JP2003232624A

JP2003232624A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2003232624A
Application number: JP2002034195A
Authority: JP
Inventors: Yukinaga Shimomichi; 幸永下道
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】欠陥検出を短時間で行うことができる欠陥検
査装置を提供する。【解決手段】基板上に複数配列された被検体１０１の
２次元画像をラインセンサカメラ１０８により取得し、
この取得された２次元画像より形状・位置検出部１０９
ａにおいて被検体の形状欠陥と位置情報を検出し、形状
欠陥に対して高さ検出部１０９ｄにより被検体１０１の
高さを検出し、この高さ検出により被検体１０１の良否
判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム、
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）などの電気部品実装に
係る微小物体の欠陥検査に用いられる欠陥検査装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体部品は、益々高集積化およ
び大型化する傾向があり、これに伴いベアチップなどを
実装する電気部品実装としてＢＧＡパッケージなどが考
えられている。

【０００３】ところで、このようなＢＧＡパッケージに
ついても、最近は、バンプ接続のＦＣボンディングを採
用したものがあり、このような実装については、接続用
バンプの数は、少ないもので数百個、多いもので数千個
にもなっている。しかし、このような多数の接続用バン
プを使用した場合、これらバンプうちの数個にても形状
不良があったり、高さ寸法が足りなかったりすると、バ
ンプ接続が不安定になり、集積回路の動作に支障をきた
すおそれがあった。

【０００４】このため、従来では、このようなバンプを
採用した電気部品実装については、作業者が１個ずつ実
態顕微鏡を用いて観察しながらバンプの形状や高さ寸法
などの欠陥を検査する方法が用いられていた。

【０００５】しかし、これでは１個の電気部品実装の外
観検査を終了するのに多大な時間がかかってしまい、作
業能率が低下するだけでなく、作業者に多大の負担を強
いるという問題があった。

【０００６】そこで、最近では、バンプを含む対象物に
対しレーザ光を走査し、バンプの高さデータを取り込む
ことで、バンプ頂点の高さを検出し、同時にラインセン
サカメラの撮像画像によりバンプの形状を検出するよう
な装置が考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
装置では、レーザ光を走査するのにミラーを回転あるい
は振るような方法が採用されているが、この駆動速度に
は限界があるため、この速度がバンプの高さデータの取
り込みに必要な時間を決定てしまうことになる。このこ
とは、最近の電子部品に見られるように、多数の接続用
バンプを使用したものについては、全てのバンプについ
て高さデータを取り込むことになると、これらの動作を
終了するまでに多大な時間がかかってしまい、依然とし
て作業能率が低いという問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、欠陥検出を短時間で行うことができる欠陥検査装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板上に複数配列された被検体の２次元画像を取得する
２次元画像取得手段と、この２次元画像取得手段により
取得された２次元画像より前記被検体の形状欠陥と位置
情報を検出する形状欠陥検出手段と、前記形状欠陥検出
手段により検出された前記形状欠陥に対して被検体の高
さを検出する高さ検出手段と、前記高さ検出手段による
高さ検出により、前記被検体の良否判定する判定部とを
具備したことを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記形状欠陥検出手段は、予め欠陥と判断
される被検体のパターンを登録した欠陥形状登録手段を
有し、前記２次元画像より前記被検体の形状と前記欠陥
形状登録手段に登録されたパターンとの比較結果から形
状欠陥を検出することを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記２次元画像取得手段は、共焦点ディス
クを通して前記被検体の２次元画像を取得し、前記形状
欠陥検出手段は、前記被検体の高さ許容範囲内のセクシ
ョニング２次元画像より形状欠陥を検出することを特徴
としている。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記形状欠陥検出手段は、前記高さ検出手
段により再検査した結果、良品として問題なくなったと
判断できるときに、その特定の形状欠陥を抽出しないよ
うにすることを特徴としている。

【００１３】この結果、本発明によれば、被検体の２次
元画像より検出された被検体形状から欠陥を検出するよ
うにしたので、従来の全ての被検体の高さ測定を行い、
この結果から欠陥を検出するものと比べ、欠陥検出を短
時間で行うことができる。

【００１４】また、形状欠陥が検出された被検体につい
てのみ、さらに高さ測定を行い、この結果から、再度欠
陥を確認するようにしているので、精度の高い欠陥検出
を行うことができる。

