JPH03231105A

JPH03231105A - 外観検査方法及びその装置

Info

Publication number: JPH03231105A
Application number: JP2601690A
Authority: JP
Inventors: Minoru Noguchi; 稔野口; Yasuo Nakagawa; 中川　泰夫; Toshimitsu Hamada; 浜田　利満; Satoshi Fushimi; 智伏見; Kyozo Ishii; 石井　恭三; Tsuneo Hayashi; 恒男林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1991-10-15
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JP3251276B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、プリント基板等のはんだ付部を検査するはん
だ付部の外観検査方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のはんだ付部の外観検査装置としては、特開昭５８
−６０５９３号公報等に示すようなものが知られていた
。この方法ははんだ付部に点状のスポットを照明し、こ
のスポットを走査することによりはんだ付部の光切断線
を抽出するものである。

この方法により、はんだ表面の状態に係らず、はんだの
断面形状を計測できるのではんだ無し。

はんだ過多等の不良を検査することができる。

また、特開昭６１−１２１０２２号公報には。

共焦点の光学系を用いて、立体形状を測定できる装置が
紹介されている。この方法は、光束を進行方向に垂直な
平面内でｘｙ力方向走査して検出した光強度信号から２
次元のイメージを作成し、更にＺ方向には、試料を載置
したステージを走査し、各（ｘ、ｙ）座標毎に検出した
光強度を最大とするＺの値を求め、これにより、２方向
のプロファイルを検出するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

前者の従来技術では、はんだ面の断面形状のみ利用して
いるため、はんだ量の計測ができず、はんだ過多、過少
の評価を正確にできないという課題を有していた。

また後者の従来技術は、共焦点光学系が高分解能である
ことを利用した顕微鏡であるため、測定範囲が小さいと
いう課題を有していた。またはんだ表面は鏡面に近いた
め、測定面の角度によって反射光が検出器に戻ってこな
くなり、また角度によってはほぼ１００％検出器に戻っ
てくる。従って検出器に何桁ものダイナミックレンジが
必要となるという課題を有していた。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、はんだ付部の
立体形状を求め、はんだ無し、はんだ過多・過少、はん
だ付部のショート等の欠陥を高速度で、且つ高信頼度で
もって検査できるようにしたはんだ付部の外観検査方法
及びその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、はんだ付部を有
する基板をステージ上に載置し、直線偏光の微小スポッ
ト光（直線偏光の微小スポットレーザ光）を上記はんだ
付部に対して２次元的に走査しながら対物レンズを通し
て照射し、上記はんだ付部の表面から反射した光の内、
対物レンズを通して結像される正反射光の像を偏光素子
により遮光して散乱光の像を光電変換手段により受光し
て信号として検出し、上記微小スポット光を相対的に高
さ方向に移動させて上記信号が最大となる高さの値Ｚ　
（ｘ、ｙ）を２次元的な座標（ｘ、ｙ）に対して求め、
この求められた高さの値Ｚ（ｘ、ｙ）から上記はんだ付
部について検査することを特徴とする。

即ち本発明は、検査対象であるはんだ面は鏡面に近いも
のの、表面には０．０１μｍ”０．５μｍ程度の微小な
凹凸が存在することに着目し、はんだ表面に直線偏光（
レーザ）光を照射し、検出側に該入射光と同じ方向の偏
光光を遮光する偏光フィルタを設置し、はんだ表面から
発生する正反射光を遮光し、微小な凹凸から生じる散乱
光を選択的に検出してはんだの立体形状を測定するよう
にしたことにある。

また、本発明は、はんだ付部を有する基板をステージ上
に載置し、微小スポットのレーザ光を上記はんだ付部に
対して２次元的に走査しながら対物レンズを通して照射
し、上記はんだ付部の表面から反射した光の内、対物レ
ンズを通して結像される正反射光の像を空間フィルタに
より遮光して散乱光の像を光電変換手段により受光して
信号として検出し、上記微小スポットレーザ光を相対的
に高さ方向に移動させて上記信号が最大となる高さの値
Ｚ（ｘ，ｙ）を２次元的な座標（ｘ、ｙ）に対して求め
、この求められた高さの値Ｚ　（ｘ、ｙ）から上記はん
だ付部について検査することを特徴とする。

また、本発明は、鏡面に近いはんだ表面の立体形状を測
定することができるように、共焦点光学系を用いた光走
査形顕微鏡のＮ、Ａ、を限定した（Ｎ、Ａ、が０．２以
下）対物レンズを用い、更に２方向に走査して光の集光
位置を変えることができる構成にしたことにある。

