JP4892602B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、基板上に印刷された半田を３次元（以下、３Ｄと称する）および２次元（以下、２Ｄと称する）で検査する工程に適用して有効な技術に関する。

たとえば、半導体集積回路装置の製造技術において、半田などを検査する技術に関しては、日本特開２０００−１９３４３２号公報（特許文献１）、日本特開２０００−２２３２６号公報（特許文献２）に記載される技術などが挙げられる。

特許文献１には、シリコンウエハ上のバンプの計測技術において、半田の高さや面積などの２Ｄ・３Ｄ計測を可能とし、３Ｄ計測の一連の処理の前もしくは後に２Ｄ計測を行う段階を付加することができる技術が記載されている。

特許文献２には、半田検査技術において、基板のパッド面を２Ｄで測定し、この測定結果と、パッド面に半田を搭載した半田搭載後の状態とから半田の搭載状態の良否を検出し、ここでエラーとならなかったものに関しては第２段階として３Ｄで検査することができる技術が記載されている。

特開２０００−１９３４３２号公報 特開２０００−２２３２６号公報

ところで、半導体集積回路装置の製造技術において、特に、基板上に印刷された半田を検査する技術に関しては、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。

以下において、（１）印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法、（２）完全自動設定でパッド上面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する方法、（３）目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査装置、の各観点から順に説明する。

（１）印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法
３Ｄ検査を半田印刷検査に適用するにあたって、実際の検査対象には基板の反りがあるということと、印刷半田上面と基板面（レジスト面）とでは、スリット光が当った部分のエリア画像上での明度値で最大で１００対１位の大きな差があるという難しい問題がある。

この問題に対して、これまでの技術では、たとえば、基板の反りに追随するようにレーザとＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を上下に駆動するＺ軸機構を付加するものがある。印刷半田と基板面の明度の違い（反射率の違い）については、印刷半田からの反射光検出用のＰＳＤと、基板面からの反射光を検出するＰＳＤの２つを実装することで対応している。しかし、この技術では、ＰＳＤを２つ実装するなど、コスト的な課題が発生する。

（２）完全自動設定でパッド上面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する方法
たとえば、これまでの技術では、３Ｄ検査用データを作成するにあたって、作業者による高さ測定基準点の設定という作業が不可欠であった。すなわち、クリーム半田印刷後の基板上面は、クリーム半田、金あるいは銅あるいは半田コートパッド（印刷半田に隠れてほとんど露出していないパッド）、基材の上を直接覆うレジスト、配線パターン上を覆うレジストなどから構成されている。

この場合に、メタルマスクのガーバデータ（開口部の形状、面積、位置を記述した設計データ）を読取ることで、基板上のどの位置にどのくらいのクリーム半田が転写されるかを知ることができる。検査装置は、クリーム半田が転写されるべき領域を測定することで、印刷半田上面の高さを、検査装置の測定基準からの値として測定することができる。しかし、印刷半田の高さは、パッド上面から測定しなければならない。

また、基板が完全に剛体で全く反りがなければ、検査装置の測定基準と基板パッド上面を予め一致させることができる。しかし、実際の基板では、最大で±１．５ｍｍ程度の反りが見込まれるので、検査装置の測定基準と基板パッド上面を予め一致させることは不可能である。

そこで、検査時に、印刷半田上面の測定とは別に、測定基準となるべきパッド上面の測定が必要となってくる。しかも、基板の反りの存在を考えると、測定対象である印刷半田ごとに、その近傍に高さ測定基準を設ける必要がある。

しかし、印刷後の基板ではパッド上面の露出はわずかである。もう１つの基準面として、レジストに覆われた配線パターン（内層パターン）が考えられるが、基板上での存在場所が限定される。しかも、半田印刷検査装置は、通常、内層パターンの存在場所の判るデータを持ち合わせていない。そこで、これまでの技術では、作業者による高さ測定基準点の設定が不可欠作業になっているという課題がある。

（３）目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査装置
３Ｄ検査装置は、通常、検査対象を２Ｄ撮像する手段を持たないので、作業者に対して目視確認に必要な対象物の拡大画像を提供することができない。これに対して、２Ｄ検査と３Ｄ検査の共用機では、３Ｄ検査で不良と判定した部分の２Ｄ拡大画像を、作業者に対して提供することができる。ただし、２Ｄ・３Ｄ共用機でも、最初に２Ｄ検査を実施し、次に３Ｄ検査を実施するというシーケンスでは実現が大変難しくなる。

たとえば、生産工程に組み込まれた検査装置では、通常、撮像画像の保存は行わない。画像データは容量が大きいので、保存するとなると記憶装置に書き込むのに無視できない時間が発生し、しかも記憶装置のかなりの部分を占有するので現実的でないからである。

そこで通常、検査装置が不良と判定した部分に限って、必要に応じて撮像画像を保存するというのが一般的である。すると、２Ｄ検査を最初に実行し、その後３Ｄ検査を実行するシーケンスであると、３Ｄ検査では不良であるが２Ｄ検査では良品判定となる検査対象の場合、その２Ｄ画像は保存されないことになる。よって、検査が終了した時点では、作業者の目視確認に必要な２Ｄ撮像画像を提供できないことになる。

もし、目視確認用２Ｄ画像を提供するためには、３Ｄ検査では不良で２Ｄ検査で良品判定となったパッドについて、もう一度、２Ｄカメラでの撮像動作を行わなければならない。その撮像動作の間は、作業者は目視確認を行うことができないという課題が発生する。

本発明の目的は、半導体集積回路装置の製造技術において、データ作成が簡単で不良部の目視確認が容易な、基板上に印刷された半田の２Ｄ・３Ｄ検査技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明は、基板上に半田を印刷する工程、基板上に印刷された半田を検査する工程、基板上に印刷された半田上に回路部品を搭載する工程、を含む半導体集積回路装置の製造方法に適用され、検査する工程は、基板上に印刷された半田を３Ｄで検査する工程、この後に基板上に印刷された半田を２Ｄで検査する工程、３Ｄの検査での不良部を２Ｄで拡大表示する工程、を含むものである。すなわち、２Ｄ検査機能と３Ｄ検査機能を実装し、最初に３Ｄ検査を実行し、続いて２Ｄ検査を実行することで、検査終了と同時に不良判定パッド（印刷半田）の部分の２Ｄ撮像画像を拡大表示することを可能とし、それにより作業者に効率的な目視確認環境を提供することを可能としたものである。

また、本発明は、基板上に半田を印刷する工程、半田を印刷する前の生基板を３次元で測定してパッド上面からの高さ方向の基準面を求める工程、基板上に印刷された半田を基準面を基準に検査する工程、基板上に印刷された半田上に回路部品を搭載する工程、を含む半導体集積回路装置の製造方法に適用されるものである（半田を印刷する前のパッド上面が露出した基板のパッド上面及び少なくとも他の一つの基板上面の半田がのらない部分の高さ方向の位置関係を測定しておき、実際の半田が印刷された基板で、そのデータに基づいて、パッドからの高さを算出することを含む）。すなわち、検査データ作成時に、半田を印刷する前の生基板を測定することにより、検査装置が自動で生成した独自の高さ測定基準とパッド上面高さとの関係を調べ、これにより、検査においてパッド上面基準による印刷半田の高さ・体積の測定を可能としたものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

検査データ作成時の手動作成作業を省略してデータ作成に関わるコストを低減することができ、不良判定パッドの目視確認を容易にしてマン・マシンシステムとしての総合的な効率を向上させて運用コストを低減することができる、基板上に印刷された半田の２Ｄ・３Ｄ検査技術を提供することが可能となる。

本発明の一実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（カメラ１眼タイプ）の全体を示した構成図である。 本発明の一実施の形態において、３Ｄ測定を行う光学系の基本構成と撮像視野の関係を示した図である。 本発明の一実施の形態において、半田にスリット光が当る位置と半田の高さの関係について示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、基板上の３Ｄ測定検査を行いたい領域と撮像視野の位置関係を示した図である。 本発明の一実施の形態において、基板に対する３Ｄ撮像領域と撮像視野の位置関係を示した図である。 本発明の一実施の形態において、カメラの撮像素子上における３Ｄ撮像領域を示した図である。 本発明の一実施の形態において、３Ｄ撮像領域におけるスリット光の典型的な写り方を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、３Ｄ撮像領域におけるスリット光の実際の写り方を示した図である。 本発明の一実施の形態において、スリット光位置から測定対象物の高さを測定し、その結果を格納するための記録部分の構造を示した図である。 本発明の一実施の形態において、測定対象物の高さ記録データから測定対象の３ＤイメージをＣＧにて再現した図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態において、一般的な基板の構造とＡ−Ａ’断面を示した図である。 本発明の一実施の形態において、高さ測定基準線、高さ測定基準面とパッド表面高さの位置関係を示した図である。 本発明の一実施の形態において、半田印刷検査装置の検査データ（パッドデータ）の基本的な構造を示した図である。 本発明の一実施の形態において、半田印刷検査装置の視野割付データの基本的な構造を示した図である。 本発明の一実施の形態において、基板検査データの作成手順を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態において、基板の基材と配線パターンを示した図である。 本発明の一実施の形態において、基材、配線パターン、レジストから構成された一般的な基板の構造・外観を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、図１７のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面を示した図である。 本発明の一実施の形態において、基板上にクリーム半田が転写された状態を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、図１９のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面を示した図である。 本発明の一実施の形態において、３Ｄ検査処理手順を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態において、基板の検査手順を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態において、検査装置の表示装置の表示画面上における不良部の拡大画像の表示位置を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、搭載部品としてのＱＦＰの外観図・外形寸法図である。 本発明の一実施の形態において、クリーム半田印刷済み基板にＱＦＰが搭載された様子を模式的に表した図である。 本発明の一実施の形態において、図２５のＢ−Ｂ’断面を示した図である。 本発明の一実施の形態において、実際の携帯電話用の基板の印刷パターンを示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、搭載部品としてのＢＧＡ（ＣＳＰ）の外観図・外形寸法図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態において、搭載部品としてのコネクタの外観図・外形寸法図である。 本発明の一実施の形態において、２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（カメラ２眼タイプ）の全体を示した構成図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態において、２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（スリット照明装置２本タイプ）の全体を示した構成図である。 本発明の一実施の形態において、高さ測定不能面の存在を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、１つの回路部品となるべき基板が複数個連結した多面取り基板を示した図である。 本発明の一実施の形態において、ＭＣＭ構造の半導体集積回路装置を示した図である。 本発明の一実施の形態において、半導体集積回路装置を製造する半導体製造装置を示した構成図である。