【００１５】さらに、予め欠陥と判断される被検体のパ
ターンを登録し、このパターンとの比較により欠陥を判
定しているので、欠陥検出を簡単に行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。

【００１７】図１は、本発明が適用される欠陥検査装置
の概略構成を示している。図において、１０１はバンプ
などの被検体で、この被検体１０１は、基板１０１ａ上
に複数個形成されている。そして、これら被検体１０１
を有する基板１０１ａは、ＸＹステージ１０２上に載置
されている。

【００１８】このＸＹステージ１０２上の被検体１０１
に対して対物レンズ１０３が配置されている。また、対
物レンズ１０３とＸＹステージ１０２との間には、リン
グ状照明１０４が配置されている。このリング状照明１
０４には、光ファイバ１０５を介して光源１０６が接続
され、この光源１０６からの光を、対物レンズ１０３周
囲から被検体１０１に対して斜照明として照射するよう
になっている。

【００１９】対物レンズ１０３を通る光軸上には、ダイ
クロイックミラー１０７が配置されている。このダイク
ロイックミラー１０７の反射光路には、結像レンズ１０
８ａを介してラインセンサカメラ１０８が配置されてい
る。このラインセンサカメラ１０８は、対物レンズ１０
３を介してダイクロイックミラー１０７の反射光路より
取り込まれる基板１０１ａ面を撮像して各被検体１０１
の２次元画像を取得するものである。

【００２０】そして、ラインセンサカメラ１０８により
撮像された被検体１０１の２次元画像は、輝度画像情報
として制御部１０９の形状・位置検出部１０９ａに入力
される。この形状・位置検出部１０９ａは、ラインセン
サカメラ１０８より取り込まれた二次元画像を画像処理
して各被検体１０１の位置と形状を検出するようにして
いる。この場合、形状・位置検出部１０９ａでの形状検
出は、被検体１０１として、例えば、図２（ａ）に示す
正常な形状のバンプの二次元画像が取り込まれた場合、
被検体１０１からの反射光として同図（ａ’）に示すよ
うなリング状の形状を検出するが、同図（ｂ）に示すよ
うに高さが不足したバンプの二次元画像が取り込まれた
場合は、同図（ｂ’）に示すようにリング幅が大きなリ
ング状の形状を検出し、同図（ｃ）に示すように半田量
が不足したバンプの二次元画像が取り込まれた場合は、
同図（ｃ’）に示すようにリング状でない円板状の形状
を検出し、同図（ｄ）に示すように径が不足したバンプ
の二次元画像が取り込まれた場合は、同図（ｄ’）に示
すように外径が小さなリング状の形状をて検出し、さら
に、同図（ｅ）に示すようにバンプが全く存在しない場
合は、同図（ｅ’）に示すように形状検出を行われな
い。

【００２１】形状・位置検出部１０９ａで検出された被
検体１０１の形状情報は、制御部１０９内の比較部１０
９ｃに送られ、欠陥形状登録部１０９ｂに登録された欠
陥形状と比較される。この場合、欠陥形状登録部１０９
ｂは、予め欠陥と判断される被検体１０１の形状を登録
したもので、例えば、図２（ｂ’）〜（ｅ’）の形状が
欠陥パターンとして登録している。比較部１０９ｃは、
形状・位置検出部１０９ａで検出された被検体１０１の
形状と欠陥形状登録部１０９ｂに登録された欠陥パター
ンを比較するもので、これら欠陥パターンのうちのいず
れかに一致もしくは近似すれば、形状欠陥と判断するよ
うにしている。

【００２２】そして、比較部１０９ｃより形状欠陥が判
断されると、これと同時に形状・位置検出部１０９ａで
検出された被検体１０１の位置情報をステージ駆動部１
２４に与え、ＸＹステージ１０２をＸＹ方向に駆動させ
て、形状欠陥を判断された被検体１０１について、以下
述べるような高さ測定手段１００により高さ測定を行う
ようにしている。

【００２３】この場合、対物レンズ１０３の瞳面１０
３’に、ダイクロイックミラー１０７を介してガルバノ
ミラー１１０が配置されている。このガルバノミラー１
１０は、ミラー駆動部１１１により瞳面１０３’の瞳中
心付近を軸として揺動駆動されるもので、Ｘ方向（紙面
に沿った方向）に振られることで、被検体１０１面のＸ
軸方向、Ｙ方向（紙面に垂直方向）に振られることで、
被検体１０１面のＹ方向に、それぞれ測定光を走査可能
にしている。

