JP2009139285A - Solder ball inspection device, its inspection method, and shape inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LSIチップなどの半導体チップ上に形成される半田ボール（半田バンプ）の高さを検出する半田ボール検出装置およびその検査方法に関する。 The present invention relates to a solder ball detecting device for detecting the height of a solder ball (solder bump) formed on a semiconductor chip such as an LSI chip and an inspection method therefor.
近年、LSIの高密度・高速化に伴い、LSIチップとして、例えば、１７ｍｍ×１７ｍｍのLSIチップ上に、直径が５０〜１５０μｍ、高さが５０〜１００μｍの半球状の半田ボールが、１５０μｍのピッチで１００００個程度形成されたものが用いられている。これら半田ボールは、半導体基板上に形成された電極と溶着されるため、LSIチップを基板に実装したあとの回路動作を良好に保つ上で、半導体ボールの高さを均一に保つことが不可欠である。しかも、LSIチップを基板に装着したあとはその構造上、X線検査などの特殊な検査手法を用いない限り基板搭載後の接合状態を検査することは不可能である。 In recent years, with the increase in LSI density and speed, as LSI chips, for example, a hemispherical solder ball having a diameter of 50 to 150 μm and a height of 50 to 100 μm on a 17 mm × 17 mm LSI chip has a pitch of 150 μm. In this case, about 10,000 are used. Since these solder balls are welded to the electrodes formed on the semiconductor substrate, it is essential to keep the height of the semiconductor balls uniform in order to maintain good circuit operation after the LSI chip is mounted on the substrate. is there. Moreover, after the LSI chip is mounted on the substrate, it is impossible to inspect the bonding state after mounting the substrate unless a special inspection method such as X-ray inspection is used.
このため、LSIチップを基板に搭載する前に、LSIチップ上に形成された半田ボール（半田バンプ）の高さを検査する方式として、例えば、半田ボールにレーザ光を照射し、三角測量の原理を用い、半田ボールから反射した反射光のうち真上に反射した反射光から画像を生成するとともに、半田ボールから斜め上方に反射した反射光から画像を生成し、生成された両者の画像を比較して半田ボールの高さを検査するものが各種提案されている（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照）。 For this reason, as a method for inspecting the height of the solder balls (solder bumps) formed on the LSI chip before mounting the LSI chip on the substrate, for example, the solder ball is irradiated with laser light, and the principle of triangulation Is used to generate an image from the reflected light reflected right above the solder ball and to generate an image from the reflected light reflected obliquely upward from the solder ball, and compare the generated images. Various types have been proposed for inspecting the height of solder balls (see Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2).
従来技術では、半田ボールの高さを検査するに際して、レーザ光を半田ボールに照射するとともに、レーザ光を走査しなければならず、専用の光学系が必要となる。しかも、走査に伴って光学系に機械的誤差が生じ、半田ボールの高さを高精度に検査できないことがある。 In the prior art, when inspecting the height of the solder ball, the solder ball must be irradiated with the laser beam and scanned with the laser beam, and a dedicated optical system is required. In addition, a mechanical error occurs in the optical system with scanning, and the height of the solder ball may not be inspected with high accuracy.
そこで、本発明の目的は、複雑な光学系を用いることなく、正確に半田ボールの高さを検査することができる半田ボール検査装置およびその検査方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solder ball inspection apparatus and an inspection method thereof that can accurately inspect the height of a solder ball without using a complicated optical system.
前記目的を達成するために、本発明は、半導体チップ上に分散して形成された半田ボール群の高さを検出する半田ボール検査装置において、前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と平行な照明光を照射する第１の光学系と、前記検査対象の半田ボールに対して、前記仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２の光学系と、前記第１の光学系から前記検査対象の半田ボールに照射された照明光の反射光を受光して撮像する第１の撮像手段と、前記第２の光学系から前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段の撮像による第１の画像と前記第２の撮像手段の撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する画像処理手段と、前記画像処理手段の処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの光点位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する評価手段と、を備えてなる半田ボール検査装置を構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a solder ball inspection apparatus for detecting the height of a solder ball group formed in a distributed manner on a semiconductor chip, with respect to a solder ball to be inspected in the solder ball group. A first optical system that irradiates illumination light parallel to a virtual perpendicular to the semiconductor chip, and a first illumination system that irradiates the solder ball to be inspected with oblique illumination light that intersects the virtual perpendicular. 2 optical system, first imaging means for receiving reflected light of illumination light irradiated on the solder ball to be inspected from the first optical system, and imaging from the second optical system By receiving a reflected image of the oblique illumination light irradiated to the target solder ball and imaging, a first image obtained by imaging by the first imaging means, and by imaging by the second imaging means Each second image has the same coordinate system The difference between the light spot position of the solder ball belonging to the second image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image based on the processing result of the image processing means and the processing result of the image processing means is examined. The solder ball inspection apparatus includes an evaluation unit that calculates the height of the target solder ball and evaluates the calculation result.
