形状検査装置および形状検査方法
【課題】検査環境による検査対象物の形状の良否判定の精度が検査環境によって低下することを防止する。
【解決手段】形状検査装置は、検査対象物を照明するための検査光源と、撮像手段と、前記検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する検査データ取得手段と、前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得するオフセットデータ取得手段と、前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する差分データ取得手段と、前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する良否判定手段と、を備える。
【解決手段】形状検査装置は、検査対象物を照明するための検査光源と、撮像手段と、前記検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する検査データ取得手段と、前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得するオフセットデータ取得手段と、前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する差分データ取得手段と、前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する良否判定手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の形状の良否を判定する形状検査装置および形状検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品の配線パターンやバンプや半田やリード等の検査対象物の反射光の画像データをイメージセンサを備えたカメラなどから取得し、そのように取得した画像データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定する形状検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法では、反射光の光量に基づいて検査対象物の形状の良否が判定される。
【特許文献１】特開平１０−１９０２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、形状検査装置が設置される空間の照明光は形状検査装置の内部にも入射し得る。例えば、検査対象物を収容した状態で検査光を照射するためのチャンバには、チャンバに検査対象物を出し入れするための開口が必要であるために、その開口から検査装置の外部の照明光が検査装置の内部に入射し得る。
従来の方法では、検査対象物に一定の検査光が照射されることが前提となっているために、形状検査装置が発する検査光以外の光によって検査対象物が照明されると、一定の検査光のみで検査対象物が照明された場合に比べて検査対象物の反射光の光量が増大するために、検査対象物の形状の良否が誤判定されることがあるという問題がある。
また、カメラの出力には熱ドリフトがあるため、熱ドリフトによっても検査対象物の形状の良否が誤判定されることがあるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであって、検査対象物の形状の良否判定の精度が検査環境によって低下することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）上記目的を達成するための形状検査装置は、検査対象物を照明するための検査光源と、撮像手段と、前記検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する検査データ取得手段と、前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得するオフセットデータ取得手段と、前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する差分データ取得手段と、前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する良否判定手段と、を備える。
【０００５】
検査光源以外の光源から放射される光が検査対象物を照射する環境においては、検査データは、検査光源と検査光源以外の光源とによって照明された検査対象物の反射光の画像を表す。この環境では、検査光源を消灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得する場合、検査データとオフセットデータとの差分を求めることによって、検査光源以外の光源から放射される光に対応する成分が打ち消される。したがって、検査光源を消灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得することにより、検査光源から放射される光以外の光によって検査対象物の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、検査光源以外の光源から放射される光の影響を受けずに高精度に検査対象物の形状の良否を判定できるのである。また、検査データとオフセットデータとにはそれぞれ撮像手段の熱ドリフトに対応する成分が含まれることになるが、検査データとオフセットデータとの差分を求めることによって熱ドリフトに対応する成分が打ち消されるため、差分データには熱ドリフトに対応する成分は含まれない。したがって、差分データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定することによって、撮像手段の熱ドリフトのために検査対象物の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、撮像手段の熱ドリフトの影響にかかわらず高精度に検査対象物の形状の良否を判定できる。
【０００６】
（２）上記（１）に記述した、物としての発明は、方法の発明としても成立する。すなわち、上記目的を達成するための形状検査方法は、検査対象物を照明するための検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する工程と、前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得する工程と、前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する工程と、前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
（１）形状検査装置の構成
図１は、本発明の一実施形態としての形状検査装置１０の構成を示している。形状検査装置１０は、検査ユニット１と制御ユニット２とから構成されている。
検査ユニット１は、チャンバ１５と、カメラ１１と、リングライト１２と、ステージ１３と、搬送機構１４と、カメラ１１を駆動するとともに制御ユニット２に画像データを出力するカメラ駆動部１１１と、リングライト１２を駆動する光源駆動部１２３と、ステージ１３を駆動するステージ駆動部１３１と、搬送機構１４を駆動する搬送機構駆動部１４１とを備えている。
【０００８】
チャンバ１５には搬入口１５２と搬出口１５３と図示しない目視用の窓とが形成されている。窓はチャンバ１５の内部を目視するための開口部を透明な板によって閉塞したものである。
搬送機構１４は、搬入口１５２からチャンバ１５内のステージ１３上に検査対象の基板３０を搬入し、チャンバ１５に形成されている搬出口１５３から検査が終了した基板３０を搬出する機構である。搬送機構駆動部１４１は、搬送機構１４を駆動するためのアクチュエータ、駆動回路、インターフェース回路などから構成される。
【０００９】
ステージ１３は、検査対象の基板３０が載置される台座を水平方向に移動する機構を備える所謂ＸＹステージであってチャンバ１５の内部に設けられている。ステージ駆動部１３１は、ステージ１３を水平方向に移動させるためのアクチュエータ、駆動回路、インターフェース回路などから構成される。
カメラ１１は、図示しないレンズなどの光学系とイメージセンサなどの光電変換素子とを備え、ステージ１３の上面の一部が撮像エリアになるようにチャンバ１５の内部に設けられている。イメージセンサは、二次元配列された複数の光センサと、ＣＣＤなどで構成される電荷転送部とを備えている。カメラ駆動部１１１は光電変換素子と電荷転送部とを駆動する駆動回路、光電変換素子の出力をデジタル化して出力するインターフェース回路などから構成される。カメラ１１およびカメラ駆動部１１１はイメージセンサが受光した光の光量を示す画像データを出力する撮像手段として機能する。
【００１０】
リングライト１２は、カメラ１１の撮像エリアの中心を囲むようにそれぞれ環状に設けられている上段リングライト１２１と下段リングライト１２２とから構成され、チャンバ１５の内部に設けられている。上段リングライト１２１は下段リングライト１２２の上方の内側に位置する。上段リングライト１２１、下段リングライト１２２はいずれも、図３に示すように環状の保持部１２５に検査光源としての複数のＬＥＤ１２４が全周にわたって配列されている照明装置である。１つの保持部１２５に配列されるＬＥＤ１２４は、ステージ１３の表面にあるカメラ１１の撮像エリアを照射するように取り付けられている。光源駆動部１２３は、ＬＥＤ１２４の駆動回路、インターフェース回路などから構成され、上段リングライト１２１のＬＥＤ１２４と下段リングライト１２２のＬＥＤ１２４とを独立して点灯し消灯する。