以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部品の説明を原則として繰り返さない。

さらに、以下の実施の形態では、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップなどを含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合などを除き、必ずしも必須のものではないことはいうまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素などの形状、位置関係などに言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

なお、本願で半導体集積回路装置と言うときは、一般の半導体集積回路チップの外、配線基板に単数または複数の半導体集積回路チップまたは電子部品（電子素子）を搭載した電子装置を含むものとする。

以下において、本発明の実施の形態の概要である、（１）印刷半田の高さ・体積の測定原理、（２）印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法、（３）完全自動設定でパッド面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する方法、（４）目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査方法、を順に説明する。

（１）印刷半田の高さ・体積の測定原理
本発明による検査装置は、測定対象物に対して斜め上方からスリット光を照射し、その状況を測定対象物真上に設置したエリアカメラ（ＣＭＯＳトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、ＣＣＤなどの撮像素子がアレイ状に配置され、このアレイ状に配置された撮像素子でエリア状に測定対象物を撮すカメラ。言うまでもないことであるが、結果的に２次元画像を取得可能なカメラであれば、エリアカメラに限らず、その他のカメラであってもかまわない）で撮像することにより、測定対象物の高さおよび体積を測定する方式である。

スリット光は、エリアカメラの視野幅以上の長さがあり、そのスリット幅はカメラ画素での５画素程度であることが望ましい。１０２４画素×１０２４画素のカメラを分解能２０μｍ／画素で使用する場合、スリット光サイズは、最低長さ２０．４８ｍｍ×幅０．１ｍｍとなる。

スリット光を基板面から４５°傾けて設置したとすると、エリアカメラ上に撮像される印刷半田上面のスリット光と基板上のスリット光の位置は、丁度、半田の高さ分だけずれることになる。よって、このずれ量を測定することで、スリット光の当った部分の基板からの高さを測定することが可能となる。

これだけでは、スリット光の当った線分部分だけの高さ情報しか得られない。そこで、エリアカメラとスリット光のユニットを測定対象に対して相対的に動作させ、スリット光の当る位置を少しずつ変えた画像を多数枚撮像する。画像の撮像間隔は、光学系の分解能に相当する距離を移動するごとに１枚の画像を撮像するように設定する。この多数枚の画像から、測定対象表面のあらゆる点の高さを計測することができる。また、この高さ情報を積分すれは体積値が得られる。

一般的なクリーム半田印刷厚さは１００〜１６０μｍである。最も厚い場合でも２００μｍを越えることはないと考えられる。よって、高さに伴うスリット光のずれも、通常２００μｍを越えることはない。これは、分解能２０μｍ／画素で撮像する条件では、エリアカメラ上で１０画素に相当する。

よって、エリアカメラで撮像する範囲は、スリット光の形状に合わせた横長の領域でよい。一例として分解能２０μｍ／画素では、横１０２４画素×縦３２〜２５６画素という範囲を撮像すれば、基板上の印刷半田の高さ・体積を測定することができる。印刷半田高さに合わせてエリアカメラの高さ方向の撮像範囲をぎりぎりまで小さくすることで、検査装置の処理時間を短くすることができる。

（２）印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法
分解能２０μｍ／画素で２０．４８ｍｍ×２０．４８ｍｍの領域の高さ・体積測定を行う場合、１０２４画素×３２〜２５６画素の長方形画像を１０２４枚撮像することになる。

最初の１枚を撮像するときには、高さ方向の測定範囲を広げた撮像範囲を設定し、かつ、基板上面が検出できるように露光時間を長くして撮像する。１枚目の画像から基板上面高さを検出する。その検出結果に基づき、２枚目以降の撮像範囲をシフトさせる。

２枚目から１０２３枚目までは、高さ方向の撮像範囲を印刷半田高さに合わせたギリギリ小さな範囲とし、かつ、半田上面が検出できるように露光時間を短くして撮像する。最後の１０２４枚目では、再び基板上面が検出できるように露光時間を長くして撮像する。

最初の１枚目と最後の１０２４枚目で、２０．４８ｍｍ×２０．４８ｍｍ領域の上端と下端における基板上面の高さを計測することができる。これらから、高さ測定基準面（基板上面基準）を定義することができる。

２枚目から１０２３枚目までの画像からは、印刷半田上面の高さを計測することができる。この測定結果に、先の高さ測定基準面（基板上面基準）の結果を反映させれば、印刷半田の高さ測定値は、基板の上面から測定した場合の値と同一となり、基板の反りの影響を受けない。

以上のような、印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

これまでの技術では、３Ｄ検査を半田印刷検査に適用するにあたって、実際の検査対象には基板の反りがあるということと、印刷半田上面と基板面（レジスト面）とでは、スリット光が当った部分のエリア画像上での明度値で最大で１００対１位の大きな差があるという難しい問題があるが、本発明の技術は、これらの問題を最小限の追加コストで解決可能とするものである。

すなわち、３Ｄ検査技術では、高さ測定基準面（基板上面基準）検出時は、エリアカメラ内における撮像範囲を広く設定することで、基板の反りに追随することができる。使用するセンサが１０２４×１０２４画素、分解能が２０μｍ／画素であれば、撮像範囲を最大にした時、理論上２０．４８ｍｍもの基板高さの変動に対応することができる。

また、本発明の技術では、１枚の３Ｄ画像を作り出すのにスリット光撮像画像を１０２４枚撮像する。１枚１枚は、それぞれ独立に撮像することができるので、それぞれで露光条件などを簡単に変更できるという構造上の利点がある。それを活用することで、基板上面検出に使用するスリット画像撮像の時は、基板上面の反射率に合わせた露光時間を設定し、印刷半田上面検出に使用するスリット画像撮像の時は、印刷半田の反射率に合わせた露光時間を設定するということが簡単にできる。

以上のように、基本構成ユニットだけで、基板の反りへの対応と、基板上面と印刷半田という反射率の著しく異なる対象の検出が可能となる。

（３）完全自動設定でパッド面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する方法
半田印刷検査装置において、２Ｄ測定系と３Ｄ測定系の２種類の測定系を実装する。この測定系は全く独立した構成でも構わないが、検査装置全体のコストを考えた場合、可能な限り共有できる構造が望ましい。３Ｄ検査用データも、２Ｄ検査用データと同様、メタルマスクのガーバデータから生成することができる。

メタルマスクのガーバデータから、マスクの開口情報（形状、面積、位置）を得る。開口情報が、基板のパッド上に転写される印刷半田の基準面積、基準位置情報に他ならないので、このデータが２Ｄ検査用のデータそのものになる。この２Ｄ検査用のデータから、３Ｄ検査すべきパッド部を作業者に指定してもらう。さらに、メタルマスクの厚さ情報も入力してもらう。

メタルマスクの厚さは、印刷半田の基準高さそのものに他ならない。さらに、基準面積値にこの基準高さを掛けることで基準体積を算出することができる。これで、印刷半田高さと体積値を含んだ３Ｄ検査用のデータとなる。基板の検査データ作成の最終段階で、生基板（クリーム半田が印刷される前の基板で、その表面はパッドの上面が露出され、その他の部分はレジストで覆われている基板）を検査装置に投入してもらう。

２Ｄ検査では、エリアカメラで画像を入力する関係から検査は視野（エリアカメラで撮すエリア状の範囲で、後述する２Ｄ検査用撮像範囲４０）単位で実行される。３Ｄ検査には原理的には視野という概念はないが、３Ｄ検査は指定部位検査であるということから、同じような視野（後述する３Ｄ検査用撮像範囲４１が、検査対象基板に対して相対的に操作することで、高さ測定を行う高さ測定領域１１）という概念を導入する。すでに生成された検査データを、視野単位に並べ替える「視野割付（１つの高さ測定領域１１の中に検査対象物が効率良く納まるように視野の位置を決める処理）」を実行する。

視野割付された検査データに基づき、３Ｄ検査を実行する。まず、３Ｄ測定視野の上端と下端の基板上面の高さを測定し、その結果から検査装置独自の高さ測定基準面を作り出す。検査データに基づき、３Ｄ検査対象パッド部の高さを測定する。測定対象は印刷前の生基板なので、測定エリアには印刷半田は存在せず、よって測定しているのはパッド高さとなる。

これにより、検査装置独自の高さ測定基準面（基板上面基準）に対する各パッドの高さを定義することができる。この情報を、検査データ内にパッド単位で記録していく。この作業を、３Ｄ検査が指定された全パッドに対して繰り返していく。全パッド完了した時点で、検査データの作成完了となる。

検査においては、検査装置独自の高さ測定基準（基板上面基準）に対する印刷半田の高さ・体積を測定する。検査データの中には、検査装置独自の高さ測定基準に対する各パッドの高さ情報が入っているので、印刷半田の高さ・体積測定結果を、顧客の望むパッド面基準での高さと体積とに変換することができる。

以上のような、完全自動設定でパッド面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

これまでの技術では、３Ｄ検査用データを作成するにあたって、作業者による高さ測定基準点の設定という作業が不可欠であったが、本発明の技術では、高さ測定基準として、検査装置独自の基準を自動的に生成する。その上で、印刷前の生基板を測定することで、検査装置独自の高さ測定基準に対する各パッド上面の高さを事前に関連付けておく。これにより、半田印刷検査では、検査装置独自の高さ測定基準から印刷半田高さの測定を行うが、その測定結果をパッド上面基準に変換して出力することが可能となる。

このように、３Ｄ検査データ作成時に生基板を認識させるだけで、パッド上面基準の検査データを完全自動で作り出すことができる。これまでの技術の検査装置に対して、検査データ作成時間を大幅に低減することができる。

（４）目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査方法
先に指定パッド部の３Ｄ検査を実行し、その結果を検査結果格納エリアに記録する。その後、全パッドの２Ｄ検査を実行する。２Ｄ検査で不良と判定したパッドについては、各種測定結果とともに２Ｄカメラで撮像した画像も記録する。さらには、２Ｄ撮像画像を表示装置の指定場所に表示する。

３Ｄ検査で不良と判定されたパッドについては、２Ｄ検査の検査結果に関係なく、各種測定結果とともに２Ｄカメラで撮像した画像も記録する。さらには、２Ｄ撮像画像を表示装置の指定場所に表示する。

すべてのパッドの検査が完了した時点で、印刷不良があると判定された基板については、目視確認モードに移行する。その時点ですでに、不良と判定されたパッドの２Ｄ画像が表示装置に拡大表示されているので、作業者は、これらの拡大画像を顕微鏡画像を確認する要領で、目視確認に役立てることができる。

