KR101147183B1 - 삼차원 계측 장치 및 기판 검사 장치 - Google Patents

Abstract

삼차원 계측을 행함에 있어서, 보다 고정밀도{高精度}인 계측을 보다 단시간에 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치 및 기판 검사 장치를 제공한다.
기판 검사 장치는, 프린트 기판에 대해 광{빛}을 조사{照射}하는 조명 장치와, 프린트 기판 위의 상기 조사된 부분을 촬상하는 CCD 카메라와, 각종 제어를 행하는 제어 장치를 갖추{備}고 있다. 그리고, 검사 대상 영역이 휘도 포화{飽和}하지 않는 제1 노광 시간으로 제1 촬상 처리를 행하고, 계측 기준 영역의 계측에 적합한 소정의 노광 시간중, 상기 제1 노광 시간으로 부족한 분{分; 만큼}에 상당하는 제2 노광 시간으로 제2 촬상 처리를 행한다. 이어서, 검사 대상 영역에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 얻은 화상 데이터의 값을 이용하고, 계측 기준 영역에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 얻은 화상 데이터의 값과, 제2 촬상 처리에 의해 얻은 화상 데이터의 값과를 합산한 값을 이용한 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성하고, 해당{當該} 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 삼차원 계측을 행한다.

Description

삼차원 계측 장치 및 기판 검사 장치{THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENT APPARATUS AND SUBSTRATE INSPECTION APPARATUS}

본 발명은, 계측 대상물의 삼차원 형상 등을 계측하는 삼차원 계측 장치 및 해당{當該} 삼차원 계측 장치를 갖추{備}는 기판 검사 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 프린트 기판은, 유리 에폭시 수지로 이루어지는 베이스 기판 위에 전극 패턴을 구비{具備}하고, 표면이 레지스트 막에 의해서 보호되어 있다. 상기 프린트 기판 위에 전자 부품을 실장하는 경우, 우선 전극 패턴 위의 레지스트 막에 의한 보호가 되어 있지 않은 소정 위치에 크림 땜납이 인쇄된다. 다음에, 그{該} 크림 땜납의 점성{粘性}에 의거해서 프린트 기판 위에 전자 부품이 가고정{假止}된다. 그 후, 상기 프린트 기판이 리플로 로{爐}에 인도{導}되어, 소정의 리플로 공정을 거침으로써 납땜이 행해진다. 요즈음{昨今}에는, 리플로 로에 인도되는 전{前}단계에서 크림 땜납의 인쇄 상태를 검사할 필요가 있으며, 이러한 검사시에 삼차원 계측 장치가 이용되는 일이 있다.

근래, 광{빛}을 이용한 이른바 비접촉식의 삼차원 계측 장치가 갖가지 제안되어 있다. 예를 들면, 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측 장치에서는, 조사{照射} 수단에 의해서, 가시광을 광원으로 한 줄무늬모양{縞狀}의 광 강도 분포를 가지는 광 패턴을 대상물(이 경우, 프린트 기판)에 조사한다. 그리고, CCD 카메라에 의해서 대상물을 촬상하고, 얻은 화상으로부터 상기 광 패턴의 줄무늬의 위상차를 해석함으로써, 크림 땜납의 삼차원 형상, 특히 높이가 계측된다.

그런데, 프린트 기판 위의 크림 땜납의 인쇄 부분 주위(이하, 배경 영역이라고 한다)의 색은 여러 가지이다. 이것은, 유리 에폭시 수지나 레지스트 막에 갖가지 색이 사용되기 때문이다. 그리고, 예를 들면 검정색{黑色} 등의 비교적 어두운 색의 배경 영역에서는, CCD 카메라에 의한 촬상에 의거하는 화상 데이터의 콘트라스트가 작게 되어 버린다. 다시 말해, 화상 데이터 상{上}, 상기 광 패턴의 명암의 차(휘도 차)가 작게 되어 버리는 것이다. 그 때문에, 배경 영역의 높이 계측이 곤란해질 우려가 있다. 본래라면 기판 위에 인쇄된 크림 땜납의 높이를 보다 고정밀도{高精度}로 계측하기 위해서는, 그 기판내에 높이 기준을 채택{採}하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 배경 영역을 높이 기준면으로서 적정하게 이용할 수 없기 때문에, 그 기판내에 높이 기준을 채택할 수 없다고 한 결함{不具合; trouble}을 일으킬 우려가 있다.

그래서, 예를 들면 땜납 인쇄 영역(밝은 부분{明部})에 적합한 노광 시간(예를 들면, 10㎳)에 의한 촬상과, 배경 영역(어두운 부분{暗部})에 적합한 노광 시간(예를 들면, 50㎳)에 의한 촬상을 따로 따로 행하고, 높이 기준을 적절히 계측하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

한편, 화상 데이터 상, 대상물의 밝은 부분에 대응하는 영역 내의 화소가 휘도 포화{飽和}하지 않을 정도의 노광 시간(예를 들면, 10㎳)으로 복수회 촬상을 행하고, 해당 촬상에 의해 얻은 복수의 화상 데이터를 합산하는 것에 의해, 다이나믹 렌지를 확대하는 기술 등도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

[선행기술 문헌]

[특허문헌]

[특허문헌 1] 일본특개{特開}2006-300539호 공보

[특허문헌 2] 일본특개평{特開平}7-50786호 공보

그렇지만, 상기 특허문헌 1과 같이, 땜납 인쇄 영역(밝은 부분)용의 촬상과, 배경 영역(어두운 부분)용의 촬상을 따로 따로 행하는 구성에서는, 소정의 계측 대상 영역(촬상 영역)의 삼차원 계측을 행하는데 있어서 필요한 모든 화상 데이터를 취득하기까지 비교적 긴 시간을 요{要}할 우려가 있다.