また、本発明は、半導体チップ上に分散して形成された半田ボール群の高さを検出する半田ボール検査装置において、前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボール全体に照明光を照射する第１の光学系と、前記検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２の光学系と、前記仮想の垂線に沿って配置されて、前記検査対象の半田ボールで反射した照明光の反射光を受光して撮像する第１の撮像手段と、前記第２の光学系から前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段の撮像による第１の画像と前記第２の撮像手段の撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する画像処理手段と、前記画像処理手段の処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの中心位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する評価手段と、を備えてなる半田ボール検査装置を構成した。 According to the present invention, in the solder ball inspection apparatus for detecting the height of the solder ball group formed dispersed on the semiconductor chip, the illumination light is irradiated to the entire solder ball to be inspected in the solder ball group. A first optical system, a second optical system that irradiates the solder ball to be inspected with oblique illumination light that intersects a virtual perpendicular to the semiconductor chip, and the second optical system that is disposed along the virtual perpendicular. The first imaging means for receiving and imaging the reflected light of the illumination light reflected by the solder ball to be inspected, and the oblique illumination light irradiated to the solder ball to be inspected from the second optical system. Second imaging means for receiving reflected light and picking up an image, the first image obtained by the image pick-up by the first image pick-up means, and the second image picked up by the second image pick-up means are processed in the same coordinate system. Image processing means, and the image Based on the processing result of the processing means, the difference between the center position of the solder ball belonging to the first image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image is calculated as the height of the solder ball to be inspected. And an evaluation means for evaluating the calculation result.
前記各半田ボール検査装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。 When configuring each of the solder ball inspection devices, the following elements can be added.
（１）前記第２の撮像手段は、前記反射光を受光する受光系にあおり光学系を含む。
（２）前記第２の撮像手段は、前記反射光を受光する受光系を備え、前記仮想の垂線に対する前記受光系の光軸の角度は、前記半導体チップ表面に対する前記第２の光学系の光軸の角度より小さく設定されてなる。
（３）前記画像処理手段は、前記第２の画像を前記第１の画像に整合させるための画像歪み補正を実行する画像歪み補正手段を備えてなる。
（４）前記画像歪み補正手段は、前記第２の画像に属する半田ボール全体の平面射影変換行列を求め、前記第２の画像を前記平面射影変換行列に従って変換して、前記第１の画像に属する半田ボールの座標と前記第２の画像に属する半田ボールの座標との対応づけを実行してなる。
（５）前記画像歪み補正手段は、前記第２の画像に属する半田ボールのうち一部の半田ボール毎の平面射影変換行列を求め、前記第２の画像を構成する各成分を前記平面射影変換行列に従って順次変換して、前記第１の画像に属する半田ボールの座標と前記第２の画像に属する半田ボールの座標との対応づけを実行してなる。
（６）前記画像歪み補正手段は、前記第２の画像に属する半田ボールのうち一部の半田ボール毎の平面射影変換行列を求め、前記第２の画像を構成する各成分を前記平面射影変換行列に従って順次変換して、前記第１の画像に属する半田ボールの座標と前記第２の画像に属する半田ボールの座標との対応づけを実行してなる。
（７）前記画像歪み補正手段は、前記第１の撮像手段に属する反射光受光系のレンズ歪みに従って前記第１の画像を補正するとともに、前記第２の撮像手段に属する反射光受光系のレンズ歪みに従って前記第２の画像を補正してなる。
(1) The second imaging means is in a light receiving system that receives the reflected light and includes an optical system.
(2) The second imaging means includes a light receiving system that receives the reflected light, and the angle of the optical axis of the light receiving system with respect to the virtual perpendicular is the light of the second optical system with respect to the surface of the semiconductor chip. It is set smaller than the angle of the shaft.
