JP6704336B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ボンディングされたワイヤよりも下方に位置する被検査部を検査する検査装置及び検査方法に関する。
ワイヤボンディングが施されている電子部品について、外観検査を行って品質の良否を判断することがある。外観検査としては、例えば、ワイヤ接続部のボール径計測、ワイヤループ形状観察、半導体チップの傷などのチップ欠陥観察、異物の有無の観察、等がある。
ボールやチップ表面を検査したい場合に、その上方にワイヤが存在すると、ワイヤの下に位置するボールやチップの全部又は一部が隠れて検査ができないか、安定しないことがある。そこで、特許文献1では、ワイヤの影を消去してボール径を計測する方法が提案されている。特許文献1の記載の方法は、光学的手段を浅焦点深度とし、焦点を半導体チップ表面に合わせる。これにより、ワイヤは結像することなくボールのみを映し出して、ボールの検査を行う。
特許第2981941号公報
前記特許文献1に記載の方法は、検査対象となるボールを特定し、そこに焦点を合わせて撮影することで、検査対象となるボールのみに焦点が合い、かつ、そのボールに対応するワイヤの影を消去した画像を取得する。すなわち、前記画像は、検査対象となるボール以外の部位(例えば、検査対象となっていないボールや、それに対応するワイヤ)には焦点が合っていないものとなる。このため、検査したいボールが複数ある場合は、ボール毎に、特許文献1に記載された方法で画像を取得しなければならず、特にボールの数が多い場合や、ワイヤが密集している場合は時間や手間がかかる。しかも、特許文献1の方法では、ワイヤの影を消去することから、ワイヤループ形状の検査等、ワイヤに関する検査を同時に行うことができない。このため、ワイヤ検査を行いたい場合は、ワイヤに関する検査を別途行わなければならず、時間や手間がかかる。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、上方にワイヤが位置していても被検査部を短時間で検査することができる検査装置及び検査方法を提供しようとするものである。
本発明の検査装置は、ボンディングされたワイヤよりも下方に位置する被検査部を検査する検査装置において、前記ワイヤ及び被検査部を、被検査部からワイヤまで段階的に合焦するように撮像して高さ方向に焦点の異なる画像を取得する撮像手段と、画像の画素毎に合焦度を演算する合焦度分布演算手段と、各画像における合焦度の分布情報に基づいて、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を取得する高さ情報取得手段と、ワイヤが存在する画素領域を特定するワイヤ領域特定手段と、前記ワイヤ領域特定手段にて特定した画素領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤ領域に対する画素では高さ方向の最上位の合焦度のピークを消去し、ワイヤ領域に対応しない画素では処理を行わないことにより、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成する高さ情報再構成手段と、高さ方向に焦点の異なる複数の画像から全焦点画像を作成する全焦点画像作成手段と、合焦度のピークの高さ位置情報から高さ画像を作成する高さ画像作成手段とを備え、再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、前記全焦点画像作成手段は、ワイヤを含む全焦点画像及びワイヤを含まない全焦点画像作成し、前記高さ画像作成手段は、ワイヤを含む高さ画像及びワイヤを含まない高さ画像を作成することにより、前記被検査部を検査するものである。
本発明の検査装置によれば、撮像手段は、高さ方向において、被検査部からワイヤまで段階的に合焦するように、浅い被写界深度でワイヤ及び被検査部を撮像して、焦点の異なる複数の画像を取得する。撮像手段が被検査部に合焦するように撮像すると、被検査部よりも撮像装置に近い側に位置するワイヤからの反射光は、イメージセンサ上に結像しない。これにより、被検査部に合焦した画像は、ワイヤが除外され、かつ、ワイヤの奥側も映し出されたものとなる。高さ情報再構成手段は、ワイヤ領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤによるピークを消去して、合焦度のピークの高さ位置情報を再構成する。これにより、再構成された合焦度のピークの高さ位置情報は、ワイヤが消去されたものであるため、ワイヤにて遮られた被検査部を検査することができる。
前記高さ情報再構成手段は、高さ方向の最上位のピークをワイヤによるピークとして消去するものであってもよい。これにより、高さ情報再構成手段は、簡単にワイヤのピークを消去することができる。
前記撮像手段は、被検査部に合焦させたときにワイヤが結像しない被写界深度で画像を取得するものとできる。これにより、被検査部に合焦した画像は、精度よくワイヤが消去されたものとなり、ワイヤで遮られた部分を精度よく検査することができる。
前記構成において、高さ方向に焦点の異なる複数の画像から全焦点画像を作成する全焦点画像作成手段を備えるとともに、合焦度のピークの高さ位置情報から高さ画像を作成する高さ画像作成手段を備え、前記高さ情報再構成手段により再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて全焦点画像及び高さ画像を作成してもよい。これにより、ワイヤが消去され、かつ、ワイヤを除く全範囲において焦点の合った全焦点画像及び高さ画像を取得することができる。また、前記全焦点画像作成手段は、ワイヤを含む全焦点画像を作成するとともに、前記高さ画像作成手段は、ワイヤを含む高さ画像を作成するものであってもよい。これにより、正確にワイヤ領域を特定することができるとともに、被検査部及びワイヤが映し出された全焦点画像及び高さ画像を取得することができ、被検査部の検査に加えて、ワイヤの検査を行うことができ、必要な検査を全て設定することができる。
