JPH0267904A - ３次元形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要］ ３次元形状検査装置、特に、基板表面に実装された回路
素子等のチップ部品の高さを計測することにより該チッ
プ部品の実装状態を検査する技術に関し、 検査対象の明るさの分布状態にかかわらずその高さの計
測精度を向上させ、ひいては検査対象の３次元形状を高
精度に検査することを目的とし、画像メモリと、検査対
象の３次元形状を光学的に計測して該形状を指示する信
号を出力する光学系と、該光学系からの信号を用いて前
記検査対象の計測位置毎に高さデータと明るさデータを
演算し、該演算されたデータを前記画像メモリ内の対応
する記憶領域に格納する信号処理回路と、前記画像メモ
リ内の高さデータに対して高さヒストグラムを作成する
際に、前記検査対象の計測位置毎に明るさの大小に応じ
て対応する高さヒストグラムの度数を増減する高さヒス
トグラム増減回路と、該増減された高さヒストグラムに
基づき前記検査対象の高さを算出し、該算出された高さ
が所定の条件を満たす高さであるか否かを判定する高さ
判定回路とを具備し、該高さ判定回路の出力に基づいて
前記検査対象の３次元形状を検査するように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、３次元形状検査装置に関し、より詳細には、
基板表面に実装された回路素子等のチップ部品の高さを
計測することにより該チップ部品の実装状態、例えばチ
ップの有無、位置ずれ、実装方向、欠けや浮き上がり等
、を検査する技術に関する。

概して、チップの搭載されたプリント、ｇ板には反りが
あるため、チップの高さを計測する際には、常にチップ
周辺の基板面の高さとチップ面の高さの双方を計測し、
その相対値からチップの高さを求める必要がある。この
場合の高さ計測は、計測する対象がプリント基板や各種
のチップ部品等明るさ（光反射率）の異なる物に対して
も、精度良く行えることが要求されている。

〔従来の技術〕

基板表面に実装されたチップ部品の高さを計測する技術
として、既に本出願人によって提案されたような（特願
昭６３−１４４８４６号参照）、レーザビーム走査と三
角測量法に基づいた光学系およびＰＳＤ（位置感応性デ
バイス；　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅ
ｖｉｃｅ）を用いた手法が知られている。以下、この方
法について第９図の従来形装置の構成例を参照しながら
説明する。

光学系１３は半導体レーザ等の光源１４およびＰＳＤ等
の光検出器１５を含み、該光源から出射された光ビーム
は、ステージ１２上に載置された検査対象１１（この場
合には複数のチップ部品が搭載されたプリント基板）上
に照射され、そこで反射されて光検出器１５で検出され
る。この際、光ビームは、コリメートレンズや偏向ミラ
ー（図示せず）等により検査対象ｌｌ上でＸ座標方向に
走査される。これによって光学系１３は、光検出器１５
上に入射された光の位置と強度に応じて、２種類の検出
信号ｔｌｓｉ！を出力する。なお、ステージ１２からは
、光ビームが検査対象１１上のどの位置に照射されてい
るかを指示する情報（Ｙ座標情報）が出力される。信号
処理回路１６は、２種類の検出信号１１．１２に基づき
検査対象の高さおよび明るさを演算し、該演算されたデ
ータ（それぞれＳ、、Ｓ、とする）を光ビーム走査系の
Ｘ座標とステージ１２から供給されるＹ座標情報に基づ
きそれぞれ高さ画像メモリ１７、明るさ画像メモリ１８
の対応するメモリ領域に格納する。

ヒストグラム作成回路１９”は、高さ画像メモリｌ７の
メモリ領域上で１つのチップ部品の画像データを含むよ
うに所定の大きさの記憶領域を設定しく具体的には第４
図（ａ）に示されるようにチップ部品４１の周囲に検査
窓４０を切り出す）、該検査窓内の高さ画像データに対
して第１０図に示されるような高さヒストグラムを作成
し、それを高さヒストグラムメモリ２０に格納する。高
さ判定回路２１は、高さヒストグラムメモリ２０の内容
（第１０図に示す関係）からチップ部品４１の面の高さ
と基板部４３の面の高さを求め、両者の差からチップ部
品４１自体の高さを算出して、その高さが所定の条件を
満たす高さであるか否かを指示する信号（高さ判定結果
）Ｈを出力する。この出力された信号Ｈに基づいて、チ
ップ部品の有無、欠け、浮き上がり等を検査し、ひいて
は該チップ部品と基板を含む検査対象の３次元形状を検
査することができる。制御部２２は以上の各回路の動作
を制御している。