(3) The image processing means includes image distortion correction means for performing image distortion correction for aligning the second image with the first image.
(4) The image distortion correction unit obtains a planar projection transformation matrix of the entire solder ball belonging to the second image, converts the second image according to the planar projection transformation matrix, and converts the second image into the first image. Correspondence between the coordinates of the solder balls belonging to the coordinates of the solder balls belonging to the second image is executed.
(5) The image distortion correction means obtains a planar projection transformation matrix for each solder ball among the solder balls belonging to the second image, and converts each component constituting the second image to the planar projection transformation. By sequentially converting in accordance with the matrix, the coordinates of the solder balls belonging to the first image and the coordinates of the solder balls belonging to the second image are executed.
(6) The image distortion correction means obtains a planar projection transformation matrix for each solder ball among the solder balls belonging to the second image, and converts each component constituting the second image to the planar projection transformation. By sequentially converting in accordance with the matrix, the coordinates of the solder balls belonging to the first image and the coordinates of the solder balls belonging to the second image are executed.
(7) The image distortion correcting unit corrects the first image according to the lens distortion of the reflected light receiving system belonging to the first imaging unit, and also reflects the reflected light receiving system lens belonging to the second imaging unit. The second image is corrected according to the distortion.
また、本発明は、半導体チップ上に分散して形成された半田ボール群の高さを検出する半田ボール検査方法において、前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と平行な照明光を照射する第１ステップと、前記検査対象の半田ボールに対して、前記仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２ステップと、前記検査対象の半田ボールに照射された照明光の反射光を受光して撮像する第３ステップと、前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第４ステップと、前記第３ステップでの撮像による第１の画像と前記第４ステップでの撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する第５ステップと、前記第５ステップでの処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの光点位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する第６ステップを実行する半田ボール検査方法を採用した。 According to another aspect of the present invention, there is provided a solder ball inspection method for detecting a height of a solder ball group formed in a dispersed manner on a semiconductor chip. A first step of irradiating illumination light parallel to the erected virtual perpendicular; a second step of irradiating oblique light that intersects the virtual perpendicular to the solder ball to be inspected; and A third step of receiving and imaging reflected light of the illumination light applied to the solder ball; a fourth step of receiving and imaging reflected light of the oblique illumination light applied to the solder ball to be inspected; Based on the processing results in the fifth step and the fifth step in which the first image captured in the third step and the second image captured in the fourth step are processed in the same coordinate system, respectively. A sixth step of calculating the difference between the light spot position of the solder ball belonging to one image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image as the height of the solder ball to be inspected, and evaluating the calculation result Adopted solder ball inspection method.
また、さらに、本発明は、半導体チップ上に分散して形成された半田ボール群の高さを検出する半田ボール検査方法において、前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボール全体に照明光を照射する第１ステップと、前記検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２ステップと、前記仮想の垂線上で、前記検査対象の半田ボールで反射した照明光の反射光を受光して撮像する第３ステップと、前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第４ステップと、前記第３ステップでの撮像による第１の画像と前記第４ステップでの撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する第５ステップと、前記第５ステップの処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの中心位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する第６ステップを実行する、半田ボール検査方法を採用した。 Furthermore, the present invention provides a solder ball inspection method for detecting the height of a solder ball group formed dispersed on a semiconductor chip, and irradiating illumination light to the entire solder ball to be inspected in the solder ball group. A first step of irradiating the solder ball to be inspected with oblique illumination light that intersects with a virtual perpendicular standing on the semiconductor chip, and on the virtual perpendicular, A third step of receiving and imaging the reflected light of the illumination light reflected by the solder ball; a fourth step of receiving and imaging the reflected light of the oblique illumination light applied to the solder ball to be inspected; Based on the processing results of the fifth step and the fifth step, the first image obtained by the imaging in the third step and the second image obtained by the imaging in the fourth step are processed in the same coordinate system, respectively. The difference between the center position of the solder ball belonging to the image of the solder ball and the light spot position of the solder ball belonging to the second image is calculated as the height of the solder ball to be inspected, and the sixth step of evaluating the calculation result is executed The solder ball inspection method was adopted.
前記各半田ボール検査方法を採用するに際しては、以下の要素を付加することができる。 In adopting each of the solder ball inspection methods, the following elements can be added.
