JPH11218499A

JPH11218499A - 外観検査装置およびその画像処理方法

Info

Publication number: JPH11218499A
Application number: JP10021641A
Authority: JP
Inventors: Kiyoo Takeyasu; 清雄武安; Satoru Kitamura; 覚北村
Original assignee: Hitachi Denshi KK
Current assignee: Hitachi Denshi KK
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は寸法が１００μｍ角前後、場合によ
っては数十μｍ角程度の微細な物体、たとえば高密度プ
リント基板に実装されたマイクロはんだポイントやシリ
コンウエハ上に実装されたバンプ素子などの微細物体を
対象とした、外観状態良否判別方式の改善を目的とす
る。【構成】前記の目的を達成するため、本発明では対象
物映像の入力手段として、たとえば多段式照明（以下段
差照明と呼称）とテレビカメラなどイメージセンサを用
いる事を一つの前提として、以下のようなパターン判定
を実行する。１）ウインドウサイズの基準化２）上記を前提とした個別画素判定方式３）またウインドウ内にさらに設定された特定領域内の
画素判定方式

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は寸法が１００μｍ角前
後、場合によっては数十μｍ角程度の微細な物体、たと
えば高密度プリント基板に実装されたマイクロはんだポ
イントやシリコンウエハ上に実装されたバンプ素子など
の微細物体を対象とした外観良否判別方式に関し、具体
的には形状的良否判別ではなく状態的な良否判別方式の
改善に関するものである。

【０００２】以下、内容を単純化し理解を容易にするた
め、バンプ素子の外形寸法の良否判別を具体対象として
技術内容を説明する。バンプ素子とは従来のはんだ接合
を用いた電子パッケージよりもさらに高密度コンパクト
な電子パッケージを実現するため、ＩＣチップレベルの
素子を接合するために用いられるもので、材料的には従
来と同様ペーストはんだを用いる場合やＡｕ材料を用い
る場合があり、形状的には球体、扁平球体、あるいは柱
状などがある。いずれの場合も複雑な機能を持つ電子回
路素子を接合することが目的であるため、微小範囲に多
数個の素子が配列されている。電子回路の接合後は外部
から見えないため、接合の前段階で各々の素子が所定範
囲の寸法形状であるか否かを検査することが信頼性確保
の上できわめて重要である。

【０００３】

【従来の技術】従来からバンプ素子など微細物体の外形
寸法の良否判別方式の代表例として以下の２方式が用い
られている。

【０００４】１）対象有無判定適当な照射光とイメージセンサを用い、所定位置にバン
プ素子が実装されているか否かを検査する方式であり、
検査内容が簡単である反面、処理速度が比較的速いとい
う利点がある。

【０００５】２）対象高さ判定例えば特許第２６２０２６３号等に示されているように
レーザ光とイメージセンサを用い、対象素子が規定の高
さを保有するか否かを検査するもので、前記の方式より
検査レベルが高度である。

【０００６】これらの方式は既に実用化の段階にあり、
各々の検査目的に応じた効果を発揮している。

【０００７】しかしながら、微細物体をバンプ素子に限
ってみても、その材質、寸法形状、あるいは実装形態も
多種多様であり、また、バンプ素子あるいはバンプ接合
部の信頼性を一層向上するため、さらに高度で多角的な
検査方法の開発が要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
要求への解決手段の提供を目的としており、具体的には
バンプ素子など微細物体の有無、高さのみならず、形状
的な欠陥や異物の付着、あるいは対象物体が実装されて
いる背景領域の異常などの摘出を可能とすることによっ
て、微細物体検査能力の向上に寄与することを目的とし
ている。

【０００９】前記の目的を達成するため、本発明では対
象物体の映像入力手段として、たとえば多段式照明装置
を用いる。多段式照明による外観検査装置は、図２に示
すように投射角度が相違する複数の照明装置３−ａ，３
−ｂ，３−ｃ、３−ｄにより対象物体を順次照射し、テ
レビカメラなどイメージセンサ４を通じて基板１に実装
されている対象物体たとえばバンプ１０から得られる複
数の映像を入力するもので、従来プリント基板上のはん
だ接合部の外観検査に利用されてきた。なお、この多段
式照明による外観検査装置の基本特許は特公平５−２１
４０３に示されている。イメージセンサ４より得た複数
の映像は、変換部５によりデジタル処理された後、記憶
装置６に記憶され、認識制御部７がこの記憶情報を基に
画像処理を行い、映像内の検査対象の良否判別を実行す
る。この判別処理は、移動装置２により検査対象を１視
野づつ移動しながら対象基板の全領域について実行され
る。なお、図の８は照明制御部、９は移動装置２の駆動
制御部である。