【００１１】
図２は制御ユニット２の構成を示すブロック図である。制御ユニット２は、バスで相互に接続された演算部２０と記憶媒体２１と入力部２２と出力部２３とインターフェース２４とを備えているコンピュータである。
インターフェース２４は検査ユニット１のカメラ駆動部１１１、光源駆動部１２３、ステージ駆動部１３１、搬送機構駆動部１４１とに接続されている。制御ユニット２と検査ユニット１との間のデータ転送はインターフェース２４によって制御される。
【００１２】
記憶媒体２１には形状検査プログラム２１１が記憶されている。形状検査プログラム２１１が演算部２０によって実行されると、検査対象データ２１２、検査条件データ２１３、検査データ２１４、オフセットデータ２１５、差分データ２１６、判定基準データ２１７などの各種のデータが記憶媒体２１のワークエリアに格納される。検査対象データ２１２は、検査対象物の位置を示す座標データなどで構成される。検査条件データ２１３は、カメラ１１の光学倍率の制御データなどで構成される。
【００１３】
演算部２０はＣＰＵとして構成されており、形状検査プログラム２１１を実行することによって、搬送制御部２０１、ステージ制御部２０２、検査データ取得部２０３、オフセットデータ取得部２０４、差分データ取得部２０５、良否判定部２０６などの形状検査プログラム２１１のモジュール群が持つ機能を実現する。
入力部２２は、キーボードやマウスなどの入力装置から構成され、形状検査プログラム２１１の実行操作や検査結果の表示操作などの各種の操作を行うためのものである。
【００１４】
出力部２３は、液晶ディスプレイなどの表示装置やプリンタなどの印刷装置から構成され、検査対象物や検査結果の画面表示や印刷を行う。
搬送制御部２０１は、搬送機構駆動部１４１を制御することによって搬送機構１４を駆動し、所定のタイミングで基板３０をステージ１３上に搬入し搬出するためのプログラムモジュールである。
【００１５】
ステージ制御部２０２は、検査対象データ２１２に基づいてステージ駆動部１３１を制御することによってステージ１３を水平方向に駆動し、基板３０の検査対象物であるバンプ３１をカメラ１１の撮像エリアの中心に移動させるためのプログラムモジュールである。実際には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）を構成する複数のバンプ３１を検査対象物として同時に検査可能であるが、本明細書では撮像エリアにおさまる検査対象物は１つのバンプ３１であるものとして説明を簡略化する。
【００１６】
検査データ取得部２０３は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによってカメラ１１とリングライト１２とを駆動し、カメラ１１のイメージセンサの検査エリアに対応するエリアが受光した光の光量を示す画像データである検査データ２１４を取得するためのプログラムモジュールである。すなわち検査データ取得部２０３は、上段リングライト１２１を点灯し下段リングライト１２２を消灯した状態においてカメラ駆動部１１１を介してカメラ１１から画像データを取得し、取得した画像データの一部を検査データ２１４として記憶媒体２１に格納し、また、下段リングライト１２２を点灯し上段リングライト１２１を消灯した状態においてカメラ駆動部１１１を介してカメラ１１から画像データを取得し、取得した画像データの一部をもう一つの検査データ２１４として記憶媒体２１に格納する。
【００１７】
オフセットデータ取得部２０４は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによってカメラ１１とリングライト１２とを駆動し、カメラ１１のイメージセンサの検査エリアに対応するエリアが受光した光の光量を示す画像データであるオフセットデータ２１５を取得するためのプログラムモジュールである。すなわち検査データ取得部２０３は、上段リングライト１２１および下段リングライト１２２を消灯した状態においてカメラ駆動部１１１を介してカメラ１１から画像データを取得し、取得した画像データの一部をオフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納する。
【００１８】
差分データ取得部２０５は、上段リングライト１２１を点灯し下段リングライト１２２を消灯した状態において検査データ取得部２０３が取得した検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた結果を差分データ２１６として記憶媒体２１に格納するとともに、下段リングライト１２２を点灯し上段リングライト１２１を消灯した状態において検査データ取得部２０３が取得したもう一つの検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた結果を別の差分データ２１６として記憶媒体２１に格納するためのプログラムモジュールである。
良否判定部２０６は、差分データ取得部２０５が求めた２つの差分データ２１６の比の値を求め、その比の値と、予め決められたバンプ３１の表面の傾斜角に対応する比の値の閾値を示す判定基準データ２１７とを比較することによって、バンプ３１の形状の良否を判定するためのプログラムモジュールである。
【００１９】
（２）形状検査処理
次に、以上の構成において形状検査装置１０が実行する形状検査処理を説明する。形状検査装置１０によって形状検査プログラム２１１が実行されているとき、搬送制御部２０１とステージ制御部２０２と検査データ取得部２０３とオフセットデータ取得部２０４と差分データ取得部２０５と良否判定部２０６とは図４に示す処理を実行する。
【００２０】
まず搬送制御部２０１は、搬送機構駆動部１４１を制御することによって搬送機構１４を駆動し、所定のタイミングで基板３０をステージ１３上に搬入する(ステップＳ１０）。
次にステージ制御部２０２は、検査対象データ２１２に基づいてステージ駆動部１３１を制御することによってステージ１３を水平方向に駆動し、基板３０の検査対象物であるバンプ３１をカメラ１１の撮像エリアの中心に移動させる（ステップＳ１１）。
【００２１】
次にオフセットデータ取得部２０４は、検査条件データ２１３に基づいて上段リングライト１２１および下段リングライト１２２を消灯した状態においてカメラ１１によってバンプ３１を撮像させる（ステップＳ１２）。すなわち、オフセットデータ取得部２０４は、光源駆動部１２３を制御することによって上段リングライト１２１および下段リングライト１２２の全てのＬＥＤ１２４を消灯させるとともに、カメラ駆動部１１１を制御することによってカメラ１１にバンプ３１を撮像させる。その結果、バンプ３１の反射光を受光したカメラ１１とカメラ駆動部１１１とによってバンプ３１の反射光の像を表す画像データが生成される。このとき、上段リングライト１２１および下段リングライト１２２が点灯していない状態でバンプ３１の反射光の像が撮像されるため、生成される画像データは、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光によって照明されたバンプ３１の反射光の像を表すデータになる。またこの画像データが示す各画素の輝度値は、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の温度特性の影響を受けている。すなわちステップＳ１２にて生成される画像データには、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分が含まれている。
【００２２】
次にオフセットデータ取得部２０４は、ステップＳ１２にて生成された画像データの検査エリアに対応する画素のエリアをオフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納する（ステップＳ１３）。
次に検査データ取得部２０３は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによって、上段リングライト１２１を点灯した状態においてカメラ１１にバンプ３１を撮像させる（ステップＳ１４）。すなわち、検査データ取得部２０３は、光源駆動部１２３を制御することによって上段リングライト１２１の全てのＬＥＤ１２４を点灯させるとともに、カメラ駆動部１１１を制御することによってカメラ１１にバンプ３１を撮像させる。その結果、バンプ３１の反射光を受光したカメラ１１とカメラ駆動部１１１とによってバンプ３１の反射光の像を表す画像データが生成される。このとき、上段リングライト１２１が点灯した状態でバンプ３１の反射光の像が撮像されるため、生成される画像データは、上段リングライト１２１が放射する光と、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光とによって照明されたバンプ３１の反射光の像を表すデータになる。またこの画像データが示す各画素の輝度値は、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の温度特性の影響を受けている。すなわちステップＳ１４にて生成される画像データには、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分が含まれている。
