(57)【要約】【課題】所定の移動ストロークにわたって、高い面精度を実現できる電子部品の光学的検査装置および方法を提供する。【解決手段】表面に配線と絶縁体が存在するプリント配線板にレーザ光源62により入射光を入射させ、その表面を入射光で走査して、プリント配線板の表面からの蛍光をカメラユニット50で検知し、プリント配線板の表面にある導体部パターンの欠陥を検査する。この電子部品の光学的検査装置34は、基台36と、基台36に対してＸ方向に相対的に移動するとともにプリント配線板が搭載される載置台42とを含み、基台36および載置台42の材料はグラナイトである。【選択図】図２
2005049308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導体部領域と非導体部領域が存在する電子部品に入射させる入射光を放射する光源手段と、該電子部品の表面からの光を検知する検知手段とを含み、該電子部品の表面にある導体部パターンの欠陥を、該表面を前記入射光で走査することにより光学的に検査する電子部品の光学的検査装置において、該装置は、
基台と、該基台に対して第１の方向に相対的に移動するとともに前記電子部品が搭載される載置台とを含み、
前記基台および前記載置台の材料はグラナイトであることを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品の光学的検査装置において、該装置は、前記基台に固定されたステージと、該ステージに対して、前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動する第１の移動台とを含み、該ステージの材料はグラナイトであり、前記検知手段は該第１の移動台に搭載されていることを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品の光学的検査装置において、該装置は、前記第１の移動台に対して前記第１および第２の方向と異なる第３の方向に移動する第２の移動台を含み、該第２の移動台に前記検知手段が搭載されることを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査装置において、前記光源手段は、前記基台に対する相対的な位置が固定されており、該装置は、該光源手段から放射された前記入射光を、該基台に対して相対的な位置が変化する前記電子部品へ伝送する光伝送手段を含むことを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査装置において、前記検知手段は、一次元検知手段であり、該装置は、前記光源手段から放射された前記入射光の断面形状を扁平形状に変化させる形状変化手段を含み、該変化した入射光が前記電子部品に入射することを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子部品の光学的検査装置において、前記検知手段は、さらに二次元検知手段を含み、前記電子部品の表面からの光を、該二次元検知手段を用いて検知するときは、前記形状変化手段を介さずに、前記入射光を前記電子部品に入射させることを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査装置において、該装置は、前記電子部品の表面から前記検知手段までの距離を測定するための距離測定用光源手段を含むことを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査装置において、前記電子部品は、上層と中間層と下層とを少なくとも含む多層の電子部品であり、該上層が前記導体部領域であり、該中間層が前記非導体部領域であり、該装置は、該上層のパターンを光学的に検査し、該上層は、透明もしくは半透明である前記中間層の上に配置され、前記光源手段は、所定の波長の入射光を放射し、前記中間層は、前記入射光を受けて該入射光の波長とは異なる波長のルミネセンスを放射し、前記上層は、該入射光を受けても該入射光の波長とは異なる波長の前記ルミネセンスを放射しないことを特徴とする電子部品の光学的検査装置。
【請求項９】
表面に導体部領域と非導体部領域が存在する電子部品の表面を光源手段からの入射光で走査し、該電子部品の表面からの光を検知して、該電子部品の表面にある導体部パターンの欠陥を光学的に検査する電子部品の光学的検査方法において、該方法は、
グラナイトにより製作された載置台に前記電子部品を搭載する工程と、
グラナイトにより製作された基台に対して前記載置台を第１の方向に相対的に移動させて、前記電子部品の表面を順次、入射光で走査する工程とを含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電子部品の光学的検査方法において、該方法は、前記基台に固定されグラナイトで製作されたステージに対して、前記検知手段を搭載した第１の移動台を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動させる工程を含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【請求項１１】
請求項10に記載の電子部品の光学的検査方法において、該方法は、前記検知手段が搭載された第２の移動台を、前記第１の移動台に対して前記第１および第２の方向とは異なる第３の方向に移動させる工程を含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【請求項１２】
請求項９から11までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査方法において、前記基台に対する相対的な位置が固定されている前記光源手段から放射された前記入射光を、光伝送手段により、前記基台に対して相対的な位置が変化する前記電子部品へ伝送する工程を含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【請求項１３】
