JP5362368B2 - 外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、微細部品の外観を光学的に検査することができる外観検査装置及び外観検査方法に係り、特に工程作業時間（タクトタイム）を短縮することができる外観検査装置及び外観検査方法に関する。

近年の電子部品は微細化しており、例えばＬＳＩのリード端子を基板に接続するＬＳＩパッドは、幅２７０μｍ、奥行き１９０μｍ、高さ４５μｍの立方体形状を成し、凹凸、付着物、欠け、張り出し等の形状の異常がないか否かを１０μｍ以上の精度で外観検査を行う必要が有る。

従来技術による外観検査装置は、図７に示す如く、ＬＳＩバッド１０を２０００個を一群として６箇所に形成されたベース１１上に複数のラインセンサ１３を配置し、このラインセンサ１３を矢印Ａ方向に走査することによって光学的検査を行う様に構成されている。

このラインセンサ１３は、図６に示す如く、同軸照明１７を有するテレセントリックレンズ１８を介して走査線９１を光学的に矢印Ａ方向に走査する。このテレセントリックレンズとは、主光線が焦点を通るように配列したことにより、主光線が光軸に対して平行なレンズ（画角が０゜となるレンズ）であり、通常のレンズでは物体が光軸方向に移動すると像の大きさが変わるために測定誤差が発生するものであるのに対して物体の位置が移動しても像の大きさが変わらない特性と、視差による画像の歪みが生じない特性と、同軸照明１７との併用によって平板な板状のワークについて安定した画像が取り込める特性とを有する。

尚、前述の微細部品の外観を光学的に検査することができる外観検査装置が記載された文献としては、下記特許文献１が挙げられ、この特許文献１には、平板状の検査対象物を方向Ａに沿って移動させる移動手段と、検査対象物の移動平面に対して平行に間隔をあけかつ検査対象物の移動方向Ａに交差する方向に沿って配置された直線状の照明手段と、該照明手段から出射される光を、検査対象物の移動方向Ａに向かって斜め前方または斜め後方またはその両方向から入射させる入射方向設定手段と、検査対象物で反射された光を撮像するラインセンサカメラを具備する構成とすることによって、部品の装着方向に影響されることなく、精度の高い検査を可能とする技術が記載されているものの、比較的大径のテレセントリックレンズを用いた検査装置については記載されていない。

特開平１１−１６００３５号公報

前述したテレセントリックレンズを用いた外観検査装置は、テレセントリックレンズ１８が、走査を行う視野幅（走査線の長さ）Ｌ０４に対してレンズ筒が倍の寸法（例えば視野幅Ｌ０４＝２０ｍｍに対して全画素幅Ｌ０２＝４０ｍｍ）が必要となり、このため図７に示したＬＳＩパッド群が３×３配置されたベース１１上を走査するためには、テレセントリックレンズ１８の円筒幅が図に円形で示した如く６箇所に配置され、ベース１１を複数のテレセントリックレンズ１８に対して相対的に８５．４ｍｍ移動させなければならず、このため１つのラインセンサの視野間隔が冗長となって撮像距離及びタイムタクトが長くなると言う不具合があった。

本発明の目的は、ラインセンサの視野間隔を短くすることにより撮像距離及びタイムタクトを短くすることができる外観検査装置及び外観検査方法を提供することである。

前記目的を達成するために本発明は、板状の被検査対象物上の走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数のテレセントリックレンズを備え、被検査物移動方向に対して直角方向に隣接する被検査物移上の第１走査領域から第４走査領域を撮像検査する外観検査装置であって、
前記板状の被検査対象物を搭載してＸＹ方向に移動する平板状の移動ステージと、
該移動ステージの面に対して光軸が移動ステージの面と平行になるように前記直角方向に対して線対称に配置した複数の平行配置テレセントリックレンズと、
前記複数の平行配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して反射する複数の反射鏡と、
該複数の反射鏡が反射した出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の平行配置ラインセンサと、
該移動ステージの面に対して光軸が垂直になるように前記直角方向に対して線対称に配置した複数の垂直配置テレセントリックレンズと、
該複数の垂直配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の垂直配置ラインセンサと、
前記複数の垂直配置及び平行配置ラインセンサにより光電変換した画像信号を入力として被検査対象物の画像信号を処理する画像処理部とを備え、
前記平行配置テレセントリックレンズと反射板と平行配置ラインセンサが、前記第１走査領域を走査する第１光学系と該第１走査領域と隣接する第２走査領域を走査する第２光学系とを形成し、
前記垂直配置テレセントリックレンズと反射鏡と垂直配置ラインセンサとが、前記第３走査領域を走査する第３光学系と該第３領域と隣接する第４領域を走査する第４光学系とを形成し、前記第２光学系及び第４光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査した後に前記第１光学系及び第３光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査することを第１の特徴とする。