（１）前記第５ステップは、前記第２の画像を前記第１の画像に整合させるための画像歪み補正を実行する画像歪み補正ステップを含む。
（２）前記画像歪み補正ステップでは、前記第２の画像に属する半田ボール全体の平面射影変換行列を求め、前記第２の画像を前記平面射影変換行列に従って変換して、前記第１の画像に属する半田ボールの座標と前記第２の画像に属する半田ボールの座標との対応づけを実行する。
（３）前記画像歪み補正ステップでは、前記第２の画像に属する半田ボールのうち一部の半田ボール毎の平面射影変換行列を求め、前記第２の画像を構成する各成分を前記平面射影変換行列に従って順次変換して、前記第１の画像に属する半田ボールの座標と前記第２の画像に属する半田ボールの座標との対応づけを実行する。
(1) The fifth step includes an image distortion correction step of executing image distortion correction for aligning the second image with the first image.
(2) In the image distortion correction step, a planar projective transformation matrix of the entire solder ball belonging to the second image is obtained, and the second image is transformed according to the planar projective transformation matrix to form the first image. Correspondence between the coordinates of the solder balls belonging to the solder balls and the coordinates of the solder balls belonging to the second image is executed.
(3) In the image distortion correction step, a planar projection transformation matrix for each solder ball of the solder balls belonging to the second image is obtained, and each component constituting the second image is converted to the planar projection transformation. By sequentially converting according to the matrix, the coordinates of the solder balls belonging to the first image and the coordinates of the solder balls belonging to the second image are executed.
本発明によれば、複雑な光学系を用いることなく、正確に半田ボール(検査対象)の形状を検査することができる検査装置及び検査方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an inspection apparatus and an inspection method capable of accurately inspecting the shape of a solder ball (inspection object) without using a complicated optical system.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す半田ボール検査装置の要部構成図である。図１において、半田ボール検査装置は、半導体チップ（LSIチップ）１０上に分散して形成された半田ボール（半田バンプ）１２の高さを検査するために、光源１４、１６、半透明鏡１８、凸レンズ２０、カメラ２２、凸レンズ２４、カメラ２６などを備えて構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a main part configuration diagram of a solder ball inspection apparatus showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a solder ball inspection device is used for inspecting the height of solder balls (solder bumps) 12 that are dispersedly formed on a semiconductor chip (LSI chip) 10, and
光源１４、１６は、例えば、ハロゲンランプ、発光ダイオードなどで構成されている。光源１４は、平行光による照明光L１を半透明鏡１８を介して検査対象の半田ボール１２iに照射するようになっている。半透明鏡１８は、半導体チップ１０に立てた仮想の垂線に対して、４５度傾斜して配置されており、照明光L1は、仮想の垂線と平行な照明光として、半田ボール１２iの上部に照射されるようになっている。すなわち、光源１４と半透明鏡１８は、第１の光学系として構成されている。
The
半田ボール１２iに照明光L1が照射されると、その一部が真上に向かって反射し、この反射光は、半透明鏡１８と凸レンズ２０を透過した後、カメラ２２によって受光される。カメラ２２は、例えば、エリアセンサとしてのTVカメラで構成されており、照明光L1のうち半田ボール１２iで反射した反射光を受光して撮像する第１の撮像手段として構成されている。
When the illumination light L1 is irradiated to the
一方、光源１６は、半導体チップ１０の斜め上方に配置されて、半導体チップ１０に立てた仮想の垂線と交差する斜め照明光L２を半田ボール１２iに向けて照射する第２の光学系として構成されている。照明光L２が半田ボール１２iに照射されると、その反射光の一部は凸レンズ２４を介してカメラ２６によって受光される。カメラ２６は、例えば、エリアセンサとしてのTVカメラで構成されており、斜め照明光L２のうち半田ボール１２iに照射された斜め照明光L２の反射光を受光して撮像する第２の撮像手段として構成されている。
