JP2014109530A

JP2014109530A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

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Publication number: JP2014109530A
Application number: JP2012265062A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hikita; 哲也疋田; Ryosuke Murakami; 僚祐村上
Original assignee: Yasunaga Corp
Current assignee: Yasunaga Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: JP6092602B2

Abstract

【課題】検査対象物の欠陥の有無を確認する際に、インラインで短期間に全数検査できる欠陥検査装置及び方法を提供する。
【解決手段】検査対象物の２次元情報作成用の画像と３次元情報作成用の画像を取得する画像取得手段１２１と、画像取得手段で取得された２次元情報作成用の画像から作成された２次元情報を用いて位置合わせすると共に位置合わせされた２次元情報作成用の画像の内の全体領域の中から３次元情報を用いた欠陥検査を行う部分的領域を一部特定する３次元検査領域特定手段１２２と、画像取得手段で取得された３次元情報作成用の画像から検査領域特定手段によって特定された部分的領域のみ３次元情報を作成する３次元情報作成手段１２３と、特定された部分的領域のみにおいて前記作成された３次元情報と、検査対象物の検査合格品となる基準３次元情報とを比較して検査対象物の欠陥の有無を検査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣパッケージ、半導体ウエハ等の欠陥を検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

例えばＩＣパッケージや半導体ウエハ等の外観検査においては、これらの欠陥を発見するために２次元画像処理を応用して行われる方式が公知である。この方式の一例として、検査対象を撮像した後にこの画像の各画素から輝度値を算出し、輝度値の差、具体的には基準となる輝度値との差、周囲の輝度値との差等によって欠陥部分を検出する方法が知られている（例えば、特開２００７−１５５６１０号公報参照）。

特開２００７−１５５６１０号公報

上述した欠陥検査装置方式によると、欠陥形状が２次元である汚れ、しみ等については安定した検出が可能となる。また、欠陥形状が３次元となる欠け、凹み、膨らみ、反り等であっても、照明方法を工夫することによって、欠陥の検出が可能となる。

しかしながら、例えばＩＣパッケージの基板をなす半導体ウエハ自体のなだらかな***欠陥の検出は、照明方法の工夫によるだけでは難しい。このような２次元画像処理で検出困難な欠陥を検出するためには、３次元計測が有効であるが、処理時間、メンテナンス性等の問題から、生産ラインにおける導入の困難性が問題となっている。

特に製品を限られた短い時間で大量に製造しなければならないＩＣパッケージ等の製造工程において、いわゆるインライン検査によって個々の検査対象物の全数検査を実施しようと、この検査工程における全数検査に必要とする時間が嵩んでしまい、結果的に製造時間のタイムロスを招き、製品の製造効率を低下させるだけでなく製造コストを高めてしまう要因となる。

一方、このような３次元計測を用いた検査を実施するにあたって、製品の生産効率を低下させないようにするため、インラインによる全数検査を実施せずにインライン中の一定の個数ごとに特定の検査対象物を検査する非全数検査を実施すると、欠陥製品発見を完全に行うことが困難であり、問題である。

また、３次元検査装置は、一般に２次元検査装置に比べて構造が複雑であるので、検査対象物のインラインによる全数検査のために、３次元検査装置のみをライン上に設置してインラインによる製品の全数検査を行なおうとすると、製造ラインにおける３次元検査装置の設置スペースの制約を受け、製造ラインの複雑化や冗長化を招く。

本発明の目的は、例えばＩＣパッケージ等の検査対象物の欠陥の有無を確認するにあたって、インラインでかつ短期間で全数検査を可能とする欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る欠陥検査装置は、
検査対象物の欠陥の有無を検査する欠陥検査装置において、
前記検査対象物の２次元情報作成用の画像と３次元情報作成用の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得された２次元情報作成用の画像から作成された２次元情報を用いて位置合わせすると共に、前記位置合わせされた２次元情報作成用の画像の内の全体領域の中から、３次元情報を用いた欠陥検査を行う部分的領域を一部特定する３次元検査領域特定手段と、
前記画像取得手段で取得された３次元情報作成用の画像から、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域のみ３次元情報を作成する３次元情報作成手段と、
前記特定された部分的領域のみにおいて、前記によって作成された３次元情報と、前記検査対象物の検査合格品となる基準３次元情報とを比較して検査対象物の欠陥の有無を検査する特定領域検査手段を有することを特徴としている。

