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JP4275582B2 - 基板検査装置 - Google Patents
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Description

本発明は、プリント基板上に形成されたパッドや配線パターンなどの形成状態を検査する基板検査装置に関するものである。
一般に、プリント基板には、その表面にパッド、配線パターン、レジスト、シルク印刷などが設けられており、これらのパッドや配線パターンなどは、基板検査装置に取り付けられることによって検査される。このプリント基板のパッドや配線パターンなどを検査する基板検査装置については、従来より種々のものが提案されており、例えば、下記の特許文献1、2に記載されるような装置などが存在する。
この特許文献1に記載された基板検査装置は、撮像されたプリント基板の画像に対して、プリント基板上のパターン領域を識別する領域識別部と、各パターン領域に対し欠陥の検出処理を行う検査処理部を有する検査部を備えてなるもので、領域分割部で各パターン領域毎に異なる色に基づいて領域情報を作成した後、検査処理部で各パターン領域毎の異なるデザインルールの適用や、正規の参照画像と比較することによって各パターン領域毎の欠陥検出を行えるようにしたものである。そして、このように構成することによって、微細な欠陥をも問題とされるパターン領域に対しては厳しい検査基準を適用し、また、比較的大きな欠陥が許容されるパターン領域に対しては緩やかな検査基準を適用して欠陥検出を効率よく行えるようにしたものである。
また、特許文献2に記載された配線パターン検査方法は、配線パターンの中心部に対応する必要不可欠な領域を示す致命領域パターンと、被検査物上の配線パターンから得られた検査パターンとを比較して、両パターンの不一致により欠陥を検出するようにしたものである。そして、特に、この特許文献2においては、同特許文献2の図14に示されるように、致命領域パターンP2を侵すような欠けが存在する場合は欠陥と判定し、逆に致命領域パターンP2を侵さないような小さな欠けが存在する場合は欠陥と判定しないようにしたものである。
特開平11―337498号公報 特開2000−241130号公報
ところで、プリント基板上に形成されたパッドや配線パターン(以下、「パターン領域」と称する)には、生成過程においてその表面に擦り傷やムラを生じ、また、輪郭部分に欠けや突出部分などを生ずることが多い。そして、このうち輪郭部分に生じた欠けや突出部分については、隣接するパッドや配線パターンなどと短絡を生ずる可能性があるため、より厳密に検査する必要がある一方、パッドの表面については、ある程度の擦り傷などが存在していても品質上問題がなければこれを良品として取り扱いたい場合がある。これに対して、従来のプリント基板の検査方法では、パターン領域を全体としてしか検査していなかったため、パターン領域の内側部分と外側部分とをそれぞれ別に細かく検査することができなかった。
また、特許文献2における検査方法は、致命領域パターンを侵す欠けが存在するか否かを検出するものであって、配線パターンの外側領域だけを独立して検査するものではない。このため、この特許文献2における検査方法では、パッドや配線パターンの外側領域に短絡を生じうる可能性のある突起などが存在している場合、この突起によって致命領域パターンを侵されるようなことはないので、欠陥と判定することはできなかった。
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、基板の表面に形成されたパターン領域をより精密に、かつ、効率よく検査できる基板検査装置を提供することを目的とするものである。