〔作用〕

ところで、はんだ試料１４のように表面に微小凹凸があ
り、はんだ試料表面から散乱反射された散乱反射光には
直線偏光（Ｓ偏光）の１０〜２０％の成分が９０”回転
した方向の偏光成分（Ｐ偏光）に変換されている。また
はんだ試料１４の表面に微小な凹凸があるため、入射方
向に対して＝１８０°の方向まで散乱する光が存在する
。本発明では、低Ｎ、Ａ、の対物レンズを用いて偏光を
利用することにより、正反射光が検出系に入る場合と入
らない場合との両方の光を同時に検出するために検出系
が必要とするダイナミックレンジを３〜４桁減らすこと
ができる。従って、２方向に走査した場合のはんだ試料
の表面が鏡面に近い状態でもはんだ試料から検出される
光の強度を強めることができ、センサから得られる信号
のピーク位置を検査手段は正しく求めることができ、そ
の結果はんだ試料の表面の３次元形状を正しく算出する
ことができる。

また、正反射光の遮光を、偏光素子によらなくても空間
フィルタによっても実現することができる。

またはんだ試料の表面形状を検出する際、はんだ試料の
表面の微小な凹凸から生じる散乱光強度を高くして正反
射光の成分を低くするためには。

照明光の波長を可視光（７００〜４００ｎｍ）を含め可
視光より短くした方（７００ｎｍ以下）が望ましい。

〔実施例〕以下１本発明のはんだ付外観検査方法及びその装置の一
実施例を第１図及び第２図に基いて説明する。即ち、本
発明のはんだ付外観検査方法及びその装置は、大別して
ステージ部１０．走査光作成部３０、光学系部５０、検
出部７０．及び検出信号処理部９ｏから構成される。ス
テージ１０は、立体形状のはんだ付部を有する試料１４
を載置支持する試料支持台１１．該試料支持台１１を載
置し、且つｘ、ｙ、ｚ方向に移動するＸ−Ｙ−Ｚステー
ジ１２、及びｘ−ｙ−ｚステージ１２を制御するｘ−ｙ
−ｚステージコントローラ１３から構成される。ｘ−ｙ
−ｚステージコントローラ１３は、検出信号処理部９０
内のマイクロコンピュータ９１からの信号によって、予
めプログラムされた試料１４の検査箇所を光学系部５０
の検査可能エリアに自動的に運ぶ（位置決めする）。走
査光作成部３ｏは１例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光１ｆｉ３
１゜ビームエキスパンダ３２、Ｘ走査駆動系（ｘ，走査
訃動源及びその制御装置ｔり３６−　Ｘ走査ミラー３３
、偏光ビームスプリッタ３４．Ｙ走査駆動系（Ｙ走査駐
動源及びその制御装！り３７．Ｙ走査ミラー３５より構
成される。ここで例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源３１は、
この他にＡｒレーザ光源やＨｅ　−Ｃｄレーザ光源等の
ように短波長のレーザ光を８力するものが望ましい。即
ちレーザ光源３１として、可視光（７００〜４００ｎｍ
）を含め可視光より短くした波長（７００ｎｍ以下）の
レーザ光を出射するものが望ましい、しかしながら、本
発明のようにはんだ付部の立体形状を検査する上では、
Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザ光（６３３ｎｍ）でも十分である
。またビームエキスパンダ３２は、光学系部５０に特定
の拡がりをもった光束を送るためのものである。この光
束の拡がりは、本発明の思想の核になっている入射光の
Ｎ、Ａ、　（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ）
を決定するものである。Ｘ走査駆動系３６、Ｙ走査駆動
系３７、Ｘ走査ミラー３３゜Ｙ走査ミラー３５は、ここ
ではガルバノミラ−を用いているが、必ずしもガルバノ
ミラ−である必要はなく、ポリゴンミラー、ホログラフ
ィックスキャナー、音響光学素子等の他の光走査手段で
あってもよい。また走査範囲を大きくして視野を大きく
するために、Ｙ走査ミラー３５をＸ方向に長いものを用
いている。これも他の走査方向により短くすることが可
能である。また第２図に示したように、走査ミラー３８
をＸ走査駆動系３６で回転走査し、更にこの系をＹ走査
駆動系３７で回転走査する構成でもよい、この方法は、
Ｘ走査駆動系３６の高い再現精度が要求される。逆に言
うと。