前記構成において、前記全焦点画像から、ワイヤが接続されている接続面領域を特定する接続面領域特定手段と、前記高さ画像の高さ情報から、ワイヤ領域と、ワイヤ以外の領域とを分離する分離手段とを備え、前記ワイヤ領域特定手段は、前記全焦点画像のワイヤ領域のうち、検出対象となるワイヤの、一方の接続面領域と他方の接続面領域とを繋ぐワイヤ領域を特定することができる。これにより、ワイヤ領域の特定を自動化することができ、検査の手間や時間を省略することができる。
前記構成において、前記撮像手段により取得した夫々の画像の合焦度分布を元に、ワイヤが接続されている接続面に対して直交する方向の断面における合焦度分布の表現がされた縦断面合焦度分布を形成する縦断面合焦度分布形成手段を備え、前記ワイヤ領域特定手段は、1本のワイヤの範囲内で所定間隔に離間する位置において、夫々の位置に対応する縦断面合焦度分布に基づいて、合焦度の高い箇所を追跡することにより、1本のワイヤの軌跡を追跡することができる。これにより、ワイヤが密集していたり、複数のワイヤが交差していたりする場合等、高さ方向においてワイヤのピークが複数存在する場合であっても、ワイヤのピークを正確に特定することができる。
本発明の検査方法は、ボンディングされたワイヤよりも下方に位置する被検査部を検査する検査方法において、前記ワイヤ及び被検査部を、被検査部からワイヤまで段階的に合焦するように撮像して 高さ方向に焦点の異なる画像を取得し、画像の画素毎に合焦度を演算し、各画像における合焦度の分布情報に基づいて、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を取得し、ワイヤが存在する画素領域を特定し、ワイヤが存在する画素領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤ領域に対する画素では高さ方向の最上位の合焦度のピークを消去し、ワイヤ領域に対応しない画素では処理を行わないことにより、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成し、再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、ワイヤを含む全焦点画像及びワイヤを含まない全焦点画像作成し、前記高さ画像作成手段は、ワイヤを含む高さ画像及びワイヤを含まない高さ画像を作成することにより、前記被検査部を検査するものである。
前記構成において、被検査部に合焦させたときにワイヤが結像しない被写界深度で画像を取得するものとしてもよい。
前記構成において、再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて全焦点画像及び高さ画像を作成するものであってもよい。また、ワイヤを含む全焦点画像を作成するとともに、ワイヤを含む高さ画像を作成するものであってもよい。
ワイヤ及び被検査部の全焦点画像及び高さ画像に基づいてワイヤ領域を特定してもよい。その方法としては、前記全焦点画像から、ワイヤが接続されている接続面領域を特定し、前記高さ画像の高さ情報から、ワイヤ領域と、ワイヤ以外の領域とを分離し、前記全焦点画像のワイヤ領域のうち、検出対象となるワイヤの、一方の接続面領域と他方の接続面領域とを繋ぐワイヤ領域を抽出し、このワイヤ領域を検出対象のワイヤとして特定することができる。また、ワイヤ領域を特定する他の方法としては、前記撮像手段により取得した夫々の画像の合焦度分布を元に、ワイヤが接続されている接続面に対して直交する方向の断面における合焦度分布の表現がされた縦断面合焦度分布を形成し、1本のワイヤの範囲内で所定間隔に離間する位置において、夫々の位置に対応する縦断面合焦度分布に基づいて、合焦度の高い箇所を追跡することにより、1本のワイヤの軌跡を追跡することができる。
本発明では、ワイヤが消去された合焦度のピークの高さ位置情報を得ることができるため、ワイヤにて遮られた被検査部を検査することができ、上方にワイヤが位置していても被検査部を短時間で検査することができる。
本発明の第1実施形態の検査装置を示すブロック図である。 本発明の検査装置にて検査される検査対象物の簡略平面図である。 前記図2の検査対象物の一部を示す簡略断面図である。 被検査部からの光の反射を示す図である。 被検査部に合焦した画像の一部を拡大した図である。 異なる夫々の画素位置における合焦度のピークと高さ位置との関係を示すグラフ図であり、(a)は画素α、(b)は画素β、(c)は画素γを示す。 前記図2の検査対象物の全焦点画像であり、(a)はワイヤが映し出された画像であり、(b)はワイヤが消去された画像である。 本発明の第1実施形態の検査方法を示すフローチャート図である。 本発明の第2実施形態の検査装置を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態の検査装置により全焦点画像及び距離画像に基づいてボンディングワイヤを検出する方法を示す図である。 本発明の第2実施形態の検査方法を示すフローチャート図である。 本発明の第3実施形態の検査装置を示すブロック図である。 撮像装置により撮像したワイヤ及び接続面の画像を示す図である。 前記図13のA、B、C、Dにおける縦断面合焦度分布を示す図である。 追跡手段による追跡方法を示す概念図である。 前記図13の画素δにおける合焦度のピークと高さ位置との関係を示すグラフ図である。 本発明の第3実施形態の検査方法を示すフローチャート図である。
以下、本発明の実施の形態を図1〜図17に基づいて説明する。
本発明の検査装置は、半導体チップ同士ないしは半導体チップとリードフレーム等の電極基板との間をワイヤボンディングによって接続した半導体装置において、少なくともワイヤよりも下方に位置する被検査部を検査するものである。本実施形態の検査対象物となる半導体装置は、図2に示すように半導体チップ11aの上にさらに半導体チップ11bが設けられ、その上にさらに半導体チップ11cが設けられており、半導体チップが階段状となっている。夫々の半導体チップ11(11a、11b、11c)の上には多数の電極(パッド)12(12a、12b、12c)が形成されており、電極12a―電極12c間、及び電極12a−電極12b間が、夫々ワイヤ13にて接続されている。夫々のパッド12(12a、12b、12c)上には、ワイヤ13と同一材料のボール14(14a、14b、14c)が形成されている。