【００１０】図の場合、照明装置は垂直落射照明３−ａ
を付加した４段照明であるが、３段のもの、２段のもの
等もある。さらに多段照明装置としては一般的な環状照
明以外の方法も可能であり、また光学的にはモノクロー
ムのほかカラー方式も利用できる。なお、このような多
段照明装置自体は周知である。

【００１１】また、検査対象の保持あるいは移動手段ま
たはその駆動装置、テレビカメラなど映像入力手段、あ
るいは映像信号のデジタル化装置など各要素についても
同様である。

【００１２】本発明ではこのような多段照明方式を、微
細な対象物体の検査に適合させるものである。

【００１３】このような微細対象を検査する場合、当然
拡大率の高い光学レンズ系を通して映像を入力すること
になるため、１）レンズ系やテレビカメラによる映像ひずみや分解能
の限界２）焦点深度が浅いことに伴う映像ぼけ３）対象面の散乱特性による映像のあいまいさなどの点が原因となって鮮明な映像が得られない場合が
多い。

【００１４】多段照明方式の本来のねらいは、角度の相
違する投射光が、対象面の異なる角度部分で高輝度反射
することを利用して、対象の角度分布、言い替えれば対
象の外観形状を認識することにあり、はんだ付の外観検
査では大きな効果を有する。しかし、より微細な対象物
体の場合は、上記の各問題からこのような本来の目的を
十分満足する精度のよい映像を得にくい。

【００１５】本発明ではこのような段差照明方式を、微
細な対象物体の検査に適合させるため、段差照明によっ
て得られる映像の処理について、新たな方法の提案を行
うものである。

【００１６】数十μｍ程度の微細物体を検査する場合、
当然拡大率の高い光学レンズ系を通して映像を入力する
ことになるが、そのような場合の画像処理の技術的問題
点として前記１）〜３）の他、更に次の点が挙げられ
る。

【００１７】４）イメージセンサの視野が移動装置の位
置決め精度に対し相対的に拡大されているため、映像入
力時の視野内の対象物位置にばらつきを生じる。

【００１８】更にバンプを例にとればバンプ素子外形検
査のための画像処理においてはもちろんこれらの点を考
慮する必要がある。一方、バンプ素子を実装した対象面
の特徴としては、１．シリコンウエハなどに実装されて
いるバンプ素子は、通常、同一パターン分布を持つセグ
メントが二次元的に多数個繰り返し配列された実装条件
になっている。２．電子回路の種類に応じて、バン
プ素子には数十μｍから百μｍ以上まで多様な寸法のも
のが用いられる。

【００１９】そこで、本発明では、外観形状を２次元画
像の処理により、綿密に解析するのではなく、多段照明
映像から得られる、いわば外観状態をパターンマッチン
グ的に把握することで問題を解決しようとするものであ
る。すなわち、多段照明方式を通じて得られる映像は、
対象面の外観構造そのものではなくても、外観構造を修
飾変形した情報であることに変わりなく、かつ複数映像
を総合的に利用することにより、複合的な判定処理が可
能である。つまり、本発明は形状的な判別ではなく、映
像的な良否パターン判定を行うものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は特徴は１）段差照明装置を用い、この段差照明特有の画像によ
るパターン認識を行うようにしたものである。２）ステージ位置決め分解能以下の誤差をカバーするた
めの多数決原理によるウインドウの位置補正を行うよう
にしたものである。３）検査対象物より広いウインドウを設定し、検査の高
速化と拡大ウインドウによるウインドウ特有の死角の低
減を図ったものである。４）バンプの良否は絶対値ではなく相対値である点に着
目し、検査ウインドウを標準化したものである。バンプ
の大小に係らず、同一処理アルゴリズムで画像処理、良
否判定をする。このため検査ウインドウ画素数の同一に
する。等である。

【００２１】更にこれらについてより詳しく説明する。

【００２２】なお以下の説明においては、バンプ検査を
例とする。初めに、段差照明装置を用いたパターン認識
によるバンプ検査について説明する。

【００２３】本発明では前述のように多段照明方式を、
バンプ素子など微細な対象物体の検査に適合させるよう
にしたものである。多段照明方式を通じて得られる映像
は、対象面の外観構造そのものではなくても、外観構造
を修飾変形した情報である。かつ多段差による複数映像
を総合的に利用することにより、複合的な判定処理が可
能である。つまり、形状的な判別ではなく、映像的な良
否パターン判定を行うことが本発明の特徴の一つであ
り、その基本的な動作フローチャートを図１に示し、こ
のフローチャートにしたがって説明する。

【００２４】検査ウインドウサイズの基準化のステップ
１１１において、パターンマッチング的な良否判別を容
易に行うためには、良否比較画像が同一画素サイズまた
は少なくとも整数比であることが不可欠である。したが
って第１にこの基準化を行なう。