なお、信号処理回路１６において演算される検査対象の
高さＳＮおよび明るさＳＢはそれぞれ、Ｓｕ　＝　（ｉ
ｔ　　ｉｔ）　／　（ｉ＋＋ｉｔ）、Ｓ　ｇ　　”’　
ｉ　（＋　３２、 で表される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来形の装置では、信号処理回路１６において
高さＳｎは（Ｌ　　ｔｚ）　／　（ｉｔ　＋　ｉｔ）で
演算され、その分母に明るさＳ、を指示する因子（ｉｔ
＋１２）を含んでいるため、高さ計測精度は検査対象（
チップ部品、基板）の明るさに影響される。

従って、光反射率の比較的大きい（明るい）チップ部品
に対しては、その高さ計測を行った場合、第１０図の右
側のピークに示されるように高さのばらつきは比較的小
さく、高さの計測精度は良くなる。

しかしながら、光反射率の比較的小さい（暗い）基板に
対しては、その高さ計測を行った場合、第１０図の左側
のピークに示されるように高さのばらつきは比較的大き
くなる。一般のプリント基板は、第４図（ａ）に示され
るように暗い基板部４３の部分と明るいシルク印刷の白
線部４４の部分が混在して成るが、基板部４３の面積の
方が大きいため、基板面の光反射率は概して小さい。そ
のため、高さ判定回路２１においてチップ面と基板面の
差からチップ部品の高さを算出する場合に、基板面高さ
のばらつきが大きいと該基板面の高さを高精度で決定す
ることが困難になり、ひいてはチップ部品の高さを高精
度で算出することが出来ないという不都合が生じる。

このように従来形の装置では、比較的明るさが小さい（
暗い）検査対象に対しては、高さ計測のばらつきが大き
くなることに起因して高さ判定回路の演算精度が悪くな
り、そのため、高さ計測精度が低下するという欠点があ
った。

本発明は、上述した従来技術における課題に鑑み創作さ
れたもので、検査対象の明るさの分布状態にかかわらず
その高さの計測精度を向上させ、ひいては検査対象の３
次元形状を高精度に検査することができる３次元形状検
査装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述した従来技術における課題は、高さ計測において高
さ計測精度が比較的良好である、検査対象の中の比較的
明るい部分を積極的に活用することにより、解決される
。

従って、第１図の原理ブロック図に示されるように、本
発明によれば、画像メモリ１と、検査対象２の３次元形
状を光学的に計測して該形状を指示する信号Ｓ０を出力
する光学系３と、該光学系からの信号を用いて前記検査
対象の計測位置毎に崗さデータＳｌと明るさデータＳｔ
を演算し、該演算されたデータを前記画像メモリ内の対
応する記憶ｉｌ域に格納する信号処理回路４と、前記画
像メモリ内の高さデータに対して高さヒストグラムを作
成する際に、前記検査対象の計測位置毎に明るさの大小
に応じて対応する高さヒストグラムの度数を増減する高
さヒストグラム増減回路５と、該増減された高さヒスト
グラムに基づき前記検査対象の高さを算出し、該算出さ
れた高さが所定の条件を満たす高さであるか否かを判定
する高さ判定回路６とを具備し、該高さ判定回路の出力
Ｓ３に基づいて前記検査対象の３次元形状を検査するよ
うにしたことを特徴とする３次元形状検査装置が提供さ
れる。

〔作　用］ 上述した構成によれば、画像メモリｌ内の高さデータに
対して高さヒストグラムを作成する際に、検査対象２の
計測位置毎に明るさの量（大小）に応じてそれぞれ対応
する高さヒストグラムの度数が増減されるようになって
いる。

従って、比較的暗い検査対象であっても、その中の比較
的明るい部分に対する高さデータの高さヒストグラムの
度数を大きくすることで、高さ計測のばらつきを小さく
抑制することができる。その結果、高さ判定回路６にお
ける演算精度の低下・を防止し、高さ計測精度を向上さ
せることが可能となる。これは、検査対象の３次元形状
の検査の高精度化に寄与するものである。

なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細につ
いては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施例
を用いて説明する。

〔実施例］ 第２図には本発明の一実施例の構成が一部模式的にブロ
ック図の形態で示される。なお、同図の構成は基本的に
は第９図（従来形）の構成と同様であり、対応する部分
は同じ参照符号で示されている。

