外観検査方法及び外観検査装置
【課題】 被検査物の分布形状及び位置を特定可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供する。
【解決手段】 基板上のペーストを画像として撮影し、第１の画像データを得る工程（Ｓ１１）、基板の重心位置を算出する工程（Ｓ１２）、ノイズ除去（Ｓ１３）、第１の画像データを２値化する工程（Ｓ１４）、２値化された第２の画像データの塊の面積、最大及び最小のフィレ径、及び重心を算出する工程（Ｓ１５）、面積最大の塊を抽出（Ｓ１６）、この塊が第１の基準値に適合するかを判定する工程（Ｓ１７）、この塊のフィレ径比が第２の基準値に適合するかを判定する工程（Ｓ１８）、最大の塊の重心位置を算出する工程（Ｓ１９）、最大の塊の重心位置と基板の重心位置との距離が第３の基準値に適合するかを判定する工程（Ｓ２０）、及び最大の塊の重心位置を後続の工程に送出する工程（Ｓ２１）とを備えている。
【解決手段】 基板上のペーストを画像として撮影し、第１の画像データを得る工程（Ｓ１１）、基板の重心位置を算出する工程（Ｓ１２）、ノイズ除去（Ｓ１３）、第１の画像データを２値化する工程（Ｓ１４）、２値化された第２の画像データの塊の面積、最大及び最小のフィレ径、及び重心を算出する工程（Ｓ１５）、面積最大の塊を抽出（Ｓ１６）、この塊が第１の基準値に適合するかを判定する工程（Ｓ１７）、この塊のフィレ径比が第２の基準値に適合するかを判定する工程（Ｓ１８）、最大の塊の重心位置を算出する工程（Ｓ１９）、最大の塊の重心位置と基板の重心位置との距離が第３の基準値に適合するかを判定する工程（Ｓ２０）、及び最大の塊の重心位置を後続の工程に送出する工程（Ｓ２１）とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の製造工程における外観検査方法及び外観検査装置に関し、特に、半導体チップをマウントするためのペースト等を設けた後のペースト等の外観検査方法及び外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、樹脂接着材や半田でリードフレームやパッケージ基板等にマウントされて半導体装置とされることが多い。半導体素子がマウントされる直前の樹脂接着材や半田は、液体状であることが多いが、樹脂接着材は形成あるいは配置等がなされた時、すでに粘度の幅はあるもののペーストであることがほとんどである。
【０００３】
半導体素子がマウントされる直前の半田は、温度が上げられて、溶融状態となる。溶融状態の半田の量あるいは位置等が正常かどうかを判定するための検査装置及び検査方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、上方に取り付けた照明を点灯させて、上方に取り付けたカメラで画像を取り込む。鏡面状態の半田表面から、反射を生じる面積に基づいて、半田量の多寡を検出する。また、側方からの照明により半田の有無を検出する。半田の側面から反射してくる部分の長さを計測して半田の位置の偏りを検出している。
【０００４】
この提案された検査装置及び検査方法は、広がりを規定できるパッド上で、鏡面状態の表面からの反射光を有する半田に対して、有効であると推測される。しかしながら、位置が限定されにくい相対的に広い基板上に設けられた樹脂接着材や半田等の被検査物においては、リードフレームやパッケージ基板上の設計位置を目指して塗布しても、置くべき位置からのずれが生じたり、また、分布形状が異なったりして、例えば、不良と判定すべき被検査物の分布の基準が、広がりを規定できるパッド上の溶融状態の半田とは異なっている。従って、広い基板上に設けられた被検査物の外観検査を、上記に開示された検査方法あるいは検査装置で実行することは難しいという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１６０４２６号公報（第３〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、被検査物の分布形状及び位置を特定可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の外観検査方法は、基板及び前記基板の表面に設けられた被検査物を画像として撮影し、第１の画像データを得る工程と、前記第１の画像データから前記基板の位置を特定し、前記基板の重心位置を算出する工程と、しきい値に基づき前記第１の画像データを２値化して第２の画像データとする工程と、前記２値化された第２の画像データの一方の値に対応する前記被検査物に相当する塊の物理的特徴量を算出する工程と、前記物理的特徴量の内の面積が最大となる塊を抽出し、前記面積最大の塊の面積が第１の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、前記面積最大の塊の最大フィレ径の最小フィレ径に対するフィレ径比を算出し、前記フィレ径比が第２の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、前記面積最大の塊の重心位置を幾何学的形状サーチにて算出する工程と、前記面積最大の塊の重心位置と前記基板の重心位置との距離を算出し、前記距離が第３の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、前記面積最大の塊の重心位置を後続の工程に送出する工程とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の態様の外観検査装置は、水平移動可能な支持台と、前記支持台に載置された基板及び前記基板上に設けられた被検査物を照射する照明と、前記照明から照射された光が、前記被検査物によって反射された反射光を画像として取り込む受光部と、前記受光部から出力される前記画像を画像データとして取り込んで、前記基板の重心位置を特定し、ノイズ除去を行い、前記画像データのしきい値を設定して２値化し、前記被検査物を塊として特徴量を算出し、前記塊の特徴量を前記被検査物の特定に必要な特性値とするための計算を行い、前記特性値を、予め記憶させてある基準値と比較して、前記被検査物の適否を判定するプログラムを実行する画像処理判定部と、少なくとも、前記支持台、前記受光部、及び前記画像処理判定部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検査物の分布形状及び位置を特定可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【実施例】
【００１０】
本発明の実施例に係る外観検査方法及び外観検査装置について、図１乃至図１０を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、外観検査装置の構成を模式的に示すブロック図、図２は外観検査の手順を概略的に示すフローチャート、図３はパッケージ基板（以下、基板と称す）上に配設されたペーストの実画像（目視に近い画像）を模式的に示す図、図４はペーストを排除した状態の基板の重心位置を示す図、図５は図３の実画像を２値化した画像を示す図、図６は飛び散りを起こしたペーストの２値化した画像を示す図で、図６（ａ）は飛び散りを起こしたペーストの全体図、図６（ｂ）は図６（ａ）の飛び散りを起こしたペーストの内で最大面積の塊を抽出した図、図７は流れを起こしたペーストの２値化した画像を示す図、図８は幾何学的形状サーチを説明するための図で、図８（ａ）は流れの小さなペーストの２値化した画像を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）にモデル画像を重ねた図、図９は基板の重心位置とペーストの重心位置との距離を模式的に示す図、図１０はペーストの重心に半導体素子の中心を一致させてマウントした半導体装置の模式的な断面図である。なお、ペーストの外観検査を進めていく段階では、基板あるいはペースト等は確定されていない場合が生じるが、確定されることになる名称を付して説明する。
【００１２】
まず、図１に示すように、外観検査装置１は、撮像部１０、コンピュータ部３０、入力部３３、及び出力部３４を有している。撮像部１０は、対象物を撮影して、データをコンピュータ部３０に出力し、コンピュータ部３０でデータの解析及び撮像部１０への指示等を行う。コンピュータ部３０への外部からの指示は入力部３３で行い、結果等は出力部３４に出力される。