以上のような、目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

これまでの技術では、２Ｄ検査を最初に実行し、その後３Ｄ検査を実行するシーケンスであると、３Ｄ検査では不良であるが２Ｄ検査では良品判定となる検査対象の場合、その２Ｄ画像は保存されず、よって、検査が終了した時点では、作業者の目視確認に必要な２Ｄ撮像画像を提供できないことになるが、本発明の技術（３Ｄ検査を最初に実行し、その後２Ｄ検査）では、検査が完了した段階で、すべての不良判定パッド部の２Ｄ拡大画像が表示装置に表示されている。

よって、作業者は、検査終了と同時に目視確認に移行できる。最初に３Ｄ検査を実行して、その後２Ｄ検査を行うという順番だけの問題であるが、これによって、そうでない場合に対して、目視確認時間も含めた検査装置の総合タクトを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

まず、図１および図２に基づいて、本発明の実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置の構成および機能の一例を説明する。それぞれ、図１は２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（カメラ１眼タイプ）の全体を示した構成図、図２は３Ｄ測定を行う光学系の基本構成と撮像視野の関係を示した図、である。

本発明の実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置には、図１に示すように、照明装置２０がある。この照明装置２０には、パッドを抽出するための赤緑色ＬＥＤ照明装置２１と、クリーム半田を検出するための青ＬＥＤ照明装置２２が実装されている。また、照明装置２０には、スリット照明装置２３が組み込まれている。なお、スリット照明装置２３からはスリット光２４が照射される。スリット光２４の長さは約３０ｍｍで、幅は約０．１ｍｍである。図には示していないが、照明装置２１，２２，２３は、全体制御部８０によってその点灯・消灯が制御される。

その照明装置２０の上方には、画像を撮像素子に結像するためのレンズ３２と、その結像画像を電子信号に変換するためのカメラ３１が設置されている。カメラ３１は、エリアカメラであれば種類を問わないが、２Ｄ検査と３Ｄ検査の両方を効率よく実施するためにＣＭＯＳエリアカメラ（ＣＭＯＳトランジスタを撮像素子に用いたエリアカメラ）を採用している。このＣＭＯＳエリアカメラで、図２に示すように、２Ｄ検査の時は撮像素子いっぱいの撮像範囲４０を撮像する。この例では、２０．４８×２０．４８ｍｍの範囲を撮像するように設定してある。３Ｄ検査の時は、スリット光２４が照射されている部分を含む撮像範囲４１に限定して撮像する。この例では、２０．４８×０．６４ｍｍから２０．４８×５．１２ｍｍの間で必要な領域だけを撮像している。どの範囲を撮像するかは、画像入力記憶部５０を経由して全体制御部８０から指示される。

カメラ３１からの出力画像は、画像入力記憶部５０に入力されるように接続されている。画像入力記憶部５０は、２Ｄ検査用半田撮像画像データ５１、２Ｄ検査用パッド撮像画像データ５２と、３Ｄ検査用撮像画像データ５３のエリアにより構成されている。３Ｄ検査では、スリット光２４の当る位置を少しずつ変えた画像を多数枚撮像するので、３Ｄ検査用撮像画像データ５３は、最低でも１０２４枚に及ぶ画像データで構成されている。

２Ｄ検査の場合、青ＬＥＤ照明装置２２のみを点灯して撮像した画像は、２Ｄ検査用半田撮像画像データ５１のエリアに格納される。赤緑色ＬＥＤ照明装置２１のみを点灯して撮像した画像は、２Ｄ検査用パッド撮像画像データ５２のエリアに格納される。

３Ｄ検査の場合、スリット照明装置２３のみを点灯し、かつ撮像範囲を３Ｄ検査用撮像範囲４１に限定した画像を撮像する。その画像データは、３Ｄ検査用撮像画像データ５３のエリアに格納される。さらに、スリット光２４の当る位置を少しずつ変えた撮像画像が、３Ｄ検査用撮像画像データ５３の２枚目、３枚目と次々に格納されていく。

画像入力記憶部５０からの出力は、画像処理部６０に入力されるように接続されている。画像処理部６０には、画像入力記憶部５０からの３Ｄ検査用撮像画像データ５３を処理して得られた高さ測定データを記憶する３Ｄ測定データ６１のエリアがある。さらに、その３Ｄ測定データ６１から、立体表示したデータを格納する３Ｄ測定データ立体表示６２のエリアがある。

検査対象基板１０には、印刷半田１０ａ，１０ｂ，１０ｃが印刷されている。この検査対象基板１０が、Ｘ軸ロボット７１上に固定されている。さらに、Ｘ軸ロボット７１はＹ軸ロボット７２上に固定されている。Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２が動作することにより、検査対象基板１０は、カメラ３１、レンズ３２と照明装置２０に対して相対的に移動することができる。これによって、カメラ３１は、検査対象基板１０の任意の位置を撮像することができる。

Ｘ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２はロボット制御部７３と接続され、そのロボット制御部７３は全体制御部８０に接続されている。これによって、全体制御部８０からの指示により、検査対象基板１０はＸＹ平面上を移動することができる。全体制御部８０は、検査装置を構成する各ユニットを制御するためのものである。ロボット制御部７３、画像処理部６０、画像入力記憶部５０、照明装置２０は、そのすべてが全体制御部８０からの指示で動作するように構成されている。

全体制御部８０内には、パッドデータ８１、視野割付データ８２、撮像データ記憶領域８３、検査データ作成プログラム８４、検査実行プログラム８５が存在する。これらの機能については、以降で詳しく説明していく。

表示装置７４は、作業者が検査装置を操作する上で必要不可欠な情報を表示する装置である。この表示装置７４に、撮像画像なども表示される。

次に、図３〜図１０に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、印刷半田の高さ・体積の測定原理の一例を説明する。それぞれ、図３は半田にスリット光が当る位置と半田の高さの関係について示した図、図４（ａ）〜（ｃ）は基板上の３Ｄ測定検査を行いたい領域と撮像視野の位置関係を示した図、図５は基板に対する３Ｄ撮像領域と撮像視野の位置関係を示した図、図６はカメラの撮像素子上における３Ｄ撮像領域を示した図、図７は３Ｄ撮像領域におけるスリット光の典型的な写り方を示した図、図８（ａ）〜（ｃ）は３Ｄ撮像領域におけるスリット光の実際の写り方を示した図、図９はスリット光位置から測定対象物の高さを測定し、その結果を格納するための記録部分の構造を示した図、図１０は測定対象物の高さ記録データから測定対象の３ＤイメージをＣＧにて再現した図、である。

ここでは、本発明の本質を分かり易くするために、印刷半田の高さ・体積の３Ｄ測定を主に説明する。なお、印刷半田の３Ｄ測定、さらに２Ｄ測定については、本発明者が以前に出願した、日本特願２００３−１０６９９０号に記載している技術を用いることができる。

印刷半田の高さ・体積の３Ｄ測定は、前述した図１に示す２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、高さ・体積測定を行う測定対象部位にスリット光２４が当るように、Ｘ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２を制御する。

図３（左側は概略平面図、右側は概略断面図（断面表記省略））に示すように、検査対象基板１０上の印刷半田１０ｘ（１０ａ〜１０ｃ）にスリット光２４が当ると、印刷半田１０ｘ上にはスリット光跡２４２が、検査対象基板１０上にはスリット光跡２４１が発生する。カメラ３１が撮像した３Ｄ検査用撮像画像データ５３には、印刷半田１０ｘ上のスリット光跡２４２はスリット光跡５３２として、検査対象基板１０上のスリット光跡２４１はスリット光跡５３１として、印刷半田１０ｘの高さ分だけ位置がずれたように撮像される。

スリット光２４の検査対象基板１０の上面からの取り付け角度をθとすると、印刷半田１０ｘの高さは、そのずれ量にｔａｎθを掛けたものになる。この考え方に基づき、３Ｄ検査用撮像画像データ５３からスリット光跡５３２とスリット光跡５３１の画像上におけるＹ方向の座標差を求め、その値にｔａｎθを掛ければ、印刷半田１０ｘの高さが計測できたことになる。

しかし、これだけでは、スリット光２４が当った線分部分の高さしか計測できないので、印刷半田１０ｘの検査に最も求められる体積の測定ができない。そこで、カメラ３１とスリット光２４を照射するスリット照明装置２３のユニットに対し、検査対象基板１０を相対的に動作させる。動作させる方向は、スリット光跡２４１，２４２の長さ方向に直交する方向、すなわち図３に示すｙ方向とする。

図４において、（ａ）のように、検査対象基板１０上の３Ｄ測定したい範囲を高さ測定領域１１とする。まず、（ｂ）のように、２Ｄ検査用撮像範囲４０の中の３Ｄ検査用撮像範囲４１内に、高さ測定領域１１の上端である高さ測定基準ライン１１ａが入るようにＸ軸ロボット７１とＹ軸ロボット７２を制御する。上記位置にて画像を撮像し、さらに、３Ｄ検査用撮像範囲４１を検査対象基板１０に対して相対的に２０μｍ移動させて画像を撮像、さらに２０μｍ移動させて撮像するという動作を繰返し行う。そして、（ｃ）のように、高さ測定領域１１の下端である高さ測定基準ライン１１ｂが３Ｄ検査用撮像範囲４１内に入り、その画像を撮像するまで繰返し行う。

すなわち、検査対象基板１０に対して、高さ測定領域１１の上端の高さ測定基準ライン１１ａが入る位置と、下端の高さ測定基準ライン１１ｂが入る位置との関係は、図５のようになる。２Ｄ検査用撮像範囲４０の中の３Ｄ検査用撮像範囲４１は、図５において左方向に移動させる。

高さ測定領域１１の範囲を２０．４８×２０．４８ｍｍとすると、２０μｍ単位で撮像を繰り返すので、３Ｄ検査用撮像画像データは、２０．４８／０．０２＝１０２４枚撮像することになる。実際に撮像した画像データの一部を図８に示す。図８において、（ａ）の実画像データ５３ｃは検査対象基板１０の基板面、（ｂ）の実画像データ５３ｄは印刷半田１０ｘの高さが高い部分、（ｃ）の実画像データ５３ｅは印刷半田１０ｘの高さが低い部分の写り方である。