가령 땜납 인쇄 영역을 계측하는데 최적인 노광 시간을 10㎳, 높이 기준을 계측하는데 최적인 노광 시간을 50㎳, 각 화상 데이터를 전송{轉送}하는데 요하는 데이터 전송 시간을 16㎳로 가정한 경우, 상기 특허문헌 1의 구성에서는, 땜납 인쇄 영역용의 촬상 시간[10㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]+배경 영역용의 촬상 시간[50㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]=합계[92㎳]라고 한 시간을 요한다.

또, 상기 특허문헌 2와 같이, 대상물의 밝은 부분에 대응하는 영역 내의 화소가 휘도 포화하지 않을 정도의 노광 시간으로 복수회 촬상을 행하는 구성에서는, 촬상 회수{回數}가 현저하게 증가할 우려가 있다. 이 때문에, 상기와 마찬가지 조건 하에서는 (촬상 시간[10㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]×5회=합계[130㎳])라고 한, 더욱더 긴 시간을 요하게 된다.

또, 한 장의 프린트 기판 위에 계측 대상 영역(촬상 영역)가 다수 설정되어 있는 경우나, 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측 등과 같이 1회의 삼차원 계측을 행함에 있어서 3～4회의 촬상을 필요로 하는 경우에는, 한 장의 프린트 기판의 계측에 요하는 계측 시간은 더욱더 그의 수배{數倍}로 된다.

또한, 상기 과제는, 반드시 프린트 기판 위에 인쇄된 크림 땜납 등의 높이 계측을 행하는 경우에 한{限}하지 않고, 다른{他} 삼차원 계측 장치의 분야에서도 내재하는 것이다. 물론, 위상 시프트법에 한해지는 문제는 아니다.

본 발명은, 상기 사정을 감안해서 이루어진 것이며, 그 목적은, 삼차원 계측을 행함에 있어서, 보다 고정밀도인 계측을 보다 단시간에 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치 및 기판 검사 장치를 제공하는데 있다.

이하, 상기 과제를 해결하는데 적합한 각 수단에 대해 항분류{項分}하여 설명한다. 또한, 필요에 따라서 대응하는 수단에 특유의 작용 효과를 부기{付記}한다.

수단 1. 검사 대상으로 되는 제1 영역(예를 들면, 땜납 인쇄 영역) 및 해당 제1 영역의 높이 계측의 기준으로 되는 제2 영역(예를 들면, 배경 영역)를 가지는 계측 대상물에 대해, 삼차원 계측용의 광을 조사가능한 조사 수단과,

상기 광이 조사된 상기 계측 대상물로부터의 반사광을 촬상가능한 촬상 수단과,

상기 촬상 수단에 의해 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 계측 대상물의 삼차원 계측을 행하는 화상 처리 수단을 구비한 삼차원 계측 장치로서,

상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역의 한쪽인 밝은 부분에 대응하는 개소{箇所}가 휘도 포화하지 않는 제1 노광 시간(예를 들면, 10㎳)에 의해 촬상을 행하는 제1 촬상 처리와,

상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역의 다른쪽인 어두운 부분의 계측에 적합한 소정의 노광 시간(예를 들면, 50㎳)중, 상기 제1 노광 시간(예를 들면, 10㎳)으로 부족한 분{分; 만큼}에 상당하는 제2 노광 시간(예를 들면, 40㎳)에 의해 촬상을 행하는 제2 촬상 처리와,

상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도 포화하고 있지 않는 개소와, 상기 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도 포화하고 있지 않은 개소를 합성해서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 대해서 휘도 포화하고 있지 않은 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성하는 화상 작성 처리와,

상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 토대{基}로 삼차원 계측을 행하는 삼차원 계측 처리를 갖춘 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.

상기 「해결하려는 과제」에서 기술한 바와 같이, 제1 영역의 계측을 목적으로 하는 촬상을 행한 경우, 화상 데이터 상, 제2 영역에서는, 휘도가 너무 높거나 너무 낮거나 혹은 명암의 차(휘도 차)가 작게 되어 버리는 일이 있다. 예를 들면, 제2 영역의 색이 제1 영역에 비해 어두운 색인 경우에는, 화상 데이터 상의 휘도 차가 비교적 작아진다. 한편, 제2 영역의 색이 제1 영역에 비해 밝은 색인 경우에는, 화상 데이터 상의 휘도값이 포화할 우려가 있다. 그 때문에, 제2 영역를 높이 기준면으로 해서, 정밀도 좋게 삼차원 계측을 행할 수 없을 우려가 있다.

