JPH0743123A

JPH0743123A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH0743123A
Application number: JP18957493A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tatsuta; 健龍田; Hideyuki Ishimaru; 秀行石丸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-07-30
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】被検査物表面を死角なく、高精度に検査でき
る表面検査装置の提供。【構成】レーザー光発生手段１、２とこのレーザー光
発生手段１、２からのレーザー光５を走査させる走査手
段６、８とを有して走査レーザー光９を発生する走査レ
ーザー光発生部と、前記被検査物１１の表面からの反射
光１３を受ける光検出器１５と、前記走査レーザー光発
生部８と前記被検査物１１との間に位置し、前記の被検
査物１１の表面を走査する走査レーザー光１２を前記被
検査物１１の表面に垂直に集光すると共に、前記被検査
物１１の表面からの前記反射光１３を収束し前記走査手
段６、８を逆行させて前記光検出器１５の検出面上に集
光させる走査用レンズ系１０とを備え、且つ、前記被検
査物１１の表面と前記光検出器１５の検出面とが前記走
査用レンズ系１０に対して結像関係にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の検査装置に
関し、特に、電子部品を検査する表面検査装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、電子部品、例えば、実装基板の検
査装置には、レーザースキャンニング方式による実装基
板検査装置が多く使用されている。

【０００３】レーザースキャンニング方式による実装基
板検査装置の従来例を図９に基づいて説明する。

【０００４】図９において、従来例は、半導体レーザー
素子１６１からのレーザー光は、集光レンズ系１６２に
よって収束光１６３となり、主走査方向に反射面を回転
するように軸転しているポリゴンミラー１６４の反射面
に当たって反射し、主走査方向に走査する反射光１６５
になる。この主走査方向に走査している反射光１６５
は、ポリゴンミラー１６４の回転軸に直交する方向の回
転軸で回転し主走査方向に直交する副走査方向に反射面
を回転しているガルバノミラー１６６に当たって反射
し、被検査実装基板１６７上を、主走査方向及び副走査
方向に走査する照射光１６８になる。この照射光１６８
は、被検査実装基板１６７に当たって反射散乱光１６９
になって反射する。この反射散乱光１６９は、前記のガ
ルバノミラー１６６とポリゴンミラー１６４に当たって
反射し、結像レンズ１７０を通過して光検出器１７１上
に結像する。この結像は被検査実装基板１６７の表面形
状を表し、光検出器１７１で光電変換され、表面形状が
検査される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成で
は、ガルバノミラー１６６に当たって反射し被検査実装
基板１６７上を走査する照射光１６８は、前記ガルバノ
ミラー１６６と前記被検査実装基板１６７との間ではレ
ンズを通っていないので、ポリゴンミラー１６４の回転
による主走査方向とガルバノミラー１６６の回転による
副走査方向との傾きを持ったままの状態で被検査実装基
板１６７に当たる。この傾きが、被検査実装基板１６７
上に実装された部品の存在による死角を生じ、この死角
部分の検査情報が得られないという問題点がある。

【０００６】又、前記の傾きによって、被検査実装基板
１６７の面から光検出器１７１の検出面までの距離が、
被検査実装基板１６７の中央部と端部とで異なり、光検
出器１７１の検出面の結像に像面湾曲が発生し、又、前
記中央部に比べて端部では照射光１６８のビームスポッ
トが大きくなり、且つ、前記中央部に比べて端部では走
査速度が早くなるという問題点がある。

【０００７】そして、上記の問題点によって、結局、検
査精度が良くないという問題点が発生する。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決し、被検査
実物を死角なく、高精度に検査できる表面検査装置を提
供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の表面検査装置
は、上記の課題を解決するために、レーザー光発生手段
とこのレーザー光発生手段からのレーザー光を走査させ
る走査手段とを有して被検査物表面を走査する走査レー
ザー光を発生する走査レーザー光発生部と、前記被検査
物表面からの反射光を受ける光検出器と、前記走査レー
ザー光発生部と前記被検査物との間に位置し、前記の被
検査物表面を走査する走査レーザー光を前記被検査物表
面に垂直に集光すると共に、前記被検査物表面からの前
記反射光を収束し前記走査手段を逆行させて前記光検出
器の検出面上に集光させる走査用レンズ系とを備え、且
つ、前記被検査物表面と前記光検出器の検出面とが前記
走査用レンズ系に対して結像関係にあることを特徴とす
る。