本実施形態の検査装置にて検査される被検査部15は、ワイヤ13よりも下方に位置する箇所のいずれであってもよく、例えば、チップ11、パッド12、及びボール14のいずれであってもよい。本実施形態において被検査部15は、チップ11、パッド12、及びボール14とする。
本発明の第1実施形態の検査装置は、図1に示すように撮像手段1と、図示省略のコンピュータに設けられる、メモリ10と、合焦度分布演算手段2と、高さ情報取得手段3と、高さ画像作成手段4と、全焦点画像作成手段5と、ワイヤ領域特定手段6と、高さ情報再構成手段7とを備えている。また、コンピュータには表示部(モニタ)8が接続されている。
撮像手段1はCCDカメラ等からなり、撮像物体であるワイヤ13及び被検査部15を含む画像を取得する。撮像手段1はz方向に(上下方向に)移動して、ワイヤ13及び被検査部15と相対的に接近及び離間することができる。すなわち、撮像手段1は、撮像物体との距離を変化させて、上下方向に焦点が異なる画像(図3に示す高さ位置A、B、C、D、Eに夫々合焦した画像)を取得する。このように、撮像手段1は、段階的に合焦する高さ位置を変化させて、焦点の異なる複数の画像を取得する。なお、図3の図示例では5箇所の異なる焦点位置で撮像している(つまり、5枚の画像を撮像している)が、実際は、さらに多くの焦点位置にて撮像する。
これらの画像は、焦点の合った画素位置が夫々異なる。例えば、図3において、高さ位置Aに合焦した画像は、画素γ(e点)で焦点が合い、高さ位置Bに合焦した画像は、画素γ(d点)で焦点が合い、高さ位置Cに合焦した画像は、画素β(c点)で焦点が合い、高さ位置Dに合焦した画像は、画素α(a点)で焦点が合い、高さ位置Eに合焦した画像は、画素β(b点)で焦点が合っている。
撮像手段1は、図示省略の開口絞り手段を備えている。開口絞り手段は、撮像手段1の開口径を大小させることができて、被写界深度を浅くしたり、深くしたりすることができる。開口絞り手段は、撮像手段1により画像を取得する際、被検査部15に合焦させたときにワイヤ13が結像しないように浅い被写界深度とする。ここで、「被写界深度が浅い」とは、ある一点に焦点を合わせたときに、被写体が鮮明に写る深度方向の範囲が狭いことを意味しており、その深度方向の範囲としては、例えば100μm以下である。
撮像手段1の開口絞り手段により浅い被写界深度として、撮像手段1が被検査部15に合焦するように撮像すると、図4に示すように、被検査部15よりも撮像装置1に近い側に位置するワイヤ13からの反射光は、イメージセンサ上に結像しない。これにより、被検査部15に合焦した画像(例えば高さ位置Dに合焦した画像)を一部拡大すると、図5に示すように、ワイヤが消去されて、ワイヤの奥側の被検査部(チップ面、パッド及びボール)が映し出されている。この場合、ワイヤ13が細いほど結像しないため、ワイヤ13の太さは、例えば直径が30μm以下であるのが望ましい。なお、図5において、符号21cは画像に映し出されたチップ、符号22cは画像に映し出されたパッド面、符号23は画像に映し出されたと仮定した場合のワイヤ、符号24cは画像に映し出されたボールを示している。
合焦度分布演算手段2は、画像の画素毎に合焦度を演算するものである。合焦度とは、焦点がどの程度合っているかを表す度合いであり、演算方法は公知公用の種々の方法を用いることができる。合焦度分布演算手段2は、撮像した複数の画像(本実施形態では撮像した全画像、つまり5画像)において、画素毎に合焦度の演算を行う。
高さ情報取得手段3は、全ての画像で、合焦度分布演算手段2により演算された各画像における合焦度の分布情報に基づいて、画素毎に合焦度がピークとなる高さ位置情報を記憶するものである。すなわち、画素α(図3及び図5参照)では、図6(a)に示すように、a点(パッド12c表面の高さ位置)による合焦度のピークaが存在する。画素β(図3及び図5参照)では、図6(b)に示すように、b点(ワイヤ13の高さ位置)による合焦度のピークbが存在し、さらに、c点(チップ11b表面の高さ位置)による合焦度のピークcが存在する。画素γ(図3及び図5参照)では、図6(c)に示すように、d点(ワイヤ13の高さ位置)による合焦度のピークdが存在し、さらに、e点(チップ11a表面の高さ位置)による合焦度のピークeが存在する。このようにして、高さ情報取得手段3は、画素毎で(実際は、さらに多数の画素数が存在する)合焦度がピークとなる高さ位置情報を記憶する。
高さ画像作成手段4は、高さ情報取得手段3により取得された、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、撮像手段1から撮像物体までの高さ画像(図示省略)を作成するものである。すなわち、高さ画像は、撮像手段からの距離に応じて輝度(グレースケール)により表現された画像であり、高さ画像により撮像した物体の高さ情報を得ることができ、例えば、高位のものは淡色で表現され、低位のものは濃色で表現される。その場合、撮像手段1からの距離が近いものは白色に近くなり、撮像手段1からの距離が遠いものは黒色に近くなる。
全焦点画像作成手段5は、焦点の異なる複数の画像データに基づいて、図7(a)(b)に示すような全焦点画像26、27を作成するものである。全焦点画像とは、撮像系と物体との距離を連続的に変化させて(カメラをz方向にスキャンさせて)、焦点の異なる画像を複数枚撮影し、局所領域ごとにフォーカスを評価し、フォーカスの合っている局所画像の組み合わせで再構成したものである。すなわち、全焦点画像26、27は高さ位置A、B、C、D、Eに夫々合焦した複数(5枚)の画像に基づいて作成されたものであり、全焦点画像26、27は、全てのピクセルにおいてフォーカスが合っている。
ワイヤ領域特定手段6は、全焦点画像及び高さ画像を使用して、ワイヤ領域がどの範囲であるかを特定する(つまり、ワイヤ領域を自動抽出する)ものである。ワイヤ領域の抽出方法の一例として、例えば、高さ画像において、ある高さ以上の領域(ある閾値以上の輝度の領域)をワイヤ領域として特定する方法がある。