이 점, 본 수단 1에서는, 밝은 부분에 대응하는 개소가 휘도 포화하지 않는 제1 노광 시간으로 촬상한 화상 데이터의 휘도 포화하고 있지 않은 개소와, 어두운 부분의 계측에 적합한 소정의 노광 시간중, 상기 제1 노광 시간으로 부족한 분에 상당하는 제2 노광 시간으로 촬상한 화상 데이터의 휘도 포화하고 있지 않은 개소를 합성해서, 제1 영역 및 제2 영역에 대해서 휘도 포화하고 있지 않은 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성한다. 이것에 의해, 어두운 부분에 관해서는, 다이나믹 렌지를 확대한 데이터를 토대로 삼차원 계측을 적절히 행할 수 있음과 동시에, 밝은 부분에 관해서도, 휘도 포화하고 있지 않은 데이터를 토대로 삼차원 계측을 적절히 행할 수가 있다. 결과로서, 제2 영역의 삼차원 계측을 적절히 행할 수 있으며, 나아가서는 해당 제2 영역를 높이 기준면으로 해서 제1 영역의 삼차원 계측을 정밀도 좋게 행할 수가 있다.

또, 본 수단에 의하면, 소정의 계측 대상 영역에 대해, 삼차원 계측을 행하는데 있어서 필요한 모든 화상 데이터를 취득하기까지 요하는 시간을 단축할 수가 있다.

예를 들면, 밝은 부분(예를 들면, 제1 영역)에 대응하는 개소가 휘도 포화하지 않는 노광 시간을 10㎳, 어두운 부분(예를 들면, 제2 영역)의 계측에 적합한 소정의 노광 시간을 50㎳, 각 화상 데이터를 전송하는데 요하는 데이터 전송 시간을 16㎳로 가정한 경우, 본 수단에서 필요한 시간은, 제1 노광 시간에 상당하는 제1 촬상 처리의 촬상 시간[10㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]+제2 노광 시간에 상당하는 제2 촬상 처리의 촬상 시간[40㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]=합계[82㎳]로 된다. 다시 말해, 제1 영역의 계측을 목적으로 하는 촬상 및 제2 영역의 계측을 목적으로 하는 촬상을 각각 1회씩 행하는 상기 특허문헌 1의 구성에 비해서, 본 수단에 의하면, 상기 제1 노광 시간에 상당하는 분의 [10㎳(약 11%)]의 단축이 가능하게 된다. 마찬가지로, 상기 특허문헌 2의 구성에 비해서는, [48㎳(약 37%)]의 단축으로 된다.

결과로서, 본 수단에 의하면, 보다 고정밀도인 계측을 단시간에 실현할 수 있게 된다.

수단 2. 상기 화상 작성 처리에서 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에,

상기 밝은 부분에 대응하는 개소에 관해서는, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값(각 화소의 휘도값)을 이용하고,

상기 어두운 부분에 대응하는 개소에 관해서는, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과, 상기 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과를 합산한 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 수단 1에 기재된 삼차원 계측 장치.

상기 수단 2에 의하면, 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에, 예를 들면 제1 영역 및 제2 영역(밝은 부분 및 어두운 부분)의 양{兩}영역에 관해, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과를 합산한 값을 채용{採用}한 경우와 같이, 밝은 부분에 대응하는 개소가 휘도 포화해 버리는 일이 없다. 한편, 어두운 부분에 대응하는 개소에 관해서는, 어두운 부분의 계측에 적합한 소정의 노광 시간(제1 노광 시간+제2 노광 시간)으로 촬상된 화상 데이터의 값과 마찬가지 값이 얻어진다.

이것에 의해, 삼차원 계측 처리시에, 밝은 부분에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 얻은 화상 데이터의 값을 토대로 삼차원 계측(밝은 부분 계측 처리)이 행해지고, 어두운 부분에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과를 합산한 값을 토대로 삼차원 계측(어두운 부분 계측 처리)이 행해지게 된다.

결과로서, 비교적 간단한 처리로 상기 수단 1의 작용 효과를 실현할 수가 있다.

수단 3. 상기 계측 대상물에 관계된 설계 데이터를 기억하는 기억 수단을 갖추고,

상기 화상 작성 처리에서는, 상기 설계 데이터를 토대로, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각에 대해서, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값, 또는 상기 합산한 값의 어느쪽의 값을 이용할지를 선택하는 것을 특징으로 하는 수단 2에 기재된 삼차원 계측 장치.

상기 수단 3에 의하면, 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에, 미리 기억된 설계 데이터를 토대로, 제1 영역 및 제2 영역 각각에 대해서, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값, 또는 상기 합산한 값의 어느쪽의 값을 이용할 것인지를 선택하는 구성으로 되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면 촬상 수단에 의해서 촬상된 화상 데이터로부터 추출{抽出}한 각종 정보를 토대로, 어느쪽의 데이터를 이용할 것인지 선택하는 구성에 비해, 처리 수순의 간소화나 처리 속도의 향상을 도모할 수가 있다. 결과로서, 계측 시간의 더 높은{更} 단축을 도모할 수가 있다.

또한, 본 수단에 의하면, 예를 들면 제2 영역의 색이 제1 영역에 비해서 어두운 색인 경우에는, 제1 영역에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값이 이용되고, 제2 영역에 관해서는, 합산한 값이 이용되게 된다.