まず、基本的な構成について説明する。

１１は複数のチップ部品が搭載されたプリント基板、す
なわち検査対象、１２は検査対象またはサンプル（後述
）を搭載するためのステージ、１３は光学系であって、
検査対象またはサンプルに光ビームを照射するための半
導体レーザ等の光源１４と、該光ビームをＸ軸方向に走
査するためのコリメートレンズや偏向ミラー（図示せず
）等と、反射された光を検出するためのＰＳＤ等の光検
出器１５とを含んでいる。光学系１３は、光検出器１５
上に入射された光の位置と強度に応じて、２種類の検出
信号ｉ４．１２を出力する。また、ステージ１２からは
、光ビームが検査対象１１またはサンプル１０上のどの
位置に照射されているかを指示する情報（Ｙ座標情報）
が出力される。１６は信号処理回路であって、２種類の
検出信号１１、ｉｚに基づき検査対象またはサンプルの
高さおよび明るさを演算し、その演算されたデータ（そ
れぞれＳｎ、Ｓｓとする）を光走査系のＸ座標とステー
ジ１２からのＹ座標情報に基づきそれぞれ高さ画像メモ
リ１７、明るさ画像メモリ１８の対応するメモリ領域に
格納する。

なお、信号処理回路１６において演算される検査対象ま
たはサンプルの高さＳＨおよび明るさＳ。

はそれぞれ、 Ｓｓ　＝　（ｉｔ　　ｉｔ）　／　（ｉ＋＋Ｌ）、Ｓ、
　＝ｉ、＋ｉ、。

で表される。

１９はヒストグラム作成回路であって、高さ画像メモリ
１７のメモリ領域上で１つのチップ部品の画像データを
含むように所定の大きさの記憶領域を設定しく具体的に
は第４図（ａ）に示されるようにチップ部品４１の周囲
に検査窓４０を切り出す）、該検査窓内の高さ画像デー
タに対して高さヒストグラムを作成し、それを高さヒス
トグラムメモリ２０に格納する。２１は高さ判定回路で
あって、高さヒストグラムメモリ２０の内容からチップ
面の高さと基板面の高さを求め、両者の差からチップ部
品自体の高さを算出して、その高さが所定の条件を満た
す高さであるか否かを指示する信号（高さ判定結果）Ｈ
を出力する。また、２２は以上の各回路の動作を制御す
るための制御部である。

次に、本実施例の特徴部の構成について説明する。

１０は検査対象１１の高さを判定する際に用いられる参
照データ（後述する重み付ヒストグラム）を作成するた
めのサンプルを示す。本実施例では検査対象１１の検査
に先立って予め、サンプル１０に対して高さデータおよ
び明るさデータを測定しておき、その測定されたデータ
はそれぞれ高さ画像メモリ１７、明るさ画像メモリ１８
の対応するメモリ領域に格納されている。

２３は高さばらつき測定回路であって、メモリ１７およ
び１８に格納されているサンプルのデータに基づき、第
５図に示されるような、明るさに対する高さ計測のばら
つきを測定する機能を有している。

なお第５図において、（ａ）は高さ計測のばらつきが大
きい場合を示し、これは、計測対象が暗い場合（光反射
率が比較的小さい場合）に相当している。逆に、（ｂ）
は高さ計測のばらつきが小さい場合を示し、これは、計
測対象が明るい場合（光反射率が比較的大きい場合）に
相当している。２４は高さばらつき測定回路２３におい
て測定された明るさおよび高さばらつきの相関関係（第
６図参照）を記憶しておくための明るさ／高さばらつき
変換メモリを示す。

ヒストグラム作成回路１９は適用型重み付ヒストグラム
作成部２５を有し、該適用型重み付ヒストグラム作成部
は、明るさ／高さばらつき変換メモリ２４内の相関関係
（第６図に示す関係）と明るさ画像メモリ１８内の明る
さデータを参照しながら対応の高さヒストグラムの度数
を増減する機能を有している。この場合、重み付高さヒ
ストグラムの作成は以下のようにして行われる。

■ヒストグラム作成回路１９は、第４図（ａ）に示され
るように、検査対象チップ４１の周囲に検査窓４０を切
り出す。

■ヒストグラム作成回路１９は、メモリ１７および１８
から検査窓４０内の高さデータＳ□（ｘ、ｙ）と対応の
明るさデータＳｙｒ　（ｘ、ｙ）とを１画素ずつ、例え
ば左上から、順に読出す。

