(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な表面を有する第１半導体素子を照明するための第１照明ユニットと、
前記第１照明ユニットと置き換え可能に設けられ、凸曲面を有する第２半導体素子を照明するための第２照明ユニットと、
前記第１半導体素子および前記第２半導体素子の表面を撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットと前記第１半導体素子との間に前記第１照明ユニットを配置し、前記撮像ユニットと前記第２半導体素子との間に前記第２照明ユニットを配置する搬送ユニットと、
を備えた外観検査装置。
【請求項２】
前記第１照明ユニットは、前記撮像ユニットの光軸に沿った方向に伝播する光により前記第１半導体素子を照明する同軸照明部と、前記光軸に交差する方向に伝播する光により前記第１半導体素子を照明する斜光照明部と、を含む請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記第１照明ユニットは、伝播するにしたがって拡散する光により前記第１半導体素子を照明する拡散照明部をさらに含む請求項２記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記第２照明ユニットは、前記撮像ユニットの光軸に沿った方向に伝播する光により前記第２半導体素子を照明する同軸照明部と、それぞれが異なる方向から前記第２半導体素子の前記凸曲面を照明するように配置された複数の光源を含む凸曲面照明部と、を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記凸曲面照明部は、曲面状の内面を有する筐体と、前記内面に取り付けられた前記複数の光源と、を有する請求項４記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記第２照明ユニットは、前記撮像ユニットの光軸上に配置され、
前記光軸に沿った方向に伝播する光を放射する第１照明部と、
前記光軸上に配置された光学窓と、前記光学窓が設けられた筐体と、前記筐体の内面に配置された複数の光源と、を有する第２照明部と、
を備え、
前記第１照明部から放射される前記光は、前記光学窓を通過して半導体素子を照明し、
前記複数の光源は、前記半導体素子に向かって光を放射するように配置された請求項１〜３のいずれか１つに記載の外観検査装置。
【請求項７】
前記請求項１に記載の外観検査装置を用いた外観検査方法であって、
撮像ユニットと半導体素子との間に、前記半導体素子の平坦な表面を照明するための第１照明ユニット、または、前記半導体素子の凸曲面を照明するための第２照明ユニットを配置するステップと、
前記撮像ユニットの光軸に沿った方向に伝播する光により前記半導体素子を照明し、前記半導体素子を撮像するステップと、
前記光軸に交差する方向に伝播する光により前記平坦な表面を照明するか、または、前記凸曲面を複数の異なる方向から照明し、前記半導体素子を撮像するステップと、
を備えた外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、外観検査装置および外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）などの半導体素子には、その表面に凸曲面のレンズを有するものがある。そのような半導体素子の外観検査には、平坦な表面を有する素子とは異なる照明方法が適する。しかしながら、半導体素子のそれぞれ表面形状に合わせた複数の外観検査装置を用意することは、製造コストの増加を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、平面および凸曲面を検査することが可能な外観検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る外観検査装置は、平坦な表面を有する第１半導体素子を照明するための第１照明ユニットと、前記第１照明ユニットと置き換え可能に設けられ、凸曲面を有する第２半導体素子を照明するための第２照明ユニットと、前記第１半導体素子および前記第２半導体素子の表面を撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットと前記第１半導体素子との間に前記第１照明ユニットを配置し、前記撮像ユニットと前記第２半導体素子との間に前記第２照明ユニットを配置する搬送ユニットと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る外観検査装置を示す模式図である。
【図２】実施形態に係る外観検査装置の照明方法を示す模式図である。
【図３】実施形態に係る外観検査装置の別の照明方法を示す模式図である。
【図４】実施形態に係る外観検査装置の照明ユニットを示す模式断面図である。
【図５】実施形態に係る外観検査方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
