JP6506638B2 - 基板高さ解析装置、基板高さ解析方法および基板高さ解析プログラム - Google Patents

Description

本発明は、基板高さ解析装置、基板高さ解析方法および基板高さ解析プログラムに関する。

反り等の基板の変形が考慮された基準面を基準とした高さのマップを作成する技術が知られている（特許文献１、参照）。基準面とは、基板上の領域のうち部品やリードが存在していない部分の表面である。

特開２０１４−１０６１１３号公報

しかしながら、基板の反り等の態様は基板ごとに異なるため、実際の基板に即した基準面を得ることができないという問題があった。すなわち、実際の基板に即した基準面が得られないため、高さのマップを適正に作成できないという問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたものであり、実際の基板の状態に即した基板の基準の高さを得ることが可能な技術を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の基板高さ解析装置は、厚み方向における設計高さが基準設計高さである基板の領域である基準領域と、設計高さが基準設計高さでない基板の領域である非基準領域とを有する基板の高さを解析する基板高さ解析装置であって、基板の高さの計測値を示す計測高さ情報を取得する計測高さ情報取得手段と、計測高さ情報から、基準領域の高さを示す基準高さ情報を抽出する抽出手段と、基準高さ情報に基づいて、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さを推定する推定手段と、を備える。

前記の構成において、計測高さ情報から、設計高さが基準設計高さである基準領域の高さを示す基準高さ情報を抽出し、さらに基準高さ情報に基づいて、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さを推定する。これにより、設計高さが基準高でない非基準領域についても、基板の基準の高さを得ることができる。さらに、実際に高さを計測して得られた計測高さ情報に基づいて、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さを推定するため、実際の基板の状態に即した基板の基準の高さを得ることができる。

ここで、基準領域とは、基板上の平坦な領域であってもよく、設計高さが同一の領域のうち最も面積が大きくなる領域であってもよいし、設計高さが同一の領域のうち実際の高さのばらつきが最も小さくなる領域であってもよい。基準設計高さとは、実装部品や半田やインクやスルーホール等の基板要素が形成されていない領域の設計高さであってもよく、永久レジスト等によって高さがレベリングされた領域であってもよい。

また、抽出手段は、非基準領域の高さを示す情報を、計測高さ情報から除去することにより、基準高さ情報を抽出してもよい。すなわち、高さを計測した領域全体の計測高さ情報から、設計高さが基準設計高さでない基板の領域である非基準領域の高さを示す情報を除去することにより、残りの基準高さ情報を抽出してもよい。

ここで、非基準領域の高さを示す情報を除去するにあたり、非基準領域を特定しておく必要がある。非基準領域を特定する手法の一例として、抽出手段は、基板を撮影した画像の色に基づいて非基準領域を特定してもよい。すなわち、非基準領域が特定の色彩的特徴を有している場合には、基板を撮影した画像の色に基づいて非基準領域を特定してもよい。ここで、基板を撮影した画像の色とは、カラー画像における色（明度・彩度・色相）であってもよいし、グレースケール画像における輝度（明度）であってもよい。例えば、抽出手段は、基板を撮影した画像の色に基づいて非基準領域のうち、印字がされた領域を特定してもよい。文字や図形等を視覚的に認識させるために形成された印字は、他の領域とは異なる色彩的特徴を有している可能性が大きいため、基板を撮影した画像の色に基づいて非基準領域を特定できる。印字とは、必ずしも文字を表す領域でなくてもよく、図形を表す領域であってもよいし、一次元または二次元のバーコードが形成された領域であってもよい。なお、基板を撮影した画像の色に基づいて非基準領域のうちの少なくとも一部が特定されればよく、非基準領域のうち残りの部分が別の手法によって特定されてもよい。

非基準領域を特定する手法の別の一例として、抽出手段は、基板の設計情報に基づいて非基準領域を特定してもよい。すなわち、抽出手段は、基板の設計情報に基づいて設計高さが基準設計高さとならない特定の基板要素が配置される領域を特定し、当該領域を非基準領域として特定してもよい。特定の基板要素とは、例えば半田であってもよいし、スルーホールであってもよいし、印字であってもよい。また、抽出手段は、基板の設計情報に基づいて非基準領域のうち、部品が実装された領域を特定してもよい。

さらに、非基準領域を特定する手法の別の一例として、抽出手段は、基準領域であることが既知である位置の高さを標準高さとして取得し、計測高さ情報が示す高さが標準高さから閾値以上乖離している領域を非基準領域として特定してもよい。すなわち、抽出手段は、基準領域の実際の高さである標準高さから、あまりにもかけ離れた高さが計測された領域を非基準領域として特定してもよい。基準領域であることが既知である位置は、基準領域内の位置であると断定できる位置であればよい。例えば、基板の高さを計測する装置が基板の基準領域をクランプする構成において、当該クランプの付近の位置にて計測した高さを標準高さとしてもよい。また、抽出手段は、計測高さ情報が示す高さが標準高さから閾値以上乖離している領域を、非基準領域のうち、スルーホールが形成された領域として特定してもよい。スルーホールは基板を貫通する穴であるため、標準高さから、あまりにもかけ離れた高さが計測された領域をスルーホールが形成された領域として特定できる。

さらに、推定手段は、基準高さ情報に基づく補間演算によって、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さを推定してもよい。すなわち、推定手段は、基準高さ情報が示す基準領域の高さに基づいて周辺の非基準領域内の画素の高さを推定してもよい。推定手段は、基準領域内の複数の画素の高さに基づく補間演算を行うことにより、非基準領域内の画素の高さを推定すればよく、各種補間演算の手法を採用できる。例えば、補間演算の手法とし、線形補間を採用してもよいし、非線形補間を採用してもよい。

