮像し、落射光源３からハーフミラー５を通して検査対象２に照射してもよい。落射光源３には、光の出射面が円環状であるいわゆるリング照明を用いたり、発光ダイオードのような発光素子を多数個配列した面状光源などを用いたりすればよい。いずれにしても、検査対象２を正面から均一に照明できる構成であれば落射光源３の構成はとくに制限を受けない。
【００１８】
一方、斜方光源４は光の出射面の正面方向が検査対象２の正面方向に対して傾斜するように配置されており、検査対象２に対して斜め方向から光を照射する。斜方光源４としては光の出射面の輝度が均一である面状光源を用いるのが望ましく、また斜方光源４は検査対象２を一様に照明できるように発光面の大きさおよび検査対象２からの距離が設定されている。つまり、斜方光源４は検査対象２をむらなく照明することができるように配置される。
【００１９】
撮像装置１の光軸および落射光源３からの光の中心線を検査対象２の中心付近に位置させるために検査対象２をＸ−Ｙテーブル６の上に載せてある。したがって、Ｘ−Ｙテーブル６によって検査対象２の位置を調節することで撮像装置１および落射光源３と検査対象２との位置合わせを行うから、撮像装置１と落射光源３とハーフミラー５との位置を固定しておくことができ、これらの部材の位置ずれを防止することができる。
【００２０】
落射光源３と斜方光源４とを用いて検査対象２を照明した状態で撮像装置１により検査対象２を撮像することにより得られる画像は、マイコンを主構成とする画像処理部７に入力される。本実施形態では、撮像装置１としてモノクロの濃淡画像を出力するものを用いており、落射光源３と斜方光源４とを照明制御部８によって択一的に点灯させることにより、撮像装置１から出力されている画像が落射光源３と斜方光源４とのどちらで照明されているときの画像かを容易に識別できるようにしてある。ここに、画像処理部７には照明制御部８から落射光源３と斜方光源４とのどちらで検査対象２を照明しているかの情報が入力される。
【００２１】
ところで、本発明における検査対象２は、図９を用いて従来構成として説明したように、パターン１３を形成した回路基板１２であり、本発明では、落射光源３により検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像と、斜方光源４により検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像との特性を利用してパターン１３に生じた不良の種類を区別して検出する。区別可能な不良の種類には、ピンホール、しみ、凹、凸の４種類があり、図３に示すような組合せにより不良の種類を区別する。ピンホールはパターンに生じた小孔、しみはパターンに付着した汚れ、凹はパターンの凹み、凸はパターンの盛り上がりを意味し、図３の１行目にそれぞれの典型例を示してある。図３の２〜４行目は、落射光源３による照明（落射照明）での画像、斜方光源４による検査対象２の左側からの照明（斜方照明（左））での画像、斜方光源４による検査対象２の右側からの照明（斜方照明（右））での画像をそれぞれ示している。ここに、図３において、白抜きは濃度がもっとも高い（明るい）状態、黒塗りは濃度がもっとも低い（暗い）状態を示し、濃度が低いほうに向かって、白抜き（明部という）、細点部（準明部という）、斜線部（準暗部という）、黒塗り（暗部という）で順に表してある。
【００２２】
落射光源３によって検査対象２を照明したときに撮像装置１によって得られる画像は、不良の正面形状が同じであれば、図３の２列目に示すように、濃淡に若干の差が生じるもののほぼ同様の画像になる。ここに、不良部分の周囲の濃度が高い（明るい）のは落射光源３で照明すると正反射に近い反射光が撮像装置１に入射するからである。
【００２３】
斜方光源４からの光を検査対象２の左側から照射するか右側から照射するかは、ピンホールやしみでは差がほとんど生じないが、凹や凸では陰影の位置に差が生じる。また、不良の種類が凹あるいは凸の場合には、不良部分の領域内において周囲よりも明るい領域と暗い領域とが形成される。つまり、凹では斜方光源４に近い側が影になるが遠い側が明るくなり、逆に凸では斜方光源４から遠い側が影になるが近い側が明るくなる。要するに、斜方光源４に近い側から準暗部（周囲）→暗部→明部→準暗部（周囲）と変化すれば凹であり、斜方光源４に近い側から準暗部（周囲）→明部→暗部→準暗部（周囲）と変化すれば凸であると言える。したがって、斜方光源４と検査対象２との位置関係と、明暗の位置関係とを抽出すれば、凹か凸かの区別が可能になる。また、しみは斜方光源４では不良部分が周囲とほぼ同程度の濃度になり（つまり、不良部分の領域と周囲との濃度差が規定範囲内になり）、ピンホールでは斜方光源４を用いたときに不良部分の領域が周囲よりも明るくなる。これは、検査対象が回路基板に形成したパターンであって、パターンが一般に銅箔のような金属であることに起因する特徴であると言える。
【００２４】
したがって、落射光源３で検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像によって検査対象２における不良の有無および位置を知ることができ、斜方光源４で検査対象２を照明したときに撮像装置１で得られる画像によって不良の種類を識別することができることになる。