On the other hand, the
カメラ２２、２６は、図２に示すように、処理ユニット２８のA/Dコンバータ３０、３２に接続されている。処理ユニット２８は、A/Dコンバータ３０、３２の他に画像メモリ３４、CPU３６、モニタコントローラ３８、モニタ４０などを備えて構成されている。
The
A/Dコンバータ３０、３２はそれぞれカメラ２２、２６の撮像による映像信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をCPU３６に転送するようになっている。CPU３６は、各種処理プログラムに基づいて、A/Dコンバータ３０、３２の出力によるデジタル信号にしたがって各種の演算処理を実行し、この実行結果にしたがった画像を画像メモリ３４に格納するとともに、実行結果をモニタコントローラ３８を介してモニタ４０の画面上に表示させるようになっている。
The A /
具体的には、CPU３６は、図３に示すように、画像取得部４２、画像合成部４４、比較部４６、距離検出部４８、評価部５０としての機能を備えて構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
画像取得部４２は、例えば、カメラ２２の撮像による画像を第１の画像として取得し、カメラ２６の撮像による画像を第２の画像として取得し、取得した各画像を画像合成部４４に出力する。画像合成部４４は、第１の画像と第２の画像をそれぞれ同一の画像系で処理する画像処理手段として機能し、処理結果を比較部４６に出力する。比較部４６は、画像合成部４４で合成された第１の画像と第２の画像とを比較し、比較結果を距離検出部４８に出力する。距離検出部４８は、第１の画像に属する半田ボールの光点位置または中心位置と第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差（距離）を半田ボール１２iの高さとして算出する算出手段として機能し、算出結果を評価部５０に出力する。評価部５０は、距離検出部４８の検出結果と基準値（基準パターン）とを比較し、この比較結果に従って半田ボール１２iの高さのずれ量を評価するようになっている。
For example, the
この際、評価部５０は、各半田ボール１２iについて、半田ボール１２全体のずれ量の平均値にしたがって評価したり、あるいは設計した半田ボール１２の高さに対するずれ量の標準偏差にしたがって評価したりすることもできる。また、評価部５０は、ずれ量が、平均値以上あるいは基準値以上の半田ボール１２に対しては、不良と評価することができる。
At this time, the
ここで、半田ボール１２iに照射された照明光L１が全反射しないときには半田ボール１２iの頂点が光点として、カメラ２２、２６によって撮像される。このため、図４に示すように、カメラ２２によって撮像された光点P１は半田ボール１２iの頂点を示す光点位置として撮像される。またカメラ２６によって撮像された光点P２は、その位置が光点P１よりも低いときには光点P１よりも距離Hだけずれた位置に形成される。すなわち、光点P１と光点P２との距離Hを半田ボール１２iの高さの変化として検出することができる。
Here, when the illumination light L1 applied to the
この際、凸レンズ２４を用いたときに、図５（ａ）に示すように、その検出範囲が台形形状となるときには、凸レンズ２４として、図５（ｂ）に示すように、あおり光学系を用いることで、図５（ｃ）に示すように、検出範囲が正方形形状となり、検出範囲による歪みを無くすことができる。また、あおり光学系の他に、被写界深度が大きく、且つ画面歪みが少ないレンズとして、テレセントリックレンズを用いることもできる。この場合、レンズによる検出範囲を長方形の範囲とすることができる。
At this time, when the
一方、照明光L１が半導体チップ１０上で全反射するときには、図６（a）に示すように、光源１４として、半田ボール１２i全体を照射するものを用い、カメラ２２で半田ボール１２iの全体の画像を撮像し、CPU３６において半田ボール１２iの輪郭からその中心位置を求める処理を行う。さらに、光源１６から照射される照明光L２を、図７（a）に示すように、半導体チップ１０の表面に対して、３０度傾斜した角度に設定し、３０度傾斜した照明光L２を半田チップ１２iの上部に照射する。また、半導体チップ１０に立てた仮想の垂線に対して２０度傾斜した方向が光軸となるように、凸レンズ２４とカメラ２６を配置し、半田ボール１２iで反射した反射光を、凸レンズ２４を介してカメラ２６で受光する。
On the other hand, when the illumination light L1 is totally reflected on the
この場合、図７（ｂ）に示すように、半田ボール１２iの高さがΔH変化したときには、カメラ２６で検出される光点位置の変位をM・ΔH・ｓｉｎ２０°として求めることができる。なおMは凸レンズ２４の倍率を示す。
In this case, as shown in FIG. 7B, when the height of the
次に、本実施形態では、カメラ２２の撮像による第１の画像とカメラ２６の撮像による第２の画像との間に歪みがあることを考慮し、カメラ２６の撮像による第２の画像を補正し、カメラ２２の撮像による第１の画像に整合させるための画像歪み補正を行うこととしている。この際、CPU３６は、画像歪み補正手段として、図８に示すように、カメラ２２で撮像した画像ａとカメラ２６で撮像した画像ｂ間の対応を求めるための平面射影変換処理を実行することとしている。
Next, in the present embodiment, in consideration of the distortion between the first image captured by the
この場合、CPU３６は、カメラ２２で撮像した画像ａをカメラ２６で撮像した画像ｂに平面射影変換を行って補正するに際して、画像ａで撮影物の任意の点Pに相当するｐ１に平面射影行列Hを掛けて、画像ｂで撮影物の任意の点Pに相当するｐ２に補正する。
In this case, when the
変換式を以下に示す。
ｘ＝（uH11＋vH12＋H13）/(uH31＋ｖH32＋H33)
ｙ＝（uH21＋vH22＋H23）/(uH31＋vH32＋H33)
The conversion formula is shown below.