第１図に示した方法は、ＣＣＤリニアセンサによリＸ座
標が決まるため、Ｘ走査駆動系３６に、高い再現精度が
要求されないという利点を有する。

光学系部５０は、集光レンズ５１、フィールドレンズ５
２、対物レンズ５３、Ｚ方向走査レンズ５４、及び２方
向走査レンズ５４をＺ方向に移動走査させるＺ方向走査
駆動系５５により構成される。

走査光作成部３ｏによりＸ、Ｙ方向に走査された光は、
集光レンズ５１によりフィールドレンズ５２上に集光さ
れる。この像が、対物レンズ５３及び２方向走査レンズ
５４により、はんだ試料１４付近に結像される。

ここで、対物レンズ５３と２方向走査レンズ５４の間の
光束は、平行光束となるように設計されている。これに
より、Ｚ方向走査レンズ５４から試料付近の集光点まで
の距離りは常に一定に保たれている。即ち、２方向走査
レンズ５４をＺ方向に走査することにより、はんだ試料
１４と集光点とのＺ方向の相対位置を走査（移動）する
ことができる。

しかしながら、Ｚ方向の走査は、必ずしもこのＺ方向走
査レンズ５４を用いる必要はなく、対物レンズ５３とＺ
方向走査レンズ５４を一つのレンズとして固定してしま
い、Ｚ方向の走査（移動）は、ｘ−ｙ−ｚステージ１２
のＺステージを用いても良い。

上記集光レンズ５１及びフィールドレンズ５２は、必要
な観察視野を得るためのものである。しかし、視野を十
分数れるのであれば、集光レンズ５１及びフィールドレ
ンズ５２を用いずに、直接対物レンズ５３に入射させて
もよいことは明らかである。

検出部７０は、結像レンズ７１、−次元リニアセンサ７
２より構成される。ここで、結像レンズ７１は、Ｚ方向
走査レンズ５４、対物レンズ５３、フィールドレンズ５
２．集光レンズ５１と組み合わされ、試料付近の集光位
置と検出器（−次元リニアセンサ）７２の受光面とは共
役な関係、即ち結像関係になっている。即ち上記光学系
は共焦点光学系を形成している。そして−次元リニアセ
ンサ７２は、Ｘ走査ミラー３３の走査に合わせた向きに
配置されている。ところで、第２図に示すように、Ｘ走
査ミラー３５を同一の走査ミラー３８で行う場合には、
−次元リニアセンサ７２に代えてピンホール７３と検出
！ｊ！７４を用いる。

更に、上記偏光ビームスプリッタ３４により、はんだ試
料１４から戻ってくる光と、偏光ビームスプリッタ３４
で反射して一次元リニアセンサ７２に入る光との干渉を
抑える効果を有する。

検出信号処理部９ｏは、マイクロコンピュータ９１、通
常のメモリ等で形成された検出信号記憶手段９２．比較
器９３、及びＺ座標記憶手段７４等から構成される。

上記検出信号記憶手段９２は、光束のＸ、Ｙ走査に合わ
せて、それぞれのｘ、ｙの座標に対応して一次元リニア
センサ７２より検出される信号の値を記憶すると共に比
較器９３から出力される値に更新して記憶するフレーム
メモリである。上記比較器９３は、Ｚ方向の走査（移動
）のたびに各ＸｅＹ座標毎に、−次元リニアセンサ７２
より検出されるそれぞれの検出信号と、上記検出信号記
憶手段９２に記憶された同じＸ＋３’座標に対応した信
号の値とを比較し、大きい方の値を出力し、上記検出信
号記憶手段９２の値を書き換えると同時にそのときのＺ
（ｘ、ｙ）座標をＺ座標記憶手段９４に出力する。これ
により、検出信号が最大となるＺ（ｘ、ｙ）座標が、そ
れぞれのＸｔ’ｊ座標毎に、上記Ｚ座標記憶手段９４に
記憶される。従って、該２座標記憶手段９４に−Ｘｔ’
／座標毎、記憶されたＺ（ｘ、ｙ）座標は、そのままは
んだ試料１４の３次元プロファイルを示すことになる。