【０００８】
さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。
【０００９】
図１は、実施形態に係る外観検査装置１を示す模式図である。図１に示すように、検査ステージ１０と、第１照明ユニット３０と、撮像ユニット４０と、を備える。半導体素子２０は、検査ステージ１０の上に載置される。第１照明ユニット３０は、検査ステージ１０に載置された半導体素子２０を照明する。撮像ユニット４０は、第１照明ユニット３０により照明された半導体素子２０の表面を撮像する。撮像ユニット４０は、例えば、その光軸Ｃｘが検査ステージ１０の表面に垂直となるように配置される。そして、半導体素子２０は、撮像ユニット４０の光軸Ｃｘ上に位置するように載置される。
【００１０】
半導体素子２０は、例えば、ＬＥＤである。半導体素子２０は、検査ステージ１０に直接載置されても良いし、複数のＬＥＤを収容したトレイを検査ステージ１０に載置しても良い。半導体素子２０は、例えば、平坦な表面を有する。ここで、「平坦」とは、半導体素子２０の上面全体が平坦な場合に限定されず、例えば、複数の平面を有し、相互の境界に段差を有しても良い。
【００１１】
第１照明ユニット３０は、例えば、同軸照明部３１と、斜光照明部３３と、拡散光照明部３５と、を有する。第１照明ユニット３０は、半導体素子２０の表面を照明し、撮像ユニット４０による撮像を可能にする。同軸照明部３１は、撮像ユニット４０の光軸Ｃｘに沿った方向に伝播する光により半導体素子２０を照明する。斜光照明部３３は、光軸Ｃｘと交差する方向に伝播する光により半導体素子２０を照明する。拡散光照明部３５は、伝播方向に広がる拡散光により半導体素子２０を照明する。
【００１２】
撮像ユニット４０は、結像部４１と、撮像部４３と、を含む。結像部４１は、光学レンズ４１ａを含み、半導体素子２０の表面像を撮像素子４３ａ上に結像する（図２参照）。結像部４１は、例えば、ズーム機能を有し、サイズの異なる半導体素子２０の撮像を可能とする。撮像部４３は、撮像素子４３ａとして、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を有する。
【００１３】
外観検査装置１は、第２照明ユニット５０と、搬送ユニット６０と、をさらに備える。第２照明ユニット５０は、第１照明ユニット３０と置き換え可能に設けられる。搬送ユニット６０は、第１照明ユニット３０および第２照明ユニット５０を所定の位置に搬送する。
【００１４】
第２照明ユニット５０は、同軸照明部５１と、凸曲面照明部５３と、を含む。同軸照明部５１は、例えば、検査ステージ１０の表面に垂直な光軸Ｃｙに沿った方向に伝播する光を放射する。凸曲面照明部５３は、複数の光源５７を有する（図４参照）。そして、複数の光源５７は、それぞれが異なる方向に伝播する光を放射するように配置される。
【００１５】
搬送ユニット６０は、例えば、第１照明ユニット３０および第２照明ユニット５０をＸ方向および−Ｘ方向に搬送する。搬送ユニット６０は、例えば、Ｘ方向に延びるレール（図示しない）に沿ってＸ方向および−Ｘ方向に移動可能に設けられる。
【００１６】
次に、図２（ａ）〜図３（ｂ）を参照して、実施形態に係る外観検査装置１の照明方法を説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１照明ユニット３０の照明方法を示す模式図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、第２照明ユニット５０の照明方法を示す模式図である。
【００１７】
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、第１照明ユニット３０は、表面が平坦な半導体素子２０（第１半導体素子）を照明する。図２（ａ）は、同軸照明部３１を用いた照明方法を表している。図２（ｂ）は、斜光照明部３３を用いた照明方法を表している。図２（ｃ）は、拡散光照明部３５を用いた照明方法を表している。また、図２（ａ）〜図２（ｃ）では、撮像ユニット４０を示す要素として光学レンズ４１ａと撮像素子４３ａとを示している。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、同軸照明部３１は、光源３１ａと、ハーフミラー３１ｂと、を含む。光源３１ａは、例えば、複数のＬＥＤを含む面光源である。ハーフミラー３１ｂは、光軸Ｃｘ上に配置される。光源３１ａから放射された光Ｌ１は、ハーフミラー３１ｂにより反射され半導体素子２０の方向に進む。すなわち、半導体素子２０は、光軸Ｃｘと同じ方向に伝播する光Ｌ１により照明される。
【００１９】
半導体素子２０の表面で反射された光（反射光ＬＲ）は、ハーフミラー３１ｂを通過し、撮像素子４３ａの方向に伝播する。光学レンズ４１ａは、反射光ＬＲを集光し、撮像素子４３ａ上に半導体素子２０の表面像を結像する。以下、図２（ｂ）〜図３（ｂ）において同じ。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、斜光照明部３３は、斜め上方から半導体素子２０を照明する。斜光照明部３３は、例えば、ＬＥＤを含み、光軸Ｃｘと交差する方向に伝播する光Ｌ２を放射する。斜光照明部３３には、例えば、指向性の高いＬＥＤを用いることが好ましい。