x = (uH 11 + vH 12 + H 13) / (uH 31 +
y = (uH 21 + vH 22 + H 23) / (uH 31 +
Hは最低８点の位置座標により計算することができ、多数点の場合は、最小二乗近似によりHを求めることができる。 H can be calculated from the position coordinates of at least 8 points. In the case of multiple points, H can be obtained by least square approximation.
次に、第１の補正方式について説明する。第１の補正方式では、カメラ２２の撮像による第１の画像とカメラ２６の撮像による第２の画像から平面投影変換行列Hを求める。この場合、図９に示すように、基準対象物にある多数の点から全体としてのHを求めることになる。すなわち、CPU３６は、半田ボール全体の平面射影変換行列Hを求めた後は、第２の画像を平面射影変換行列Hにしたがって変換し、第１の画像に属する半田ボールの座標と第２の画像に属する半田ボールの座標との対応付けを行い、第２の画像を第１の画像に整合させるための画像歪み補正を実行する。このあと、CPU３６は、補正された第２の画像と第１の画像とを比較するための処理を行い、両画像の光点位置の差から半田ボール１２の欠陥の有無を評価する。
Next, the first correction method will be described. In the first correction method, the planar projection transformation matrix H is obtained from the first image captured by the
次に、第２の補正方式について説明する。この補正方式においては、カメラ２２の撮像による第１の画像とカメラ２６の撮像による第２の画像を取り込み、これらの画像を基に４点ごとの平面投影変換行列Hを求める。この場合、図１０に示すように、基準対象物にある４点から個別の成分Hijを求め、全ての４点に対して補正を繰り返す。すなわち、CPU３６は、第２の画像に属する半田ボールのうち一部（４点）の半田ボールごとの平面射影変換行列Hを求め、第２の画像を構成する各成分Hijを平面射影変換行列Hにしたがって順次変換して、第１の画像に属する半田ボールの座標と第２の画像に属する半田ボールの座標との対応付けを行い、第２の画像を第１の画像に整合させるための画像歪み補正を実行する。そして、CPU３６は、補正された第２の画像と第１の画像とを比較し、両画像の光点位置の差から半田ボール１２の欠陥の有無を評価する。
Next, the second correction method will be described. In this correction method, a first image captured by the
第１または第２の補正方式を用いたときの画像表示例を図１０に示す。図１０（a）はカメラ２２の撮像による検出画像を示し、図１０（b）はカメラ２６の撮像による検出画像を示し、図１０（c）は第１の画像と第２の画像の差分を示し、図１０（d）は、補正された第２の画像の表示例を示す。また凸レンズ２０とカメラ２２を含む受光系のレンズ歪みあるいは凸レンズ２４とカメラ２６を含む受光系のレンズ歪みを考慮して画像を補正するに際しては、これら受光系のレンズ歪みを予め計測し、計測値にしたがって画像を補正することができる。この補正法としては、カメラキャリブレーション法のZhang法を用いることができる。ただし補正方式２を用いたときには、画像の処理範囲が４点と狭いため、レンズ歪みに対する補正を不要とすることもできる。
FIG. 10 shows an image display example when the first or second correction method is used. FIG. 10A shows a detection image obtained by imaging by the
本実施形態によれば、複雑な光学系を用いることなく、正確に半田ボールの高さを検査することができる。 According to the present embodiment, the height of the solder ball can be accurately inspected without using a complicated optical system.