【００１３】
撮像部１０は、支持台１１、支持台１１上に載置された対象物、対象物を照射する第１及び第２の照明１９、２３、及び対象物を撮影するカメラ１７を有している。水平移動可能な支持台１１の上に、対象物である基板１３及び基板１３の上に形成された被検査物であるペースト１５が載置される。受光部であるＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを有し、ズーム機能付きまたは交換可能なレンズ１８を鉛直下方に向けたカメラ１７を備えている。
【００１４】
第１の照明１９の照射光２５は、カメラ１７の光軸の延長上にあるハーフミラー２１で反射させて、鉛直下方に基板１３及びペースト１５を照射する。基板１３及びペースト１５で反射した反射光２６は、ハーフミラー２１を透過してカメラ１７に入射する。第２の照明２３は、カメラ１７の光軸から離れて、傾斜した方向から、直接、基板１３及びペースト１５を照射する。第２の照明２３は、補助的な照明であり、照射角度の変更が可能である。また、第２の照明２３は、リング状であっても差し支えない。
【００１５】
コンピュータ部３０は、制御部３１、記憶部３２及び画像処理判定部４０で構成されている。画像処理判定部４０は、しきい値設定手段４１、ブロブ解析手段４２、形状解析手段４３及び画像判定手段４４を有している。画像処理判定部４０は、プログラムとして記憶部３２に記憶されており、制御部３１に制御されて、所望のプログラムが実行される。プログラムの処理結果は、記憶部３２に記憶される。コンピュータ部３０は、パーソナルコンピュータであって差し支えない。
【００１６】
また、制御部３１は、撮像部１０、入力部３３及び出力部３４に接続されている。制御部３１は、撮像部１０の支持台１１、第１及び第２の照明１９、２３、カメラ１７、及びハーフミラー２１に接続されて、これらの動作を制御する。そして、制御部３１は、指示に従って、撮像部１０のパラメータや画像処理判定部４０の計算結果等を出力する。
【００１７】
次に、画像処理判定部４０の構成要素を説明する。なお、カメラ１７で撮影した画像は、画素毎の明るさ（濃度）のデータからなるデジタルデータとして画像処理判定部４０に供給される。画像処理判定部４０では、課題を解決するために、ペースト１５が半導体素子（後述）のマウントに適した分布形状及び位置を有することを判定する。
【００１８】
しきい値設定手段４１は、対象物であるペースト１５と基板１３を、画像として区別するためのしきい値を決定できる。しきい値は、自動追従型で決定することが可能である。横軸に濃度をとり、縦軸に画像を構成する画素の個数をとり、濃度ヒストグラムを作成すると、画素数の多い２つの山、つまり、ペースト１５と予想される山と基板１３と予想される山を有する分布が見られる。自動追従型では、画素数の多い２つの山の間の最も画素数の少ないところにしきい値を設定する。最も画素数の少ないところは、ペースト１５と基板１３との中間の濃度に相当する。
【００１９】
また、自動追従型しきい値は、第１及び第２の照明１９、２３の明るさの変動、ペースト１５や基板１３の反射面の変動があった場合でも、基板１３に対するペースト１５を区別することができる。山の数が少なくなる等、しきい値を決定できない場合、固定しきい値に変更して、画像処理を行うことが可能である。また、条件を変えて画像の取り直しも可能である。基板１３上にペースト１５が存在しない場合、しきい値を決定できないことになるが、ペースト外観検査対象から外すことは可能である。
【００２０】
しきい値設定手段４１は、ノイズ除去機能を有している。設定したしきい値によって、ペースト１５と基板１３とを、期待通りに区別できない場合がある。例えば、基板１３の表面の粗さあるいはメッキ光沢の差等によって、基板１３の画像の中に、ペースト１５と同様もしくは近い濃度のデータを有する画像ノイズが存在する場合である。
【００２１】
これらの画像ノイズは、クロージングまたはオープニングを複数回行うことにより、または、平滑化用のフィルタをかけることにより除去可能である。その結果、基板１３及びペースト１５の濃度ヒストグラム上の山を２つに分離でき、２値化に必要なしきい値を適切に設定できる。
【００２２】
なお、クロージングまたはオープニングは、例えば、ある画素の近傍の最大濃度値に置き換える「膨張」と、逆に、ある画素の近傍の最小濃度値に置き換える「収縮」とを組み合わせて行う。クロージングとは、ｎ回膨張処理を行った後、ｎ回収縮処理を行うことをいい、オープニングとは、ｎ回収縮処理を行った後、ｎ回膨張処理を行うことをいう。平滑化用のフィルタとは、ある画素の濃度に、その画素を中心にした一定領域の画素の濃度平均を与えることをいう。
【００２３】
ブロブ解析手段４２は、２値化を行った後、例えば、基板１３の白に対して、ペースト１５の黒を塊として検出して、塊の面積、塊のフィレ径の最大値と最小値（最大径と最小径という）、及び塊の重心等の特徴量あるいは塊の個数を算出できる。例えば、面積は塊を構成している画素数から算出でき、最大の塊を抽出することができる。また、最大径と最小径は、例えば、４５度間隔で８通りの長方形を塊に外接させ、８通りの長方形の内の最大辺を最大径とし、最小辺を最小径とすることに相当する。ペーストの場合、４５度の回転間隔で塊としての特徴を把握できるが、より小さい回転間隔で最大径及び最小径を求めても差し支えない。ブロブ解析手段４２は、大きさ、形状、角度等が任意の塊の特徴量把握に対して有効である。
【００２４】
形状解析手段４３は、モデル画像と照合することにより、ペースト１５の重心位置を算出できる。ペースト１５を塊として認識した画像の２次元的な重心に比較して、ペースト１５の量の分布をより良く反映した、つまり真の重心に近い重心を算出できる。重心位置の算出は、ペースト１５のあるべき形状を、モデル画像（例えば、円、楕円、またはそれらに近い形状）として記憶部３２に登録しておき、ブロブ解析手段４２で求めた塊の重心を手がかりにして、モデル画像とエッジ（境界線）を基準として照合する（幾何学的形状サーチ法）。最適なモデル画像を、重心位置を求めるべき塊の形状と仮定して、そのモデル画像の重心位置を求めるべき塊の重心位置とする。すなわち、ペースト１５のマウントすべき位置の中心に近い重心位置が求められる。
【００２５】
また、形状解析手段４３は、基板１３の重心位置を算出できる。基板の任意の位置、任意の大きさの画像をモデル画像とし、基板重心の座標値を記憶部３２に登録する。基板１３の画像とモデル画像とを照合（パターンマッチング）し、一致する位置を検出、位置ずれ量を算出し、登録時の基板重心座標を修正して基板１３の重心位置とする。また、形状解析手段４３は、周知のエッジ検出も可能である。
【００２６】
画像判定手段４４は、ブロブ解析手段４２で得たペースト１５に相当する塊の画像が円に近いかどうかを判定できる。塊の最大径の最小径に対するフィレ径の比率、すなわち、フィレ径比＝最大径／最小径を算出する。塊の形状が円に近ければ、１に近い値となり、塊の形状が円から離れれば、１より離れた値となる。記憶部３２にデータとして予め入力しておいたフィレ径比の基準値を、画像判定手段４４に呼び出して、比較して、塊が所望の形状であることを判定する。
【００２７】
また、画像判定手段４４は、ブロブ解析手段４２で得たペースト１５に相当する最大の塊の面積から、適切な大きさかどうかを判定できる。記憶部３２にデータとして予め入力しておいた面積の基準値を、画像判定手段４４に呼び出して、比較して、塊が所望の面積であることを判定する。
【００２８】
また、画像判定手段４４は、ペースト１５が基板１３の適する位置にあるかどうかの判定ができる。形状解析手段４３で求められた基板１３の重心位置とペースト１５の最大の塊の重心位置とを呼び出して、その距離を算出する。そして、記憶部３２にデータとして予め入力しておいた距離の基準値と比較して、ペースト１５が基板１３の適する位置にあることを判定する。
【００２９】
外観検査方法、すなわち、例えば、ペーストの外観検査方法の手順を説明する。図２に示すように、基板１３及び基板１３上に形成されたペースト１５を撮影し、撮影した画像を第１の画像データであるデジタルデータとして、コンピュータ部３０に取り込む（ステップＳ１１）。
【００３０】