また、本発明の請求項３に係る欠陥検査方法は、
検査対象物の欠陥の有無を検査する欠陥検査方法において、
前記検査対象物の２次元情報作成用の画像と３次元情報作成用の画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップで取得された２次元情報作成用の画像から作成された２次元情報を用いて位置合わせすると共に、前記位置合わせされた２次元の画像の内の全体領域の中から、３次元情報を用いた欠陥検査を行う部分的領域を一部特定する３次元検査領域特定ステップと、
前記画像取得ステップで取得された３次元情報作成用の画像から、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域のみ３次元情報を作成する３次元情報作成ステップと、
前記特定された部分的領域のみにおいて、前記によって作成された３次元情報と、前記検査対象物の検査合格品となる基準３次元情報とを比較して検査対象物の欠陥の有無を検査する特定領域検査ステップを有することを特徴としている。

請求項１に係る欠陥検査装置及び請求項３に係る欠陥検査方法によると、取得した画像のデータの全部を処理することなく欠陥検査の有無の判断に必要な部分にのみ的を絞って３次元情報を作成し、基準３次元情報と比較検査する。これによって、取得した画像のデータの全てに基づいて３次元情報を作成しこれを基準３次元情報と比較するということを行わずに済む。その結果、画像処理の検査のための個々の検査対象物の検査時間の高速化を図ることができる。特に多数の製品の欠陥の有無を全数検査するときに個々の検査対象物の高速化が図れるので、検査工程において余分な時間を必要とすることなく、製品の生産効率の低下を防止することができる。

また、本発明の請求項２に係る欠陥検査装置は、
前記３次元情報作成手段の３次元情報は、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域における高さであることを特徴としている。

３次元情報によって、例えば個々の検査対象物を構成する部品の形状やこれらの部品を搭載する基板の高さといった情報として客観的に把握することができる。３次元情報のうちこのような高さ情報に基づき検査対象物の撮像した全領域に亘って検査すると、処理に時間がかかるが、請求項２に係る欠陥検査方法及び請求項４に係る欠陥検査方法によると、このような高さ情報を３次元情報として特定の部分的領域においてのみ処理することによって、請求項１及び請求項３の作用をより効果的に発揮することができる。

本発明によると、例えばＩＣパッケージ等の検査対象物の欠陥の有無を確認するにあたって、インラインでかつ短期間で全数検査を可能とする欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る欠陥検査方法のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置及びこれを用いた欠陥検査方法を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る欠陥検査装置１は、搬送装置５０によって検査ステージまで搬送された検査対象物Ｐの欠陥検査を行う装置であり、ＣＣＤカメラからなる撮像装置１０と、いわゆるプロジェクタとして構成されている投射装置２０と検査対象物Ｐに光を照射する照明装置３０と、内部に装置制御部１１０及び検査制御部１２０並びに必要な情報を逐次記憶するメモリ１３０を有した制御ユニット１００等から構成されている。

なお、本実施形態において欠陥を検査する検査対象物Ｐの一例としては、例えば基板となる半導体ウエハ上にＩＣが表面実装されたいわゆるＩＣパッケージが挙げられる。以下、ＩＣパッケージを逐次「検査対象物Ｐ」として記載していく。また、搬送装置５０は、同一形状の検査対象物Ｐ（Ｐ１，Ｐ２・・・）を多数連続的に製造するＩＣパッケージ製造ラインに設けられており、図１においては表面実装を終えて欠陥検査を行う検査ステージにおいて検査のために一時的に静止した状態を示している。

撮像装置１０は、上述したように１台のＣＣＤカメラからなり、１つの検査対象物Ｐごとに１枚の２次元情報作成用画像（図２におけるＸ参照）と６枚の３次元情報作成用画像（図２におけるＹ１〜Ｙ６参照）を所定の撮像時間中に連続的に短い間隔で撮像していく。なお、検査精度向上のため、本実施形態においては、６枚の３次元情報作成用の画像を撮像しているが、採用する三次元計測の手法に応じて、任意に撮像枚数を選択することができる。例えば、本実施形態において採用されている位相シフト法では、最低３枚の画像を撮像すれば、３次元情報の作成が可能となる。

