(57)【要約】【課題】１台の投光用照明装置からなる簡単な構成で対象物高さと表面状態を同時に取得する。【解決手段】本発明の検査装置は、対象物を保持し、前記対象物を移動させる移動装置と、光源と、前記光源が発した光をスリット光に変換する第１領域と、前記第１領域に対して前記対象物の移動の方向に配列され、前記光源が発した前記光の量を制限して透過させる第２領域とを有する投光マスクパターンとを有し、前記光源が発した前記光を前記投光マスクパターンを通過させることで生成した測定光を前記対象物に対して投光する投光用照明装置と、前記対象物に投光された前記測定光の反射光を受光し、前記反射光に基づいて前記対象物の高さと表面状態とを検出する検出装置と、を備える。【選択図】図１
2018179522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を保持し、前記対象物を移動させる移動装置と、
光源と、前記光源が発した光をスリット光に変換する第１領域と、前記第１領域に対して前記対象物の移動の方向に配列され、前記光源が発した前記光の量を制限して透過させる第２領域とを有する投光マスクパターンとを有し、前記光源が発した前記光を前記投光マスクパターンを通過させることで生成した測定光を前記対象物に対して投光する投光用照明装置と、
前記対象物に投光された前記測定光の反射光を受光し、前記反射光に基づいて前記対象物の高さと表面状態とを検出する検出装置と、
を備える検査装置。
【請求項２】
前記第２領域が、前記光の透過特性が異なる２以上の部分領域を、前記移動の方向に配列することで形成されている
請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記移動装置が、前記対象物を等速で移動させる
請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記２以上の部分領域が、グレースケールまたはハーフトーンで濃淡が異なる複数の部分領域を含む
請求項２または３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記光源が、白色光源であり、
前記２以上の部分領域が、赤フィルタの部分領域、緑フィルタの部分領域および青フィルタの部分領域を含む
請求項２または３に記載の検査装置。
【請求項６】
前記２以上の部分領域が、偏光の方向が異なる偏光子を形成する複数の部分領域を含む
請求項２または３に記載の検査装置。
【請求項７】
対象物を保持し、前記対象物を移動させる移動装置と、
光源と、前記光源が発した光をスリット光に変換する第１領域と、前記第１領域に対して前記対象物の移動の方向に配列され、前記光源が発した前記光の量を制限して透過させる第２領域とを有する投光マスクパターンとを有し、前記光源が発した前記光を前記投光マスクパターンを通過させることで生成した測定光を前記対象物に対して投光する投光用照明装置と、
を用い、
検出装置によって、前記対象物に投光された前記測定光の反射光を受光し、前記反射光に基づいて前記対象物の高さと表面状態とを検出する
検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体生産現場において、半導体チップ実装後の高さを検出する手段として、スリット光を対象物に照射し、センサで撮像した画像を利用する装置が一般に知られている（例えば特許文献１〜３）。高さが所定の値かどうかを判定することで実装が正しくできたかどうかを管理することで製造品質を向上させることができる。
【０００３】
また、実装後に生じるチップ表面の異物やチップの搭載におけるフィルム材料のはみ出し量を厳密に管理するため、可視光による表面観察も重要な管理項目である。通常高さ計測用のユニットと表面観察用のユニットは別ユニットで構成されるため、装置のコストが高くなる問題がある。また、測定のためセンサ上に対象物を移動しなければならないため、移動距離が増加することになり、検査時間の増加の要因となりえる。
【０００４】
なお、特許文献１は、スリット光を投影し高さを取得する構成を開示する。また、特許文献２は、スリット光を複数本投影し相対位置で高さ推定する構成を開示する。また、特許文献３は、赤外線スリット光を照射することでシリコンを透過した下の高さを推定する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−０６３５１８号公報
【特許文献２】特開平１１−２４１９１６号公報