高さ情報再構成手段7は、ワイヤ領域特定手段6にて特定した画素領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤのピークを消去して、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成するものである。本実施形態では、高さ情報再構成手段7は、高さ方向の最上位のピークをワイヤによるピークとして消去する。すなわち、本実施形態では、ワイヤ領域に対応する画素は、画素β及び画素γであり、画素αはワイヤ領域に対応する画素ではない。このため、高さ情報再構成手段7は画素αについては処理を行わず、画素β及び画素γについて、高さ方向の最上位の合焦度のピーク(図6(b)における合焦度のピークb及び図6(c)における合焦度のピークd)を消去し、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成する。
このようにして再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、高さ画像作成手段4は高さ画像を作成し、全焦点画像作成手段5は、図7(b)のように全焦点画像27を作成する。すなわち、全焦点画像27は、被検査部25に焦点が合っており、かつ、ワイヤ23が消去されたものとなる。しかも、全焦点画像27は、ワイヤ23が映し出された全焦点画像26においてワイヤ23に遮られている被検査部25が映し出されたものとなっている。これに対応する高さ画像も、ワイヤ23に相当する部分が消去され、ワイヤ23に遮られている被検査部25が映し出されたものとなる。
表示部8は、全焦点画像26、27及び高さ画像を表示することができる。すなわち、ワイヤが消去された全焦点画像27及び高さ画像に基づいて、ボール検査、チップ検査、及び異物検査等、ワイヤ以外の検査を行うことができる。また、ワイヤを含めた全焦点画像26及び高さ画像に基づいて、ワイヤ検査を行うことができる。
本発明の検査装置を使用して、ワイヤ13よりも下方に位置する被検査部15(例えばチップ11、パッド12、及びボール14)を検査する方法を図8のフローチャートを用いて説明する。
撮像手段1は、ワイヤ13及び被検査部15が撮影範囲となるようにして、浅い被写界深度(深度方向の範囲が100μm以下)で上下方向に焦点の異なる実画像を複数枚取得する(ステップS1)。これにより、焦点の合った画素位置が夫々異なる複数の画像データ(例えば図3の高さ位置A、B、C、D、Eに夫々合焦した画像)がメモリ10に格納される。この場合、被検査部15に合焦した画像(例えば図3の高さ位置Dに合焦した画像)は、ワイヤが消去されて、ワイヤの奥側の被検査部も映し出されている。
合焦度分布演算手段2は、撮像した複数の画像(本実施形態では撮像した全画像、つまり5画像)において、画素毎に合焦度の演算を行う(ステップS2)。次に、高さ情報取得手段3は、全ての画像において、合焦度分布演算手段2により演算された各画像における合焦度の分布情報に基づいて、図6に示すように、画素毎に合焦度がピークとなる高さ位置情報を記憶する(ステップS3)。
全焦点画像作成手段5は、メモリ10に格納されている画像データから、図7(a)に示すようなワイヤを含む全焦点画像26を作成し、高さ画像作成手段4は、高さ情報取得手段3に基づく情報から、全焦点画像26に対応する図示省略の高さ画像を作成する(ステップS4)。
次に、ワイヤ領域特定手段6は、高さ画像において、ある高さ以上の領域(ある閾値以上の輝度の領域)を抽出して、それをワイヤ領域として特定する(ステップS5)。高さ情報再構成手段7は、ワイヤ領域特定手段6にて特定したワイヤの画素領域(画素β及び画素γ)において、合焦度のピークの高さ位置情報から、高さ方向の最上位のピーク(図6(b)の合焦度のピークb及び図6(c)の合焦度のピークd)を消去する(ステップS6)。一方、画素αでは処理を行わない。このようにして、高さ情報再構成手段7は、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成する。
このようにして再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、高さ画像作成手段4は高さ画像を作成し、全焦点画像作成手段5は、図7(b)のように全焦点画像27を作成する(ステップS7)。
表示部8は、ワイヤを含む全焦点画像26及びその高さ画像と、ワイヤが消去された全焦点画像27及びその高さ画像とを表示し、これに基づいてユーザが検査を行う(ステップS8)。すなわち、ユーザは、ワイヤを含む全焦点画像26及び高さ画像を表示部8に表示させて、ワイヤ検査を行うことができる。また、ユーザは、ワイヤが消去された全焦点画像27及び高さ画像を表示部8に表示させて、ボール検査、チップ検査、及び異物検査等、ワイヤ以外の検査を行うことができる。
本発明の検査装置及び検査方法は、撮像手段1は、高さ方向において、被検査部15からワイヤ13まで段階的に合焦するように、浅い被写界深度でワイヤ13及び被検査部15を撮像して、焦点の異なる複数の画像を取得する。撮像手段1が被検査部15に合焦するように撮像すると、被検査部15よりも撮像装置に近い側に位置するワイヤ13からの反射光は、イメージセンサ上に結像しない。これにより、被検査部15に合焦した画像は、ワイヤ13が除外され、かつ、ワイヤの奥側も映し出されたものとなる。高さ情報再構成手段7は、ワイヤ領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤによるピークを消去して、合焦度のピークの高さ位置情報を再構成する。これにより、再構成された合焦度のピークの高さ位置情報は、ワイヤが消去されたものであるため、ワイヤにて遮られた被検査部15を検査することができ、上方にワイヤが位置していても被検査部を短時間で検査することができる。本実施形態では、高さ情報再構成手段7は、高さ方向の最上位のピークをワイヤによるピークとして消去するものであるため、高さ情報再構成手段7は、簡単にワイヤのピークを消去することができる。
また、本実施形態の検査装置は、ワイヤが消去され、かつ、ワイヤを除く全範囲において焦点の合った全焦点画像27及び高さ画像を取得するとともに、ワイヤを含む全焦点画像26及び高さ画像を作成する。これにより、被検査部の検査に加えて、ワイヤの検査を行うことができ、必要な検査を全て設定することができる。