なお、ペースト１５は、例えば、導電性を有しており、ディスペンサを使用した滴下法またはスタンピング（図示略）で形成される。この形成時点で、ペースト１５の一部が流れたり、一部が飛び散ったりする場合がある。
【００３１】
撮影は、次のように行う。例えば、第１の照明１９を点灯し、ハーフミラー２１で反射して落射照明として、基板１３及び基板１３上に形成されたペースト１５を照射する。これらの対象物から反射した光はハーフミラー２１を透過させ、カメラ１７のレンズ１８を通して、撮像素子（図示略）に像を結ぶ。この画像を画素単位で取得し、デジタルデータとする。画像が後述のデータ処理に適するように、補助的な第２の照明２３を追加することが可能である。また、支持台１１の水平移動、カメラ１７のレンズ１８のズーミングまたはフォーカシングによって、撮像素子の適する位置に、適する像を結ぶように調整することが可能である。
【００３２】
撮像部１０からコンピュータ部３０に送られる基板１３及び基板１３上に形成されたペースト１５の画像は、例えば、図３に示すように、出力部３４に表示される。なお、図３のハッチングは、明るさを模式的に示すためのものである。概ね円形の導電性のペースト１５が、比較的明るい概略矩形の基板１３のほぼ中心部に、比較的暗く映し出されている。ドーム状に盛り上がったペースト１５の中心部は、カメラ１７の光軸に平行に上方から照明されるため、正反射する光がペースト１５の周辺部に比較して多くなり、少し明るい不定形の模様を有している。
【００３３】
次に、基板１３の位置、すなわち基板１３の重心位置を、形状解析手段４３のパターンマッチングにより算出する（ステップＳ１２）。通常、基板１３の形状は実質的に一定である。図４に示すように、例えば、機械的な位置合わせ手段（図示略）により、基板１３は支持台１１の所定の位置に位置合わせが行われて、ほぼ一定の位置に配置されるので、設計上の基板１３ａの重心１４ａの位置が予め記憶されている。しかしながら、このステップＳ１２で得られた重心１４を真の重心として、基板１３の重心位置の記憶を修正する。なお、基板１３の重心１４の位置は、形状解析手段４３のエッジ検出で算出することも可能である。
【００３４】
画像データのノイズ除去を行う（ステップＳ１３）。ノイズがある場合は、基板１３の画像と予想される領域に、ペースト１５と同等の濃度領域のデータを有する場合と、ペースト１５と予想される領域に、基板１３と同等の濃度領域のデータを有する場合の２通りが考えられ、例えば、画像の濃度により、ノイズ除去の方法を決めておいて、実行する。そして、例えば、基板１３と予想される領域の中に相対的に暗いペースト１５と同等の濃度領域が存在し、この暗い領域の平均濃度が、一定値より低い（暗い）場合、クロージングを数回かけ、一定値より高い（明るい）場合、オープニングを数回かけると都合がよい。また、平滑化用のフィルタをかけることにより、ノイズ除去を行っても差し支えない。なお、ノイズ除去は、２値化の前に行うなら、２値化の直前でなくても差し支えない。
【００３５】
次に、ペースト１５と背景の基板１３とを画像として区別するため、しきい値設定手段４１で画像データの２値化を行い、第２の画像データである２値化された画像データとする（ステップＳ１４）。自動追従型しきい値決定法により、しきい値を設定する。ノイズが除去されているので、図５に示すように、２値化により、画像データの一方は、矩形をなす明るく示される基板１３に相当する領域、他方は、基板１３に囲まれた暗いペースト１５に相当する領域に区別される。
【００３６】
ノイズのない２値化された画像データは、ペースト１５に相当する領域（塊）の物理的な特徴量を算出するために、ブロブ解析手段４２によりブロブ処理される（ステップＳ１５）。塊の面積及びフィレ径の内の最大径と最小径を算出する。例えば、図６（ａ）に示すように、基板１３の中心部に暗い大きなペースト６５ａ、そして、周辺部に小さなペーストである飛び散り部６５ｂ、６５ｃ、６５ｄが分布する場合、飛び散り部６５ｂ、６５ｃ、６５ｄも含めて、基板１３上の全ての塊の面積を、各々画素数を数えることにより算出する。また、例えば、図７に示すように、基板１３の中心部から右下部に向かって流れたような部分（流れ部７５ａ）を有するペースト７５に対して、塊のフィレ径の内の最大径７７と最小径７８を算出する。
【００３７】
算出された塊の面積から、最大の面積を有する塊の抽出を画像判定手段４４により行う（ステップＳ１６）。例えば、図６（ａ）に示す飛び散りがある場合、図６（ｂ）に示す最大のペースト６５ａが抽出される。なお、飛び散りのない場合は、比較することなく１つのペーストが抽出される。
【００３８】
抽出された最大面積のペーストは、上限及び下限を規定する第１の基準値である面積の基準値に比較して、画像判定手段４４で選別される（ステップＳ１７）。ペーストの物性及び基板の特性等が一定の場合、ペーストの量は、平面的な面積で概略的に把握できるので、経験的に割り出した面積の基準値を与えて、適するペーストの量とその分布を選別する。
【００３９】
選別されたペーストは、算出された塊の最大径及び最小径をもとに、画像判定手段４４により、その比率（フィレ径比）を算出し、第２の基準値であるフィレ径比の基準値に比較して選別される（ステップＳ１８）。フィレ径比は、液体状のペーストを、例えば、ディスペンサまたはスタンピング（図示略）で形成すると、１に近い程、円に近いことが経験的に割り出されている。従って、フィレ径比は、１から離れた上限を規定する基準値を与えて、ペーストの平面的な形状を選別する。例えば、図７に示すペースト７５は、流れ部７５ａが大きく、最大径７７の最小径７８に対するフィレ径比は約１．５となり、フィレ径比が基準値に入っていない場合である。また、例えば、図８（ａ）に示すように、ペースト８５は、下方に流れ部８５ａがあるものの、フィレ径比が１に近く、基準値に入っている場合である。なお、ステップＳ１７とステップＳ１８は、順序を入れ替えても差し支えない。
【００４０】
面積で選別され、且つフィレ径比で選別されたペーストは、形状解析手段４３で重心位置が算出される（ステップＳ１９）。例えば、図８（ｂ）に示すように、モデル画像８７とペースト８５とをパターンマッチングさせて、最もよくマッチングしたモデル画像８７の重心８９の位置をペースト８５の重心８９の位置とする。図８（ａ）に示すように、ペーストに流れがあると、ブロブ解析手段４２により算出した重心８８は、流れの方向に移動して、マウントに適する重心の位置からずれることになるが、形状解析手段４３を使用することにより、マウントにより適する重心位置を算出できる。
【００４１】
ステップＳ１２で修正された基板１３の重心と、ステップＳ１９で得られたペーストの重心位置から、画像判定手段４４により、両重心間の距離を算出し、第３の基準値である距離の基準値に比較して選別される（ステップＳ２０）。例えば、図９に示すように、基板１３の重心１４の位置とペースト９５の重心９１の位置との距離９３を算出する。距離９３が、マウントに適する基板１３上の位置にあるかどうか距離の基準値に比較して、選別される。
【００４２】
上述の全ての判定を通過したペーストの重心の位置は、制御部３１を通して、支持台１１上の位置として送出される（ステップＳ２１）。送出されたペーストの重心位置は、半導体素子をマウントする目標とされ、マウント手段（図示略）によりマウントされる半導体素子の中心と位置付けられる。例えば、図１に示すように、ペースト１５の重心の位置が、マウント手段の中心に一致するように、支持台１１を水平移動させることが可能である。なお、マウント手段を水平移動が可能として、ペーストの重心位置に半導体素子の中心を合わせてマウントしても差し支えない。
【００４３】
外観検査装置１にて、外観検査される基板及びペーストは、良品及び不良品に関わらず、解析に必要なパラメータを選別してデータとして記憶される（ステップＳ２２）。蓄積されたデータは、基板及びペーストの良不良の傾向を把握し、製品歩留まりの改善を図るデータとして利用可能である。
【００４４】