【００２４】また、１１２はレーザダイオードであり、
このレーザダイオード１１２の前方には、コリメートレ
ンズ１１３、偏光ビームスプリッタ１１４、１／４波長
板１１５を介して上述したガルバノミラー１１０が配置
され、レーザダイオード１１２からのレーザ光をコリメ
ートレンズ１１３で平行光にし、偏光ビームスプリッタ
１１４、１／４波長板１１５を透過してガルバノミラー
１１０に入射させ、このガルバノミラー１１０の反射光
を測定光としてダイクロイックミラー１０７、対物レン
ズ１０３を通して被検体１０１に集光するようにしてい
る。

【００２５】また、被検体１０１で反射された測定光
を、対物レンズ１０３およびダイクロイックミラー１０
７を通過させ、ガルバノミラー１１０で反射させた後、
１／４波長板１１５を通して偏光ビームスプリッタ１１
４に入射させ、この偏光ビームスプリッタ１１４で反射
させるようにしている。そして、偏光ビームスプリッタ
１１４で反射した測定光の光束は、結像レンズ１１６に
よって一次像面１１７に集光される。

【００２６】一次像面１１７を通過した光束は、無限系
に設計された瞳リレーレンズ１１８を通過し、ハーフミ
ラー面を有するプリズム１１９に入射し、反射する光束
Ｌ１と透過する光束Ｌ２とに分割される。

【００２７】プリズム１１９のハーフミラー面で反射し
た光束Ｌ１は、ミラー１２０、絞り１２１を経て、セパ
レータレンズ１２２を通り、光位置検出素子（以下、Ｐ
ＳＤ（Position Sencing Device）と称する）１２３上
に集光される。

【００２８】このＰＳＤ１２３は、測光位置（スポット
位置）によって変化する電流信号を出力するものであ
る。スポット位置は、被検体１０１の高さ変化に比例し
た量だけ左右に移動する。そして、ＰＳＤ１２３からの
出力は、被検体１０１の輝度画像情報として制御部１０
９に入力されるとともに、高さ検出部１０９ｄに入力さ
れる。高さ検出部１０９ｄは、ガルバノミラー１１０の
揺動角度に応じた被検体１０１面での測定位置座標ｘ、
ｙと、ＰＳＤ１２３から得られたスポット位置信号とに
基づいて、被検体１０１の高さを求めるようにしてい
る。この高さ検出部１０９ｄによる被検体１０１の高さ
検出は、比較部１０９ｃの比較結果として形状欠陥が出
力されたときのみ実行されるようになっている。

【００２９】また、高さ検出部１０９ｄで求められた高
さ情報は、判定部１０９ｅに入力される。この高さ検出
部１０９ｄは、欠陥と判断された被検体１０１が所定値
以上の高さを有すると、バンプの場合、十分に半田量を
確保でき確実なバンプ接続が得られるとして良品を判断
するものである。

【００３０】次に、このように構成された実施の形態を
図３に示すフローチャートにより説明する。

【００３１】まず、ＸＹステージ１０２上に複数の被検
体１０１を有する基板１０１ａを載置し、また、リング
状照明１０４により、光源１０６からの光を被検体１０
１に対し斜照明として照射する。

【００３２】この状態から、ステップ３０１で、ライン
センサカメラ１０８により、対物レンズ１０３を介して
ダイクロイックミラー１０７の反射光路より取り込まれ
る基板１０１ａ面を撮像して各被検体１０１の２次元画
像を取得する。

【００３３】ラインセンサカメラ１０８により撮像され
た各被検体１０１の２次元画像は、輝度画像情報として
制御部１０９の形状・位置検出部１０９ａに入力され
る。形状・位置検出部１０９ａは、ステップ３０２で、
ラインセンサカメラ１０８より取り込まれた二次元画像
を画像処理して各被検体１０１の位置と形状を検出す
る。そして、形状・位置検出部１０９ａで検出された各
被検体１０１のうち、最初の被検体１０１の形状情報が
比較部１０９ｃに送られ、ステップ３０３で、欠陥形状
登録部１０９ｂに予め登録されている欠陥パターンと比
較され、形状欠陥が判断される。この場合、比較部１０
９ｃでは、被検体１０１の形状と欠陥形状登録部１０９
ｂに登録されている、例えば図２（ｂ’）〜（ｅ’）に
示す欠陥パターンとを比較し、これら欠陥パターンのう
ちのいずれかに一致もしくは近似すれば形状欠陥と判断
する。