【００２５】ウインドウ内画素番地割り付け、またはウ
インドウ内特定検査領域の設定ステップ１１２とパター
ン比較ステップ１１３の２つのステップにおいて、ウイ
ンドウ内の画素に番地を割り付けることにより、良品パ
ターンとの画素比較判定が可能になる。または、ウイン
ドウ内特定検査領域の設定を設定することによりやはり
良品パターンの特定領域との相対比較が可能になる。

【００２６】次に相対値が指定値を越えた場合に不良と
判定する、不良判定ステップ１１４、および、必要に応
じて、複数の画像について、良否判定結果を分類する不
良分類ステップ１１５と進む。

【００２７】前記の画素比較あるいは領域比較の方法と
して多様なものが考えられるが、基本的に重要なのは、
複数の画素の各々に、それに適した判別指標を割り付け
ることと、それらを適切に組み合わせることにより、不
良の分類を可能な範囲で実行することである。

【００２８】ただし、このようなパターン比較を確実に
行うため、良品基準パターンと検査パターン相互のパタ
ーンの相対位置ずれが所定範囲以内であることが前提と
なるが、それについては次に説明する。

【００２９】以上に述べた本発明の基本原理を用いるこ
とにより、対象面に密集して実装された微細寸法のバン
プ素子の良否を適切に判別することが可能になる。ま
た、このような考え方はバンプ素子以外の微細物体につ
いても、類似の実装条件を伴う限り拡張的に応用するこ
とが可能である。

【００３０】次に図３を用い視野内の複数領域の映像に
よる位置ずれ確認と、ウインドウの拡大、ウインドウの
標準化等について説明する。なお、このフローチャート
については実施例の説明において、詳細に説明する。

【００３１】従来、一般のプリント基板はんだ検査など
における検査対象位置の確認は、プリント基板の周囲に
設定されている位置決めマーカにより基板単位で実行す
る方法、または基板に装着されている部品の周囲に設定
されている位置決めマーカにより部品単位で実行する方
法、が用いられている。

【００３２】しかしバンプ素子のように、より微細な検
査対象の場合は前記の事情からこのような方法では位置
確認精度が不十分な場合が生じる。

【００３３】従って本発明の場合は、位置確認に視野内
に含まれる複数の検査対象（またはこれに付随するパタ
ーン）を使用し、多数決原理により位置確認を行う。こ
の場合、視野内の対象点が極度に多いなど特別な事情が
ある場合を除き、全ての検査対象を利用することが望ま
しい。この動作が図３のステップ３１２、３１３、３１
４である。複数の対象点を位置確認に利用することによ
り得られる利点は、１．個々の対象から得られる位置ず
れ情報にばらつきがあっても平均化され精度が向上す
る。２．多数の対象点が示唆している位置ずれ情報
と乖離した情報を示す対象点は、この時点で不良対象と
して摘出できる。あるいは、各対象点が示唆する位置ず
れ情報が全体的に一定以上ばらつく場合は、このブロッ
ク全体を不良とみなしうる。３．バンプ素子の実装
条件としては、濃淡画像として明確に検出可能な大きめ
のパッド上に実装されている場合と、検出が困難な小さ
なパッドまたは回路部分に実装されている場合、とがあ
るが、後者の場合は必然的に画像的にばらつきを伴う素
子自体を位置確認に使用せざるを得ないことから、多数
決原理が有効である。

【００３４】次に検査領域より広い拡大ウインドウの設
定について説明する。

【００３５】前記の方法により複数の検査点を含む視野
の位置ずれが確認されると、次に各検査対象の良否判定
を実行するための検査用ウインドウを設定する。このウ
インドウは、後述するようにその内部に含まれる各画素
を情報処理に適したコードに変換し、このコードパター
ン分布を利用して対象の良否判別を行うために設定す
る。従来、このウインドウは検査対象領域と合致したサ
イズで形成するのが一般的である。

【００３６】これに対し、本発明では検査対象領域より
大きい、例えば１．２倍あるいは１．５倍の大きさを持
つ拡大ウインドウを使用する。この動作がステップ３１
６である。拡大ウインドウを使用する理由は、１．バン
プ接合の信頼性に影響を与える異物がバンプ周囲に付着
した場合の検出が可能となる。２．バンプ接合の信
頼性に影響を与える、隣接したバンプ領域との間に生じ
た短絡ブリッジの検出が可能となる。３．バンプ実
装位置に若干の位置ずれがあった場合でも、その全体画
像が包含され、寸法などの良否計測が可能となる。