外観検査装置１及びペーストの外観検査の手順に基づいてマウントされた半導体素子の構造を説明する。図１０に示すように、基板１３の上に形成された導電性のペースト１５の上に、発光層１０２を有する半導体素子１０１がマウントされている。基板１３は、例えば、ＣｕまたはＦｅ合金等で形成されている。導電性のペースト１５は、例えば、樹脂接着材であるエポキシ樹脂の中に粉末状のＡｇが混合されている。半導体素子１０１は、ｐｎ接合を含む発光層１０２をペースト１５とは反対側の上方に向けて、ペースト１５で固着され、半導体素子１０１と基板１３とは電気的に接続されている。半導体素子１０１は、ペースト１５のほぼ中央部にマウントされており、半導体素子１０１の左右両側部に、ほぼ同量のペースト１５が盛り上がり、側面が固着されている。なお、この後の工程で、ボンディング及びパッケージング等が行われて、半導体装置（図示略）が完成する。
【００４５】
上述したように、本実施例では、しきい値設定手段４１、ブロブ解析手段４２、形状解析手段４３及び画像判定手段４４を有する画像処理判定部４０を活用して、基板１３及び基板上に形成されたペースト１５の画像のノイズ除去、２値化処理、ブロブ処理、形状解析、及び幾何学的形状サーチ等行うことにより、ペーストに特有な流れや飛び散りがあっても、マウントに適する最大面積のペーストを選別し、そのペーストの分布形状を判定し、そしてそのペーストの重心の位置の特定を行うことが可能である。
【００４６】
特定されたペースト１５の分布形状あるいは重心位置は、次工程の、例えば、発光層１０２を有する半導体素子１０１をペースト上にマウントするのに適する位置となり、基板１３上のペースト１５の中心である重心の位置に半導体素子１０１を固着することが可能となる。従って、ペースト１５が半導体素子１０１の片側の側面に集中して、発光層１０２の位置にまで付着する率は低減される。その結果、ペースト１５が導電性であっても、発光層１０２のｐｎ接合部に発生するリーク電流等による特性劣化を抑制することが可能である。
【００４７】
しきい値設定手段４１では、自動追従型でしきい値設定を行っている。そのために、第１及び第２の照明１９、２３の照度の変動、第１の照明１９と第２の照明２３との切り替え、あるいは、基板１３の製品ロット間や製品ロット内のばらつき等によって生じる表面粗さあるいはメッキ光沢の差等に影響されることなく、適切なしきい値を設定してペースト１５を基板１３から区別することが可能である。このペーストの外観検査方法を有する外観検査装置は、条件設定等の煩わしさの低減が可能である。
【００４８】
以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００４９】
例えば、ペーストの外観検査装置は、独立した装置であるように説明したが、例えば、マウント装置の１つの機能として、マウント装置内に組み込まれていても差し支えない。
【００５０】
また、画像処理判定部を４つの手段に分けて説明したが、実施例で説明した機能を有していれば、手段の区分は４つに限られるものではない。
【００５１】
また、本実施例では、ペーストとして、導電性の樹脂ペーストの例を示したが、検査の対象物として画像取り込み後、半導体素子等がマウントされるまで、位置及び形状が実質的に変化しないペーストまたはペースト状のマウント材、例えば、半田等であれば、本外観検査装置に適用可能である。例えば、導電性の樹脂ペーストにおいて、添加する導電性材料としてＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔ等の金属を使用しても差し支えない。また、樹脂接着材として、エポキシ樹脂の他、ポリイミド樹脂や他のポリマーを使用しても差し支えない。更に、導電性材料を添加しない絶縁性の樹脂ペーストであっても差し支えない。
【００５２】
また、発光層を有する半導体素子をマウントする例を示したが、半導体発光素子以外の半導体素子、または、受動素子であっても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例に係る外観検査装置の構成を模式的に示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る外観検査の手順を概略的に示すフローチャート。
【図３】本発明の実施例に係る基板上に配設されたペーストの実画像を模式的に示す図。
【図４】本発明の実施例に係るペーストを排除した状態の基板の重心の位置を示す図。
【図５】本発明の実施例に係る実画像を２値化した画像を示す図。
【図６】本発明の実施例に係る飛び散りを起こしたペーストの２値化した画像を示す図で、図６（ａ）は飛び散りを起こしたペーストの全体図、図６（ｂ）は図６（ａ）の飛び散りを起こしたペーストの内で最大面積の塊を抽出した図。
【図７】本発明の実施例に係る流れを起こしたペーストの２値化した画像を示す図。
【図８】本発明の実施例に係る幾何学的形状サーチを説明するための図で、図８（ａ）は流れの小さなペーストの２値化した画像を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）にモデル画像を重ねた図。
【図９】本発明の実施例に係る基板の重心の位置とペーストの重心の位置との距離を模式的に示す図。
【図１０】本発明の実施例に係るペーストの重心の位置に半導体素子の中心を一致させてマウントした半導体装置の模式的な断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１ 外観検査装置
１０ 撮像部
１１ 支持台
１３ 基板
１３ａ 設計上の基板
１４ 基板重心
１４ａ 設計上の重心
１５、６５ａ、７５、８５、９５ ペースト
１６ 明部
１７ カメラ
１８ レンズ
１９ 第１の照明
２１ ハーフミラー
２３ 第２の照明
２５ 照射光
２６ 反射光
３０ コンピュータ部
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 入力部
３４ 出力部
４０ 画像処理・判定部
４１ しきい値設定手段
４２ ブロブ解析手段
４３ 形状解析手段
４４ 画像判定手段
６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ 飛び散り部
７５ａ、８５ａ 流れ部
７７ 最大径
７８ 最小径
８７ モデル画像
８８、８９、９１ 重心
９３ 距離
１０１ 半導体素子
１０２ 発光層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の製造工程における外観検査方法及び外観検査装置に関し、特に、半導体チップをマウントするためのペースト等を設けた後のペースト等の外観検査方法及び外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、樹脂接着材や半田でリードフレームやパッケージ基板等にマウントされて半導体装置とされることが多い。半導体素子がマウントされる直前の樹脂接着材や半田は、液体状であることが多いが、樹脂接着材は形成あるいは配置等がなされた時、すでに粘度の幅はあるもののペーストであることがほとんどである。
【０００３】
半導体素子がマウントされる直前の半田は、温度が上げられて、溶融状態となる。溶融状態の半田の量あるいは位置等が正常かどうかを判定するための検査装置及び検査方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、上方に取り付けた照明を点灯させて、上方に取り付けたカメラで画像を取り込む。鏡面状態の半田表面から、反射を生じる面積に基づいて、半田量の多寡を検出する。また、側方からの照明により半田の有無を検出する。半田の側面から反射してくる部分の長さを計測して半田の位置の偏りを検出している。
【０００４】