【００２５】
いま、落射光源３で検査対象２を照明したときに図４に示す濃淡画像Ｐ１が得られたとする。ここで、図４にＡ部で示す部分については、図５（ａ）のような濃淡画像Ｐ１が得られているものとする。画像処理部７ではまず濃淡画像Ｐ１に微分を施す。濃淡画像Ｐ１を微分すれば濃度変化の大きい部分が強調されて図５（ｂ）のような微分画像Ｐ２が得られる。こうして得られた微分画像Ｐ２にいわゆる膨張処理を施して図５（ｃ）のような画像Ｐ３を生成し、さらにこの画像Ｐ３からエッジを抽出する。抽出されたエッジはあらかじめ設定してあるテンプレートと比較すれば、不良部分を抽出することが可能になる。こうして不良部分が抽出されると、不良部分の位置および大きさ（寸法）の特定が可能になる。
【００２６】
上述のようにして落射光源３により照明したときの画像から不良部分の位置が特定されると、斜方光源４により照明したときの画像に対して上述の特性を利用して不良の種類を識別することができる。
【００２７】
上述した処理の手順をまとめると図２のようになる。すなわち、まずＸ−Ｙテーブル６を移動させて検査対象２と撮像装置１との位置合わせを行う（Ｓ１）。次に、落射光源３を点灯させて撮像装置１で検査対象２を撮像し（Ｓ２）、さらに照明制御部８により落射光源３を消灯させるとともに斜方光源４を点灯させ（Ｓ３）、この状態で撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ４）。このようにして落射光源３を用いて撮像した画像と、斜方光源４を用いて撮像した画像とが得られると、落射光源３による画像から不良部位を特定するとともに不良部分のサイズを計測し（Ｓ５）、さらに不良部位として特定された位置について、斜方光源４による画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定するのである（Ｓ６）。
【００２８】
上述のようにして不良の種類を識別することができるとともに不良部分のサイズを知ることができるから、不良部分の種類ごとにサイズを判別して不良品とすべきか否かの判断を細かく行うことができ、結果的に歩留まりの向上につながる。また、不良の種類ごとの集計をとるようにすれば、検査前の工程での不良の発生原因に応じて製造装置の管理などが可能になり、結果的に前工程における不良の発生率を低減させるような管理が可能になる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では斜方光源４を１個としたが、本実施形態は図６に示すように左右２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いるものである。つまり、斜方光源４ａ，４ｂを用いると不良の種類を識別することができるのであるが、斜方光源４ａ，４ｂと不良部位との距離が大きいほど、斜方光源４ａ，４ｂからの光が検査対象の表面となす角度が小さくなるから、不良部位における濃度変化の特性がより強く生じると考えられる。そこで、本実施形態では、落射光源３を用いて撮像した画像によって不良部位の位置が特定されると、その位置から遠いほうの斜方光源４ａ，４ｂによって得られた画像を用いることによって、不良の種類の識別を第１の実施の形態よりも容易にしているのである。
【００３０】
本実施形態において不良を検出する手順は、図７に示すように、第１の実施の形態とほぼ同様であって、まずＸ−Ｙテーブル６を移動させて検査対象２と撮像装置１との位置合わせを行い（Ｓ１）、次に、落射光源３を点灯させて撮像装置１で検査対象２を撮像し（Ｓ２）、照明制御部８により落射光源３を消灯させるとともに図６の左側の斜方光源４ａを点灯させ（Ｓ３）、この状態で撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ４）。さらに、照明制御部８により図６の左側の斜方光源４ａを消灯させるとともに図６の右側の斜方光源４ｂを点灯させ（Ｓ５）、この状態で撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ６）。落射光源３を用いて撮像した画像と、左右２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いてそれぞれ撮像した画像とが得られると、落射光源３による画像から不良部位を特定するとともに不良部分のサイズを計測する（Ｓ７）。ここで、不良部位が画像の中央に対して左右どちら側に偏っているかを判定し（Ｓ８）、右側の不良部位であれば左側の斜方光源４ａで照明したときの画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定し（Ｓ９）、左側の不良部位であれば右側の斜方光源４ｂで照明したときの画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定する（Ｓ１０）。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。なお、本実施形態では２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いているが、さらに多数個の斜方光源を検査対象２の周囲に配置してもよい。