【００２１】
図２（ｃ）に示すように、拡散光照明部３５は、伝播するにしたがって拡散する光（拡散光Ｌ３）により半導体素子２０を照明する。拡散光照明部３５には、例えば、斜光照明部３３のＬＥＤよりも指向性が低いＬＥＤを用いる。拡散光照明部３５は、半導体素子２０に対する拡散光Ｌ３の入射角が斜光照明部３３の光Ｌ２の入射角よりも大きくなる位置に配置することが好ましい。
【００２２】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、第２照明ユニット５０は、凸曲面７３を有する半導体素子７０（第２半導体素子）を照明する。図３（ａ）は、同軸照明部５１を用いた照明方法を表している。図３（ｂ）は、同軸照明部５１および凸曲面照明部５３を用いた照明方法を表している。第２照明ユニット５０は、搬送ユニット６０により光軸ＣｘとＣｙとが一致する位置に配置される。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、同軸照明部５１は、光源５１ａと、ハーフミラー５１ｂと、を含む。光源５１ａは、例えば、複数のＬＥＤを含む面光源である。ハーフミラー５１ｂは、光軸Ｃｘ上に配置される。光源５１ａから放射された光Ｌ４は、ハーフミラー５１ｂにより反射され半導体素子７０の方向に進む。すなわち、半導体素子７０は、光軸Ｃｘと同じ方向に伝播する光Ｌ４により照明される。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、半導体素子７０は、同軸照明部５１から放射される光Ｌ４および凸曲面照明部５３から放射され、伝播方向が異なる複数の光Ｌ５により照明される。凸曲面照明部５３の光Ｌ５は、それぞれ異なる方向から凸曲面７３に入射する。
【００２５】
図４は、実施形態に係る外観検査装置の第２照明ユニット５０を示す模式断面図である。図４に示すように、第２照明ユニット５０は、同軸照明部５１と凸曲面照明部５３とを有し、半導体素子７０を照明する。同軸照明部５１は、凸曲面照明部５３の上に設けられる。
【００２６】
凸曲面照明部５３は、例えば、筐体５５と、複数の光源５７と、光学窓５９と、を有する。筐体５５は、検査ステージ１０に載置される半導体素子７０を覆う位置に配置される。筐体５５は、曲面状の内面５５ａを有し、複数の光源５７は、内面５５ａに一様に配置される。複数の光源５７は、例えば、それぞれの出射光Ｌ５が検査ステージ１０上の半導体素子７０に向かう方向に伝播するように配置される。複数の光源５７は、例えば、ＬＥＤである。筐体５５の内面は、例えば、半球面であり、その中心が検査ステージ１０の表面上に位置するように設けられる。そして、半導体素子７０は、半球面の中心に載置される。また、筐体５５の内面は、検査ステージ１０の表面上に焦点が位置するように設けられた凹面であっても良い。
【００２７】
光学窓５９は、筐体５５の外面５５ｂから内面５５ａに連通する開口５５ｃに設けられる。光学窓５９は、例えば、石英ガラスである。筐体５５は、例えば、ドーム状の形状を有し、光学窓５９は、その頂部に設けられる。
【００２８】
図４に示すように、同軸照明部５１は、光学窓５９の上に設けられる。そして、同軸照明部５１から放射される光Ｌ４は、光学窓５９を通過して半導体素子７０を照明する。同軸照明部５１の光Ｌ４および凸曲面照明部５３の光Ｌ５を用いて半導体素子７０を照明することにより、その凸曲面７３の全面を照明することができる。
【００２９】
このように、第１照明ユニット３０および第２照明ユニット５０を用いることにより、フラットな表面を有する半導体素子２０および凸曲面を有する半導体素子７０のそれぞれに対して好適な照明を実施することが可能となり、外観検査の精度を向上させることができる。また、第１照明ユニット３０および第２照明ユニット５０を搬送ユニット６０を用いて相互に置き換えることにより、撮像ユニット４０を兼用することができる。また、外観検査装置の小型化および低価格化を実現できる。
【００３０】
各照明部に用いられる光源は、例えば、白色ＬＥＤである。また、光波長６００ｎｍ以上のＬＥＤを用いても良い。例えば、半導体素子２０および５０が蛍光体を含む樹脂を有する場合、蛍光体の励起効率が低い波長帯の光を用いることが好ましい。これにより、蛍光体の発光を抑制し、検査精度を向上させることができる。
【００３１】
次に、図１〜図５を参照して、実施形態に係る外観検査方法を説明する。図５は、実施形態に係る外観検査方法を示すフローチャートである。以下に説明する外観検査方法は、例えば、外観検査装置１の各ユニットに接続されたコンピュータ（図示しない）により実行される。
【００３２】
ステップＳ０１：検査ステージ１０に載置された半導体素子のタイプを検出する。例えば、撮像ユニット４０により撮像される表面像を解析することにより検出しても良いし、コンピュータに入力されたデータに基づいて検出しても良い。