【００２３】
次に検査データ取得部２０３は、ステップＳ１４にて生成された画像データの検査エリアに対応する画素のエリアを第一の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納する（ステップＳ１５）。オフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点と第一の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点とにおいてカメラ１１の熱ドリフトは実質的に変化しないと考えられるため、第一の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分と等しい成分が含まれる。また、オフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点と第一の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点とにおいて、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光は実質的に変化しないと考えられる。またカメラ１１とバンプ３１との位置関係も変化しないため、第一の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるところの目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分と等しい成分が含まれる。
【００２４】
次に検査データ取得部２０３は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによって、下段リングライト１２２の全てのＬＥＤ１２４を点灯した状態においてカメラ１１にバンプ３１を撮像させる（ステップＳ１６）。
次に検査データ取得部２０３は、ステップＳ１６にて生成された画像データの検査エリアに対応する画素のエリアを第二の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納する（ステップＳ１７）。オフセットデータ２１５と第一の検査データ２１４との関係について述べた事項は、オフセットデータ２１５と第二の検査データ２１４との関係においても同様である。すなわち、第二の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分と等しい成分が含まれる。また、第二の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるところの目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分と等しい成分が含まれる。
【００２５】
次に差分データ取得部２０５は、上段リングライト１２１を点灯し下段リングライト１２２を消灯した状態で生成された画像データである第一の検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた第一の差分データ２１６と、下段リングライト１２２を点灯し上段リングライト１２１を消灯した状態で生成された画像データである第二の検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた第二の差分データ２１６とを取得する（ステップＳ１８）。第一の検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引くことにより、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分と、カメラ１１の熱ドリフトに対応する成分とがともに打ち消される。したがって、第一の差分データ２１６には、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分も、カメラ１１の熱ドリフトに対応する成分も含まれず、上段リングライト１２１のＬＥＤ１２４から放射される光に対応する成分のみが含まれることになる。同様に、第二の差分データ２１６には、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分も、カメラ１１の熱ドリフトに対応する成分も含まれず、下段リングライト１２２のＬＥＤ１２４から放射される光に対応する成分のみが含まれることになる。
【００２６】
次に良否判定部２０６は、第一の差分データ２１６が示す受光量と第二の差分データ２１６が示す受光量との比の値を求め、その比の値と判定基準データ２１７とを比較することによってバンプ３１の形状の良否を判定する。この判定処理について具体例を挙げて説明すると次の通りである。検査対象物であるバンプ３１は図５に示すようにほぼ円錐台形であるとする。バンプ３１の表面の傾斜角を予め決められた検査エリアについて判定することによってバンプ３１の形状の良否を判定することができる。上段リングライト１２１から検査エリア内のバンプ３１の表面に入射する光の入射角と下段リングライト１２２からバンプ３１の表面の同じエリアに入射する光の入射角とは異なる。バンプ３１の表面は乱反射面としての形状を備えている。このため、カメラ１１に向かう反射光の光量はバンプ３１の表面の傾斜角とバンプ３１を照射する光のバンプ３１への入射角とに相関する。したがって、上段リングライト１２１を点灯した状態に対応する第一の差分データ２１６と下段リングライト１２２を点灯した状態に対応する第二の差分データ２１６との比の値と、予め決められている比の値の閾値を示す判定基準データ２１７とを比較することによって、バンプ３１の表面の検査エリアにおける傾斜角を判定することができる。
【００２７】
例えば、図５に示すようにバンプ３１の正常な形状が傾斜面である検査エリアに上段リングライト１２１の光と下段リングライト１２２の光とが照射されるとすると、カメラ１１が検査エリアから受光する光の光量は、上段リングライト１２１の反射光よりも下段リングライト１２２の反射光の方が多くなる。図５では、上段リングライト１２１のカメラ１１に向かう検査エリアの反射光の光量をベクトルＸで示し、下段リングライト１２２のカメラ１１に向かう検査エリアの反射光の光量をベクトルＹで示している。上段リングライト１２１と下段リングライト１２２と検査エリアとがこのような関係にあるとき、検査エリアにおいてバンプ３１の表面の傾斜角θがある閾値よりも小さい場合、カメラ１１が検査エリアから受光する光の光量は、下段リングライト１２２の反射光よりも上段リングライト１２１の反射光の方が多くなる。したがって、バンプ３１の表面の傾斜角θの閾値に対応する判定基準データ２１７と、上段リングライト１２１を点灯した状態に対応する第一の差分データ２１６と下段リングライト１２２を点灯した状態に対応する第二の差分データ２１６との比の値とを比較することによって、バンプ３１の表面の検査エリアにおける傾斜角を判定することができる。
【００２８】
このようにして傾斜角を判定する方法において、図６Ａに示すようにチャンバ１５の外部の光が目視用の窓からバンプ３１を照射するとする。この場合、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態でカメラ１１とカメラ駆動部１１１によって生成される画像データの各画素の輝度値は、図６Ｂに実線で示すような値を示す。すなわち、チャンバ１５の外部の光とカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分（この成分はハッチングで示す領域に対応する。）が画像データに含まれ、チャンバ１５の外部の光の成分は、検査エリアＬに対応する画素のエリアにおいて大きくなり、検査エリアＲに対応する画素のエリアおいて小さくなる。また、下段リングライト１２２が点灯し上段リングライト１２１が消灯している状態でカメラ１１およびカメラ駆動部１１１によって生成される画像データの各画素の輝度値は、図６Ｃに実線で示すような値を示す。すなわち、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態と同一の、チャンバ１５の外部の光とカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分（この成分はハッチングで示す領域に対応する。）が画像データに含まれる。
【００２９】
図７Ａでは、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態でカメラ１１およびカメラ駆動部１１１によって生成される画像データの各画素の輝度値が破線で示され、下段リングライト１２２が点灯し上段リングライト１２１が消灯している状態で出力される画像データの各画素の輝度値が実線で示されている。仮にオフセットデータを用いずに２つの検査データの比の値を検査エリアＬと検査エリアＲとについてそれぞれ求めるとすれば、バンプ３１の表面の傾斜角は検査エリアＬと検査エリアＲとにおいて等しいにもかかわらず、その比の値は著しく異なるため、少なくともいずれか一方の検査エリアにおいて良否が誤判定される。