そこで、予めプログラムされたＸ、Ｙ座標の位置のＺ（
ｘ、ｙ）座標を次式のように、積分すれば、それが体積
Ｖ、即ちはんだ付部のはんだ量になる。

Ｖ　＝　ｆＪ　Ｚ　（ｘ、ｙ）ｄｘｄｙ以上本発明は、
はんだ付部の表面に微小な凹凸があることを利用してい
る。そのため、この微小な凹凸が多い方が、高い精度で
検査をすることができる。そこで、はんだ付けの処理直
後に、酸素ガスを送り、はんだ付は表面を酸化させ、酸
化膜による表面の凹凸を増してはんだ検査をしやすくす
ることができる。このようにはんだ表面を酸化させるこ
とによって微小な凹凸が増してはんだ表面が鏡面状態か
らくすんできて散乱光が生じやすくなる。

また、はんだの表面の酸化を促進させる方法として、上
記はんだに酸化剤を混入させる方法がある。このように
はんだに酸化剤を混入させることによってはんだ表面を
酸化しやすくして微小な凹凸を形成し、散乱光を生じや
すくすることができる。

次に上記実施例の作用・動作について具体的に説明する
。即ち、はんだ試料１４をステージ部１０に載置する。

この際、予め設計データ等に基いて作成され、且つ入力
されたプログラムによりマイクロコンピュータ９１は指
令をＸ−Ｙ−Ｚステージコントローラ１３に与え、ｘ−
ｙ−ｚステージコントローラ１３はステージ１０を制御
してはんだ試料１４をプログラムされたＸ＋’／ｌ　ｚ
位置（各はんだ試料１４毎の位置）に動かす、そしてマ
イクロコンピュータ９１は駆動指令をＸ走査駆動系３６
とＸ走査駆動系３７とに与え、Ｘ走査駆動系３６はＸ走
査ミラー３３を回動させ、Ｘ走査駆動系３７はＹ走査ミ
ラー３５を回動させる。−方例えばＨｅ　−Ｎ　ｅレー
ザ光源３１から発振されたＨｅ−Ｎｅレーザビームは、
ビームエキスパンダ３２で特定の拡がりをもった光束（
ビーム）に変換されてＸ走査ミラー３３でＸ方向に走査
され、特定方向に直線偏光したレーザビームだけが偏光
ビームスプリッタ３４を通過してＹ走査ミラー３５でＹ
方向に走査され、光学系部５０に入射する。

入射された直線偏光（例えばＳ偏光）されたレーザビー
ムが集光レンズ５１により゛フィールドレンズ５２上に
集光され、この像が対物レンズ５３及び２方向走査（移
動）レンズ５４によりはんだ試料１４付近に結像される
。ここで、対物レンズ５３とＺ方向走査（移動）レンズ
５４との間の直線偏光レーザ光束（ビーム）は、平行光
束になるように形成されているので、２方向走査（移動
）レンズ５４からはんだ試料１４上の集光点までの距離
しは常に一定に保たれている。そしてはんだ試料１４の
表面から発生する正反射光と散乱反射光とが生じる。し
かし、正反射光は上記照射集光された直線偏光（例えば
Ｓ偏光）として戻っていき。

散乱反射光は上記直線偏光成分（例えばＳ偏光）と該直
線偏光に対して直角な偏光成分（例えばＰ偏光）を有し
て戻っていく。従って、はんだ試料の表面で反射して戻
る光の像はフィールドレンズ５２上に結像され、集光レ
ンズ５１を通してＹ走査ミラー３５で反射走査され、偏
光ビームスプリンタ３４により正反射光であるＳ偏光は
遮光され、散乱反射光に含まれるＰ偏光のみが反射され
て検出部７０に入射し、結像レンズ７１により一次元リ
ニアセンサ７２上に結像され、−次元リニアセンサ７２
により光像が受光され、−次元リニアセンサ７２から信
号が検出される。

はんだ試料１４からの反射光を検出し、検出信号記憶手
段９２に記憶する。

更に、２方向走査駆動系５５により、集光点をＺ方向に
１ステツプ走査し、上記のＸ、Ｙ走査をする。このとき
、検出信号と、既に記憶されている検出信号とを比較器
９３により比較し、大きな方の値を検出信号記憶手段９
２に記憶し、同時にその時の２の値Ｚ（ｘ＋ｙ）をＺ座
標記憶手段９４に記憶する。