また、本発明は、前記特徴の外観検査装置において、前記平行配置光学系と垂直配置光学系を被検査物移動方向に対して直角方向に交互に配置したことを第２の特徴とする。

さらに、本発明は、板状の被検査対象物を搭載してＸＹ方向に移動する平板状の移動ステージと、該移動ステージの面に対して光軸が移動ステージの面と平行になるように前記直角方向に対して線対称に配置した走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数の平行配置テレセントリックレンズと、前記複数の平行配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して反射する複数の反射鏡と、該複数の反射鏡が反射した出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の平行配置ラインセンサと、該移動ステージの面に対して光軸が垂直になるように前記直角方向に対して線対称に配置した走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数の垂直配置テレセントリックレンズと、該複数の垂直配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の垂直配置ラインセンサと、前記複数の垂直配置及び平行配置ラインセンサにより光電変換した画像信号を入力として被検査対象物の画像信号を処理する画像処理部とを備えた外観検査装置を用い、被検査物移動方向に対して直角方向に隣接する被検査物移上の第１走査領域から第４走査領域を撮像検査する外観検査方法であって、
前記平行配置テレセントリックレンズと反射鏡と平行配置ラインセンサが、前記第１走査領域を走査する第１光学系と該第１走査領域と隣接する第２走査領域を走査する第２光学系とを形成し、前記垂直配置テレセントリックレンズと垂直配置ラインセンサが、前記第３走査領域を走査する第３光学系と該第３領域と隣接する第４領域を走査する第４光学系とを形成し、
前記第２光学系及び第４光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査した後に前記第１光学系及び第３光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査するように動作することを第３の特徴とする。

また、本発明は、前記外観検査方法において、前記平行配置光学系と垂直配置光学系を被検査物移動方向に対して直角方向に交互に配置したことを第４の特徴とする。

本発明による外観検査装置及び外観検査方法は、走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数のテレセントリックレンズのうち、任意のテレセントリックレンズを移動ステージの面に対して光軸が垂直になるように配置し、他のテレセントリックレンズを移動ステージの面に対して光軸が移動ステージの面と平行になるように配置したことにより、移動ステージ上の被検査対象物に対する走査線を走査方向に対して密接して配置することができ、これによりラインセンサの視野間隔を短くすることにより撮像距離及びタイムタクトを短くすることができる。

本発明の一実施形態による外観検査装置の全体構成を示す図。 本実施形態による外観検査装置の全体構成配置を示す図。 本実施形態による外観検査装置の走査を説明するための図。 本実施形態による外観検査装置の光学系を示す図。 本実施形態による外観検査装置の構成部位を示す図。 テレセントリックレンズを説明するための図。 従来技術による外観検査装置の走査を説明するための図。

以下、本発明の一実施形態による外観検査装置を図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態による外観検査装置の全体構成は、図１に示す如く、ＬＳＩパッド走査領域９０に対して分割して走査する４つのラインセンサ１３と、該ラインセンサ１３中の２つの走査線上の光を反射する２つの反射鏡１６と、後述する画像処理部３０による画像の解析と、該画像処理部３０により入力した解析結果の表示を行うパーソナルコンピュータ５０とから構成される。

前記外観検査装置の全体構成配置は、図２に示す如く、第１の走査領域を光学的に走査するための第１光学系と、第２の走査領域を光学的に走査するための第２光学系と、第３の走査領域を光学的に走査するための第３光学系と、第４の走査領域を光学的に走査するための第４光学系とから構成される。

前記第１光学系は、同軸照明１７ａから照射した光を第１照射領域に照射し、その反射光を受光してレンズ光軸に対して平行に偏光して出射するテレセントリックレンズ１８ａと、第１照射領域からの反射光を入反射して前記テレセントリックレンズ１８ａに入射する反射鏡１６ａと、前記テレセントリックレンズ１８ａから出射した走査光を受光するラインセンサ１３ａとから構成される。