수단 4. 상기 화상 작성 처리에서 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에,

상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 각 화소의 휘도값과, 상기 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 각 화소의 휘도값과를 합산한 값이 휘도 포화하고 있는지 여부를 각 화소에 대해서 판정하고,

휘도 포화하고 있는 경우에는, 해당 화소에 관해서, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도값을 이용하고,

휘도 포화하고 있지 않은 경우에는, 해당 화소에 관해서, 상기 합산한 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 수단 1에 기재된 삼차원 계측 장치.

상기 수단 4에 의하면, 상기 수단 2와 마찬가지 작용 효과가 얻어진다. 이에 부가해서, 본 수단 4에 의하면, 어두운 부분 뿐만 아니라, 밝은 부분에 대응하는 개소에 관해서도, 상기 합산한 값이 휘도 포화하고 있지 않은 경우에는, 해당 값을 채용할 수가 있다. CCD 등의 촬상 소자의 노이즈는, 수광량의 제곱근{平方根}에 의존하기 때문에, 수광량이 늘어나면 늘어날 수록, 신호와 노이즈의 차가 커지고, 보다 정밀도가 높은 화상 데이터를 취득할 수가 있다. 결과로서, 보다 고정밀도의 계측을 행하는 것이 가능해진다.

수단 5. 위상이 다른{異} 광을 복수 가지{通} 조사해서 얻어진 복수 가지의 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 삼차원 계측을 행하는 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 4중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

상기 수단 5의 구성 하에서는, 상기 수단 1 등의 작용 효과가 보다 주효{奏效}하게 된다. 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측에서는, 조사광의 위상을 복수 가지로 변화시키고, 각 단계에 대응하는 강도 분포를 갖는 복수 가지의 화상 데이터를 취득할 필요가 있다. 다시 말해, 위상을 변화시킬 때마다{度} 촬상을 행하지 않으면 안되고, 소정의 계측 대상 영역(촬상 영역)에 대해, 복수회의 촬상을 행할 필요가 있다. 이 때문에, 1회의 촬상에 걸리는 시간이 길어지면, 해당 영역의 삼차원 계측을 행하는데 있어서 필요한 모든 화상 데이터를 취득하는데 요하는 시간은 이것의 수배로 된다. 따라서, 1회의 촬상에 걸리는 시간이 근소{僅}한 차가 있더라도, 전체로서 큰 차가 생기게 된다.

수단 6. 상기 계측 대상물은, 베이스 기판에 대해서 전극 패턴이 형성된 프린트 기판이며,

상기 제1 영역는, 상기 전극 패턴 위에 패턴이 인쇄된 땜납 인쇄 영역이고,

상기 제2 영역는, 땜납 인쇄 영역 이외의 배경 영역에 설치되고, 상기 전극 패턴, 상기 베이스 기판, 상기 전극 패턴 위를 덮는 레지스트 막, 혹은 상기 베이스 기판 위를 덮는 레지스트 막의 영역인 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 5중 어느것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.

또한, 여기서 「땜납이 인쇄된 땜납 인쇄 영역」은, 크림 땜납을 포함하는 이른바 땜납의 영역, 은{銀} 페이스트의 영역, 도전성 접착제의 영역, 범프의 영역 등을 포함하는 것으로 한다.

수단 7. 수단 1 내지 6중 어느 것인가에 기재된 삼차원 계측 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.

상기 수단 7과 같이, 수단 1 내지 6중 어느 것인가에 기재된 삼차원 계측 장치를 기판 검사 장치에 갖춤으로써, 프린트 기판의 제조 과정에서 불량품의 검사를 효율적으로 행할 수가 있다.

도 1은 1실시형태에서의 기판 검사 장치를 모식적으로 도시하는 개략 사시도,
도 2는 프린트 기판의 단면도,
도 3은 기판 검사 장치의 개략을 도시하는 블록도,
도 4는 검사 대상 영역 및 계측 기준 영역을 설명하기 위한 설명도,
도 5는 촬상 루틴을 도시하는 플로차트.

이하, 1실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 프린트 기판(1)은, 평판모양{平板狀}을 이루고(평면을 갖추고), 유리 에폭시 수지 등으로 이루어지는 베이스 기판(2)에, 동박{銅箔}으로 이루어지는 전극 패턴(3)이 설치되어 있다. 또, 소정의 전극 패턴(3) 위에는, 크림 땜납(4)이 인쇄 형성되어 있다. 이 크림 땜납(4)이 인쇄된 영역을 「땜납인쇄 영역」이라고 하기로 한다. 땜납 인쇄 영역 이외의 부분을 「배경 영역」이라고 총칭하지만, 이 배경 영역에는, 전극 패턴(3)이 노출된 영역(기호 A), 베이스 기판(2)이 노출된 영역(기호 B), 베이스 기판(2) 위에 레지스트 막(5)이 코팅된 영역(기호 C) 및, 전극 패턴(3) 위에 레지스트 막(5)이 코팅된 영역(기호 D)이 포함된다. 또한, 레지스트 막(5)은, 소정 배선 부분 이외에 크림 땜납(4)이 타지{올라앉지} 않도록, 프린트 기판(1)의 표면에 코팅되는 것이다. 본 실시형태에서는, 배경 영역은 검정색 혹은 상대적으로 검정색에 가까운 회색{灰色}으로 되어 있다.

