JPH04186107A

JPH04186107A - 表面の凹凸検査方法および装置

Info

Publication number: JPH04186107A
Application number: JP31403190A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Yoshimura; 和士吉村; Takanori Ninomiya; 隆典二宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1990-11-21
Publication date: 1992-07-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子回路基板等の表面の凹凸形状部を非接触
で検出する方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

表面の凹凸形状部を検出する従来技術は、特開昭６１．
−２８３８５７号公報に記載の表面欠陥検出方法がある
。これは、検査対象である試料表面に斜めから、例えば
、蛍光灯のように正面から見て輝度が一方向に変化し、
変化方向と交差する方向で輝度変化のない光源で照明光
を照射し、試料表面に映る光源の正反射像とその周辺を
検出するようにテレビカメラを設け、テレビカメラの撮
像範囲を光源の正反射像を囲む正反射像検出エリア、そ
の上方に位置する第一の乱反射像検出エリア、正反射像
検出エリアの下方に位置する第二の乱反射像検出エリア
等に分け、第一の乱反射像エリアにおいて、ある濃度以
上の部分の面積が所定値以上であればガラス状の凸面異
物付着ありとし、また、正反射像エリア内の正反射像か
ら、予じめ求めた修正画像を差し引き、暗部の抽出画像
を求めることによりピンホール類を検出し、また、正反
射像エリア内の正反射像より等濃度線を求め、試料表面
にへこみ類があれば連続的な起伏が生じ、なだらかな陰
影が生じるため等濃度線にゆがみが等しることを利用し
てへこみ′類を検出するものである。

また、他の従来技術は、特開平１−２５０８１０号公報
に記載の表面凹凸検査装置がある。これは、試料の上面
に正対してテレビカメラ等の検出器を設け、試料側方低
部位より照明することにより試料平面の凹凸を強調して
検出し、得られた検出信号の明るい部分および暗い部分
について明るさの積分を行うか、または、ある決められ
た範囲内の明るさと暗い部分の明るさの差を求め、各々
、得られた値を設定値と比較することにより試料の良否
を判定するものである。

また、第三の従来技術は、特開平１−２５４８０３号公
報に記載の基板検査方法がある。これは、試料上面から
レーザビームで試料面を走査し、試料表面での散乱光検
出のための光ファイバーを試料面法線８０度以上９０度
以下に設けることにより、試料面法線に対して大角度で
散乱された光を選択的に集め、しきい値以上の高さと幅
を持つ散乱光が得られたビーム走査位置を欠陥位置とす
るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記、第一の従来技術は、例えば、セラミック基板のよ
うに表面がざらざらとしたような試料の場合、そのざら
ざらの粒子が、その面の傾きによって、きらきらと輝く
ため、それを異物付着と誤検出したり、パターンのある
試料の場合、そのパターンに応じた多くの修正画像を用
意しなければ対応できず、かつ、そのパターンの微少な
位置ずれによってピンホールと誤検出したり、また、パ
ターンによる濃度差によって等濃度線にゆがみが生じ、
へこみ類と誤検出する。つまり、パターンのある基板類
の検査には対応できない。また、二次元に画像を検出す
るため、検出系を試料表面法線に対して傾けたとき、検
出系の焦点深度の問題により検出画像の上下で焦点が合
わなくなり正確な画像検出ができなくなるため、検出系
を大きく傾けることができない。

また、第二の従来技術は、試料側方低部位からの照明に
より凹凸部に生じた明暗差を試料上部より検出している
ため、例えば、直径が大きく、高さが低いような非常に
なだらかな傾きの面を持った凹凸のように明暗差をほと
んど生じない凹凸部を検出することは困難である。また
、多層セラミック基板のように表面から内層のパターン
が透けて見え、正常部にも微小な明暗差がある試料に対
しては、これを凹凸部と誤検出するおそれがある。

