JP4522570B2 - パターン検査用照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリント配線板やＩＣパッケージ等の表面に形成された微細なパターンの良否を検査する際に使用するパターン検査用照明装置に関する。さらに詳細には、良否検査の際にファインパターン部分においても精度良くパターンを撮像することができるパターン検査用照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板やＩＣパッケージなど、表面に微細なパターンが形成されているものについては、そのパターン形成の良否を検査するために画像処理を用いた外観検査が行われている。このパターンの良否検査は通常、パターン（銅メッキ等）とそうでない場所とで光の反射率が異なることを利用して、被検査体に光を照射してその反射光の強弱を受光素子で検出することによって行われる。すなわち、受光素子で検出された情報に対して画像処理を行ってパターンを外観的に認識し、基準パターンと比較することにより不良個所を検出して行われる。
【０００３】
この微細なパターンは、通常エッチングにより形成される。このため、図７に示すように、パターンの断面形状が台形となってしまう。すなわち、トップ部に形成された平坦部分の幅がボトム部の幅よりも若干狭くなるのである。そして、近年、電子機器の小型化に伴いパターンのファイン化が進行している。このため、ファインパターン部分において、図８に示すように、パターンのトップ部に形成される平坦部分が設計値よりも極端に細くなったり（平坦部分が若干残る）、あるいは図９に示すように、トップ部に平坦部分が形成されなかったりする場合が生じている。そして、このような場合であっても、パターンの良否検査を精度良く行う必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のパターン検査用照明装置では、ファインパターン部分においてパターンからの反射光の輝度が不足するという問題があった。このため、パターンの良否検査を精度良く行うことができなかった。すなわち、ファインパターン部分において電気的に導通がとれていても、検査画像においては、図１０に示すように、断線や線欠け等の形状に写ってしまう場合が生じるのである。これは、パターンのトップ部が図８や図９の形状になっていると、トップ部に対して照射された光が乱反射してしまい、トップ部での正反射光の輝度が不足するからである。特に、パターンのトップ部に平坦部分が残っていない場合に輝度不足が顕著となる。
【０００５】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、パターンの良否検査の際にファインパターン部分においても、十分な輝度を有する反射光を得ることができるパターン検査用照明装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するためになされた本発明に係るパターン検査用照明装置によれば、被検査体の検査面に形成されたパターンに光を照射してその反射光をライン状の視野の受光素子で検出し、その検出情報に基づきパターンの良否を検査する際に用いるパターン検査用照明装置において、パターンの上面に対して光を照射するトップ部照射手段と、受光素子の視野の長手方向に形成されたパターンのエッジ部に対して受光素子の視野に沿ってライン状に光を照射する第１エッジ部照射手段と、受光素子の視野の長手方向と交差する方向に形成されたパターンのエッジ部に対して面状に光を照射する第２エッジ部照射手段と、各照射手段に光を供給する光源と、を有することを特徴とする。
【０００７】
ここで、本明細書中において「トップ部」とはパターンの上部を意味し、トップ部に平坦部分が形成されている場合にはその平坦部分のことをいい（図７，図８参照）、平坦部分が形成されていない場合には頂部（図９参照）のことをいう。また、「エッジ部」とはパターンの上部と側面との境界部分を意味する。このためエッジ部は、１つのパターンにおいて両側端部にそれぞれ存在する（図８，図９参照）。なお、実際のパターンにおいては、パターンのトップ部の両側端部がだれてしまうため、エッジ部は若干丸まっている場合が多い。このエッジ部に対して光を照射するのは、パターンからの反射光が分離して受光素子に入射しないようにするためである。すなわち、エッジ部ではなくパターンの側面に光を照射すると、パターンからの反射光が分離して受光素子に入射するために、１本のパターンが検査画像において２，３本のパターンが存在するように写ってしまうからである。