【００３０】
図７Ｂでは、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態に対応する差分データ２１６の各画素の輝度値はＬ、Ｒで示す範囲の破線で示され、下段リングライト１２２が点灯し上段リングライト１２１が消灯している状態に対応する差分データ２１６の各画素の輝度値はＬ、Ｒで示す範囲の実線で示されている。２つの差分データ２１６はチャンバ１５の外部の光とカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分を含まないため、検査エリアＬ、Ｒに対応する画素のエリアにおける輝度値は検査エリアＬ、Ｒにおけるバンプ３１の傾斜角に忠実に対応する。したがって、検査データ２１４とオフセットデータ２１５の差分を示す２つの差分データ２１６の比に基づいてバンプ３１の形状の良否を判定することにより、判定精度が向上するのである。
【００３１】
次に検査対象の基板３０に設けられている検査対象物である全てのバンプ３１について形状の検査が終了したかが検査対象データ２１２に基づいて判定される（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０にて検査対象の基板３０に設けられている検査対象物である全てのバンプ３１について形状の検査が終了したと判定される場合、搬送制御部２０１は搬送機構駆動部１４１を制御することによって搬送機構１４を駆動し、ステージ１３上から基板３０をチャンバ１５の外に搬出する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２０にて検査対象の基板３０に設けられている検査対象物である全てのバンプ３１について形状の検査が終了していないと判定される場合、ステップＳ１１から上述の処理が繰り返される。
【００３２】
以上説明したように、形状検査装置１０は、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分を含まない差分データに基づいて検査対象物であるバンプ３１の形状の良否を判定するため、チャンバ１５の外部の光源から放射される光によってバンプ３１の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、チャンバ１５の外部の光源の光の影響を受けずに高精度にバンプ３１の形状の良否を判定することができる。特に、チャンバ１５に窓を設ける場合には、チャンバ１５の外部の光源の光がチャンバ１５の内部に入射しやすくなるが、本実施形態の形状検査装置１０によると、チャンバ１５の内部に入射する光によって形状の判定精度が低下することがないため、チャンバ１５の窓を大きく設計したり、窓を設ける位置を自由に設計することが可能である。また、形状検査装置１０は、カメラ１１の熱ドリフトの成分を含まない差分データに基づいて検査対象物であるバンプ３１の形状の良否を判定するため、カメラ１１の熱ドリフトのためにバンプ３１の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、カメラ１１の熱ドリフトにかかわらず高精度にバンプ３１の形状の良否を判定することができる。
【００３３】
（３）他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態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において種々変更を加え得ることは勿論である。
すなわち、検査光源は、検査対象物を照明するための光源であればよく、検査対象物で反射される光を放射する光源として、ＬＥＤの他、蛍光管などを検査光源として用いることができる。またＬＥＤ等の発光体と導光体とを組み合わせたものを光源としてもよい。例えばＬＥＤと円弧状の導光体とを組み合わせたリングライトを光源として用いてもよい。さらに、光源の個数や配置に制限はなく、例えば、リングライトを１段または３段以上に設けてもよい。撮像手段は、検査対象物の反射光の像を撮像できる物であればよく、一般にはエリアイメージセンサ等の光電変換素子が用いられる。
【００３４】
検査データは、検査光源を点灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであればよく、アナログであるかデジタルであるかを含めて、画素数やデータ形式に制限はないし、撮像手段が出力する画像データの一部または全部を検査データとして用いることができる。検査データ取得手段は、このような検査データを取得できる物であればよく、一般にはコンピュータプログラムとそれを実行するコンピュータとによって実現される。
【００３５】
オフセットデータは、検査光源を消灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであればよく、検査データと対応する限りにおいて画素数やデータ形式に制限はないし、撮像手段が出力する画像データの一部または全部をオフセットデータとして用いることができる。オフセットデータ取得手段は、このようなオフセットデータを取得できる物であればよく、一般にはコンピュータプログラムとそれを実行するコンピュータとによって実現される。
【００３６】
オフセットデータと検査データを取得するタイミングは、撮像手段の熱ドリフトの変化の早さに応じて決めればよい。変化が早い場合や撮像間隔が長い場合にはオフセットデータと検査データとを交互に取得することが好ましく、熱ドリフトの変化が遅い場合や撮像間隔が短い場合には１つのオフセットデータに対して複数の検査データを取得することが好ましい。
【００３７】
差分データは、検査データとオフセットデータの差分を示すデータであればよく、差分の表現形態に制限はなく、実数表現であってもよいし、二値化されたデータであってもよい。差分データ取得手段は、このような差分データを取得できる物であればよく、一般にはコンピュータプログラムとそれを実行するコンピュータとによって実現される。
良否判定手段は、差分データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定するものであればよく、どのようなアルゴリズムで判定する物であってもよい。例えば、１つの検査光源によって照射される検査対象物の反射光の光量と閾値とを単純に比較することによって形状の良否が判定されてもよい。
検査対象物は基板上のバンプに限らず、部品実装前の配線パターンや、クリーム半田の検査に本発明を適用してもよいし、基板に実装された部品の実装状態、例えば表面実装された部品の半田付け状態や、部品のずれ・欠落などの実装状態の検査に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図２】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図３】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図４】本発明の実施形態にかかるフローチャート。
【図５】本発明の実施形態にかかる光路図。
【図６】図６Ａは本発明の実施形態にかかる説明図である。図６Ｂおよび図６Ｃは本発明の実施形態にかかるグラフである。
【図７】図７Ａは本発明の比較例にかかるグラフである。図７Ｂは本発明の実施形態にかかるグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１：検査ユニット、２：制御ユニット、１０：形状検査装置、１１：カメラ、１２：リングライト、１３：ステージ、１４：搬送機構、１５：チャンバ、２０：演算部、２１：記憶媒体、２２：入力部、２３：出力部、２４：インターフェース、３０：基板、３１：バンプ、１１１：カメラ駆動部、１２１：上段リングライト、１２２：下段リングライト、１２３：光源駆動部、１２５：保持部、１３１：ステージ駆動部、１４１：搬送機構駆動部、１５２：搬入口、１５３：搬出口、２０１：搬送制御部、２０２：ステージ制御部、２０３：検査データ取得部、２０４：オフセットデータ取得部、２０５：差分データ取得部、２０６：良否判定部、２１１：形状検査プログラム、２１２：検査対象データ、２１３：検査条件データ、２１４：検査データ、２１５：オフセットデータ、２１６：差分データ、２１７：判定基準データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象物の形状の良否を判定する形状検査装置および形状検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品の配線パターンやバンプや半田やリード等の検査対象物の反射光の画像データをイメージセンサを備えたカメラなどから取得し、そのように取得した画像データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定する形状検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法では、反射光の光量に基づいて検査対象物の形状の良否が判定される。