【特許文献３】特開２００７−０４８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で対象物高さと表面状態を同時に取得することができる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、対象物を保持し、前記対象物を移動させる移動装置と、光源と、前記光源が発した光をスリット光に変換する第１領域と、前記第１領域に対して前記対象物の移動の方向に配列され、前記光源が発した前記光の量を制限して透過させる第２領域とを有する投光マスクパターンとを有し、前記光源が発した前記光を前記投光マスクパターンを通過させることで生成した測定光を前記対象物に対して投光する投光用照明装置と、前記対象物に投光された前記測定光の反射光を受光し、前記反射光に基づいて前記対象物の高さと表面状態とを検出する検出装置と、を備える検査装置である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上記検査装置であって、前記第２領域が、前記光の透過特性が異なる２以上の部分領域を、前記移動の方向に配列することで形成されている。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記検査装置であって、前記移動装置が、前記対象物を等速で移動させる。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記検査装置であって、前記２以上の部分領域が、グレースケールまたはハーフトーンで濃淡が異なる複数の部分領域を含む。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上記検査装置であって、前記光源が、白色光源であり、前記２以上の部分領域が、赤フィルタの部分領域、緑フィルタの部分領域および青フィルタの部分領域を含む。
【００１２】
また、本発明の一態様は、上記検査装置であって、前記２以上の部分領域が、偏光の方向が異なる偏光子を形成する複数の部分領域を含む。
【００１３】
また、本発明の一態様は、対象物を保持し、前記対象物を移動させる移動装置と、光源と、前記光源が発した光をスリット光に変換する第１領域と、前記第１領域に対して前記対象物の移動の方向に配列され、前記光源が発した前記光の量を制限して透過させる第２領域とを有する投光マスクパターンとを有し、前記光源が発した前記光を前記投光マスクパターンを通過させることで生成した測定光を前記対象物に対して投光する投光用照明装置と、を用い、検出装置によって、前記対象物に投光された前記測定光の反射光を受光し、前記反射光に基づいて前記対象物の高さと表面状態とを検出する検査方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、１台の投光用照明装置からなる簡単な構成で対象物高さと表面状態を同時に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る実装検査装置の基本的構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す実装検査装置１０の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示す実装検査装置１０の平面図である。
【図４】図２に示す実装検査装置１０の正面図である。
【図５】図２に示す投光マスクパターン２２の構成例を模式的に示す平面図である。
【図６】図２に示す投光マスクパターン２２の他の構成例を模式的に示す平面図である。
【図７】図２に示す投光マスクパターン２２の他の構成例を模式的に示す平面図である。
【図８】図１に示す実装検査装置１０の動作例を説明するための説明図である。
【図９】図２に示す実装検査装置１０の変形例を模式的に示す正面図である。
【図１０】図１に示す実装検査装置１０の動作例を説明するための模式図である。
【図１１】図１に示す実装検査装置１０の動作例を説明するための模式図である。
【図１２】図１に示す実装検査装置１０の動作例を説明するための模式図である。
【図１３】図１に示す実装検査装置１０の動作例を説明するための模式図である。
【図１４】図１に示す実装検査装置１０の動作例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る実装検査装置１０の基本的構成例を示すブロック図である。図２は、図１に示す実装検査装置１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図３および図４は、図２に示す実装検査装置１０の平面図および正面図である。図５は、図２に示す投光マスクパターン２２の構成例を模式的に示す平面図である。また、図９は、図２に示す実装検査装置１０の変形例を実装検査装置１０ａとして模式的に示す正面図である。
【００１７】
図１に示す実装検査装置１０（検査装置）は、移動装置１と、投光用照明装置２と、検出装置３と、制御装置４を備える。制御装置４は、移動装置１、投光用照明装置２および検出装置３の動作を制御したり、各装置間の情報をやりとりを仲介したり、検出装置３が取得した情報に基づき対象物７の実装状態の合否を判定したりする。移動装置１は、図２に示すように、ステージ１１上に対象物７を保持し、ステージ１１を矢印１０１で示す移動方向に等速で移動させることで、対象物７を移動させる。図２に示す例において、対象物７は、印刷基板７１であり、印刷基板７１上には複数の半導体チップ７２が実装されている。ただし、対象物７は、この例に限定されない。移動装置１は、ステージ１１の移動位置を示す座標情報を、制御装置４を介して検出装置３へ送信する。検出装置３は、ステージ１１の移動位置を示す座標情報に同期して画像取り込みタイミングを得る。
【００１８】