請求項９から12までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査方法において、該方法は、前記光源手段から放射された前記入射光の断面形状を形状変化手段により扁平形状に変化させる工程と、該変化した入射光を前記電子部品に入射させる工程と、二次元検知手段である前記検知手段により、前記電子部品の表面からの光を検知する工程とを含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【請求項１４】
請求項13に記載の電子部品の光学的検査方法において、前記形状変化手段を介さずに、前記入射光を前記電子部品に入射させる工程と、前記電子部品の表面からの光を、前記検知手段に含まれる二次元検知手段を用いて検知する工程とを含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【請求項１５】
請求項９から14までのいずれかに記載の電子部品の光学的検査方法において、該方法は、距離測定用光源手段により、前記電子部品の表面から前記検知手段までの距離を測定する工程を含むことを特徴とする電子部品の光学的検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の光学的検査装置に関し、特に、表面に導体部領域と非導体部領域が存在する電子部品の表面にある導体部パターンの欠陥を光学的に検査する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリント配線板等の電子部品は近年、益々高集積化および微細化が進み、電子部品に含まれるパターンの欠陥を直接目視で検出することが困難となっている。そのため、パターンの欠陥を検出する装置が必要になっている。たとえば、CSP (Chip Size Package)と呼ばれるプリント配線板は、その上に設けられる半導体チップとほぼ同サイズのプリント配線板であり、微細な配線を有し、配線の幅は10ないし20μmである。
【０００３】
従来から、このようなプリント配線板の欠陥を検査する装置（たとえば特許文献１参照）および欠陥検査装置のためのアルゴリズム（たとえば特許文献２参照）に関する提案がなされている。特許文献１に記載されている装置では、アルゴンイオンレーザが出力するたとえば波長488nmのレーザ光をプリント配線板の表面に照射すると、基板表面の樹脂部分（たとえばエポキシ樹脂）のみが波長500〜700nmのルミネセンスを放射し、一方配線としての金属層はこのルミネセンスを放射しない現象を利用している。
【０００４】
この装置をさらに説明すると、プリント配線板全面を波長488nmのアルゴンイオンレーザ光で順次走査する。プリント配線板からのルミネセンスの一部（たとえば波長530nmの光）は通過するがアルゴンイオンレーザ光(波長488nm)は通過しない光学フィルタにより、ルミネセンスをフィルタリングし、フィルタリングしたルミネセンスをラインセンサで撮像する。この際に、レーザ光が照射されたプリント配線板の位置のX-Y座標情報を同時に記録すると、X-Y座標情報に対応した配線パターン情報が得られる。このパターン情報を、たとえば、基準のパターン情報と比較する方法（パターンマッチング法）および/または配線パターンの線幅に対して検出する線幅を順次増減させながら比較する方法（線幅法）等の欠陥検出法によって、プリント配線板の性能に影響を及ぼすパターンの欠陥が、欠陥の存在位置を示すX-Y座標情報とともに検出される。
【０００５】
特に、特許文献１の開示によれば、アルゴンイオンレーザ光をプリント配線板に対して垂直に照射し、これによって励起されたルミネセンスの垂直発光成分のみを検出することにより、表面の金属パターン部分のみが暗く、表面の樹脂部分が明るく表示されたパターンを撮像することができる。表面の樹脂部分の下にある金属パターンは、明るい樹脂部分により見えなくなるため、多層配線パターンが形成され表面に凹凸を有するプリント配線板であっても、表面の配線パターンの欠陥を確実に検出することができる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第6,014,209号明細書
【特許文献２】米国特許第5,119,434号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このプリント配線板の検査装置によれば、プリント配線板を水平な走査台に載せ、プリント配線板に小さなスポット光であるレーザ光を、プリント配線板に対して垂直な方向から照射し、照射範囲をラインセンサで同じく垂直方向から撮像する。プリント配線板を載置した走査台は、レーザ照射光およびラインセンサ搭載カメラ光学系に対して相対的に、水平面内をＸ方向に移動する。各移動位置においてレーザ照射および撮像を繰り返す。なおラインセンサの長手方向は、Ｘ方向に垂直なＹ方向に配置される。
【０００８】
このようにしてＸ方向の走査が完了した時点で、走査台をレーザ照射光およびラインセンサ搭載カメラ光学系に対して相対的にＹ方向に、ラインセンサの長手方向（Ｙ方向）の撮影範囲分だけ移動させる。そして、撮影済みの領域に隣接する領域についてＸ方向に走査を行なう。これを繰り返しプリント配線板全面にわたる走査を行なう。さらに、このようなX-Y走査に加えて、走査台に載置されたプリント配線板表面に形成されている凹凸形状（最大で200μmの凹凸がある。）を予め検出して、配線板の各位置における凹凸状態をメモリしておく、これはフォーカスマッピングと呼ばれる。このフォーカスマッピングの際に、走査台とラインセンサ搭載カメラ光学系の相対位置をＺ方向に制御する必要がある。
【０００９】
このようなX-Y走査においては、最大有効移動ストロークとして、たとえばＸ、Ｙ方向に各々700mm程度が要求される。一方、ラインセンサによるＹ方向走査幅（ラインセンサの長手方向（Ｙ方向）の幅にほぼ同じ）、たとえば3mm程度に合わせて絞り込んだレーザ光をプリント配線板表面に照射し、これによって得たルミネセンスをラインセンサで撮像してパターン情報を得るためには、凹凸のあるプリント配線板表面とラインセンサ搭載カメラ光学系との間の距離が高精度に制御されることが要求される。
【００１０】