【００３４】ここで、欠陥形状登録部１０９ｂに登録さ
れた欠陥パターンに一致もしくは近似するものが存在し
ない場合は、欠陥なしと判断され、ステップ３０４に進
み、良品として、形状・位置検出部１０９ａにより検出
されている位置情報とともにその旨が記憶される。

【００３５】次に、ステップ３０５で、全ての被検体１
０１について良否検出が終了したかを判断し、未だ終了
していなければ、ステップ３０６で、次の被検体１０１
の形状情報が比較部１０９ｃに送られ、ステップ３０３
に戻って、再び欠陥形状登録部１０９ｂに予め登録され
ている欠陥パターンと比較される。

【００３６】ここで、ステップ３０３で、欠陥形状登録
部１０９ｂに登録された欠陥パターンに一致もしくは近
似するものが存在すると、欠陥有りと判断され、ステッ
プ３０７に進み、欠陥と判断された各被検体１０１の位
置情報がステージ駆動部１２４に与えられる。これによ
り、ＸＹステージ１０２は、ＸＹ方向に駆動されて、形
状欠陥と判断された各被検体１０１を高さ測定の行われ
る位置に順次移動する。

【００３７】この状態から、ステップ３０８で、上述し
た高さ測定手段１００による高さ測定が行われ、高さ検
出部１０９ｄにより、ガルバノミラー１１０の揺動角度
に応じた被検体１０１面での測定位置座標とＰＳＤ１２
３から得られたスポット位置信号とに基づいて、形状欠
陥と判断された各被検体１０１の高さが求められる。

【００３８】そして、ステップ３０９で、高さ検出部１
０９ｄで求められた高さ情報は、判定部１０９ｅに入力
され、再び欠陥の可否が判断される。ここで、一度欠陥
と判断された被検体１０１の高さ寸法が所定値以上であ
れば、良品と判断され、ステップ３０４で、良品とし
て、形状・位置検出部１０９ａにより検出されている位
置情報とともにその旨が記憶される。

【００３９】一方、高さ検出部１０９ｄで求められた高
さ寸法が所定値以下であれば、最終的に欠陥と判断さ
れ、ステップ３１０に進み、不良品として形状・位置検
出部１０９ａにより検出されている位置情報とともにそ
の旨が記憶され、ステップ３０５以降に進む。なお、高
さ検出部１０９ｄでの再検査の結果、特定の欠陥形状の
不良率が問題にならない場合には、その特定の欠陥形状
に対応する欠陥パターンを欠陥形状登録部１０９ｂから
外すことができる。

【００４０】以下、同様な良否検出が繰り返し行われ、
その後、ステップ３０５で、形状欠陥と判断された全て
の被検体１０１について検出が終了したと判断される
と、処理を終了する。

【００４１】従って、このようにすれば、ラインセンサ
カメラ１０８により取得される被検体１０１の２次元画
像から形状欠陥を検出し、この形状欠陥が検出された被
検体についてのみ高さ測定手段１００により、さらに高
さ測定を行い、再度欠陥を確認するようにしたので、従
来のように全ての被検体の高さを測定するものに比べて
短時間で高精度の欠陥検出を行うことができる。

【００４２】また、予め欠陥と判断される被検体のパタ
ーンを欠陥形状登録部１０９ｂに登録し、この登録パタ
ーンに基づいて欠陥を判定しているので、欠陥検出を簡
単に行うことができる。さらに、高さ検出部１０９ｄに
より特定の形状欠陥に対して不良と判断がなされなくな
った場合、この形状欠陥を抽出しないように欠陥形状登
録部１０９ｂより登録パターンを抹消することにより、
無駄な高さ測定を減らし、検査時間の短縮を図ることが
できる。

【００４３】なお、上述した実施の形態では、ラインセ
ンサカメラを用いたが、これに代えてＣＣＤカメラを使
用して被検体１０１を有する基板１０１ａ面を一度に撮
像するようにしてもよい。

【００４４】また、上述した実施の形態では、予め欠陥
と判断される被検体１０１の形状を登録した欠陥形状登
録部１０９ｂを用いたが、実際に２次元画像から形状お
よび大きさを計算により求め、欠陥を判断するようにし
てもよいし、共焦点ディスクスキャン方式による被検体
の高さ許容範囲のセクショニング二次元画像から形状欠
陥を判断することもできる。