前記第２学系は、同軸照明１７ｂから照射した光を第２照射領域に照射し、その反射光を受光してレンズ光軸に対して平行に偏光して出射するテレセントリックレンズ１８ｂと、第２照射領域からの反射光を入反射して前記テレセントリックレンズ１８ｂに入射する反射鏡１６ｂと、該反射鏡１６ｂから反射した走査光を受光するラインセンサ１３ｂとから構成される。

前記第３光学系は、同軸照明１７ｃから照射した光を第３照射領域に照射し、その反射光を受光してレンズ光軸に対して平行に偏光して出射するテレセントリックレンズ１８ｃと、前記テレセントリックレンズ１８ｃから出射した光を受光するラインセンサ１３ｃとから構成される。

前記第４光学系は、同軸照明１７ｄから照射した光を第４照射領域に照射し、その反射光を受光してレンズ光軸に対して平行に偏光して出射するテレセントリックレンズ１８ｄと、該テレセントリックレンズ１８ｄから出射した光を受光するラインセンサ１３ｄとから構成される。

特に本実施形態による光学系は、第１走査領域を走査する第１光学系と該第１走査領域と隣接する第２走査領域を走査する第２光学系とを走査領域面に対して平行な方向に配置すると共に、前記第３走査領域を走査する第３光学系と該第３領域と隣接する第４領域を走査する第４光学系とを走査領域面に対して垂直方向に配置するように構成している。

前記第１及び第２光学系は、図４（ａ）に示す如く、被検査物（ベース１１）の移動方向に対して走査領域が重複しないように対向して配置され、被検査物からの反射光を反射鏡１６ａ及び１６ｂによって９０度偏光し、それぞれの光をテレセントリックレンズ１８ａ及び１８ｂに入射し、該テレセントリックレンズ１８ａ及び１８ｂから出射した走査光をラインセンサ１３ａ及び１３ｂが入射することによって、隣接した第１及び第２領域を光学的に走査することができる。尚、走査領域は後述する画像処理部により削除できるため重複しても良い。

前記第３及び第４光学系は、図４（ｂ）に示す如く、被検査物（ベース１１）の移動方向に対して走査領域が重複しないように垂直に配置され、被検査物からの反射光をテレセントリックレンズ１８ｃ及び１８ｄに入射し、該テレセントリックレンズ１８ｃ及び１８ｄから出射した光をラインセンサ１３ｃ及び１３ｄが入射することによって、隣接した第３及び第４領域を光学的に走査することができる。尚、走査領域は後述する画像処理部により削除できるため重複しても良い。

本実施形態による外観検査装置全体の構成部位は、図５に示す如く、第１の光学系部２０ａと、該第１光学系部２０ａから出射した反射光を入力するラインセンサ１３ａと、該ラインセンサ１３ａが光電変換により電気信号により変換した画像データを入力し、ＬＳＩパッドの画像を抽出する画像処理部３０ａと、第２の光学系部２０ｂと、該第１光学系部２０ｂから出射した走査光を入力するラインセンサ１３ｂと、該ラインセンサ１３ｂが光電変換により電気信号により変換した画像データを入力し、ＬＳＩパッドの画像を抽出して形状異常を判定する画像処理部３０ｂと、図示しない第３及び第４の光学系／ラインセンサ／画像処理部と、前記該画像処理部３０ａ他から出力された判定結果と形状異常部位の画像をＬＡＮ４０を介してＬＡＮインタフェース５１を介して入力し、ＬＳＩパッドの形状異常を表示するパーソナルコンピュータ５０と、該パーソナルコンピュータ５０のモータコントローラ５２によりモータドライバ５４及び５５を制御して被検査物（ベース１１）をＸＹ方向に移動するＸＹステージとを備える。

前述のように構成された本実施形態による外観検査装置は、図３に示す如く、被検査物（ベース１１）の上面側から観た場合、テレセントリックレンズ１８ａ及び１８ｂの軸方向が被検査物の面に対して平行に配置し、テレセントリックレンズ１８ｃ及び１８ｄを被検査物の面に対して垂直に配置したことによって、視野間隔を図７に示した従来に比べて半分（４２．７ｍｍ）にすることにより撮像距離及びタイムタクトを短くすることができる。

即ち、本実施形態による外観検査装置は、被検査対象物上の視野幅Ｌ０４に比べて全画素幅Ｌ０２が大きい構造の複数のテレセントリックレンズを、光軸がベース面に対して垂直及び平行になるように配置することによって、ラインセンサの走査線を従来と比較して密接して配することができ、これによって撮像距離及びタイムタクトを短くすることができる。