さらに、計測高さ情報が示す非基準領域の高さと、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さと、の差に基づいて基板の良否を判定する良否判定手段をさらに備えてもよい。例えば、永久レジストの高さを基準設計高さとした場合、実装部品が存在する領域は、永久レジストと高さが異なり非基準領域となる。このように、実装部品が実装された非基準領域についても、計測高さ情報が示す実装部品の実際の高さが、永久レジストが存在すると仮定した場合の永久レジストの高さに対して適正な高さとなっているか否かを判定できる。

以上は、本発明が装置として実現される場合について説明したが、かかる装置を実現する方法やプログラムにおいても本発明を適用可能である。以上のような基板高さ解析装置は単独で実現される場合もあるし、ある方法に適用され、あるいは同方法が他の機器に組み込まれた状態で利用されることもあるなど、発明の思想としてはこれに限らず、各種の態様を含むものである。むろん、発明の実施態様がソフトウェアであったりハードウェアであったりするなど、適宜、変更可能である。また、ソフトウェアの記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考えることができる。一次複製品、二次複製品などの複製段階についても同等である。その他、供給装置として通信回線を利用して行う場合でも本発明が利用されていることにはかわりない。さらに、一部がソフトウェアであって、一部がハードウェアで実現されている場合においても発明の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒体上に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるような形態であってもよい。

基板高さ解析装置の概略ブロック図である。 （２Ａ）は高さ計測部の模式図、（２Ｂ）は透過率のグラフである。 基板高さ解析処理のフローチャートである。 基板の側面図である。 基板の平面図である。 補間演算の模式図である。 補間演算を模式的に説明するグラフである。 良否判定の模式図である。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）基板高さ解析装置の構成：
（２）他の実施形態：

（１）基板高さ解析装置の構成：
図１は、本発明の一実施形態にかかる基板高さ解析装置１の概略ブロック図である。基板高さ解析装置１は、高さ計測部１０と制御部２０と記録媒体３０と表示装置４０とを備えている。高さ計測部１０は、保持部１１と光源１２と投影板１３と撮像板１４とを備えている。保持部１１は、基板ＢＤの端部をクランプする。

図２Ａは、高さ計測部１０の光学系を説明する模式図である。本実施形態において、保持部１１は、上クランプ１１ａと下クランプ１１ｂとを有し、これらが基板ＢＤの端部を厚み方向に挟み込むことにより基板ＢＤの両端をクランプする。なお、図１と図２Ａにおいて基板ＢＤの右端をクランプする保持部１１の図示を省略している。

なお、保持部１１が基板ＢＤを挟み込む方向であるＺ軸方向を基板ＢＤの高さ方向と定義し、Ｚ軸方向に直交し、かつ、互いに直交する２個の方向をＸ軸方向，Ｙ軸方向と定義する。基板ＢＤが保持部１１にクランプされた場合、基板ＢＤの面内方向はＸＹ方向とほぼ一致することとなる。ただし、基板ＢＤの反りがある場合や、傾いた状態で基板ＢＤがクランプされた場合、基板ＢＤの面内方向がＸＹ方向からずれ得る。基板ＢＤの面内方向とは厚み方向に直交する方向である。保持部１１が基板ＢＤをクランプしている状態において、Ｚ軸方向における上クランプ１１ａの下端の高さを標準高さとする。Ｚ軸方向の高さＺが０であることは、高さＺが上クランプ１１ａの下端と同じ高さであることを意味する。本実施形態では、基板ＢＤの左端をクランプしている上クランプ１１ａの下端の高さを標準高さとする。

図示しないが、高さ計測部１０の光学系にはレンズやミラー等が含まれ得るが、説明の簡略化のため省略する。光源１２は、基板ＢＤに投射する投射光の光源である。光源１２は点光源であると見なすことができる。本実施形態において投射光は可視光であるが、赤外光や紫外光を投射光として採用してもよい。投影板１３は、板上の画素（ｘ₁，ｙ₁）ごとに液晶素子が配置された液晶パネルであり、液晶素子が駆動することにより画素ごとに投射光の透過率ｌを変化させることができる。投影板１３は、制御部２０から出力された投射画像データに基づいて各画素の液晶素子を駆動する。投射画像データとは、投影板１３上の画素（ｘ₁，ｙ₁）ごとに液晶素子の透過率ｌを示す画像データである。投影板１３は、画素ごとに投射光の明るさを調整可能な素子であればよく、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）であってもよい。

撮像板１４は、板上の画素（ｘ₂，ｙ₂）ごとに撮像素子が配置されたイメージセンサーであり、撮像素子に入射した反射光の輝度を検出する。反射光とは、投影板１３を透過した投射光が基板ＢＤの表面にて反射した光である。撮像板１４は、板上の画素（ｘ₂，ｙ₂）ごとに輝度ｂを示す撮像画像データ３０ａを生成し、当該撮像画像データ３０ａを制御部２０に出力する。以上の構成により、制御部２０は、撮像画像データ３０ａを取得することが可能となる。本実施形態において、基板ＢＤの全体が一枚の撮像画像データ３０ａによって撮像できることとする。ただし、高さ計測部１０の光学系と基板ＢＤとがＸＹ方向において相対的に移動可能に構成されてもよく、基板ＢＤ上の領域ごとに撮像画像データ３０ａが撮像されてもよい。

次に、制御部２０の構成および処理について説明する。制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたコンピュータであり、記録媒体３０等に記録された制御プログラムを読み込んでＣＰＵにて実行する。制御部２０と制御プログラムとが協働することにより、機能構成としての計測高さ情報取得部２１ａと抽出部２１ｂと推定部２１ｃと良否判定部２１ｄとが実現される。