【００１０】又、本発明の表面検査装置は、上記の課題
を解決するために、走査手段は、主走査用回転多面ミラ
ーと、副走査用回転ミラーであることが好適である。

【００１１】又、本発明の表面検査装置は、上記の課題
を解決するために、主走査用回転多面ミラーの照射用反
射面と受光用反射面とが別の反射面であることが好適で
ある。

【００１２】又、本発明の表面検査装置は、上記の課題
を解決するために、主走査用回転多面ミラーの１反射面
が照射用反射面になり、この照射用反射面になった前記
１反射面の両側の反射面が受光用反射面となり、各受光
用反射面からの反射光を別個に検出する２つの光検出器
を有することが好適である。

【００１３】又、本発明の表面検査装置は、上記の課題
を解決するために、副走査用回転ミラーの中央部に、レ
ーザー光発生手段からのレーザー光を通す穴を設けるこ
とが好適である。

【００１４】又、本発明の表面検査装置は、上記の課題
を解決するために、レーザー光を通す副走査用回転ミラ
ーの中央部の穴の位置と、レーザー光発生手段からのレ
ーザー光のビームウエストの位置とが一致することが好
適である。

【００１５】

【作用】レーザースキャンニング方式による従来例の実
装基板検査装置では、レーザー光を走査するガルバノミ
ラーと被検査実装基板との間にはレンズがないので、レ
ーザー光は走査による傾きを持ったままの状態で被検査
実装基板に当たっている。

【００１６】これに対して、本発明の表面検査装置は、
走査レーザー光を出す走査レーザー光発生部と被検査物
との間に、前記被検査物表面とこの被検査物表面からの
反射光を検出する光検出器の検出面とを結像関係におく
走査用レンズ系が配置され、この走査用レンズ系が、前
記被検査物表面を走査する前記走査レーザー光を前記被
検査物表面に垂直に集光して照射するので、前記被検査
物表面に凹凸があっても死角を生じることが無く、前記
被検査物表面の中央部と端部との走査速度差が小さくな
り、前記被検査物表面の中央部と端部とにおける前記被
検査物表面と前記光検出器の検出面間の距離の相違が小
さくなり、画像湾曲も小さくなって、検査精度が向上す
る。

【００１７】又、本発明の表面検査装置は、走査手段
は、主走査用回転多面ミラーが、その回転によって、レ
ーザー光を主走査し、副走査用回転ミラーが、その回転
によって、レーザー光を副走査している。

【００１８】又、本発明の表面検査装置は、照射用反射
面と受光用反射面とに、主走査用回転多面ミラーの別々
の反射面を使用しているので、主走査用回転多面ミラー
への走査レーザー光発生部からのレーザー光の方向と、
主走査用回転多面ミラーから光検出器へのレーザー光の
方向とが異なり、走査レーザー光発生部と光検出器とを
相互干渉なく適正に設置できる。

【００１９】又、本発明の表面検査装置は、主走査用回
転多面ミラーの１反射面が照射用反射面になり、この照
射用反射面になった前記１反射面の両側の反射面が受光
用反射面となり、各受光用反射面からの反射光を別個に
検出する２つの光検出器を有する。このことは、ある瞬
間に、２つの光検出器が得る情報は、そのときにレーザ
ー光が照射している位置に関する情報ではあるが、例え
ば、この照射位置における部品の傾き具合によって、片
方の光検出器に入る散乱光量が少なくて信頼性に欠ける
場合に、もう一方の光検出器でこれを補うことができ
る。

【００２０】又、本発明の表面検査装置は、副走査用回
転ミラーの中央部に、レーザー光発生手段からのレーザ
ー光を通す穴を設けているので、走査レーザー光発生部
からのレーザー光が主走査用回転多面ミラーの正面を垂
直に照射し、被検査物上のレーザー光走査線の直線性が
向上する。