■適用型重み付ヒストグラム作成部２５は、メモリ２４
内の相関関係（第６図に示す関係）とメモリ１８内の明
るさデータＳａ　（ｘ、ｙ）を参照しながら、以下の式
； ％式％ によって規定されるαの値を、高さヒストグラムメモリ
２０内の高さデータＳ　）ｌ　（ｘ、　ｙ）に相当する
配列内の計数値（度数）に加える。

ここで、Ｓは第６図においてサンプルの明るさデータＳ
ｓ　（ｘ、ｙ）に対する高さ計測ばらつきを示す。

高さ計測ばらつきＳは、第５図（ａ）および（ｂ）に示
したように、計測対象が暗いほど大きく、逆に計測対象
が明るいほど小さい。言い換えると、上述のαの値は、
計測対象が明るいほど相対的に大きくなり、逆に計測対
象が暗いほど相対的に小さくなる。

従って、計測対象として比較的暗い基板に対してその高
さ計測を行った場合、従来例では第１０図に示したよう
に高さ計測のばらつきが比較的大きく、それ故、高さ計
測精度が悪かったものでも、本実施例によれば、基板の
中の明るいシルク印刷の白線部分を活用し、その部分に
対応の高さデータに相応の重みαを付けて高さ判定を行
うようにしているので、従来形に比して高さ計測精度を
格段に向上させることができる。第８図には、本実施例
において作成された高さヒストグラムの一例が示される
。従来例（第１Ｏ図参照）の場合と比較すると、基板部
の高さ計測において、高さばらつきが小さく抑制されて
いることが分かるであろう。

このように本実施例では、検査対象の明るさを考慮した
重みを高さヒストグラムに付加し、それに基づいて高さ
判定（信号Ｈ）を行うことにより、基板上におけるチッ
プ部品の有無、欠け、浮き上がり等を検査し、ひいては
該チップ部品と基板を含む検査対象の３次元形状を高精
度に検査することができる。

次に、本発明の他の実施例について第３図を参照しなが
ら説明する。

本実施例の装置が第２図実施例の装置と構成上具なる点
は、■サンプル１０を用いていないこと、■高さばらつ
き測定回路２３および明るさ／高さばらつき変換メモリ
２４を不要にしていること、■適用型重み付ヒストグラ
ム作成部２５を有するヒストグラム作成回路１９の代わ
りに、重み付ヒストグラム作成部２５ａを有するヒスト
グラム作成回路１９ａを備えていること、である。

本実施例と第２図実施例との間の作用上の相違点は、前
述したαの値の決定の仕方にある。すなわち、第３図実
施例によれば、重み付ヒストグラム作成部２５ａは、明
るさ画像メモリ１８内の明るさデータのみを参照しなが
ら対応の高さヒストグラムの度数を増減する機能を有し
ている。この場合、重み付高さヒストグラムの作成は以
下のようにして行われる。

■ヒストグラム作成回路１９ａは、第４図（ａ）に示さ
れるように、検査対象チップ４１の周囲に検査窓４０を
切り出す。

■ヒストグラム作成回路１９ａは、メモリ１７および１
８から検査窓４０内の高さデータ５Ｎ（ｘ、ｙ）　と対
応の明るさデータＳｓ　（ｘ、ｙ）　とを１画素ずつ、
順に読出す（第７図（ａ）　、　（ｂ）参照）。

■重み付ヒストグラム作成部２５ａは、メモリ１８内の
明るさデータ５ｓ（ｘ、ｙ）のみを参照しながら、以下
の式； ％式％ によって規定されるαの値を、高さヒストグラムメモリ
２０内の高さデータＳ。（ｘ、ｙ）に相当する配列内の
計数値（度数）に加える。

ここで、ｉは明るさデータＳＲ（ｘ、ｙ）　、Ｃは定数
を示す。この場合１、検査対象１１の中で明るさが最小
となっている部分を基準（α＝１）にすると、定数Ｃは
、 Ｃ＝α／ｉ０、 ただし、１０は検査対象１１の中で明るさが最小となっ
ている部分の明るさデータ、で表される。

このように、本実施例も第２図実施例と同様に、検査対
象１１の計測位置毎に明るさの大小に応じて頻度を制御
しているので、検査対象の中の明るい部分に対応の高さ
データは、暗い部分に対応の高さデータに比して、より
大きな重みが付加されることになる。