投光用照明装置２は、例えば図２および図４に示すように、光源２１と、投光マスクパターン２２と、レンズ２３とを備える。光源２１は、可視光レーザ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等から構成される。レンズ２３は、例えばテレセントリックレンズを用いて構成することができる。
【００１９】
投光マスクパターン２２は、例えば図５に示すように、遮光領域５０と第１領域５１と第２領域５２を有する。第１領域５１と第２領域５２は、対象物７の移動方向（矢印１０１）に沿って配列されている。遮光領域５０は、光源２１が発した光を遮光する。第１領域５１は、複数のスリット５１１を有し、複数のスリット５１１に光源２１が発した光を通過させることで、光源２１が発した光を複数のスリット光に変換する。第１領域５１によって生成されたスリット光は、特許文献１〜３等に示されている光切断法による高さ検出に使用される。第２領域５２は、光源２１が発した光の量を、一定の広さの範囲の画像（通常の２次元画像）を撮像するのに適した量に制限して透過させる。光切断法に用いされるスリット光としては比較的大きい光量が求められる。一方、通常の画像撮像用にはスリット光の光量より小さい、比較的小さい光量が適している場合が多い。そこで、本実施形態では、第２領域５２における光の透過率（透過特性の一要素）を調整することで、第２領域５２を透過する光の量を制限している。投光用照明装置２は、光源２１が発した光を投光マスクパターン２２およびレンズ２３を通過させることで生成した測定光２００を対象物７に対して投光する。
【００２０】
なお、図５に示す投光マスクパターン２２では、第２領域５２が、光の透過特性が異なる複数の部分領域５２１〜５２３で形成されている。これらの部分領域５２１〜５２３は、対象物７の移動方向（矢印１０１）に配列されている。部分領域５２１〜５２３は、グレースケールまたはハーフトーンで濃淡が他の部分領域と異なるように形成されている。この場合、部分領域５２１〜５２３は、光の透過率が他の部分領域と異なる。部分領域５２１〜５２３毎の透過率は一定である。部分領域５２１〜５２３毎に透過率を異ならせることで対象物７に投光される光の光量を一定の範囲毎に変化させることができる。この構成によれば、対象物７を移動させるだけで対象物７からの反射光３００の光量を変化させることができる。対象物７上の部分や異物、汚損、クラック等は異なる光の反射率を有する場合があるが、検出装置３では、観察対象の部分や異物、汚損、クラック等の検出に適した明るさの画像を得ることができる。
【００２１】
なお、第２領域５２は、１つの領域のみから構成されていてもよいし、２または４以上の部分領域を有して構成されていてもよい。また、第１領域５１は、スリット５１１を１本のみ有していてもよいし、移動方向（矢印１０１）に対して垂直方向に長手方向を有するものに限らず、例えば格子状に垂直方向および水平方向に複数本のスリットを有していてもよい。
【００２２】
検出装置３は、１または複数の撮像装置（カメラ）と画像処理装置を有し、対象物７に投光された測定光２００の反射光３００を受光し、反射光３００に基づいて対象物７の高さと表面状態とを検出する。図２〜図４に示す例では、検出装置３が、移動方向（矢印１０１）に対して垂直に配列された３台の撮像装置３１〜３３を有している。撮像装置３１〜３３は、例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサカメラやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサカメラであり、光学系にテレセントリックレンズを備えている。なお、図１に示す実装検査装置１０の構成は、図２〜図４に示す構成に限定されず、例えば図９に実装検査装置１０ａとして示す構成であってもよい。図９に示す実装検査装置１０ａでは、投光用照明装置２からの測定光２００を真上から対象物７に照射する。また、実装検査装置１０ａでは、移動方向（矢印１０１）の前後に検出装置３の撮像部３−１および３−２を配置している。撮像部３−１および３−２は例えばそれぞれ図２に示す撮像装置３１〜３３を有し構成されている。図９に示す実装検査装置１０ａによれば、測定不可部分（オクルージョンと呼ばれる）を減らすことができる。なお、図９において、図２〜図４に示すものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。
【００２３】
撮像装置３１〜３３は、図５に示す第２領域５２を透過した測定光２００の反射光３００を撮像することで、明るさの異なる３枚の画像（２次元画像）を生成することができる。検出装置３は、明るさの異なる３枚の画像に基づき、例えば既知の画像認識処理を実行することで、対象物７の表面状態を検出する。また、撮像装置３１〜３３は、図５に示す第１領域５１を透過した測定光２００の反射光３００を撮像することで、図８に示すような画像７００を生成する。図８は、検出装置３の動作例を説明するための図であり、撮像装置３１〜３３が撮像した画像７００と、画像７００等に基づいて検出装置３が生成した対象物７の３次元画像７０１と、３次元画像７０１に対する判定結果の例を示す。画像７００には、印刷基板７１と半導体チップ７２上にスリット光２０１が投光された状態が示されている。スリット光２０１は、測定光２００のうち、図５に示す第１領域５１内のスリット５１１で生成された光である。