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、基板上に形成されたパターン領域の形成状態を検査する基板検査装置において、検査対象となるパターン領域を縮小処理した内側領域を生成し、当該内側領域の検査データを生成する内側領域データ生成手段と、検査対象となるパターン領域を拡大処理し、当該拡大処理された領域から前記縮小処理された領域までの間の領域である外側領域の検査データを生成する外側領域データ生成手段と、前記内側領域データ生成手段によって生成された内側領域の検査データとあらかじめ設定された内側の基準検査データとを比較することによって内側領域の良否を判定する内側判定手段と、前記外側領域データ生成手段によって生成された外側領域の検査データとあらかじめ設定された外側の基準検査データとを比較することによって外側領域の良否を判定する外側判定手段を設けるようにしたものである。
このように構成すれば、例えば、比較的大きな欠陥が許容されるパッドや配線パターンの内側部分について緩やかな検査基準を適用し、また、微細な欠陥も問題とされるドットや配線パターンの外側部分についてはより厳しい検査基準を適用することなどにより、より精密かつ効率よく基板の欠陥を検出することができるようになる。
また、このような発明において、外側判定手段で、パターン領域の輪郭の法線方向に沿った輝度変化に基づいて外側領域の検査データを生成し、当該検査データとあらかじめ設定された外側の基準検査データとを比較することによって外側領域の良否を判定するようにする。
さらには、外側判定手段で判定する場合、パターン領域の輪郭の法線方向に沿った位置−輝度グラフの変曲点を抽出し、当該変曲点の位置とあらかじめ設定された外側領域の変曲点の位置とを比較することによって外側領域の良否を判定する
本発明は、基板上に形成されたパターン領域の形成状態を検査する基板検査装置において、検査対象となるパターン領域を縮小処理した内側領域を生成し、当該内側領域の検査データを生成する内側領域データ生成手段と、検査対象となるパターン領域を拡大処理し、当該拡大処理された領域から前記縮小処理された領域までの間の領域である外側領域の検査データを生成する外側領域データ生成手段と、前記内側領域データ生成手段によって生成された内側領域の検査データとあらかじめ設定された内側の基準検査データとを比較することによって内側領域の良否を判定する内側判定手段と、前記外側領域データ生成手段によって生成された外側領域の検査データとあらかじめ設定された外側の基準検査データとを比較することによって外側領域の良否を判定する外側判定手段を設けるようにしたので、例えば、比較的大きな欠陥が許容されるパターン領域の内側領域について緩やかな検査基準を適用し、また、微細な欠陥も問題とされるパターン領域の外側領域について厳しい検査基準を適用することなどにより、より精密かつ効率よく基板の欠陥を検出することができるようになる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施の形態における基板検査装置1のブロック図を示し、図2は、内側領域データ生成手段7のブロック図の詳細を示したものである。また、図3は、プリント基板2上に形成されたパターン領域と検査領域との関係を示し、図3(a)は基準となるプリント基板(以下「基準プリント基板」と称する)2aと内側領域および外側領域の位置関係を示す図である。また、図3(b)は検査対象となるプリント基板2bと内側領域および外側領域の関係を示す図である。さらに、図4は、内側領域の形成状態を判別する際に利用されるヒストグラムを示す図である。また、図5は、外側領域における位置−輝度グラフを示すものであり、この座標系におけるパターン領域の輪郭部分の位置を算出するものである。さらに、図6および図7はこの基板検査装置1の動作を示すフローチャートを示したものである。
この実施形態における基板検査装置1は、カメラなどの撮像手段3を用いてプリント基板2のパターン領域20(図3参照)の画像を取得し、そのパターン領域20の内側と外側とを異なる検査基準で検査するようにしたものである。なお、図3において、太い実線およびその内側が、プリント基板2上に形成されたパターン領域20を示す。以下、本実施の形態における基板検査装置1の構成について詳細に説明する。
図1において、撮像手段3は、検査対象となるプリント基板2、もしくは、基準となるプリント基板2aの表面を撮像するもので、この実施の形態では、256階調のグレースケールによってその表面の画像を取得する。
前処理手段4は、このCCDカメラによって撮像されたプリント基板2の画像についてA/D変換などの処理を行い、この処理されたデータを一旦画像メモリ5に記憶する。