【０００８】
このパターン検査用照明装置では、光源から各照射手段、すなわちトップ部照射手段、第１エッジ部照射手段、および第２エッジ部照射手段に光が供給される。ここで、各照射手段に対して個別に光源を設けて各光源から各照射手段へ光を供給してもよいし、１つの光源を設けてその光源から各照射手段へ光を供給するようにしてもよい。光源としては、メタルハライド光源、ハロゲン光源、ＬＥＤ光源などを使用することができる。
【０００９】
そして、トップ部照射手段によりパターンのトップ部に対して光が照射される。また、第１エッジ部照射手段により、受光素子の視野の長手方向に形成されるパターンのエッジ部に対して受光素子の視野に沿ってライン状に光が照射される。さらに、第２エッジ部照射手段により、受光素子の視野の長手方向と交差する方向に形成されるパターンのエッジ部に対して面状に光が照射される。
【００１０】
また、トップ部照射手段は、パターンのトップ部および受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける一方のエッジ部に対して光を照射するように、その光軸が被検査体の検査面の法線に対して傾いて配置されており、パターンのトップ部および受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける一方のエッジ部に対して光を照射し、第１エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける他方のエッジ部に対して光を照射し、第２エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向と交差する方向に形成されたパターンにおける両側のエッジ部に光を照射するようにしてもよい。ここで、「光軸」とは、照射手段から照射される光が有する角度分布の中心を意味する。なお、所定の角度は、５〜３０度程度であればよい。
【００１１】
また、第１エッジ部照射手段によって、受光素子の長手方向に形成されるパターンにおける両側のエッジ部に光を照射するようにしてもよい。すなわち、トップ部照射手段の背後から光を照射するように第１エッジ部照射手段を別途設ければよい。
【００１２】
あるいは、トップ部照射手段は、ハーフミラーを介して被検査体の検査面に対して垂直に光を照射し、第１エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける両側のエッジ部に光を照射し、第２エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向と交差する方向に形成されたパターンにおける両側のエッジ部に光を照射するようにしてもよい。
【００１３】
このように本照明装置では、パターンのトップ部に対してだけでなく、パターンのエッジ部に対しても光が照射される。このため、ファインパターン部分においてパターンのトップ部における平坦部分が設計値よりも極端に細くなったり、トップ部に平坦部分が残っていないような場合であっても、エッジ部に対して光が照射され、その反射光が受光素子に入射する。これにより、パターンのトップ部からの反射光の輝度が不十分であっても、エッジ部からの反射光も受光素子に入射するため、全体としては十分な輝度を有する反射光が受光素子に入射することになる。従って、ファインパターン部分においてボトム部が残っており導通がとれている場合には、検査画像においてパターンが断線や線欠けの形状になることがなく、精度の良いパターン検査を行うことができる。
【００１４】
ここで、被検査体の表面には、受光素子の長手方向に形成されるパターンとそれに交差する方向に形成されるパターンの他に、それ以外の方向に形成される斜めパターンが存在する場合がある。この斜めパターンに対しては、そのトップ部に対してトップ部照射手段により光が照射され、エッジ部に対して第１および第２エッジ部照射手段により光が照射される。このとき、第１エッジ部照射手段からの照射によるエッジ部からの反射光の強度は若干弱い。同様に、第２エッジ部照射手段からの照射によるエッジ部からの反射光の強度は若干弱い。しかし、受光素子には、エッジ部からの反射光として、第１および第２エッジ部照射手段にからの照射によるエッジ部からのそれぞれの反射光が同時に入射される。このため、受光素子に入射する反射光は十分な輝度を有する。従って、ファインパターン部分において斜めパターンが形成されている場合であっても、検査画像においてパターンが断線や線欠けの形状になることがなく、精度の良いパターン検査を行うことができる。