投射装置２０は、上述したようにプロジェクタからなり、本実施形態において採用されている位相シフト法によって、３次元情報を作成するための画像取得に用いるためのものである。

照明装置３０は、撮像装置１０によって検査対象物Ｐの２次元情報作成用画像を取得するときに用いられるとともに、撮像装置１０と投射装置２０によって上述の３次元情報作成用画像を取得する時にも用いられる。

制御ユニット１００の装置制御部１１０は、上述した欠陥検査装置１の一部を構成する撮像装置１０、投射装置２０、照明装置３０の他に検査対象物Ｐを搬送する搬送装置５０の制御についても行う。この装置制御部１１０は、後述するフローチャートに基づく欠陥検査方法を実施するにあたって、上述した各装置を適宜動作させたり、停止したりする役割を果たす。

制御ユニット１００の検査制御部１２０は、画像取得部１２１と、検査領域特定部１２２と、３次元情報作成部１２３と、欠陥検査部１２４とからなり、制御ユニット１００内のメモリ１３０に必要な情報を逐次蓄積するとともにメモリ１３０から逐次取り出して検査対象物Ｐの正確な欠陥検査を行う役目を果たす。

検査制御部１２０の画像取得部１２１は、上述したＣＣＤカメラからなる撮像装置１０及び照明装置３０を用いて１枚の２次元情報作成用画像をデータとして取得すると共に、ＣＣＤカメラからなる撮像装置１０、プロジェクタからなる投射装置２０、照明装置３０を用いて本実施形態の場合、位相シフト法による３次元情報作成用画像をデータとして取得する役目を果たす。

なお、照明装置３０の照明の仕方は、２次元情報作成用画像を撮像する場合と３次元情報作成用画像を撮像する場合において異なるように装置制御部１１０を介して制御する。

また、検査領域特定部１２２は、画像取得部１２１で取り込まれた２次元情報作成用画像データから、位置合わせの基準となる２次元情報との比較を行うために必要な２次元情報を作成した上で、位置合わせ処理を行い、３次元情報作成用画像に基づき得られる３次元情報を検査対象物の検査合格品となる基準となる３次元情報と比較するための特定の検査領域を決定する役目を果たしている。

また、３次元情報作成部１２３は、画像取得部１２１においてデータとして取り込まれた３次元情報作成用画像から、検査領域特定部１２２において絞り込んだ特定の検査領域のみの３次元情報を作成する役目を果たしている。

また、欠陥検査部１２４は、３次元情報作成部１２３で作成した検査領域特定部のみに対応する３次元情報を基準となる３次元情報と比較してこの欠陥の有無を検査する役目を果たしている。

なお、メモリ１３０には上述した２次元情報作成用画像及び３次元情報作成用画像の各画素のデータ、上述の３次元情報作成部において作成された特定の検査領域のみの３次元情報等を適宜あらかじめ蓄積しておいたり、その都度記憶したり、記憶内容を消去したりするようになっている。

続いて、上述した本実施形態に係る欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法の具体的手順についてフローチャートに基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法のフローチャートである。以下、このフローチャートのステップごとに順を追って説明していく。最初に製品として製造された検査対象物Ｐを搬送装置５０を介して検査ステージに搬送し、このステージにおいて撮像のために所定の短い時間静止させる（ステップＳ１）。

そして、照明装置３０により検査対象物Ｐを撮像可能な状態にし、ＣＣＤカメラからなる撮像装置１０によって検査対象物Ｐの上面から、２次元情報作成用画像を撮像する（ステップＳ２）。

次いで、ステップＳ２で撮像した２次元情報作成用画像（図２のＸ参照）をデータとして取り込む（ステップＳ３）。このステップＳ３は、検査制御部１２０の画像取得部１２１で実行される。この際、後述するステップＳ４以下に進む前に、図中点線で示すように、２次元情報作成用画像データそのものを利用した欠陥検査を行ってもよい。上述した検査対象物に部品欠損や異なった向きの部品の実装状態などの目に見える程度の大きな欠陥があることが判明した場合、この段階で該検査対象物をＮＧ（不合格）として、後述するステップＳ４からＳ１１までの３次元情報を利用した欠陥検査を行うことなく、ステップＳ１２に進んでもよい。