以下、この動作を２を１ステツプずつ走査しながら繰り
返す。こうして作られた３次元形状から所定欠陥のはん
だ量を積分により算出する。

上記走査光作成部３０及び光学系部５ｏに形成された共
焦点光学系を用いた光走査形顕微鏡部は、照明光束の開
口数（Ｎ、Ａ、：ＮｕｍｅｒｉｃａＩ　　Ａｐｅｒｔｕ
ｒｅ）によって焦点深度が決定される。焦点位置からは
んだ試料面が正負のいずれの方向でも遠ざかった場合に
は、検出信号が弱くなる。従って、はんだ試料１４と光
焦点位置を相対的にＺ方向に走査（移動）して検出信号
が最大となる位置のＺ座標を検出信号処理部９０におい
て検出すれば、はんだの表面の２座ｌ１ｚ（ｘ、ｙ）と
なる０本発明のようにはんだ材部の検査では、Ｘｙｙ方
向に１０μｍ程度２方向に、数μｍ程度の分解能があれ
ば良く、また検査対象の大きさから数ｍ〜数Ｌｏｉｎ程
度の視野が必要となる。

この視野と分解能を得るために、対物レンズ５３として
顕微鏡用の対物レンズではなく、フィルム転写用のレン
ズを用いている。具体的には、例えば波長λ＝６３３　
ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用い５対物レンズ５３として
Ｎ、Ａ、＝０．１５のレンズを用いた場合の焦点深度Δ
Ｚは次の式（１）で算出できる。

ΔＺ＝０．５Ｘ（λハ、Ａ、）２：８．９（ｕ＋）　　
　（１）次に、はんだ表面が鏡面に近いために、正反射
光が検出器に入ってくる場合と、入って来ない場合で、
何桁ものダイナミックレンジが必要になるという課題を
解決するための、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザ光源３１．ビー
ムエキスパンダ３２、及び偏光ビームスプリッタ３４か
らなる偏光照明と、２方向走査レンズ５４．対物レンズ
５３．フィールドレンズ５２、集光レンズ５１、偏光ビ
ームスプリッタ３４．結像レンズ７１．及び−次元リニ
アセンサ７２よりなる偏光検出系との作用について説明
する。即ち、照明された表面が理想的な鏡面の場合、そ
の反射光は入射・射出角度と、材料の屈折率により決定
される方向に偏光して反射する。

これの偏光角を、上記の例について計算してみる。入射
角θｉ、入射面と入射光束の偏光面のなす角をαｉ、は
んだの屈折率をｎｓとしたとき、反射光束の偏光面と入
射面とのなす角α。は以下の（２）式で算出できる。

Ｓ　＝　ｓｉｎ　ａ　ｉ・（−ｓｉｎ　（θｉ−θｉ’
）／５ｉｎ（θｉ＋θ１ｌ）ｐ　＝ｃｏｓ　ａ　ｉ＋（
ｔａｎ（θｉ−θｉ’）／１ａｎ（θｉ＋θ１ｊ）ｎ　
ｓｉｎθｉ’　＝　ｓｉｎθ１ｔａｎαｏ　”　Ｓ　／　ｐ・　・　・　・　（２）そこで対物レンズ５３がＮ、Ａ、＝０．１５の場合、正
反射光がレンズ内に戻ってくるθｊの最大値は８．６°
である。このときはんだの屈折率を４．０として α。−αｉは、αｊ＝４５°のとき最大となり、α。−
αｉ＝０．３２”となる。この角度変化は、以下の式（
３）に示される成分だけ偏光が乱される。

５ｉｎ（α。−αｉ）＃０．００５５　・　・　・　・
　（３）即ち、偏光が乱される成分ははずか０．５％で
ある。この事実に着目すると、検出光学系側に偏光フィ
ルタ３４を設置すると、正反射光の９９゜５％まで遮光
することができる。ここで、式（２）において、θｉが
例えば６０’の場合。

α。−α１＝２０＠ｓｉｎ　（α０−α１）＝０．３４となり、偏光フィルタを入れても、正反射光の６６％し
か遮光できないことを考えると、本発明が照明光学系の
Ｎ、Ａ、も考慮に入れた特殊な条件（上記の関係から対
物レンズ５３として視野を拡大して対物レンズ５３のＮ
、Ａ、を０．２程度以下にした。）のときに成立するも
のであることがわかる。即ち、はんだ試料１４のように
表面に微小凹凸があり、実験によるとはんだ試料表面か
ら散乱反射された散乱反射光には直線偏光（Ｓ偏光）の
１０〜２０％の成分が９０”回転した方向の偏光成分（
Ｐ偏光）に変換されている。またはんだ試料１４の表面
に微小な凹凸があるため、入射方向に対して一１８０°
の方向まで散乱する光が存在する。（Ｅ、１ｌｏｌｆ他
：Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　０ｐｔｉｃｓ　ｐｐ９
５０−９６２参照）以上前記実施例のように、偏光を利用した場合、はんだ
試料１４の表面で反射した正反射光が検出部７０に入る
場合と入らない場合とのダイナミックレンジを３〜４桁
減らすことができる。従って、２方向に走査した場合の
はんだ試料１４の表面から検出される光の強度を強める
ことができ、センサ７２から得られる信号のピーク位置
を比較手段９３は正しく求めることができ、その結果メ
モリ９４ははんだ試料１４の表面の３次元形状を正しく
算出することができる。