輪郭抽出手段6は、前処理手段4で処理された画像データからパターン領域20の輪郭20aを抽出するもので、取得された256階調のグレースケールの画像を所定の閾値を用いて二値化し、この二値化された画像について黒から白、もしくは白から黒へ変化する部分を輪郭20a部分として、その位置に関するデータを生成する。
内側領域データ生成手段7は、この抽出された輪郭20a部分を内側に縮小処理し、図3(a)の内側破線部分の内側領域21b内(右斜下方向の斜線部)の輝度に関するデータを生成する。具体的には、縮小処理された内側領域21bについてのヒストグラムを生成し、このヒストグラムのうち、あらかじめ明るい側と暗い側に設定された2つの基準値と比較するためのデータを生成する。図2に、この内側領域データ生成手段7の詳細のブロック図を示す。この内側領域データ生成手段7は、第一の計数手段70と、ヒストグラム修正手段71と、第二の計数手段72とを備えてなる。
このうち第一の計数手段70は、この画像メモリ5に記憶されているプリント基板2の画像のうち、例えば、輝度150から250までの画素を抽出してそれぞれ計数し、基準プリント基板2aのヒストグラムおよび、検査対象となるプリント基板2bのヒストグラムを生成する。図4(a)(b)(c)にこのヒストグラムを示す。図4(a)(b)(c)において、細い実線は基準プリント基板2aのヒストグラムを示し、また、太い実線は検査対象となるプリント基板2bのヒストグラムを示す。そして、この基準プリント基板2aのヒストグラムは記憶手段8に記憶され、一方、検査対象のプリント基板2bのヒストグラムについては、次のヒストグラム修正手段71によって基材の色、レジストの色、パッドの表面の擦り傷の有無などに基づいて修正処理がなされる。
このヒストグラム修正手段71は、基準プリント基板2aに対するヒストグラムの基準平均輝度Ave0を算出するとともに、検査対象となるプリント基板2bのヒストグラムの平均輝度Ave1を算出し、この平均輝度Ave1をAve0に合致させるように検査対象のプリント基板2bの各輝度の画素数を修正する。これを図4(b)(c)の太い実線で示されるヒストグラムに基づいて説明すると、まず、δ=Ave0−Ave1を算出し、検査対象となるプリント基板2bの各画素の輝度をδだけシフトさせて、太い実線のヒストグラムを太い破線で示されるようなヒストグラムにシフトさせる。そして、この修正されたヒストグラムに基づき、基準プリント基板2aのヒストグラムに比べてどの程度明るい側にシフトしているかを示すためのデータ、もしくは、どの程度暗い側にシフトしているかを示すためのデータである内側基準データを生成する。
第二の計数手段72は、具体的には、まず、ヒストグラムのシフトの許容範囲を示すための内側基準データを生成する。具体的には、図4(a)に示すように、基準プリント基板2aのヒストグラムに対してあらかじめ暗い側に設定された第一の輝度P1の画素数を計数し、その画素数に輝度150からP1までの輝度幅を乗じた値S1(図4における矩形状面積部分)を演算するとともに、第二の輝度P2に対する画素数を計数し、その画素数に輝度P2から250までの輝度幅を乗じた値S2(同じく矩形状面積部分)を演算する。そして、これを内側基準データとして記憶手段8に格納する。そして、検査対象となるプリント基板2bについては、修正されたヒストグラムを用い、前記第一の輝度P1よりも暗い各輝度の画素数をそれぞれ計数して加算し、これをS1’として記憶手段8に格納するとともに、第二の輝度P2よりも明るい各輝度の画素数をそれぞれ計数して加算し、これをS2’とする。そして、このS1’、S1およびS2’、S2を用いて内側領域21bの形成状態の良否を判定できるようにする。
内側判定手段9は、この第二の計数手段72によって計数された基準プリント基板2aの内側基準データである画素数S1・S2と、検査対象となるプリント基板2bの内側検査データである画素数S1’・S2’とを比較する。そして、画素数S1よりもS1’の方が大きい場合は、不良品である旨を出力手段12を介して出力し、また、画素数S2よりもS2’の方が大きい場合も同様に不良品である旨を出力手段を介して出力する。
