業界初の測長＆外観検査兼用装置「STシリーズ」のラインアップが充実!! デスクトップマシンから810×810㎜対応の大型基板対応機まで すべてのコンポーネント、ソフトウェアを自社開発＆自社製造した”マニュファクチュール”です。
STシリーズのフィールド
上のグラフはSTシリーズのカバー領域を示しています。09年現在はPCBやマスク関連に守備範囲が限定されていますが、2010年からはパッケージや高精度フォトマスクなど、さらにLSIやLSI用フォトマスクにも守備範囲を広げていく予定です。
いうまでもなく、このように守備範囲を早急かつ大幅に拡大できるのは、 ・ソフトウェアによる画像処理技術 ・ハードウェアの高精度制御技術(モーションコントローラー、ピエゾ式移動ステージ、レーザー干渉計、光源の光量制御、温湿度制御など) の双方を兼ね備え、しかもすべて自社開発しているためです。
特徴
CADデータ(ガーバーデータ)リンク STシリーズでは、CAM編集機Stella Vision for Java とリンクしながら各測長・測定・検査を行うことができます。これにより、CAD データ（ガーバーデータ・DXF データ・e.t.c.）を流用しての分析・解析が可能となります。
測長機能 STシリーズは測長機能を兼ね備えてます。 ＸＹ寸法測長はもちろん、Ｚ（高さ・厚み等）も測長できます。 その他、角度・円弧・図形認識による中心点やコーナーも測長します。
CADデータ比較の測長判定機能 測長時はCAD データが持つ絶対値との比較が可能。 さらに、許容値（±値）を含めば合否判定も可能となります。
CADデータ(ガーバーデータ)フィードバック CAM編集ソフトウェア「Stella Vision for Java」 とリンクしながら測長するので、補正値を簡単にCADデータへフィードバックできます。
デジグラマ機能(検査ポイント向け) STシリーズはデジグラマとしても使用可能で、そのポイント情報はCAM編集ソフトウェア「Stella Vision for Java」 にフィードバックされ、そこからCADデータへの出力が可能になります。
フィルムからの簡易ガーバ化機能(フライングデータ作成向け) STシリーズではフィルムを取り込み、簡易CADデータ化することができます。 このため、フライングプローブ検査機用のガーバーデータ作成に最適といえます。
仕上がり値の解析やISO対応への最適 自動測長プログラムにより合否判定を行うため、ISO対応等、日常点検にも最適です。
統計的プロセス管理法(SPC) SPCはStatistical Process Controlの略で、STシリーズは統計的にプロセスを管理するのに最適です。 データ収集と分析によってプロセスの監視、問題の発見、プロセス性能の判定などができます。
恒温チャンバ いうまでもなく、高精度な測長を行うにはシステム内の温度を精密にコントロールする必要があります。すなわち、モニター上に表示されたパターン寸法は温度制御された環境で測定してこそ初めて意味のある数字になります。STシリーズはシステム内を±0.2℃以内に制御できる恒温チャンバ(オプション)を搭載。絶対的な測定精度を高めています。
1989年創業以来、弊社はプリント基板業界、フォトマスク業界において、その革新性・省コスト性・着眼点及びそれら実際の成果においてユーザーの皆様より常に高い評価を頂いてきました。 スローガンといたしますSomething Special（人と違ったことを目指す）の考えを元に研究開発に大いに投資してまいりました。 当社独自の技術は機構設計、電子回路設計、光学設計、IC 開発、コンピュータソフトウェア開発と広範囲に渡り、システム開発に必要な要素をすべて独自開発しています。 そうして社内で蓄えられた膨大な技術を生かし、ユーザーの皆様に様々な角度で提案できるのです。 ここで紹介するSTシリーズは簡単な操作による多種多様な方式の測定機能に加え、画像や測定結果からベクターデータを作成する機能を持つ座標測定システムです。
STシリーズの動画イメージはこちらでご覧になれます。