次いで、ステップＳ３において取り込まれた２次元情報作成用画像データから、位置合わせの基準となる２次元情報との比較を行うために必要な２次元情報を作成した上で、位置合わせ処理を行う。（ステップＳ４）。

次いで、ステップＳ４において位置決めされた２次元情報作成用画像の全体領域から、後述する３次元情報に基づく検査を行う領域を決定する（ステップＳ５）。この検査領域は、検査対象物の全体領域のうち、２次元情報を用いた検査では欠陥の有無の判別が困難とされる欠陥が検出される可能性のある領域であり、検査対象物によって、任意に設定することが可能である。例えば、このような欠陥として、ＩＣパッケージ等においては、半導体ウエハからなる基板部分におけるなだらかな***欠陥等が考えられ、このような場合には、部品等が実装されていない基板部分のみを検査領域として設定することが考えられる。また、前述のステップＳ３で取り込まれた２次元情報作成用画像のデータ、前述のステップＳ４で作成された２次元情報をフィードバックして、任意に設定された検査領域を調整してもよい。なお、ステップＳ４とステップＳ５は、検査制御部１２０の検査領域特定部１２２で実行される。

次いで、ステップＳ２において用いられたものと同様のＣＣＤカメラからなる撮像装置１０とプロジェクタからなる投射装置２０によって特別に撮像された本実施形態の場合６枚の３次元情報作成用画像（図２におけるＹ１〜Ｙ６参照）を撮像する（ステップＳ６）。なお、ステップＳ２及びステップＳ６における撮像装置１０及び検査対象物Ｐの位置関係に変動はないため、両ステップで撮像された２次元情報作成用画像と３次元情報作成用画像の領域は全く同じものとなる。

以上のステップＳ１乃至ステップＳ６については瞬時に行われるので、これらのステップが終了した後、間隔を空けることなく搬送装置を用いて検査対象物を搬出する（ステップＳ７）。

なお、以上のステップ及び以下のステップにおいて必要に応じて動作させる撮像装置１０、投射装置２０、照明装置３０、搬送装置５０の動作タイミングは、制御ユニット１００の装置制御部１１０によって制御されている。

次いで、ステップＳ６において撮像された６枚の３次元情報作成用画像の全画素データのうち、ステップＳ５において決定された特定の検査領域内にある各画素データのみを抽出する（ステップＳ８）。

次いで、ステップＳ８において抽出された画素データに対応する特定の検査領域における３次元情報のみを作成する（ステップＳ９）。なお、このステップＳ８とステップＳ９とは、検査制御部１２０の３次元情報作成部１２３において実行される。

次いで、ステップＳ９において得られた特定の検査領域における３次元情報を基準となる３次元情報と比較して検査対象物の欠陥検出処理を行う（ステップＳ１０）。この際、検査対象物の３次元情報と基準となる３次元情報の隔たりを各画素に対応する情報ごとに算出し、その差が所定の閾値を超えたか否かを判断する。

次いで、ステップＳ１０において特定の検査領域内における３次元情報の基準となる３次元情報との隔たりの閾値を超えた範囲が一定以上の場合であるか否かで、３次元情報に基づく製品のＯＫ／ＮＧ（合格／不合格）判定をする（ステップＳ１１）。ステップＳ１０乃至ステップＳ１２は、検査制御部１２０の欠陥検査部１２４で実行される。次いで、ステップＳ１１における判定結果に基づき検査対象物を合格品か不合格品か判別し、これを合格品又は不合格品に振り分ける（ステップＳ１２）。

なお、本実施形態においては３次元計測の手法としては位相シフト法を用いていたが、必ずしもこれに限定されず光切断法やステレオ計測法を用いてもよい。しかしながら位相シフトを用いたほうが光切断法を用いる場合に比べて撮像枚数が少なくて済むので、情報処理量を少なくすることができ、検査所要時間の短縮化を図ることが可能となるという点で好ましい。また、位相シフトを用いることでステレオ計測法のような複雑な構成をとる必要がない点で好ましい。