図9は第2実施形態の検査装置を示し、この第2実施形態の検査装置は、接続面領域特定手段30、分離手段31、傾き補正手段32、ワイヤ領域対応手段33、及びワイヤ領域特定手段34を備えている。
接続面領域特定手段30は、全焦点画像において、ワイヤが接続される接続面領域を特定するものである。具体的には、表示手段に図10(a)に示すような全焦点画像35が表示されており、ユーザが例えばマウスのドラッグ等により、図10(c)に示すように全焦点画像35において接続面領域37の範囲を指定して特定したときに、接続面領域特定手段30は、その指定された範囲を記憶する。複数のワイヤが撮影されている場合、ユーザは、第1のワイヤの一方の接続面領域37a1、第1のワイヤの他方の接続面領域37a2、第2のワイヤの一方の接続面領域37b1、第2のワイヤの他方の接続面領域37b2・・・として、ワイヤを1本ずつ、接続面毎に指定する。このため、接続面領域特定手段30は、指定された接続面領域37が、どのワイヤの接続面であるかについても記憶する。
分離手段31は、図10(b)に示すような高さ画像36において、ワイヤ領域38と、ワイヤ以外の領域とを分離するものである。すなわち、分離手段31は、高さ画像36において、より淡色(白に近い)の部分がワイヤ領域38であるとして、高さ画像36のワイヤ領域38とワイヤ以外の領域とを分離する。
傾き補正手段32は、後述する方法で、高さ画像36において、接続面領域37が水平方向に対して傾斜している場合は、接続面領域37が水平になるように高さ画像36を補正するものである。高さ画像36において接続面領域37が傾きを示している場合、高さの閾値によりワイヤ領域38とワイヤ以外の領域とを分離すると、接続面に沿った分離ができなくなり(つまり、接続面が傾斜しているにもかかわらず、水平方向に分離することになり)、正確にワイヤ領域38とワイヤ以外の領域とを分離することができない。このため、傾き補正手段32は、高さ画像36において接続面領域が傾きを示している場合でも、その傾斜の影響を受けることなく、正確にワイヤ領域38と、ワイヤ以外の領域とを分離することができる。
ワイヤ領域対応手段33は、高さ画像36におけるワイヤ領域38を全焦点画像35に対応させるものであり、全焦点画像35のうち、ワイヤ領域38に相当する部分を囲む等して、全焦点画像35においてワイヤ領域38がどの範囲であるのかをユーザに示す。
ワイヤ領域特定手段34は、全焦点画像35のワイヤ領域38のうち、検出対象となるワイヤの、一方の接続面領域37と他方の接続面領域37とを繋ぐワイヤ領域38を抽出し、このワイヤ領域38を検出対象のワイヤとして特定するものである。つまり、ワイヤ領域特定手段34は、検出対象となる1本のワイヤの軌跡を抽出する。
第2実施形態の検査装置を使用した検査方法について図11を使用して説明する。第2実施形態では、ワイヤ領域の特定方法が前記第1実施形態とは異なっている。第1実施形態のステップS1〜S4と同様に、上下方向に焦点の異なる実画像を複数枚取得し、メモリ10に格納されている画像データから、全焦点画像35及び高さ画像36を作成する(ステップS11〜S14)。
次に、接続面領域特定手段30は、全焦点画像35において接続面領域37a1〜37c2を特定する(ステップS15)。第1の方法は、ユーザが例えばマウスのドラッグ等により、全焦点画像35において、図10(c)の点線で示すようにワイヤを1本ずつ接続面毎に、接続面領域37a1〜37c2の範囲を囲んで指定すると、接続面領域特定手段30は、その指定された範囲を記憶する。このとき、接続面領域特定手段30は、夫々の接続面領域37a1〜37c2が、どのワイヤに対応するものであるかについても記憶する。第2の方法は、第1の方法により予め記憶した情報に基づいて、接続面領域の特定を自動的に行う。接続面領域の特定を自動的に行うには、例えば次のような方法がある。全焦点画像35内で、接続面と離れた位置に存在する模様や物体等を目印として設定し、接続面領域と目印との相対位置を予めコンピュータに記憶させておく。それ以降の撮影で、目印を全焦点画像35内で見つけることにより、記憶している相対位置情報から接続面領域を自動的に特定することができる。なお、目印の設定には、全焦点画像35の代わりに、高さ画像36を使用することも可能である。
次に、分離手段31は、高さ画像36から、ワイヤ領域38と、ワイヤ以外の領域とを分離する。具体的には、分離手段31は、図10(b)に示すように、高さ画像36のワイヤ領域38及び接続面領域37の範囲を、一方の接続面領域37a1、37b1、37c1の範囲(a)、他方の接続面領域37a2、37b2、37c2の範囲(c)、範囲(a)と範囲(c)との間の領域を範囲(b)として、3つの範囲に分割する。範囲(a)及び範囲(c)は、図10(b)に示すように、濃色(黒色)の範囲(接続面領域37)の中に淡色(ドット)の範囲(ワイヤ領域38)があり、かつ、淡色(ドット)の範囲が濃色の範囲の一端部に達している領域であり、接続面からワイヤが立ち上がる範囲である。範囲(b)の領域は、最も淡色(白色)のライン(ワイヤ領域38)を示す領域であり、高位のワイヤの範囲である。
このとき、高さ画像36において、範囲(a)(c)の濃色の部分が、濃淡のグラデーションを有する場合には、接続面領域37の面が水平方向に対して傾斜していることを示している。この場合、傾き補正手段32は、範囲(a)(c)の濃色の部分の色が一律になるように調整して(つまり、高さ画像36において、接続面領域37が水平方向となるように全体を傾斜させて仮想的な接続面領域を生成して)、補正した高さ画像を生成する(ステップS16)。
この補正を行った後、分離手段31は、高さ画像36において、ワイヤ領域38と、ワイヤ以外の領域とを分離する(ステップS17)。すなわち、高さ画像36の範囲(a)〜範囲(c)の夫々の範囲において、より淡色(白に近い)の部分がワイヤ領域38であるとする。範囲(a)では、円形部とここから突出する部分がより淡色となっており、この部分がワイヤ領域38である。範囲(b)では、白色の部分がワイヤ領域38である。範囲(c)では、ライン状の部分がより淡色となっており、この部分がワイヤ領域38である。これにより、高さ画像36において、ワイヤ領域38と、ワイヤ以外の領域とを分離することができる。