またはんだ試料１４の表面形状を検出する際、はんだ試
料１４の表面の微小な凹凸から生じる散乱光強度を高く
して正反射光の成分を低くするためには、照明光の波長
を短く（可視光より波長を短＜７００ｎｍ以下）して散
乱光強度を高くした方が望ましい、これは前記式（２）
及び（ＥＪｏｌｆ他：Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　０
ｐｔｉｃｓ　ｐｐ９５０−９６２）から明らかである。

次に前記のようにして検出されたはんだ試料１４の３次
元形状から、はんだ検査をするアルゴリズムの１例を第
５図乃至第７図を用いて説明する。

第５図ははんだ試料１４の斜視図である。正常部１２１
、はんだ少量部１２２、はんだ多量部１２３、はんだ不
良部１２４が存在する。第６図は第５図の側面図である
。ウィンドウ１２５．１２６．１２７．１２８及び切り
出し線１２９，１３０．１３１，１３２を重ねて示しで
ある。第７図（ａ）は正常部１２１の断面図、同図（ｂ
）ははんだ少量部１２２の断面図、同図（ｃ）ははんだ
多量部１２３の断面図、同図（ｄ）ははんだ不良部１２
４の断面図である。また、第８図は切り呂し線１２９．
１３０．１３１．１３２部の本発明による検出結果であ
る。第９図は第８図の微分値である。これは閾値１３３
により良否を判定することができる。

第５図に示したはんだ試料１４を検査する場合を考える
。マイクロコンピュータ９１には、予めプリント基板の
設計データから検査すべきはんだ付部の位置がプログラ
ムされている。

このプログラムに従って、メモリ９４上に生成された３
次元形状の所定の位置に、ウィンド１２５〜１２８を設
けて、ウィンド内の体積をｚｍｚ（ｘ、ｙ）を積分する
ことによって算出する。

この値が所定の範囲にあれば、良品とする。更にウィン
ド内の切り出し線１２９〜１３２の形状を求めて、その
微分値が第８図（ｂ）、（ｃ）。

（ｄ）のように不連続に変わっている場合を不良とし、
同図（ａ）に示すように、滑らかに変化している場合を
良品とする。

第３図に本発明の第３の実施例を示す。第１の実施例は
正反射光を偏光板により遮光したのに対し、第３の実施
例は正反射光を積極的に取り込んでいる。即ち第３図に
示したように１球面ミラー５６をその中心が集光点５７
に一致するように設定し、はんだ試料１４の表面上の対
物レンズ５８による集光点５７から対物レンズ５８に入
射しない方向に射出した光束を球面ミラー５６で集光点
５７に向かって反射させて対物レンズ５８の視野内に戻
す構成とした。この構成により、はんだ試料１４の表面
の向きに対するダイナミックレンジを緩和した。即ち、
はんだ試料１４の表面の向きに影響されることなく、乱
反射した光の殆ど全てが対物レンズ５８の視野内に入り
込み、はんだ試料表面の３次元形状を高感度で検出する
ことができる。ここで集光点５７は、固定してはんだ試
料１４を有する配線基板をした試料支持台１１をＸ・Ｙ
−Ｚステージ１２を駆動制御して走査（移動）させる必
要がある。従ってＸ走査駆動ｒｆＸ３６、Ｙ走査駆動系
３７．Ｚ走査駆動系５５を省くことができる。また対物
レンズ５３とＺ方向走査レンズ５４は１合せて対物レン
ズ５８とすることができる。この方法は、はんだ試料１
４を有する配線基板を載せた試料支持台１１をｘ−ｙ−
ｚステージ１２を駆動制御して走査するため、このｘ−
Ｙ・２ステージ１２として大きく、且つ高精度のものが
要求される。