図３は、制御部２０が実行する基板高さ解析処理のフローチャートである。まず、計測高さ情報取得部２１ａは、撮像画像データ３０ａを取得する（ステップＳ１００）。すなわち、制御部２０は、高さ計測部１０に撮像を行わせることにより、撮像画像データ３０ａを取得する。撮像画像データ３０ａは、複数の高さ評価画像データ３０ａ１と、色評価画像データ３０ａ２とを含む。

まず、高さ評価画像データ３０ａ１について説明する。高さ評価画像データ３０ａ１のための撮像を行うにあたり、計測高さ情報取得部２１ａは、時刻ｔに応じて変化する投射画像データを投影板１３に出力する。図２Ｂは、投射画像データを説明するグラフである。同図の縦軸は透過率ｌであり、横軸は投影板１３上のｘ₁軸方向の位置ｘ₁である。同図において、時刻ｔ＝０における透過率ｌを実線で示し、時刻ｔ＝ｔ₁における透過率ｌを破線で示している。透過率ｌは、位置ｘ₁や時刻ｔ応じて位相θが変化する正弦波成分ｓｉｎθと、位置ｘ₁や時刻ｔに非依存の直流成分Ｖとによって構成される。時刻ｔ＝０における各位置ｘ₁における位相θを初期位相θ₀と表記する。なお、ｘ₁軸方向の位置ｘ₁が同一であれば、ｙ₁軸方向の位置ｙ₁にかかわらず同一の透過率ｌとなる。

図２Ｂにて実線で示すように、位置ｘ₁が大きいほど進んだ初期位相θ₀とされている。計測高さ情報取得部２１ａは、位置ｘ₁と初期位相θ₀との対応関係を規定した初期位相情報３０ｂを記録媒体３０に記録しておく。任意の時刻ｔにおける各位置ｘ₁の正弦波成分ｓｉｎθの位相θはθ＝θ₀＋ωｔによって与えられる。ωは角周波数を表す。以上の構成により、位置ｘ₁と時刻ｔ応じて、正弦波成分ｓｉｎθの位相θを変化させることができる。計測高さ情報取得部２１ａは、図２Ｂのように投影板１３を制御している期間内の複数の時刻ｔにおいて撮像板１４に撮像を行わせることにより、複数の高さ評価画像データ３０ａ１を取得する。

次に、色評価画像データ３０ａ２について説明する。色評価画像データ３０ａ２のための撮像を行うにあたり、計測高さ情報取得部２１ａは、透過率ｌが均一（例えば１００％）の投射画像データを投影板１３に出力する。計測高さ情報取得部２１ａは、透過率ｌが均一の投射画像データによって投影板１３を制御している状態において撮像板１４に撮像を行わせることにより、色評価画像データ３０ａ２を取得する。高さ評価画像データ３０ａ１と色評価画像データ３０ａ２は、撮像時の投影板１３の状態が異なるものであり、いずれも撮像板１４上の画素（ｘ₂，ｙ₂）ごとに輝度ｂを示す画像データである。

次に、計測高さ情報取得部２１ａは、高さ評価画像データ３０ａ１に基づいて、基板ＢＤの高さの計測値を示す計測高さ情報３０ｃを取得する（ステップＳ１１０）。以下、計測高さ情報３０ｃを取得する手順を説明する。計測高さ情報取得部２１ａは、公知の位相シフト法によって基板ＢＤ上の各位置における高さの計測値を導出する。図２Ａに示す光学系において、光源１２の位置である光源位置Ｇと、投影板１３の各画素（ｘ₁，ｙ₁）の位置である透過位置Ｔと、撮像板１４の各画素（ｘ₂，ｙ₂）の位置である撮像位置Ｐと、撮像板１４の光学中心の位置である中心位置Ｃとが既知であることとする。

まず、計測高さ情報取得部２１ａは、ある画素（ｘ₂，ｙ₂）に注目し、複数の時刻ｔにおける当該画素（ｘ₂，ｙ₂）の輝度ｂに近似する近似関数を特定し、当該近似関数に含まれる正弦波成分ｓｉｎ（α₀＋ωｔ）の初期位相α₀を特定する。近似関数は、直流成分と正弦波成分ｓｉｎ（α₀＋ωｔ）とによって構成される。なお、近似関数を高精度に特定するために、より多くの時刻ｔにおける高さ評価画像データ３０ａ１を取得しておくことが望ましい。

注目している画素（ｘ₂，ｙ₂）について初期位相α₀を特定すると、計測高さ情報取得部２１ａは、注目している画素（ｘ₂，ｙ₂）の撮像位置Ｐを通過して撮像板１４の光学中心の位置である中心位置Ｃに到達する光線の光路Ｅを特定する。計測高さ情報取得部２１ａは、初期位相情報３０ｂを参照することにより、注目している画素（ｘ₂，ｙ₂）について特定した初期位相α₀と同一の初期位相θ₀が対応付けられている投影板１３上の画素（ｘ₁，ｙ₁）の位置である透過位置Ｔを取得する。ｙ₁軸方向において初期位相θ₀は一定であるため、投影板１３上におけるｙ₁軸方向の直線Ａ（破線）を構成する透過位置Ｔが取得されることとなる。次に、計測高さ情報取得部２１ａは、光源１２の位置である光源位置Ｇから直線Ａを通過する光線の光路面Ｆを特定する。そして、計測高さ情報取得部２１ａは、光路Ｅと光路面Ｆとの交点Ｍの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を特定する。光路Ｅと光路面Ｆとの交点Ｍの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、基板ＢＤ上において投射光が反射した位置であり、基板ＢＤの表面の位置である。以上の処理を、撮像板１４上の各画素（ｘ₂，ｙ₂）について行うことにより、撮像板１４上の各画素（ｘ₂，ｙ₂）と基板ＢＤの表面の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との対応関係（ｘ₂，ｙ₂，Ｘ，Ｙ，Ｚ）を得ることができる。