【００３７】次にウインドウサイズ（画素数）基準化に
ついて説明する。

【００３８】このように設定されたウインドウのサイズ
はバンプ素子の寸法により多様である。むろん従来のは
んだ付け検査等の例のように、この状態で対象の検査は
可能である。しかし、ここでは各種のサイズのバンプ素
子について、統一したサイズ、つまり映像画面の水平方
向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）を同一画素数の
大きさに基準化する。この部分がステップ３１７であ
る。その理由は、１．バンプ素子の欠陥が信頼性に与え
る影響は、欠陥の絶対値ではなく欠陥サイズの素子サイ
ズに対する比率である。寸法が異なるバンプに対し統一
サイズのウインドウを用いるのは欠陥の比率を知る上で
適切な方法である。２．ウインドウサイズの統一、
つまりウインドウ内の画素数の統一により、良否判定ア
ルゴリズム自体に一般性があり、簡単化することが可能
となり、結果的に処理速度が向上する。３．ウイン
ドウサイズの統一は、対象に対する相対位置精度が確保
されている限り、画素の番地が対象の位置に対応してお
り、パターン認識処理が容易に行える場合が多い。

【００３９】次にステップ３１８の個別コード化につい
て説明する。

【００４０】先にも触れたように、対象良否判定はウイ
ンドウに対応した多段映像を直接使用するのではなく、
各映像を利用し画素単位でコード化するのが一般的であ
る。コード化は画像前処理に相当し、判別処理を適切に
行うための手段である。

【００４１】従来のはんだ検査では多段映像を用いて画
素単位の角度コードを設定する方法が採用されていた。
しかし、ここではそのような複合コードではなく、各映
像毎の単一コード化を行うのを基本とする。この場合の
コード化の方法は、一定以上の映像レベルを２値化ある
いは３値化する方法、一定以上の輝度レベルを１０段階
程度のコードに変換する方法などが考えられる。このよ
うに、映像個別のコード化を採用するのは以下の理由に
よる。

【００４２】技術課題で述べたように、微細な対象の場
合は鮮明な高精度映像が得られない場合が多い。対象の
光学反射特性に散乱特性を含む場合も同様である。この
ような場合は、複合的なコード情報より、個別コードに
よる情報を複合する方が、より適切な良否判別が行える
可能性を持つ。

【００４３】以上に述べた本発明の基本原理を用いるこ
とにより、対象面に密集して実装された微細寸法のバン
プ素子の良否を適切に判別することが可能になる。ま
た、このような考え方はバンプ素子以外の微細物体につ
いても、類似の実装条件を伴う限り拡張的に応用するこ
とが可能である。

【００４４】以下、実施例によりバンプ検査を例にし
て、本発明の内容をより具体的に説明する。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下図面を用い実施例について説
明する。なお、図面は、全図を通じ同一のものには同じ
参照符号を付している。

【００４６】実施例を説明する前に、発明の具体対象で
あるバンプ素子の外形および映像のモデルを図４および
図５に示し、説明する。バンプ素子を実装した対象面の
特徴としては以下の点が挙げられる。

【００４７】シリコンウエハなどに実装されているバン
プ素子は、通常、同一パターン分布を持つセグメントが
二次元的に多数個繰り返し配列された実装条件になって
いる。また、バンプは電子回路の種類に応じて、バンプ
素子には数十μｍから百μｍ以上まで多様な寸法のもの
が用いられる。

【００４８】図４は扁平タイプの球状バンプの例であ
る。図において（ａ）は対象の側面図であり、１０はバ
ンプ素子、４０はバンプ素子１０をウエハなどの基板１
に接合するためのパッドまたはランドである。このよう
なバンプ素子の多段照明映像モデル（ｂ）、（ｃ）に示
す通りである。（ｂ）、（ｃ）において、２０−ａは上
段照明により得た映像、２０−ｂは下段の照明より得た
映像である。また、白い部分は高輝度、ハッチングを施
した部分は低輝度領域を示している。たとえば比較的上
方向からの照明に基づく映像は（ｂ）のようにバンプ上
部中央の比較的平坦な領域において輝度レベルが高く、
比較的横方向からの照明に基づく映像は（ｃ）のように
バンプ周囲の比較的勾配の高い領域において輝度レベル
が高い。１０１は高輝度領域、１０２は低輝度領域を示
す。

【００４９】一方、図５は柱状バンプの例である。柱状
といえどもミクロに見た場合は（ａ）の側面図のよう
に、形状的な丸みやだれがあり、これが多段照明による
映像として（ｂ）、（ｃ）に示すようにとらえられる。
すなわち比較的上方向からの照明に基づく映像は（ｂ）
のようにバンプ上部中央の比較的平坦な領域において輝
度レベルが高く、比較的横方向からの照明に基づく映像
は（ｃ）のようにバンプ周囲の比較的勾配の高い領域に
おいて輝度レベルが高いのは図４の場合と同様である。

【００５０】このように投射角度が相違する照明により
対象の外観状態に対応した複数の映像が得られ、それぞ
れを比較することにより良否判別が可能となる。

【００５１】図３は本発明の実施例におけるバンプ検査
ステップを示すフローチャートであり、良否判定ステッ
プ１１に付いては図１に、より詳細に展開、示してい
る。なお、図１における検査ウインドのサイズを標準化
するスルステップ１１１は図３の画像サイズ標準化ステ
ップ３１７と実質的に同じであり、図３に示す段階で行
ってもよいし、図１の段階で行ってもよい。ダブって行
う必要はない。