３Ｄ検査用撮像画像データ５３において、計測基準ライン５３３を定義する。この計測基準ライン５３３は、３Ｄ検査用撮像領域のどこに設定しても構わないが、この例では、詳細は後述するが、図３、図６および図７に示すように、基板上スリット光跡５３１にほぼ合わせて設定するものとする。実際の３Ｄ検査用撮像画像データ５３は、サイズが１０２４画素（ｐｅ）×３２〜２５６画素（ｐｅ）、撮像枚数は１０２４枚である。ここでは、以降の処理内容を判り易く説明するために、撮像画像データ５３のサイズを、図９に示すように、３Ｄ測定データ６１として、横方向（Ｘ方向）１０画素（０〜９ｐｅ：０〜１８０μｍ）、撮像枚数１０枚（Ｙ方向；０〜９ｐｅ：０〜１８０μｍ）として説明する。

まず、図３に示すように、３Ｄ検査用撮像画像データ５３の１枚目から処理する。画像上におけるｘ＝０画素の時のスリット光跡５３１，５３２のｙ座標を求める。スリット光２４には約０．１ｍｍの幅があるので、画像上では最低でも５画素分の幅があることになる。この５画素は、同じ明度値を持っているわけではなく、中心が明るく外側に行くほど暗いという分布をしている。この５画素から２次あるいは４次曲線を求めることで、スリット光２４の幅方向の明度分布を正確に近似することができる。この曲線のピーク位置をｙ座標とすることで、ｘ＝０におけるスリット光のｙ座標値を１画素以下の単位で正確に求めることができる。ｙ座標は、計測基準ライン５３３を原点として測定する。

このｙ座標にｔａｎθを掛けることにより、スリット光の当った部分の計測基準ライン５３３からの高さとなる。この処理をｘ＝１からｘ＝９まで繰り返す。さらに同様の処理を、２枚目から９枚目の３Ｄ検査用撮像画像データ５３について繰返し行う。すべて終了した時点で、高さ測定領域１１内のすべての点における高さが計測できたことになる。計測間隔は、この例ではｘｙ方向ともに２０μｍになる。

測定した高さデータは、３Ｄ測定データ６１のエリアに格納保存する。３Ｄ測定データ６１は、図９に示すように、測定した全点の高さ情報が記録できるように（１０，１０）の２Ｄマトリクス構造を持っている。ｍ枚目のｘ＝ｎ（ｎ＝０〜９）における高さデータがｙｎ×ｔａｎθ（ｎ＝０〜９）の時、このデータは３Ｄ測定データ６１の（１０，１０）のどのセルに書き込むかをこれから説明する。ｘ＝ｎなので、明らかにｘ座標はｘ＝ｎとなる。ｍ枚目なので、ｙ座標はｙ＝ｍが基本となる。しかしながら、図３から明らかなように、ｙｎ×ｔａｎθの高さを持った点は、計測基準ライン５３３よりもｙ方向に−ｙｎだけずれた位置にある。そこで、結果を格納するセルのｙ座標は、ｍ−ｙｎとなる。

３Ｄ測定データ６１は（１０，１０）の２Ｄマトリクスなので、セルのｘｙ座標値は単位（この例では２０μｍ）の整数倍となる。ｍ―ｙｎが単位の整数値と一致しない場合、最も近いｙ座標値のセルに書き込むことになる。まとめると、ｍ枚目の３Ｄ検査用撮像画像データ５３のｘ＝ｎにおけるスリット光跡５３２のｙ座標がｙｎのとき、その高さデータｙｎ×ｔａｎθは、３Ｄ測定データ６１のセル（ｎ，＜ｍ―ｙｎ＞）に書き込むことになる。ただし、＜ｍ―ｙｎ＞は、ｍ―ｙｎと最も近い“単位の整数倍値”とする。

こうして高さ測定領域１１の３Ｄ測定データ６１を得る。計測基準ライン５３３は、基板上スリット光跡５３１に合わせてあるので、３Ｄ測定データ６１は、基板上面から測定した凹凸が記録されていることになる。このデータを積分することで、体積データも得ることができる。また、３Ｄグラフィック処理を施すことで、図１０のごとく立体表示６２を得ることができる。この図１０の立体表示６２において、線の間隔が格子状で狭い表示部分は平坦な形状を表し、線の間隔が広い表示部分が凸形状になっており、この部分が印刷半田に相当する。

以上のように、前述した図１および図２の構成で３Ｄ測定が可能となる。しかしながら、実際の半田印刷基板では、印刷半田上面と基板上面の反射率が最大で１００対１と大きく異なる。よって、印刷半田上面を適切な明度で検出しようとすると、基板上面が検出できないことになる。

前述の説明では、３Ｄ検査用撮像画像データ５３内の計測基準ライン５３３を、基板上のスリット光跡２４１と一致させて測定している。基板に反りなどがなければ、計測基準ライン５３３と基板上面は常に一致するので、基板上面が検出できなくても、適正な印刷半田の高さ測定ができる。しかし、実際の検査対象基板１０では、最大で±１．５ｍｍほどの反りが発生する。反りがあれば、計測基準ライン５３３と基板上面は不一致となり、高さ測定の基準が失われることになる。その解決方法を以下において説明する。

次に、前述した図３〜図７に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法の一例を説明する。

前述した図５に示すような検査対象基板１０の反りを許容するため、３Ｄ検査用撮像画像データ５３の画像サイズを、図６に示すように、１０２４画素（ｐｅ）×２５６画素（ｐｅ）程度に設定し、基板高さ測定用撮像画像データ５３ａとする。分解能が２０μｍなので、３Ｄ検査用撮像範囲４１は、２０．４８ｍｍ×５．１２ｍｍになる。

スリット光２４は、検査対象基板１０の基板面に対して４５°の角度に設置されているので、撮像範囲２０．４８ｍｍ×５．１２ｍｍは、高さ方向に５．１２ｍｍの計測範囲があるのと同等である。印刷半田の高さが最大で０．２ｍｍ、スリット光の幅が０．１ｍｍあることを考慮すると、高さ方向の測定範囲は約±２．５６−０．３ｍｍ＝±２．２６ｍｍ、余裕をとっても±２．０ｍｍを確保できることになる。よって、検査対象基板１０の反りの±１．５ｍｍを十分にカバーできる。

この基板高さ測定用撮像画像データ５３ａの撮像範囲で、高さ測定領域１１の上端部の画像を撮像する。ここでは、図３〜図５に示すように、検査対象基板１０の基板上面を検出するので、検査対象基板１０上のスリット光跡２４１が検出できる十分に明るいスリット光跡５３１となるように、露光時間を５ｍｓとする。この条件で撮像すると、基板上スリット光跡５３１は適切な明度、および幅で撮像される。印刷半田１０ｘ上のスリット光跡５３２は、この撮像条件ではオーバ露光となるので、明度が飽和し、かつ幅は太くなった状態で撮像される。

このように、検査対象基板１０の上面と印刷半田１０ｘの上面という２つの高さ情報が混在するが、明らかに低い方が基板上面であるので、容易に高さ測定基準ライン１１ａ上における基板上面高さ位置（基板上スリット光跡５３１）を特定することができる。

続いて、図６に示す、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂを定義する。画像サイズは、図７に示すように、１０２４画素（ｐｅ）×３２画素（ｐｅ）に設定する。分解能は２０μｍなので、３Ｄ検査用撮像範囲４１は、２０．４８ｍｍ×０．６４ｍｍとなる。撮像画像データ５３ｂの下から１２画素のところに計測基準ライン５３３を設定する。この計測基準ライン５３３が、高さ測定基準ライン１１ａ上の基板上面高さ位置（５３１）に一致するように、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂを、カメラ撮像素子上に設定する。

印刷半田１０ｘの通常の高さは０．１６ｍｍで、これは撮像画像データ５３ｂ上では８画素に相当する。よって、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂにおける、検査対象基板１０上のスリット光跡５３１と、印刷半田１０ｘ上のスリット光跡５３２の位置関係は、図７のごとくとなる。

この撮像画像データ５３ｂで、露光時間を０．０５ｍｓとして印刷半田上面を検出するための画像を１０２２枚撮像する。短い露光時間によって、これらの撮像画像データには、印刷半田１０ｘ上のスリット光跡５３２のみ撮像され、検査対象基板１０上のスリット光跡５３１は写り込まない。最後の１０２４枚目の撮像で、再び露光時間を５ｍｓと長くして撮像する。露光時間を長くしたので、高さ測定基準ライン１１ｂ上における基板上面高さ位置（基板上スリット光跡５３１）を特定することができる。

２枚目から１０２３枚目までの印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂに対して、前述した印刷半田の高さ・体積の測定原理の処理を施すことにより、計測基準ライン５３３基準での印刷半田１０ｘの高さ測定ができる。しかも、前述のように、計測基準ライン５３３が、高さ測定基準ライン１１ａ上の基板上面高さ位置（５３１）に一致するように、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂをカメラ撮像素子上に設定する処理によって、検査対象基板１０の反りを補正した測定結果となっている。

さらに、１枚目の撮像画像で高さ測定基準ライン１１ａ上での基板上面高さと、高さ測定基準ライン１１ｂ上での基板上面高さを測定しているので、高さ測定領域１１内における基板上面（基板反り、この限られた領域内では基板傾きと考えることができる）を検出できる。印刷半田１０ｘの高さ測定結果を、検出した検査対象基板１０の上面基準で評価し直せば、さらに厳密な基板上面基準による印刷半田１０ｘの高さ測定結果となる。

以上のように、検査対象基板１０の上面検出時の撮像範囲および露光時間と、印刷半田１０ｘの検出時の撮像範囲および露光時間を、それぞれの最適値に制御することで、検査対象基板１０の反りの影響を受けずに印刷半田１０ｘの高さを基板上面基準で測定することができる。しかも、検査対象基板１０の反りに追随するための測定時間の延長を最小限に抑えることができる。

以上の説明で、印刷半田１０ｘの高さを検査対象基板１０の上面基準で測定できることを示した。しかしながら、印刷半田１０ｘの高さ測定は、より厳密には、パッド上面基準で求める必要がある。その方法を以下において説明する。