【００１５】
なお、第１および第２エッジ部照射手段を個別に設けずに、リング形状の照射手段を１つ設けて、パターンのエッジ部を照射するようにしてもよい。このようなリング形状の照射手段を設けることにより、斜めパターンに対しても効率よく光を照射することができるからである。また、第２エッジ部照射手段の幅方向の大きさは、第１エッジ部照射手段の幅方向の大きさよりも小さくてもよい。第１エッジ部照射手段は受光素子の長手方向の長さ分だけの光をパターンに対して照射する必要があるが、第２エッジ部照射手段は少なくとも受光素子の１ライン幅分の光をパターンに対して照射すればよいからである。
【００１６】
本発明に係るパターン検査用照明装置においては、第１および第２エッジ部照射手段は、それぞれの光軸と被検査体の検査面とがなす角度がそれぞれ５〜３０度の範囲内となるように配置されていることが好ましい。このような角度で第１および第２エッジ部照射手段を配置すると、パターンのエッジ部において光が反射しやすいからである。特に、１０度前後の角度で配置することが望ましい。１０度前後に配置すると、パターンのエッジ部において最も光を反射しやすいからである。
【００１７】
また、本発明に係るパターン検査用照明装置においては、第１および第２エッジ部照射手段は、その先端にシリンドリカルレンズを備えることが好ましい。
【００１８】
第１および第２エッジ部照射手段から被検査体の検査面に対して低角度（３０度以下）で光を照射すると、パターンが形成されていない部分で反射された光が少なからず受光素子に入射してしまう。また、第１および第２エッジ部照射手段から照射された光は角度分布を持っているので、第１および第２エッジ部照射手段の検査面に対する照射角度を所定の角度に設定しても、その設定角と異なる角度の光も照射される。そして、パターンが形成されていない部分には微細な凹凸があり、第１および第２エッジ部照射手段から照射される光にはこれらの凹凸に反射しやすい角度の光も多く含まれている。そのため、パターンが形成されていない部分からの反射光も受光素子に検出される。この結果、検査画像においてパターン部とそうでない部分との区別が困難になってしまう。
【００１９】
そこで、第１および第２エッジ部照射手段から照射される光を、シリンドリカルレンズによって集光させて、被検査体に対して平行な一定幅を有する平行光にするようにしている。このように第１および第２エッジ部照射手段から照射される光を平行光とすることにより、パターンが形成されていない部分からの反射を防ぐことができる。これにより、パターン部とそうでない部分との区別を正確に行うことができる。従って、パターンの良否検査を精度良く行うことができる。なお、リング形状の照射手段を用いる場合にも、シリンドリカルレンズを装着するのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るパターン検査用照明装置を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、本発明を適用したパターン検査装置である。
【００２１】
まず、本発明を適用したパターン検査装置の概略構成を図１に示す。パターン検査装置１０は、１次元ＣＣＤ素子１１を有するＣＣＤラインセンサカメラ１２と、レンズ１３と、トップ部照射端１４と、２つの縦パターンエッジ部照射端１５，１５と、横パターンエッジ部照射端１６と、検査体である配線基板１７を設置するテーブル１８と、テーブル１８を図１中Ａ方向に移動させる送り機構１９とを備えている。各照射端１４〜１６は、光の供給元である各光源２４〜２６にケーブルを介してそれぞれ接続されている。本実施の形態では、光源２４，２６にハロゲンランプを用い、光源２５にメタルハライドランプを用いている。
【００２２】