【００５２】以下、この図３に示すフローチャートに示
す順に従い、実施例について詳細に説明する。

【００５３】初めに、このバンプ検査装置の概略的な構
造は図２に示すものであり、段差照明装置の動作につい
ては先に説明した通りである。

【００５４】図２に示すイメージセンサ４からの映像信
号は変換部５にてデジタルデータに変換され、記憶装置
６に記憶される。記憶装置６に記憶された各段の照明装
置３−ａ、３−ｂ、３−ｃ、３−ｄからの照明より得た
データである。認識制御部ではこのデータを基に以下、
詳細に説明するようにバンプ検査を行う。

【００５５】まず、ステップ３１１において、映像デー
タにバンプ欠陥以外の不具合、例えば、イメージセンサ
４の異常に伴うデータの異常、変換部５の故障等がない
かをチェックする。次に、ステップ３１２にてバンプ位
置のずれが同一方向かチェックする。この時、すべての
バンプ位置にずれがあれば、ステップ３１５にて補正値
を求め、位置ずれ補正を行う。一部のバンプのみに位置
ずれがある場合には乖離している対象情報を除外し、一
部不良とする（ステップ３１３）。次に、位置ずれの傾
向をみて、位置ずれが同一傾向で、一定値を超えている
場合は全体不良とする（ステップ３１４）。一定値以下
の場合にはステップ３１５に移る。

【００５６】次に、このステップ３１２からステップ３
１５までの動作について、図６、図７、図８を用いて説
明する。

【００５７】図６から８に、検査視野内の対象位置ずれ
確認方法の実施例を示す。例えばシリコンウエハ基板に
多数個実装されたバンプ素子の良否判別を行う場合、相
対的に広いウエハ面を光学系の設計条件に対応した小区
画に分割し、１区画づつ検査を行うことになるが、図６
はその１区画分、つまりイメージセンサ４の１視野に対
応した入力映像のモデルを示している。同図の場合、１
角視やに６つのウインドウが存在する。６１１は視野、
点線の正方形１２は対象に位置ずれがない場合の対象素
子のあるべき位置、つまりＮＣデータベースの対象位
置、実線の正方形の映像位置１０は位置決め誤差を伴っ
た対象素子の映像位置を示している。図７は視野６１１
内の対象素子の実映像の座標ａからｆがデータベース上
の位置座標から、垂直（Ｖと称する）方向および、水平
（Ｈと称する）方向にどれくらいずれているかを座標で
示したものである。

【００５８】図８は映像位置１０−ａの実像位置２０−
ａとデータベース上のウインドウ位置１２−ａと実映像
の高輝度部分の積分特性を示す。

【００５９】このうち対象の映像位置１０−ａを例にと
って映像状態を示すと図６のａのようになる。すなわ
ち、映像位置１０−ａの実映像２０−ａは、ＮＣデータ
ベースのウインドウ位置１２−ａに対し、＋Ｖ，−Ｈ方
向にずれた状態にある。ここで、ＮＣウインドウ内の高
輝度映像領域をＨ方向に積分すると３０の曲線が得られ
実際の対象が＋Ｖ方向にＳＶずれていることが分かる。
直角方向について同様な処理を行えば−Ｈ方向へのずれ
も確認できる。なおこの場合のＨ方向、Ｖ方向へのずれ
確認には種々の方法を採り得る。

【００６０】各検査対象についてこのような位置ずれを
調べると図７が得られる。図７において多数の対象が同
一の位置ずれ傾向（矢印Ａ方向）を示すのに対し、対象
１０−ｃは異なった傾向（矢印Ｂ方向）を示す。この場
合１０−ｃは不良であるとみなし、他の同傾向の対象の
ずれ傾向を平均化して、当該視野の位置ずれと判定す
る。

【００６１】位置ずれが確認されると、これを利用した
検査ウインドウの設定処理を行う。すなわち図９に示す
ように点線で示したＮＣウインドウ１２に対し位置補正
を行った実線の検査ウインドウ１３を設定するが、本発
明では実線で示したように、さらに拡大したウインドウ
１４を検査に用いる。この拡大ウインドウの設定は図３
のステップ３１５に示す。つまり、この拡大ウインドウ
の大きさは隣接するウインドウと接しない範囲で、か
つ、検査対象物体より大きいものとなる。

【００６２】これによって、図１０の２１のように規定
より大きなサイズで実装された対象寸法の計測が可能に
なる。あるいは、２２で示すような異物等の付着状態の
有無の検査も可能である。さらにバンプ素子が実装され
ている周囲領域における薬品汚染のチェックにも利用で
きる。従って拡大ウインドウは、検査目的に応じた広さ
に設定することが望ましい。