技術要素概要 画像処理機能 独自開発のイメージプロセッサボード、2ｃｈのカメラリンクIFを搭載し、高速取り込みPCI-X インターフェースで高速データ転送します。 最新FPGAとVHDLテクノロジーで多様なイメージコンボリューションを行います。 オンボードメモリーと専用コントローラーでイメージ処理をオンボードで高速に行うため、画像比較等に最適なエンジンです。 さらに、自社製高速ラインカメラで高速キャプチャも実現。 照明制御もEZ-NETと独自回路で細かなエリア輝度セッティングが可能です。
モーションコントロール STシリーズは自社開発したモーションコントローラーを搭載しています。 独自開発マイクロステッピング技術を採用した最新鋭制御回路を搭載。 専用MPU搭載でフルインテリジェンスリモートコマンド制御。 ナノメータレベルの位置決めを実現するマイクロステップをスピードを落とさずに実現します。 5相モーター対応 最大20万ステップの高分解能かつ高速回転サポート。 20万step＠1200rpm～4万step＠3000rpm 2相モーター対応 3200ステップ分解能で高速、高回転ドライブ。 最大5000RPM を実現、ネットワーク接続で最大64台のモーターを同時制御可能。 微細位置決め時、ハンチングを起こさず、ホールド時の振動が発生しないため、高倍率アプリケーションに最適です。
ズームレンズ STシリーズは低ディストーション、低周辺光量差、深い被写界深度を持つズームレンズを使用しています。 これにより、高倍率でも高精度で測長ができます。
ソフトウエア
測長ソフトウエアは弊社CAD/CAM システム「Stella Vision for JAVA」上で動作するため、 CADデータから測定箇所を指定したり、測定結果をCADデータ上に出力することが簡単にできます。 出力されたデータは、Stella Visionのサポートする各種フォーマット（Gerber、DXF など）に変換できます。 多彩な画像処理機能により、コントラストが取りにくい対象でもエッジを取得できます。
測長検査コマンド 様々な測定方式 線幅、2または3点間、多点、直径、円弧、角度といった基本的な測定に対応しています。 位置決め機能との併用により、様々な箇所が測定できます。
多彩な位置機能 測定点への移動を補助する各種の座標位置決め機能があります。
オートフォーカス機能 画像フォーカス機能に対応しました。 フォーカスのサンプリングの範囲や位置を簡単なマウス操作で指定できるため、様々な対象にフォーカスを合わせることができます。 この機能により、Z方向（ハンダ厚・銅箔厚等）の測長も可能です。
測定結果の出力 測定結果はCADデータやCSVフォーマットのテキストファイル、または付属のプリンタに出力できます。
自動測長機能 CADデータに線幅、穴径、距離、角度、円弧などの測長ポイントを設定し、測長データを作成します。 作成した測長データを元に測長します。 さらに、測定結果と設計値を比較することも可能です。
測長機能オフラインティーチング機能 さまざまな測長機能をティーチング方式で測長プログラムが作成できます。
CADデータ作成機能 表示中の基板を撮影し合成するパッチワーク機能を使用することにより、合成した画像をポリランデータへ変換することが可能です。また、カメラ画像を見ながら点を入力することで、CADデータを作成する図形描画機能もあります。ポリライ ン、 フラッシュの描画に対応しています。 これらの機能により、データがない基板やフィルムからもデータが作成できます。
自動デジグラマ機能 基板よりNC穴開け情報をデジグラマ機能で取り込む際、CADデータ作成機能と併用することにより、自動デジグラマ機能により取り込むことができます。 ①基板スキャンニング（透過） ②取り込まれたデータ（BMP）で自動プログラム作成。 ③自動プログラム実行 ④取り込み後のデータの出力（Gerber・NC等）
自動測長コマンド設定概要
測長プログラム項目
CADデータで測長プログラム作成
自動測長コマンド・測長結果概要
テクノロジーバックグラウンド
ステラ・コーポレーションは会社方針である“ Something Special(人と違ったことを目指す)”というスローガンのもと、競合他社とは一線を画した開発体制を敷いています。