この提案された検査装置及び検査方法は、広がりを規定できるパッド上で、鏡面状態の表面からの反射光を有する半田に対して、有効であると推測される。しかしながら、位置が限定されにくい相対的に広い基板上に設けられた樹脂接着材や半田等の被検査物においては、リードフレームやパッケージ基板上の設計位置を目指して塗布しても、置くべき位置からのずれが生じたり、また、分布形状が異なったりして、例えば、不良と判定すべき被検査物の分布の基準が、広がりを規定できるパッド上の溶融状態の半田とは異なっている。従って、広い基板上に設けられた被検査物の外観検査を、上記に開示された検査方法あるいは検査装置で実行することは難しいという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−１６０４２６号公報（第３〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、被検査物の分布形状及び位置を特定可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様の外観検査方法は、基板及び前記基板の表面に設けられた被検査物を画像として撮影し、第１の画像データを得る工程と、前記第１の画像データから前記基板の位置を特定し、前記基板の重心位置を算出する工程と、しきい値に基づき前記第１の画像データを２値化して第２の画像データとする工程と、前記２値化された第２の画像データの一方の値に対応する前記被検査物に相当する塊の物理的特徴量を算出する工程と、前記物理的特徴量の内の面積が最大となる塊を抽出し、前記面積最大の塊の面積が第１の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、前記面積最大の塊の最大フィレ径の最小フィレ径に対するフィレ径比を算出し、前記フィレ径比が第２の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、前記面積最大の塊の重心位置を幾何学的形状サーチにて算出する工程と、前記面積最大の塊の重心位置と前記基板の重心位置との距離を算出し、前記距離が第３の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、前記面積最大の塊の重心位置を後続の工程に送出する工程とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の態様の外観検査装置は、水平移動可能な支持台と、前記支持台に載置された基板及び前記基板上に設けられた被検査物を照射する照明と、前記照明から照射された光が、前記被検査物によって反射された反射光を画像として取り込む受光部と、前記受光部から出力される前記画像を画像データとして取り込んで、前記基板の重心位置を特定し、ノイズ除去を行い、前記画像データのしきい値を設定して２値化し、前記被検査物を塊として特徴量を算出し、前記塊の特徴量を前記被検査物の特定に必要な特性値とするための計算を行い、前記特性値を、予め記憶させてある基準値と比較して、前記被検査物の適否を判定するプログラムを実行する画像処理判定部と、少なくとも、前記支持台、前記受光部、及び前記画像処理判定部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検査物の分布形状及び位置を特定可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。以下に示す図では、同一の構成要素には同一の符号を付している。
【実施例】
【００１０】
本発明の実施例に係る外観検査方法及び外観検査装置について、図１乃至図１０を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、外観検査装置の構成を模式的に示すブロック図、図２は外観検査の手順を概略的に示すフローチャート、図３はパッケージ基板（以下、基板と称す）上に配設されたペーストの実画像（目視に近い画像）を模式的に示す図、図４はペーストを排除した状態の基板の重心位置を示す図、図５は図３の実画像を２値化した画像を示す図、図６は飛び散りを起こしたペーストの２値化した画像を示す図で、図６（ａ）は飛び散りを起こしたペーストの全体図、図６（ｂ）は図６（ａ）の飛び散りを起こしたペーストの内で最大面積の塊を抽出した図、図７は流れを起こしたペーストの２値化した画像を示す図、図８は幾何学的形状サーチを説明するための図で、図８（ａ）は流れの小さなペーストの２値化した画像を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）にモデル画像を重ねた図、図９は基板の重心位置とペーストの重心位置との距離を模式的に示す図、図１０はペーストの重心に半導体素子の中心を一致させてマウントした半導体装置の模式的な断面図である。なお、ペーストの外観検査を進めていく段階では、基板あるいはペースト等は確定されていない場合が生じるが、確定されることになる名称を付して説明する。
【００１２】
まず、図１に示すように、外観検査装置１は、撮像部１０、コンピュータ部３０、入力部３３、及び出力部３４を有している。撮像部１０は、対象物を撮影して、データをコンピュータ部３０に出力し、コンピュータ部３０でデータの解析及び撮像部１０への指示等を行う。コンピュータ部３０への外部からの指示は入力部３３で行い、結果等は出力部３４に出力される。
【００１３】
撮像部１０は、支持台１１、支持台１１上に載置された対象物、対象物を照射する第１及び第２の照明１９、２３、及び対象物を撮影するカメラ１７を有している。水平移動可能な支持台１１の上に、対象物である基板１３及び基板１３の上に形成された被検査物であるペースト１５が載置される。受光部であるＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを有し、ズーム機能付きまたは交換可能なレンズ１８を鉛直下方に向けたカメラ１７を備えている。
【００１４】
第１の照明１９の照射光２５は、カメラ１７の光軸の延長上にあるハーフミラー２１で反射させて、鉛直下方に基板１３及びペースト１５を照射する。基板１３及びペースト１５で反射した反射光２６は、ハーフミラー２１を透過してカメラ１７に入射する。第２の照明２３は、カメラ１７の光軸から離れて、傾斜した方向から、直接、基板１３及びペースト１５を照射する。第２の照明２３は、補助的な照明であり、照射角度の変更が可能である。また、第２の照明２３は、リング状であっても差し支えない。
【００１５】
コンピュータ部３０は、制御部３１、記憶部３２及び画像処理判定部４０で構成されている。画像処理判定部４０は、しきい値設定手段４１、ブロブ解析手段４２、形状解析手段４３及び画像判定手段４４を有している。画像処理判定部４０は、プログラムとして記憶部３２に記憶されており、制御部３１に制御されて、所望のプログラムが実行される。プログラムの処理結果は、記憶部３２に記憶される。コンピュータ部３０は、パーソナルコンピュータであって差し支えない。
【００１６】
また、制御部３１は、撮像部１０、入力部３３及び出力部３４に接続されている。制御部３１は、撮像部１０の支持台１１、第１及び第２の照明１９、２３、カメラ１７、及びハーフミラー２１に接続されて、これらの動作を制御する。そして、制御部３１は、指示に従って、撮像部１０のパラメータや画像処理判定部４０の計算結果等を出力する。
【００１７】
次に、画像処理判定部４０の構成要素を説明する。なお、カメラ１７で撮影した画像は、画素毎の明るさ（濃度）のデータからなるデジタルデータとして画像処理判定部４０に供給される。画像処理判定部４０では、課題を解決するために、ペースト１５が半導体素子（後述）のマウントに適した分布形状及び位置を有することを判定する。
【００１８】
しきい値設定手段４１は、対象物であるペースト１５と基板１３を、画像として区別するためのしきい値を決定できる。しきい値は、自動追従型で決定することが可能である。横軸に濃度をとり、縦軸に画像を構成する画素の個数をとり、濃度ヒストグラムを作成すると、画素数の多い２つの山、つまり、ペースト１５と予想される山と基板１３と予想される山を有する分布が見られる。自動追従型では、画素数の多い２つの山の間の最も画素数の少ないところにしきい値を設定する。最も画素数の少ないところは、ペースト１５と基板１３との中間の濃度に相当する。
【００１９】
また、自動追従型しきい値は、第１及び第２の照明１９、２３の明るさの変動、ペースト１５や基板１３の反射面の変動があった場合でも、基板１３に対するペースト１５を区別することができる。山の数が少なくなる等、しきい値を決定できない場合、固定しきい値に変更して、画像処理を行うことが可能である。また、条件を変えて画像の取り直しも可能である。基板１３上にペースト１５が存在しない場合、しきい値を決定できないことになるが、ペースト外観検査対象から外すことは可能である。
【００２０】
しきい値設定手段４１は、ノイズ除去機能を有している。設定したしきい値によって、ペースト１５と基板１３とを、期待通りに区別できない場合がある。例えば、基板１３の表面の粗さあるいはメッキ光沢の差等によって、基板１３の画像の中に、ペースト１５と同様もしくは近い濃度のデータを有する画像ノイズが存在する場合である。
