JP5033587B2 - 印刷はんだ検査装置、及び印刷はんだ検査方法 - Google Patents
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そして特許文献2では、レジスト1a面を仲介して、次のようにして求める。
はんだ高さ=(レジスト1a面からのはんだ高さ)+(パッド1c面からのレジスト1a面高さ)=パッド1c面からのはんだ高さ
したがって、この場合、レジスト1a面の高さが測定されて利用されているが、計算上、最終的にうち消すのでレジスト面の絶対高さの影響を抑えて測定可能である。
請求項4に記載の発明により、はんだの形状により正反射が得られなくとも、散乱光により変位測定ができる。
請求項5に記載の発明により、各受光手段の感度を良い状態にして測定できる。
図1及び図3を用いて、変位センサ2について説明する。
レジスト1aの厚さ測定は、図3における第1の光源OS1、及び第1の光源OS1が基板1上の半透明なレジストの表面を測定点としてその測定点を垂直に照射する第1の光路上にあって、そのレジストの表面からの反射に基づく光と該レジスト下部のパッド面からの反射に基づく光とを取得するための光路を形成し、それらの取得時の光路長(光路位置)を基に、レジストの厚さを測定する光路形成部(2a、2b、2c)と、を含んで構成されている。これらの要素を用いて、主に次の(I−1A)(I―1B)干渉光を利用した方法、(I−2)共焦点を利用した方法により、レジストの厚さを測定する。以下、それらを個別に説明する。
図5(A)に、干渉光を利用してレジストの厚さを測定する模擬的な構成を示す。図5は、図3から光路形成部2aを含む必要要素を抜き出して、他の光路等を省略して表現したものである。図5において、第1の光源OS1のレーザ光源OS1aからの光をレンズOS1bで平行光にして、光路形成部2aに送る。光路形成部2aにおいて、受けた平行光は、ハーフミラーM1を通過して基板1に対して垂直の第1の光路に配置された対物レンズK5により集光され、その一部は、ハーフミラーM2を介してレジスト1aの表面に垂直に照射される。レジスト1aの表面で反射した反射光はハーフミラーM2へ戻る。ここで、ハーフミラーM2とレジスト1aの表面との間の光路を「測定光路」と言う。測定光路の光路長をb1とする。
図6に、干渉光を利用してレジストの厚さを測定する他の構成例を示す。図6は、図3から光路形成部2bを含む必要要素を抜き出して、他の光路等を省略して表現したものである。図6と図5の構成では、レジスト1a表面の反射光に基づく干渉縞と、レジスト1aの下部からの反射光に基づく干渉縞とを観察して、レジスト1aの厚さを求める点において同じであり、それらの干渉縞を生じさせる測定光路と参照光路の構成の仕方において異なる。そして、レジスト1aの厚さ測定では、図5では、測定光路の光路長を可変して干渉縞を見つけていたが、図6では、参照光路の光路長を可変して干渉縞の振幅の最大となる位置(ピーク位置)をサーチする。
図7に、共焦点を利用してレジスト1aの厚さを測定する模擬的な構成を示す。図7(A)は、図3から光路形成部2cを含む必要要素を抜き出して、他を省略して表現したものである。
図3を基に、変位測定機能を説明する。なお、図3では、第1の受光手段D1と測定点との間の第1の散乱反射光路、第1の受光手段D2と測定点との間の第2の散乱反射光路、及び第2の受光手段D3と測定点との間の正反射光路のそれぞれには、測定点から各反射光を集光して平行光に変換するコリメータレンズと、更にその平行光を測定点へ集光して結像させる集光レンズとを備えた集光機能素子K1,K2、K3を備えている。
(II−1)散乱反射光による変位測定機能(第2のセンシング手段)
第1の光源OS1から発せられた光の一部が光路形成部2a,2b,2cを通過して基板1の表面の測定点(測定しようとする測定対象位置)を垂直方向から第1光軸に沿って照射する。第1の受光手段D1は測定点において該第1の光軸に対して第1の角度θ1で形成される第1の散乱光路上に配置されている。第1の受光手段D2は、第1の光軸に対して第1の散乱光路と反対側に第2の角度θ2で形成される第2の散乱光路上に配置されている。
第2の光源OS2は、第1の光軸に対して斜めの角度θ3を成す第2の光軸の光で測定点を照射する。そして第2の受光手段D3は、測定点にて第2の光源の第2の光軸に対して第3の角度2θ3で形成される正反射光路上に配置されている。
図1に示す位置の変位センサ2は、基台の面に平行な方向(図面に向かって左右方向)に要素間の位置関係を保持したまま、基板1に対してセンサ全体を移動して走査することにより、基板1の広い範囲に亘ってその表面の変位を測定できる構造にされている。