次に、図１１〜図２０に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、完全自動設定でパッド上面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する検査データ作成方法の一例を説明する。それぞれ、図１１（ａ），（ｂ）は一般的な基板の構造とＡ−Ａ’断面を示した図、図１２は高さ測定基準線、高さ測定基準面とパッド表面高さの位置関係を示した図、図１３は半田印刷検査装置の検査データ（パッドデータ）の基本的な構造を示した図、図１４は半田印刷検査装置の視野割付データの基本的な構造を示した図、図１５は基板検査データの作成手順を示したフローチャート、図１６は基板の基材と配線パターンを示した図、図１７は基材、配線パターン、レジストから構成された一般的な基板の構造・外観を示した図、図１８（ａ）〜（ｃ）は図１７のＡ−Ａ’（ａ）、Ｂ−Ｂ’（ｂ）、Ｃ−Ｃ’（ｃ）断面を示した図、図１９は基板上にクリーム半田が転写された状態を示した図、図２０（ａ）〜（ｃ）は図１９のＡ−Ａ’（ａ）、Ｂ−Ｂ’（ｂ）、Ｃ−Ｃ’（ｃ）断面を示した図、である。

図１１（（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図）に示すように、一般的な基板の構造は、基板基材１２の上に、銅による配線パターン１３が形成されている。搭載される部品の端子と接続する部分は、パッド部１５としてそのまま露出している。場合によっては、導電性を高めるために金メッキされる場合もある。パッド部１５以外の領域は、レジスト１４によって覆われて絶縁されている。レジスト１４に覆われた銅パターンの部分は通常、内層パターン部１６と呼ばれ、銅パターンのないレジスト部と比較すると配線パターン１３の厚さ分だけ高くなっているのが普通である。このような基板の構造において、レジスト膜塗布前の基板上面は図１６、この状態にレジスト１４の絶縁膜を塗布すると図１７，図１８に示すような基板上面および断面状態となり、さらにクリーム半田印刷後は図１９，図２０に示すような状態となる。

たとえば、図１６において、中心部には、詳細は図２５，図２６において後述するが、図２４に示すＱＦＰ９０が搭載される複数のパッド部１５が形成されている。これらの各パッド部１５から、配線パターン１３を通じて、下層の配線パターンあるいは裏面の端子に導通するスルーホール１３ａが形成されている。また、周辺部には、チップ抵抗、チップコンデンサなどのチップ部品や各種パッケージの、パッド部１５、配線パターン１３、スルーホール１３ａが形成されている。

この図１６の状態に、回路部品の端子と接続するパッド部１５を除いてレジスト１４の絶縁膜を塗布すると、図１７，図１８に示すように、パッド部１５を露出した状態で基板の上面がレジスト１４で覆われる。さらに、このような基板に対して、クリーム半田の印刷を行うと、図１９，図２０に示すように、パッド部１５上に印刷半田１０ｘが印刷された状態となる。図２０において、（ａ）に示す高さ測定基準ライン１１ａと、（ｃ）に示す高さ測定基準ライン１１ｂから、後述する（ｂ）に示す高さ測定基準面１７を求めることができる。

前述した、印刷半田の高さ・体積の測定原理、印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法の説明で、基板上の印刷半田の高さが測定できることを示した。測定は、高さ測定領域１１単位に行われる。この高さ測定領域１１は、検査データ作成時に自動生成される。よって、高さ測定基準ライン１１ａと高さ測定基準ライン１１ｂも自動的に定義される。

図１２に示すように、高さ測定基準ライン１１ａ上と、高さ測定基準ライン１１ｂ上での基板上面高さを測定することにより、高さ測定基準面１７を求めることができる。そして、基板基材１２のパッド部１５上に印刷される印刷半田高さは、この高さ測定基準面１７を基準として測定したものである。この際に、同様の測定を生基板で行うことを考える。生基板は、クリーム半田が印刷されていない基板であるので、印刷半田の部分の高さを測定しようとして得られる高さは、高さ測定基準面１７を測定基準としたパッド上面の高さ１８ａ，１８ｂ，１８ｃとなる。

このパッド上面高さ１８ａ，１８ｂ，１８ｃを、生基板を測定することで事前に測定してパッドごとに記憶しておく。前述した、印刷半田の高さ・体積の測定原理、印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法で、パッドごとに印刷半田の高さ測定を行い、その結果に対してパッドごとに記憶されたパッド上面高さを減算する。これにより、印刷半田高さはパッド上面基準で測定した値となる。

たとえば、図１２の例では、高さ測定基準ライン１１ａが基板基材１２上に配線パターンのないレジスト１３の上面、高さ測定基準ライン１１ｂが基板基材１２上に配線パターン１３のあるレジスト１３の上面となり、これらの上面を含む面が高さ測定基準面１７に設定される。この高さ測定基準面１７は、高さ測定基準ライン１１ｂの方が配線パターン１３の厚さ分だけ高くなっているので、パッド１５ａのパッド上面高さ１８ａ→パッド１５ｂのパッド上面高さ１８ｂ→パッド１５ｃのパッド上面高さ１８ｃの順に値が大きくなり、よってパッド上面基準での測定により減算される値は、パッド１５ａ＜パッド１５ｂ＜パッド１パッド１５ｃの関係となる。

このように、検査データ作成時の最終段階で生基板を測定し、自動で生成した高さ測定基準面１７に対する各パッド１５ａ，１５ｂ，１５ｃの高さデータを測定・記憶しておくことで、検査対象基板１０の上面基準とした測定よりさらに正確な、パッド上面基準による印刷半田の高さ測定を行うことができる。以下において、このパッド上面基準による印刷半田の高さ測定において、検査データ作成プログラム８４による検査データ作成の具体的な流れを図１５によって説明する。

Ｓ８４０１において、作業者に、印刷に使用するメタルマスクのガーバデータを検査装置に入力してもらう。半田印刷は、メタルマスクの開口を通して基板にクリーム半田を転写するという作業なので、メタルマスクの設計データであるガーバデータを読取ることで、転写されるクリーム半田の形状、面積とその位置を知ることができるからである。

Ｓ８４０２において、作業者にメタルマスクの厚さを指定してもらう。メタルマスクのガーバデータから判るのは、転写されるクリーム半田の形状、面積、位置だけである。印刷高さや印刷半田体積に関する情報は含まれていない。基板に転写されるクリーム半田高さはメタルマスクの厚さにより決まるので、これにより基準印刷高さの情報を入手することができる。さらに、ガーバデータから得られた基準面積値にマスク厚さを掛けることで、基準体積も得ることができる。

Ｓ８４０３において、作業者に合否判定のための判定値（パラメータ、上下限値）を入力してもらう。本装置は検査装置なので、測定した上で、その値が良品範囲か否かという判定を行わなければならないからである。判定には、測定値の合否を判定するための上限値と下限値が必要なので、これらの値は基準値のパーセンテージという形で作業者に指定させる。また、このようなパーセンテージ指定の上限・下限値は、測定対象によって変更するというケースは少ないので、入力された値は記憶しておき、次回以降のデータ作成作業において作業者の負荷低減を図る。

Ｓ８４０４において、以上の条件が揃った時点でデータ変換を行い、半田印刷検査に必要なパッドデータ８１を生成する。このパッドデータ８１の基本的な構造は図１３の通りである。この変換作業で、パッドＸＹ座標８１０２、パッドＸＹ幅８１０３、基準面積８１０４、基準体積８１０５、判定値８１０６で構成される検査データ（パッドデータ）をパッド数分（開口数分）得ることができる。パッドＮｏ．８１０１は、検査装置が内部でパッドを識別するための便宜上の番号で、１番から始まり連番で付与される。

検査項目８１０７は、このパッドの検査として２Ｄ検査を行うのか、２Ｄ検査と３Ｄ検査の両方を行うかの識別フラグである。データ変換直後においては、指定情報がないので空欄のままとなる。印刷半田の高さをパッド上面基準で測定するために必要な、基準面からの高さ８１０８（高さ測定基準面１７からの各パッド上面高さ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，・・・）は、以上の作業からは入手できないので空欄のままとなる。

Ｓ８４０５において、作業者にパッドごとの検査項目を指定してもらう。データ変換（Ｓ８４０４）により、すべての開口情報を得ることができるので、その開口情報を表示装置７４にグラフィック表示することができる。作業者に、そのグラフィック画像上で、マウスによるドラッグにより３Ｄ検査を実施するパッドを指定してもらう。３Ｄ検査の指定が行われたパッドについては、検査項目８１０７に３Ｄ検査も実施要であることを示すフラグを付加する。

Ｓ８４０６において、視野割付を実行する。３Ｄ検査にも高さ測定領域１１という視野と同等の概念があり、検査実行にあたっては、視野単位に実行しなければならない。そこで、ランダムに並んだパッドを、視野単位で纏める作業が必要となる。それが視野割付である。まず、３Ｄ検査も実行要となっているパッドについて、高さ測定領域１１を視野とした視野割付を実施する。その後、すべてのパッドについて、２Ｄ検査用撮像範囲４０を視野とした視野割付を実施する。その結果として視野割付データ８２が生成される。この視野割付データ８２の基本的な構造は図１４の通りである。３Ｄ検査要パッドデータのすべてが、２Ｄ検査パッドデータの前に配置される。

視野割付データ８２は、視野Ｎｏ．８２１、検査項目８２２、中心ＸＹ座標８２３、開始ＸＹ座標８２４、終了ＸＹ座標８２５、視野Ｘサイズ８２６、視野Ｙサイズ８２７、パッドＮｏ．８２８から構成される。検査項目８２２はパッドデータ８１の検査項目８１０７の情報で、３Ｄ検査を実行するのか２Ｄ検査のみなのかを判断できる。中心ＸＹ座標８２３は視野中心の座標を示している。２Ｄ検査では、この座標値に基づきカメラ視野の中心が当該座標と一致するようにロボットを制御する。開始ＸＹ座標８２４と終了ＸＹ座標８２５は、３Ｄ検査における高さ測定領域１１の視野走査開始座標と終了座標を表している。視野Ｘサイズ８２６と視野Ｙサイズ８２７は、視野のサイズを表している。パッドＮｏ．８２８に記録されたパッドＮｏ．により、図１３に示すパッドデータ８１の情報との関連付けが可能となる。

Ｓ８４０７において、検査装置に生基板をセットする。視野割付データ８２とパッドデータ８１に基づき、３Ｄ検査の最初の視野（高さ測定領域１１）を撮像する位置に基板を移動させる。そして、前述したように、まず１０２４枚の３Ｄ検査用撮像画像データ５３を採取する。

Ｓ８４０８において、その１枚目と１０２４枚目の画像から、高さ測定基準ライン１１ａと高さ測定基準ライン１１ｂにおける基板高さを測定する。

Ｓ８４０９において、高さ測定基準ライン１１ａと高さ測定基準ライン１１ｂの測定基準ライン上における基板高さから、図１２に示した高さ測定基準面１７を生成する。

Ｓ８４１０において、高さ測定基準面１７を基準として、視野（高さ測定領域１１）内のパッド上面高さを測定する。測定すべきパッドは、図１４に示した視野割付データ８２と図１３に示したパッドデータ８１を参照することで知ることができる。