さらに、計測高さ情報取得部２１ａは、Ｘ軸方向とＹ軸方向において正方格子状に配列した画素（Ｘ，Ｙ）を定義し、上述した対応関係（ｘ₂，ｙ₂，Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて補間演算を行うことにより各画素（Ｘ，Ｙ）について高さＺを特定する。以上により、計測高さ情報取得部２１ａは、ＸＹ方向の画素（Ｘ，Ｙ）ごとに高さＺと輝度ｂの計測値を示す計測高さ情報３０ｃを取得できる。計測高さ情報取得部２１ａは、計測高さ情報３０ｃを記録媒体３０に記録しておく。

なお、計測高さ情報取得部２１ａは、保持部１１の上クランプ１１ａの表面の高さの計測値から、上クランプ１１ａの厚みを減算した高さを標準高さとして取得する。そして、計測高さ情報取得部２１ａは、標準高さを基準（０）として各画素（Ｘ，Ｙ）について高さＺを規定する。ここで、高さＺが０であることは標準高さであることを意味し、高さＺが正であることは標準高さよりも高いことを意味し、高さＺが負であることは標準高さよりも低いことを意味する。

次に、計測高さ情報取得部２１ａは、色情報３０ｄを取得する（ステップＳ１２０）。色評価画像データ３０ａ２が示す対応関係（ｘ₂，ｙ₂，ｂ）に基づいて補間演算を行うことにより、計測高さ情報３０ｃと同一の各画素（Ｘ，Ｙ）について輝度ｂを特定する。そして、計測高さ情報取得部２１ａは、計測高さ情報３０ｃと同一の各画素（Ｘ，Ｙ）について輝度ｂを示す色情報３０ｄを生成し、記録媒体３０に記録しておく。

以上のようにして計測高さ情報３０ｃと色情報３０ｄが取得できると、抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃから、基準領域の高さを示す基準高さ情報３０ｆを抽出する処理（ステップＳ１３０〜Ｓ１５０）を実行する。抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃを構成する画素から、基準領域に属する画素のみを抽出することにより基準高さ情報３０ｆを生成する。具体的に、抽出部２１ｂは、非基準領域の高さＺを示す情報を、計測高さ情報３０ｃから除去することにより、基準高さ情報を抽出する。すなわち、抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃを構成する画素から、非基準領域に属する画素を除去することにより基準高さ情報３０ｆを生成する。本実施形態において、基準領域とは、基板ＢＤ上の永久レジストの領域である。非基準領域とは、基準領域以外の領域である。

図４は、基板ＢＤの設計高さを説明する側面図である。本実施形態において、基板ＢＤのうち、グレーで示す永久レジストＰＲの表面の高さが基準設計高さであることとする。永久レジストＰＲは部分的に開口しており、当該開口部に一部が露出した導体の配線パターンＰＴに形成されたパッドＰＤに対して実装部品ＭＰのリードＬＤが半田付けされる。永久レジストＰＲの下層には配線パターンＰＴが形成されるが、永久レジストＰＲによって配線パターンＰＴの凹凸がほぼレベリングされると考えることができる。パッドＰＤは、永久レジストよりも設計高さが低い領域であるとともに、半田ＳＤやリードＬＤが存在し得るため非基準領域となる。また、基板ＢＤを貫通するスルーホールＴＨも非基準領域となる。さらに、実装部品ＭＰが存在する領域も永久レジストＰＲと同一の高さとならないため非基準領域となる。永久レジストＰＲ上にシルク印刷等によって形成された印字ＳＩもインクの分だけ永久レジストＰＲよりも高くなるため非基準領域となる。なお、基準領域と非基準領域とが存在することが既知であればよく、必ずしも基準領域と非基準領域とが基板ＢＤ上のどの部分を占めるかが設計上において既知でなくてもよい。

本実施形態において、基板ＢＤの面内方向において、パッドＰＤが存在する領域と実装部品ＭＰが存在する領域とを特定する設計情報３０ｅが記録媒体３０に記録されている。例えば、設計情報３０ｅは基板ＢＤを製造するために使用されるデータ（部品マウンタ用データ、半田ペーストの印刷マスクデータ、永久レジストＰＲの印刷マスクデータや露光マスクデータ等）であってもよい。

まず、抽出部２１ｂは、基板ＢＤの設計情報３０ｅに基づいて、計測高さ情報３０ｃから非基準領域についての情報を除去する（ステップＳ１３０）。そのために、抽出部２１ｂは、基板ＢＤの設計情報３０ｅに基づいて非基準領域を特定する。具体的に、抽出部２１ｂは、基板ＢＤの設計情報３０ｅに基づいて非基準領域のうち、パッドＰＤが存在する領域と実装部品ＭＰが存在する領域（第１非基準領域）を特定する。そして、抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃの画素（Ｘ，Ｙ）のうち、第１非基準領域に属する画素を計測高さ情報３０ｃから除去する。非基準領域に属する画素を計測高さ情報３０ｃから除去するとは、当該画素の高さＺとして無効な値を記録したり、当該画素が無効であることを示す情報を添付したりすることを意味する。

上述したように、計測高さ情報３０ｃの画素（Ｘ，Ｙ）が配列するＸＹ方向は、基板ＢＤの面内方向とほぼ一致するため、基板ＢＤの面内方向においてパッドＰＤが存在する領域と実装部品が存在する領域とを特定する設計情報３０ｅに基づいて第１非基準領域を特定できる。なお、基板ＢＤは、ＸＹ平面内においてずれたり回転した状態でクランプされ得る。そのため、抽出部２１ｂは、基板ＢＤ上の基準点（例えば高さＺが急激に変化する基板ＢＤの隅や端）の画素（Ｘ，Ｙ）を計測高さ情報３０ｃにおいて特定し、当該画素の位置が設計情報３０ｅにおける基準点の位置と整合するように計測高さ情報３０ｃを回転補正・移動補正してもよい。