【特許文献１】特開平１０−１９０２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、形状検査装置が設置される空間の照明光は形状検査装置の内部にも入射し得る。例えば、検査対象物を収容した状態で検査光を照射するためのチャンバには、チャンバに検査対象物を出し入れするための開口が必要であるために、その開口から検査装置の外部の照明光が検査装置の内部に入射し得る。
従来の方法では、検査対象物に一定の検査光が照射されることが前提となっているために、形状検査装置が発する検査光以外の光によって検査対象物が照明されると、一定の検査光のみで検査対象物が照明された場合に比べて検査対象物の反射光の光量が増大するために、検査対象物の形状の良否が誤判定されることがあるという問題がある。
また、カメラの出力には熱ドリフトがあるため、熱ドリフトによっても検査対象物の形状の良否が誤判定されることがあるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するために創作されたものであって、検査対象物の形状の良否判定の精度が検査環境によって低下することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）上記目的を達成するための形状検査装置は、検査対象物を照明するための検査光源と、撮像手段と、前記検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する検査データ取得手段と、前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得するオフセットデータ取得手段と、前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する差分データ取得手段と、前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する良否判定手段と、を備える。
【０００５】
検査光源以外の光源から放射される光が検査対象物を照射する環境においては、検査データは、検査光源と検査光源以外の光源とによって照明された検査対象物の反射光の画像を表す。この環境では、検査光源を消灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得する場合、検査データとオフセットデータとの差分を求めることによって、検査光源以外の光源から放射される光に対応する成分が打ち消される。したがって、検査光源を消灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得することにより、検査光源から放射される光以外の光によって検査対象物の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、検査光源以外の光源から放射される光の影響を受けずに高精度に検査対象物の形状の良否を判定できるのである。また、検査データとオフセットデータとにはそれぞれ撮像手段の熱ドリフトに対応する成分が含まれることになるが、検査データとオフセットデータとの差分を求めることによって熱ドリフトに対応する成分が打ち消されるため、差分データには熱ドリフトに対応する成分は含まれない。したがって、差分データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定することによって、撮像手段の熱ドリフトのために検査対象物の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、撮像手段の熱ドリフトの影響にかかわらず高精度に検査対象物の形状の良否を判定できる。
【０００６】
（２）上記（１）に記述した、物としての発明は、方法の発明としても成立する。すなわち、上記目的を達成するための形状検査方法は、検査対象物を照明するための検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する工程と、前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得する工程と、前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する工程と、前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
（１）形状検査装置の構成
図１は、本発明の一実施形態としての形状検査装置１０の構成を示している。形状検査装置１０は、検査ユニット１と制御ユニット２とから構成されている。
検査ユニット１は、チャンバ１５と、カメラ１１と、リングライト１２と、ステージ１３と、搬送機構１４と、カメラ１１を駆動するとともに制御ユニット２に画像データを出力するカメラ駆動部１１１と、リングライト１２を駆動する光源駆動部１２３と、ステージ１３を駆動するステージ駆動部１３１と、搬送機構１４を駆動する搬送機構駆動部１４１とを備えている。
【０００８】
チャンバ１５には搬入口１５２と搬出口１５３と図示しない目視用の窓とが形成されている。窓はチャンバ１５の内部を目視するための開口部を透明な板によって閉塞したものである。
搬送機構１４は、搬入口１５２からチャンバ１５内のステージ１３上に検査対象の基板３０を搬入し、チャンバ１５に形成されている搬出口１５３から検査が終了した基板３０を搬出する機構である。搬送機構駆動部１４１は、搬送機構１４を駆動するためのアクチュエータ、駆動回路、インターフェース回路などから構成される。
【０００９】
ステージ１３は、検査対象の基板３０が載置される台座を水平方向に移動する機構を備える所謂ＸＹステージであってチャンバ１５の内部に設けられている。ステージ駆動部１３１は、ステージ１３を水平方向に移動させるためのアクチュエータ、駆動回路、インターフェース回路などから構成される。
カメラ１１は、図示しないレンズなどの光学系とイメージセンサなどの光電変換素子とを備え、ステージ１３の上面の一部が撮像エリアになるようにチャンバ１５の内部に設けられている。イメージセンサは、二次元配列された複数の光センサと、ＣＣＤなどで構成される電荷転送部とを備えている。カメラ駆動部１１１は光電変換素子と電荷転送部とを駆動する駆動回路、光電変換素子の出力をデジタル化して出力するインターフェース回路などから構成される。カメラ１１およびカメラ駆動部１１１はイメージセンサが受光した光の光量を示す画像データを出力する撮像手段として機能する。
【００１０】
リングライト１２は、カメラ１１の撮像エリアの中心を囲むようにそれぞれ環状に設けられている上段リングライト１２１と下段リングライト１２２とから構成され、チャンバ１５の内部に設けられている。上段リングライト１２１は下段リングライト１２２の上方の内側に位置する。上段リングライト１２１、下段リングライト１２２はいずれも、図３に示すように環状の保持部１２５に検査光源としての複数のＬＥＤ１２４が全周にわたって配列されている照明装置である。１つの保持部１２５に配列されるＬＥＤ１２４は、ステージ１３の表面にあるカメラ１１の撮像エリアを照射するように取り付けられている。光源駆動部１２３は、ＬＥＤ１２４の駆動回路、インターフェース回路などから構成され、上段リングライト１２１のＬＥＤ１２４と下段リングライト１２２のＬＥＤ１２４とを独立して点灯し消灯する。
【００１１】
図２は制御ユニット２の構成を示すブロック図である。制御ユニット２は、バスで相互に接続された演算部２０と記憶媒体２１と入力部２２と出力部２３とインターフェース２４とを備えているコンピュータである。
インターフェース２４は検査ユニット１のカメラ駆動部１１１、光源駆動部１２３、ステージ駆動部１３１、搬送機構駆動部１４１とに接続されている。制御ユニット２と検査ユニット１との間のデータ転送はインターフェース２４によって制御される。
【００１２】
記憶媒体２１には形状検査プログラム２１１が記憶されている。形状検査プログラム２１１が演算部２０によって実行されると、検査対象データ２１２、検査条件データ２１３、検査データ２１４、オフセットデータ２１５、差分データ２１６、判定基準データ２１７などの各種のデータが記憶媒体２１のワークエリアに格納される。検査対象データ２１２は、検査対象物の位置を示す座標データなどで構成される。検査条件データ２１３は、カメラ１１の光学倍率の制御データなどで構成される。
【００１３】
演算部２０はＣＰＵとして構成されており、形状検査プログラム２１１を実行することによって、搬送制御部２０１、ステージ制御部２０２、検査データ取得部２０３、オフセットデータ取得部２０４、差分データ取得部２０５、良否判定部２０６などの形状検査プログラム２１１のモジュール群が持つ機能を実現する。
入力部２２は、キーボードやマウスなどの入力装置から構成され、形状検査プログラム２１１の実行操作や検査結果の表示操作などの各種の操作を行うためのものである。
【００１４】
出力部２３は、液晶ディスプレイなどの表示装置やプリンタなどの印刷装置から構成され、検査対象物や検査結果の画面表示や印刷を行う。
搬送制御部２０１は、搬送機構駆動部１４１を制御することによって搬送機構１４を駆動し、所定のタイミングで基板３０をステージ１３上に搬入し搬出するためのプログラムモジュールである。
【００１５】