基礎測定部6は、上記(I)に記載したように、レジスト1aの厚さδLを求める。基礎測定部6は、このレジスト1aの厚さを測定部7へ送っても良いし、レジスト1aの厚さを測定しているときの演算部3cからレジスト1aの表面の正反射光による変位L2R(レジスト1a面における上記出力L1、L2をL1R、L2Rで示す。)を受けて、パッド1c面の位置情報PD=L2R−δLを演算して測定部7へ送っても良い。
測定部7は、レジスト1aの面からはんだ1b面までの高さ(変位)を測定する。そのとき、第1の受光手段D1、第1の受光手段D2及び第2の受光手段D3それぞれから光量情報を受けており、演算部3cからは出力L1Hと出力L2H(はんだ1b面における上記出力L1、L2をL1H、L2Hで示す。)の内、散乱反射変位測定系(OS1―D1,D2系統)による光量と正反射変位測定系(OS2―D3系統)による光量の大きさを比較し、光量の大きい方の変位測定系で測定した変位情報(出力L1,出力L2のいずれか)を選択的に受領する。なお、ここでは、はんだ箇所の高さを示す変位出力L1Hと出力L2Hは、いずれもレジスト1aを測定したときのレジスト1aの変位出力L2R(出力L1Rを用いても良いが、レジスト1a面ははんだ箇所に比べほとんど平坦であるから正反射光を用いて測定できるので、その方が光量が多くより正確であるため。)を基準とした変位である。このようにはんだ1b面の変位情報がレジスト1a面を基準とした変位情報であるから、測定部7は、受領した変位情報を、基礎測定部6から受けたレジスト1aの厚さδLで補正して、パッド1c面からのはんだ1b面の高さ(変位)情報Lとして、L=L1H+δLもしくはL=L2H+δLに補正して図2の画像処理部8へ出力する。或いは、パッド1c面の位置情報PD=L2R−δLで、演算部3cからのはんだ1b面における変位L1H、L2Hを校正してパッド1c面の位置情報PDからのはんだ1b面の変位[L1H]’、[L2H]’を直接に求める構成にしても良い。
図2は、主に検査部200の機能構成を示す。その図2で画像処理部8は、制御部12から基板1のレイアウト情報(配置図)と走査して測定しているときの位置情報とを受け、測定部7からその位置情報における高さ(変位)Lを受けて、レイアウト上に変位に応じてはんだ1bの量的な形状を表す立体画像を形成することにより、画像として再現出力する。このとき、測定部7からは、はんだ1bの変位情報としてパッド1c面からの変位情報が得られるので、パッド1c面からの立体形状を形成して表示することができる。
次に変位センサ2について特徴的構成例を説明する。
3 データ処理部、 3a,3b 加算器、 3c 演算部、 4 走査機構、
6 基礎測定部、7 測定部、 8 画像処理部、 9 比較部、10 判定部、
11 表示部、12 制御部、 100 変位測定部、200 検査部
D1,D2 第1の受光手段、D3 第2の受光手段、D4 第3の受光手段、
K1,K2,K3 集光機能素子、 K4 集光レンズ、 K5 対物レンズ
K5a ミラー、 K6,K7 対物レンズ、
M1,M2,M3,M4 ハーフミラー、 M5 ミラー
L1 演算部の出力(散乱反射による変位情報)
L2 演算部の出力(正反射による変位情報)
OS1 第1の光源、 OS1a レーザ光源、 OS1b レンズ
OS2 第2の光源、 P ピンホール手段、 R 範囲
Claims (6)
- 第1の光源(OS1)と、該第1の光源が被測定プリント板上の測定点を垂直に照射する第1の光路上にあって、前記測定点が被測定プリント板の半透明なレジストの表面であるときに該レジストの表面からの反射に基づく光と該レジスト下部のパッド面からの反射に基づく光とを取得するための光路を形成する光路形成部(2a)と、該測定点が被測定プリント板のはんだ面であるときに該測定点から該第1の光源の照射に対する散乱光を受ける第1の受光部(D1,D2)と、第2の光源(OS2)と、該第2の光源からの光を該同じ測定点を前記垂直に対し所定角度斜めの角度で照射されたときの正反射光を受ける第2の受光部(D3)と、を含む変位センサ(2)と、
表面のパッド面にはんだが印刷された前記被測定プリント板の半透明のレジスト面を前記測定点として測定されているときに、前記光路形成手段に対して前記光路の距離を可変させて、前記レジストの表面からの反射に基づく光を取得したときの光路と該レジスト下部のパッド面からの反射に基づく光を取得したときの光路との差違を基に、該レジストの厚さを求める基礎測定部(6)と、
前記被測定プリント板の前記はんだ面を前記測定点としたときに、前記第1の受光部が受けた散乱光に基づく第1の変位、及び前記第2の受光部が受けた正反射光に基づく第2の変位を算出するデータ処理部(3)と、