その後、ワイヤ領域対応手段33は、高さ画像36におけるワイヤ領域38を全焦点画像35に対応させる(ステップS18)。これにより、全焦点画像35の中で、ワイヤ領域38のみを特定することができる。ワイヤ領域対応手段33は、全焦点画像35においてワイヤ領域38が特定できると、図10(d)の点線で示すように、全焦点画像35のうち、ワイヤ領域38に相当する部分を囲む。これにより、全焦点画像35においてワイヤ領域38がどの範囲であるのかをユーザに示すことができる。
その後、ワイヤ領域特定手段34は、全焦点画像35のワイヤ領域38のうち、検出対象となるワイヤの一方の接続面領域37と、他方の接続面領域37とを繋ぐワイヤ領域38を抽出し、このワイヤ領域38を検出対象のワイヤとして特定する(ステップS19)。例えば第1のワイヤを検出する場合、このワイヤの一方の接続面領域37a1と他方の接続面領域37a2とが接続面領域特定手段30に記憶されているため、ワイヤ領域特定手段34は、第1のワイヤの接続面領域37a1、37a2の情報を読み出し、これらの領域の間にあるワイヤ領域38aのみを抽出する。これにより、ワイヤ領域特定手段34は、図10(e)に示す検査画面(図10(a)の拡大画面)に別のワイヤ領域38dが入っていても、図10(f)に示すように、検出対象となる第1のワイヤ領域38a以外のものを除外して、検出対象となる第1のワイヤの軌跡を抽出することができる。
その後、前記第1実施形態のステップS6〜S8と同様の処理を行う(ステップS20〜ステップS22)。
このように、第2実施形態の検査装置では、チップ等の接続面に対して、検査画面に別のワイヤが入っていても、その影響を受けることなく、正確にワイヤの軌跡を抽出することができる。なお、図9に示す検査装置において、第1実施形態の検査装置と同様の構成については、図1と同様の符号を付して、その説明を省略する。
図12は第3実施形態の検査装置を示し、この第3実施形態の検査装置は、接続面領域特定手段40と、始点・終点演算手段41と、合焦度3次元分布生成手段43と、縦断面合焦度分布形成手段44と、追跡画作成手段45と、ワイヤ領域特定手段46とを備えている。
接続面領域特定手段40は、取得した画像において、ワイヤが接続される接続面の領域を特定するものである。具体的には、表示手段に図13に示すような画像52が表示されており、ユーザが例えばマウスのドラッグ等により、図13の点線の囲みに示すように画像52において接続面領域61の範囲を指定して特定したときに、接続面領域特定手段40は、その指定された範囲を記憶する。
始点・終点演算手段41は、接続面領域特定手段40にて指定された2つの接続面領域61a、61bの位置に基づいて、ワイヤ領域特定手段46による追跡始点及び終点の位置を演算し、記憶するものである。
合焦度3次元分布生成手段43は、撮像面合焦度分布を、撮影位置順に順次記憶することにより、合焦度3次元分布を得ることができる。
縦断面合焦度分布形成手段44は、合焦度3次元分布生成手段43に記憶されている合焦度3次元分布から、ある縦断面上の合焦度分布を切り出し、縦断面合焦度分布を形成するものである。縦断面合焦度分布とは、撮像手段1とワイヤ50との接近及び離間方向(本実施形態ではz方向)の断面(図15参照)における合焦度分布を表現するものである。図14のS(A)、S(B)、S(C)、S(D)に、縦断面合焦度分布の例を示す。例えば、図14の縦断面合焦度分布S(A)は、全画像において、図13のAのライン上の位置に対応する全ての画素位置における合焦度によって形成される。
図13の断面位置Aにおける縦断面合焦度分布は、図14のS(A)に対応する。同様に、図13の断面位置Bにおける縦断面合焦度分布は、図14のS(B)に対応し、図13の断面位置Cにおける縦断面合焦度分布は、図14のS(C)に対応し、図13の断面位置Dにおける縦断面合焦度分布は、図14のS(D)に対応する。図13及び図14では、縦断面合焦度分布は、断面位置A、B、C、Dの4か所のみ記載しているが、実際は、一方の接続面51a(断面位置A)から他方の接続面51b(断面位置D)にわたって無数の縦断面合焦度分布を形成することができる。
図13に示すように、追跡すべきワイヤ50の上方で別のワイヤ53が交差する場合、図14に示すように、縦断面合焦度分布S(A)、S(B)には合焦度の高い箇所である点54、56と、合焦度の高い箇所である線55(55a)が存在し、縦断面合焦度分布S(C)には合焦度の高い箇所である点54、56が存在し、縦断面合焦度分布S(D)には合焦度の高い箇所である点54、56と、合焦度の高い箇所である線55(55b)が存在する。
追跡画作成手段45は、1本のワイヤ50の範囲内で所定間隔に離間する位置(図13におけるA、B、C、Dの位置)において、夫々の位置A、B、C、Dに対応する縦断面合焦度分布(図14におけるS(A)、S(B)、S(C)、S(D))に基づいて追跡画を作成する。すなわち、追跡画作成手段45は、追跡始点に対応する縦断面合焦度分布S(A)から、追跡終点に対応する縦断面合焦度分布S(D)までを連続させた追跡画を作成する。本実施形態では、追跡画として動画とする。この動画を表示手段により表示させると、ユーザはワイヤを視覚的に追跡することができる。
ワイヤ領域特定手段46は、追跡画に基づいて、合焦度の高い箇所を順に追跡するものである。すなわち、ワイヤ領域特定手段46は、図15の矢印に示すように、縦断面合焦度分布S(A)〜S(D)を、始点Aから終点Dまでスキャンすることになる。
第3実施形態の検査装置を使用した検査方法について図17を使用して説明する。本実施形態では、図13に示すように、一方の接続面51a及び他方の接続面51bに接続されたワイヤ50(追跡すべきワイヤ)と、その上方で別のワイヤ53が交差している箇所を撮影した場合について説明する。第3実施形態も、ワイヤ領域の特定方法が前記第1実施形態及び第2実施形態とは異なっており、まず、第1実施形態のステップS1〜S4と同様に、上下方向に焦点の異なる実画像を複数枚取得し、メモリ10に格納されている画像データから、全焦点画像及び高さ画像を作成する(ステップS31〜S34)。