図５は、設計情報３０ｅが示す基板ＢＤの平面図である。抽出部２１ｂは、ＸＹ方向において実装部品ＭＰ（右肩上がりハッチング）とパッドＰＤ（右肩下がりハッチング）が存在する領域に外接する矩形Ｒ（破線）を設定し、当該矩形Ｒから予め決められた幅Ｗだけ外側に拡幅した矩形状の領域を第１非基準領域Ｏ（一点鎖線）として特定する。なお、図５において実装部品ＭＰを含む領域のように、複数の実装部品ＭＰやパッドＰＤが存在する領域が結合して１個の領域を形成する場合、抽出部２１ｂは、当該結合した領域に外接する１個の矩形Ｒを設定する。以上により、実装部品ＭＰやリードＬＤや半田ＳＤやパッドＰＤに対応する画素が存在する領域を第１非基準領域Ｏとして特定できる。また、実装部品ＭＰとパッドＰＤが存在する領域に外接する矩形Ｒから幅Ｗだけ外側に拡幅した領域を第１非基準領域Ｏとすることにより、実際に実装部品ＭＰ等が存在する画素が誤差等によって除去しきれない可能性を低減できる。

なお、設計情報３０ｅに基づいて第１非基準領域として特定される領域は、パッドＰＤが存在する領域と実装部品ＭＰが存在する領域に限られない。例えば、設計情報３０ｅに基づいてスルーホールＴＨが形成された領域や印字ＳＩが形成された領域を第１非基準領域として特定してもよい。また、実装部品ＭＰは、基板ＢＤ上に実装される部品であれば特に種類は限定されない。例えば、実装部品ＭＰは、ＩＣ（Integrated Circuit）や抵抗やコンデンサやインダクタやヒートシンク等であってもよい。

次に、抽出部２１ｂは、基板ＢＤの高さＺに基づいて、計測高さ情報３０ｃから非基準領域についての情報を除去する（ステップＳ１４０）。具体的に、抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃが示す高さＺが標準高さから閾値以上乖離している領域を非基準領域として特定する。本実施形態において、抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃが示す高さが標準高さから閾値以上乖離している領域を、非基準領域のうち、スルーホールＴＨが形成された領域（第２非基準領域）として特定する。上述したように、計測高さ情報３０ｃにおける高さＺは、標準高さを原点とした高さである。また、標準高さは、基板ＢＤのうち、保持部１１がクランプしている部分の高さであり、永久レジストＰＲが形成された基準領域の高さであると断定できる。標準高さは、実際に計測された基準領域の高さＺであればよく、基準領域の全域の高さＺの平均値や中央値であってもよい。なお、標準高さは必ずしも０でなくてもよく、例えば５ｍｍ等であってもよい。この場合、抽出部２１ｂは、高さ情報３０ｃが示す高さＺと、標準高さとしての５ｍｍ等との差の絶対値が閾値以上であるか否かを判定すればよい。

抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃが示す高さＺが−５ｍｍ以下である領域をスルーホールＴＨが形成された第２非基準領域として特定する。なお、基板ＢＤの厚みは１．６ｍｍ程度であり、基板ＢＤの反りの最大値は２ｍｍ程度である。閾値を、基板ＢＤの厚みと反りの最大値よりも大きくすることにより、基板ＢＤを貫通するスルーホールＴＨが形成された第２非基準領域を特定できる。

以上により、基準領域とあまりにも高さＺが異なるスルーホールＴＨ等の基板要素が形成された領域を第２非基準領域として特定できる。また、設計情報３０ｅが用意されていなくても第２非基準領域を除去できるとともに、スルーホールＴＨ等の位置が設計上の位置から大幅にずれていたとしても第２非基準領域を除去できる。なお、スルーホールＴＨにおいては輝度ｂが小さくなる傾向があるため、高さＺが閾値以下、かつ、色情報３０ｄが示す輝度ｂが予め決められた基準値以下である画素が属する領域を第２非基準領域として特定してもよい。

なお、基板ＢＤの高さＺに基づいて特定される第２非基準領域はスルーホールＴＨが形成された領域に限られない。例えば、抽出部２１ｂは、高さＺが標準高さから閾値としての５ｍｍ以上高くなっている領域も第２非基準領域として特定してもよい。これにより、高さの大きい実装部品ＭＰが存在する領域も第２非基準領域として特定することができる。閾値を基板ＢＤの反りの最大値よりも大きい値に設定することにより、基準領域が誤って第２非基準領域として特定される可能性を低減できる。

次に、抽出部２１ｂは、基板ＢＤを撮影した画像の色に基づいて、計測高さ情報３０ｃから非基準領域についての情報を除去する（ステップＳ１５０）。すなわち、抽出部２１ｂは、基板ＢＤを撮影した画像の色に基づいて非基準領域を特定する。具体的に、抽出部２１ｂは、基板ＢＤを撮影した画像の色に基づいて、非基準領域のうち、印字ＳＩが形成された領域（第３非基準領域）を特定する。抽出部２１ｂは、色情報３０ｄが示す輝度ｂが判定値以上となっている画素（Ｘ，Ｙ）を特定し、当該画素および当該画素からの距離が予め決められた距離（例えば１ｍｍ）以内の画素で構成される領域を第３非基準領域として特定する。判定値は、予め決められた値であってもよいし、輝度ｂのヒストグラム等に基づいて動的に設定される値であってもよい。例えば、印字ＳＩが永久レジストＰＲよりも明るい色（例えば白）で行われている場合、判定値は永久レジストＰＲの輝度よりも大きく、印字ＳＩの輝度よりも小さい値に設定されればよい。一方、印字ＳＩが永久レジストＰＲよりも暗い色（例えば黒）で行われている場合、判定値は永久レジストＰＲの輝度よりも小さく、印字ＳＩの輝度よりも大きい値に設定されればよい。

