(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方に突出するリードを有する被検査体を台上に載置し上方から撮影した画像における強度分布からリードの浮きによる高さを測定する方法であって、
リード先端部分の形状を矩形関数ｆで表し、点応答関数をｈとして、ｆとｈとのコンボリューション積分で表されるリード先端部分の像の強度分布ｇのフーリエ変換をＧ１とし、Ｇ１が被検査体におけるリードの基端における高さをａ、リードの長さをｂ、基準点からの長さをｂ０、合焦位置におけるビームの半径ω０、レンズの開口数をＮＡとして
【数７】
0005224441.tif 000017
で表されるものとし、フーリエ変換における虚部を最大にする座標値をξ０として、リード先端部分の画像における強度分布（Ｑ）とリード先端の高さ（ｚ）との関係を
【数９】
0005224441.tif 000018
のように求め、この式からリードの浮きによる高さを求めることを特徴とする高さを測定する方法。
【請求項２】
台部に載置された横方に突出するリードを有する被検査体を撮影し画像を取得するための撮影手段と、該撮影手段により取得された画像について画像の解析処理を行う画像解析処理部とを備え、前記被検査体のリードの浮きによる高さを求める高さ測定装置であって、
前記画像解析処理部は前記撮影手段により取得された被検査体の画像における強度分布を求め、リード先端部分の形状を矩形関数ｆで表し、点応答関数をｈとして、ｆとｈとのコンボリューション積分で表されるリード先端部分の像の強度分布ｇのフーリエ変換をＧ１とし、Ｇ１が被検査体におけるリードの基端における高さをａ、リードの長さをｂ、基準点からの長さをｂ０、合焦位置におけるビームの半径ω０、レンズの開口数をＮＡとして
【数７】
0005224441.tif 000019
で表されるものとし、フーリエ変換における虚部を最大にする座標値をξ０として、リード先端部分の画像における強度分布（Ｑ）とリード先端の高さ（ｚ）との関係を
【数９】
0005224441.tif 000020
のように求め、この式からリードの浮きによる高さを求めるものであることを特徴とする高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物における高さを測定する方法及び高さ測定装置に関するものであり、特に、ＩＣのリードの浮きによる高さのような微小な高さを測定するのに適用される被検査物における高さを測定する方法及び高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の後工程において、ＩＣの外観検査は、出荷直前の最終検査として重要な工程である。このような外観検査として、リード間の異物、印刷の良否の検査、パッケージの欠け等の２次元画像処理による検査と、リードの浮きやボール、バンプの高低差（コプラナリティ）の評価等の３次元検査がある。
【０００３】
ＩＣは携帯電話等の情報端末機器、可搬型の情報処理装置、ゲーム機のような種々のデジタル機器に備えられており、これらのデジタル機器の小型化、高機能化の進行とともに機器には高密度の実装技術が不可欠となっている。デジタル機器の中枢部であるＣＰＵ、メモリー等のＩＣにおいて、リードの形態の変化に応じて寸法検査精度への要求が高まり、高さを高精度で測定することが求められるようになっている。
【０００４】
ＩＣのような被検査体における高さの測定方法に関する技術として、次のような文献に記載されている。
特許文献１には、共焦点顕微鏡の対物レンズの集光位置と試料との相対位置を変えて２枚の共焦点画像を撮像し、それぞれの共焦点画像の対応する画素ごとに光検出器の出力の差／和、または除算値を求めることにより試料の各点における高さを得るようにした高さ測定装置について記載されている。
【０００５】
特許文献２には、試料における異なる複数の高さ位置でそれぞれ共焦点画像を撮像し、画素ごとに光量がピークとなる高さ位置を求め、最も高いピーク高さ位置をその画素に対応する試料の表面情報とする三次元計測について記載されている。
【０００６】
特許文献３には、計測ビームを被測定物の面上に集光させ、表面の凹凸情報を有する反射光と、これと周波数の異なる参照ビームとを干渉させて計測ビート信号を取り出し、その位相変化に基づいて表面の凹凸形状を測定する表面形状測定装置について記載されている。
特許文献４には、ＸＹテーブル上に保持された被検査基板の外観検査を行う実装基板外観検査装置における高さ測定回路について記載されている。
【０００７】
特許文献１に記載のものにおいては、試料の各点における高さを得るために、試料の表面を挟む２つの高さ位置での共焦点画像を撮像する必要があり、２回の撮像を行うことが不可欠となる。高さを得るために２回の撮像が不可欠な点については、特許文献２の場合も同様であり、このようにして高さを求める手法では高さを求める過程に要する時間が長くなるため、実際の半導体素子の製造工程において適用する上ではスループットの低下を招くことになる。