前記データ処理部により得られた前記第1の変位又は前記第2の変位、及び該基礎測定段階で求めた前記レジストの厚さとを基に、該はんだ面の変位を前記パッド面の位置からの変位として求める測定部(7)と、を備えたことを特徴とする印刷はんだ検査装置。 - 前記光路形成部は、該第1の光源からの光を分岐し一方をプリント板の表面の測定点に垂直な測定光路を通して該測定点を照射し、他方を遠端にミラーを有する参照光路へ送るとともに、該測定点からの反射光と前記ミラーからの反射光を合成した干渉光を出力する干渉光路形成手段(M2,K5,K5a)と、該干渉光を検出する干渉光受光手段(D4)とを有し、
前記基礎測定部は、前記レジスト面を前記測定点として測定されているときに、前記測定光路もしくは前記参照光路の何れかの光路長を変化させたときに前記干渉光受光手段が前記レジストの表面からの反射に基づく干渉光を検出したときと、該レジスト下部のパッド面からの反射に基づく干渉光とを検出したときと、の間における前記光路長の変化量により、該レジストの厚さを求めることを特徴とする請求項1に記載の印刷はんだ検査装置。 - 前記光路形成部は、該第1の光源からの光をプリント板の表面の測定点に垂直に集光させて該測定点を照射するとともに、該測定点からの反射光を集光する対物レンズと、所定位置に配置され該対物レンズが該所定位置に集光した光だけを通過させ、集光しきれない光を除外するピンホール手段(P)と、ピンホール手段を通過した光を検出する集光検出手段(D5)とを有し、
前記基礎測定部は、前記レジスト面を前記測定点として測定されているときに、前記光路形成部を前記垂直方向に移動させたときに、前記集光検出手段が前記レジストの表面からの反射光に基づく集光を検出したときと、該レジスト下部のパッド面からの反射光に基づく集光とを検出したときと、の間における前記光路形成部の移動量により、該レジストの厚さを求めることを特徴とする請求項1に記載の印刷はんだ検査装置。 - 前記データ処理部は、少なくともはんだ面を測定点としているときに、前記第1の受光部と第2の受光部とが受けるそれぞれの光の強さを比較し、
前記測定部は、前記第1の変位又は前記第2の変位のうち前記データ処理部による比較により、受けた光が強い方の受光部のデータを基に算出された変位と、前記レジストの厚さとを基に、該はんだ面の変位を前記パッド面の位置からの変位として求めることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の印刷はんだ検査装置。 - 前記第1の受光部は、2つの受光手段で成り、一つは、前記プリント板の測定点を垂直方向から照射する前記第1の光路の第1の光軸に対して第1の角度θ1で形成される第1の散乱光路上に配置された受光手段(D1)であり、他の一つは、該第1の光軸に対して該第1の散乱光路と反対側に第2の角度θ2で形成される第2の散乱光路上に配置された受光手段(D2)とであり、前記第1の変位は、前記2つの受光手段の出力の和を基に求められ、また、
前記第2の光源は、該第1の光軸に対して斜めの角度θ3を成す第2の光軸で前記測定点を照射し、第2の受光部は、該測定点にて該第2の光源の第2の光軸に対して第3の角度2θ3で形成される正反射光路上に配置されており、前記第2の変位は、該第2の受光部の出力から求められることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の印刷はんだ検査装置。 - 第1の光源が被測定プリント板上の半透明なレジスト面を測定点として該測定点を垂直な第1の光路を介して照射する段階と、
光路形成部を制御して該レジストの表面からの反射に基づく光を取得する光路長を形成させる第1の基礎測定段階と、
前記光路形成部(2a)を移動させて該レジスト下部のパッド面からの反射に基づく光を取得する光路を形成させる第2の基礎測定段階と、
前記第1の基礎測定段階と該第2の基礎測定段階における光路の距離の差違を基に前記レジストの厚さを求める第3の基礎測定段階と、
前記測定点が被測定プリント板のはんだ面であるときに、第1の受光部(D1,D2)が、該測定点から該第1の光源の照射に対する散乱光を受ける第1の受光段階と、
第2の受光部(D3)により、第2の光源からの光を該同じ測定点を前記垂直に対し所定角度斜めの角度で照射されたときの正反射光を受ける第2の受光段階と、
前記第1の受光部が受けた散乱光に基づく第1の変位、又は前記第2の受光部が受けた正反射光に基づく第2の変位を算出するデータ処理段階と、
前記データ処理段階で得られた前記第1の変位又は前記第2の変位、及び該基礎測定段階で求めた前記レジストの厚さとを基に、該はんだ面の変位を前記パッド面の位置からの変位として求める測定段階と、とを備えたことを特徴とする印刷はんだ検査方法。
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