縦パターンエッジ部照射端１５と１５は、それぞれ横長の直方体形状をなすものであり、テーブル１８の図１中Ａ方向に引かれる中心線に関してほぼ対称な位置に対向して配置されている。また、縦パターンエッジ部照射端１５は、図２に示すように、テーブル１８に対する照射角が約１０度となるように設置されている。この程度の照射角が縦パターン２２のエッジ部において最も光を反射しやすいからである。そして、各縦パターンエッジ部照射端１５，１５の先端には、それぞれシリンドリカルレンズ２０，２０が取り付けられている。シリンドリカルレンズ２０を取り付けるのは、縦パターンエッジ部照射端１５から照射される光の拡散を防止し、配線基板１７のパターンが形成されていない部分からの光の反射を防止するためである。これにより、配線基板１７において、パターンが形成されている部分とそうでない部分との区別を正確に行うことができ、パターンの良否検査を精度良く行うことが可能となる。
【００２３】
なお、縦パターンエッジ部照射端１５は、１次元ＣＣＤ素子１１のライン状に細長い視野に対して、横から光を照射することになる。このため、縦パターンエッジ部照射端１５は面状に光を照射する必要があるので、シリンドリカルレンズ２０の集光度合いが強すぎると、１次元ＣＣＤ素子１１の視野内における光量分布を均一にすることが難しくなる。従って、シリンドリカルレンズ２０の集光度合いは、１次元ＣＣＤ素子１１の視野の大きさと縦パターンエッジ部照射端１５のワークディスタンスとのバランスを考慮して選定することが必要である。
【００２４】
このような構成により縦パターンエッジ部照射端１５，１５は、その先端から照射する光をシリンドリカルレンズ２０，２０によって集光させて、配線基板１７上に形成された縦パターン２２のエッジ部を中心に平行光を照射するようになっている。このときの照射範囲は、１次元ＣＣＤ素子１１のレンズ１３を介した視野（検出範囲）よりもやや大きい。すなわち、縦パターンエッジ部照射端１５，１５は、１次元ＣＣＤ素子１１の視野を均一に照射することができるようになっている。
【００２５】
横パターンエッジ部照射端１６は、縦パターンエッジ部照射端と同様に横長の直方体形状をなすものであり、図３に示すように、テーブル１８に対する照射角が約１０度となるように設置されている。この程度の照射角が横パターン２３のエッジ部において最も光を反射しやすいからである。そして、横パターンエッジ部照射端１６の先端には、シリンドリカルレンズ２１が取り付けられている。シリンドリカルレンズ２１を取り付けているのは、縦パターンエッジ部照射端１５の場合と同様の理由である。
【００２６】
なお、横パターンエッジ部照射端１６は、１次元ＣＣＤ素子１１のライン状に細長い視野に対して、背面から（平行に）光を照射することになる。このため、横パターンエッジ部照射端１６は１次元ＣＣＤ素子１１の視野に沿ってライン状に光を照射する必要がある。従って、シリンドリカルレンズ２１の集光度合いが強くても、１次元ＣＣＤ素子１１の視野内の光量分布を均一することは容易である。よって、シリンドリカルレンズ２１としては、一定以上の集光度を持つものを用いればよい。
【００２７】
このような構成により横パターンエッジ部照射端１６は、その先端から照射する光をシリンドリカルレンズ２１によって集光させて、配線基板１７上に形成された横パターン２３のエッジ部を中心に平行光を照射するようになっている。このときの照射範囲は、１次元ＣＣＤ素子１１のレンズ１３を介した視野（検出範囲）よりもやや大きい。すなわち、横パターンエッジ部照射端１６は、１次元ＣＣＤ素子１１の視野を均一に照射することができるようになっている。
【００２８】
ここで、縦パターンエッジ部照射端１５と横パターンエッジ部照射端１６とに要求される照射範囲は異なっている。すなわち、縦パターンエッジ部照射端１５は１次元ＣＣＤ素子１１の長手方向の長さ分だけの光を均一に照射する必要があるのに対し、横パターンエッジ部照射端１６は１次元ＣＣＤ素子１１の１ライン幅分の光を照射すればよい。このため、縦パターンエッジ部照射端１５の幅方向の大きさを、横パターンエッジ部照射端１６の幅方向の大きさよりも小さくすることもできる。
【００２９】
また、トップ部照射端１４は、エッジ部照射端と同様に横長の直方体形状をなすものである。このトップ部照射端１４は、図３に示すように、配線基板１７へ降ろした法線Ｈに対して角度θだけ傾いて設置されている。このため、トップ部照射端１４から照射された光の正反射光を１次元ＣＣＤ素子１１で受光できるように、レンズ１３および１次元ＣＣＤ素子１１も角度θだけ傾いて設置されている。なお本実施の形態では、θ＝１１．５°に設定されている。このようにトップ部照射端１４は、傾いて設置されているため、パターンのトップ部上面のみならず、パターンのエッジ部（横パターンエッジ部照射端１６によって光が照射されない側）に対しても光を照射するようになっている。このため、本実施の形態においては、縦パターンエッジ部照射端１５とは異なり、横パターンエッジ部照射端１６は１つしか設置していない。ただし、横パターンエッジ部照射端１６を２つ設置してももちろんよい。