第４図に本発明の第４の実施例を示す。即ち、第４の実
施例は、第１及び第２の実施例に示す偏光素子（偏光ビ
ームスプリンタ３４）の代わりに正反射光を空間フィル
タ５９によって遮光するものである。これにより、はん
だ試料表面上の集光点からの散乱反射光の像がセンサ（
検出器）７４によって検出され、第１図及び第２図に示
した装置と同様な作用効果を有する。即ち例えばＨｅ−
Ｎｅレーザ光源３１より射出したレーザ光は、ビームエ
キスパンダ３２によりビーム径が拡大されて対物レンズ
５３とＺ方向走査レンズ５４との間に設置されたミラー
（空間フィルタの役目もする。

）５９により反射して、Ｚ走査駆動系５５で走査駆動さ
れるＺ方向走査レンズ５４を介してはんだ試料１４の表
面上に集光する。ここで、Ｈｅ−Ｎｅレーザ３１、ビー
ムエキスパンダ３２．ミラー５９、対物レンズ５３．及
びＺ方向走査レンズ５４を２次元的（ｘ，方向、及びＹ
方向）に固定した場合、ｘ−ｙ−ｚステージ１２をＸ方
向、及びＹ方向に走査しても良いことは明らかである。

また、検出系７０は、第２図に示す実施例と同様に、ピ
ンホール７３、及びセンサ７４を用いている。このセン
サ７４は一次元リニアセンサである必要もないことは明
らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基板上のはんだ付部の外観検査におい
て、低Ｎ、Ａ、の対物レンズを用いた共焦点光学系を有
する顕微鏡で、正反射光を偏光素子または空間フィルタ
により遮光して鏡面に近いはんだ試料表面の立体形状を
計測するようにしたので、はんだ量を算出でき、信頼性
の高く、且つ高速度ではんだ付部について検査すること
ができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のはんだ付部の外観検査装置の一実施例
を示した構成図、第２図は本発明のはんだ付部の外観検
査装置の第２の実施例を示した構成図、第３図は本発明
のはんだ付部の外観検査装置の第３の実施例を示した構
成図、第４図は本発明のはんだ付部の外観検査装置の第
３の実施例を示した構成図、第５図は本発明に係るはん
だ試料を示した斜視図、第６図は第５図の平面図、第７
図は本発明に係るはんだ試料を示した側面図、第８図は
第７図に示すはんだ試料を本発明により算出された形状
信号波形を示す図、第９図は第８図に示す形状信号を微
分して得られる微分信号波形を示す図である。１０・・・ステージ部　　　１１・・・試料支持台１２
−Ｘ　−Ｙ　−Ｚステージ　ｌ　３−Ｘ　−Ｙ　−ＺＸ
チーシコントローラ１４・・はんだ試料　　　３０・・・走査光作成部３１
・・レーザ光源　　　３２・・・ビームエキスパンダ３
３・・・Ｘ走査ミラー　　３４・・・偏光ビームスプリ
ッタ３５・・・Ｙ走査ミラー　　５０・・・光学系部５１・
集光レンズ　　　５２・・・フィールドレンズ５３・・
・対物レンズ　　　５４・・・２方向走査レンズ７ｏ・
・検出部　　　　　７１・・・結像レンズ７２・・・−
次元リニアセンサ９０・・・検出信号処理部　９１・・・マイクロコンビ
ュータ享２ｒ力第聞Ｇり第（ｂ）乙（Ｃ）（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