また、第三の従来技術では、試料表面からの散乱光のみ
を検出しているため、なだらかな傾きの面をもった凹凸
は検出できないおそれがある。

本発明の目的は、表面にパターンや、表面に微小な明暗
差がある基板状の試料でも、さまざまな立体形状、つま
り、なだらかな傾きや急峻な傾きといった面の傾斜角度
に影響されずに凹凸部を検出することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は試料側面からの照明
と、試料表面法線に対して大きな角度からの照明を設け
、それらを切り替えて照明し、試料表面法線に対して大
きな角度より検出して、それぞれの照明で得られた検出
信号を、二値化等の処理を施した後、合成することによ
り、凹凸部を検出できるようにした。、〔作用〕一般に、物体表面の光の反射は、表面の法線に対する入
射角と反射角が等しく（フェルマーの原理、または、最
小時間の原理より）、また、入射角１反射角が大きくな
る程、反射光の強度が強くなる（フレネルの反射公式）
ことが知られている。−つまり、第２図（ａ）に示すよ
うに試料側面から照明し、試料表面法線に対して、例え
ば、８０度のような大きな角度より検出することにより
、試料の正常部である試料面より約５度というなだらか
な傾きをもった面からの正反射光を得ることができ、ま
た、入射角７反射角が８５度と大きいため、この正反射
光の強度は、試料表面での散乱光に比べ、非常に大きな
値となるため（第３図参照）、表面の状態の影響を受け
ることなく、なだらかな傾きをもった場所を明部として
検出することができる。

また、第２図（ｂ）に示すように試料表面法線に対して
、大きな角度で照明し、同様に大きな角度より検出する
ことにより試料表面の基材部、および、パターン部から
大きな反射率で反射光が得られる。一方、急峻な凹凸に
より、照明光が当らない部分は、暗部として検出するこ
とができる。

このようにして得られた試料側面から照明したときの明
部と、試料表面法線に対し大きな角度で照明したときの
暗部を合成することにより、表面のパターンや、表面の
微小な明暗差に影響を受けることなく、さまざまな立体
形状、つまり、なだらかな傾きや急峻な傾きといった面
の傾斜角度に影響されることなく凹凸部を検出すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、表面にパターンのあるセラ
ミック基板の表面の凹凸を検査する場合を例に説明する
。

電子部品を搭載する基板等において、その表面に凹凸が
あると、部品を正常に基板に搭載することが困難である
ため、基板表面に凹凸がないが検査し、その凹凸部の修
正や、基板の廃棄、または、その製造プロセスの改良等
を行う必要がある。以下、その検査の一実施例を説明す
る。

第１図は、本実施例の全体構成を示す図である。

第１図において、１は凹凸の有無を検査する試料（基板
）であり、ＸＹステージ６に載置される。

２は試料１を側面より照明するライトガイドで、４は試
料表面法線に対して大きな角度で照明するライトガイド
である。３，５はライ］・ガイド、２゜４それぞれの光
源であり、全体制御部１０からの照明制御信号２０．２
１により点灯／消灯の制御ができる。６は試料１を載置
するＸＹステージであり、Ｘ方向を紙面左右方向、Ｙ方
向を紙面垂直方向として描いである。７は画像検出する
ためのリニアセンサで、レンズ８によって試料１面上の
像が結像される。リニアセンサ７のアレイの方向はステ
ージ６のＹ方向になっており、ステージ６をＸ方向に移
動させることによって試料面上の二次元像を検出するこ
とができる。９は、リニアセンサ７により得られた画像
信号２５を処理する画像処理部であり、後程、第４図で
その詳細を説明する。１０は全体を統制して制御する全
体制御部である。１１は、ステージ６を制御するステー
ジ制御部であり、全体制御部１０の指令によりステージ
６を移動させたり、画像検出中は、リニアセンサ７の撮
像、読み出し動作と同期させてステージ６を単位距離Ｘ
方向に移動させたりするものである。

第４図は、第１図の画像処理部９の一実施例を示すブロ
ック図である。第４図において、画像処□に０環部９は、リニアセンサ７を制御、駆動するりニアセン
サ制御信号２４およびＡ／Ｄコンバータ５１等を制御す
る同期信号７１を発生するリニアセンサ制御部５０と、
リニアセンサ７の出力である画像信号２５を、同期信号
７１に従ってデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ５
１と、得られた画像信号からパターン等の影響を除去す
る前処理部５２と、画像信号を二値化するための二値化
部５３と、凹凸のあった位置を記録する凹凸位置記録部
５４からなる。