以上により、永久レジストＰＲと輝度ｂが大きく異なる印字ＳＩ等の基板要素が存在する領域を第３非基準領域として特定できる。また、設計情報３０ｅが用意されていなくても第３非基準領域を除去できるとともに、印字ＳＩ等の位置が設計上の位置から大幅にずれていたとしても第３非基準領域を除去できる。

抽出部２１ｂは、基板ＢＤを撮影した画像の色に基づいて、基準領域の色と異なる色の基板要素が存在する第３非基準領域を特定すればよく、輝度ｂだけでなくカラー画像における色相や彩度に基づいて第３非基準領域を特定してもよい。さらに、基準領域の色以外の色の画素が存在する領域のすべてを第３非基準領域として特定することにより、永久レジストＰＲ以外のすべての基板要素（印字ＳＩ、実装部品ＭＰ、パッドＰＤ、半田ＳＤ、スルーホールＴＨ等）が存在するすべての領域を一括して第３非基準領域として特定してもよい。さらに、抽出部２１ｂは、輝度ｂのエッジを検出し、当該エッジによって囲まれた領域を第３非基準領域として特定してもよい。

また、基準領域と色が大きく異なる物体が存在する領域であれば第３非基準領域として特定でき、第３非基準領域は必ずしも設計上何らかの基板要素が存在する領域でなくてもよい。例えば、基準領域と色が大きく異なる未知の異物が存在する領域も第３非基準領域として特定され得る。また、抽出部２１ｂは、同一の色となっている領域のうち最も面積が大きい領域を基準領域と見なしてもよい。例えば、抽出部２１ｂは、輝度ｂのヒストグラムにおいて最も度数が大きい輝度ｂの画素が占める領域を基準領域と見なし、当該基準領域以外の領域を非基準領域と見なしてもよい。

抽出部２１ｂは、計測高さ情報３０ｃから非基準領域（第１〜３非基準領域）に属する画素を除去したデータを基準高さ情報３０ｆとして生成し、記録媒体３０に記録する。なお、抽出部２１ｂは、必ずしもステップＳ１３０〜Ｓ１５０のすべてを実行しなくてもよく、基板ＢＤの設計等に応じてステップＳ１３０〜Ｓ１５０のいずれかを省略してもよい。例えば、設計上スルーホールＴＨが存在しないことが判明している基板ＢＤにおいてステップＳ１４０を省略したり、印字ＳＩが存在しないことが判明している基板ＢＤにおいてステップＳ１５０を省略したりしてもよい。

次に、推定部２１ｃは、基準高さ情報３０ｆをブロックごとの画像データに変換する（ステップＳ１６０）。推定部２１ｃは、Ｘ軸方向の１辺がＮ画素（Ｎは２以上の自然数）であり、Ｙ軸方向の１辺がＮ画素の正方形状（例えば１辺の長さが数百μｍ）のブロックを定義する。そして、推定部２１ｃは、ブロックごとに当該ブロックに属する画素の高さＺを平均した平均高さＺ_aを算出する。なお、ブロック内には除去された画素（高さＺが無効な画素）が存在し得るが、推定部２１ｃは、ブロック内にて除去されていない画素の高さＺの平均値を平均高さＺ_aとして算出する。ただし、推定部２１ｃは、ブロック内において除去された画素の個数が過半数を占めるのであれば、当該ブロックの平均高さＺ_aとして無効な値を記録する。

次に、推定部２１ｃは、非基準領域のブロックについて平均高さＺ_aを推定する（ステップＳ１７０）。非基準領域のブロックとは、無効な平均高さＺ_aが記録されたブロックである。推定部２１ｃは、基準高さ情報３０ｆに基づいて、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さを推定する。具体的に、推定部２１ｃは、基準高さ情報３０ｆに基づく補間演算によって、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域内のブロックの高さを推定する。

図６は、補間演算を模式的に説明するＸＹ平面の模式図である。推定部２１ｃは、平均高さＺ_aとして無効な値が記録されたブロック（白）のいずれかを注目ブロックＵとして選択し、平均高さＺ_aとして有効な値が記録されたブロック（ハッチング）のうち、注目ブロックＵに対して方向Ｄ１〜Ｄ８のそれぞれにおいて最も近いブロックである周辺ブロックＢ１〜Ｂ８を特定する。さらに、推定部２１ｃは、周辺ブロックＢ１〜Ｂ８の平均高さＺ_aを、注目ブロックＵから周辺ブロックＢ１〜Ｂ８までの距離が大きいほど重みが小さくなる重み付けによって加重平均することにより、注目ブロックＵの推定高さＺ_cを推定する。なお、いずれかの方向Ｄ１〜Ｄ８において周辺ブロックＢ１〜Ｂ８が存在しない場合、推定部２１ｃは、残りの方向Ｄ１〜Ｄ８において周辺ブロックＢ１〜Ｂ８の平均高さＺ_aを加重平均することにより推定高さＺ_cを推定する。推定部２１ｃは、平均高さＺ_aとして無効な値が記録されたすべてのブロックについて推定高さＺ_cを推定する。

図７は、補間演算を模式的に説明するグラフである。同図の横軸はＸ軸またはＹ軸であり、縦軸はＺ軸である。図７において、実線は有効な値が記録されたブロックの平均高さＺ_aを示し、破線は無効な値が記録されたブロックの推定高さＺ_cを示している。実線は基準領域としての永久レジストＰＲの表面の高さを意味する。Ｘ軸方向における注目ブロックＵから周辺ブロックＢ１，Ｂ５までの距離をＬ１，Ｌ５とし、周辺ブロックＢ１，Ｂ５の平均高さをＺ_a1，Ｚ_a5とすると、推定高さＺ_cは、以下の（１）式によって算出される。
Ｚ_c＝（Ｌ５×Ｚ_a1＋Ｌ１×Ｚ_a5）／（Ｌ１＋Ｌ５） ・・（１）