この距離精度を保って撮像を行なわせるためには、走査台とラインセンサ搭載カメラ光学系との間のＺ方向の相対的な移動を精密に制御することに加えて、上記した700mmのX-Y移動ストロークにわたって高度な面精度が走査台に対して要求される。たとえば、上記X-Y移動ストロークにわたって、±3μmの面精度（高さ誤差精度）が要求される。
【００１１】
もしも、凹凸のあるプリント配線板表面とラインセンサカメラ光学系との間の距離を高精度に保つことができないならば、金属部分が暗く、樹脂部分が明るく表示された撮像パターンにおける境界部分を明確に撮像することができず、本来検出すべき配線パターンの欠陥部分を検知することができなくなる。しかし、上記従来技術には、これを解決するための方法が開示されていない。
【００１２】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、所定の移動ストロークにわたって、高い面精度を実現できる電子部品の光学的検査装置および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】
【００１３】
本発明は上述の課題を解決するために、表面に導体部領域と非導体部領域が存在する電子部品に入射させる入射光を放射する光源手段と、電子部品の表面からの光を検知する検知手段とを含み、電子部品の表面にある導体部パターンの欠陥を、表面を入射光で走査することにより光学的に検査する電子部品の光学的検査装置において、基台と、基台に対して第１の方向に相対的に移動するとともに電子部品が搭載される載置台とを含み、基台および載置台の材料はグラナイトであることとしたものである。
【００１４】
グラナイトは、熱伸縮が少なく機械加工および研磨加工により極めて精度よく加工を行なうことができる材料である。基台および載置台の材料としてグラナイトを用いたので、熱伸縮が少なく、かつ所望する面精度で第１の方向に移動させることができる。
【００１５】
また本発明の電子部品の光学的検査装置においては、基台に固定されたステージと、ステージに対して、第１の方向とは異なる第２の方向に移動する第１の移動台とを含み、ステージの材料はグラナイトであり、検知手段は第１の移動台に搭載されることが好ましい。
【００１６】
この場合、上記基台に対して固定されグラナイトで形成されて機械精度が保証されたステージに対して、第２の方向に検知手段、たとえばカメラユニットが移動可能となる。これによって、基台に対して検知手段を面精度よく第２の方向に移動することが可能となる。
【００１７】
さらに、本発明の電子部品の光学的検査装置において、第１の移動台に対して前記第１および第２の方向と異なる第３の方向に移動する第２の移動台を含み、第２の移動台に検知手段を搭載する場合、上記基台に対して検知手段を面精度よく第３の方向に移動することが可能となる。
【００１８】
この発明では、第３の方向に移動する第２の移動台を用いているが、仮に、第３の方向、たとえば高さ方向の調整を、電子部品を載置した載置台の上下で行なおうとすると、移動ストロークの全面において、高精度（たとえば±3μmの面精度（高さ誤差精度））を実現することは極めて困難となる。
【００１９】
また本発明の電子部品の光学的検査装置においては、光源手段として大型で高価なアルゴンイオンレーザ等を用いる場合と、小型で比較的安価な高輝度紫外線発光LED等を用いる場合あるいはこれらを併用する場合がある。前者は、上記した特許文献１に記載のように、アルゴンイオンレーザが出力する例えば波長488nmのレーザ光をプリント配線板の表面に照射すると、基板表面の樹脂部分(たとえばエポキシ樹脂)のみが波長500〜700nmのルミネセンスを放射し、一方、配線としての金属層はこのルミネセンスを放射しない現象を利用したものである。これに対して、プリント配線板の種類によっては、基板表面の樹脂成分に含有する有機成分(CH基)が少なく、上記アルゴンイオンレーザを当該基板上に照射しても十分な量のルミネセンスを放射しないものがある。そしてこのような特性を示すプリント配線板は基板色が白い、いわゆる「白基材」に多く見受けられることが判明した。このようなプリント配線板の検査を行う場合、後者に示す高輝度紫外線発光LEDを単独で、あるいは上記アルゴンイオンレーザと併用して用いることが必要である。これは、いわゆる「ブラックライト」と呼ばれる紫外線照明の原理を用いたものであり、高輝度紫外線を発光するLEDの発光をプリント配線板の表面に照射すると、基板表面の樹脂部分における白色部分のみが可視光領域のルミネセンスを放射し、一方配線としての他の色に着色された金属層は紫外線を吸収するために色が黒く表示される現象を利用したものである。このように、検査すべきプリント配線板の種類に応じて、光源としてアルゴンイオンレーザと高輝度紫外線発光LEDを切換えるか、あるいは両光源を併用してプリント配線板表面に光照射することによって、プリント配線板材料への依存性を軽減して安定した検査を行うことができる。
【００２０】
プリント配線板から放射されるルミネセンスを透過させてセンサで撮像するとともに、光源からプリント配線板に照射された光の反射光を遮蔽するために、センサ手段の光入射側に設けられるフィルタ手段としては、例えば、光源としてアルゴンイオンレーザを単独で用いる場合には、488nmの波長の光を透過せず、500〜700nmのルミネセンス、例えば530nmの光を透過する特性のフィルタを用いればよい。また、高輝度紫外線発光LEDを単独で用いる場合には、LEDが発する紫外線波長の光を透過せず、これをプリント配線板に照射したときに発する可視光成分を透過させる特性のフィルタを用いればよい。さらにこれらの光源を併用する揚合には、上記のフィルタを切換えて用いるか、あるいは488nmの波長の光および紫外線波長の光をともに透過せず、かつ両光源から照射される光に基づいてプリント配線板から放射されるルミネセンスを共に透過させる特性のフィルタを用いればよい。
【００２１】
