JP7174555B2 - 基板検査装置、その位置合せ、及び基板検査方法 - Google Patents
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Description
これは、予め定められた2本のプローブPの打痕Mの位置誤差が直接にテストヘッドの全てのプローブPの位置になる問題を回避している。又、基板から直接にプローブPの不明確な打痕Mの位置を特定する困難は、打痕シートを貼り付けることで複数の打痕M1~M6は「打痕位置特定処理」にてカメラの画像解析することで自動に特定されている。
しかし、テストヘッドには多数のプローブPがあって、その先端部が1本でも設計の位置から大きく位置ずれしていれば、該当する検査端子が大きい面積でなければプローブは接触しない。又、カメラ視野(光軸)を打痕Mの位置認識の基準としており、補正情報Drの取得後にカメラ光軸が経時的にずれると位置認識が変わる恐れがあるが、カメラの光軸ずれがないことを確認する手段の記載がない問題がある。
複数の基板検査装置について、マスタースケールを用いて基板検査装置の測定の基準を共通化して、複数の各基板検査装置の固有の誤差を取り除くキャリブレーションを行う一例として示されている。
しかし、チェッカーヘッドを搭載する度にチェッカーヘッドの位置を電気探査することは、作業時間を要し基板をキズ不良品にする等があり、現場と作業者の負担は大きい問題がある。
さらに、上記の特許文献に共通して、基板は設計通りに製造されたものとしているが、基板にも製造工程で対象のマーク位置などに位置誤差のバラツキもある。
上記の様に検査の前に検査治具と基板の位置を認識し、基板に検査治具を位置合せする手段に各種の工夫がなされているが、改善の余地がある。
特許文献2では、検査治具の製造誤差等をその検査治具の特性として、光学位置と電気位置との差を表すデータを採用しても、基板又は基板検査装置が変わると、当該差を表すデータの量が変わることがある。
上記の状況から、複数の基板検査装置、検査治具、及び基板の各々にまだ製造誤差のバラツキに依る誤差要因があることが判る。各部のその要因について適切な処置が必要となる。
本発明の第3の手段は、第1又は2の手段において、複数のテーブル位置マークは、3つ以上あって、制御座標の1軸上の近くに2つ以上、離れて1つ以上ある。
本発明の第5の手段は、第4の手段において、基板保持部に校正データのあるXY標準スケールが保持されて、XY標準スケール上の複数の所定位置をカメラが認識することに依り、制御座標が校正されている。
本発明の第7の手段は、第1乃至6の手段の何れかにおいて、制御装置は、検査治具について、光学的に位置合せした光学位置と電気検査に適合する電気位置との差を認識し、認識した差を表すデータを個々の検査治具と1対1に関連付けて記憶部に記憶し、検査治具保持部に保持された検査治具に関連付けられた差を表すデータを記憶部から読出し、読み出した差を表わすデータに基づいて位置合せを行う。
本発明の第10の手段は、第9の手段において、基板保持部に校正データのあるXY標準スケールを保持させる工程と、カメラが搬送テーブルと相対的に移動して、XY標準スケール上の複数の所定位置を認識する工程と、制御装置が認識された複数の所定位置により、制御座標を校正する工程と、を更に含む。
本発明の第12の手段は、第8乃至11の手段の何れかにおいて、制御装置が検査治具について、光学的に位置合せした光学位置と電気検査に適合する電気位置との差を認識する工程と、制御装置が認識した差を表すデータを個々の検査治具と1対1に関連付けて記憶部に記憶する工程と、制御装置が検査治具保持部に保持された検査治具に関連付られた差を表すデータを記憶部から読出す工程と、を更に含み、整合工程は、制御装置が読み出した差を表わすデータに基づいて、基板と検査治具を整合させる工程を含む。
本発明の第13の手段は、第8乃至12の手段の何れかにおいて、カメラが連続自動検査中の所定条件毎に、搬送テーブルと相対的に移動して複数のテーブル位置マークを認識するテーブル位置マーク認識工程と、制御装置がテーブル位置マーク認識工程で認識された複数のテーブル位置マークの連続自動検査のスタート時からの差異をチェックして制御座標の原点の位置と座標軸の方向を再設定する工程と、を更に含む基板検査方法。