【００６３】ウエハバンプのように、ウエハ上に多数の
バンプが存在する場合、その全体を画像処理により検査
すると、膨大な時間がかかる。そこで、ウインドウを設
定し、そのウインドウ内のバンプだけを検査するのであ
るが、一方、バンプ素子の周辺領域にも前述のような欠
陥があり、バンプに近ければ欠陥となる。そこで、この
ように、拡大ウインドウを用いれば、品質に影響を与え
るような、バンプ近傍の欠陥を検出することが出来、し
かも、全体を画像処理する場合に比べはるかに短時間
で、検査する事が出来る。

【００６４】次に、図３の画像サイズ標準化ステップ３
１７，各映像の個別コード化ステップ３１８について説
明する。

【００６５】ウインドウ内の映像情報を画像処理に適し
たコード情報に変換する場合、同時にその全体サイズを
所定の大きさに基準化する。この画像サイズの基準化ス
テップ３１７の方法としてはいくつか考えられるが、図
１１の例は１次元づつ基準化していく方法を示してい
る。

【００６６】すなわち、同図（ａ）に示すように実際の
画像がＭ×Ｍ（画素）である場合、これを所定のＮ×Ｎ
（画素）に基準化する手順として、（ｂ）のように、ま
ずＨ方向のサイズを基準化し、さらに（ｃ）のようにＶ
方向のサイズを基準化する。各々の基準化段階で新たな
コード数値は前段階の数値を比例配分する方法で決定さ
れる。またＭ，Ｎは特に整数比である必要はない。

【００６７】なお、図１１の例では説明の都合上、あら
かじめ１桁数値にコード化された状態からのサイズ基準
化手順を示しているが、実際には以下の各方法が可能で
ある。

【００６８】１）輝度情報をベースに基準化処理を行っ
た後、コード化処理を実行する。

【００６９】２）基準化処理のいずれかの段階でコード
化処理を実行する。

【００７０】３）基準化処理を行った後、コード化処理
を実行する。

【００７１】通常は２）の方式に利点がある。

【００７２】次に、図３、図１に示す良否判定１１の動
作に付いて説明する。

【００７３】図１２は図４（ａ）にその側面形状を示し
たバンプから得た映像のモデルを示す。

【００７４】図１２は扁平タイプの球状バンプ例にして
おり、また多段照明としては図２に示した４段を想定し
ている。多段照明の構成方法は任意であるが、例えば4
段照明の内、対象物体を垂直方向から照射する上段照明
３−ａは、やはり対象の真上にあるテレビカメラ等のイ
メージセンサ４と複合構造となっている落射照明であ
る。他の中上段３−ｂ、中下段３−ｃ、ならびに下段照
明は３−ｄ、たとえば発光素子を多数用いた環状照明を
用いる。図において１０はバンプ素子、４０はこれをウ
エハなどの基板1に接合するためのパッドまたはランド
である。このようなバンプ素子の多段照明映像モデルは
図の図４（ａ）に示す通りである。図１２において、白
い部分は高輝度領域１０１、ハッチング部分は低輝度領
域１０２を示している。たとえば上段照明３−ａに基づ
く映像は（ａ）のようにバンプ上部中央の比較的平坦な
領域において輝度レベルが高い。中上段照明３−ｂに基
づく映像は（ｂ）、中下段照明３−ｃに基づく映像は
（ｃ）、比較的横方向からの下段照明３−ｄに基づく映
像は（ｄ）のようにバンプ周囲の比較的勾配の高い領域
において輝度レベルが高く、他の照明による映像も対象
のそれぞれの角度部分において高輝度となる映像を提供
する。ただし、実際には、各々の高輝度領域はここに示
したモデル図より重複的である。

【００７５】このような多段照明映像をバンプ素子の各
種の不良に適用した場合の画像モデルは図１３のように
なる。これからわかるように、上段映像３−ａは表面状
態の不良摘出に、また、下段照明３−ｄは素子周囲の不
良摘出に適しており、また他の照明映像は不良分類を明
確にするためのサポート情報としての意味が大きい。例
えば、側面形状１３１に示すようにバンプに突起がある
場合には、上段照明３−ａの画像１３１１にはその特徴
は現れないが、中上段照明３−ｂ，中下段照明３−ｃ，
下段照明３−ｄの画像１３１２、１３１３、１３１４に
はその特徴が現れる。側面形状１３２のようにバンプに
凹みや欠けがある場合には、中上段照明３−ｂ，中下段
照明３−ｃ，下段照明３−ｄの画像１３２２、１３２
３、１３２４には正常バンプと同じ形状が現れるが、上
段照明３−ａの画像１３２１にはその特徴は特徴が現れ
る。また、側面形状が１３３のような異物付着の場合に
は１３３１、１３３２、１３３３、１３３４の各段の照
明の画像にその特徴が現れる。また、このような複数
の映像を利用して対象の良否判別を行う場合前に説明し
たような画像処理に適した形に変換したコード信号を利
用する方法がある。しかし、映像原信号を直接利用する
方法もあることは言うまでもない。いずれを採用するか
は必要に応じて選択する。