Ｓ８４１１において、こうして測定した高さ測定基準面１７を基準とした各パッド上面の高さ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，・・・のデータを、図１３のパッドデータ８１の基準面からの高さ８１０８の領域に、パッドごとに格納していく。

以上の、Ｓ８４０６からＳ８４１１までの処理を、全視野分終了するまで繰り返して実行する。以上の処理が完了した段階で、検査装置が自動で生成した独自の高さ測定基準面１７に対する、各パッドの上面高さが定義されたことになる。以上のように、パッド上面基準測定に必要なデータを、ほぼ自動で生成することができる。

次に、前述した図３〜図７に加え、図２１に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、基板反り対応およびパッド上面基準による印刷半田の高さ・体積の検査方法の一例を説明する。図２１は３Ｄ検査処理手順を示したフローチャートである。

前述した、パッド上面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する検査データ作成方法により生成した検査データで、基板の反りを吸収しながら、パッド上面基準による印刷半田の高さ・体積測定ができることを図２１を使って説明する。図２１は、後述する図２２の基板の検査手順の「３Ｄ検査」の処理を詳細に説明したものである。

Ｓ８５０２−０１において、視野割付データ８２の先頭にデータを指し示すポインタを移動（初期化）させる。

Ｓ８５０２−０２において、視野割付データ８２の視野中心ＸＹ座標８２３、視野Ｘサイズ８２６、視野Ｙサイズ８２７が同じデータを抽出することで、同一視野内の全パッドデータを抽出することができる。

Ｓ８５０２−０３において、次の視野のパッドデータ群の先頭を示すように、ポインタ位置を処理パッド数分更新する。

Ｓ８５０２−０４において、視野割付データ８２の視野開始ＸＹ座標８２４に基づきＸ軸ロボット７１、Ｙ軸ロボット７２を動作させることで、カメラ３１の中央に、高さ測定領域１１の高さ測定基準ライン１１ａが撮像される位置関係となる。

Ｓ８５０２−０５において、まず、検査対象基板１０の反りを許容するため、前述した図６に示すように、３Ｄ検査用撮像画像データ５３の画像サイズを、１０２４画素×２５６画素程度に設定し、基板高さ測定用撮像画像データ５３ａとする。分解能が２０μｍなので、３Ｄ検査用撮像範囲４１は、２０．４８ｍｍ×５．１２ｍｍになる。

この基板高さ測定用撮像画像データ５３ａの撮像範囲で、高さ測定領域１１の上端部の画像を撮像する。ここでは、基板上面を検出するので、前述した図３に示すように、基板上のスリット光跡２４１が検出できる十分に明るいスリット光跡５３１となるように、露光時間を５ｍｓとする。この条件で撮像すると、基板上スリット光跡５３１は適切な明度、および幅で撮像される。印刷半田上スリット光跡５３２は、この撮像条件ではオーバ露光となるので、明度が飽和し、かつ幅は太くなった状態で撮像される。

このように、基板面と印刷半田上面という２つの高さ情報が混在するが、明らかに低い方が基板上面であるので、容易に高さ測定基準ライン１１ａ上における基板上面高さ位置（基板上スリット光跡５３１）を特定することができる。

Ｓ８５０２−０６において、まず、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂを定義する。画像サイズは、前述した図７に示すように、１０２４画素×３２画素に設定する。分解能は２０μｍなので、３Ｄ検査用撮像範囲４１は、２０．４８ｍｍ×０．６４ｍｍとなる。前述した図７に示すように、撮像画像データ５３ｂの下から１２画素のところに計測基準ライン５３３を設定する。

この計測基準ライン５３３が、高さ測定基準ライン１１ａ上の基板上面高さ位置（５３１）に一致するように、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂを、カメラ撮像素子上に設定する。印刷半田の通常の高さは０．１６ｍｍで、これは撮像画像データ５３ｂ上では８画素に相当する。よって、印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂにおける、基板上スリット光跡５３１と、印刷半田上スリット光跡５３２の位置関係は、前述した図７のごとくとなる。

この撮像画像データ５３ｂで、露光時間を０．０５ｍｓとして印刷半田上面を検出するための画像を１０２２枚撮像する。短い露光時間によって、これらの撮像画像データには、印刷半田上スリット光跡５３２のみ撮像され、基板上スリット光跡５３１は写り込まない。

Ｓ８５０２−０７において、最後の１０２４枚目の撮像で、再び露光時間を５ｍｓと長くして撮像する。露光時間を長くしたので、高さ測定基準ライン１１ｂ上における基板上面高さ位置（基板上スリット光跡５３１）を特定することができる。

Ｓ８５０２−０８において、２枚目から１０２３枚目までの印刷半田高さ測定用撮像画像データ５３ｂに対して、前述した、印刷半田の高さ・体積の測定原理の処理を施すことにより、計測基準ライン５３３基準での印刷半田の高さ測定ができる。

Ｓ８５０２−０９において、１枚目の撮像画像で高さ測定基準ライン１１ａ上での基板上面高さと、高さ測定基準ライン１１ｂ上での基板上面高さを測定しているので、高さ測定領域１１内における基板上面（基板反り、この限られた領域内では基板傾きと考えることができる）を検出できる。

Ｓ８５０２−１０において、印刷半田の高さ測定結果を、検出した基板上面基準で評価し直すことで、基板の反りに影響されない基板上面基準の印刷半田高さ測定結果となる。

Ｓ８５０２−１１において、さらにパッドデータ８１の基準面からのパッド上面までの高さ８１０８のデータを参照し、そのデータを印刷半田測定結果に加味することで、測定結果をパッド上面基準に変更することができる。

以上の、視野割付データ８２のすべてのパッドデータが終了するまで、上記処理を繰り返す。

次に、前述した図１、図２、図１３、図１４に加え、図２２、図２３に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査方法の一例を説明する。それぞれ、図２２は基板の検査手順を示したフローチャート、図２３は検査装置の表示装置の表示画面上における不良部の拡大画像の表示位置を示した図、である。

この目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査方法による検査装置の構成は、前述した図１に示す通りである。２Ｄ検査用に使用する赤緑色ＬＥＤ照明装置２１と青ＬＥＤ照明装置２２、３Ｄ検査用に使用するスリット照明装置２３の両方を実装し、これらは全体制御部８０からの指令で自由に点灯、消灯できる構造となっている。基板上を撮像するカメラ３１が実装されている。このカメラ３１はＣＭＯＳエリアカメラで、全体制御部８０からの指令により、前述した図２に示すように、撮像範囲を２Ｄ検査用撮像範囲４０に、あるいは３Ｄ検査用撮像範囲４１にすることができる。

以上のように、実装しているカメラはカメラ３１の１台だけだが、これまでの説明から明らかなように、１台のカメラで２Ｄ検査と３Ｄ検査の両方を実行することができる。

以下、図２２の検査実行プログラム８５のフローチャートを使い、２Ｄ検査機能を併せ持った３Ｄ検査装置ならではの機能の実現について説明していく。

Ｓ８５０１において、検査装置には、基板の検査データが多数記録されている。作業者の指示に基づき、そのデータの中から、これから検査する基板に該当する品種設定、検査データを呼び出し、実行領域であるパッドデータ８１と視野割付データ８２にローディングする。

Ｓ８５０２において、視野割付データ８２に基づき、まず、３Ｄ検査を実行する。前述した図１４に示す視野割付データ８２の開始ＸＹ座標８２４、終了ＸＹ座標座８２５から、高さ測定領域１１内の走査を行い、３Ｄ検査用撮像画像データ５３を採取する。それら画像データから３Ｄ計測を行い、視野割付データ８２の視野Ｎｏ．８２１とパッドＮｏ．８２８に記載された情報から、同一視野内のパッドを特定して、パッドごとの３Ｄ測定を行う。その測定結果にパッドデータ８１の基準面からの高さ８１０８を加味することにより、パッド上面基準の測定結果となる。測定値および判定結果を、前述した図１３に示すパッドデータ８１の測定値８１０９、３Ｄ判定結果８１１１に記録する。

Ｓ８５０３において、すべての３Ｄ検査が終了したら、視野割付データ８２とパッドデータ８１に基づき２Ｄ検査を実施する。パッドごとの測定値および判定結果を、パッドデータ８１の測定値８１０９、２Ｄ判定結果８１１０に記録する。測定値８１０９は、図に明示はしていないが、３Ｄ測定値と２Ｄ測定値をそれぞれ個別に記録できる領域を有するものとする。

Ｓ８５０４において、２Ｄ検査あるいは３Ｄ検査で不良となったパッドについては、該当する２Ｄ撮像画像を撮像データ記憶領域８３にファイル名を付与して記録する。

Ｓ８５０５において、記録保存した２Ｄ撮像画像データのファイル名を、パッドデータ８１の不良画像８１１２に記録する。

Ｓ８５０６において、２Ｄ検査あるいは３Ｄ検査で不良となったパッドについては、図２３に示すように、２Ｄ撮像画像を表示装置７４の不良パッド拡大表示領域７４１に不良パッドを拡大表示する。以上の、Ｓ８５０２からＳ８５０６までの処理を全パッド終了まで繰り返す。

Ｓ８５０７において、すべての３Ｄ検査、２Ｄ検査が終了した時点で、１つでも不良があった場合にはオペレータコールを出力し停止する。作業者はオペレータコールに促される形で、検査装置が不良と判定したパッド（印刷半田）の目視確認を行う。確認にあたっては、図２３に示す、表示装置７４の不良パッド拡大表示領域７４１に拡大表示されている２Ｄ撮像画像を見て行う。この画像は、レンズ３２を通して白黒エリア方式のカメラ３１で撮像されたもので、作業者は顕微鏡による拡大画像を確認する要領で適切な合否判断を下すことができる。

図２３の表示装置７４における不良パッド拡大表示領域７４１には、不良画像が８箇所同時に表示できるフォーマットになっている。不良が８個以上発生した場合には、不良パッド拡大表示領域７４１の右側にある図示しないスクロールバーを操作することで、９個目以降の不良画像を表示させることができる。

ここでは、１つでも不良があった場合にオペレータコールとなっているが、軽微な不良が指定個数以下の場合にはオペレータコールを出力しないなどの柔軟な設定も可能である。なお、図２３において、７４２はカメラ撮像画像領域、７４３は基板全体イメージ図および不良パッド表示領域、７４４は検査カウンタおよび各種情報表示領域を示す。