カメラが相対移動して認識する制御座標が直交座標であるので、位置認識面の複数の位置マークが何れの方向に在っても、その面の位置を制御座標上に適正に認識できる。
検査治具には基板の多数の検査端子に圧接するプローブの先端胴部が摺動可能に先端を検査端子の検査点に案内する案内孔のある案内板があるので、各プローブの先端の位置の経時的移動が案内孔とのクリアランスの範囲内に安定する。
案内板に位置を定められた複数の治具位置マークが、基板保持部に固定された治具圧接記録板を検査冶具がプレスして、圧接転写した複数の圧接位置マークをカメラが認識して検査治具の位置を基板と同様に制御座標上に認識するので、基板と検査治具を光学的に整合させることが出来る。
複数の治具位置マークが凹部の孔などは案内板に固定であって検査治具の認識位置が安定(再現)する。凸部のプローブ先端では案内孔に案内されて位置の再現性が許容の範囲内であれば、圧接位置マークの形成とカメラの認識が容易である。
本発明の第7又は12の手段に依れば、検査治具の全てのプローブの接触点の位置誤差のバラツキに対して、再現する光学的位置合せの光学位置に電気検査に適合する電気位置との差を表すデータを加算するので位置合せが個々の検査治具の特性に合わせられる。この差を表すデータは光学的位置合わせが適正であれば再利用(再現)が出来る。光学位置から電気位置の探査を都度行う必要がなく、装置の運用が容易である。
本発明の手段別に発明の効果を述べたが、共通した特定事項は他の手段にも同様の効果がある。又、相互に作用していることもある。
[実施の形態1]
機構本体10には、X,Y,Z,Θ方向に移動させる移動部がある。各移動部は制御装置11に各々が制御されている。基板2は搬送テーブル21に交換可能に固定された基板保持部211に保持されてテーブル移動部20に依ってXY方向に搬送されている。検査治具3は交換可能に検査治具保持部301に保持されて検査治具移動部30に依ってΘ,Z方向に移動される。カメラ15は搬送テーブル21を上側からの撮像する位置に機構本体10に固定されてカメラ15のXY座標系を形成している。カメラ15が撮像した画像は画像処理部14を経て制御装置11にて位置認識される。
基準マーク22Sは搬送テーブル21のX軸の中心に配置している。(0,0)と(0,-tm1)の中間の(0,-tm1/2)の位置がカメラ15の真下のカメラ光軸15Lに相対移動した位置を制御座標112の原点112Sとしている。カメラ光軸15Lはカメラ15の視野の中心としている。基準マーク22Sと原点112Sは固定距離Dfにある。
図3(a)にプローブ31の先端31Aが感圧シート2Sに圧接転写した圧接位置マーク3at,3btにカメラ光軸15Lを合わせたカメラ画像を部分拡大したモニタ画面を示す。案内孔361も圧接転写361tされていることが判る。
S0・基板検査装置1の機構本体10の状態を認識する。
S1・被検査基板2の検査に関するデータをセットする。
S2・該当の基板保持部211を搭載する。
S3・該当の検査治具3を搭載する。
S4・検査治具3の位置を圧接位置マークから光学的位置認識する。
S40・制御座標の原点112Sを設定する。
S41・基板の所定位置に感圧シートを貼る。
S42・基板に検査治具をプレスし、原点に戻す。
S43・1対の圧接位置マークの位置を取得する。
S44・検査治具の位置(XYΘ)を認識する。
S5・基板2を載置し検査スタートする。
S6・基板2を光学的位置認識し位置合せを含む相対移動する。
S7・検査治具3をプレスし検査する。
S8・プレスを解除し相対移動して基板2を取出す。
機構本体10は各々に製造誤差を含む特性(バラツキ)がある。又、設置された工場の室温などの外部環境によっても特性が変わる。又、同じ工場に複数台が設置されることが多い。そこで、各々の機構本体10の状態を認識して製品精度の仕様に合わせるステップは2つあって、
S0A・制御座標の原点を設定する。