ここで、上記した光源のうち、大型で高価なアルゴンイオンレーザ等の光学手段は、基台に対する相対的な位置を固定し、光源手段から放射された入射光を、基台に対して相対的な位置が変化する電子部品へ伝送する光伝送手段を含むことができる。これによれば、大型で高価なアルゴンイオンレーザ等の光源手段を固定し、光伝送手段により入射光を、基台に対して相対的な位置が変化する電子部品へ伝送するため、たとえば、かかる光源手段を第１もしくは第２の移動台に搭載しないでよい。一方、小型で比較的安価な高輝度紫外線発光LED等の光源手段は、たとえば、第２移動台に設けてよく、例えば前記アルゴンイオンレーザ光源から電子部品に至る光伝送路の一部に入射光が放射されるように、配置すればよい。
【００２２】
さらに、本発明の電子部品の光学的検査装置においては、上記した特許文献１に示す如く、配線パターンの欠陥情報をメモリに記憶させる揚合と、配線パターンをモニタ上に表示して目視で欠陥部分を検出する場合がある。前者は、電子部品表面にアルゴンイオンレーザまたは高輝度紫外線発光LEDから光放射することにより、電子部品表面から発せられた光をセンサで撮像し、これと、光照射されたプリント配線板の位置のX-Y座標情報を同時に記録し、X-Y座標情報に対応した配線パターン情報を得るようにする。このパターン情報を例えば、基準のパターン情報と比較する方法(パターンマッチング法)および／または配線パターンの線幅に対して、検出する線幅を順次増減させながら比較する方法(線幅法)等の欠陥検出法によって、プリント配線板の性能に影響を及ぼすパターンの欠陥が、欠陥の存在位置を示すX-Y座標情報とともに検出され、記憶される。これに対して後者は、電子部品表面にアルゴンイオンレーザまたは高輝度紫外線発光LEDから光放射することにより、電子部品表面から発せられた光をセンサで撮像し、モニタ上に表示し、操作者がこのモニタ上の画像を目視で観察して、プリント配線板の性能に影饗を及ぼすパターンの欠陥を検出すればよい。
【００２３】
ここで、前者、すなわちプリント配線板の性能に影響を及ぼすパターンの欠陥が、欠陥の存在位置を示すX-Y座標情報とともに検出され、記憶される際には、検知手段を一次元センサとし、アルゴンイオンレーザあるいは高輝度紫外線発光LED等の光源手段から放射された入射光の断面形状を、一次元センサの長手方法に対応する長手方向を有する扁平形状に変化させる形状変化手段を含み、この変化した入射光を電子部品に入射させることとしてもよい。入射光の断面形状を、一次元センサの形状に合わせて扁平形状にした後に、電子部品に入射光を当てるため、入射光を有効に使うことができる。
【００２４】
さらに、検知手段は二次元検知手段を含み、電子部品の表面からの光を、二次元検知手段を用いて検知するときには、形状変化手段を介さずに、入射光を電子部品に入射させることができる。これは、上述した後者、すなわち、電子部品表面から発せられた光をセンサで撮像し、モニタ上に表示し、操作者がこのモニタ上の画像を目視で観察して、プリント配線板の性能に影響を及ぼすパターンの欠陥を検出するときに有効である。また、前者における、プリント配線板の性能に影響を及ぼすパターンの欠陥が、欠陥の存在位置を示すX-Y座標情報とともに検出された後、記憶された欠陥情報をモニタ上で観察する際にも有効である。また二次元検知手段用の光源手段、特に、高価で大型のアルゴンイオンレーザは、欠陥検出用の光源手段を流用するため、光源手段のコストを低減できる。一方、比較的安価で小型の高輝度紫外線発光LEDは、電子部品表面に照射される入射光が、断面形状が扁平形状の光源と、断面形状が丸い光源とを専用に設けて、これらを選択的に切換えて使用するようにしてもよい。
【００２５】
なお、本発明の電子部品の光学的検査装置において、電子部品の表面から検知手段までの距離を測定するための距離測定用光源手段を含むことが好ましい。特に、距離測定用光源手段からの光を上記二次元検知手段で検知する場合、距離測定専用の二次元検知手段を用意する必要がないため、コスト軽減が図れる。
【００２６】
また、本発明の電子部品の光学的検査装置を次の場合に適用できる。すなわち、電子部品は、上層と中間層と下層とを少なくとも含む多層の電子部品であり、上層が導電体部領域であり、中間層が非導電体部領域であり、装置は、上層のパターンを光学的に検査し、上層は、透明もしくは半透明である中間層の上に配置され、光源手段は、所定の波長の入射光を放射し、中間層は、入射光を受けて入射光の波長とは異なる波長のルミネセンスを放射し、上層は、入射光を受けても入射光の波長とは異なる波長のルミネセンスを放射しない。
【００２７】
このとき光源として例えば波長488nmのアルゴンイオンレーザを用いて電子部品表面に光を照射した場合には、下層が導体部領域であっても、下層の導体部領域からのルミネセンスは発生せず、かつその上にある中間層からのルミネセンスにより、下層の導体部領域はマスクされた状態になる。これにより、ルミネセンスが発光される中間層と上層との明確な境界を示す画像が形成されることとなる。また光源として高輝度紫外線発光LEDを用いて電子部品表面に光を照射した場合には、中間層は入射光を受けて入射光とは異なる波長のルミネセンスを放射するとともに、下層が導体領域であっても下層部分は撮像のフォーカス範囲から外れており、かつ下層部分と重なる中間層からもルミネセンスが放射されることにより下層部分と中間層との明確な境界を示す画像が得られることがない。これにより、ルミネセンスが発光される中間層と上層との明確な境界を示す画像が形成されることとなる。
【発明の効果】
【００２８】
このように本発明によれば、所定の移動ストロークにわたって、高い面精度を実現できる電子部品の光学的検査装置および方法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】
【００２９】
次に添付図面を参照して本発明による電子部品の光学的検査装置の実施例を詳細に説明する。なお、本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。ここで、信号の参照符号はその現れる接続線の参照番号で表す。また、同一の参照符号を付したものは、同一のものをあらわす。
【００３０】