その典型例が、STシリーズのほとんどすべてのコンポーネントが自社開発であることです。XYZステージ、レーザー干渉計、モーションコントローラー、放射温度計、温湿度計、高速ラインカメラ、LED光源自動調光システムなどを自ら一から開発しました。もちろん、ステラのような中小企業がこれらのコンポーネントを自社開発するには膨大な手間と時間がかかります。しかし、あえて面倒なことをすることによって徹底的にマシンを高精度化するとともに、使い勝手を良くしています。
いうまでもなく、市販のコンポーネントを購入して装置をアッセンブリーすることは容易です。しかし、それではそのコンポーネント、いわば量産向けの汎用品の能力以上の性能を引き出すことはできません。ステラは単なるアッセンブリーメーカーではありません。このため、敢えて自社開発にこだわっているのです。
近年、そうした成果が徐々に表れ、競合装置と差別化を図れるようになりました。例えば画像処理関連では、基本機能である座標寸法測定機能に加え、AOI機能を付加することに成功しました。これは、CAD/CAMソフトウェア「JAVA-VISION」で培った画像処理能力を応用したもので、既存のマシンにソフトウェア機能をインストールするだけでAOIが可能になるというバージョンアップを実現しました。もちろん、AOIの高速化ニーズに対してはあらかじめ画像処理プロセッサボードを搭載した高速マシンの開発にもトライしています。
一方、ハード面での進化も目覚しいものがあります。モーションコントロールラーは①5相モーター対応で、最大20万ステップの高分解能かつ高速回転サポート(20万step＠1200rpm～4万step＠3000rpm)、②2相モーター対応で3200ステップ分解能(最大5000rpm)を実現。ワーク位置決め時にハンチングを起こさず、ホールド時の振動もないため、ナノメーターレベルの位置決めをマイクロステップスピードを落とさずに実現します。さらに、80万ステップまでの動作も確認済みで、これを搭載すれば音や振動のないスムーズな移動が可能になります。もちろん、既存マシンも多少音が出るだけで精度的に劣るということはありません。
ちなみに、上記のレベルのマイクロステップ数になるとパルスモーターの個体差も加味する必要が出てきます。モーターの加工精度にバラつきがあるためで、その弊害である“ステップ飛び”という物理現象を解明するため、個々のモーターを解析するローテーションアナライザも開発中です。
さらなる精度向上を図るためモーションコントローラーのブラッシュアップに加え、ピエゾステージによるセカンドステージの搭載も計画しています。つまり、長寸法は通常のリニアスケールで測定し、パターンなどの短寸法はセカンドステージであるピエゾステージを用いて測定する仕組みです。電圧印加によってPZTを変位させて移動分解能をさらに微小化するもので、その分解能は実に0.1nmになります。これは、市販ピエゾステージの1/3以下に当たります。この結果、1nmクラスのウルトラファインパターンも測定できるようになります。もちろん、ヒステリシスなどをキャリブレーションするため、ピエゾステージにはストレインゲージを搭載する予定です。
そのほか、温度変化にともなう熱膨張対策に関してはステージに温度センサーを内蔵し、測定した温度に沿って寸法をキャリブレーションするシステムを採用。他では類をみない高精度化を実現しています。
上記の例は数多くの要素技術のほんの一部ですが、こうしたコンポーネント内製の背景にあるのは“Simple is best”という概念です。精度を徹底的に追究すると無駄な機能はできるだけカットした方がよく、ピュアになればなるほど精度は向上すると考えています。
乳剤パターン輪郭抽出機能(スクリーンマスク向け)
STシリーズをスクリーンマスクの測長用途に用いる場合、さらなる特徴が生まれます。それは、独自開発した画像処理技術によってスクリーンマスク上のメッシュパターンを消し、乳剤パターンの輪郭を正確に検出できることです。
周知のように、ステンレスなどのメッシュパターンと乳剤パターンが混在するスクリーンマスクを画像処理する際は輝度による2値化処理が一般的ですが、この場合、写真1のように乳剤パターン内のメッシュが残ってしまい、乳剤パターンを正確に測定することが困難です。これに対し、ステラでは色相による2値化処理など20種類以上におよぶ画像フィルタリング処理プログラムを開発。メッシュパターンを消し、乳剤パターンだけを浮かび上がらせることに成功しました。