次に、外側領域データ生成手段10の構成について説明する。外側領域データ生成手段10は、パターン領域20の輪郭20a部分の形成状態を判定するためのデータを生成するもので、基準となる外側領域データ(以下、「外側基準データ」と称する)と、検査対象のプリント基板2bの外側検査データを生成する。図3を用いてこの外側領域データ生成手段10の処理の概要を示す。
外側領域データ生成手段10は、まず、外側基準データを生成すべく、図3(a)の外側破線部分に示すように輪郭20aを外側に拡大処理するとともに、前記輪郭抽出手段6で抽出された輪郭20a部分についてのスプライン20bを生成し、そのスプライン20bの法線方向20cにおける前記内側領域21bと拡大処理された輪郭22aと間の領域(以下「リング状領域」と称する)22bにおける輝度に関するグラフを生成する。図5にこの位置−輝度に関するグラフを示す。図5において、原点は内側領域21bの輪郭20a部分に設定され、外側領域の方向をプラス側に設定している。通常、パターン領域20の内側は金属で形成されているため輝度が高くなり、逆に、パターン領域20の外側はレジストなどで形成されているため輝度が小さくなる。そして、このグラフの変曲点、がパターン領域20の輪郭20a部分となる。そして、外側領域データ生成手段10は、スプライン20b方向に数画素ずつずらした全ての座標系における変曲点を検出して、これを外側基準データとして記憶手段8に格納する。
次に、この外側領域データ生成手段10は、検査対象となるプリント基板2bの外側検査データを生成する。具体的には、図3(b)に示すように、前記リング状領域22bを検査対象のパターン領域20に重ね合わせ、図5に示すように、前記スプライン20bの法線方向20cの輝度に関するグラフを生成する。そして、そのグラフの変曲点x、すなわち、検査対象となるパターン領域20のこの座標系における輪郭20aの位置を検出し、スプライン20b方向に数画素ずつずらしたそれぞれの座標系における変曲点xの位置を検出して外側検査データを生成する。
外側判定手段11は、このように生成された外側基準データと外側検査データとを比較し、各法線方向20cにおけるそれぞれの変曲点x0、xの距離|x―x0|があらかじめ定められた基準値δ0内に収まっているか否かを判定する。そして、|x―x0|>δ0である場合は、輪郭20a部分に欠けや突出部分を生じているとして不良品である旨を出力手段12を介して出力し、また、|x―x0|≦δ0である場合は、輪郭20a部分に欠けや突出部分を生じていないとして良品である旨を出力手段12を介して出力する。
次に、このように構成された基板検査装置1の処理フローについて図6、図7を用いて説明する。まず、図6に、検査対象となるプリント基板2bを検査する際に必要となる基準データを生成するフローを示し、図7に、検査対象となるプリント基板2bを検査する場合のフローを示す。
<内側基準データの生成および外側基準データの生成フロー>
まず、内側基準データを生成する場合、基準プリント基板2aを、その表面に形成された図示しない基準マークなどを用いて所定の基板検査装置1の位置に取り付け、撮像手段3を用いてその基準プリント基板2aの表面の画像を取得する(ステップS1)。そして、この取得された画像を前処理手段4によってA/D変換し(ステップS2)、その変換した画像情報を画像メモリ5に書き込む。そして、このように取得された画像を所定の輝度値を用いて二値化し、黒から白、もしくは、白から黒に変化する部分を輪郭20a部分として記憶手段8に格納する(ステップS3)。
次に、この輪郭20a部分について縮小処理を行い(ステップS4)、この縮小された内側領域21bについて256階調のグレースケールのうち輝度150から250までの輝度の各画素数を計数し、図4(a)に示すようなヒストグラムを生成する(ステップS5)。次いで、まず、この生成されたヒストグラムから基準平均輝度Ave0を求める(ステップS6)。そして、あらかじめ設定された第一の輝度P1および第二の輝度P2に対して、その第一の輝度P1・第二の輝度P2の画素数を計数し、第一の輝度P1の画素数に輝度150からP1までの輝度幅を乗じた画素数S1、および、第二の輝度P2の画素数に輝度P2から250までの輝度幅を乗じた画素数S2を演算し(ステップS7)、これらの画素数S1・S2を内側基準データとして記憶手段8に格納する(ステップS8)。