また、本実施形態によれば、カメラ２２の撮像による第１の画像とカメラ２６の撮像による第２の画像との間に歪みがあるときでも、カメラ２６の撮像による第２の画像を補正し、カメラ２２の撮像による第１の画像に整合させるようにしたため、より正確に半田ボールの高さを検査することができる。
既述の実施形態では形状測定対象を半田ボールとしたが、これに限らず、歯車の歯列の検査、高性能小型熱交換機の流路溝形状検査(例えば燃料電池用)に本発明を応用することができる。
Further, according to this embodiment, even when there is distortion between the first image captured by the
In the above-described embodiment, the shape measurement object is a solder ball, but the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to the inspection of gear teeth and the flow path groove shape of a high-performance small heat exchanger (for example, for fuel cells). can do.
１０ 半導体チップ、１２ 半田ボール、１４，１６ 光源、１８ 半透明鏡、２０ 凸レンズ、２２ カメラ、２４ 凸レンズ、２６ カメラ、２８ 処理ユニット、３０、３２ A/Dコンバータ、３４ 画像メモリ、３６ CPU、４０ モニタ 10 Semiconductor chip, 12 Solder ball, 14, 16 Light source, 18 Translucent mirror, 20 Convex lens, 22 Camera, 24 Convex lens, 26 Camera, 28 Processing unit, 30, 32 A / D converter, 34 Image memory, 36 CPU, 40 monitor
Claims (14)
前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と平行な照明光を照射する第１の光学系と、
前記検査対象の半田ボールに対して、前記仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２の光学系と、
前記第１の光学系から前記検査対象の半田ボールに照射された照明光の反射光を受光して撮像する第１の撮像手段と、
前記第２の光学系から前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段の撮像による第１の画像と前記第２の撮像手段の撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段の処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの光点位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する評価手段と、を備えてなる半田ボール検査装置。 In a solder ball inspection device for detecting the height of a group of solder balls formed dispersed on a semiconductor chip,
A first optical system for irradiating an illumination light parallel to a virtual perpendicular to the semiconductor chip with respect to a solder ball to be inspected in the solder ball group;
A second optical system that irradiates the solder ball to be inspected with oblique illumination light that intersects the virtual perpendicular;
First imaging means for receiving and imaging reflected light of illumination light irradiated to the solder ball to be inspected from the first optical system;
Second imaging means for receiving and imaging reflected light of oblique illumination light irradiated to the solder ball to be inspected from the second optical system;
Image processing means for processing the first image captured by the first image capturing means and the second image captured by the second image capturing means in the same coordinate system;
Based on the processing result of the image processing means, the difference between the light spot position of the solder ball belonging to the first image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image is determined as the height of the solder ball to be inspected. A solder ball inspection device comprising: an evaluation means for calculating the evaluation result and evaluating the calculation result.
前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボール全体に照明光を照射する第１の光学系と、
前記検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２の光学系と、
前記仮想の垂線に沿って配置されて、前記検査対象の半田ボールで反射した照明光の反射光を受光して撮像する第１の撮像手段と、
前記第２の光学系から前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段の撮像による第１の画像と前記第２の撮像手段の撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段の処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの中心位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する評価手段と、を備えてなる半田ボール検査装置。 In a solder ball inspection device for detecting the height of a group of solder balls formed dispersed on a semiconductor chip,
A first optical system for irradiating illumination light to the entire solder ball to be inspected in the solder ball group;
A second optical system for irradiating the solder ball to be inspected with oblique illumination light that intersects with a virtual perpendicular to the semiconductor chip;
A first imaging means that is arranged along the virtual perpendicular line and receives reflected light of the illumination light reflected by the solder ball to be inspected;
Second imaging means for receiving and imaging reflected light of oblique illumination light irradiated to the solder ball to be inspected from the second optical system;
Image processing means for processing the first image captured by the first image capturing means and the second image captured by the second image capturing means in the same coordinate system;
Based on the processing result of the image processing means, the difference between the center position of the solder ball belonging to the first image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image is defined as the height of the solder ball to be inspected. An evaluation means for calculating and evaluating the calculation result.