１．はんだ付部を有する基板をステージ上に載置し、直
線偏光の微小スポット光を上記はんだ付部に対して２次
元的に走査しながら対物レンズを通して照射し、上記は
んだ付部の表面から反射した光の内、対物レンズを通し
て結像される正反射光の像を偏光素子により遮光して散
乱光の像を光電変換手段により受光して信号として検出
し、上記微小スポット光を相対的に高さ方向に移動させ
て上記信号が最大となる高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）を２次元
的な座標（ｘ，ｙ）に対して求め、この求められた高さ
の値Ｚ（ｘ，ｙ）から上記はんだ付部について検査する
ことを特徴とするはんだ付部の外観検査方法。
２．上記対物レンズのＮ．Ａ．を０．２以下にしたこと
を特徴とする請求項１記載のはんだ付部の外観検査方法
。
３．更に球面反射鏡により上記はんだ付部の表面から反
射した光の内、上記対物レンズの視野より拡がった光を
上記照射集光点に反射させることを特徴とする請求項１
記載のはんだ付部の外観検査方法。
４．上記照射光は可視光より波長を短くしたレーザ光で
あることを特徴とする請求項１記載のはんだ付部の外観
検査方法。
５．はんだ付部を有する基板をステージ上に載置し、微
小スポットのレーザ光を上記はんだ付部に対して２次元
的に走査しながら対物レンズを通して照射し、上記はん
だ付部の表面から反射した光の内、対物レンズを通して
結像される正反射光の像を空間フィルタにより遮光して
散乱光の像を光電変換手段により受光して信号として検
出し、上記微小スポットレーザ光を相対的に高さ方向に
移動させて上記信号が最大となる高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）
を２次元的な座標（ｘ，ｙ）に対して求め、この求めら
れた高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）から上記はんだ付部について
検査することを特徴とするはんだ付部の外観検査方法。
６．上記対物レンズのＮ．Ａ．を０．２以下にしたこと
を特徴とする請求項５記載のはんだ付部の外観検査方法
。
７．更に球面反射鏡により上記はんだ付部の表面から反
射した光の内、上記対物レンズの視野より拡がった光を
上記照射集光点に反射させることを特徴とする請求項５
記載のはんだ付部の外観検査方法。
８．上記照射光は可視光より波長を短くしたレーザ光で
あることを特徴とする請求項５記載のはんだ付部の外観
検査方法。
９．はんだ付部を有する基板を載置して位置決めするス
テージと、直線偏光の微小スポット光を上記はんだ付部
に対して２次元的に走査しながら対物レンズを通して照
射する照射手段と、上記はんだ付部の表面から反射した
光の内、対物レンズを通して結像される正反射光像を偏
光素子により遮光して散乱光像を光電変換手段により受
光して信号として検出する検出手段と、上記微小スポッ
ト光を相対的に高さ方向に移動させる移動手段と、該移
動手段によって微小スポット光を相対的に高さ方向に移
動させて上記検出手段から検出される信号が最大となる
高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）を２次元的な座標（ｘ，ｙ）に対
して求める高さ検出手段と、該高さ検出手段によって求
められた高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）から上記はんだ付部につ
いて検査する検査手段とを備えたことを特徴とするはん
だ付部の外観検査装置。
１０．上記照射手段及び検出手段の対物レンズのＮ．Ａ
．を０．２以下にして形成したことを特徴とする請求項
９記載のはんだ付部の外観検査装置。
１１．更に上記はんだ付部の表面から反射した光の内、
上記対物レンズの視野より拡がった光を上記照射集光点
に反射させる球面反射鏡を備えたことを特徴とする請求
項９記載のはんだ付部の外観検査装置。
１２．上記照射手段として、上記照射光を可視光より波
長を短くしたレーザ光で形成したことを特徴とする請求
項９記載のはんだ付部の外観検査装置。
１３．上記検査手段として、設計データに基いてウイン
ドを設定し、該ウインド内について検査するように構成
したことを特徴とする請求項９記載のはんだ付部の外観
検査装置。
１４．はんだ付部を有する基板を載置して位置決めする
ステージと、微小スポットレーザ光を上記はんだ付部に
対して２次元的に走査しながら対物レンズを通して照射
する照射手段と、上記はんだ付部の表面から反射した光
の内、対物レンズを通して正反射光像を空間フィルタに
より遮光して散乱光像を光電変換手段により受光して信
号として検出する検出手段と、上記微小スポットレーザ
光を相対的に高さ方向に移動させる移動手段と、該移動
手段によって微小スポットレーザ光を相対的に高さ方向
に移動させて上記検出手段から検出される信号が最大と
なる高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）を２次元的な座標（ｘ，ｙ）
に対して求める高さ検出手段と、該高さ検出手段によっ
て求められた高さの値Ｚ（ｘ，ｙ）から上記はんだ付部
について検査する検査手段とを備えたことを特徴とする
はんだ付部の外観検査装置。
１５．上記照射手段及び検出手段の対物レンズのＮ．Ａ
．を０．２以下にして形成したことを特徴とする請求項
１４記載のはんだ付部の外観検査装置。
１６．更に上記はんだ付部の表面から反射した光の内、
上記対物レンズの視野より拡がった光を上記照射集光点
に反射させる球面反射鏡を備えたことを特徴とする請求
項１４記載のはんだ付部の外観検査装置。
１７．上記照射手段として、上記照射光を可視光より波
長を短くしたレーザ光で形成したことを特徴とする請求
項１４記載のはんだ付部の外観検査装置。
１８．上記検査手段として、設計データに基いてウイン
ドを設定し、該ウインド内について検査するように構成
したことを特徴とする請求項１４記載のはんだ付部の外
観検査装置。