前記の（１）式によって推定高さＺ_cを算出することにより、周辺ブロックＢ１，Ｂ５の間において永久レジストＰＲの表面が連続的な直線（平面）状に形成されたと仮定した場合の注目ブロックＵの高さ推定高さＺ_cを推定できる。以上により、すべてのブロックについて平均高さＺ_cまたは推定高さＺ_cを得ることができる。なお、推定部２１ｃは、図７に示すような線形補間に限らず、スプライン補間等の非線形補間を行ってもよい。すなわち、推定部２１ｃは、永久レジストＰＲの表面が連続的な曲線（曲面）状に形成されたと仮定した場合の注目ブロックＵの高さＺを推定してもよい。
また、注目ブロックＵの推定高さＺ_cを推定する手法は、周辺ブロックＢ１〜Ｂ８の高さに基づいて注目ブロックＵの推定高さＺ_cを推定する手法であればよく、補間演算に使用するに周辺ブロックＢ１〜Ｂ８の数は８個よりも大きくても８個よりも小さくてもよい。

ステップＳ１７０において、推定部２１ｃは、画素（Ｘ，Ｙ）が属するブロックの平均高さＺ_cまたは推定高さＺ_cを基板面高さＺ_sとして取得し、当該基板面高さＺ_sを各画素に対応付けた基板面高さ情報３０ｇを生成し、記録媒体３０に記録する。以上のように、実際に高さを計測して得られた計測高さ情報３０ｃに基づいて、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さを推定するため、実際の基板ＢＤの状態に即した基板ＢＤの基準の高さを得ることができる。

次に、良否判定部２１ｄは、基板ＢＤの良否判定を行う（ステップＳ１８０）。すなわち、良否判定部２１ｄは、計測高さ情報３０ｃが示す非基準領域の高さＺと、設計高さが基準設計高さであると仮定した場合の非基準領域の高さと、の差に基づいて基板ＢＤの良否を判定する。本実施形態において、良否判定部２１ｄは、各画素（Ｘ，Ｙ）について計測高さ情報３０ｃが示す基板ＢＤの実際の高さＺから、基板面高さ情報３０ｇが示す基板面高さＺ_sを減算することにより、各画素（Ｘ，Ｙ）について面上高さＺ_uを取得する。そして、良否判定部２１ｄは、面上高さＺ_uのプロファイルが正常であるか否かを判定する。

図８は、計測高さ情報３０ｃが示す基板ＢＤの実際の高さＺと、基板面高さ情報３０ｇが示す基板面高さＺ_sと、面上高さＺ_uとを説明する模式図である。図８の上段に示す実際の高さＺのうち、破線の部分は実装部品ＭＰ（例えばチップ抵抗）が実装された領域であり、非基準領域である。図８の中段に示す基板面高さＺ_sのうち、破線の部分は非基準領域について推定された推定高さＺ_cを表す。図８の下段に示す面上高さＺ_uのうち、破線の部分は永久レジストＳＲが存在すると仮定した場合の永久レジストＳＲの高さに対する、実装部品ＭＰの高さを表す。良否判定部２１ｄは、図８の下段にて破線で示す実装部品ＭＰの高さのプロファイルが正常であるか否かを判定する。

例えば、良否判定部２１ｄは、実装部品ＭＰが存在する領域における面上高さＺ_uの各種指標（最大値、最小値、平均値、傾き、ばらつき等）に基づいて、実装部品ＭＰの高さのプロファイルが正常であるか否かを判定できる。具体的に、良否判定部２１ｄは、実装部品ＭＰが存在する領域における面上高さＺ_uの傾きを算出し、当該傾きが閾値以下である場合に、実装部品ＭＰが永久レジストＳＲに対して平行に実装された良品であると判定してもよい。また、良否判定部２１ｄは、実装部品ＭＰが存在する領域における面上高さＺ_uの平均値を算出し、当該平均値が実装部品ＭＰの高さと同程度であれば、良品であると判定してもよい。図８に示すように、実装部品ＭＰが存在する領域における仮想的な永久レジストＳＲの高さを基準に実装部品ＭＰの高さを評価できるため、基板ＢＤが反っていたり、左右の保持部１１の高さの誤差やクランプ不良等によって基板ＢＤが傾いていたりする場合でも精度よく良否判定を行うことができる。

良否判定部２１ｄは、表示装置４０に良否判定の結果を示す画像を表示する。良否判定部２１ｄは、基準領域に対する理想的な高さや傾きが決まっている基板要素について良否判定を行えばよく、良否判定の対象となる基板要素は実装部品ＭＰに限定されない。例えば、良否判定部２１ｄは、半田ＳＤの形状（フィレット形状）を良否判定してもよい。さらに、良否判定部２１ｄは、基板面高さ情報３０ｇに基づいて基板ＢＤの反りを良否判定してもよい。

（２）他の実施形態：
高さ計測部１０は基板ＢＤの実際の高さが計測できる構成であれよく、必ずしも位相シフト法によって基板ＢＤの実際の高さが計測するものでなくてもよい。例えば、高さ計測部１０は、ステレオ法やレンズ焦点法や光切断法や光レーダ法や干渉法等によって基板ＢＤの実際の高さが計測できるように構成されてもよい。また、基板ＢＤ高さ解析装置１は、基板ＢＤの高さの計測値を示す計測高さ情報３０ｃを取得することが可能であればよく、高さ計測部１０は通信を介して他の装置から計測高さ情報３０ｃを取得してもよい。また、基板ＢＤ高さ解析装置１は、必ずしも良否判定部２１ｄを備えていなくてもよい。また、基準設計高さは必ずしも永久レジストＰＲの高さでなくてもよく、例えばＬＧＡ（Land Grid Array）のランドの高さであってもよい。例えば、永久レジストＰＲとＬＧＡのうち、面積が大きい方の高さが基準設計高さとして選択されてもよい。