【００７６】図１４、図１５、図１６は、図１３に示し
た分析結果をもとに構成した外観状態良否判別方法の実
施例を示している。図において１４は検査対象に対応し
て設定された検査ウインドウ、１５，１６，１８は検査
ウインドウ内に設定された状態比較のための特定領域を
示す。また、１７，１９，２０は検査ウインドウ内の検
査対象の映像である。この実施例では、局面により、各
段の映像それぞれに独立に異なる目的の判定指標すなわ
ち、サイズ検査、上面検査、周囲検査を与えた形を採っ
ているが、それぞれについて次に説明する。

【００７７】図１４を用いてサイズ検査について説明す
る。

【００７８】バンプ接合の信頼性向上のためにはバンプ
素子のボリューム（量）が一定範囲にあることが重要で
あり、このための検査方法としてここではサイズ検査を
行う。その方法としてもっとも単純なパターン判定方法
は、ウインドウ１４内のいずれかの映像が高輝度である
部分の画素数を計測することである。ないしは対象の外
径１５に対応している映像２０の下段照明映像高輝度領
域の外周部の画素数を計測することである。

【００７９】このような方法は対象の真円度や直径など
形状判定ではないが、外径の大きさを修飾変形されたパ
ターンを計測したことになり、結果的にボリューム判定
の一種であるといえる。

【００８０】なお、バンプ素子が反射率の高いパッド面
に実装されている場合は、検査の前段階でこのパッド領
域の映像をマスクする。

【００８１】次に上面検査について、図１５により説明
する。

【００８２】対象上部の傷などの検査、場合によっては
対象上面の異物付着の検査を行う。これらの欠陥が一定
以上になるとバンプ接合強度が低下するためである。こ
の目的に対しもっとも敏感なのは上段照明映像であり、
図に示した判別用特定領域１６を設定し、この領域内映
像１７の上段映像高輝度画素数が良品のそれから乖離し
ていないかどうかをチェックする。

【００８３】上段照明映像はこのような不良に対し敏感
ではあるが、それが凹みなのか突起なのかの細項目判定
ができない場合がある。これを補うため、中上段、また
は中下段映像に対する判別用特定領域を設定し、これか
ら得られる情報を基に不良分類を行う。

【００８４】次に周囲検査について、図１６を用いて説
明する。

【００８５】対象周囲の形状欠陥または異物付着につい
て下段照明を用いる。この場合も、例えば図の１８に示
した位置に判別用特定領域を設定し、この領域１８内対
象映像１９の下段映像高輝度画素数が、良品のそれから
乖離していないかどうかをチェックする。

【００８６】下段照明により得られる映像はこのような
不良に対し敏感ではあるが、それが異物なのかはんだブ
リッジなのかの細項目判定ができない場合がある。これ
を補うため、判別用特定領域内の中上段、または中下段
映像から得られる情報を基に不良分類を行う。

【００８７】図１７は、複数映像のいずれか一つについ
て、良品対象があるべきパターンを示している。内容を
平易にするため、既に映像原信号ではなく、１桁の数値
にコード化された画像パターンで示してあり、かつ画像
サイズも８×８の小規模な内容となっている。図のａは
各画素単位の下限値、ｂは上限値であり、両者を併せ、
検査対象の画像パターンがこの範囲にあれば良品である
という限界値を示している。

【００８８】これに対し、図１８のａ）およびｂ）は、
それぞれ検査対象の画像パターン（２）であり、これを
前記の良品パターン範囲からの偏差値として表したもの
が（３）である。これからａ）は偏差値の累計が０であ
ることから良品、ｂ）は偏差値累計が画像パターン左下
領域において大きいことから、異物付着等の不良と判定
する。

【００８９】ただし、このようなパターン比較を高速に
行うため、良品基準パターンと検査パターンは二次元的
に同一画素であるか少なくとも整数倍比率であること
と、相互のパターンの相対位置ずれが所定範囲以内であ
ることが前提となる。

【００９０】逆にいえば、位置ずれが大きい場合は、そ
れに対応したマクロな比較判定が必要になり、たとえば
同一番地周辺の複数画素を含む平均値の比較法が考えら
れる。また、映像原信号をサイズ基準化する場合のサ
イズを小さくし、結果的にマクロ判定としても良い。な
お、照明装置に関しては、必ずしも段差照明でなくと
も、検査対象に対し異なる照射角で光をあてることがで
きればよく、例えば、二次元平面状の同心円上に複数の
環状光源を設けてもよい。また、以上の説明ではバンプ
検査装置を例として説明が、これに限らず、あらゆる物
体の検査に実施することができ、特に微細物体の検査に
最適である。