次に、外側基準データを生成するに際しては、まず、輪郭20a部分について拡大処理を行い(ステップS9)、縮小領域から外側のリング状領域22bの画素に関する情報を収集する。そして、図5に示すように、輪郭20aのスプライン20bの法線方向20cについての位置−輝度グラフを生成し(ステップS10)、このグラフのうち、輝度の微分値が最も大きく変化する変曲点の位置x0を演算する。そして、これをスプライン20b方向に数画素ずつずらした各座標系における変曲点の位置に関する情報を外側基準データとして記憶手段8に格納する(ステップS11)。
そして、この基準プリント基板2aを基板検査装置1から取り外し、検査対象となるプリント基板2bの検査を行えるようにする。
<検査対象となるプリント基板2の検査処理>
次に、検査対象となるプリント基板2bの形成状態を検査する場合、同様にして、まず、基準マークを用いて基板検査装置1の所定の位置に取り付け、そのプリント基板2bの表面の画像を取得する(ステップT1)。そして、この取得された画像を前処理手段4によってA/D変換し(ステップT2)、その情報を画像メモリ5に書き込む。
そして、既に記憶手段8に格納されている基準プリント基板2aの内側領域21bの位置情報を読み出し、これを検査対象となるプリント基板2bのパターン領域20に重ね合わせて(ステップT3)、その内側の画素に関する情報を収集する。そして、同様に、この領域について256階調のグレースケールにて輝度150から250までの輝度の画素数を計数し、図4(b)(c)の太い実線に示すようなヒストグラムを生成するとともに(ステップT4)、この生成されたヒストグラムから平均輝度Ave1を算出する(ステップT5)。次いで、この算出された平均輝度Ave1と前記基準プリント基板2aの基準平均輝度Ave0との差δを計算し、ステップT3で生成されたヒストグラムの各輝度をこのδ分だけシフトさせた修正処理を行う(ステップT6)。そして、この修正されたヒストグラムに基づき、あらかじめ設定されている第一の輝度P1よりも暗い輝度の各画素数S1’を計数するとともに、第二の輝度P2よりも明るい輝度の各画素数S2’を計数し(ステップT7)、内側基準データS1、S2との判定により(ステップT8)、そのプリント基板2bが不良品である旨の出力を行う(ステップT9)。また、検査対象となるプリント基板2bの画素数S2’が基準プリント基板2aの画素数S2よりも大きい場合も同様に(ステップT7)、そのプリント基板2bについて不良品である旨の出力を行う(ステップT9)。すなわち、第一の基準画素数S1よりもS1’の方が大きい場合は、研磨によるスリ傷以上に欠損を生じている可能性が高いため、これを不良品であると判定し、また、第二の基準画素数S2よりもS2’の方が大きい場合は、パッドに突起などが存在している可能性が高いため、これを不良品と判定する。一方、S1’≦S1、かつ、S2’≦S2であれば(ステップT8)、そのプリント基板2bは良品であると判定し、その旨を出力する(ステップT10)。
次に、輪郭20a部分の形成状態を検査すべく、基準プリント基板2aのリング状領域22bを検査対象のパターン領域20bに重ね合わせたリング状領域内22bの画素に関する情報を収集する(ステップT11)。そして、このリング状領域22bについて、基準プリント基板2aのスプライン20bの法線方向20cの輝度に関する位置−輝度グラフを生成し(ステップT12)、そのグラフにおける変曲点を検出する(ステップT13)。これと同様の処理をスプライン20b方向に数画素ずつずらして行い、この検出された変曲点の位置xと既に記憶手段8に格納されている変曲点の位置x0との距離δ0との比較判定を行い(ステップT14)、この距離が所定の閾値δ0を超えている場合は、不良品である旨の出力を行い(ステップT15)、一方、この検出された変曲点の位置と既に記憶手段8に格納されている変曲点との距離が所定の閾値δ0の範囲内である場合は、良品である旨の出力を行う(ステップT16)。