【００３０】
上記のように構成されたパターン検査装置１０における検査方法について簡単に説明する。まず、検査対象となる配線基板１７がテーブル１８の所定位置に設置される。配線基板１７がテーブル１８に設置されると、トップ部照射端１４、縦パターンエッジ部照射端１５，１５、および横パターン照射端１６のそれぞれから配線基板１７上に形成されたパターンに対して光が照射される。そして、その状態で送り機構１９によりテーブル１８が移動させられることにより、配線基板１７が走査させられてパターンからの反射光が１次元ＣＣＤ素子１１で受光される。そうすると、ＣＣＤラインセンサカメラ１２により、１次元ＣＣＤ素子１１での検出データに基づき画像処理が行われ、配線基板１７上のパターンに関する２値化画像、つまり検査画像が得られる。そして、得られた検査画像と基準データとを比較することにより、パターン形成の良否判断が行われる。
【００３１】
ここで、縦パターンエッジ部照射端１５、および横パターンエッジ部照射端１６を設けた効果を調べるために、パターン検査装置１０においてトップ部照射端１４から光を照射しない状態で、図４に示すようなファインパターン部分（２つのランドに挟まれた部分）を有する配線パターンの撮像試験を行った。そのときの撮像結果（２値化画像）を図５に示す。図５から明らかなように、ファインパターン部分における２値化画像には、断線や線欠け等の形状は存在せず、正確にパターンの形状が写っている。従って、トップ部照射端１４からの照射光に対する反射光の輝度が不足した場合であっても、パターン検査装置１０では、ファインパターン部分を精度良く撮像できることがわかる。よって、本発明を適用したパターン検査装置１０を用いることにより、ファインパターン部分が存在するパターンであっても、パターンの良否を精度良く検査することができる。
【００３２】
以上詳細に説明したように本実施の形態に係るパターン検査装置１０には、配線基板１７の表面に形成されたパターンのトップ部上面に光を照射するトップ部照射端１４の他に、縦パターン２２のエッジ部に光を照射する縦パターンエッジ部照射端１５，１５と、横パターン２３のエッジ部に光を照射する横パターンエッジ部照射端１６とが備わっている。従って、ファインパターン部分においてトップ部が設計値よりも極端に細くなったり、トップ部が残っていないような場合であっても、エッジ部に対して光が照射され、その反射光が１次元ＣＣＤ素子１１で受光される。このため、パターンのトップ部からの反射光の輝度が不十分であっても、エッジ部からの反射光も１次元ＣＣＤ素子１１で受光されるため、全体としては十分な輝度を有する反射光が１次元ＣＣＤ素子１１で受光されることになる。よって、ファインパターン部分においてボトム部が残っており導通がとれている場合には、検査画像においてパターンが断線や線欠けの形状になることがない。従って、精度の良いパターン検査を行うことができる。
【００３３】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、図６に示すように、トップ部照射端からの照射光をハーフミラー３０を介して、パターントップ部上面に対して垂直に落射するようにしてもよい。なおこの場合には、横パターンエッジ部照射端１６ａを新たに設置する必要があり、その設置は横パターンエッジ部照射端１６に対向する位置にすればよい。また、受光素子として１次元ＣＣＤ素子１１を用いたが、もちろん２次元ＣＣＤ素子を用いることもできる。さらに、光源としてハロゲン光源を用いているが、この他にも例えば、メタルハライド光源やＬＥＤ光源などを使用することもできる。また、上記字実施の形態では、配線基板のパターン検査装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は配線基板の検査装置に限らず、外観検査装置に広く適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るパターン検査用照明装置によれば、パターンの良否検査の際にファインパターン部分においても、十分な輝度を有する反射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るパターン検査装置の斜視図である。