S0B・XY標準スケールを基にカメラのXY移動部を校正する。
簡易的には、S0Aのステップでも良いが、S0Bのステップは定期点検として実施することが好ましい。
制御座標112の原点設定を指示すると、テーブル移動部20を含む各移動部は機械原点を認識して各定位置に移動する。テーブル移動部20は機械原点を認識した後、カメラ15が複数のテーブル位置マーク22の位置を認識して基準マーク22Sを基に制御座標112の原点112Sを設定する。
又、テーブル位置マーク22の機械原点からの位置も記録し、以前の位置との差異が所定量以下であることを確認している。差異が所定量以上であると操作モニタ121に状態を表示する。
機械原点からの位置の記録からカメラ光軸15Lの変化が判る。機械設計又は出荷時の機械距離Dmの近傍にカメラ光軸15Lの光軸距離Dcがあることを確保する。これで、搬送テーブル21は制御座標112の原点112Sから固定の検査距離Dtを移動すると検査位置の中心の近傍になることが確保される。
図2の機構本体10の構成から、例えば、検査距離Dt、機械距離Dmは機械定数として、許容範囲の差異の所定量は、ΔDmc=Dc-Dmを主な径時変化又はカメラ光軸ずれに依る差異の主要因としている。カメラ15と下側カメラ15Bのテーブル位置マークの位置認識に以前と差異が発生すれば上下のどちらかのカメラ光軸ずれとなる。ΔDmc=Dc-Dmに問題がなければ、下側カメラ光軸15LBを移動しカメラ光軸15Lに合わせている。光軸距離Dcは基準マーク22Sの機械原点からの距離となっている。
複数のテーブル位置マーク22の6点の2次元の配置からカメラ15のXY認識座標系の直進性、直交度の変化が以前の記録と比較すると判る。6点の固定配置の位置をXY簡易スケールとして利用して、S0Aの制御座標の原点設定の度に、カメラ15の制御座標112上の位置認識に再現性のあることを確保する。
XY標準スケール61はサイズと精度仕様により各種のものが市販されている。例えば、図6に示す、XY100mmの場合、材質はソーダガラス、外形は127(x)*127(y)*5(t)、X軸とY軸が50mm(中心)で直交している。目盛精度は±0.002となっている。又、校正証明書の添付と入手が可能である。
これらに依って、機構本体10の経時変化を改善できる。又、複数の装置間の誤差バラツキも改善する。
ステップS2の該当の基板保持部211の搭載は、物理形状の異なる被検査基板2を設計位置に載置し保持させる。
ステップS40・制御座標の原点を設定する。
先ず、カメラ15で複数のテーブル位置マーク22を認識して位置を記録し、制御座標112の原点112Sを設定する。2次元に配置の複数のテーブル位置マーク22を認識するとカメラ15で認識するXY座標系の直交度などの適合を確認することができる。主記憶部111に記録しておくと機構本体10の経時変化の状態が判る。
基板2の検査治具3の治具位置マーク3a、3bに対向する部分に感圧シート2Sを貼るなど圧接が光学的に認識可能な状態にする。例えば、基板2の代用に治具圧接記録板2Tに感圧シート2Sを貼って再使用する。そして、治具圧接記録板2Tを基板保持部211に載置し固定保持させる。
ステップS42・基板に検査治具をプレスし、原点に戻す。
基板保持部211が検査治具3の直下の検査位置に搬送テーブル21を相対移動して、治具圧接記録板2Tに検査治具3をプレスし、プレス解除後に、制御座標112の原点112Sに相対移動する。基板認識位置となる。
検査治具3の治具位置マーク3a、3bが圧接転写された1対の圧接位置マーク3at、3btの位置は、検査治具3の設計データから外形の中心のXY座標で設定することが出来るので、カメラ15の直下に1対の圧接位置マーク3at、3btを相対移動する。
図3(b)は、圧接位置マーク3at、3btをカメラ15が撮像した画像を操作モニタ121に表示している。治具位置マーク3a、3bに案内板36の複数の治具位置マーク孔362を採用したので、孔部は圧接がなく、感圧シート2Sに発色等の変化はないが、感圧シート2Sには厚さが有って、圧力が掛かり案内板36の当接面の圧接跡36tが記録されている。複数の治具位置マーク3a、3bが圧接転写して記録された圧接位置マーク3at、3btとなる。カメラ光軸15Lからの差Δ3at、3btから治具位置マーク3a、3bの位置を認識する。案内板36の面の位置を認識することになる。