【００２１】又、本発明の表面検査装置は、レーザー光
を通す副走査用回転ミラーの中央部の穴の位置と、レー
ザー光発生手段からのレーザー光のビームウエストの位
置とを一致させているので、前記穴の大きさを最小限に
できるので、レーザー光の穴によるエネルギ損失を最小
限にできる。

【００２２】

【実施例】本発明の表面検査装置の第１実施例を図１に
基づいて説明する。

【００２３】図１に示すように、第１実施例は、半導体
レーザー素子１からのレーザー光は、集光レンズ系２に
よって収束光３となり、点光源（ビームウエスト）４を
過ぎると発散光５になって、主走査方向に反射面を回転
するように軸転しているポリゴンミラー６の反射面６−
０に当たって反射し、主走査方向に走査する反射光７に
なる。この主走査方向に走査している反射光７は、ポリ
ゴンミラー６の回転軸に直交する方向の回転軸で回転
し、主走査方向に直交する副走査方向に反射面を回転し
ているガルバノミラー８に当たって反射し前記副走査方
向にも走査する照射光９になって、走査用レンズ系１０
に達し、この走査用レンズ系１０上を主走査方向と副走
査方向に走査する。この照射光９は、発散光５の延長の
発散光なので、この走査用レンズ系１０を通過してこの
走査用レンズ系１０の光軸に並行方向に集光されて、垂
直集光照射光１２になり、被検査実装基板１１を垂直に
照射する。この垂直集光照射光１２は、被検査実装基板
１１に当たって垂直集光反射散乱光１３になって反射す
る。この垂直集光反射散乱光１３は、前記走査用レンズ
系１０によって垂直集光反射収束光１４になり、前記走
査用レンズ系１０と前記ガルバノミラー８とポリゴンミ
ラー６とを、前記反射光７と前記照射光９と前記垂直集
光照射光１２とは逆の経路を辿ることによって、前記ガ
ルバノミラー８と前記ポリゴンミラー６の反射面６−１
に反射されてから、反射方向は異なるが、距離的に、前
記垂直集光照射光１２の光源になっている点光源（ビー
ムウエスト）４に相当する位置に集光して結像する。こ
の結像は、上記のように、被検査実装基板１１に垂直に
当たって反射した垂直集光反射散乱光１３が、走査用レ
ンズ系１０の作用によって垂直集光反射収束光１４にな
り、距離的に前記の点光源（ビームウエスト）４に相当
する位置に集光して結像しているので、被検査実装基板
１１上の垂直集光照射光１２の照射位置に取付けられた
部品の高さが、前記結像上の集光位置に忠実に反映す
る。従って、被検査実装基板１１上に実装されている部
品等の高さを含めた被検査実装基板１１の形状を、精度
良く結像させることができる。そして、この結像は、光
検出器１５の検出面上に結像するので、光検出器１５に
よって、光電変換され、表面形状が検査される。

【００２４】次に、図５〜図８に基づいて、上記の、実
装されている部品等の高さを含めた被検査実装基板１１
の形状を精度良く結像させることができる原理を説明す
る。

【００２５】図５は、図６、図７、図８の予備説明であ
る。図５において、ｆはレンズ１０１の焦点距離、１０
２はレンズ１０１の前側焦点位置、１０３はレンズ１０
１の後側焦点位置である。

【００２６】ｘとｘ′とは次の式（１）の結像関係を満
足している。

【００２７】ｘ・ｘ′＝ｆ²・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）この場合、レンズ１０１の光軸上にあり前側焦点位置１
０２からｘの距離にある点光源１０４から出た光は、レ
ンズ１０１の光軸上にあり後側焦点位置１０３からｘ′
の距離にある結像点１０５に結像する。

【００２８】又、レンズ１０１の光軸から外れた位置に
あり前側焦点位置１０２からｘの距離にある点光源１０
６から出た光は、レンズ１０１の光軸から外れた位置に
あり後側焦点位置１０３からｘ′の距離にある結像点１
０７に結像する。