次に、前述した図１６〜図２０に加え、図２４〜図２９に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置において、部分３Ｄ検査の必要性、有効性について説明する。それぞれ、図２４（ａ）〜（ｃ）は搭載部品としてのＱＦＰの外観図・外形寸法図、図２５はクリーム半田印刷済み基板にＱＦＰが搭載された様子を模式的に表した図、図２６は図２５のＢ−Ｂ’断面を示した図、図２７は実際の携帯電話用の基板の印刷パターンを示した図、図２８（ａ）〜（ｃ）は搭載部品としてのＢＧＡ（ＣＳＰ）の外観図・外形寸法図、図２９（ａ）〜（ｃ）は搭載部品としてのコネクタの外観図・外形寸法図、である。

基板の構造は、前述した図１６〜図２０に示した通りである。一般的な基板の構造として、図１６に示すように、ガラス・エポキシなどの基板基材１２の上には銅などにより配線パターン１３が形成されている。そのままでは、配線パターン１３上に導電性異物等が付着するとショート等のトラブルが発生するので、基板上に絶縁膜であるレジスト１４を塗布する。ただし、回路部品の端子と接続する部分には塗布しない。

このようにして形成された基板において、図１７，図１８に示すように、回路部品の端子と接続する部分にはレジスト１４がなく、銅配線の一部が露出したような形となっている。この部分がパッド部１５である。さらに、このような基板に対して、図１９，図２０に示すように、クリーム半田の印刷が行われ、パッド部１５上に印刷半田１０ｘが、ある一定の厚み・形状で転写される。

印刷半田１０ｘが転写された基板に、基板のパッド部１５と回路部品の端子が一致するように位置決めした上で回路部品を搭載する。ここでは、回路部品として代表的なＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）を例として説明している。このＱＦＰ９０は図２４（（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図）に示すような外観・外形寸法であり、このＱＦＰ９０が印刷半田１０ｘの印刷済みの基板に搭載された状態は図２５，図２６のようになる。

図２５，図２６においては、基板上にＱＦＰ９０のみを搭載し、このＱＦＰ９０の端子９０ａがパッド部１５に印刷半田１０ｘを介して接続されている状態を示しているが、実際にはこの周辺のエリア９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄ，９３ｅにも複数の端子を有する各種のＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）が搭載され、またエリア９３ｆにはチップ抵抗、チップコンデンサなどのチップ部品が回路部品として搭載される。

この後、リフロー炉を通ることにより印刷半田１０ｘが溶融し、基板のパッド部１５と回路部品の端子が電気的に接続した状態となる。その後、冷却過程を経ることで、常温における半田の形状は固定したものとなり、基板組立ては完了する。このようなプロセスで基板組立ては行われるので、クリーム半田の印刷における印刷半田１０ｘの印刷品質は、リフロー後の半田接続性に大きな影響を与える。

リフロー炉を通ることにより、印刷半田１０ｘは液体となり表面張力を保有する。従って、印刷の形状がある程度乱れていても、あるいはある程度位置ズレしていても、いわゆるセルフアライメントが効いて液体上の印刷半田１０ｘは適正な位置に収束する。よって、前述したように、より重要なのは印刷半田１０ｘの量（体積）である。量が少ないと、回路部品の端子と基板のパッド部１５が十分な強度で接合しなくなるからであり、また多すぎると、隣のパッド・端子とショートする危険があるからである。

通常の半田印刷では、半田量とその２Ｄ形状には相関がある。しかし、近年の高密度実装基板では、その相関性が保証されないのではないかと思われる印刷パターンが見受けれるようになった。印刷半田１０ｘの印刷は、メタルマスクの開口を通してクリーム半田を転写するというプロセスなので、開口径が小さくなれば、クリーム半田の抜け性が悪くなるであろうことは容易に想像できる。

現に、高密度実装の先端製品の１つである、図２７に示すような携帯電話用基板では、図２８（（ａ）は底面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図）に示すようなＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ：ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）９２や、外部機器との接続や充電に使用するための、図２９（（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図）に示すようなコネクタ９１が搭載される。その他の主な搭載部品としては、前述したような複数の端子を持つＱＦＰが搭載部９４ａ，９４ｂ，９４ｃに搭載され、また複数の端子を持つＳＯＰが搭載部９４ｄ，９４ｅに搭載され、さらにチップ部品などを含めて各種の回路部品が搭載される。

図２７に示す携帯電話用基板は、右側と左側で同じ基板が２枚とれる割基板構成（１枚の基板を分割して複数枚の基板がとれる構成）の例であり、それぞれに、図２８に示すＢＧＡ（ＣＳＰ）９２の端子（バンプ）９２ａがＢＧＡ（ＣＳＰ）搭載部９２ｂ（パッド部：黒塗り部分）に搭載され、また図２９に示すコネクタ９１の端子９１ａがコネクタ搭載部９１ｂに搭載されている。どちらの回路部品も搭載後は、半田接続部が部品と基板に挟まれて目視確認ができないので、印刷半田１０ｘの印刷直後の品質保証が重要となってくる。さらに、これらの部品のパッド部は、他部品と比較してパターンサイズが小さいので、半田の抜け性が良好とは言えない。よって、こられの部分の半田印刷検査はより重要である。

ＢＧＡ（ＣＳＰ）９２のパッド部は開口径が円形なので、サイズが小さい割には比較的良好な抜け性を確保できる。しかし、コネクタ９１のパッド部は、かなりアスペクト比の大きな長方形形状なので、開口部のサイズが小さくなるに従い、均一な厚みでの印刷が困難になりつつある。

よって、印刷半田１０ｘの印刷検査としては、印刷機の設定ミスを防ぐ目的で基板の４隅と中央の３Ｄ検査に加え、印刷抜け性の悪い狭ピッチのＢＧＡ（ＣＳＰ）搭載部９２ｂ、そして携帯電話などのコネクタ搭載部９１ｂなどを３Ｄ検査し、その他の部分は２Ｄ検査で品質保証をするというのが品質と効率のバランスから適していると考えられる。

次に、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置における変形例・応用例を説明する。以上の例では、２Ｄ検査と３Ｄ検査のカメラを共用としているが、後述するように２Ｄ検査用のカメラと３Ｄ検査用のカメラをそれぞれ個別に実装しても本発明の本質は全く変わらない。また、２Ｄ検査用の白黒エリアカメラの画像を目視確認用に使用しているが、カラーカメラを採用することで目視確認性はさらに向上する。さらに、２Ｄ検査用のカメラの撮像画像を使用するのではなく、目視確認専用のカラーカメラと照明を搭載して、さらに目視確認性を上げることも考えられる。

具体的に、図３０〜図３２に基づいて、２Ｄ検査用カメラと３Ｄ検査用カメラの分離構成、測定不能領域の発生しない検査装置構成、について説明する。それぞれ、図３０は２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（カメラ２眼タイプ）の全体を示した構成図、図３１（ａ），（ｂ）は２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（スリット照明装置２本タイプ）の全体を示した構成図、図３２は高さ測定不能面の存在を説明するための図、である。

２Ｄ検査用カメラと３Ｄ検査用カメラの分離構成については、以下の通りである。原理的には１台のカメラで２Ｄ検査と３Ｄ検査を実行できる。しかし、２Ｄ検査の撮像画像と３Ｄ検査の撮像画像は大きく異なるので、カメラに求められる性能も自ずと異なったものになる。したがって、共用するためにはカメラにより高い性能が求められる。

現状では、２Ｄ検査と３Ｄ検査をそれぞれ十分な性能で実現できるカメラは見当たらない。従って、より現実的な解としては、それぞれで専用のカメラを設けるのが現実的と思われる。それを示したのが図３０である。この２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（カメラ２眼タイプ）の例では、２Ｄ検査用として感度で有利なＣＣＤカメラ（ＣＣＤを撮像素子に用いたカメラ）３１ａを使い、３Ｄ検査用として部分読出しが可能でフレームレートが高いという特長を持ったＣＭＯＳカメラ（ＣＭＯＳトランジスタを撮像素子に用いたカメラ）３１ｂを使っている。明白であるが、２Ｄ検査用のカメラと３Ｄ検査用のカメラをそれぞれ個別に実装しても本発明の本質は全く変わらず、各構成要素の機能も図１と同様である。

測定不能領域の発生しない検査装置構成については、以下の通りである。前述においては、印刷半田１０ｘが塗布された検査対象基板１０にスリット光２４を斜方から照射することで高さを測定できることを示した。しかし、図３２に示すように、スリット照明装置２３の反対側の印刷半田１０ｘの側面１０ｘ１はスリット光２４の影となり、高さを測定することができない。

このように、印刷半田１０ｘの側面の傾斜面を測定できないというのは、半田印刷高さに対して上面面積の大きな印刷半田の場合はさほど問題にならないが、微小な印刷半田の場合には測定体積に大きな影響を与えるので無視できない。近年の高密度実装基板においては、微小な印刷半田が益々増える傾向にあるので、この点を解決する必要がある。それを解決するためには、図３１（（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図）に示すように、スリット照明装置２３ａの反対側に同様のスリット照明装置２３ｂを配置する。

この２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置（スリット照明装置２本タイプ）の例では、まず、スリット照明装置２３ａのみを点灯して、前述した方法で検査対象基板１０上に印刷された印刷半田１０ｘ（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の高さを測定する。これにより、スリット照明装置２３ａの反対側の斜面以外の高さ情報を得ることができる。次に、スリット照明装置２３ａを消灯してスリット照明装置２３ｂを点灯し、前述の方法で印刷半田１０ｘの高さを測定する。これにより、スリット照明装置２３ｂの反対側の斜面以外の高さ情報を得ることができる。

この２つの測定結果を比較照合すると、高さを測定できた点については２つの結果はほぼ等しくなる。一方、スリット照明装置２３ａおよび２３ｂのいずれかの影になる印刷半田１０ｘの側面においては、２つの測定結果のうち、一方は測定値があり、もう一方は測定不能という異なった結果になる。

そこで、印刷半田１０ｘの表面を形成する任意の点ごとにこの２つの測定結果を比較して、両方ともに測定値がある点については２つの測定値の平均値をその点の高さ測定値とする。一方に測定値があり、もう一方には測定値がない点については、一方の測定値そのものをその点の測定値とする。このような処理を施すことで、死角のない３Ｄ測定を実現することができる。