【００３１】
（第３の実施の形態）
本実施形態は、第２の実施の形態と同様に２個の斜方光源４ａ，４ｂを用いるものであるが、第２の実施の形態では落射光源３と各斜方光源４ａ，４ｂとを別々に点灯させていたのに対して、本実施形態では落射光源３と２個の斜方光源４ａ，４ｂとを同時に点灯可能としたものである。このような動作を実現するために、本実施形態では撮像装置１としてカラーＴＶカメラを用い、落射光源３と各斜方光源４ａ，４ｂの各発光色を異ならせている。つまり、落射光源３と各斜方光源４ａ，４ｂとをそれぞれ異なる発光色として、撮像装置１において得られるカラー画像から画像処理部７において色ごとの情報を分離抽出することにより、第２の実施の形態において３回の撮像を行って得た情報と同等の情報を１回の撮像によって得るのである。
【００３２】
いま、撮像装置１での色情報の分離を容易にするために、落射光源３の発光色を赤色、図６における左側の斜方光源４ａの発光色を緑色、図６における右側の斜方光源の発光色を青色に設定しているものとする。図８に示すように、本実施形態では、まずＸ−Ｙテーブル６を移動させて検査対象２と撮像装置１との位置合わせを行い（Ｓ１）、次に、落射光源３と２個の斜方光源４ａ，４ｂとを同時に点灯させ（Ｓ２）、撮像装置１で検査対象２を撮像する（Ｓ３）。画像処理部７では、撮像装置１で撮像されたカラー画像について、赤色成分と緑色成分と青色成分とが分離して処理される。赤色成分は落射光源３により撮像された画像になるから、赤色成分の画像から不良部位を特定するとともに不良部分のサイズを計測する（Ｓ４）。ここで、不良部位が画像の中央に対して左右どちら側に偏っているかを判定し（Ｓ５）、右側の不良部位であれば左側の斜方光源４ａでの照明に相当する緑色成分の画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定し（Ｓ６）、左側の不良部位であれば右側の斜方光源４ｂでの照明に相当する青色成分の画像の濃度変化に基づいて不良の種類を特定する（Ｓ７）。このように、本実施形態では第２の実施の形態と同様の情報量を持ちながらも、処理手順が第２の実施の形態よりも少なくなる。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、照明方向を変えることによって、検査対象の正面から照明したときの画像に基づいて不良部分の領域およびサイズを抽出することができ、検査対象の正面に対して斜め方向から照明したときの画像内において、正面から照明したときの画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良部分の種類を識別することができるという利点がある。不良部分の種類としては、ピンホールとしみと凹と凸との４種類の不良をそれぞれ他の不良と区別して抽出するから、これらの不良の発生を抑制するための対策をとりやすくなる。しかも、不良部分の種類ごとにサイズを判別することができるから、不良品とすべきか否かの判断を細かく行うことができる。
【００３８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する際に検査対象の周囲の複数の位置から照明し、各位置から照明したときの画像のうち不良部分の領域で不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別することを特徴としており、検査対象を複数の方向から照明するとともに不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別するから、不良の種類の識別が容易になる。
【００３９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記検査対象の正面方向からの照明光と前記検査対象の正面方向に対する斜め方向からの照明光とを異なる光色として検査対象を同時に照明し、検査対象のカラー画像から各照明光の色ごとの画像を分離することによって、検査対象の正面方向から照明したときの画像と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像とを抽出することを特徴としており、カラー画像を用いることによって検査対象を複数の光色の照明で同時に照明しても、色ごとの画像を分離することによって照明光を方向別に分離することが可能になり、複数の照明を順に行う場合に比較して短時間で検査することが可能になる。
【００４０】