【００４５】また、上述した実施の形態では、レーザ光
を被検体１０１表面でスキャンさせて高さ測定を行うレ
ーザスキャン方式を採用した例を述べたが、共焦点ディ
スクスキャン方式や白色干渉法を利用した高さ測定方法
を採用することもできる。

【００４６】また、上述した実施の形態では、リング照
明による斜照明により被検体１０１の２次元画像を取得
するようにしたが、垂直照明により２次元画像を取得す
ることもできる。この場合、欠陥形状登録部１０９ｂ
は、被検体１０１として、図４（ａ）に示す正常な形状
のバンプの二次元画像が取り込まれた場合、同図
（ａ’）に示す形状になるのに対し、同図（ｂ）に示す
ように高さが不足したバンプの二次元画像が取り込まれ
た場合、同図（ｃ）に示すように半田量が不足したバン
プの二次元画像が取り込まれた場合、同図（ｄ）に示す
ように径が不足したバンプの二次元画像が取り込まれた
場合、同図（ｅ）に示すようにバンプが全く存在しない
場合にそれぞれ対応させて、図４（ｂ’）〜（ｅ’）に
示す形状を欠陥パターンとして予め登録するようにす
る。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、欠陥
検出を短時間で行うことができる欠陥検査装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。

【図２】一実施の形態に用いられる欠陥形状登録部に登
録される欠陥形状の例を示す図。

【図３】一実施の形態の動作を説明するためのフローチ
ャート。

【図４】本発明の他の実施の形態に用いられる欠陥形状
登録部に登録される欠陥形状の例を示す図。

【符号の説明】

１０１…被検体１０１ａ…基板１０２…ＸＹステージ１０３…対物レンズ１０３’…瞳面１０４…リング状照明１０５…光ファイバ１０６…光源１０７…ダイクロイックミラー１０８ａ…結像レンズ１０８…ラインセンサカメラ１０９…制御部１０９ａ…形状・位置検出部１０９ｂ…欠陥形状登録部１０９ｃ…比較部１０９ｄ…高さ検出部１０９ｅ…判定部１００…高さ測定手段１１０…ガルバノミラー１１１…ミラー駆動部１１２…レーザダイオード１１３…コリメートレンズ１１４…偏光ビームスプリッタ１１５…１／４波長板１１６…結像レンズ１１７…一次像面１１８…瞳リレーレンズ１１９…プリズム１２０…ミラー１２２…セパレータレンズ１２３…ＰＳＤ１２４…ステージ駆動部

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA24 AA49 AA52 AA61 CC26 FF04 GG02 GG06 GG17 HH08 HH12 JJ02 JJ16 JJ25 LL02 LL04 LL13 LL30 LL33 LL36 PP12 QQ39 RR06 SS04 2G051 AA65 AB14 AC02 AC21 BA10 BB17 BC05 CA03 CC12 CC20 DA05 EA11 EA14 EB01 EB09 5E319 AA03 AB06 AC01 BB04 CC22 CD53 GG15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数配列された被検体の２次元
画像を取得する２次元画像取得手段と、この２次元画像取得手段により取得された２次元画像よ
り前記被検体の形状欠陥と位置情報を検出する形状欠陥
検出手段と、前記形状欠陥検出手段により検出された前記形状欠陥に
対して被検体の高さを検出する高さ検出手段と、前記高さ検出手段による高さ検出により、前記被検体の
良否判定する判定部とを具備したことを特徴とする欠陥
検査装置。
【請求項２】前記形状欠陥検出手段は、予め欠陥と判
断される被検体のパターンを登録した欠陥形状登録手段
を有し、前記２次元画像より前記被検体の形状と前記欠
陥形状登録手段に登録されたパターンとの比較結果から
形状欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の欠
陥検査装置。
【請求項３】前記２次元画像取得手段は、共焦点ディ
スクを通して前記被検体の２次元画像を取得し、前記形
状欠陥検出手段は、前記被検体の高さ許容範囲内のセク
ショニング２次元画像より形状欠陥を検出することを特
徴とする請求項１記載の欠陥検出装置。
【請求項４】前記形状欠陥検出手段は、前記高さ検出
手段により再検査した結果、良品として問題なくなった
と判断できるときに、その特定の形状欠陥を抽出しない
ようにすることを特徴とする請求項１記載の欠陥検出装
置。