【００２９】そして、この場合、点光源１０６から出て
前側焦点位置１０２を通過する主光線は、レンズ１０１
を通過した後、光軸に並行に進む。従って、前側焦点位
置１０２からｘの距離にありレンズ１０１の光軸に垂直
な直線から出て前側焦点位置１０２を通過した主光線は
レンズ１０１で集光され、光軸に並行に進む。

【００３０】図６は、図１のガルバノミラー８で反射し
た照射光９が走査用レンズ系１０を通過して被検査実装
基板１１を垂直に照射することを説明する図である。

【００３１】図６において、レンズ１０１の前側焦点位
置１０２に光軸に垂直なミラー１１２を設置し、レンズ
１０１の光軸上にあり前側焦点位置１０２からｘの距離
にある点光源１０４と、後側焦点位置１０３からｘ′の
距離にある結像面１２０の中央部の結像点１１５とが、
式（１）に示す結像関係にあるようにし、前記点光源１
０４を、前側焦点位置１０２の位置にあり光軸に垂直な
ミラー１１２で折り返した位置に点光源１１４を設置す
る。このようにすると、点光源１１４からでた光は、ミ
ラー１１２で反射され、レンズ１０１によって結像点１
１５に結像する。この状態で、ミラー１１２を回転する
と、回転するミラー１１２で反射された光束は、その主
光線が常に前側焦点位置１０２を通過しレンズ１０１の
光軸に平行に進み、その結像が前記結像面１２０上を、
ミラー１１２の回転方向に走査する。

【００３２】図７は、図８の予備説明である。図７にお
いて、点光源１０４と結像点１０５とが式（１）の結像
関係にあるとき、点光源１０４を点光源１２４に移動す
ると結像点１０５は結像点１２５に移動する。点光源１
０４から点光源１２４までを矢印１３１、結像点１０５
から結像点１２５までを矢印１３２とすると、矢印１３
１と矢印１３２とは結像関係にある。同様に、点光源１
０６を点光源１２６に移動すると結像点１０７は結像点
１２７に移動する。点光源１０６から点光源１２６まで
を矢印１３３、結像点１０７から結像点１２７までを矢
印１３４とすると、矢印１３３と矢印１３４は結像関係
にある。

【００３３】図８は、図１のポリゴンミラー６で反射し
た反射光７がガルバノミラー８と走査用レンズ系１０を
通過して被検査実装基板１１を垂直に照射し、被検査実
装基板１１で反射して逆方向に走査用レンズ系１０を通
過してガルバノミラー８とポリゴンミラー６で反射して
検出器１５に結像することを説明する図である。

【００３４】先ず、図７と同様にして、レンズ１０１に
対して矢印１３１と矢印１３２とが結像関係にある。こ
のとき、レンズ１０１の前側焦点位置１０２にポリゴン
ミラーの反射面１４２を設け、その両隣に反射面１４
３、１４４を設ける。矢印１３１を、夫々、反射面１４
２、１４３、１４４で折り返したものを、矢印１５４、
１５５、１５６とし、点光源１０４が反射面１４２で折
り返ったものを点光源２４４とする。このようにする
と、矢印１３２を光源にすると、矢印１３２からの散乱
光は、図８に示すように、レンズ１０１を通過して集光
し、反射面１４２、１４３、１４４で反射して矢印１５
４、１５５、１５６の３箇所に結像する。又、ポリゴン
ミラーの反射面１４２、１４３、１４４が回転し、矢印
１５４と矢印１３４とが結像関係にあるとして、矢印１
３４を光源にすると、矢印１３４からの散乱光は、上記
と同様にして、レンズ１０１を通過して集光し、反射面
１４２、１４３、１４４で反射して矢印１５４、１５
５、１５６の３箇所に結像する。