1対の圧接位置マーク3at、3btの位置(XY)認識から検査治具3の位置(XYΘ)を面として制御座標112上に認識する。
ただし、1対の圧接位置マーク3at、3btの認識位置が検査治具3の位置にあることを前提にしている。言い換えると、検査治具3の位置は、カメラ15が認識する1対の圧接位置マーク3at、3btの位置に再現性があることが要件となっている。
図3(b)に示した、凹部の孔の圧接位置マーク3at、3btの場合には、低感圧性(高感度)の感圧シート2Sを採用することが好ましい。感圧シート2Sを圧接位置マークの周辺のみに貼って面積を小さくすると圧接圧が集中して発色が増す。又、カメラ15と画像処理部14には多諧調化の機能があることが好ましい。
ステップS6は、先ず、搬送テーブル21などでカメラ15の直下に1対の基板位置マーク2a又は2bがなる様に相対移動してカメラ15が1対のXY位置を認識する。制御座標112上に基板2の面の位置(X,Y、Θ)が確定したので、整合する相対移動量(X,Y、Θ)を演算処理して、基板2と検査治具3を移動させる。
ただし、1対の基板位置マーク2a、2bが基板2の適正な位置にあることを前提にしている。言い換えると、基板2の位置は1対の基板位置マーク2a、2bの位置であることが要件となっている。
ステップ7は、検査治具3の直下の整合位置に基板2が位置したので、検査治具3をプレスして基板2に当接させる。プローブ31が検査端子201に接触して電気検査を行う。
ステップS8は、検査終了でプレスを解除して、搬送テーブル21などを基板2の載置位置に戻して、基板2を取出す。
[実施の形態2]
検査治具3において基板2に直接対向して当接するのは案内板36となる。案内板36と基板2の位置が判れば、光学的な位置合せが出来ることになる。
案内板36に固定の孔として案内孔361を採用しても良いが、カメラ15で認識する孔経が小さい、密集していると特定が困難、プローブ先端31Aが内側にあるなど好ましくはない。又、圧接転写される凸部の位置マークとして、従来技術のプローブ先端31Aもある。上述の案内孔361とのクリアランスがある等の位置に不確定要素があって好ましくないが、圧接転写された圧接位置マーク3at、3btの位置の再現性のバラツキが小さく電気検査の許容範囲であれば採用できる。プローブ先端31Aは付勢力があって圧接跡が出来る特徴がある。
[実施の形態3]
レジストずれは、電気検査時のプローブ31の先端31Aの目標を移動させる。又は、接触面積を小さくする支障があり、レジストずれ量を基板2の位置認識に反映している。これで、電気検査前の基板2の一対の基板位置マーク2a、2bがプローブ31の接触に適正な位置にあることの要件を改善している。又、レジストずれの誤差が所定値を超えた場合は、基板のレジストずれ不良と判定することも出来る。
[実施の形態4]
光学的位置合せの光学位置Ap(Xp,Yp,Θp)から周辺を電気探査してPASS範囲の中心を認識する。具体的には検査治具3を、Θ軸を正と負の方向に回転し検査して、PASS範囲の中心にする。次に搬送テーブル21をX軸の正と負の方向に移動し検査して、PASS範囲の中心にする。Y軸を正と負の方向に移動し検査して、PASS範囲の中心にする。これで、電気検査に適正な電気位置Ae(Xe,Ye,Θe)となる。
上記の電気探査の手順をステップで示すと、
S70・光学位置から検査PASSの範囲を認識する。
S71・検査PASSの範囲(Θ,X,Y)軸の中央を認識する。
S72・光学位置と電気位置との差を表すデータを得て、検査治具と1対1に記録する。
S73・上記の記録された差を表すデータをカメラが認識した光学位置に加算して整合位置とする。
ただし、1対の圧接位置マーク3at、3btの光学的位置認識に再現性あることを前提にしている。言い換えると、バラツキがあれば誤差として加算される。
[その他の実施の形態]