ステージ制御部２０２は、検査対象データ２１２に基づいてステージ駆動部１３１を制御することによってステージ１３を水平方向に駆動し、基板３０の検査対象物であるバンプ３１をカメラ１１の撮像エリアの中心に移動させるためのプログラムモジュールである。実際には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）を構成する複数のバンプ３１を検査対象物として同時に検査可能であるが、本明細書では撮像エリアにおさまる検査対象物は１つのバンプ３１であるものとして説明を簡略化する。
【００１６】
検査データ取得部２０３は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによってカメラ１１とリングライト１２とを駆動し、カメラ１１のイメージセンサの検査エリアに対応するエリアが受光した光の光量を示す画像データである検査データ２１４を取得するためのプログラムモジュールである。すなわち検査データ取得部２０３は、上段リングライト１２１を点灯し下段リングライト１２２を消灯した状態においてカメラ駆動部１１１を介してカメラ１１から画像データを取得し、取得した画像データの一部を検査データ２１４として記憶媒体２１に格納し、また、下段リングライト１２２を点灯し上段リングライト１２１を消灯した状態においてカメラ駆動部１１１を介してカメラ１１から画像データを取得し、取得した画像データの一部をもう一つの検査データ２１４として記憶媒体２１に格納する。
【００１７】
オフセットデータ取得部２０４は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによってカメラ１１とリングライト１２とを駆動し、カメラ１１のイメージセンサの検査エリアに対応するエリアが受光した光の光量を示す画像データであるオフセットデータ２１５を取得するためのプログラムモジュールである。すなわち検査データ取得部２０３は、上段リングライト１２１および下段リングライト１２２を消灯した状態においてカメラ駆動部１１１を介してカメラ１１から画像データを取得し、取得した画像データの一部をオフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納する。
【００１８】
差分データ取得部２０５は、上段リングライト１２１を点灯し下段リングライト１２２を消灯した状態において検査データ取得部２０３が取得した検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた結果を差分データ２１６として記憶媒体２１に格納するとともに、下段リングライト１２２を点灯し上段リングライト１２１を消灯した状態において検査データ取得部２０３が取得したもう一つの検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた結果を別の差分データ２１６として記憶媒体２１に格納するためのプログラムモジュールである。
良否判定部２０６は、差分データ取得部２０５が求めた２つの差分データ２１６の比の値を求め、その比の値と、予め決められたバンプ３１の表面の傾斜角に対応する比の値の閾値を示す判定基準データ２１７とを比較することによって、バンプ３１の形状の良否を判定するためのプログラムモジュールである。
【００１９】
（２）形状検査処理
次に、以上の構成において形状検査装置１０が実行する形状検査処理を説明する。形状検査装置１０によって形状検査プログラム２１１が実行されているとき、搬送制御部２０１とステージ制御部２０２と検査データ取得部２０３とオフセットデータ取得部２０４と差分データ取得部２０５と良否判定部２０６とは図４に示す処理を実行する。
【００２０】
まず搬送制御部２０１は、搬送機構駆動部１４１を制御することによって搬送機構１４を駆動し、所定のタイミングで基板３０をステージ１３上に搬入する(ステップＳ１０）。
次にステージ制御部２０２は、検査対象データ２１２に基づいてステージ駆動部１３１を制御することによってステージ１３を水平方向に駆動し、基板３０の検査対象物であるバンプ３１をカメラ１１の撮像エリアの中心に移動させる（ステップＳ１１）。
【００２１】
次にオフセットデータ取得部２０４は、検査条件データ２１３に基づいて上段リングライト１２１および下段リングライト１２２を消灯した状態においてカメラ１１によってバンプ３１を撮像させる（ステップＳ１２）。すなわち、オフセットデータ取得部２０４は、光源駆動部１２３を制御することによって上段リングライト１２１および下段リングライト１２２の全てのＬＥＤ１２４を消灯させるとともに、カメラ駆動部１１１を制御することによってカメラ１１にバンプ３１を撮像させる。その結果、バンプ３１の反射光を受光したカメラ１１とカメラ駆動部１１１とによってバンプ３１の反射光の像を表す画像データが生成される。このとき、上段リングライト１２１および下段リングライト１２２が点灯していない状態でバンプ３１の反射光の像が撮像されるため、生成される画像データは、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光によって照明されたバンプ３１の反射光の像を表すデータになる。またこの画像データが示す各画素の輝度値は、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の温度特性の影響を受けている。すなわちステップＳ１２にて生成される画像データには、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分が含まれている。
【００２２】
次にオフセットデータ取得部２０４は、ステップＳ１２にて生成された画像データの検査エリアに対応する画素のエリアをオフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納する（ステップＳ１３）。
次に検査データ取得部２０３は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによって、上段リングライト１２１を点灯した状態においてカメラ１１にバンプ３１を撮像させる（ステップＳ１４）。すなわち、検査データ取得部２０３は、光源駆動部１２３を制御することによって上段リングライト１２１の全てのＬＥＤ１２４を点灯させるとともに、カメラ駆動部１１１を制御することによってカメラ１１にバンプ３１を撮像させる。その結果、バンプ３１の反射光を受光したカメラ１１とカメラ駆動部１１１とによってバンプ３１の反射光の像を表す画像データが生成される。このとき、上段リングライト１２１が点灯した状態でバンプ３１の反射光の像が撮像されるため、生成される画像データは、上段リングライト１２１が放射する光と、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光とによって照明されたバンプ３１の反射光の像を表すデータになる。またこの画像データが示す各画素の輝度値は、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の温度特性の影響を受けている。すなわちステップＳ１４にて生成される画像データには、この画像データが生成された時点におけるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分が含まれている。
【００２３】
次に検査データ取得部２０３は、ステップＳ１４にて生成された画像データの検査エリアに対応する画素のエリアを第一の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納する（ステップＳ１５）。オフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点と第一の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点とにおいてカメラ１１の熱ドリフトは実質的に変化しないと考えられるため、第一の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分と等しい成分が含まれる。また、オフセットデータ２１５として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点と第一の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納される画像データが生成される時点とにおいて、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光は実質的に変化しないと考えられる。またカメラ１１とバンプ３１との位置関係も変化しないため、第一の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるところの目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分と等しい成分が含まれる。
【００２４】
次に検査データ取得部２０３は、検査条件データ２１３に基づいてカメラ駆動部１１１と光源駆動部１２３とを制御することによって、下段リングライト１２２の全てのＬＥＤ１２４を点灯した状態においてカメラ１１にバンプ３１を撮像させる（ステップＳ１６）。