【００３５】即ち、図８の構成で、点光源２４４からの
光を、ポリゴンミラーの反射面１４２、１４３、１４４
に反射させレンズ１０１を通して結像面１２０にある物
体面を走査した場合、この物体面の前記走査線上にある
光軸方向の矢印は、総て矢印１５４、１５５、１５６の
位置に結像する。

【００３６】本発明の実装基板検査装置は、被検査実装
基板を図８の結像面１２０の位置に配置し、ポリゴンミ
ラー６の隣接する３反射面６−０、６−１、６−２が図
８の反射面１４２、１４３、１４４になるようにし、点
光源（ビームウエスト）が２４４にくるようにし、光検
出器１５の検出面を矢印１５５又は１５６の位置に配置
する。走査用レンズ１０は補正作用があるように複数枚
のレンズ系にする。

【００３７】上記の原理によって、被検査実装基板１１
上を照射する垂直集光照射光１２の照射位置における、
実装部品等の高さが、光検出器１５の検出面上における
光結像位置に対応するので、被検査実装基板１１上の実
装部品の実装位置を精度良く検査できる。

【００３８】次に、本発明の第２実施例を図２に基づい
て説明する。

【００３９】図２に示すように、第２実施例が、図１に
示す第１実施例と異なるのは、第１実施例では光検出器
が、図８の矢印１５５の位置にある光検出器１５の１台
であるのに対して、第２実施例では、図８の矢印１５
５、１５６の位置にある光検出器１５、１８の２台であ
る点である。図２に示す第２実施例では、被検査実装基
板１１から反射する垂直集光反射散乱光１３と１６とを
使用し、垂直集光反射散乱光１３は垂直集光反射収束光
１４となり光検出器１５に結像し、垂直集光反射散乱光
１６は垂直集光反射収束光１７となり光検出器１８に結
像する。

【００４０】２個の光検出器１５、１８を使用すること
の効果は、次の通りである。即ち、ある瞬間に、光検出
器１５、１８に得られる情報は、そのときに垂直集光照
射光１２が照射している位置の同一高さに関する情報で
はあるが、この照射位置における部品の傾き具合によっ
て、片方の光検出器に入る散乱光量が少なくて信頼性に
欠ける場合でも、もう一方の光検出器で補うことができ
る。他の部分は、第１実施例と同様なので、同一符号を
付けて説明を省略する。

【００４１】次に、本発明の第３実施例を図３に基づい
て説明する。

【００４２】図３に示すように、第３実施例が、図２に
示す第２実施例と異なるのは、ガルバノミラー８の中央
部に穴１９を開け、発散光５をこの穴１９を通過させて
いることである。この穴１９を開けて発散光５を通す効
果は、これによって、発散光１９をポリゴンミラー６の
正面に垂直に当て得ることである。即ち、垂直に当てる
ことによって、被検査実装基板１１上のレーザー光走査
線の直線性が向上する。他の部分は、第２実施例と同様
なので、同一符号を付けて説明を省略する。

【００４３】次に、本発明の第４実施例を図４に基づい
て説明する。

【００４４】図４に示すように、第４実施例が、図３に
示す第３実施例と異なるのは、ガルバノミラー８の中央
部に穴２０を開け、点光源（ビームウエスト）４の位置
を、穴２０の位置に設定していることである。この効果
は、穴２０の大きさを、第３実施例の穴１９に比べて、
最小限にでき、反射光７の穴２０によるエネルギ損失を
最小限にできることである。他の部分は、第２実施例と
同様なので、同一符号を付けて説明を省略する。

【００４５】尚、実施例には、実装基板を被検査物とし
たが、実装基板に限らず、実装前の回路基板、各種部品
の他に、液晶パネルや半導体ウエハ等の各製造工程にお
ける表面状態の検査にも使用できる。

【００４６】又、実施例には、副走査用回転ミラーとし
て、ガルバノミラーを使用したが、ガルバノミラーに限
らず種々のミラーを使用できる。例えば、レゾナントミ
ラー、或いは、ポリゴンミラーを使用できる。