도 1은, 본 실시형태에서의 삼차원 계측 장치를 구비하는 기판 검사 장치(8)를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 같은 도면{同圖}에 도시하는 바와 같이, 기판 검사 장치(8)는, 프린트 기판(1)을 재치{載置; mount}하기 위한 재치대{載置台}(9)와, 프린트 기판(1)의 표면에 대해 기울기{斜} 위쪽으로부터 소정의 광 성분 패턴을 조사하기 위한 조사 수단으로서의 조명 장치(10)와, 프린트 기판(1) 위의 상기 조사된 부분을 촬상하기 위한 촬상 수단으로서의 CCD 카메라(11)와, 기판 검사 장치(8) 내에서의 각종 제어나 화상 처리, 연산 처리를 실시하기 위한 제어 수단으로서의 제어 장치(12)를 갖추고 있다.

상기 재치대(9)에는, 모터(15, 16)가 설치되어 있고, 그 모터(15, 16)가 제어 장치(12)에 의해 구동 제어되는 것에 의해서, 재치대(9) 위에 재치된 프린트 기판(1)이 임의의 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 슬라이드시켜지도록 되어 있다.

다음에, 제어 장치(12)의 전기적 구성에 대해서 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(12)는, 기판 검사 장치(8) 전체의 제어를 맡{司}는 CPU 및 입출력 인터페이스(21), 키보드나 마우스, 혹은 터치패널로 구성되는 입력 장치(22), CRT나 액정 등의 표시 화면을 가지는 표시 장치(23), CCD 카메라(11)에 의한 촬상에 의거하는 화상 데이터 등을 기억하기 위한 화상 데이터 기억 장치(24), CCD 카메라(11)에 의한 촬상에 의거해서 크림 땜납(4)의 높이나 체적의 계측을 행하는 화상 처리 수단으로서의 화상 처리 장치(25) 및, 거버{Gerber} 데이터 등의 설계 데이터나 검사 결과 등을 기억하기 위한 기억 수단으로서의 기억 장치(26)를 갖추고 있다. 또한, 이들 각 장치(22～27)는, CPU 및 입출력 인터페이스(21)(이하, CPU 등(21)이라고 한다)에 대해 전기적으로 접속되어 있다.

여기서, 프린트 기판(1) 위의 검사 영역 등에 대해서 설명한다. 계측 대상물로 되는 프린트 기판(1)에는, 거버 데이터 등의 설계 데이터에 의거해서, 검사 영역 등이 설정된다. 예를 들면, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 크림 땜납(4)의 인쇄된 땜납 인쇄 영역에 대해, 검사 대상으로 되는 「제1 영역」로서의 검사 대상 영역(31)(빗금{斜線}을 그어서 나타낸 영역)이 설정된다. 한편, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 배경 영역에 대해, 높이 계측의 기준으로 되는 「제2 영역」로서의 계측 기준 영역(32)(빗금을 그어서 나타낸 영역)이 설정된다.

또, 프린트 기판(1)에는, 검사 시야{視野}(계측 대상 영역)가 미리 설정되고, 이 검사 시야에 맞추어 재치대(9) 위에 재치된 프린트 기판(1)이 임의의 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 슬라이드시켜지고, 이 검사 시야마다, 조명 장치(10)에 의한 광 패턴의 조사 및 CCD 카메라(11)에 의한 촬상이 이루어져, 검사 대상 영역(31)의 크림 땜납(4)의 인쇄 상태가 검사된다. 이 때, 계측 기준 영역(32)이 높이 기준면으로서 이용된다.

다음에, 각 검사 시야마다 행해지는 촬상 루틴에 대해서, 도 5의 플로차트에 의거해서 설명한다. 이 촬상 루틴은, CPU 등(21)에서 실행되는 것이다.

스텝 S101의 제1 촬상 처리에서는, 조명 장치(10)가 점등되고, 프린트 기판(1)의 표면에 대해 기울기 위쪽으로부터 소정의 광 성분 패턴이 조사된다. 그리고, CPU 등(21)으로부터의 제어 신호에 의해 CCD 카메라(11)가 조사 부분을 촬상한다. CCD 카메라(11)에 의해 촬상된 화상 데이터는, 화상 데이터 기억 장치(24)에 전송되고 기억된다.

또한, 제1 촬상 처리에서의 촬상은, 화상 데이터 상, 밝은 부분으로 되는 검사 대상 영역(31)에 대응하는 개소가 휘도 포화하지 않는 제1 노광 시간(본 실시형태에서는 10㎳)으로 행해진다.

이어지는 스텝 S102의 제2 촬상 처리에 관해서도, 스텝 S101의 제1 촬상 처리와 마찬가지로, 조명 장치(10)가 점등되고, 프린트 기판(1)의 표면에 대해 기울기 위쪽으로부터 소정의 광 성분 패턴이 조사된다. 그리고, CPU 등(21)으로부터의 제어 신호에 의해 CCD 카메라(11)가 조사 부분을 촬상한다. CCD 카메라(11)에 의해 촬상된 화상 데이터는, 화상 데이터 기억 장치(24)에 전송되고 기억된다.