【００２１】
これらの画像ノイズは、クロージングまたはオープニングを複数回行うことにより、または、平滑化用のフィルタをかけることにより除去可能である。その結果、基板１３及びペースト１５の濃度ヒストグラム上の山を２つに分離でき、２値化に必要なしきい値を適切に設定できる。
【００２２】
なお、クロージングまたはオープニングは、例えば、ある画素の近傍の最大濃度値に置き換える「膨張」と、逆に、ある画素の近傍の最小濃度値に置き換える「収縮」とを組み合わせて行う。クロージングとは、ｎ回膨張処理を行った後、ｎ回収縮処理を行うことをいい、オープニングとは、ｎ回収縮処理を行った後、ｎ回膨張処理を行うことをいう。平滑化用のフィルタとは、ある画素の濃度に、その画素を中心にした一定領域の画素の濃度平均を与えることをいう。
【００２３】
ブロブ解析手段４２は、２値化を行った後、例えば、基板１３の白に対して、ペースト１５の黒を塊として検出して、塊の面積、塊のフィレ径の最大値と最小値（最大径と最小径という）、及び塊の重心等の特徴量あるいは塊の個数を算出できる。例えば、面積は塊を構成している画素数から算出でき、最大の塊を抽出することができる。また、最大径と最小径は、例えば、４５度間隔で８通りの長方形を塊に外接させ、８通りの長方形の内の最大辺を最大径とし、最小辺を最小径とすることに相当する。ペーストの場合、４５度の回転間隔で塊としての特徴を把握できるが、より小さい回転間隔で最大径及び最小径を求めても差し支えない。ブロブ解析手段４２は、大きさ、形状、角度等が任意の塊の特徴量把握に対して有効である。
【００２４】
形状解析手段４３は、モデル画像と照合することにより、ペースト１５の重心位置を算出できる。ペースト１５を塊として認識した画像の２次元的な重心に比較して、ペースト１５の量の分布をより良く反映した、つまり真の重心に近い重心を算出できる。重心位置の算出は、ペースト１５のあるべき形状を、モデル画像（例えば、円、楕円、またはそれらに近い形状）として記憶部３２に登録しておき、ブロブ解析手段４２で求めた塊の重心を手がかりにして、モデル画像とエッジ（境界線）を基準として照合する（幾何学的形状サーチ法）。最適なモデル画像を、重心位置を求めるべき塊の形状と仮定して、そのモデル画像の重心位置を求めるべき塊の重心位置とする。すなわち、ペースト１５のマウントすべき位置の中心に近い重心位置が求められる。
【００２５】
また、形状解析手段４３は、基板１３の重心位置を算出できる。基板の任意の位置、任意の大きさの画像をモデル画像とし、基板重心の座標値を記憶部３２に登録する。基板１３の画像とモデル画像とを照合（パターンマッチング）し、一致する位置を検出、位置ずれ量を算出し、登録時の基板重心座標を修正して基板１３の重心位置とする。また、形状解析手段４３は、周知のエッジ検出も可能である。
【００２６】
画像判定手段４４は、ブロブ解析手段４２で得たペースト１５に相当する塊の画像が円に近いかどうかを判定できる。塊の最大径の最小径に対するフィレ径の比率、すなわち、フィレ径比＝最大径／最小径を算出する。塊の形状が円に近ければ、１に近い値となり、塊の形状が円から離れれば、１より離れた値となる。記憶部３２にデータとして予め入力しておいたフィレ径比の基準値を、画像判定手段４４に呼び出して、比較して、塊が所望の形状であることを判定する。
【００２７】
また、画像判定手段４４は、ブロブ解析手段４２で得たペースト１５に相当する最大の塊の面積から、適切な大きさかどうかを判定できる。記憶部３２にデータとして予め入力しておいた面積の基準値を、画像判定手段４４に呼び出して、比較して、塊が所望の面積であることを判定する。
【００２８】
また、画像判定手段４４は、ペースト１５が基板１３の適する位置にあるかどうかの判定ができる。形状解析手段４３で求められた基板１３の重心位置とペースト１５の最大の塊の重心位置とを呼び出して、その距離を算出する。そして、記憶部３２にデータとして予め入力しておいた距離の基準値と比較して、ペースト１５が基板１３の適する位置にあることを判定する。
【００２９】
外観検査方法、すなわち、例えば、ペーストの外観検査方法の手順を説明する。図２に示すように、基板１３及び基板１３上に形成されたペースト１５を撮影し、撮影した画像を第１の画像データであるデジタルデータとして、コンピュータ部３０に取り込む（ステップＳ１１）。
【００３０】
なお、ペースト１５は、例えば、導電性を有しており、ディスペンサを使用した滴下法またはスタンピング（図示略）で形成される。この形成時点で、ペースト１５の一部が流れたり、一部が飛び散ったりする場合がある。
【００３１】
撮影は、次のように行う。例えば、第１の照明１９を点灯し、ハーフミラー２１で反射して落射照明として、基板１３及び基板１３上に形成されたペースト１５を照射する。これらの対象物から反射した光はハーフミラー２１を透過させ、カメラ１７のレンズ１８を通して、撮像素子（図示略）に像を結ぶ。この画像を画素単位で取得し、デジタルデータとする。画像が後述のデータ処理に適するように、補助的な第２の照明２３を追加することが可能である。また、支持台１１の水平移動、カメラ１７のレンズ１８のズーミングまたはフォーカシングによって、撮像素子の適する位置に、適する像を結ぶように調整することが可能である。
【００３２】
撮像部１０からコンピュータ部３０に送られる基板１３及び基板１３上に形成されたペースト１５の画像は、例えば、図３に示すように、出力部３４に表示される。なお、図３のハッチングは、明るさを模式的に示すためのものである。概ね円形の導電性のペースト１５が、比較的明るい概略矩形の基板１３のほぼ中心部に、比較的暗く映し出されている。ドーム状に盛り上がったペースト１５の中心部は、カメラ１７の光軸に平行に上方から照明されるため、正反射する光がペースト１５の周辺部に比較して多くなり、少し明るい不定形の模様を有している。
【００３３】
次に、基板１３の位置、すなわち基板１３の重心位置を、形状解析手段４３のパターンマッチングにより算出する（ステップＳ１２）。通常、基板１３の形状は実質的に一定である。図４に示すように、例えば、機械的な位置合わせ手段（図示略）により、基板１３は支持台１１の所定の位置に位置合わせが行われて、ほぼ一定の位置に配置されるので、設計上の基板１３ａの重心１４ａの位置が予め記憶されている。しかしながら、このステップＳ１２で得られた重心１４を真の重心として、基板１３の重心位置の記憶を修正する。なお、基板１３の重心１４の位置は、形状解析手段４３のエッジ検出で算出することも可能である。
【００３４】
画像データのノイズ除去を行う（ステップＳ１３）。ノイズがある場合は、基板１３の画像と予想される領域に、ペースト１５と同等の濃度領域のデータを有する場合と、ペースト１５と予想される領域に、基板１３と同等の濃度領域のデータを有する場合の２通りが考えられ、例えば、画像の濃度により、ノイズ除去の方法を決めておいて、実行する。そして、例えば、基板１３と予想される領域の中に相対的に暗いペースト１５と同等の濃度領域が存在し、この暗い領域の平均濃度が、一定値より低い（暗い）場合、クロージングを数回かけ、一定値より高い（明るい）場合、オープニングを数回かけると都合がよい。また、平滑化用のフィルタをかけることにより、ノイズ除去を行っても差し支えない。なお、ノイズ除去は、２値化の前に行うなら、２値化の直前でなくても差し支えない。
【００３５】
次に、ペースト１５と背景の基板１３とを画像として区別するため、しきい値設定手段４１で画像データの２値化を行い、第２の画像データである２値化された画像データとする（ステップＳ１４）。自動追従型しきい値決定法により、しきい値を設定する。ノイズが除去されているので、図５に示すように、２値化により、画像データの一方は、矩形をなす明るく示される基板１３に相当する領域、他方は、基板１３に囲まれた暗いペースト１５に相当する領域に区別される。
【００３６】
ノイズのない２値化された画像データは、ペースト１５に相当する領域（塊）の物理的な特徴量を算出するために、ブロブ解析手段４２によりブロブ処理される（ステップＳ１５）。塊の面積及びフィレ径の内の最大径と最小径を算出する。例えば、図６（ａ）に示すように、基板１３の中心部に暗い大きなペースト６５ａ、そして、周辺部に小さなペーストである飛び散り部６５ｂ、６５ｃ、６５ｄが分布する場合、飛び散り部６５ｂ、６５ｃ、６５ｄも含めて、基板１３上の全ての塊の面積を、各々画素数を数えることにより算出する。また、例えば、図７に示すように、基板１３の中心部から右下部に向かって流れたような部分（流れ部７５ａ）を有するペースト７５に対して、塊のフィレ径の内の最大径７７と最小径７８を算出する。