【０００８】
特許文献３のような計測ビームと参照ビームの干渉によるものでは、測定精度を高くすることはできるが、そのための光学系や信号処理回路が複雑で大規模のものになり、やはりスループットを高くできない。
【０００９】
特許文献４に記載される実装基板外観検査装置においては、外観検査装置として真上と斜め方向との２つの撮像装置を備えるとともに、レーザ変位計による高さ測定装置を備えるものであり、高さ測定に際し測定ラインを複数本設定しこれをなぞるようにＸＹテーブルの移動制御を行うという動作制御が必要になり、構成上も煩雑なものになる。被検査体に対し前上の方向と斜め方向とに設置された２つの撮像装置を用いれば高さの測定が可能であるが、高さ測定装置としては複数の撮像装置を備えることにより煩雑な構成となる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−４２７２０号公報
【特許文献２】特開平９−１０５６１５号公報
【特許文献３】特開平２−８７００５号公報
【特許文献４】特開平４−５５７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＩＣの面上の凹凸やリードの浮きのように、微小な高さを測定する際に、２つの異なる位置での共焦点画像を撮像する手法では、高さを求める過程において２回分の撮像分の時間を少なくとも要し、ビームの干渉による手法では装置が大がかりになり、スループットを高めるのに有効でもなかった。また、レーザ変位計による高さ測定では動作制御機構が煩雑になり、２方向から同時の撮像する形態のものではやはり装置構成として複雑になるという欠点があった。このため、高さを測定するために用いる測定装置の構成が大がかりにならないものとし、繰り返し測定精度を高めること、測定に要する時間を短くしスループットを高められようにすることが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による高さを測定する方法は、横方に突出するリードを有する被検査体を台上に載置し上方から撮影した画像における強度分布からリードの浮きによる高さを測定する方法であって、リード先端部分の形状を矩形関数ｆで表し、点応答関数をｈとして、ｆとｈとのコンボリューション積分で表されるリード先端部分の像の強度分布ｇのフーリエ変換をＧ１とし、Ｇ１が被検査体におけるリードの基端における高さをａ、リードの長さをｂ、基準点からの長さをｂ０、合焦位置におけるビームの半径ω０、レンズの開口数をＮＡとして
【数７】
0005224441.tif 000002
で表されるものとし、フーリエ変換における虚部を最大にする座標値をξ０として、リード先端部分の画像における強度分布（Ｑ）とリード先端の高さ（ｚ）との関係を
【数９】
0005224441.tif 000003
のように求め、この式からリードの浮きによる高さを求めるようにしたものである。
【００１３】
また、本発明による高さ測定装置は、台部に載置された横方に突出するリードを有する被検査体を撮影し画像を取得するための撮影手段と、該撮影手段により取得された画像について画像の解析処理を行う画像解析処理部とを備え、前記被検査体のリードの浮きによる高さを求める高さ測定装置であって、前記画像解析処理部は前記撮影手段により取得された被検査体の画像における強度分布を求め、リード先端部分の形状を矩形関数ｆで表し、点応答関数をｈとして、ｆとｈとのコンボリューション積分で表されるリード先端部分の像の強度分布ｇのフーリエ変換をＧ１とし、Ｇ１が被検査体におけるリードの基端における高さをａ、リードの長さをｂ、基準点からの長さをｂ０、合焦位置におけるビームの半径ω０、レンズの開口数をＮＡとして
【数７】
0005224441.tif 000004
で表されるものとし、フーリエ変換における虚部を最大にする座標値をξ０として、リード先端部分の画像における強度分布（Ｑ）とリード先端の高さ（ｚ）との関係を
【数９】
0005224441.tif 000005
のように求め、この式からリードの浮きによる高さを求めるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、撮影した画像におけるリード先端部分の像の強度分布のフーリエ変換から、リード先端部分の画像における強度分布とリード先端の高さとの関係の式を求め、この式からリードの浮きによる高さを求めることにより、既存の撮影手段と画像解析ソフトウェアとからなる２次元検査装置に高さを求める演算を行うための解析用ソフトウェアを追加モジュールとして付加するという簡易な形態の測定装置により高さの測定を行うことができるとともに、繰り返し測定精度を高め、処理時間を短くすることができ、検査工程におけるスループットを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