【００３３】
ステップＳ０２：半導体素子の表面が平面であるか凸曲面であるかを判定する。ステップＳ０１で検出された半導体素子のタイプに基づいて、凸曲面の有無を判定する。半導体素子の表面が平面である場合（以下、半導体素子２０の場合）は、ステップＳ０３に進み、半導体素子が凸曲面を有する場合（以下、半導体素子７０の場合）には、ステップＳ０８に進む。
【００３４】
ステップＳ０３：撮像ユニット４０と半導体素子２０との間に第１照明ユニット３０を配置する。例えば、撮像ユニット４０と半導体素子２０との間に第１照明ユニット３０が配置されている場合は、その状態を維持する。撮像ユニット４０と半導体素子２０との間に第２照明ユニット５０が配置されている場合は、搬送ユニット６０を駆動し、第１照明ユニット３０に置き換える。
【００３５】
ステップＳ０４：同軸照明部３１により半導体素子２０を照明し、撮像ユニット４０を用いて半導体素子２０の表面像を取得する。撮像ユニット４０の光軸Ｃｘに沿った方向に伝播する光Ｌ１により半導体素子２０を照明し、その表面を撮像する。
【００３６】
ステップＳ０５：斜光照明部３３により半導体素子２０を照明し、撮像ユニット４０を用いて半導体素子２０の表面像を取得する。光軸Ｃｘに交差する方向に伝播する光Ｌ２により半導体素子２０を照明し、その表面を撮像する。また、同軸照明部３１の光Ｌ１および斜光照明部３３の光Ｌ２の両方を用いて半導体素子２０を照明しても良い。
【００３７】
ステップＳ０６：拡散光照明部３５により半導体素子２０を照明し、撮像ユニット４０を用いて半導体素子２０の表面像を取得する。拡散光照明部３５から放射される拡散光Ｌ３（拡散光）により半導体素子２０を照明し、半導体素子２０の表面を撮像する。また、同軸照明部３１の光Ｌ１および拡散光Ｌ３の両方を用いて半導体素子２０を照明しても良い。
【００３８】
ステップＳ０７：ステップＳ０４〜０６で取得した表面像を解析し、半導体素子２０の良否判定を行う。例えば、表面像の輝度分布を数値化し、コントラストが所定の値を超える部分を欠陥と判定する。そして、欠陥を有しない半導体素子２０を良品と判定する。
【００３９】
ステップＳ０８：ステップＳ０２において、半導体素子が凸曲面７３を有すると判定された場合には、撮像ユニット４０と半導体素子７０との間に第２照明ユニット５０を配置する。
【００４０】
ステップＳ０９：同軸照明部５１により半導体素子７０を照明し、撮像ユニット４０を用いて半導体素子７０の表面像を取得する。撮像ユニット４０の光軸Ｃｘに沿った方向に伝播する光Ｌ４により半導体素子７０を照明し、その表面を撮像する。
【００４１】
ステップＳ１０：同軸照明部５１および凸曲面照明部５３により半導体素子７０を照明し、撮像ユニット４０を用いて半導体素子７０の表面像を取得する。これにより、凸曲面７３の全体を異なる方向から照明した表面像を取得することができる。
【００４２】
続いて、ステップＳ０７へ進み、半導体素子７０の良否判定を行う。本実施形態では、異なる照明方法により取得した半導体素子の表面像に基づいて欠陥の有無を判定することにより、その精度を向上させることができる。なお、上記の外観検査方法は例示であり、これに限定される訳ではない。例えば、第１照明ユニット３０を用いた検査において、斜光照明部３３と拡散光照明部３５とを組み合わせても良い。また、第２照明ユニット５０を用いた検査において、凸曲面照明部５３だけで照明した表面像を取得しても良い。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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は意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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】
【００４４】
１・・・外観検査装置、  １０・・・検査ステージ、  ２０、７０・・・半導体素子、  ３０・・・第１照明ユニット、  ３１、５１・・・同軸照明部、  ３１ａ、５１ａ、５７・・・光源、  ３１ｂ、５１ｂ・・・ハーフミラー、  ３３・・・斜光照明部、  ３５・・・拡散光照明部、  ４０・・・撮像ユニット、  ４１・・・結像部、  ４１ａ・・・光学レンズ、  ４３・・・撮像部、  ４３ａ・・・撮像素子、  ５０・・・第２照明ユニット、  ５３・・・凸曲面照明部、  ５５・・・筐体、  ５５ａ・・・内面、  ５５ｂ・・・外面、  ５５ｃ・・・開口、  ５９・・・光学窓、  ６０・・・搬送ユニット、  ７３・・・凸曲面、  Ｃｘ、Ｃｙ・・・光軸
【図１】
0006393667.tif 000002
【図２】
0006393667.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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