次に検査データ取得部２０３は、ステップＳ１６にて生成された画像データの検査エリアに対応する画素のエリアを第二の検査データ２１４として記憶媒体２１に格納する（ステップＳ１７）。オフセットデータ２１５と第一の検査データ２１４との関係について述べた事項は、オフセットデータ２１５と第二の検査データ２１４との関係においても同様である。すなわち、第二の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分と等しい成分が含まれる。また、第二の検査データ２１４には、オフセットデータ２１５に含まれるところの目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分と等しい成分が含まれる。
【００２５】
次に差分データ取得部２０５は、上段リングライト１２１を点灯し下段リングライト１２２を消灯した状態で生成された画像データである第一の検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた第一の差分データ２１６と、下段リングライト１２２を点灯し上段リングライト１２１を消灯した状態で生成された画像データである第二の検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引いた第二の差分データ２１６とを取得する（ステップＳ１８）。第一の検査データ２１４からオフセットデータ２１５を差し引くことにより、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分と、カメラ１１の熱ドリフトに対応する成分とがともに打ち消される。したがって、第一の差分データ２１６には、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分も、カメラ１１の熱ドリフトに対応する成分も含まれず、上段リングライト１２１のＬＥＤ１２４から放射される光に対応する成分のみが含まれることになる。同様に、第二の差分データ２１６には、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分も、カメラ１１の熱ドリフトに対応する成分も含まれず、下段リングライト１２２のＬＥＤ１２４から放射される光に対応する成分のみが含まれることになる。
【００２６】
次に良否判定部２０６は、第一の差分データ２１６が示す受光量と第二の差分データ２１６が示す受光量との比の値を求め、その比の値と判定基準データ２１７とを比較することによってバンプ３１の形状の良否を判定する。この判定処理について具体例を挙げて説明すると次の通りである。検査対象物であるバンプ３１は図５に示すようにほぼ円錐台形であるとする。バンプ３１の表面の傾斜角を予め決められた検査エリアについて判定することによってバンプ３１の形状の良否を判定することができる。上段リングライト１２１から検査エリア内のバンプ３１の表面に入射する光の入射角と下段リングライト１２２からバンプ３１の表面の同じエリアに入射する光の入射角とは異なる。バンプ３１の表面は乱反射面としての形状を備えている。このため、カメラ１１に向かう反射光の光量はバンプ３１の表面の傾斜角とバンプ３１を照射する光のバンプ３１への入射角とに相関する。したがって、上段リングライト１２１を点灯した状態に対応する第一の差分データ２１６と下段リングライト１２２を点灯した状態に対応する第二の差分データ２１６との比の値と、予め決められている比の値の閾値を示す判定基準データ２１７とを比較することによって、バンプ３１の表面の検査エリアにおける傾斜角を判定することができる。
【００２７】
例えば、図５に示すようにバンプ３１の正常な形状が傾斜面である検査エリアに上段リングライト１２１の光と下段リングライト１２２の光とが照射されるとすると、カメラ１１が検査エリアから受光する光の光量は、上段リングライト１２１の反射光よりも下段リングライト１２２の反射光の方が多くなる。図５では、上段リングライト１２１のカメラ１１に向かう検査エリアの反射光の光量をベクトルＸで示し、下段リングライト１２２のカメラ１１に向かう検査エリアの反射光の光量をベクトルＹで示している。上段リングライト１２１と下段リングライト１２２と検査エリアとがこのような関係にあるとき、検査エリアにおいてバンプ３１の表面の傾斜角θがある閾値よりも小さい場合、カメラ１１が検査エリアから受光する光の光量は、下段リングライト１２２の反射光よりも上段リングライト１２１の反射光の方が多くなる。したがって、バンプ３１の表面の傾斜角θの閾値に対応する判定基準データ２１７と、上段リングライト１２１を点灯した状態に対応する第一の差分データ２１６と下段リングライト１２２を点灯した状態に対応する第二の差分データ２１６との比の値とを比較することによって、バンプ３１の表面の検査エリアにおける傾斜角を判定することができる。
【００２８】
このようにして傾斜角を判定する方法において、図６Ａに示すようにチャンバ１５の外部の光が目視用の窓からバンプ３１を照射するとする。この場合、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態でカメラ１１とカメラ駆動部１１１によって生成される画像データの各画素の輝度値は、図６Ｂに実線で示すような値を示す。すなわち、チャンバ１５の外部の光とカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分（この成分はハッチングで示す領域に対応する。）が画像データに含まれ、チャンバ１５の外部の光の成分は、検査エリアＬに対応する画素のエリアにおいて大きくなり、検査エリアＲに対応する画素のエリアおいて小さくなる。また、下段リングライト１２２が点灯し上段リングライト１２１が消灯している状態でカメラ１１およびカメラ駆動部１１１によって生成される画像データの各画素の輝度値は、図６Ｃに実線で示すような値を示す。すなわち、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態と同一の、チャンバ１５の外部の光とカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分（この成分はハッチングで示す領域に対応する。）が画像データに含まれる。
【００２９】
図７Ａでは、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態でカメラ１１およびカメラ駆動部１１１によって生成される画像データの各画素の輝度値が破線で示され、下段リングライト１２２が点灯し上段リングライト１２１が消灯している状態で出力される画像データの各画素の輝度値が実線で示されている。仮にオフセットデータを用いずに２つの検査データの比の値を検査エリアＬと検査エリアＲとについてそれぞれ求めるとすれば、バンプ３１の表面の傾斜角は検査エリアＬと検査エリアＲとにおいて等しいにもかかわらず、その比の値は著しく異なるため、少なくともいずれか一方の検査エリアにおいて良否が誤判定される。
【００３０】
図７Ｂでは、上段リングライト１２１が点灯し下段リングライト１２２が消灯している状態に対応する差分データ２１６の各画素の輝度値はＬ、Ｒで示す範囲の破線で示され、下段リングライト１２２が点灯し上段リングライト１２１が消灯している状態に対応する差分データ２１６の各画素の輝度値はＬ、Ｒで示す範囲の実線で示されている。２つの差分データ２１６はチャンバ１５の外部の光とカメラ１１の熱ドリフトに対応する成分を含まないため、検査エリアＬ、Ｒに対応する画素のエリアにおける輝度値は検査エリアＬ、Ｒにおけるバンプ３１の傾斜角に忠実に対応する。したがって、検査データ２１４とオフセットデータ２１５の差分を示す２つの差分データ２１６の比に基づいてバンプ３１の形状の良否を判定することにより、判定精度が向上するのである。
【００３１】
次に検査対象の基板３０に設けられている検査対象物である全てのバンプ３１について形状の検査が終了したかが検査対象データ２１２に基づいて判定される（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０にて検査対象の基板３０に設けられている検査対象物である全てのバンプ３１について形状の検査が終了したと判定される場合、搬送制御部２０１は搬送機構駆動部１４１を制御することによって搬送機構１４を駆動し、ステージ１３上から基板３０をチャンバ１５の外に搬出する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２０にて検査対象の基板３０に設けられている検査対象物である全てのバンプ３１について形状の検査が終了していないと判定される場合、ステップＳ１１から上述の処理が繰り返される。
【００３２】