本実施例は、次のような電子部品の光学的検査装置に本発明を適用したものである。すなわち、本実施例の電子部品の光学的検査装置は、上層と中間層と下層とを少なくとも含む多層の電子部品の上層を光学的に検査する装置であり、上層は、透明もしくは半透明である中間層の上に配置された検査対象である導体のパターンを含む。本検査装置は、所定の波長の入射光を放射する光源を含み、中間層は、入射光を受けて入射光の波長とは異なる波長のルミネセンスを放射し、導体は、入射光を受けても入射光の波長とは異なる波長の当該ルミネセンスを放射しない。
【００３１】
最初に本実施例の概要を説明する。本実施例においては、プリント配線板が載置される載置台にプリント配線板が吸着されて保持される。載置台は、精密Ｘステージ（すなわち基台）上にＸ方向に移動可能に配置される。この精密Ｘステージおよび載置台は、ともにグラナイト（すなわち御影石）により構成される。載置台は、基台に設けられたレール（リニアガイド）にベアリングを介して支持され、光源手段であるレーザ照射光（あるいは高輝度紫外線発光LED）および検知手段であるラインセンサ光学系に対してもＸ方向に移動可能である。
【００３２】
グラナイトは熱伸縮がなく、機械加工および研磨加工により極めて精度よく加工を行なうことができる材料である。グラナイトは、極めて高い機械加工および研磨工程を行なうことにより、たとえば、サブミクロンオーダーの面精度まで加工することができるため、サブミクロンの面精度まで達成可能である。本発明のようにパターンの欠陥を検査する場合等においては、サブミクロンオーダーまでの面精度を必要とせず、±3μm程度の面精度の要求であるため、サブミクロンオーダーのごとき厳密な機械加工および研磨加工工程を必要としない。その結果、比較的安価に入手できる。たとえば、サブミクロンまでの面精度を要求される場合と比較して、本発明のごとき面精度では1/6〜1/8程度のコストで製作できる。
【００３３】
このように、精密Ｘステージおよび載置台の材料としてグラナイトを用いたため、熱伸縮がなく、かつ所望する面精度のＸ移動機構を実現することができる。載置台をＸ方向に移動させるために、パルスモータ等の制御駆動系が用いられる。
【００３４】
また、上記基台に固定された支柱に精密Ｙステージを取り付ける。支柱はグラナイトで形成する。このように基台を基準とした支柱に精密Ｙステージを設ける。精密Ｙステージもグラナイトで製作する。このため支柱および精密Ｙステージの機械精度が保証される。精密Ｙステージ上にＹ方向レール（リニアガイド）を設け、Ｙ方向レール上にベアリング支持した、Ｙ方向に移動可能なカメラユニットを取り付ける。
【００３５】
カメラユニットもたとえばパルスモータ駆動され、これにより精密Ｘステージ（基台）に対してＹ方向に精密に移動可能である。すなわち、載置台に載置されたプリント配線板に対してカメラユニットは面精度よくＹ方向に移動可能となる。
【００３６】
さらに、当該カメラユニットは、精密Ｘステージ（基台）に対して精密に高さ位置が規定された精密Ｙステージに対して、Ｚ方向（高さ方向）に移動可能に構成されている。この移動もパルスモータにより制御が行なわれ、載置台に載置されたプリント配線板の表面の凹凸状態を予め検出して、記録された凹凸状態に応じてＺ方向（高さ方向）の制御が行なわれる。表面の凹凸状態の検出は、たとえば公知のAF (Auto Focus)技術を用いて、カメラの焦点位置が合う位置までカメラをＺ方向に移動させ、そのときのカメラの位置をメモリに記録することにより行う。
【００３７】
ここで、光源手段の1つであるアルゴンイオンレーザ光源は、装置の一定位置に、すなわち精密Ｘステージに対して固定的に載置する。レーザ光源が放射する照射光は、撮影光学系の光軸と一致した光路を経由してプリント配線板表面に垂直に照射され、照射光に起因してプリント配線板表面から垂直に放射されたルミネセンスをカメラユニットで撮像する。一方、上記カメラユニットは上記したようにＹ方向およびＺ方向への移動が必要であることから、カメラユニットの光学系をレーザ照射光路に対して工夫する必要がある。
【００３８】
本実施例では、プリント配線板表面からカメラユニットまでの光路長は、フォーカスマッピングデータに応じてＺ方向にのみ変化可能とし、レーザ光源からプリント配線板表面までの光路長をＹ方向およびＺ方向に変えることとした。この方法としては、レーザ光のコヒーレント性を利用し、カメラユニットのＹ方向移動に対応するためにＹ方向の光路を形成し、Ｙ方向光路長をカメラユニットのＹ方向移動に伴って変化させ、また、Ｚ方向についても、フォーカスマッピングデータに基づくカメラユニットのＺ方向移動に対応するためにＺ方向の光路を形成し、Ｚ方向光路長をカメラユニットのＺ方向移動に伴って変化させることとした。なお、本実施例では、後述するように、レーザ光源からプリント配線板表面に至る光学系の一部はＹ方向およびＺ方向に移動可能とし、光学系の他の一部はＹ方向にのみ移動可能なように構成している。
【００３９】
本実施例では、レーザ光源からプリント配線板表面までの光学系を、ミラーを用いて構成しているが、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば光ファイバーを用いてレーザ光源からプリント配線板表面までを光を伝送することとしてもよい。
【００４０】
一方、小型で比較的安価な高輝度紫外線発光LED等の光源手段は、たとえば、カメラユニットに設けられ、例えば前記アルゴンイオンレーザ光源から電子部品に至る光伝送路の一部に入射光が放射されるように配置されればよく、上記したアルゴンイオンレーザのように光源からプリント配線板表面に至る光路長を何ら変化させる必要がない。
【００４１】
ところで、プリント配線板に照射されるレーザ照射光あるいはLED照射光は、これらの照射光により励起されたルミネセンスを撮像し、これをメモリに記憶して、これに基づいて欠陥情報を検出する場合には、ルミネセンスを効率よくラインセンサで撮像できるように、プリント配線板に照射される照射光そのものをラインセンサの長手方向(センサの走査方向)に対応した形状に絞り込むことが好ましい。
【００４２】