第５図は、第４図の前処理部５２の一実施例を示すブロ
ック図である。第５図において、前処理部５２は、デジ
タル化された画像信号７２を二次元に切り出すための切
り出しレジスタ８０と、切り出しレジスタ８０が二次元
にデータを切り出すためにデータを遅延させるためのシ
フトレジスタ８１と、切り出しレジスタにより二次元に
切り出されたデータの平均値を求める平均値回路８２か
らなる。ここで、切り出しレジスタ８０とシフトレジス
タ８１は、Ａ／Ｄコンバータ５１の分解能に相当するビ
ット数のレジスタである。つまり、Ａ／Ｄコンバータが
２５６階調の分解能であれば、レジスタ８０．８１は８
ビツト長のレジスタである。また、シフトレジスタ８１
の長さは、リニアセンサの有効画素数に等しい。

また、図示はしないが、レジスタ８０．８１は、同期信
号７１により駆動されるものである。

第６図は、第４図の二値化部５３の一実施例を示すブロ
ック図である。第６図において二値化部５３は、前処理
部５２の出カフ３を入力Ａとし、全体制御部１０からの
制御信号２２に含まれる二値化しきい値９２を入力Ｂと
して、その大小を比較して、Ａが８以上のときＡ≧Ｂ信
号９３に１′を出力し、ＡがＢ未満のときＡ＜Ｂ信号９
４に１°゛を出力するコンパレータ９０と、制御信号２
２に含まれる選択信号９５により信号９３または９４を
選んで出力するセレクタ９１からなる。

第７図は、第４図の凹凸位置記憶部５４の一実施例を示
すブロック図である。第７図において、凹凸位置記憶部
５４は、試料１である基板のＸＹ座標に対応したアドレ
スを持つメモリ１００と、メモリ１００の各アドレスの
値を自己保持させるためのＯＲゲート１０１と、メモリ
］００の読み書きおよびそのアドレス等を制御するメモ
リ制御回路１０２からなる。

次に、この全体構成における本実施例の動作を説明する
。

まず、ステージの移動と撮像について説明する。

本実施例では、リニアセンサ７の読み出しに同期させて
Ｘ方向にステージを移動させることにより試料面上の二
値画像を得ることができる。そこで、まず、ライトガイ
ド２により試料側方より照明して、第８図に例示する■
の方向にステージを移動しながらリニアセンサ７により
撮像する。試料左端までの撮像が終了したら、次に、ラ
イトガイド４により照明しながら■の方向にステージを
移動しながら撮像する。こうしてＸ方向に一往復して二
つの照明方法により、リニアセンサ７の有効幅分の撮像
が終ったら、Ｙ方向にステージ６を移動させて、同様の
撮像を繰り返すことにより、試料全面の撮像、つまり、
検査をすることができる。

次に、撮像した画像信号からの凹凸部検出動作について
説明する。リニアセンサ７により撮像された画像信号２
５は、リニアセンサ７の各画素毎にＡ／Ｄコンバータ５
１によりデジタル値に変換され、画像信号７２となる。

ここで、得られる画像について簡単に説明する。ここで
例示する試料１である基板は、第９図に示すように、円
形のパターン１３０が格子状に並び、また、そのパター
ン１３０は、基材１３１上に若干の厚みをもって存在す
るものとする。第１Ｏ図は、ゆるやかな傾斜面をもった
、つまり、凹凸の直径と高さの比が小さい（直径が大き
くて、高さが低い）凸部を撮像して、画像信号７２を適
度なしきい値で二値化した画像例である。

明るい部分を白、暗い部分を黒で表わしであるが、ライ
トガイド２、つまり、試料側方からの照明では、第１０
図（ａ）に示すように、なだらかな凸部１２０が顕在化
され明るく広い面積をもって検出できる。

また、ライトガイド４、つまり、法線に対して大きな角
度での照明では、第１０図（ｂ）に示すように背景と明
らかな明暗をもって凸部の検出はできない。一方、急峻
な傾斜面をもった、つまり、凹凸の直径と高さの比が大
きい凸部の同様の二値化画像例を第１１図に示す。第１
１図（ａ）と（ｂ）の撮像処理条件は第１０図の（ａ）
、（ｂ）にそれぞれ同一である。