具体的な手順は、まずCCDカメラで元パターンを撮像します(写真2)。続いて、上記の各種フィルタリング処理を設定します(写真3)。この結果、スクリーンマスクの紗が消え、乳剤パターンだけがモニター上に映し出されます(写真4)。ここで検出した乳剤パターンの輪郭を元パターンに重ね合わせることによりエッジが正確に検出できるようになります(写真5)。この後、設定した測定ポイントを自動で測長する仕組みです。この結果、従来の輝度による2値化処理に比べ測定精度が大幅に向上しました。
写真5 抽出した輪郭を重ね合わせた元データ画像
外観検査(AOI)機能 STシリーズは、新たに外観検査機能を搭載することに成功しました。元の設計データと実際のパターンを重ね合わせてパソコンモニター上に表示することができ、パーティクルや欠陥などをモニタリングしてみつけることができます。モニター上でCADデータと重ね合わせるため、検査員も感覚的に検査判定の有無が可能になります。このため、検査に慣れていない作業者にも容易に取り扱うことができます。また、PCBだけでなく、フォトマスクなどの検査にも有効です。
電極などのパターン以外にも、Crベタ膜などのピンホール欠陥も検出可能です。このため、マスクブランクスなどの検査にも適しています。
▲パターン画像例 ※赤の部分が倍率×１、ブルーの部分が倍率×2、橙色の部分が倍率×3、黄色の部分が倍率×3で画像表示する。つまり、検査箇所によって倍率を自在に設定することができ、検査画像も倍率を明示した状態で記録できる。このため、自動検査の高速化にも有効。
▲CADデータを重ね合わせた際の画像例(緑色の部分がCADデータ、その下が実際のパターン)
自動検査にも対応 さらに、ステラ独自アルゴリズムによって検査を自動化することにも成功しました。写真のように、検査対象エリアによって画像表示倍率を変えることができます。このため、パターンが疎なエリアは低倍率、密なエリアは高倍率で検査することができます。 もちろん、欠陥判定のスレッショルドは任意に設定できます。また、倍率が異なる画像も連続的に表示することができます。
新たに開発した外観自動検査対応装置は500万画素のエリアCCDカメラに加え、7400画素のラインスキャンCCDカメラを搭載。エリアCCDカメラはパターンの寸法測定(測長)と外観検査後のレビューに、ラインスキャンCCDカメラはAOIに用います。パターンのオープン・ショート欠陥、ピンホール欠陥、突起欠陥などが自動で検出可能で、ラインCCDカメラをスキャンした直後に高速画像処理を行うことによりリアルタイムに近い高速画像変換処理を実現しました。また、検査アリゴリズムにDRC(Design Rule Check)法、CADデータ直接比較法など複数のメソッドを用いることにより検査時間を短縮しました。
具体的には5インチ基板の場合、分解能2μmで90秒、分解能1μmで5分、分解能0.5μmで30分に検査時間を高速化。これは従来に比べ1/5程度に当たります。その一方、最小分解能は0.1μmで、サブミクロンクラスの微細欠陥も検出できます。また、ニーズ次第ではレーザーリペアヘッドも搭載でき、この場合、測長、AOI、レビュー、リペアという1台4役のマルチファンクションマシンになります。
用途は各種フォトマスクやファインピッチPCBなどを想定しており、2010年秋に1号機(ST-200)を出荷しました。もちろん、ST-100(100×100㎜基板対応)、ST-600(610×610㎜基板対応)、ST-750(750×750㎜基板対応)、ST-800(810×810㎜基板対応)もブラッシュアップ可能です。
ロードマップ
上のグラフはSTシリーズの機能を示しています。従来は寸法以外も含む測定、ソフトウェアAOI、レーザーリペアの三つがメイン機能ですが、2010年秋に画像処理ボードを搭載しハードウェアAOIにブラッシュアップし、外観検査時間を高速化することに成功しました。
㈱ステラ・コーポレーション 〒273-0024 千葉県船橋市海神町南1-1544-7 Tel: 047-432-5031 Fax: 047-432-5032 e-Mail support@stellacorp.co.jp ホームページ http://www.stellacorp.co.jp