次に、図３３〜図３５に基づいて、本実施の形態の２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置を半導体製造装置に適用した例を説明する。それぞれ、図３３は１つの回路部品となるべき基板が複数個連結した多面取り基板を示した図、図３４はＭＣＭ構造の半導体集積回路装置を示した図、図３５は半導体集積回路装置を製造する半導体製造装置を示した構成図、である。

ここでは、２Ｄ・３Ｄ半田印刷検査装置を半導体製造に適用する例として、ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）の半導体集積回路装置について説明する。ＭＣＭは、図３４に示すように、前述した検査対象基板と同種の有機多層基板あるいはセラミック多層基板などの基板１００に、前述したＢＧＡ（ＣＳＰ）などのウエハチップ１０１と、前述したチップ抵抗、チップコンデンサのチップ部品１０２などの回路部品を搭載して１つの機能部品にしたものであり、基板１００の裏面に搭載された半田ボール１０３が外部接続用の端子となる。このＭＣＭでは、ウエハチップ１０１の半田バンプ１０４と基板１００との接続部分にはアンダーフィル１０５が充填されている。

この製造には、基板組立と同じプロセスを活用することができる。つまり、まず基板１００の上にクリーム半田を印刷し、その印刷状態を検査し、印刷状態が適切であればウエハチップ１０１とチップ部品１０２を搭載し、そしてリフローにて加熱することでクリーム半田を溶融させ、それが凝固することでウエハチップ１０１とチップ部品１０２を基板１００と電気的に接続させるというプロセスである。

通常、回路部品は小さいので、その１個１個を処理していたのでは効率が悪い。そこで、図３３に示すように、１つの回路部品となるべき基板１００が縦横に複数個連結した多面取り基板（１枚の基板を分割して複数枚の基板がとれる構成）１００ａを使用するのが一般的である。

以下、図３５に基づいて、ＭＣＭ構造の半導体集積回路装置の製造プロセスをもう少し詳しく説明していく。まず、多面取り基板１００ａが複数枚セットされたマガジンを基板ローダ１１０にセットする。基板ローダ１１０は、マガジン内の基板１００ａを１枚ずつ次工程に送り出す。さらに、半田印刷機１１１で基板１００ａ上にクリーム半田を印刷する。

そして、前述した、印刷半田の高さ・体積の測定原理、印刷半田の高さ・体積測定における高さ測定基準の確実な検出方法、パッド上面基準による印刷半田の高さ・体積を測定する検査データ作成方法、基板反り対応およびパッド上面基準による印刷半田の高さ・体積の検査方法、目視判定に適した３Ｄ半田印刷検査方法を適用して、半田印刷検査機１１２で多面取り基板１００ａの各基板１００上の印刷半田の印刷状態が適正かどうかを検査する。

この検査にあたっては、基板１００の一部分、たとえば複数の箇所の狭い部分、４隅と中央の部分、パターンが近接した部分、回路部品やコネクタの端子が接続される部分などや、クリーム半田の抜け難い部分を３Ｄ検査し、その後、基板１００の全面を２Ｄ検査する。これにより、検査効率を可能な限り高めながら印刷不良を適切に排除することができ、よって印刷半田の品質が確保され、半導体製造工程の品質を大幅に高めることができる。

続いて、マウンタ１１３で多面取り基板１００ａの各基板１００上にウエハチップ１０１とチップ部品１０２を搭載する。図３５ではマウンタ１１３という１つの表記になっているが、ウエハチップ１０１の搭載はフリップチップボンダ、チップ部品１０２の搭載は高速チップマウンタと分かれるのが一般的である。

さらに、リフロー１１４で加熱することによりクリーム半田を溶融させ、その後の冷却過程を経ることで溶融半田が凝固し、ウエハチップ１０１とチップ部品１０２が多面取り基板１００ａの各基板１００と電気的に接合する。そして、アンダーフィル注入機１１５にて、ウエハチップ１０１と基板１００の間にアンダーフィル１０５を注入する。

続いて、切断機１１６で、多面取り基板１００ａを各基板１００毎に１個１個の半導体集積回路装置に切断する。そして、トレイ収納機１１７により、切断した半導体集積回路装置を１つ１つトレイに収納する。このようにして、図３４に示すようなＭＣＭ構造の半導体集積回路装置は完成する。

以上のプロセスのリフローにおいて、印刷半田の量が少ないと回路部品と基板１００が接合不良を起こし、印刷半田の量が多すぎると、隣の電極（パッド）との短絡を起こすという不良が発生する。しかし、本実施の形態では、半田印刷検査機１１２によって基板１００上に印刷されたクリーム半田が適正かどうかを予め検査し、その結果、適正なものだけが以降の工程に流れるので、半田印刷起因で発生する製造不良を防止することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、特に、基板上に印刷された半田を３Ｄおよび２Ｄで検査する半田印刷検査装置による検査工程に適用可能であり、さらに各種装置などの基板上に半田を印刷する検査機能付き半田印刷機などにも広く応用可能である。

１０ 検査対象基板
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｘ 印刷半田
１１ 高さ測定領域
１１ａ，１１ｂ 高さ測定基準ライン
１２ 基板基材
１３ 配線パターン
１３ａ スルーホール
１４ レジスト
１５ パッド部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ パッド
１６ 内層パターン部
１７ 高さ測定基準面
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ パッド上面高さ
２０ 照明装置
２１ 赤緑色ＬＥＤ照明装置（２Ｄ検査用）
２２ 青ＬＥＤ照明装置（２Ｄ検査用）
２３，２３ａ，２３ｂ スリット照明装置（３Ｄ検査用）
２４ スリット光（３Ｄ検査用）
２４１ スリット光跡（基板上）
２４２ スリット光跡（印刷半田上）
３１ カメラ
３１ａ ＣＣＤカメラ（２Ｄ検査用）
３１ｂ ＣＭＯＳカメラ（３Ｄ検査用）
３２，３２ａ，３２ｂ レンズ
４０ 撮像範囲（２Ｄ検査用）
４１ 撮像範囲（３Ｄ検査用）
５０ 画像入力記憶部
５１ 半田撮像画像データ（２Ｄ検査用）
５２ パッド撮像画像データ（２Ｄ検査用）
５３ 撮像画像データ（３Ｄ検査用）
５３ａ 撮像画像データ（基板高さ測定用）
５３ｂ 撮像画像データ（印刷半田高さ測定用）
５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ 実画像データ（印刷半田高さ測定用）
５３１ スリット光跡（基板上）
５３２ スリット光跡（印刷半田上）
５３３ 計測基準ライン
６０ 画像処理部
６１ ３Ｄ測定データ
６２ 立体表示（３Ｄ測定データ）
７１ Ｘ軸ロボット
７２ Ｙ軸ロボット
７３ ロボット制御部
７４ 表示装置
７４１ 不良パッド拡大表示領域
７４２ カメラ撮像画像領域
７４３ 基板全体イメージ図および不良パッド表示領域
７４４ 検査カウンタおよび各種情報表示領域
８０ 全体制御部
８１ パッドデータ
８２ 視野割付データ
８３ 撮像データ記憶領域
８４ 検査データ作成プログラム
８５ 検査実行プログラム
９０ ＱＦＰ
９０ａ 端子
９１ コネクタ
９１ａ 端子
９１ｂ コネクタ搭載部
９２ ＢＧＡ（ＣＳＰ）
９２ａ 端子
９２ｂ ＢＧＡ（ＣＳＰ）搭載部
９３ａ，９３ｂ，９３ｃ，９３ｄ，９３ｅ，９３ｆ エリア
９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ，９４ｅ 搭載部
１００ 基板
１００ａ 多面取り基板
１０１ ウエハチップ
１０２ チップ部品
１０３ 半田ボール
１０４ 半田バンプ
１０５ アンダーフィル
１１０ 基板ローダ
１１１ 半田印刷機
１１２ 半田印刷検査機
１１３ マウンタ
１１４ リフロー
１１５ アンダーフィル注入機
１１６ 切断機
１１７ トレイ収納機

Claims (10)

1. （ａ）配線基板上に半田を印刷する工程と、
   （ｂ）前記配線基板上に印刷された前記半田を検査する工程と、
   （ｃ）前記配線基板上に印刷された前記半田上に回路部品を搭載する工程と、を有し、
   前記（ｂ）工程は、カメラで複数の画像を撮像することにより、前記半田の３次元検査を行う工程であって、前記３次元検査は、
   （ｂ１）前記複数の画像のうち、第１の画像で前記配線基板の上面の第１部分を撮像することにより、前記配線基板の第１上面高さを検出する工程と、
   （ｂ２）前記複数の画像のうち、第２の画像で前記半田の上面の一部を撮像することにより、前記半田の第１半田高さを検出する工程と、
   （ｂ３）前記複数の画像のうち、第３の画像で前記配線基板の上面の前記第１部分を撮像した撮像範囲とは異なる撮像範囲で第２部分を撮像することにより、前記配線基板の第２上面高さを検出する工程と、
   （ｂ４）前記第１および第２上面から高さ測定基準面を設定する工程と、
   （ｂ５）前記第１半田高さに前記高さ測定基準面の結果を反映させることにより、前記高さ測定基準面を基準とした第２半田高さを取得する工程と、を有し、
   前記第１の画像の撮像範囲は、前記第２の画像の撮像範囲よりも広く、前記第１の画像の撮像時の露光時間は、前記第２の画像の撮像時の露光時間よりも長いことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記第１の画像は、前記複数の画像のうちの最初に撮像する画像であり、
   前記第３の画像は、前記複数の画像のうちの最後に撮像する画像であり、
   前記第２の画像は、前記最初の画像と前記最後の画像との間で撮像される画像であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記第１の画像の撮像範囲は、前記配線基板の上面の前記第１部分が検出できるように設定し、前記第２の画像の撮像範囲は、前記半田の上面の一部が検出でき、かつ前記配線基板の上面の前記第１部分が入らないように設定することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
4. 請求項３に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記第３の画像の撮像範囲は、前記配線基板の上面の前記第２部分が検出できるように設定することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
5. 請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程において、前記複数の画像を撮像する際の照明はスリット照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
6. 請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記複数の画像のそれぞれの画像の撮像は、撮像範囲をシフトさせて撮像することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
7. 請求項１に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程は２次元検査をさらに含み、前記２次元検査は、前記３次元検査の後に実行されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記カメラで前記２次元検査と前記３次元検査の両方を実行することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
   前記カメラは、ＣＭＯＳエリアカメラであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
    前記２次元検査で使用する照明はＬＥＤ照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

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