急峻な凸部には、なだらかな傾斜の面が少ないためライ
トガイド２による照明では、第１１図（ａ）に示すよう
に急峻な凸部１２２は、三日月のような細かい円弧の明
部として検出されるが、ライトガイド４による照明では
、第１０図（ｂ）に示すように、急峻な凸部１２３が顕
在化され暗く広い面積を持って検出できる。ここで、第
１０図、第１１図の明部１２１および第１１図の暗部１
２４は、パターン１３０の一部である。これは、そのパ
ターンの下の基材が若干傾いていたり、パターンの立体
形状のバラツキにより、検出の条件を満たす部分が、こ
のように検出されるものである。これらには、第１０図
、第１１図に示すように三日月のような細かい円孤形状
であるという特徴がある。つまり、ライトガイド２また
は４の照明のいずれでもパターンが検出されるときは、
そのエツジ付近が検出されるため、その面積が小さく、
細長い形状となる。そこで、本実施例では、このパター
ン部を除去するため、ｎ×ｍ画素の平均値フィルタによ
る前処理を行う。

平均値フィルタとは、ある画素の値を決めるとき、その
周囲ｎＸｍ画素の平均値とするもので、画像をぼかす効
果がある。ここでフィルタのサイズｎ。

ｍは、検出されるパターン部より大きく、凹凸部の面積
より小さく設定する。第１０図、第１１図のパターンの
明部１２１．暗部１２４のような横長の形状の場合、フ
ィルタは縦長のサイズにするとよい。また、−船釣なパ
ターンでは、その形状は一意的に定まらないから正方や
円形としてもよい。第５図に示した前処理部５２、つま
り、平均値フィルタの一実施例では、３×３画素で図示
したが、切り出しレジスタ８０とシフトレジスタ８１の
個数を増減させることにより、所望のサイズのフィルタ
を得ることができる。

このようにして、前処理された画像信号７３は、第６図
に示すコンパレータ９０によって、二つの照明条件、つ
まり、ライトガイド２の照明による撮像時と、ライミル
ガイド４の照明による撮像時のそれぞれ適度なしきい値
９２とその大小が比較され、コンパレータ９０の比較結
果９３．９４として出力される。比較の結果９３．９４
は、そのときの照明条件によりどちらかが選択され凹凸
有信号７４となる。つまり、ライトガイド２の照明によ
る撮像時は、画像信号７３がしきい値９２より大きいと
きつまり、明るいとき“′１゛′が出力される９３が選
択され、ライトガイド４の照明による撮像時は、逆に９
４が選択され、凹凸有信号７４となる。

第１２図、第１３図に第１０図、第１１図に例示した画
像に対して以上の処理を行った例を示す。黒が１“の部
分であるが、各々凸部のみを検出できる。

このようにして得られた凹凸有信号７４は、凹凸位置記
憶部５４に送られる。第７図に示す凹凸位置記憶部５４
におけるメモリ１００は、検査開始時は全て０“にクリ
アされているものとする。まず、ライトガイド２による
撮像を行い、基板上のある位置に凹凸があった場合、凹
凸有信号７４は゛°１パとなり、その基板上の位置に相
当するメモリのアドレスに１”を書き込む。次に、ライ
トガイド４による撮像を行うが、同時に凹凸があった場
合、その基板上の位置に相当するアドレスに“１゛を書
き込むが、最初のライトガイド２による撮像時に”１゛
を書き込んだアドレスが、二回目のライトガイド４によ
る撮像時に凹凸がなかったときは、メモリ１００のデー
タ出力１０４によって読み出された”１゛を○Ｒゲー１
−１０］によりメモリ１００のデータ入力１０３に再度
戻すことにより、凹凸部の情報を保持している。このよ
うにして、ライトガイド２および４の照明による二回の
撮像が終了した時点で“′１゛′が格納されているメモ
リ１００のアドレスに相当する基板上の位置に凹凸があ
る。ここで、基板上の位置とメモリ１００の対応は、例
えば、リニアセンサ７の一画素の整数倍を−アドレスに
対応させたり、または、基板のパターンを配置する基準
となる格子点単位としたり、または、基板上の単位面積
を一アドレスに対応させたりすることができ、これらは
、メモリ制御１０２によって処理される。

以上のようにして、基板全面又は必要範囲の撮像つまり
検査が終了した後、全体制御部１０によリメモリ１．０
０の内容を読み出すことにより凹凸のあった位置を知る
ことができる。