단, 스텝 S101의 제1 촬상 처리와는 달리, 제2 촬 상처리에서의 촬상은, 어두운 부분으로 되는 계측 기준 영역(32)의 계측에 적합한 소정의 노광 시간(본 실시형태에서는 50㎳) 중, 상기 제1 노광 시간으로 부족한 분에 상당하는 제2 노광 시간(본 실시형태에서는 40㎳)으로 행해진다.

스텝 S103의 화상 작성 처리에서는, 스텝 S101의 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와, 스텝 S102의 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터를 합성해서, 검사 대상 영역(31) 및 계측 기준 영역(32)에 대해서 휘도 포화하고 있지 않은 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성한다.

보다 자세하게는, 거버 데이터 등의 설계 데이터를 토대로, 밝은 부분인 검사 대상 영역(31)에 대응하는 개소에 관해서는, 스텝 S101의 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 이용하고, 어두운 부분인 계측 기준 영역(32)에 대응하는 개소에 관해서는, 스텝 S101의 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와, 스텝 S102의 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와를 합산한 값을 이용해서, 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성한다.

또한, 이하의 전제{前提} (1), (2) 하에서, 2회의 촬상에 의한 휘도값을 단순 가산한 것에 의한 휘도값의 신뢰성 저하는 없다.

(1) 촬상에 의해 발생하는 노이즈는, 대부분이 광 쇼트 노이즈(진짜{眞} 광량에 대한 측정값의 흔들림{搖; fluctuation; 변동}이며, 다른 노이즈(어두운{暗} 전류나 리드 라이드 노이즈 등)는 무시할 수 있는 것으로 한다. 광 쇼트 노이즈의 표준 편차{偏差}는, 광자{光子} 수의 제곱근과 동등{等}하다.

(2) 광 쇼트 노이즈는, 촬상의 회수에 의존하는 일은 없는 것으로 한다. 예를 들면, 2회 촬상해서 단순 가산한 경우는, 1회째의 촬상의 광자 수와 2회째의 광자 수를 가산한 수의 제곱근과 (표준 편차가) 동등하게 되는 것으로 한다.

그리고, 여기서 작성된 삼차원 계측용의 화상 데이터는, 화상 데이터 기억 장치(24)에 일단{一旦} 기억된다. 이것으로, 해당 검사 시야에 관계된 촬상 루틴이 종료한다.

그 후, 위상이 다른 광 성분 패턴을 복수 가지(본 실시형태에서는 4회) 조사해서 상기 촬상 루틴에 의해 얻어진 복수 가지의 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 토대로, 화상 처리 장치(25)가, 위상 시프트법에 의해 검사 대상 영역(31) 및 계측 기준 영역(32)의 삼차원 계측 처리(높이 계측)를 행한다. 이것에 의해, 계측 기준 영역(32)을 높이 기준면으로 해서 검사 대상 영역(31)의 크림 땜납(4)의 높이나 체적이 계측되게 된다.

이 계측값에 의거해서 CPU 등(21)은, 크림 땜납(4)의 인쇄 상태를 검사하고, 양호{良}/불량{不良}의 판정을 행해서, 그 검사 결과를, 기억 장치(26)에 기억한다. 또, 불량 판정된 프린트 기판(1)은, 도시하지 않은 배출 기구에 의해서 배출된다.

이상 상세하게 기술{詳述}한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 각 검사 시야마다 행해지는 촬상 루틴에서, 밝은 부분으로 되는 검사 대상 영역(땜납 인쇄 영역)(31)에 대응하는 개소가 휘도 포화하지 않는 제1 노광 시간으로 제1 촬상 처리를 행함과 동시에, 어두운 부분으로 되는 계측 기준 영역(배경 영역)(32)의 계측에 적합한 소정의 노광 시간중, 상기 제1 노광 시간으로 부족한 분에 상당하는 제2 노광 시간으로 제2 촬상 처리를 행한다.

이어서, 밝은 부분인 검사 대상 영역(31)에 대응하는 개소에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 이용함과 동시에, 어두운 부분인 계측 기준 영역(32)에 대응하는 개소에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와를 합산한 값을 이용한 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성한다.

그리고, 이와 같이 얻어진 복수 가지의 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 검사 대상 영역(31)에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 얻은 휘도 포화하고 있지 않은 화상 데이터의 값을 토대로 삼차원 계측이 행해지고, 계측 기준 영역(32)에 관해서는, 해당 계측 기준 영역(32)의 계측에 적합한 소정의 노광 시간(제1 노광 시간+제2 노광 시간)으로 촬상된 화상 데이터의 값과 마찬가지 값을 토대로 삼차원 계측이 행해지게 된다. 다시 말해, 계측 기준 영역(32)에 관해서는, 다이나믹 렌지를 확대한 데이터를 토대로 삼차원 계측을 적절히 행할 수 있음과 동시에, 검사 대상 영역(31)에 관해서도, 휘도 포화하고 있지 않은 데이터를 토대로 삼차원 계측을 적절히 행할 수가 있다.