このように上記実施形態によれば、プリント基板2b上に形成されたパッドや配線パターンなどのパターン領域20の形成状態を検査する基板検査装置において、検査対象となるパターン領域20を縮小処理した内側領域21bを生成し、当該内側領域21bの検査データを生成する内側領域データ生成手段7と、検査対象となるパターン領域20を拡大処理し、当該拡大処理された領域から前記縮小処理された領域までの間の領域である外側領域の検査データを生成する外側領域データ生成手段10と、前記内側領域データ生成手段7によって生成された内側領域の検査データとあらかじめ設定された内側の基準検査データとを比較することによって内側領域の良否を判定する内側判定手段9と、前記外側領域データ生成手段10によって生成された外側領域の検査データとあらかじめ設定された外側の基準検査データとを比較することによって外側領域の良否を判定する外側判定手段11を設けるようにしたので、比較的大きな欠陥が許容されるパターン領域20の内側領域21bについては緩やかな検査基準を適用し、また、微細な欠陥も問題とされるパターン領域20のリング状領域22bについては厳しい検査基準を適用することにより、プリント基板2bの欠陥検出を精密かつ効率よく行うことができるようになる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施の形態では、プリント基板2の検査を例にあげて説明したが、これに限らず、ガラス基板のパターンを検査する場合についても適用することもできる。
また、上記実施の形態では、内側領域データとしてヒストグラムのシフトを示すデータとし、また、外側領域データとしてパターン領域20の輪郭20aの位置を示すデータとしたが、これに限らず、内側と外側の領域を異なる基準値を用いて検査するような方法であれば、どのような方法を採用しても良い。
本発明の一実施の形態における基板検査装置のブロック図 同形態における内側領域データ生成手段の詳細ブロック図 同形態におけるパターン領域と検査領域との関係を示す図 同形態における内側領域のヒストグラムを示す図 同形態における外側領域の位置―輝度グラフを示す図 同形態における基準データを生成するためのフローチャート 同形態におけるプリント基板を検査する際のフローチャート
1・・・基板検査装置
2a、2b・・・プリント基板(2a:基準プリント基板、2b:検査対象となるプリント基板)
7・・・内側領域データ生成手段
9・・・内側判定手段
10・・・外側領域データ生成手段
11・・・外側判定手段
20・・・パターン領域
21a・・・内側領域の輪郭
21b・・・内側領域
22a・・・外側領域の輪郭
22b・・・リング状領域

Claims (3)

  1. 基板上に形成されたパターン領域の形成状態を検査する基板検査装置において、
    検査対象となるパターン領域を縮小処理した内側領域を生成し、当該内側領域の検査データを生成する内側領域データ生成手段と、検査対象となるパターン領域を拡大処理し、当該拡大処理された領域から前記縮小処理された領域までの間の領域である外側領域の検査データを生成する外側領域データ生成手段と、前記内側領域データ生成手段によって生成された内側領域の検査データとあらかじめ設定された内側の基準検査データとを比較することによって内側領域の良否を判定する内側判定手段と、前記外側領域データ生成手段によって生成された外側領域の検査データとあらかじめ設定された外側の基準検査データとを比較することによって外側領域の良否を判定する外側判定手段とを備えてなることを特徴とする基板検査装置。
  2. 前記外側判定手段が、パターン領域の輪郭の法線方向に沿った輝度変化に基づいて外側領域の検査データを生成し、当該検査データとあらかじめ設定された外側の基準検査データとを比較することによって外側領域の良否を判定するものである請求項1に記載の基板検査装置。
  3. 前記外側判定手段が、パターン領域の輪郭の法線方向に沿った位置−輝度グラフの変曲点を抽出し、当該変曲点の位置とあらかじめ設定された外側領域の変曲点の位置とを比較することによって外側領域の良否を判定するものである請求項1に記載の基板検査装置。
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