具体的には、発生させたレーザ光あるいはLED光の光路中にシリンドリカル光学系を配置し、シリンドリカル光学系により、概略楕円形であるレーザ光に、あるいはLED光の形状を、ラインセンサの長手方向に長い楕円形のビームに変えた後に、このビームをプリント配線板表面に照射する。
【００４３】
他方、配線パターンの部位をモニタ上に表示して目視で欠陥部分を検出するためには、あるいは上記メモリに蓄積されたデータから検査によって検出された欠陥部位の状況を確認するためには、これらの部位を撮影位置(カメラの直下)まで移動させて、二次元イメージセンサで当該部位の撮影を行い、これによって撮像された映像をモニタ上に表示させることが好ましい。この際には、上記したレーザ光あるいはLED光のビームを楕円形に絞ることはやめて、円形の光束のままプリント配線板を照射する必要がある。
【００４４】
このように、光源の１つである高価で大型のアルゴンイオンレーザを用いる場合には、１つの光源のみを用い、レーザ光源からプリント配線板表面に至る光路に、レーザ光を一次元に集光するための光学系を挿脱する方法が簡易であり、コストの点から好ましい。これに対して、小型で比較的安価な高輝度紫外線発光LEDを用いる場合には、上記と同様に光束を一次元に集光する光学系を挿脱する方法のほか、プリント配線板に円形光束を照射するための専用のLEDと、光束を一次元に絞る光学系を備えて楕円形光束を照射するための専用のLEDを設け、これらを切り換えるようにしてもよい。
【００４５】
なお、プリント配線板表面に形成された凹凸を検出してフォーカスマッピングを行う際には、例えばハロゲンランプによってプリント配線板を照射し、これを上記二次元イメージセンサにより撮像し、その映像信号に応じてプリント配線板のフォーカスマッピングを行うことが好ましい。
【００４６】
以上のように、比較的低いコストで所望の検査装置を実現させるためには、光源、特に光源の１つとしてのレーザ光源を１つ用いて、プリント配線板表面のルミネセンス像をラインセンサおよび二次元イメージセンサの双方で撮像することが好ましい。さらに二次元イメージセンサを、上記ルミネセンスの撮像と、フォーカスマッピング作成のためのハロゲン光源照射による撮像とで兼用することが好ましい。
【００４７】
次に、実施例として示した図面に基づいて、本実施例を詳細に述べる。図1は、検査すべきプリント配線板10のレーザ光および／またはLED光の走査順番を模式的に示した図である。レーザ光および／またはLED光は、ラインセンサ20の有効撮影範囲26をカバーする大きさ16を有し、ラインセンサ20は１つの位置でその長手方向に走査駆動すると共に、板10の表面をＸ方向12にＸ方向走査22を行う。Ｘ方向12に１ラインの走査が完了すると、Ｙ方向14に走査幅26分だけ移動して、Ｘ方向走査30を行う。本実施例では、隣り合うＸ方向走査30は、Ｘ方向走査22に対してＸ方向に逆向きとする。Ｙ方向走査24の走査幅26は、ラインセンサ20のＹ方向長さと同じであり、各位置でラインセンサ20により走査撮像が行われる。このようにして板10の表面全体がレーザ光および／またはLED光により照射される。走査幅は上記したように3mm程度である。
【００４８】
図中楕円にて示すのは、後述するシリンドリカルレンズ28および／または29により一次元方向に集光させたレーザ光および／またはLED光16であり、欠陥情報をメモリして蓄積するための走査はこのような楕円光によって行われる。また、円形にて示すのは、上記シリンドリカルレンズ28および／または29を光路から外した状態のレーザ光および／またはLED光18であり、これは、上記楕円光16によって検出され、欠陥部位をメモリに記憶した後、欠陥部位をモニタ（図示しない）にて観察するため、あるいは配線パターンの各部をモニタ上にて表示して目視で欠陥部位を検出するための光である。ここで、モニタによりプリント配線板の欠陥を目視により観察するのみであれば、シリンドリカルレンズ28および29は不要であり、省略することができる。
【００４９】
また、ハロゲン光による照射範囲32は、上記より大きな直径5mm程度である。このハロゲン光の照射により比較的ラフな、例えば100mm毎のポイントにおけるプリント基板の高さが検出される。これに基づいてプリント配線板表面の高さ分布（フォーカスマッピング）がメモリ（図示しない）に記憶され、その後のレーザ光および／またはLED光照射時にカメラユニットのＺ（高さ）位置制御が行われる。
【００５０】
楕円光16でプリント配線板10を走査したときに発生するルミネセンスを検出するためのラインセンサ20の撮影範囲は、本実施例では走査幅26に等しいとしたが、撮影範囲20は、走査幅以上あれば問題ない。同様に、円形光18でプリント配線板10を走査したときに発生するルミネセンスを検出するための二次元イメージセンサの撮影範囲は、走査幅26を直径とする円形範囲18としたが、これ以上の直径を有するものであればよい。
【００５１】
図２に、本実施例の電子部品の光学的検査装置34の機械的構造を平面図（図2(a)）、正面図（図2(b)）および側面図（図2(c)）により示す。精密Ｘステージ（基台）36は、ベース部38の上に配置する。精密Ｘステージ36上には、精密Ｘステージ36上に設けられたＸ方向レール（リニアガイド）40によってＸ方向に移動可能な載置台（Ｘ移動ステージ）42が、図示しないベアリングにより支持されている。被検査物たるプリント配線板は載置台42に吸着されて載置される。
【００５２】
ここで、これらベース部38、精密Ｘステージ36、Ｘ移動ステージ42は、各々グラナイト（御影石）により形成される。グラナイトは、熱伸縮がなく機械加工および研磨加工により極めて精度よく加工を行なうことができる材料である。このグラナイトは、たとえば、極めて高い機械加工および研磨工程を行なうことにより、サブミクロンオーダーの面精度まで加工することができるので、サブミクロンの面精度を要求される機械の基台としても用いることができる。本実施例にあっては、サブミクロンオーダーまでの面精度を必要とせず、±3μm程度の面精度であればよいため、上記のごとき厳密な機械加工および研磨加工工程を必要としないので比較的安価に入手することが可能である。このように、ベース部38、精密Ｘステージ36、Ｘ移動ステージ42の材料としてグラナイトを用いたので、熱伸縮がなく、かつ所望する面精度のＸ移動機構を実現することができる。Ｘ移動ステージ42はパルスモータ等の制御駆動系（図示しない）により駆動される。