検出装置３は、複数の画像７００と、ステージ１１（対象物７）の座標情報（位置情報）等に基づき、光切断法によって３次元画像７０１を生成する。３次元画像７０１は、画像７００に対して高さの情報を所定色のグラデーションで付加した画像（あるいはマップ）である。検出装置３（あるいは制御装置４）は、３次元画像７０１に基づき、半導体チップ７２の実装状態が所定の基準と比較して、例えば傾斜角が小さい場合や高さが範囲内の場合に、当該半導体チップ７２の実装状態が合格（ＯＫ）であると判定し、それ以外の場合に不合格（ＮＧ）であると判定することができる。なお、撮像装置３１〜３３が有する撮像素子の各画素とステージ１１の座標情報とを予め較正しておくことで、検出装置３は、第１領域５１を通過した測定光２００の反射光３００に基づく画像と、第２領域５２を通過した測定光２００の反射光３００に基づく画像とを位置合わせすることができる。したがって、検出装置３は、例えば対象物７の高さの情報と表面状態の検出結果とを紐づけて実装状態を判定することができる。
【００２４】
ここで図１０〜図１４を参照して、本実施形態における光切断法による対象物７の高さの計測手法について説明する。なお、図１０〜図１２において図２〜図４に示すものと同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。図１０〜図１２は、投光用照明装置２と検出装置３と対象物７の一例である印刷基板７１との位置関係を模式的に示す。図１０〜図１２に示す位置関係は同一である。図１０〜図１２に示す例では、投光用照明装置２の光源２１から対象物７へ投光されたスリット光２００ａが正反射され、検出装置３で撮像される。この例では、投光用照明装置２から投光されたスリット光２００ａの印刷基板７１に対する投光角度θと検出装置３の反射光３００ｂに対する印刷基板７１に対する撮像角度θは同一である。すなわち、垂直方向の軸Ｚに対する光源２１および検出装置３の成す角はθで同一である。ただし、投光角度と撮像角度は同一である場合に限定されない。また、図１０は、スリット光２００ａが印刷基板７１の表面に投光されていて検出装置３が印刷基板７１の表面からの反射光３００ａを撮像している状態を示す。図１１は、スリット光２００ａが印刷基板７１に実装されている半導体チップ７２の表面に投光されていて検出装置３が半導体チップ７２の表面からの反射光３００ｂを撮像している状態を示す。半導体チップ７２の高さはｚであるとする。図１２は、図１１と同一の状態を示す。
【００２５】
図１１に示すように、対象物７の高さが変化したとき、検出装置３の検出位置はｖだけ変化する。検出位置の変化ｖと高さｚとの関係は次式（１）で与えられる。なお、印刷基板７１の高さ（Ｚ軸の値）は「０」である。
【００２６】
【数１】
2018179522.tif 000003
【００２７】
また、図１２に示すように、スリット光２００ａが高さｚの半導体チップ７２で反射される位置と、スリット光２００ａの印刷基板７１からの反射光３００ａが高さｚを通過する位置との距離ａは次式（２）で与えられる。
【００２８】
【数２】
2018179522.tif 000004
【００２９】
式（１）と式（２）から、変化ｖは次式で求められる。
【００３０】
【数３】
2018179522.tif 000005
【００３１】
一方、検出装置３において反射光３００ｂは、図１３および図１４に示すように、一定の輝度分布を有して（すなわち一定の幅を持った帯状の光として）撮像される。図１３は、検出装置３の撮像面をＵ−Ｖ座標系とする場合に半導体チップ７２からの反射光３００ｂの撮像画像を模式的に示す図である。Ｕ−Ｖ座標系のＵ軸とＶ軸は図１１および図１２に矢印Ｕおよび矢印Ｖで示す通りである。ここでＶ軸方向はスリット方向（スリット光２００ａの長手方向）と垂直であり、Ｕ軸方向は水平であって図に対して鉛直方向である。図１３において横軸はＶ軸の座標値であり、縦軸はＵ軸の座標値である。図１３は、各画素の輝度をグレースケールの明度で示す。この場合、黒に近いほど輝度が高い。また、座標値ｖｂａｓｅは印刷基板７１からの反射光３００ａの輝度分布に対応する。座標値ｖｂｉと座標値ｖｔｉは、図１４に示すＵ軸の座標値ｕｉにおける反射光３００ｂの輝度分布の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに対応する。
【００３２】
反射光３００ｂの撮像位置は、例えば、スリット方向と垂直なＶ軸方向の断面（Ｐｒｏｆｉｌｅ）の重心あるいは半値幅の平均で得られる。図１４は、Ｕ軸の座標値ｕｉにおける反射光３００ｂの撮像画像の輝度分布を示す。横軸はＶ軸の座標値（Ｕ軸は座標値ｕｉで一定）であり、縦軸は輝度値Ｇ（Ｕ−Ｖ座標系における各画素の輝度値）である。図１４に示すように、座標値ｕｉの位置の半値幅の平均座標値ｖａｉは、立ち上がりエッジの座標値ｖｂｉと立下りエッジの座標値ｖｔｉから次式で求められる。
【００３３】
【数４】
2018179522.tif 000006
【００３４】
よって、３次元高さｚｉは、式（３）と式（４）に基づき次式で求められる。
【００３５】
【数５】
2018179522.tif 000007
【００３６】