１…基板高さ解析装置、１０…高さ計測部、１１…保持部、１１ａ…上クランプ、１１ｂ…下クランプ、１２…光源、１３…投影板、１４…撮像板、２０…制御部、２１ａ…計測高さ情報取得部、２１ｂ…抽出部、２１ｃ…推定部、２１ｄ…良否判定部、３０…記録媒体、３０ａ…撮像画像データ、３０ａ１…高さ評価画像データ、３０ａ２…色評価画像データ、３０ｂ…初期位相情報、３０ｃ…計測高さ情報、３０ｄ…色情報、３０ｅ…設計情報、３０ｆ…基準高さ情報、３０ｇ…基板面高さ情報、ＢＤ…基板、ｂ…輝度、Ｂ１〜Ｂ８…周辺ブロック、Ｃ…中心位置、Ｄ１〜Ｄ８…方向、Ｅ…光路、Ｆ…光路面、Ｇ…光源位置、ＳＤ…半田、Ａ…直線、ｌ…透過率、Ｌ１〜Ｌ５…距離、Ｏ…非基準領域、Ｐ…撮像位置、Ｒ…矩形、ｔ…時刻、Ｕ…注目ブロック、Ｔ…透過位置、Ｗ…幅、Ｖ…直流成分

Claims (11)

1. 厚み方向における設計高さが基準設計高さである基板の領域である基準領域と、前記設計高さが基準設計高さでない前記基板の領域である非基準領域とを有する前記基板の高さを解析する基板高さ解析装置であって、
   前記基板の高さの計測値を示す計測高さ情報を取得する計測高さ情報取得手段と、
   前記計測高さ情報から、前記基準領域の高さを示す基準高さ情報を抽出する抽出手段と、
   前記基準高さ情報に基づいて、前記設計高さが前記基準設計高さであると仮定した場合の前記非基準領域の高さを推定する推定手段と、
   を備え、
   前記抽出手段は、前記非基準領域の高さを示す情報を、前記計測高さ情報から除去することにより、前記基準高さ情報を抽出する、
   基板高さ解析装置。
2. 前記抽出手段は、前記基板を撮影した画像の色に基づいて前記非基準領域を特定する、
   請求項１に記載の基板高さ解析装置。
3. 前記抽出手段は、前記基板を撮影した画像の色に基づいて前記非基準領域のうち、印字がされた領域を特定する、
   請求項２に記載の基板高さ解析装置。
4. 前記抽出手段は、前記基板の設計情報に基づいて前記非基準領域を特定する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の基板高さ解析装置。
5. 前記抽出手段は、前記基板の設計情報に基づいて前記非基準領域のうち、部品が実装された領域を特定する、
   請求項４に記載の基板高さ解析装置。
6. 前記抽出手段は、前記基準領域であることが既知である位置の高さの計測値を標準高さとして取得し、前記計測高さ情報が示す高さが前記標準高さから閾値以上乖離している領域を前記非基準領域として特定する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の基板高さ解析装置。
7. 前記抽出手段は、前記計測高さ情報が示す高さが前記標準高さから閾値以上乖離している領域を、前記非基準領域のうち、スルーホールが形成された領域として特定する、
   請求項６に記載の基板高さ解析装置。
8. 前記推定手段は、前記基準高さ情報に基づく補間演算によって、前記設計高さが前記基準設計高さであると仮定した場合の前記非基準領域の高さを推定する、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の基板高さ解析装置。
9. 前記計測高さ情報が示す前記非基準領域の高さと、前記設計高さが前記基準設計高さであると仮定した場合の前記非基準領域の高さと、の差に基づいて前記基板の良否を判定する良否判定手段をさらに備える、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の基板高さ解析装置。
10. 厚み方向における設計高さが基準設計高さである基板の領域である基準領域と、前記設計高さが基準設計高さでない前記基板の領域である非基準領域とを有する前記基板の高さを解析する基板高さ解析方法であって、
    前記基板の高さの計測値を示す計測高さ情報を取得する計測高さ情報取得工程と、
    前記計測高さ情報から、前記基準領域の高さを示す基準高さ情報を抽出する抽出工程と、
    前記基準高さ情報に基づいて、前記設計高さが前記基準設計高さであると仮定した場合の前記非基準領域の高さを推定する推定工程と、
    を含み、
    前記抽出工程において、前記非基準領域の高さを示す情報を、前記計測高さ情報から除去することにより、前記基準高さ情報が抽出される、
    基板高さ解析方法。
11. 厚み方向における設計高さが基準設計高さである基板の領域である基準領域と、前記設計高さが基準設計高さでない前記基板の領域である非基準領域とを有する前記基板の高さを解析する機能をコンピュータに実現させる基板高さ解析プログラムであって、
    前記基板の高さの計測値を示す計測高さ情報を取得する計測高さ情報取得機能と、
    前記計測高さ情報から、前記基準領域の高さを示す基準高さ情報を抽出する抽出機能と、
    前記基準高さ情報に基づいて、前記設計高さが前記基準設計高さであると仮定した場合の前記非基準領域の高さを推定する推定機能と、
    をコンピュータに実現させ、
    前記抽出機能によりコンピュータは、前記非基準領域の高さを示す情報を、前記計測高さ情報から除去することにより、前記基準高さ情報を抽出する、
    基板高さ解析プログラム。