前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と平行な照明光を照射する第１ステップと、
前記検査対象の半田ボールに対して、前記仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２ステップと、
前記検査対象の半田ボールに照射された照明光の反射光を受光して撮像する第３ステップと、
前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第４ステップと、
前記第３ステップでの撮像による第１の画像と前記第４ステップでの撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する第５ステップと、
前記第５ステップでの処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの光点位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する第６ステップを実行する、半田ボール検査方法。 In a solder ball inspection method for detecting the height of a solder ball group formed dispersed on a semiconductor chip,
A first step of irradiating a solder ball to be inspected in the solder ball group with illumination light parallel to a virtual perpendicular to the semiconductor chip;
A second step of irradiating the solder balls to be inspected with oblique illumination light that intersects the virtual perpendicular;
A third step of receiving and imaging the reflected light of the illumination light applied to the solder ball to be inspected;
A fourth step of receiving and imaging the reflected light of the oblique illumination light applied to the solder ball to be inspected;
A fifth step of processing the first image obtained by imaging in the third step and the second image obtained by imaging in the fourth step, respectively, in the same coordinate system;
Based on the processing result in the fifth step, the difference between the light spot position of the solder ball belonging to the first image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image is determined as the height of the solder ball to be inspected. A method for inspecting solder balls, wherein a sixth step of calculating and calculating a calculation result is executed.
前記半田ボール群のうち検査対象の半田ボール全体に照明光を照射する第１ステップと、
前記検査対象の半田ボールに対して、前記半導体チップに立てた仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２ステップと、
前記仮想の垂線上で、前記検査対象の半田ボールで反射した照明光の反射光を受光して撮像する第３ステップと、
前記検査対象の半田ボールに照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第４ステップと、
前記第３ステップでの撮像による第１の画像と前記第４ステップでの撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する第５ステップと、
前記第５ステップの処理結果を基に前記第１の画像に属する半田ボールの中心位置と前記第２の画像に属する半田ボールの光点位置との差を前記検査対象の半田ボールの高さとして算出し、算出結果を評価する第６ステップを実行する、半田ボール検査方法。 In a solder ball inspection method for detecting the height of a solder ball group formed dispersed on a semiconductor chip,
A first step of irradiating illumination light to the entire solder ball to be inspected in the solder ball group;
A second step of irradiating the solder ball to be inspected with oblique illumination light that intersects with a virtual perpendicular to the semiconductor chip;
A third step of receiving and imaging reflected light of the illumination light reflected by the solder ball to be inspected on the virtual perpendicular;
A fourth step of receiving and imaging the reflected light of the oblique illumination light applied to the solder ball to be inspected;
A fifth step of processing the first image obtained by imaging in the third step and the second image obtained by imaging in the fourth step, respectively, in the same coordinate system;
Based on the processing result of the fifth step, the difference between the center position of the solder ball belonging to the first image and the light spot position of the solder ball belonging to the second image is defined as the height of the solder ball to be inspected. A solder ball inspection method for executing a sixth step of calculating and evaluating the calculation result.
前記被検査対象に仮想の垂線と平行な照明光を照射する第１の光学系と、
前記検査対象に対して、前記仮想の垂線と交差する斜め照明光を照射する第２の光学系と、
前記第１の光学系から前記検査対象に照射された照明光の反射光を受光して撮像する第１の撮像手段と、
前記第２の光学系から前記検査対象に照射された斜め照明光の反射光を受光して撮像する第２の撮像手段と、
前記第１の撮像手段の撮像による第１の画像と前記第２の撮像手段の撮像による第２の画像をそれぞれ同一の座標系で処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段の処理結果を基に前記第１の画像に属する前記検査対象の光点位置と前記第２の画像に属する前記検査対象の光点位置との差を前記検査対象の高さとして算出し、算出結果を評価する評価手段と、を備えてなる形状検査装置。 In a shape inspection apparatus that detects a plurality of shapes of inspection objects that are dispersed and exist,
A first optical system for irradiating the inspection object with illumination light parallel to a virtual perpendicular;
A second optical system that irradiates the inspection object with oblique illumination light that intersects the virtual perpendicular;
First imaging means for receiving and imaging reflected light of illumination light irradiated to the inspection object from the first optical system;
Second imaging means for receiving and imaging reflected light of oblique illumination light irradiated to the inspection object from the second optical system;
Image processing means for processing the first image captured by the first image capturing means and the second image captured by the second image capturing means in the same coordinate system;
Based on the processing result of the image processing means, the difference between the light spot position of the inspection object belonging to the first image and the light spot position of the inspection object belonging to the second image is defined as the height of the inspection object. A shape inspection apparatus comprising: an evaluation unit that calculates and evaluates the calculation result.
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