なお、実際にはレンズ歪みやスリット光の明るさ変動による誤差成分が重畳されているため、例えば、既知の高さの対象物にスリット光を照射し半値幅の平均座標値ｖａｉを求めておくことで校正する。
【００３７】
以上のように本実施形態の実装検査装置１０は、光切断法を用いた半導体実装後のチップ高さの取得と、表面状態の検査用の画像の取得とを同時に実行することができる。すなわち、本実施形態によれば、対象物７の高さと表面状態を同時に取得、検査することができる。したがって、センサ上に移動する距離が短縮され、測定時間の短縮につながる。また、ハーフトーンあるいはグレートーンを配置することにより異なる反射率を有する対象物でも明るさを調整することなく一度に検査が可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態において、移動装置１による対象物７の移動は等速に限定されない。等速で移動させない場合でも、移動装置１の座標情報に基づけば、図８を参照して上述したように光切断法によって３次元画像７０１を生成することができる。
【００３９】
次に、図６を参照して、図５に示す投光マスクパターン２２の変形例について説明する。図６に示す投光マスクパターン２２ａは、図５に示す投光マスクパターン２２の変形例である。図６において、図５に示すものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を適宜省略する。図６に示す投光マスクパターン２２ａは、第２領域５２が、移動方向（矢印１０１）に配列された、赤フィルタの部分領域５２４、緑フィルタの部分領域５２５および青フィルタの部分領域５２６から構成されている。赤フィルタ、緑フィルタおよび青フィルタは原色フィルタであり、光源２１を白色光源とした場合、検出装置３は、各色フィルタを透過した測定光２００の反射光３００を部分領域５２４〜５２６に対応させて合成することで、カラー画像を生成することができる。なお、各部分領域５２４〜５２６は、光源２１が発した光の量を一定の広さの範囲の画像を撮像するのに適した量に制限して透過させる透過率を有する。
【００４０】
次に、図７を参照して、図５に示す投光マスクパターン２２の他の変形例について説明する。図７に示す投光マスクパターン２２ｂは、図５に示す投光マスクパターン２２の変形例である。図７において、図５に示すものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を適宜省略する。図７に示す投光マスクパターン２２ｂは、第２領域５２が、移動方向（矢印１０１）に配列された、偏光の方向が異なる偏光子を形成する複数の部分領域５２７および部分領域５２８を含む。部分領域５２７および部分領域５２８は、例えば垂直または水平方向に直線偏光した光を透過させる。検出装置３は、部分領域５２７および部分領域５２８を透過した測定光２００の反射光３００を撮像することで、測定光２００を複数の所定の方向の直線偏光に限定させて対象物７の表面状態を撮像することができる。なお、各部分領域５２７および５２８は、光源２１が発した光の量を一定の広さの範囲の画像を撮像するのに適した量に制限して透過させる透過率を有する。
【００４１】
上記実施形態または変形例によれば、移動装置１が、対象物７を保持し、等速で対象物７を移動させ、投光用照明装置２が、光源２１と、光源２１が発した光をスリット光に変換する第１領域５１と、第１領域５１に対して対象物７の移動の方向に配列され、光源２１が発した光の量を制限して透過させる第２領域５２とを有する投光マスクパターン２２とを有し、光源２１が発した光を投光マスクパターン２２を通過させることで生成した測定光２００を対象物７に対して投光するので、１台の投光用照明装置からなる簡単な構成で対象物高さと表面状態を同時に取得することができる。
【００４２】
以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることができ、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態およびその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  実装検査装置
１  移動装置
２  投光用照明装置
３  検出装置
４  制御装置
２１  光源
２２  投光マスクパターン
５１  第１領域
５１１  スリット
５２  第２領域
５２１〜５２８  部分領域
【図１】
2018179522.tif 000008
【図２】
2018179522.tif 000009
【図３】
2018179522.tif 000010
【図４】
2018179522.tif 000011
【図５】
2018179522.tif 000012
【図６】
2018179522.tif 000013
【図７】
2018179522.tif 000014
【図８】
2018179522.tif 000015
【図９】
2018179522.tif 000016
【図１０】
2018179522.tif 000017
【図１１】
2018179522.tif 000018
【図１２】
2018179522.tif 000019
【図１３】
2018179522.tif 000020
【図１４】
2018179522.tif 000021