【００３７】
算出された塊の面積から、最大の面積を有する塊の抽出を画像判定手段４４により行う（ステップＳ１６）。例えば、図６（ａ）に示す飛び散りがある場合、図６（ｂ）に示す最大のペースト６５ａが抽出される。なお、飛び散りのない場合は、比較することなく１つのペーストが抽出される。
【００３８】
抽出された最大面積のペーストは、上限及び下限を規定する第１の基準値である面積の基準値に比較して、画像判定手段４４で選別される（ステップＳ１７）。ペーストの物性及び基板の特性等が一定の場合、ペーストの量は、平面的な面積で概略的に把握できるので、経験的に割り出した面積の基準値を与えて、適するペーストの量とその分布を選別する。
【００３９】
選別されたペーストは、算出された塊の最大径及び最小径をもとに、画像判定手段４４により、その比率（フィレ径比）を算出し、第２の基準値であるフィレ径比の基準値に比較して選別される（ステップＳ１８）。フィレ径比は、液体状のペーストを、例えば、ディスペンサまたはスタンピング（図示略）で形成すると、１に近い程、円に近いことが経験的に割り出されている。従って、フィレ径比は、１から離れた上限を規定する基準値を与えて、ペーストの平面的な形状を選別する。例えば、図７に示すペースト７５は、流れ部７５ａが大きく、最大径７７の最小径７８に対するフィレ径比は約１．５となり、フィレ径比が基準値に入っていない場合である。また、例えば、図８（ａ）に示すように、ペースト８５は、下方に流れ部８５ａがあるものの、フィレ径比が１に近く、基準値に入っている場合である。なお、ステップＳ１７とステップＳ１８は、順序を入れ替えても差し支えない。
【００４０】
面積で選別され、且つフィレ径比で選別されたペーストは、形状解析手段４３で重心位置が算出される（ステップＳ１９）。例えば、図８（ｂ）に示すように、モデル画像８７とペースト８５とをパターンマッチングさせて、最もよくマッチングしたモデル画像８７の重心８９の位置をペースト８５の重心８９の位置とする。図８（ａ）に示すように、ペーストに流れがあると、ブロブ解析手段４２により算出した重心８８は、流れの方向に移動して、マウントに適する重心の位置からずれることになるが、形状解析手段４３を使用することにより、マウントにより適する重心位置を算出できる。
【００４１】
ステップＳ１２で修正された基板１３の重心と、ステップＳ１９で得られたペーストの重心位置から、画像判定手段４４により、両重心間の距離を算出し、第３の基準値である距離の基準値に比較して選別される（ステップＳ２０）。例えば、図９に示すように、基板１３の重心１４の位置とペースト９５の重心９１の位置との距離９３を算出する。距離９３が、マウントに適する基板１３上の位置にあるかどうか距離の基準値に比較して、選別される。
【００４２】
上述の全ての判定を通過したペーストの重心の位置は、制御部３１を通して、支持台１１上の位置として送出される（ステップＳ２１）。送出されたペーストの重心位置は、半導体素子をマウントする目標とされ、マウント手段（図示略）によりマウントされる半導体素子の中心と位置付けられる。例えば、図１に示すように、ペースト１５の重心の位置が、マウント手段の中心に一致するように、支持台１１を水平移動させることが可能である。なお、マウント手段を水平移動が可能として、ペーストの重心位置に半導体素子の中心を合わせてマウントしても差し支えない。
【００４３】
外観検査装置１にて、外観検査される基板及びペーストは、良品及び不良品に関わらず、解析に必要なパラメータを選別してデータとして記憶される（ステップＳ２２）。蓄積されたデータは、基板及びペーストの良不良の傾向を把握し、製品歩留まりの改善を図るデータとして利用可能である。
【００４４】
外観検査装置１及びペーストの外観検査の手順に基づいてマウントされた半導体素子の構造を説明する。図１０に示すように、基板１３の上に形成された導電性のペースト１５の上に、発光層１０２を有する半導体素子１０１がマウントされている。基板１３は、例えば、ＣｕまたはＦｅ合金等で形成されている。導電性のペースト１５は、例えば、樹脂接着材であるエポキシ樹脂の中に粉末状のＡｇが混合されている。半導体素子１０１は、ｐｎ接合を含む発光層１０２をペースト１５とは反対側の上方に向けて、ペースト１５で固着され、半導体素子１０１と基板１３とは電気的に接続されている。半導体素子１０１は、ペースト１５のほぼ中央部にマウントされており、半導体素子１０１の左右両側部に、ほぼ同量のペースト１５が盛り上がり、側面が固着されている。なお、この後の工程で、ボンディング及びパッケージング等が行われて、半導体装置（図示略）が完成する。
【００４５】
上述したように、本実施例では、しきい値設定手段４１、ブロブ解析手段４２、形状解析手段４３及び画像判定手段４４を有する画像処理判定部４０を活用して、基板１３及び基板上に形成されたペースト１５の画像のノイズ除去、２値化処理、ブロブ処理、形状解析、及び幾何学的形状サーチ等行うことにより、ペーストに特有な流れや飛び散りがあっても、マウントに適する最大面積のペーストを選別し、そのペーストの分布形状を判定し、そしてそのペーストの重心の位置の特定を行うことが可能である。
【００４６】
特定されたペースト１５の分布形状あるいは重心位置は、次工程の、例えば、発光層１０２を有する半導体素子１０１をペースト上にマウントするのに適する位置となり、基板１３上のペースト１５の中心である重心の位置に半導体素子１０１を固着することが可能となる。従って、ペースト１５が半導体素子１０１の片側の側面に集中して、発光層１０２の位置にまで付着する率は低減される。その結果、ペースト１５が導電性であっても、発光層１０２のｐｎ接合部に発生するリーク電流等による特性劣化を抑制することが可能である。
【００４７】
しきい値設定手段４１では、自動追従型でしきい値設定を行っている。そのために、第１及び第２の照明１９、２３の照度の変動、第１の照明１９と第２の照明２３との切り替え、あるいは、基板１３の製品ロット間や製品ロット内のばらつき等によって生じる表面粗さあるいはメッキ光沢の差等に影響されることなく、適切なしきい値を設定してペースト１５を基板１３から区別することが可能である。このペーストの外観検査方法を有する外観検査装置は、条件設定等の煩わしさの低減が可能である。
【００４８】
以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００４９】
例えば、ペーストの外観検査装置は、独立した装置であるように説明したが、例えば、マウント装置の１つの機能として、マウント装置内に組み込まれていても差し支えない。
【００５０】
また、画像処理判定部を４つの手段に分けて説明したが、実施例で説明した機能を有していれば、手段の区分は４つに限られるものではない。
【００５１】
また、本実施例では、ペーストとして、導電性の樹脂ペーストの例を示したが、検査の対象物として画像取り込み後、半導体素子等がマウントされるまで、位置及び形状が実質的に変化しないペーストまたはペースト状のマウント材、例えば、半田等であれば、本外観検査装置に適用可能である。例えば、導電性の樹脂ペーストにおいて、添加する導電性材料としてＡｕ、Ｃｕ、Ｐｔ等の金属を使用しても差し支えない。また、樹脂接着材として、エポキシ樹脂の他、ポリイミド樹脂や他のポリマーを使用しても差し支えない。更に、導電性材料を添加しない絶縁性の樹脂ペーストであっても差し支えない。
【００５２】
また、発光層を有する半導体素子をマウントする例を示したが、半導体発光素子以外の半導体素子、または、受動素子であっても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施例に係る外観検査装置の構成を模式的に示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る外観検査の手順を概略的に示すフローチャート。
【図３】本発明の実施例に係る基板上に配設されたペーストの実画像を模式的に示す図。