尚、本実施形態においては、２つのテレセントリックレンズを同一の配置として交互に配置する例を説明したが、本発明はこれら限られるものではなく、例えば垂直と平行配置のテレセントリックレンズを交互に配置する等の他の配置を行っても良い。

１３、１３ａ〜１３ｄ：ラインセンサ、１６、１６ａ、１６ｂ：反射鏡、
１７、１７ａ〜１７ｄ：同軸照明、１８、１８ａ〜１８ｄ：テレセントリックレンズ、
２０ａ、２０ｂ：光学系部、３０、３０ａ、３０ｂ：画像処理部、
５０：パーソナルコンピュータ、５１：ＬＡＮインタフェース、
５２：モータコントローラ、５４：モータドライバ、９０：パッド走査領域。

Claims (4)

1. 板状の被検査対象物上の走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数のテレセントリックレンズを備え、被検査物移動方向に対して直角方向に隣接する被検査物移上の第１走査領域から第４走査領域を撮像検査する外観検査装置であって、
   前記板状の被検査対象物を搭載してＸＹ方向に移動する平板状の移動ステージと、
   該移動ステージの面に対して光軸が移動ステージの面と平行になるように前記直角方向に対して線対称に配置した複数の平行配置テレセントリックレンズと、
   前記複数の平行配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して反射する複数の反射鏡と、
   該複数の反射鏡が反射した出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の平行配置ラインセンサと、
   該移動ステージの面に対して光軸が垂直になるように前記直角方向に対して線対称に配置した複数の垂直配置テレセントリックレンズと、
   該複数の垂直配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の垂直配置ラインセンサと、
   前記複数の垂直配置及び平行配置ラインセンサにより光電変換した画像信号を入力として被検査対象物の画像信号を処理する画像処理部とを備え、
   
   前記平行配置テレセントリックレンズと反射板と平行配置ラインセンサが、前記第１走査領域を走査する第１光学系と該第１走査領域と隣接する第２走査領域を走査する第２光学系とを形成し、前記垂直配置テレセントリックレンズと反射鏡と垂直配置ラインセンサとが、前記第３走査領域を走査する第３光学系と該第３領域と隣接する第４領域を走査する第４光学系とを形成し、
   前記第２光学系及び第４光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査した後に前記第１光学系及び第３光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査する外観検査装置。
2. 前記平行配置光学系と垂直配置光学系を被検査物移動方向に対して直角方向に交互に配置した請求項１記載の外観検査装置。
3. 板状の被検査対象物を搭載してＸＹ方向に移動する平板状の移動ステージと、該移動ステージの面に対して光軸が移動ステージの面と平行になるように前記直角方向に対して線対称に配置した走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数の平行配置テレセントリックレンズと、前記複数の平行配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して反射する複数の反射鏡と、該複数の反射鏡が反射した出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の平行配置ラインセンサと、該移動ステージの面に対して光軸が垂直になるように前記直角方向に対して線対称に配置した走査線幅に比べて全画素幅が大きい複数の垂直配置テレセントリックレンズと、該複数の垂直配置テレセントリックレンズから出射した走査光を入射して画像信号に光電変換を行う複数の垂直配置ラインセンサと、前記複数の垂直配置及び平行配置ラインセンサにより光電変換した画像信号を入力として被検査対象物の画像信号を処理する画像処理部とを備えた外観検査装置を用い、被検査物移動方向に対して直角方向に隣接する被検査物移上の第１走査領域から第４走査領域を撮像検査する外観検査方法であって、
   前記平行配置テレセントリックレンズと反射鏡と平行配置ラインセンサが、前記第１走査領域を走査する第１光学系と該第１走査領域と隣接する第２走査領域を走査する第２光学系とを形成し、前記垂直配置テレセントリックレンズと垂直配置ラインセンサが、前記第３走査領域を走査する第３光学系と該第３領域と隣接する第４領域を走査する第４光学系とを形成し、
   前記第２光学系及び第４光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査した後に前記第１光学系及び第３光学系が前記直角方向の同一ライン上を走査するように動作する外観検査方法。
4. 前記平行配置光学系と垂直配置光学系を被検査物移動方向に対して直角方向に交互に配置した請求項３記載の外観検査方法。

Images