機構本体10の複数の移動部などへの構成の変更は位置合せの演算が成り立てば変えて良い。
本願では、カメラ光軸15Lと基準マーク22Sを基に制御座標112の原点112S定めて相対移動の演算処理をしたが、全て移動部の機械原点から演算しても良い。しかし、制御演算が複雑になるので好ましくない。
独立したカメラ15のXY移動部15XYと、検査治具移動部30XYは90度の固定角度にあって、制御座標112が成立し、基板2と検査治具3は光学的に位置合せが出来る。
ただし、回転テーブルの角度と停止位置の精度(再現性)が確保されていることも要件となる。この場合も複数のテーブル位置マーク22の適正な配置は、テーブルの停止位置と検査治具3の相対移動の再現性の認識に好ましい。再現性があれば制御座標上に補正ができる。又、4つの基板保持部211n毎に制御座標112a、112b、112c、112dを設定することも出来る。各々に補正定数を付加でも良い。
本装置10では基板2と検査治具3の案内板36の中心位置を基準にして、温度に依る相互差異を振分ける構成にしている。又、2次元に配置の複数のテーブル位置マーク22(その時の温度で熱膨張した)を基に経時的に各移動部を補正している。
画像処理において、白黒の2値化のレベルを変えても良い。多値化(多諧調)の機能が有っても良い。色判別機能が有っても良い。又、専用のアルゴリズムの専用の位置認識ソフトを備えても良い。
面の位置を認識する位置マークは、一対に限定せずに二対などの2つ以上の複数であっても良い。
Claims (7)
- 電気回路が配線された複数の検査端子と複数の基板位置マークのある基板の電気特性を検査する基板検査装置において、
前記検査端子にプローブを当接させる交換可能な検査治具と、
前記検査治具を保持する検査治具保持部と、
前記検査治具保持部を移動させる検査治具移動部と、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部を搬送する搬送テーブルであって、3つ以上である複数のテーブル位置マークが2次元に配置されている搬送テーブルと、
前記搬送テーブルと相対的に移動して、前記複数の基板位置マークと前記複数のテーブル位置マークとを含む前記搬送テーブル上の複数の位置マークを認識するカメラと、を備え
前記検査治具は、前記検査治具保持部に保持される治具べース板と、前記プローブを保持するプローブ保持部と、前記プローブの先端胴部が摺動可能に先端を前記検査端子に案内する案内孔がある案内板と、前記検査治具の位置を示す複数の治具位置マークと、を有し、当該複数の治具位置マークの位置は前記案内板が定めており、
前記基板検査装置は、
前記基板と前記検査治具を整合させる光学的位置合せにおいて、前記カメラが認識した前記複数のテーブル位置マークを基に直交座標である制御座標の原点の位置と座標軸の方向を定めて、前記検査治具と前記搬送テーブルの相対的な移動を制御する、制御装置を更に備え、
前記制御装置は、前記基板保持部を前記検査治具又は前記カメラと相対的に移動させて、前記カメラが認識した、前記基板保持部に保持された治具圧接記録板を前記検査治具がプレスした前記治具位置マークの圧接跡である複数の圧接位置マークから、前記検査治具の位置を前記制御座標上に認識し、
前記制御装置は、前記基板保持部を前記検査治具又は前記カメラと相対的に移動させて、前記カメラが認識した、前記基板保持部に保持された前記基板の前記複数の基板位置マークから、前記基板の位置を前記制御座標上に認識することに依り、前記基板と前記検査治具を整合させることを特徴とする基板検査装置。 - 前記複数の治具位置マークは、前記検査治具の圧接面の凹凸部であって、凸部には前記案内孔に案内された前記プローブの前記先端を含み、
前記圧接位置マークは、前記複数の治具位置マークに対向する部分が圧接を光学的に認識可能に記録する状態にある前記治具圧接記録板が前記基板保持部に保持されて、検査位置において前記検査治具がプレスした前記複数の治具位置マークの圧接跡を記録した位置マークである請求項1に記載の基板検査装置。 - 前記制御装置は、