微小の高さの測定の例として、ＩＣのリードの浮きによる高さを測定する場合について説明する。
Ａ．基礎的原理
本発明では、ＩＣリードの浮きのような高さを測定するために、載置されたＩＣを上方から撮影した画像について画像解析を行のであるが、高さを求める上での基礎的原理について説明する。
【００１６】
１）撮像装置では結像光学系をなすレンズにより対象物の像を像面（ＣＣＤ面）に結像する。実際の撮影レンズでは対象物側の１点からの光が像面の１点に結像するのではなく、広がりをもっている。図１は１点からの光がレンズを通った後の結像面（合焦点位置）における光の強度分布を示しており、１点（δ関数）の像が結像面では１点ではなく、広がりをもっており、この広がりは点応答関数（ＰＳＦ）と呼ばれる。この像の広がりはレンズの開口数（ＮＡ）に応じて定まったものであるが、ＮＡが大きくなると像の広がりの幅が狭まった形になる。
【００１７】
２）像の広がりはレンズの結像面（合焦点位置）からの距離に応じても変わるのであり、レンズに平行に入射した光のｚ方向における収束状況はガウスビームの広がり半径ωを表す関数として
ω２＝ω０２［１＋（ｚ／ｚ０）２］                ・・・・・・・（１）
で表され、図２（ａ）に示すように、レンズの焦点位置（ｚ＝０）においてガウスビームの広がり半径ωは最小ω０になる。
図２（ｂ）はリード先端のエッジからの光がレンズにより結像する際の強度分布を示しており、焦点位置（ｚ＝０）では実線のようになるのに対し、焦点位置から前後においてピントがずれた状況では点線のように広がりが大きくなる。
【００１８】
３）レンズによるインコヒーレント結像系では、像の強度分布ｇは物体の形状関数ｆと点応答関数ｈのコンボルーション積分
【数１】
0005224441.tif 000006
で与えられる。ｇ，ｆ，ｈのフーリエ変換をそれぞれＧ，Ｆ，Ｈとすると、式（２）のフーリエ変換は
Ｇ＝Ｆ・Ｈ                                ・・・・・・・・（３）
となる。
【００１９】
Ｂ．高さの演算
前述の基礎的原理をもとにして、ＩＣを撮影した画像における強度分布からリードの浮きによる高さを求めることを考える。図３（ａ）はＩＣの外観を示しており、ＩＣをパッケージしたケーシングＣの両側に１２本ずつ計２４本のリードＬが突出する形態になっている。図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＣをリードの方向に切断して見た断面図を示している。図３（ｂ）は１つのリードの部分を拡大して示した図であり、ＩＣにおけるリードの付け根の位置の高さをａとし、平面内で見えるリードの長さをｂとする。リードが本来の位置からｚだけ浮くことにより、長さｂはΔｂだけ変化して見えることになる。このΔｂはｚに応じたものであり、このことを利用すれば、Δｂから高さｚが求められることになる。
【００２０】
（１）リード先端の移動
図３（ｂ）でのリードの長さの関係から、
（ａ−ｚ）２＋（ｂ＋Δｂ）２＝ａ２＋ｂ２
となり、ｚ２，（Δｂ）２は小さいとして省略すると、
【数２】
0005224441.tif 000007
となる。
【００２１】
座標ｂ０の位置からの部分の像について考え、リード先端がほぼ均一な輝度であると考えると、像の輝度分布は図４（ａ）に示すようなｂ０＋Δｂの範囲の矩形関数で表される。このエッジの部分が広がりをもつ結果として図４（ｂ）のようになる。図４（ａ）に示される矩形関数のフーリエ変換は、
【数３】
0005224441.tif 000008
で与えられる。ここでξはフーリエ変換後の座標である。
【００２２】
（２）像の広がり
合焦位置をｚ＝０とし、ガウスビームの広がりによる像の広がりは、
【数４】
0005224441.tif 000009
で表される。ここでω０は合焦位置（ｚ＝０）におけるビーム半径、ｚは合焦位置からのずれ（リード先端の浮き）、ｚ０＝πω０２／λ（λは照明光の波長）である。式（５）のフーリエ変換は
【数５】
0005224441.tif 000010
で与えられる。これから、リード先端の強度分布のフーリエ変換は
【数６】
0005224441.tif 000011
で与えられる。
【００２３】
ξが小さいとして式（７）を近似し、ξ＝０の時にＧ＝１として規格化したものをＧ１とすると、
【数７】
0005224441.tif 000012
となる。ここで、ＮＡ（＝ω０／ｚ０）はレンズの開口数である。
【００２４】
Ｃ．リードの浮き