결과로서, 계측 기준 영역(32)의 삼차원 계측을 적절히 행할 수가 있으며, 나아가서는 해당 계측 기준 영역(32)을 높이 기준면으로 해서 크림 땜납(4)의 삼차원 계측을 정밀도 좋게 행할 수가 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 각 검사 시야에 대해, 삼차원 계측을 행하는데 있어서 필요한 모든 화상 데이터를 취득하기까지 요하는 시간을 단축할 수가 있다.

예를 들면, 각 화상 데이터를 전송하는데 요하는 데이터 전송 시간을 16㎳로 가정한 경우, 본 실시형태에서 필요한 시간은, 제1 노광 시간에 상당하는 제1 촬상 처리의 촬상 시간[10㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]+제2 노광 시간에 상당하는 제2 촬상 처리의 촬상 시간[40㎳]+데이터 전송 시간[16㎳]=합계[82㎳]의 4배로 된다. 다시 말해, 검사 대상 영역(31)의 계측을 목적으로 하는 촬상 및 계측 기준 영역(32)의 계측을 목적으로 하는 촬상을 각각 1회씩 행하는 상기 특허문헌 1의 구성에 비해서, 상기 제1 노광 시간에 상당하는 [10㎳]×4=합계[40㎳]의 단축이 가능해진다. 마찬가지로, 상기 특허문헌 2의 구성에 비해서, [48㎳]×4=합계[192㎳]의 단축이 가능해진다.

결과로서, 본 실시형태에 의하면, 보다 고정밀도인 계측을 보다 단시간에 실현할 수 있게 된다.

이에 부가해서, 본 실시형태에서는, 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에, 미리 기억된 설계 데이터를 토대로, 검사 대상 영역(31) 및 계측 기준 영역(32) 각각에 대해서, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 회상 데이터의 값, 또는 상기 합산한 값의 어느쪽의 값을 이용할 것인지를 선택하는 구성으로 되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면 CCD 카메라(11)에 의해 촬상된 화상 데이터로부터 추출한 각종 정보를 토대로, 어느쪽의 데이터를 이용할 것인지 선택하는 구성에 비해, 처리 수순의 간소화나 처리 속도의 향상을 도모할 수가 있다. 결과로서, 계측 시간의 더 높은 단축을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 실시형태의 기재 내용에 한정{限定}되지 않고, 예를 들면 다음과 같이 실시해도 좋다. 물론, 이하에서 예시하지 않는 다른 응용예, 변경예도 당연히 가능하다.

(a) 상기 실시형태에서는, 계측 기준 영역(32)(배경 영역)이 검사 대상 영역(31)(땜납 인쇄 영역)보다도 어두운, 검정색 혹은 상대적으로 검정색에 가까운 회색인 프린트 기판(1)을 계측하는 경우로 구체화하고 있지만, 이것에 한하지 않고, 계측 기준 영역(32)이 검사 대상 영역(31)보다도 밝은, 예를 들면 배경 영역이 흰색{白色} 혹은 상대적으로 흰색에 가까운 회색인 프린트 기판(1)을 계측하는 경우로 구체화해도 좋다. 이러한 경우, 검사 대상 영역(31)보다도, 계측 기준 영역(32)에서의 휘도가 너무 높아져서 휘도 포화해 버릴 우려가 높기 때문에, 예를 들면 밝은 부분인 계측 기준 영역(32)에 대응하는 개소에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 이용함과 동시에, 어두운 부분인 검사 대상 영역(31)에 대응하는 개소에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와를 합산한 값을 이용한 삼차원 계측용의 화상 데이터가 작성되게 된다.

(b) 상기 실시형태에서는, 프린트 기판(1)에 인쇄 형성된 크림 땜납(4)의 높이 등을 계측하는 경우로 구체화했지만, 웨이퍼 기판이나 실장 기판 등의 검사 장치에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 기판의 경우에는, 산화막의 표면을 기준 높이로서 이용가능하게 되며, 땜납 범프의 높이, 형상, 체적 등을 산출가능하게 된다.

(c) 상기 실시형태에서는, 삼차원 계측 방법으로서 위상 시프트법을 채용하고 있지만, 이것 대신에, 예를 들면 므와레(moire)법 등 다른 삼차원 계측 방법을 채용할 수도 있다.

(d) 상기 실시형태에서는, 거버 데이터 등의 설계 데이터를 토대로 미리, 밝은 부분인 검사 대상 영역(31)에 대응하는 개소에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 이용하고, 어두운 부분인 계측 기준 영역(32)에 대응하는 개소에 관해서는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터와를 합산한 값을 이용하는 것이 설정되어 있다.

이것에 한하지 않고, 상기 실시형태와 같이, 위상 시프트법에 의한 삼차원 계측을 행함에 있어서, 복수회의 촬상 루틴을 행하는 구성에서는, 예를 들면 복수회의 제1 촬상 처리에 의해 촬상된 복수 가지의 화상 데이터의 각 화소의 휘도값중 1개라도 휘도 포화하고 있는 것이 있는 경우에는, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값 대신에, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 이용하는 구성으로 해도 좋다.