【００４７】又、ポリゴンミラーは、６面又は８面の反
射面を持ったものが便利であるが、何面でもかまわな
い。

【００４８】

【発明の効果】従来例のレーザースキャンニング方式の
表面検査装置では、被検査物表面に照射するレーザー光
が、被検査物表面に斜めに当たるので、走査速度が不均
一になり、走査線の直線性が悪く、画像湾曲が発生し、
被検査物の表面に凹凸がある場合には凸部による死角が
存在し、その部分の検査ができなかったが、本発明の表
面検査装置は、レーザースキャンニング方式ではある
が、走査用ミラーと被検査物との間に走査用レンズを設
けることによって、レーザー光を、被検査物の表面に垂
直に照射できるので、走査速度の等速性と走査線の直線
性が向上し、被検査物表面に凹凸があっても死角が存在
せず、被検査物の表面形状を凹凸の高さを含めて精度良
く検査できるという効果を奏する。

【００４９】又、本発明の表面検査装置は、光検出器を
２台使用すると測定精度を向上できるという効果を奏す
る。

【００５０】又、本発明の表面検査装置は、副走査用ミ
ラーに、スキャンニング用レーザー光を通す穴を開ける
と、スキャンニング用レーザー光が主走査用ミラーに垂
直に当たるので、走査線の直線性を向上する効果を奏す
る。

【００５１】又、本発明の表面検査装置は、副走査用ミ
ラーの前記の穴の位置に、スキャンニング用レーザー光
のビームウエストを一致させると、副走査用ミラーの反
射効率の低下が小さくなり、検査データの出力が向上す
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面検査装置の第１実施例の構成を示
す斜視図である。

【図２】本発明の表面検査装置の第２実施例の構成を示
す斜視図である。

【図３】本発明の表面検査装置の第３実施例の構成を示
す斜視図である。

【図４】本発明の表面検査装置の第４実施例の構成を示
す斜視図である。

【図５】本発明の原理を示す図である。

【図６】本発明の原理を示す図である。

【図７】本発明の原理を示す図である。

【図８】本発明の原理を示す図である。

【図９】表面検査装置の従来例の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１半導体レーザー素子２集光レンズ３収束光４点光源（ビームウエスト）５発散光６ポリゴンミラー６−０、６−１、６−２反射面７反射光８ガルバノミラー９照射光１０走査用レンズ系１１被検査実装基板１２垂直集光照射光１３、１６垂直集光反射散乱光１４、１７垂直集光反射収束光１５、１８光検出器１９、２０穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光発生手段とこのレーザー光発
生手段からのレーザー光を走査させる走査手段とを有し
て被検査物表面を走査する走査レーザー光を発生する走
査レーザー光発生部と、前記被検査物表面からの反射光
を受ける光検出器と、前記走査レーザー光発生部と前記
被検査物との間に位置し、前記の被検査物表面を走査す
る走査レーザー光を前記被検査物表面に垂直に集光する
と共に、前記被検査物表面からの前記反射光を収束し前
記走査手段を逆行させて前記光検出器の検出面上に集光
させる走査用レンズ系とを備え、且つ、前記被検査物表
面と前記光検出器の検出面とが前記走査用レンズ系に対
して結像関係にあることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】走査手段は、主走査用回転多面ミラー
と、副走査用回転ミラーである請求項１に記載の表面検
査装置。
【請求項３】主走査用回転多面ミラーの照射用反射面
と受光用反射面とが別の反射面である請求項２に記載の
表面検査装置。
【請求項４】主走査用回転多面ミラーの１反射面が照
射用反射面になり、この照射用反射面になった前記１反
射面の両側の反射面が受光用反射面となり、各受光用反
射面からの反射光を別個に検出する２つの光検出器を有
する請求項２又は３に記載の表面検査装置。
【請求項５】副走査用回転ミラーの中央部に、レーザ
ー光発生手段からのレーザー光を通す穴を設ける請求項
２、３又は４に記載の表面検査装置。
【請求項６】レーザー光を通す副走査用回転ミラーの
中央部の穴の位置と、レーザー光発生手段からのレーザ
ー光のビームウエストの位置とが一致する請求項５に記
載の表面検査装置。