【図２】縦パターンエッジ部照射端の配置位置を模式的に表した図である。
【図３】横パターンエッジ部照射端の配置位置を模式的に表した図である。
【図４】パターンの一例を示す平面図である。
【図５】トップ部照射端からは光を照射しないで図４のパターンを撮像したときの２値化画像を示す図である。
【図６】別の形態に係るパターン検査装置の斜視図である。
【図７】一般的なパターンの断面図である。
【図８】トップ部に若干平坦部分が残ったパターンの断面図である。
【図９】トップ部に平坦部分が残らなかったパターンの断面図である。
【図１０】従来の照明装置によってパターンの良否検査を行った場合におけるファインパターン部の検査画像（２値化画像）の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ パターン検査装置
１１ １次元ＣＣＤ素子
１２ ＣＣＤラインセンサカメラ
１４ トップ部照射端
１５ 縦パターンエッジ部照射端
１６ 横パターンエッジ部照射端
１７ 配線基板
２０，２１ シリンドリカルレンズ
２２ 縦パターン
２３ 横パターン
２４〜２６ 光源

Claims (5)

1. 被検査体の検査面に形成されたパターンに光を照射してその反射光をライン状の視野の受光素子で検出し、その検出情報に基づきパターンの良否を検査する際に用いるパターン検査用照明装置において、
   パターンのトップ部に対して光を照射するトップ部照射手段と、
   受光素子の視野の長手方向に形成されたパターンのエッジ部に対して受光素子の視野に沿ってライン状に光を照射する第１エッジ部照射手段と、
   受光素子の視野の長手方向と交差する方向に形成されたパターンのエッジ部に対して面状に光を照射する第２エッジ部照射手段と、
   前記各照射手段に光を供給する光源と、
   を有することを特徴とするパターン検査用照明装置。
2. 被検査体の検査面に形成されたパターンに光を照射してその反射光を受光素子で検出し、その検出情報に基づきパターンの良否を検査する際に用いるパターン検査用照明装置において、
   パターンのトップ部に対して光を照射するトップ部照射手段と、
   受光素子の長手方向に形成されたパターンのエッジ部に対して光を照射する第１エッジ部照射手段と、
   受光素子の長手方向と交差する方向に形成されたパターンのエッジ部に対して光を照射する第２エッジ部照射手段と、
   前記各照射手段に光を供給する光源と、
   を有し、
   前記トップ部照射手段は、パターンのトップ部および受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける一方のエッジ部に対して光を照射するように、その光軸が被検査体の検査面の法線に対して傾いて配置されており、
   前記第１エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける他方のエッジ部に対して光を照射し、
   前記第２エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向と交差する方向に形成されたパターンにおける両側のエッジ部に光を照射することを特徴とするパターン検査用照明装置。
3. 請求項１に記載するパターン検査用照明装置において、
   前記トップ部照射手段は、ハーフミラーを介して被検査体の検査面に対して垂直に光を照射し、
   前記第１エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向に形成されたパターンにおける両側のエッジ部に光を照射し、
   前記第２エッジ部照射手段は、受光素子の長手方向と交差する方向に形成されたパターンにおける両側のエッジ部に光を照射することを特徴とするパターン検査用照明装置。
4. 請求項１から請求項３までに記載するいずれか１つのパターン検査用照明装置において、
   前記第１および第２エッジ部照射手段は、それぞれの光軸と被検査体の検査面とがなす角度がそれぞれ５〜３０度の範囲内となるように配置されていることを特徴とするパターン検査用照明装置。
5. 請求項４に記載するパターン検査用照明装置において、
   前記第１および第２エッジ部照射手段は、その先端にシリンドリカルレンズを備えることを特徴とするパターン検査用照明装置。

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