또, 예를 들면 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 각 화소의 휘도값과, 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 각 화소의 휘도값과를 합산한 값이 휘도 포화하고 있는지 여부를 각 화소에 대해서 판정하고, 휘도 포화하고 있는 경우에는, 해당 화소에 관해서, 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도값을 이용하고, 휘도 포화하고 있지 않은 경우에는, 해당 화소에 관해서, 상기 합산한 값을 이용해서, 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성하는 구성으로 해도 좋다.

이와 같이 하면, 어두운 부분 뿐만 아니라, 밝은 부분에 대응하는 개소에 관해서도, 상기 합산한 값이 휘도 포화하고 있지 않은 경우에는, 해당 값을 채용할 수가 있다. CCD 등의 촬상 소자의 노이즈는, 수광량의 제곱근에 의존하기 때문에, 수광량이 늘어나면 늘어날수록, 신호와 노이즈의 차가 커지고, 보다 정밀도가 높은 화상 데이터를 취득할 수가 있다. 결과로서, 보다 고정밀도의 계측을 행하는 것이 가능해진다.

1…프린트 기판, 2…베이스 기판, 3…전극 패턴, 4…크림 땜납, 5…레지스트 막, 8…기판 검사 장치, 9…재치대, 10…조명 장치, 11…CCD 카메라, 12…제어 장치, 24…화상 데이터 기억 장치, 25…화상 처리 장치, 26…기억 장치, 31…검사 대상 영역, 32…계측 기준 영역.

Claims (11)

1. 검사 대상으로 되는 제1 영역 및 해당{當該} 제1 영역의 높이 계측의 기준으로 되는 제2 영역를 가지는 계측 대상물에 대해, 삼차원 계측용의 광을 조사{照射}가능한 조사 수단과,
   상기 광이 조사된 상기 계측 대상물로부터의 반사광을 촬상가능한 촬상 수단과,
   상기 촬상 수단에 의해 촬상된 화상 데이터에 의거해서, 상기 계측 대상물의 삼차원 계측을 행하는 화상 처리 수단을 갖춘{備} 삼차원 계측 장치로서,
   상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역의 한쪽인 밝은 부분{明部}에 대응하는 개소{箇所}가 휘도 포화{飽和}하지 않는 제1 노광 시간에 의해 촬상을 행하는 제1 촬상 처리와,
   상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역의 다른쪽인 어두운 부분{暗部}에 대응하는 개소가 휘도 포화하지 않는 소정의 노광 시간에서 상기 제1 노광 시간을 뺀 제2 노광 시간에 의해 촬상을 행하는 제2 촬상 처리와,
   상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도 포화하고 있지 않은 개소와, 상기 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도 포화하고 있지 않은 개소를 합성해서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 대해서 휘도 포화하고 있지 않은 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성하는 화상 작성 처리와,
   상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 토대{基}로 삼차원 계측을 행하는 삼차원 계측 처리를 갖춘 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화상 작성 처리에서 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에,
   상기 밝은 부분에 대응하는 개소에 관해서는, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 이용하고,
   상기 어두운 부분에 대응하는 개소에 관해서는, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값과, 상기 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값을 합산한 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 계측 대상물에 관계된 설계 데이터를 기억하는 기억 수단을 갖추고,
   상기 화상 작성 처리에서는, 상기 설계 데이터를 토대로, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 각각에 대해서, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 값, 또는 상기 합산한 값 중 어느쪽의 값을 이용할지를 선택하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 화상 작성 처리에서 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터를 작성할 때에,
   상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 각 화소의 휘도값과, 상기 제2 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 각 화소의 휘도값을 합산한 값이 휘도 포화하고 있는지 여부를 각 화소에 대해서 판정하고,
   휘도 포화하고 있는 경우에는, 해당 화소에 관해서, 상기 제1 촬상 처리에 의해 취득한 화상 데이터의 휘도값을 이용하고,
   휘도 포화하고 있지 않은 경우에는, 해당 화소에 관해서, 상기 합산한 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
5. 제1항에 있어서,
   위상이 다른{異} 광을 복수 가지{通} 조사해서 얻어진 복수 가지의 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 삼차원 계측을 행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
6. 제2항에 있어서,
   위상이 다른 광을 복수 가지 조사해서 얻어진 복수 가지의 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 삼차원 계측을 행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
7. 제3항에 있어서,
   위상이 다른 광을 복수 가지 조사해서 얻어진 복수 가지의 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 삼차원 계측을 행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
8. 제4항에 있어서,
   위상이 다른 광을 복수 가지 조사해서 얻어진 복수 가지의 상기 삼차원 계측용의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 삼차원 계측을 행하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 계측 대상물은, 베이스 기판에 대해서 전극 패턴이 형성된 프린트 기판이고,
   상기 제1 영역는, 상기 전극 패턴 위에 땜납이 인쇄된 땜납 인쇄 영역이며,
   상기 제2 영역는, 땜납 인쇄 영역 이외의 배경 영역에 설치되고, 상기 전극 패턴, 상기 베이스 기판, 상기 전극 패턴 위를 덮는 레지스트 막, 혹은 상기 베이스 기판 위를 덮는 레지스트 막의 영역인 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
10. 제1항 내지 제8항중 어느 한항에 기재된 삼차원 계측 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.
11. 제9항에 기재된 삼차원 계측 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 기판 검사 장치.

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