前記カメラが認識する前記複数のテーブル位置マークに基づいて、前記搬送テーブルのX方向又はY方向の動きの前記制御座標のX軸及びY軸からのずれを認識し、認識した前記ずれに基づいて、前記搬送テーブルのX方向又はY方向の動きの制御を補正する請求項1又は2に記載の基板検査装置。 - 校正証明書のあるXY標準スケールが前記基板保持部に保持されて、前記XY標準スケール上の複数の所定位置を前記カメラが認識することに依り、前記制御座標が校正されている請求項3に記載の基板検査装置。
- 前記制御装置は、前記カメラが認識する、基板表面のレジストマスクの複数の開口部から選んだ複数のレジスト位置マークと、前記複数の基板位置マークから、前記レジストマスクの前記検査端子からの位置ずれを認識し、その位置ずれを前記基板の位置の認識に反映させる請求項1乃至4の何れかに記載の基板検査装置。
- 請求項1乃至5の何れかに記載の基板検査装置の基板検査方法であって、
前記カメラが、前記搬送テーブルと相対的に移動して、前記複数の基板位置マークと前記複数のテーブル位置マークとを含む前記搬送テーブル上の複数の位置マークを認識する工程と、
前記制御装置が、前記カメラが認識した前記複数のテーブル位置マークを基に直交座標である制御座標の原点の位置と座標軸の方向を定める工程と、
前記複数の治具位置マークに対向する部分が、圧接を光学的に認識可能に記録する状態にある前記治具圧接記録板を、前記基板保持部に保持させる工程と、
前記治具圧接記録板が前記検査治具の直下の検査位置となるように、前記搬送テーブルが前記検査治具に対し相対移動する工程と、
前記検査治具の前記案内板を前記治具圧接記録板にプレスし、それにより前記複数の治具位置マークの圧接跡を、複数の圧接位置マークとして前記治具圧接記録板に記録し、かつその後にプレスを解除するように、前記検査治具移動部が前記検査治具を移動させる工程と、
その後に前記カメラが前記基板を認識する基板認識位置に相対移動する工程と、
前記カメラが、前記搬送テーブルと相対移動し、前記基板保持部に保持された前記治具圧接記録板に記録された前記複数の圧接位置マークを認識する工程と、
前記制御装置が、前記カメラが認識した前記複数の圧接位置マークから前記検査治具の位置を前記制御座標上に認識する工程と、
前記治具圧接記録板を、前記基板保持部から除去する工程と、
前記基板保持部に前記基板を保持させる工程と、
前記カメラが、前記搬送テーブルと相対的に移動して、保持された前記基板の前記複数の基板位置マークを認識する工程と、
前記制御装置が、前記カメラが認識した前記複数の基板位置マークから前記基板の位置を前記制御座標上に認識し、前記制御座標上に認識された、前記検査治具の位置と前記基板の位置とに依り、前記基板と前記検査治具とを整合させる整合工程と、
前記整合工程の後に、前記基板と前記検査治具を当接させて、電気検査する工程と、を含むことを特徴とする基板検査方法。 - 請求項6に記載の基板検査方法であって、
前記基板保持部に前記基板を保持させる前記工程と、
前記カメラが、前記搬送テーブルと相対的に移動して、保持された前記基板の前記複数の基板位置マークを認識する前記工程と、
前記制御装置が、前記カメラが認識した前記複数の基板位置マークから前記基板の位置を前記制御座標上に認識し、前記制御座標上に認識された、前記検査治具の位置と前記基板の位置とに依り、前記基板と前記検査治具とを整合させる前記整合工程と、
前記整合工程の後に、前記基板と前記検査治具を当接させて、電気検査する前記工程と、を繰り返し実行する工程を、更に含み、
前記繰り返し実行する工程の中で所定条件毎に、
前記カメラが、前記搬送テーブルと相対的に移動して、前記複数のテーブル位置マークを新たに認識する新たなテーブル位置マーク認識工程と、
前記制御装置が、前記新たなテーブル位置マーク認識工程で新たに認識された前記複数のテーブル位置マークの、前記繰り返し実行する工程のスタート時からの差異をチェックして前記制御座標の原点の位置と座標軸の方向を再設定する工程と、を更に含む基板検査方法。
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