接続面領域特定手段40は、図13に示すように、撮影されたいずれかの画像52において、接続面領域61a、61bを特定する(ステップS35)。なお、画像52は、被写界深度を深くして撮像した画像や、上下方向に焦点の異なる画像に基づいて作成した全焦点画像であり、ワイヤ、ボール、及び接続面が映し出されている。具体的に、第1の方法は、ユーザが例えばマウスのドラッグ等により、画像52において、図13の点線の囲みで示すように、ワイヤ50の一方の端部が接続される一方の接続面51aに対応する接続面領域61aの範囲を囲んで指定し、さらに、ワイヤ50の他方の端部が接続される他方の接続面51bに対応する接続面領域51bを指定する。これにより、接続面領域特定手段40は、その指定された範囲を記憶する。第2の方法は、第1の方法により予め記憶した情報に基づいて、接続面領域の特定を自動的に行う。接続面領域の特定を自動的に行うには、例えば次のような方法がある。画像52内で、接続面と離れた位置に存在する模様や物体等を目印として設定し、接続面領域と目印との相対位置を予めコンピュータに記憶させておく。それ以降の撮影で、目印を画像52内で見つけることにより、記憶している相対位置情報から接続面領域を自動的に特定することができる。
始点・終点演算手段41は、接続面領域特定手段40にて指定された両方の接続面領域61a、61bの位置に基づいて、追跡始点及び終点の位置を演算し、記憶する(ステップS36)。
合焦度3次元分布生成手段43は、撮像面合焦度分布を撮影位置順に順次記憶することにより、合焦度3次元分布を得る(ステップS37)。
縦断面合焦度分布形成手段44は、合焦度3次元分布生成手段43に記憶されている合焦度3次元分布から、ある縦断面上の合焦度分布を切り出し、図14に示すような縦断面合焦度分布を形成する(ステップS38)。このとき、縦断面合焦度分布形成手段44は、図13に示すように、z方向、かつ両接続面51a、51bを結ぶ直線Lと直交する方向(図2の各点線A、B、C、Dの方向)の断面において、図14に示すような縦断面合焦度分布S(A)〜S(D)を形成する。図14及び図15では、縦断面合焦度分布は、断面位置A、B、C、Dの4か所のみ記載しているが、実際は、一方の接続面51a(始点となる断面位置A)から他方の接続面51b(終点となる断面位置D)にわたって無数の縦断面合焦度分布を形成することができる。
追跡画作成手段45は、1本のワイヤ50の範囲内で所定間隔における複数のワイヤ位置(図13におけるA、B、C、Dの位置)に対応する夫々の縦断面合焦度分布(図14におけるS(A)、S(B)、S(C)、S(D))を参照して追跡画を作成する(ステップS39)。このとき、ユーザは、前記所定間隔を設定することができる。すなわち、一方の接続面51aから他方の接続面51bまで、どの程度の間隔で縦断面合焦度分布を使用して追跡画を作成するかを設定することができる。間隔が短ければ、多数の縦断面合焦度分布により追跡画を作成することになり、間隔が長ければ、少数の縦断面合焦度分布により追跡画を作成することになる。
そして、ワイヤ領域特定手段46は、追跡画に基づいて、合焦度の高い箇所のうち、一方の接続面51aに相当する箇所から他方の接続面51bに相当する箇所まで連続するものを順に追跡する(ステップS40)。つまり、図15の矢印に示すように、縦断面合焦度分布を、始点Aから終点Dまでスキャンすることになる。具体的には、図3のS(A)において、合焦度の高い箇所である線55(55a)を一方の接続面51aに対応するものであるとして、これに接する合焦度の高い箇所である点54を、接続面51aに接続されたワイヤ50に対応すると認識する。そして、縦断面合焦度分布S(B)、S(C)と順に、合焦度の高い箇所である点54の軌跡を追跡する。そして、図3のS(D)において、合焦度の高い箇所である線55(55b)を他方の接続面51bに対応するものであるとして、これに接する合焦度の高い箇所である点54を、接続面51bに接続されたワイヤ50に対応すると認識する。このようにして、合焦度の高い箇所がワイヤの位置であるとして、合焦度の高い箇所を追跡すると、1本のワイヤを追跡することができる。
このように、ワイヤ領域特定手段46は3次元でワイヤの領域を特定するため、本実施形態の検査装置は、ワイヤが密集していたり、複数のワイヤが交差していたりする場合等、高さ方向においてワイヤのピークが複数存在する場合であっても、ワイヤのピークを正確に追跡することができる。これにより、高さ情報再構成手段7は、ワイヤによるピークが複数存在しても、ワイヤによるピークを全て消去することができる(ステップS41)。例えば、図13における画素δでは、図16に示すように、ワイヤ53による合焦度のピークfが存在し、さらに、ワイヤ50による合焦度のピークgが存在し、さらに、チップ表面による合焦度のピークhが存在する。このように、ワイヤのピークが複数存在する場合であっても、高さ情報再構成手段7は、画素δにおいて、ワイヤからのピーク(図16の合焦度のピークf及びg)を全て消去することができる。
その後、前記第1実施形態のステップS7〜S8と同様の処理を行う(ステップS42〜ステップS43)。
このように、第3実施形態の検査装置では、1本のワイヤ50を3次元で追跡することができるため、ワイヤが密集していたり、複数のワイヤが交差していたりする場合等、高さ方向においてワイヤのピークが複数存在する場合であっても、全てのワイヤのピークを正確に特定し、情報再構成手段7は、ワイヤからのピークを全て消去することができる。なお、図12に示す検査装置において、第1実施形態の検査装置と同様の構成については、図1と同様の符号を付して、その説明を省略する。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、撮像手段1は、CCDカメラに限られず、CMOSカメラ等種々のものを採用することができる。撮影方向としては、撮像物体の上方に撮像手段1が位置し、撮像手段1が上下動するものであったが、撮像物体に対して水平方向に撮像手段1が位置して、撮像手段1が水平方向に移動してもよい。また、撮像手段1を固定して、撮像物体側が撮像手段1に対して接近・離間してもよい。