このようにして得られた凹凸情報１５３は、第１４図に
示したように検査した基板の次工程への判断１５２に用
いられると同時に、基板の製造工程１５０のプロセス条
件の改善にも用いることができ、凹凸の少ない、又は、
ない基板の製造に役立てることができる。

なお、本実施例では、ライトガイド２および４の二種の
照明条件による凹凸の検出結果を同一のメモリ１００に
格納したが、各々、別のメモリとしたり、コード化して
、どちらの照明条件で検出されたかを記憶しておくこと
により、概略の凹凸形状を知ることができる。また、凹
凸位置の記憶メモリ１００のアドレス単位を、検出形状
が保存される大きさとすることにより、その面積や形状
を解析することにより、概略の凹凸形状を知ることがで
きる。このように、概略の形状がわかると判断１５２お
よびその次工程の一助とすることができる。

また、本実施例では、一つのセンサで検出しているため
、二種の照明条件で撮像した画像の位置合せが不要であ
るという効果がある。

また、本実施例では、照明にライトガイドを用いており
、照明光にある程度の広がりがあるため、ライトガイド
の角度と検出器の角度により決まるある一つの傾斜角の
面だけでなく、・ある範囲の傾斜角の面を検出できる。

また、本実施例では、前処理として平均値フィルタ処理
を行っているため、パターンのエツジ部のような急峻な
明るさ変化部をならして除去したり、検出時のノイズを
除去することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料側面より照明し、試料面法線に対
して大きな角度で検出しているため、試料表面の影響を
受けずになだらかな傾きをもった場所を明部として検出
できる。また、試料面法線に対して大きな角度で照明し
、同様に大きな角度から検出しているので、試料表面の
影響を受けずに急峻な傾きをもった場所を暗部として検
出できる。

さらに、本発明では、上記したように傾きのある面を検
出することで凹凸部を検出しているので、試料表面にパ
ターンのように試料面と平行な凸（又は凹）部があって
もそれを検出することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の表面の凹凸検査装置の一実施例を示
すブロック図、第２図、第３図は本発明の詳細な説明図
、第４図は第１図の画像処理部の一実施例を示すブロッ
ク図、第５図は第１図の前処理部の一実施例を示すブロ
ック図、第６図は第１図の二値化部の一実施例を示すブ
ロック図、第７図は第１図の凹凸位置記憶部の一実施例
を示すブロック図、第８図は第１図のステージの平面図
、第９図は検査対象を例示する平面図および側面図、第
１０図ないし第１３図は本発明による処理内容の説明図
、第１４図は本発明による検査工程とその前後工程との
関係の説明図である。１・・・試料　　　　　　２，４・・・ライトガイド６
・・・ステージ　　　　７・・・リニアセンサ９・・・
画像処理部　　　１０・・・全体制御部１１・・・ステ
ージ制御部　５０・・・リニアセンサ制御部５１・・・
Ａ／Ｄコンバータ５２・・・前処理部　　　　５３・・・二値化部５４・
・・凹凸位置記録部

Claims

【特許請求の範囲】

１．板状の試料に側面より照明し、前記試料の上面法線
に対して大きな角度から検出し、明るく検出される場所
を凹凸部とすることを特徴とする表面の凹凸検査方法。
２．板状の試料に側面より照明し、前記試料の上面法線
に対して大きな角度から検出し、明るく検出される場所
と、前記試料に前記試料の上面法線に対して大きな角度
で照明し、前記法線に対して大きな角度から検出して、
暗く検出される場所を凹凸部とすることを特徴とする表
面の凹凸検査方法。
３．試料の側面より照明する照明Ａと、前記試料の上面
法線に対して大きな角度より照明する照明Ｂと、前記試
料の上面法線に対して大きな角度より前記照明による前
記試料の上面の照明場所の二次元画像を検出する検出手
段と、前記照明Ａによって得られた二次元画像からある
所定の明るさ以上の所を検出する手段と、前記照明Ｂに
よって得られた二次元画像からある所定の明るさ以下の
所を検出する手段と、前記照明Ａによる画像のある所定
の明るさ以上の場所と前記照明Ｂによる画像のある所定
の明るさ以下の場所を凹凸部とする手段からなることを
特徴とする表面の凹凸検査装置。