【００５３】
また、上記基台36に、これもグラナイトで形成した支柱44が固定され、支柱44の上にグラナイトで形成した精密Ｙステージ46が搭載される。支柱44および精密Ｙステージ46は、グラナイト製であるため、機械精度が保証される。精密Ｙステージ46の上面にＹ方向レール（リニアガイド）48が設けられ、Ｙ方向レール48にベアリング支持によりカメラユニット50が取り付けられる。精密Ｙステージ46は、図2(b), 2(c)では、図2(a)のXX断面およびYY断面で示す。
【００５４】
カメラユニット50はＹ方向に移動可能である。カメラユニット50もたとえばパルスモータにより駆動され、精密ステージ36に対してカメラユニット50を面精度よくＹ方向に移動可能である。こうして、載置台42に載置されたプリント配線板10に対してカメラユニット50をＹ方向に精密に移動可能としている。精密Ｙステージ46には、開口部52が設けられており、開口部52内をカメラユニット50がＹ方向に移動する。
【００５５】
さらに、当該カメラユニット50に含まれるカメラ本体部54は、精密ステージ36に対して精密に高さ位置が規定された精密Ｙステージ46に対して、Ｚ方向（高さ方向）に移動可能である。すなわち、カメラ本体部54は、カメラユニット50のベース部56にボールねじ60を介して取り付けられ、ベース部56に設けられた開口部58をＺ方向に移動する。ボールねじ60をパルスモータ（図示しない）により駆動することによりカメラ本体部54はＺ方向に移動する。載置台42に載置されたプリント配線板10の凹凸状態を検出して記録されているフォーカスマッピングに基づいてパルスモータが制御され、カメラ本体部54のＺ方向の位置の制御が行なわれる。
【００５６】
レーザ光源62は、図2(b), 2(c)に示すように、光源用ベース64に取り付けられ、光源用ベース64は、支柱66に取り付けられている。支柱66は、精密Ｙステージ46上に取り付けられる。なお、図2(a)では、レーザ光源62、光源用ベース64、支柱66は、カメラユニット50の配置を明確にするために図示していない。
【００５７】
以上述べたように、これらの構造物は、機械的に強固に組み立てられている。その結果、精密Ｘステージ36に対するＸ方向移動ステージ42およびカメラユニット50の位置精度は、X-Y方向の所望のストローク範囲内において±3μm程度の面精度が確保される。
【００５８】
図３には、本装置の主要部の1つである光学系を概念的に示している。固定的に載置されたレーザ光源62から照射されたアルゴンイオンレーザ光62aは、ミラー70a、70b、70c、70d、70eを介して被測定物たるプリント配線板10表面にまで伝送され、照射光62fとしてプリント配線板10表面に対して垂直に照射される。また高輝度紫外線発光LED光源63aは、ミラー70dの後方に設けられ、ミラー70d、70eを介して被測定物たるプリント配線板10表面にまで伝送され、照射光62fとしてプリント配線板10表面に対して垂直に照射される。ここで、光源としてレーザ光源62に代えてLED光源63を単独に用いる場合には、ミラー70dとして全反射ミラーを用い、ミラー70dを点線に示す位置に揺動した状態でLEDを発光させればよく、レーザ光源62およびLED光源63を併用して両照射光をプリント配線板に照射する場合には、ミラー70dとしてハーフミラーを用い、図中実線で示す位置とすればよい。照射光62fにより励起されたルミネセンスおよび照射光62fのうち反射された光は、表面から放射状に広がって放射される。このうちハーフミラー70eに向かった光62gがフィルタ72およびミラー70fを通して一次元センサ撮像装置74にて撮像される。
【００５９】
また配線パターンの欠陥部位を検出後に欠陥部位をモニタ表示するため、あるいは配線パターンをモニタに表示して操作者が欠陥部位を目視で検出するために、二次元センサ撮像装置76により撮影が行われる。二次元センサ撮像装置76は、たとえば二次元CCD（Charge Coupled Device:電荷結合素子)撮像素子を含む撮像装置である。なお、一次元センサ撮像装置も、たとえば一次元CCD撮像素子を含む撮像装置である。
【００６０】
なお、一次元センサ撮像装置74にて像を取り込む際には、蒲鉾型レンズ（シリンドリカルレンズ）28a、29aが、レーザ光路62d内および高輝度紫外線発光LED63光路内に挿入され、円形のレーザ光62cおよびLED光を楕円形に絞り込んで照射光とする。二次元センサ撮像装置76で撮像する時にはこの蒲鉾型レンズ28a、29aは光路から外されて、蒲鉾型レンズ28b、29bの位置に移動する。
【００６１】
なお、一次元センサ撮像装置74および二次元センサ撮像装置76に入射する照射光62iは揺動ミラー70fで光路を変更される。揺動ミラー70fは、一次元センサ撮像装置74で撮像するときには、点線で示す揺動ミラー70faの位置に移動する。実線の揺動ミラー7Ofは二次元センサ撮像装置76で撮像する時の位置を示す。
【００６２】
図３に示すカメラユニット50は主ユニット50a（一点鎖線で囲まれた部分）と副ユニット50b（二点鎖線で囲まれた部分）とを含む。これらは、既述の図２に示すようにグラナイト製精密Ｙステージ46に取り付けられ、精密Ｙステージ46は支柱44（これもグラナイトで形成されている）によって精密Ｘステージ（基台）36に取り付けられている。従って、カメラユニット50は、精密Ｘステージ36を基準にＹ方向およびＺ方向に駆動させることが可能となる。
【００６３】
レーザ光源62からプリント配線板10の表面を経て撮像装置74、76に至る光学系の光路について説明する。固定的に配置されたレーザ光源62から水平に照射された光束62aは、固定ミラー70aにより鉛直下方に向きを変えられ、光束62aのビーム径を3mm程度に大きくするビーム拡張光学系79を通される。
【００６４】
ビーム拡張光学系79を通ったレーザ光62bは、固定ミラー70bにより水平方向に向きを変えられて、二点鎖線で示す副カメラユニット50bに入射し、さらに進んでミラー70cに入射する。