ワイヤ領域抽出部を省略してもよい。この場合、例えば、被写界深度の深い画像(ワイヤ及び被検査部が撮像された画像)を取得し、その画像に基づいて、ユーザがワイヤ領域を指定したり、ワイヤ及び被検査部の全焦点画像を作成して、その画像に基づいて、ユーザがワイヤ領域を指定したりしてもよい。
1 撮像手段
2 合焦度分布演算手段
3 高さ情報取得手段
4 高さ画像作成手段
5 全焦点画像作成手段
6、34、46 ワイヤ領域特定手段
7 高さ情報再構成手段
13 ワイヤ
15 被検査部
30 接続面領域特定手段
31 分離手段
44 縦断面合焦度分布形成手段

Claims (9)

  1. ボンディングされたワイヤよりも下方に位置する被検査部を検査する検査装置において、
    前記ワイヤ及び被検査部を、被検査部からワイヤまで段階的に合焦するように撮像して高さ方向に焦点の異なる画像を取得する撮像手段と、
    画像の画素毎に合焦度を演算する合焦度分布演算手段と、
    各画像における合焦度の分布情報に基づいて、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を取得する高さ情報取得手段と、
    ワイヤが存在する画素領域を特定するワイヤ領域特定手段と、
    前記ワイヤ領域特定手段にて特定した画素領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤ領域に対する画素では高さ方向の最上位の合焦度のピークを消去し、ワイヤ領域に対応しない画素では処理を行わないことにより、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成する高さ情報再構成手段と、
    高さ方向に焦点の異なる複数の画像から全焦点画像を作成する全焦点画像作成手段と、
    合焦度のピークの高さ位置情報から高さ画像を作成する高さ画像作成手段とを備え、
    再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、前記全焦点画像作成手段は、ワイヤを含む全焦点画像及びワイヤを含まない全焦点画像作成し、前記高さ画像作成手段は、ワイヤを含む高さ画像及びワイヤを含まない高さ画像を作成することにより、前記被検査部を検査することを特徴とする検査装置。
  2. 前記高さ情報再構成手段は、高さ方向の最上位のピークをワイヤによるピークとして消去することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
  3. 前記撮像手段は、被検査部に合焦させたときにワイヤが結像しない被写界深度で画像を取得することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の検査装置。
  4. 前記全焦点画像から、ワイヤが接続されている接続面領域を特定する接続面領域特定手段と、前記高さ画像の高さ情報から、ワイヤ領域と、ワイヤ以外の領域とを分離する分離
    手段とを備え、前記ワイヤ領域特定手段は、前記全焦点画像のワイヤ領域のうち、検出対象となるワイヤの、一方の接続面領域と他方の接続面領域とを繋ぐワイヤ領域を特定することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の検査装置。
  5. 前記撮像手段により取得した夫々の画像の合焦度分布を元に、ワイヤが接続されている接続面に対して直交する方向の断面における合焦度分布の表現がされた縦断面合焦度分布を形成する縦断面合焦度分布形成手段を備え、前記ワイヤ領域特定手段は、1本のワイヤの範囲内で所定間隔に離間する位置において、夫々の位置に対応する縦断面合焦度分布に基づいて、合焦度の高い箇所を追跡することにより、1本のワイヤの軌跡を追跡することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の検査装置。
  6. ボンディングされたワイヤよりも下方に位置する被検査部を検査する検査方法において、
    前記ワイヤ及び被検査部を、被検査部からワイヤまで段階的に合焦するように撮像して 高さ方向に焦点の異なる画像を取得し、
    画像の画素毎に合焦度を演算し、
    各画像における合焦度の分布情報に基づいて、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を取得し、
    ワイヤが存在する画素領域を特定し、
    ワイヤが存在する画素領域において、合焦度のピークの高さ位置情報から、ワイヤ領域に対する画素では高さ方向の最上位の合焦度のピークを消去し、ワイヤ領域に対応しない画素では処理を行わないことにより、画素毎の合焦度のピークの高さ位置情報を再構成し、
    再構成された合焦度のピークの高さ位置情報に基づいて、
    ワイヤを含む全焦点画像及びワイヤを含まない全焦点画像作成し、前記高さ画像作成手段は、ワイヤを含む高さ画像及びワイヤを含まない高さ画像を作成することにより、前記被検査部を検査することを特徴とする検査方法。
  7. 被検査部に合焦させたときにワイヤが結像しない被写界深度で画像を取得することを特徴とする請求項6に記載の検査方法。
  8. 前記全焦点画像から、ワイヤが接続されている接続面領域を特定し、前記高さ画像の高さ情報から、ワイヤ領域と、ワイヤ以外の領域とを分離し、前記全焦点画像のワイヤ領域のうち、検出対象となるワイヤの、一方の接続面領域と他方の接続面領域とを繋ぐワイヤ領域を抽出し、このワイヤ領域を検出対象のワイヤとして特定することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の検査方法。
  9. 前記撮像手段により取得した夫々の画像の合焦度分布を元に、ワイヤが接続されている接続面に対して直交する方向の断面における合焦度分布の表現がされた縦断面合焦度分布を形成し、1本のワイヤの範囲内で所定間隔に離間する位置において、夫々の位置に対応する縦断面合焦度分布に基づいて、合焦度の高い箇所を追跡することにより、1本のワイヤの軌跡を追跡することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の検査方法。
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