【図４】本発明の実施例に係るペーストを排除した状態の基板の重心の位置を示す図。
【図５】本発明の実施例に係る実画像を２値化した画像を示す図。
【図６】本発明の実施例に係る飛び散りを起こしたペーストの２値化した画像を示す図で、図６（ａ）は飛び散りを起こしたペーストの全体図、図６（ｂ）は図６（ａ）の飛び散りを起こしたペーストの内で最大面積の塊を抽出した図。
【図７】本発明の実施例に係る流れを起こしたペーストの２値化した画像を示す図。
【図８】本発明の実施例に係る幾何学的形状サーチを説明するための図で、図８（ａ）は流れの小さなペーストの２値化した画像を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）にモデル画像を重ねた図。
【図９】本発明の実施例に係る基板の重心の位置とペーストの重心の位置との距離を模式的に示す図。
【図１０】本発明の実施例に係るペーストの重心の位置に半導体素子の中心を一致させてマウントした半導体装置の模式的な断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１ 外観検査装置
１０ 撮像部
１１ 支持台
１３ 基板
１３ａ 設計上の基板
１４ 基板重心
１４ａ 設計上の重心
１５、６５ａ、７５、８５、９５ ペースト
１６ 明部
１７ カメラ
１８ レンズ
１９ 第１の照明
２１ ハーフミラー
２３ 第２の照明
２５ 照射光
２６ 反射光
３０ コンピュータ部
３１ 制御部
３２ 記憶部
３３ 入力部
３４ 出力部
４０ 画像処理・判定部
４１ しきい値設定手段
４２ ブロブ解析手段
４３ 形状解析手段
４４ 画像判定手段
６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ 飛び散り部
７５ａ、８５ａ 流れ部
７７ 最大径
７８ 最小径
８７ モデル画像
８８、８９、９１ 重心
９３ 距離
１０１ 半導体素子
１０２ 発光層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及び前記基板の表面に設けられた被検査物を画像として撮影し、第１の画像データを得る工程と、
前記第１の画像データから前記基板の位置を特定し、前記基板の重心位置を算出する工程と、
しきい値に基づき前記第１の画像データを２値化して第２の画像データとする工程と、
前記２値化された第２の画像データの一方の値に対応する前記被検査物に相当する塊の物理的特徴量を算出する工程と、
前記物理的特徴量の内の面積が最大となる塊を抽出し、前記面積最大の塊の面積が第１の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、
前記面積最大の塊の最大フィレ径の最小フィレ径に対するフィレ径比を算出し、前記フィレ径比が第２の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、
前記面積最大の塊の重心位置を幾何学的形状サーチにて算出する工程と、
前記面積最大の塊の重心位置と前記基板の重心位置との距離を算出し、前記距離が第３の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、
前記面積最大の塊の重心位置を後続の工程に送出する工程と、
を備えていることを特徴とする外観検査方法。
【請求項２】
前記第１の画像データは、クロージングまたはオープニングを複数回掛けてノイズ除去が行われることを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。
【請求項３】
前記２値化は、前記第１の画像データの濃度ヒストグラムをとり、前記濃度ヒストグラムの２つの山の間の最も頻度の少ないところに前記しきい値が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査方法。
【請求項４】
水平移動可能な支持台と、
前記支持台に載置された基板及び前記基板上に設けられた被検査物を照射する照明と、
前記照明から照射された光が、前記被検査物によって反射された反射光を画像として取り込む受光部と、
前記受光部から出力される前記画像を画像データとして取り込んで、前記基板の重心位置を特定し、ノイズ除去を行い、前記画像データのしきい値を設定して２値化し、前記被検査物を塊として特徴量を算出し、前記塊の特徴量を前記被検査物の特定に必要な特性値とするための計算を行い、前記特性値を、予め記憶させてある基準値と比較して、前記被検査物の適否を判定するプログラムを実行する画像処理判定部と、
少なくとも、前記支持台、前記受光部、及び前記画像処理判定部を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項５】
前記支持台は、前記画像処理判定部で適するとされた前記被検査物の重心位置に基づいて、位置調整されることを特徴とする請求項４に記載の外観検査装置。
【請求項１】
基板及び前記基板の表面に設けられた被検査物を画像として撮影し、第１の画像データを得る工程と、
前記第１の画像データから前記基板の位置を特定し、前記基板の重心位置を算出する工程と、
しきい値に基づき前記第１の画像データを２値化して第２の画像データとする工程と、
前記２値化された第２の画像データの一方の値に対応する前記被検査物に相当する塊の物理的特徴量を算出する工程と、
前記物理的特徴量の内の面積が最大となる塊を抽出し、前記面積最大の塊の面積が第１の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、
前記面積最大の塊の最大フィレ径の最小フィレ径に対するフィレ径比を算出し、前記フィレ径比が第２の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、
前記面積最大の塊の重心位置を幾何学的形状サーチにて算出する工程と、
前記面積最大の塊の重心位置と前記基板の重心位置との距離を算出し、前記距離が第３の基準値に適合するかどうかを判定する工程と、
前記面積最大の塊の重心位置を後続の工程に送出する工程と、
を備えていることを特徴とする外観検査方法。
【請求項２】
前記第１の画像データは、クロージングまたはオープニングを複数回掛けてノイズ除去が行われることを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。
【請求項３】
前記２値化は、前記第１の画像データの濃度ヒストグラムをとり、前記濃度ヒストグラムの２つの山の間の最も頻度の少ないところに前記しきい値が設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査方法。
【請求項４】
水平移動可能な支持台と、
前記支持台に載置された基板及び前記基板上に設けられた被検査物を照射する照明と、
前記照明から照射された光が、前記被検査物によって反射された反射光を画像として取り込む受光部と、
前記受光部から出力される前記画像を画像データとして取り込んで、前記基板の重心位置を特定し、ノイズ除去を行い、前記画像データのしきい値を設定して２値化し、前記被検査物を塊として特徴量を算出し、前記塊の特徴量を前記被検査物の特定に必要な特性値とするための計算を行い、前記特性値を、予め記憶させてある基準値と比較して、前記被検査物の適否を判定するプログラムを実行する画像処理判定部と、
少なくとも、前記支持台、前記受光部、及び前記画像処理判定部を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項５】
前記支持台は、前記画像処理判定部で適するとされた前記被検査物の重心位置に基づいて、位置調整されることを特徴とする請求項４に記載の外観検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１７２８３（Ｐ２００７−１７２８３Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９９０４４（Ｐ２００５−１９９０４４）
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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