以上説明したように、形状検査装置１０は、目視用の窓と搬入口１５２と搬出口１５３とを通じてチャンバ１５の内部に入射する光に対応する成分を含まない差分データに基づいて検査対象物であるバンプ３１の形状の良否を判定するため、チャンバ１５の外部の光源から放射される光によってバンプ３１の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、チャンバ１５の外部の光源の光の影響を受けずに高精度にバンプ３１の形状の良否を判定することができる。特に、チャンバ１５に窓を設ける場合には、チャンバ１５の外部の光源の光がチャンバ１５の内部に入射しやすくなるが、本実施形態の形状検査装置１０によると、チャンバ１５の内部に入射する光によって形状の判定精度が低下することがないため、チャンバ１５の窓を大きく設計したり、窓を設ける位置を自由に設計することが可能である。また、形状検査装置１０は、カメラ１１の熱ドリフトの成分を含まない差分データに基づいて検査対象物であるバンプ３１の形状の良否を判定するため、カメラ１１の熱ドリフトのためにバンプ３１の形状の良否判定の精度が低下することを防止でき、カメラ１１の熱ドリフトにかかわらず高精度にバンプ３１の形状の良否を判定することができる。
【００３３】
（３）他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態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において種々変更を加え得ることは勿論である。
すなわち、検査光源は、検査対象物を照明するための光源であればよく、検査対象物で反射される光を放射する光源として、ＬＥＤの他、蛍光管などを検査光源として用いることができる。またＬＥＤ等の発光体と導光体とを組み合わせたものを光源としてもよい。例えばＬＥＤと円弧状の導光体とを組み合わせたリングライトを光源として用いてもよい。さらに、光源の個数や配置に制限はなく、例えば、リングライトを１段または３段以上に設けてもよい。撮像手段は、検査対象物の反射光の像を撮像できる物であればよく、一般にはエリアイメージセンサ等の光電変換素子が用いられる。
【００３４】
検査データは、検査光源を点灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであればよく、アナログであるかデジタルであるかを含めて、画素数やデータ形式に制限はないし、撮像手段が出力する画像データの一部または全部を検査データとして用いることができる。検査データ取得手段は、このような検査データを取得できる物であればよく、一般にはコンピュータプログラムとそれを実行するコンピュータとによって実現される。
【００３５】
オフセットデータは、検査光源を消灯した状態において検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データであればよく、検査データと対応する限りにおいて画素数やデータ形式に制限はないし、撮像手段が出力する画像データの一部または全部をオフセットデータとして用いることができる。オフセットデータ取得手段は、このようなオフセットデータを取得できる物であればよく、一般にはコンピュータプログラムとそれを実行するコンピュータとによって実現される。
【００３６】
オフセットデータと検査データを取得するタイミングは、撮像手段の熱ドリフトの変化の早さに応じて決めればよい。変化が早い場合や撮像間隔が長い場合にはオフセットデータと検査データとを交互に取得することが好ましく、熱ドリフトの変化が遅い場合や撮像間隔が短い場合には１つのオフセットデータに対して複数の検査データを取得することが好ましい。
【００３７】
差分データは、検査データとオフセットデータの差分を示すデータであればよく、差分の表現形態に制限はなく、実数表現であってもよいし、二値化されたデータであってもよい。差分データ取得手段は、このような差分データを取得できる物であればよく、一般にはコンピュータプログラムとそれを実行するコンピュータとによって実現される。
良否判定手段は、差分データに基づいて検査対象物の形状の良否を判定するものであればよく、どのようなアルゴリズムで判定する物であってもよい。例えば、１つの検査光源によって照射される検査対象物の反射光の光量と閾値とを単純に比較することによって形状の良否が判定されてもよい。
検査対象物は基板上のバンプに限らず、部品実装前の配線パターンや、クリーム半田の検査に本発明を適用してもよいし、基板に実装された部品の実装状態、例えば表面実装された部品の半田付け状態や、部品のずれ・欠落などの実装状態の検査に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態にかかる模式図。
【図２】本発明の実施形態にかかるブロック図。
【図３】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図４】本発明の実施形態にかかるフローチャート。
【図５】本発明の実施形態にかかる光路図。
【図６】図６Ａは本発明の実施形態にかかる説明図である。図６Ｂおよび図６Ｃは本発明の実施形態にかかるグラフである。
【図７】図７Ａは本発明の比較例にかかるグラフである。図７Ｂは本発明の実施形態にかかるグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１：検査ユニット、２：制御ユニット、１０：形状検査装置、１１：カメラ、１２：リングライト、１３：ステージ、１４：搬送機構、１５：チャンバ、２０：演算部、２１：記憶媒体、２２：入力部、２３：出力部、２４：インターフェース、３０：基板、３１：バンプ、１１１：カメラ駆動部、１２１：上段リングライト、１２２：下段リングライト、１２３：光源駆動部、１２５：保持部、１３１：ステージ駆動部、１４１：搬送機構駆動部、１５２：搬入口、１５３：搬出口、２０１：搬送制御部、２０２：ステージ制御部、２０３：検査データ取得部、２０４：オフセットデータ取得部、２０５：差分データ取得部、２０６：良否判定部、２１１：形状検査プログラム、２１２：検査対象データ、２１３：検査条件データ、２１４：検査データ、２１５：オフセットデータ、２１６：差分データ、２１７：判定基準データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を照明するための検査光源と、
撮像手段と、
前記検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する検査データ取得手段と、
前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得するオフセットデータ取得手段と、
前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する差分データ取得手段と、
前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する良否判定手段と、
を備える形状検査装置。
【請求項２】
検査対象物を照明するための検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する工程と、
前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得する工程と、
前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する工程と、
前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する工程と、
を含む形状検査方法。
【請求項１】
検査対象物を照明するための検査光源と、
撮像手段と、
前記検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する検査データ取得手段と、
前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得するオフセットデータ取得手段と、
前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する差分データ取得手段と、
前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する良否判定手段と、
を備える形状検査装置。
【請求項２】
検査対象物を照明するための検査光源を点灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって撮像手段が出力する画像データである検査データを取得する工程と、
前記検査光源を消灯した状態において前記検査対象物の反射光を受光することによって前記撮像手段が出力する画像データであるオフセットデータを取得する工程と、
前記検査データと前記オフセットデータの差分を示す差分データを取得する工程と、
前記差分データに基づいて前記検査対象物の形状の良否を判定する工程と、
を含む形状検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２７５４８７（Ｐ２００８−２７５４８７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２０３５８（Ｐ２００７−１２０３５８）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００２４３８８１）名古屋電機工業株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００２４３８８１）名古屋電機工業株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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