【００６５】
ここで、二点鎖線として示す副カメラユニット50bは、カメラユニット50のうち、Ｙ方向にのみ駆動される部分であり、この部分はＺ方向に駆動されない。一方、一点鎖線で示される主カメラユニット50aは、Ｙ方向およびＺ方向に駆動される。
【００６６】
固定ミラー70bとミラー70cとの間の光路は、カメラユニット50のＹ方向移動方向と平行である。したがって、カメラユニット50がＹ方向に移動したときは、固定ミラー70bとミラー70cとの間の光路長が変化するのみで、レーザ光は変化を受けない。すなわちコヒーレントなレーザ光の性質を利用した光学系となっている。
【００６７】
ミラー70cにより鉛直下方に向けられたレーザ光束62dは、蒲鉾型レンズ28aを経由して、あるいはこの蒲鉾型レンズ28bが外された状態で（二次元センサ撮像装置76を用いるとき）、ミラー70dに至る。ミラー70dは、実線位置と破線位置とに揺動可能となっており、レーザ光束62dをプリント配線板10表面に照射するときには実線位置に、高輝度紫外線発光LED63の光束を単独でプリント配線板10に照射するとき、あるいはハロゲン光源78をプリント配線板10表面に照射するとき（フォーカスマッピング作成時）には、破線位置に移動する。
【００６８】
ここで、高輝度紫外線発光LED63および蒲鉾型レンズ29は、ハロゲン光源78の前方に配置されており、これらは共に光路中に配される位置63aおよび29aと、光路から外れる位置63bおよび29bに各々独立して位置させることが可能である。すなわち、上記したフォーカスマッピングのためにハロゲン光源78を発光させる際には、これらLED光源63および蒲鉾型レンズ29は共に光路から外れた位置63bおよび29bに移動させる。また、高輝度紫外線発光LED63の発光によって、プリント配線板10の欠陥位置をメモリに記憶する際には、LED光源63および蒲鉾型レンズ29を、各々光路中の位置63aおよび29aに配置し、一方、検出された欠陥情報を観察するためあるいはプリント配線板をモニタして目視により欠陥を検出する際には、LED光源63が光路中の位置63aに、蒲鉾型レンズ29が光路から外れた位置29bに配置される。
【００６９】
ミラー70dにより水平方向に向きを変えられた光束62eはハーフミラー70eに入射する。ハーフミラー70eにより、光束62eは、垂直に向きを変えられる光束62fと、直進する光束（図示しない）とに分けられる。レーザ米束62fはプリント配線板10の表面に照射される。その結果生じるルミネセンス、および光束62fの反射光は光束62gとしてハーフミラー70eに入射する。ハーフミラー70eにより、光束62gは、水平に向きを変えられる光束（図示しない）と、直進する光束62hとに分けられる。
【００７０】
光束62hはフィルタ72に入射し、フィルタ72をルミネセンス62iのみが通過し、光束62fの反射光は通過できない。ルミネセンス62iは一次元センサ撮像装置74に導かれる。ミラー70fは揺動ミラーであって、一次元センサ撮像装置74を用いてルミネセンス62iの撮像を行うときは点線の位置に移動する。
【００７１】
また、ミラー70fは、ハロゲン光源78を用いて二次元センサ撮像装置76で撮像を行ってフォーカスマッピング用データを生成するとき、および蒲鉾型レンズ28および29を外した状態で、プリント配線板10の欠陥位置をモニタするとき、あるいは操作者がプリント配線板の画像をモニタに表示して目視で欠陥を検出するときには実線の位置となる。
【００７２】
カメラユニット50がＺ方向に移動する際には、Ｚ方向光路であるミラー70cとミラー70dとの間の光路長が変化するのみで、この部分の光束もまたコヒーレント光であるレーザ光束であるので、光量が減少することはほとんどなく検査上の支障はない。
【００７３】
カメラユニット50がプリント配線板10の表面の凹凸に対応して、Ｚ方向に移動すれば、Ｘステージ42の表面に対する一次元センサ撮像装置74および二次元センサ撮像装置76との光路長が変化するが、プリント配線板10の表面と上記撮像装置74、76との光路長は一定であり、撮影画面の焦点を正しく保持することが可能となる。
【００７４】
撮像装置74で撮像された画像は、公知の方法で、たとえばパターンマッチング法や線幅法により画像の認識が行われ、パターンの欠陥を検出する。認識のために、撮像装置74で撮像された画像は図示しない画像処理装置に送られる。
【００７５】
本発明においては、レーザ光源62を用いず高輝度紫外線発光LED63のみを用いることができる。この場合、レーザ光源62からミラー70dに至る光路およびそのための光学部品、すなわち、レーザ光源62、固定ミラー70a、70b、ビーム拡散光学系79、ミラー70cおよび蒲鉾型レンズ28を含む副カメラユニット50b、およびミラー70dを省略することができる。
【００７６】
このように本実施例によれば、所定の移動ストロークにわたって、高い面精度を実現できる電子部品の光学的検査装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施例に係る、検査すべきプリント配線板に対するレーザ光の走査の順番を模式的に示した説明図である。
【図２】図１の実施例に係る電子部品の光学的検査装置の機械的構造を示す平面図、正面図および側面図である。
【図３】図１の実施例に係る電子部品の光学的検査装置の光学系を概念的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
10  プリント配線板
36  精密Ｘステージ
42  載置台
44  支柱
46  精密Ｙステージ
50  カメラユニット
62  レーザ光源
63  高輝度紫外線発光LED
70a, 70b, 70c, 70d, 70e, 70f, 70fa  ミラー
74  一次元センサ撮像装置
76  二次元センサ撮像装置
78  ハロゲン光源
【図１】
2005049308.tif 000003
【図２】
2005049308.tif 000004
【図３】
2005049308.tif 000005