一般にフーリエ変換では実部関数と虚部関数が得られる。原点を中心とする矩形関数のフーリエ変換は対称関数であるため、虚部は０となる。しかし、リードの先端を基準（ｘ＝０）とした場合、フーリエ変換は対称関数とならず、虚部が現れる。ｆ（ｘ）のフーリエ変換をＦ（ξ）とするとき、画像がｘ０だけずれた場合のフーリエ変換は、
ｆ（ｘ±ｘ０）→Ｆ（ξ）ｅｘｐ（±ｉ２πｘ０ξ）
で与えられる。よって、リード先端の関数のフーリエ変換も
Ｐ＝Ｇ１ｃｏｓ（２πｘ０ξ）＋ｉＧ１ｓｉｎ（２πｘ０ξ）
のように実部と虚部が現れる。虚部は２πｘ０ξ＝π／２の点で近似的に極大になることを利用すると、
【数８】
0005224441.tif 000013
（ξ０は最大値となる時のξ座標）となり、これから
【数９】
0005224441.tif 000014
となる。
【００２５】
式（１２）でＱはＩＣの画像における強度分布から得られる量であるので、式（１０）からリードの浮きによる高さが求められる。２４ピンのＩＣの場合、１ピンを基準にすると（ｚ＝０）、１つの画像における強度分布からの演算により各リードのＡ１ｚが得られ、１ピンを基準にした高さが計算される。Ａ１は他の方法の測定値との比較で決まる定数である。図５に１つの２４ピンのＩＣについての画像解析から高さを求めることを１０回行った測定例の結果を示す。横軸はＩＣのリード番号、縦軸は高さを示す。
【００２６】
Ｄ．高さ測定装置
本発明による高さの測定を行うための高さ測定装置は、図６に示すように、載置台上に載置された被検査体を撮影する撮影手段１０と、撮影手段により取得された画像の解析処理を行う画像解析処理部２０とを有するものである。撮影手段１０は撮像素子の画素数が例えば１２８０×１０２４のものを用いることができ、画像における強度分布が求められればよいので、モノクローム型カメラとしてもよい。
【００２７】
画像解析処理部２０は被検査体の画像における強度分布を求め、リード先端部分の形状を矩形関数ｆで表し点応答関数をｈとして、ｆとｈとのコンボリューション積分で表されるリード先端部分の像の強度分布ｇのフーリエ変換から、Ａが被検査体におけるリードの基端における高さ（ａ）、リードの長さ（ｂ）、レンズの開口数（ＮＡ）により
【数７】
0005224441.tif 000015
で表されるものとし、フーリエ変換における虚部を最大にする座標値をξ０として、リード先端部分の画像における強度分布（Ｑ）とリード先端の高さ（ｚ）との関係を
【数９】
0005224441.tif 000016
のように求める演算を行う。
【００２８】
このような画像の解析を行う上で、画像データから強度分布を求める強度分布演算部２１は既存のものとし、高さ演算処理部２２を追加モジュールとして付加することにより画像解析処理部２０を構成することができる。
【００２９】
このように、本発明においては、既存の撮影手段と画像解析ソフトウェアとからなる２次元検査装置に高さを求める演算を行うための解析用ソフトウェアを追加するという簡易な形態のものとすることができる。また、被検査体を撮影した画像をもとに多数本のリードの浮きによる高さを測定することが可能であり、繰り返し測定精度の標準偏差が数μｍ、処理時間は使用する演算装置の能力にもよるが、１００ｍｓ以下とすることができ、製品の検査工程におけるスループットが高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】１点からの光がレンズにより結像面上に集光する際の集光点近傍の強度分布を示す図である。
【図２】（ａ）平行ビームがレンズにより収束する際の焦点位置近傍におけるビームの広がりを示す図である。（ｂ）撮影した画像におけるリードの先端の強度分布を示す図である。
【図３】（ａ）ＩＣの外観を示す図である。（ｂ）ＩＣをリードの方向に切断して見て断面で示した図である。（ｃ）１つのリードを含む部分を拡大して示した図である。
【図４】（ａ）リードの先端部分の形状を矩形関数として示す図である。（ｂ）レンズでの結像により広がりをもつリード先端部分の強度分布を示す図である。
【図５】ＩＣリードの浮きによる高さを実際に求めた結果を示す図である。
【図６】本発明による高さ測定装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｃ    ケーシング
Ｌ    リード
１０  撮影手段
２０  画像解析処理部
２１  強度分布演算部
２２  高さ演算処理部
【図１】
0005224441.tif 000021
【図２】
0005224441.tif 000022
【図３】
0005224441.tif 000023
【図４】
0005224441.tif 000024
【図５】
0005224441.tif 000025
【図６】
0005224441.tif 000026