請求項４の発明の構成によれば、照明方向を変えることによって、検査対象の正面から照明したときの画像に基づいて不良部分の領域およびサイズを抽出することができ、斜方光源により検査対象を照明したときの画像内において、落射光源により検査対象を照明したときの画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良部分の種類を識別することができるという利点がある。不良部分の種類としては、ピンホールとしみと凹と凸との４種類の不良をそれぞれ他の不良と区別して抽出するから、これらの不良の発生を抑制するための対策をとりやすくなる。しかも、不良部分の種類ごとにサイズを判別することができるから、不良品とすべきか否かの判断を細かく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の原理説明図である。
【図４】同上における画像の一例を示す図である。
【図５】同上における画像の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態を示す動作説明図である。
【図９】検査対象物の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 撮像装置
２ 検査対象
３ 落射光源
４ 斜方光源
４ａ，４ｂ 斜方光源
５ ハーフミラー
６ Ｘ−Ｙテーブル
７ 画像処理部
８ 照明制御部
１２ 回路基板
１３ パターン
Claims (4)
- 回路基板に金属で形成されたパターンを検査対象とし、検査対象の正面方向から撮像した画像を用いて検査対象の不良の有無を検査する方法であって、検査対象の正面方向から照明したときの画像をテンプレートと比較して不良部分の領域を抽出するとともに不良部分のサイズを計測する第１ステップと、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像内において第１ステップで不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良の種類を識別する第２ステップとを有し、第２ステップにおいて、第１ステップで抽出された不良部分の全領域が周囲よりも明るいときに不良の種類をピンホールと判定し、第１ステップで抽出された不良部分の全領域について周囲との濃度差が規定範囲内であるときに不良の種類をしみと判定し、第１ステップで抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも暗い領域と明るい領域とが順に並ぶときに不良の種類を凹と判定し、第１ステップで抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも明るい領域と暗い領域とが順に並ぶときに不良の種類を凸と判定することを特徴とするパターン検査方法。
- 前記検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する際に検査対象の周囲の複数の位置から照明し、各位置から照明したときの画像のうち不良部分の領域で不良の種類の特徴を最大に表している画像を用いて不良の種類を識別することを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
- 前記検査対象の正面方向からの照明光と前記検査対象の正面方向に対する斜め方向からの照明光とを異なる光色として検査対象を同時に照明し、検査対象のカラー画像から各照明光の色ごとの画像を分離することによって、検査対象の正面方向から照明したときの画像と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明したときの画像とを抽出することを特徴とする請求項１または請求項２記載のパターン検査方法。
- 回路基板に金属で形成されたパターンを検査対象とし検査対象を正面方向から撮像する撮像装置と、検査対象の正面方向から照明する落射光源と、検査対象の正面方向に対して斜め方向から照明する斜方光源と、落射光源により検査対象を照明した状態で撮像装置に撮像された画像をテンプレートと比較して不良部分の領域を抽出しかつ不良部分のサイズを計測するとともに、斜方光源により検査対象を照明した状態で撮像装置に撮像された画像内において落射光源での照射時の画像から不良部分として抽出された領域の周囲の濃度および当該領域の内部の濃度の関係により不良の種類を識別する画像処理部とを備え、画像処理部は、斜方光源での照射時の画像について、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分の全領域が周囲よりも明るいときに不良の種類をピンホールと判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分の全領域について周囲との濃度差が規定範囲内であるときに不良の種類をしみと判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも暗い領域と明るい領域とが順に並ぶときに不良の種類を凹と判定し、落射光源での照射時の画像から抽出された不良部分で検査対象を照明する光源に近い側から周囲よりも明るい領域と暗い領域とが順に並ぶときに不良の種類を凸と判定することを特徴とするパターン検査装置。
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