【００９１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば多段照明を利用した光学装置をベースに、バン
プ素子など微細な対象物の外観状態判別が可能になり、
これを利用した検査装置の実現を通じた高密度電子機器
の信頼性向上など、工業的な効果が大きい。

【００９２】特に本発明によれば、高精度の検査はもち
ろんのこと、ウインドウによる検査による高速化の効果
も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のフローチャート。

【図２】本発明の実施例で使用する多段照明式検査装置
の概念図。

【図３】本発明の実施例のフローチャート。

【図４】バンプ形状の説明図。

【図５】バンプ形状の説明図。

【図６】本発明の実施例の動作説明図。

【図７】本発明の実施例の動作説明図。

【図８】本発明の実施例の動作説明図。

【図９】本発明の実施例の動作説明図。

【図１０】本発明の実施例の動作説明図。

【図１１】本発明の実施例の動作説明図。

【図１２】本発明の実施例の動作説明図。

【図１３】本発明の実施例の動作説明図。

【図１４】本発明の実施例の動作説明図。

【図１５】本発明の実施例の動作説明図。

【図１６】本発明の実施例の動作説明図。

【図１７】本発明の実施例の動作説明図。

【図１８】本発明の実施例の動作説明図。

【符号の説明】

１基板、２移動装置、３−ａ，３−ｂ，３−ｃ，３
−ｄ多段照明装置、４イメージセンサ、５変換
部、６記憶装置、７認識処理部、８照明制御装
置、９移動装置制御装置、１０バンプ、１１良否
判定ステップ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物体の外観上の良否を判別する装置
において、検査対象に対する投射角度が相違する複数の照明装置
と、該各照明装置により照射される光により１つの検査
対象に対して得られる複数の対象映像を電気信号に変換
するイメージセンサと、該イメージセンサより得られた
各投射角度が相違する複数の照明装置からの照明により
得た複数の画像によりパターン認識を行うようにしたこ
とを特徴とする外観検査装置
【請求項２】請求項１記載の外観検査装置において、前記イメージセンサの視野内に検査対象物体に対応して
複数のウインドウを設け、該ウインドウ内に検査対象を
捉え、該ウインド内においてパターン認識を行うように
したことを特徴とする外観検査装置
【請求項３】請求項１記載の外観検査装置において、前記イメージセンサの視野内の複数の各検査対象物体に
対応して複数のウインドウを設け、該ウインドウ内のそ
れぞれに検査対象を捉え、かつ該各ウインドウは検査対
象の大きさにかかわらず、同一の画素数で構成すること
を特徴とする外観検査装置
【請求項４】請求項２記載の外観検査装置において、既知の基準画像位置に対する前記イメージセンサから複
数の画像位置のずれから全体の位置ずれの方向を求め、
移動装置等の検査対象物体を載置する装置の位置決め分
解能以下の誤差を補正するための前記ウインドウの位置
補正を行うようにしたことを特徴とする外観検査装置
【請求項５】請求項２記載の外観検査装置において、前記ウインドウは隣接するウインドウと接しない範囲
で、かつ、検査対象物体より大きいことを特徴とする外
観検査装置
【請求項６】請求項２記載の外観検査装置において、前記各照明装置により照射される光により１つの検査対
象に対して得られる複数の各々の画像像毎にパターン認
識のための特定の良否判別指標を割り付けたことを特徴
とする外観検査装置
【請求項７】請求項２記載の外観検査装置において、前記ウインドウを構成する各画素毎にその画像に対応し
た値の個別コードを与え、予め設けた良品しきい値との
比較により、前記対象物体の良否を判定することを特徴
とする外観検査装置
【請求項８】対象物体の外観上の良否を判別する装置
で一つの視野で捉える検査対象物体は複数であって、検査対象に対する投射角度が相違する複数の各照明装置
により照射される光により得られる１つの検査対象に対
して各投射角度が相違する複数の対象映像を電気信号に
変換し、既知の基準画像位置に対する前記電気信号に変
換された検査対象物体の画像位置のずれから検査対象物
体全体の位置ずれの方向を求め位置ずれ誤差を補正し、
該補正後の画像に対し隣接するウインドウと接しない範
囲でかつ検査対象物体より大きいウインドウを設定し、
該ウインドウを検査対象の大きさにかかわらず同一の画
素数で構成するようにウインドウサイズを標準化し、該
ウインドウ内の画像と予め設定された良品画像との相対
値を比較し、該相対値が指定値を越えた場合に不良と判
定することを特徴とする外観検査装置の画像処理方法