また、上述したステップＳ１０及びステップＳ１１において、例えば表面実装部品を実装したいわゆるＩＣパッケージにおける基板となる半導体ウエハの反りが許容範囲内であるか否かという観点で検査対象物の欠陥検査を行う場合、３次元計測によって取得した情報をマッピングし、最少二乗法を用いて、検査対象物そのものの特定の検査領域における傾きを補正するのがよい。

以上説明したように、本発明に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法によると安定かつ精度の良い欠陥検査を、高速に実施可能となる。すなわち、欠陥検査装置を生産ラインの欠陥検査工程に導入し易く、検査対象物のインラインによる全数検査が可能となる。一方、生産ラインにおける連続検査においては、検査対象物の面と３次元測定におけるｚ軸とが常に垂直であるとは限らないので、本発明によると検査精度を高めることができる。

なお、上述した実施形態はあくまで本発明の一例を示したものに過ぎず、これらの各構成要素やその個数については本発明の範囲を逸脱しない限り任意に選択できる。従って、例えば撮像装置は１台に限られることなく２台以上であってもよく、その種類についてもＣＣＤカメラに限られるものではなく、ＣＭＯＳカメラやラインセンサカメラを用いてもよい。また、照明装置は、その台数についても１台でもよく、３台以上であってもよい。また、３次元情報を取得する際に位相シフト法を用いない場合は、投射装置を省略可能である。また、本発明に係る欠陥検査方法は、図２に示すフローチャートの順番（ルーチンの手順）に限定されず、本発明の範囲においてそのフローチャートを適宜変更可能であることは言うまでもない。例えば、３次元計測の手法として、光切断法を採用した場合、又は撮像装置にラインセンサカメラを採用した場合等には、画像撮像時に検査対象物を静止させず、搬送しながら撮像を行ってもよい。

１欠陥検査装置
１０撮像装置
２０投射装置
３０照明装置
５０搬送装置（検査ステージ含む）
１００制御ユニット
１１０装置制御部
１２０検査制御部
１３０メモリ
１２１画像取得部
１２２検査領域特定部
１２３３次元情報作成部
１２４欠陥検査部
Ｐ検査対象物
Ｘ２次元情報作成用画像
Ｙ３次元情報作成用画像

Claims

検査対象物の欠陥の有無を検査する欠陥検査装置において、
前記検査対象物の２次元情報作成用の画像と３次元情報作成用の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得された２次元情報作成用の画像から作成された２次元情報を用いて位置合わせすると共に、前記位置合わせされた２次元情報作成用の画像の内の全体領域の中から、３次元情報を用いた欠陥検査を行う部分的領域を一部特定する３次元検査領域特定手段と、
前記画像取得手段で取得された３次元情報作成用の画像から、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域のみ３次元情報を作成する３次元情報作成手段と、
前記特定された部分的領域のみにおいて、前記によって作成された３次元情報と、前記検査対象物の検査合格品となる基準３次元情報とを比較して検査対象物の欠陥の有無を検査する特定領域検査手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
前記３次元情報作成手段によって作成される３次元情報は、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域における高さであることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
検査対象物の欠陥の有無を検査する欠陥検査方法において、
前記検査対象物の２次元情報作成用の画像と３次元情報作成用の画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップで取得された２次元情報作成用の画像から作成された２次元情報を用いて位置合わせすると共に、前記位置合わせされた２次元情報作成用の画像の内の全体領域の中から、３次元情報を用いた欠陥検査を行う部分的領域を一部特定する３次元検査領域特定ステップと、
前記画像取得ステップで取得された３次元情報作成用の画像から、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域のみ３次元情報を作成する３次元情報作成ステップと、
前記特定された部分的領域のみにおいて、前記によって作成された３次元情報と、前記検査対象物の検査合格品となる基準３次元情報とを比較して検査対象物の欠陥の有無を検査する特定領域検査ステップを有することを特徴とする欠陥検査方法。
前記３次元情報作成手段によって作成される３次元情報は、前記検査領域特定手段によって特定された部分的領域における高さであることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。