例えば、第７図（ａ）〜（ｃ）を参照すると、最初の画
素については、高さデータの値ｒｌｏ」　（第７図（ａ
）参照）に対応する頻度、すなわちヒストグラムは、対
応の明るさデータの値ｒｌｏ」　（第７図（ｂ）参照）
を所定の値（この場合は１０）で除した値、すなわち「
１」で表される。次の画素については、高さデータの値
「１１」に対応するヒストグラムは、対応の明るさデー
タの値ｒ２００」を所定の値１０で除した値、つまり「
２０」となる。このようにして以下同様に、高さヒスト
グラムは作成される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、比較的暗い検査対
象であっても、その中の比較的明るい部分を積極的に活
用し、その部分に対応する高さヒストグラムの度数を大
きくすることにより、高さ計測のばらつきを小さく抑制
することができる。

これによって、検査対象の明るさの分布状態にかかわら
ずその高さの計測精度を向上させることが可能となり、
ひいては検査対象の３次元形状を高精度に検査すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３次元形状検査装置の原理ブロッ
ク図− 第２図は本発明の第１実施例の構成を一部模式的に示し
たブロック図、 第３図は本発明の第２実施例の構成を一部模式的に示し
たブロック図、 第４図（ａ）および（ｂ）は各実施例における検査対象
を含む画像データの一例を示す図で、（ａ）はパターン
図、（ｂ）は（ａ）を模式的に示した断面図、第５図（
ａ）および（ｂ）はそれぞれ明るさに対する高さの計測
ばらつきと頻度の関係を示す図、第６図は第１実施例に
おけるサンプルに対して計測された明るさと高さばらつ
きの関係を示す図、第７図（ａ）〜（ｃ）は第２実施例
における高さヒストグラム作成を説明するための図、 第８図は各実施例において作成された高さヒストグラム
の一例を示す図、 第９図は従来形の３次元形状検査装置の一構成例を一部
模式的に示したブロック図、 第１０図は従来形装置において作成された高さヒストグ
ラムの一例を示す図、 である。 （符号の説明） １・・・画像メモリ、　　２・・・検査対象、３・・・
光学系、 ４・・・信号処理回路、 ５・・・高さヒストグラム増減回路、 ６・・・高さ判定回路、 Ｓｏ・・・３次元形状指示信号、 Ｓ、・・・高さデータ、 Ｓ２・・・明るさデータ、　Ｓ３・・・高さ判定出力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像メモリ（１）と、 検査対象（２）の３次元形状を光学的に計測して該形状
   を指示する信号（Ｓ＿０）を出力する光学系（３）と、 該光学系からの信号を用いて前記検査対象の計測位置毎
   に高さデータ（Ｓ＿１）と明るさデータ（Ｓ＿２）を演
   算し、該演算されたデータを前記画像メモリ内の対応す
   る記憶領域に格納する信号処理回路（４）と、 前記画像メモリ内の高さデータに対して高さヒストグラ
   ムを作成する際に、前記検査対象の計測位置毎に明るさ
   の大小に応じて対応する高さヒストグラムの度数を増減
   する高さヒストグラム増減回路（５）と、 該増減された高さヒストグラムに基づき前記検査対象の
   高さを算出し、該算出された高さが所定の条件を満たす
   高さであるか否かを判定する高さ判定回路（６）とを具
   備し、 該高さ判定回路の出力（Ｓ＿３）に基づいて前記検査対
   象の３次元形状を検査するようにしたことを特徴とする
   ３次元形状検査装置。 ２、前記検査対象の検査に先立ち予めサンプル（１０）
   に対して測定された高さデータおよび明るさデータに基
   づき明るさに対する高さばらつきを測定する回路（２３
   ）と、該測定された明るさおよび高さばらつきの相関関
   係を記憶しているメモリ（２４）をさらに具備し、 前記高さヒストグラム増減回路は、該メモリ内の相関関
   係と前記画像メモリ内の明るさデータを参照しながら高
   さヒストグラムの度数を増減し、該増減は、次式； α＝１／ｓ、 ただし、ｓはサンプルの高さばらつき、 によって規定されるαの値を対応する高さヒストグラム
   の度数に加えることにより行われることを特徴とする請
   求項１に記載の装置。 ３、前記高さヒストグラム増減回路は、前記画像メモリ
   内の明るさデータを参照しながら高さヒストグラムの度
   数を増減し、該増減は、次式；α＝Ｃ×ｉ、 ただし、Ｃは定数、ｉは明るさ、 によって規定されるαの値を対応する高さヒストグラム
   の度数に加えることにより行われることを特徴とする請
   求項１に記載の装置。