JP2006090740A - 配線基板の検査方法、配線基板の製造方法及び配線基板の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メッキ不良等によりフィルドビア内部に生じている凹状欠陥を確実かつ高能率に発見できる配線基板の検査方法を提供する。
【解決手段】 上面にフィルドビア導体１３４ｓの頂面が露出した状態の被検査基板体において、基板主表面法線に対し、その片側から傾斜した角度で入射する照明光ＬＢによりフィルドビア導体１３４ｓの頂面領域を照らしながら該頂面領域の画像を撮影する。そして、撮影された画像上の頂面領域に生ずる陰影情報に基づいて、フィルドビア導体１３４ｓの金属充填不良により生ずる凹状欠陥ＰＦの発生状態を検査する。
【選択図】 図７

Description

この発明は、配線基板の検査方法、配線基板の製造方法及び配線基板の検査装置に関する。

特開平７−８３８４１号公報 特開平１１−９４７６２号公報 特開平１１−１６６９０３号公報 特開平１１−２７１２３３号公報 特開２００２−１２２５５４号公報

ＩＣやマイクロプロセッサ等の半導体チップは、近年高集積化が急速に進んでいることから、チップの入出力部の端子数も大幅に増大しつつある。これを受けて、そのようなチップを接続するための電子回路基板も線路導体の数が急増しており、高分子材料からなる誘電体層を介して複数の配線層を積層したいわゆるビルドアップ基板が増えてきている。
ビルドアップ基板では、配線層間を電気的に接続するために、誘電体層の必要位置にこれを貫通するビアホールが形成され、ビアホールの内面はメッキによりビア導体が形成される。

従来、このビア導体は、図１４のごとく、ビアホールの内面に沿ってメッキ層を形成し、その内側に空隙ＵＪを残した、いわゆるコンフォーマルビア導体ＣＶとして形成されることが多かった。この場合、その上にさらに別のビアを重ねて上層側の配線層と接続をとる構造を形成する際には、上側のビア導体が下側のビア導体の空隙と重なると、ビアのメッキ不良ひいては導通不良等を起こす原因ともなるので、上側のビア導体と下側のビア導体とは互いに重ならないように位置をずらせて形成していた。

しかし、配線の集積密度が高まるにつれ、上記のようなコンフォーマルビア導体は、上下のビア接続構造にスペース的な制約を生ずるため、最近では図１５に示すように、ビア導体の内側をメッキ充填したフィルドビア導体１３４ｓが採用されるようになってきている。フィルドビア導体１３４ｓはビアの内部に空隙が残留しないため、上下のビア導体を重ね合わせた、いわゆるスタックドビアの形成が可能であり、ビアや配線の高密度配置により有利な構造である。

図１６に示すように、フィルドビア導体１３４ｓはビアホールの内部をメッキ金属で充填して形成するが、メッキ途中で異物等が付着して充填メッキ層の成長が妨げられたりすると空隙が残留し、ビアの頂面に凹状欠陥を生ずることがある。フィルドビア導体１３４ｓの、このような凹状欠陥は、従来、拡大鏡を用いて目視観察により検査していたが、能率や精度に欠けることはいうまでもない。そこで、ビア導体の頂面を画像撮影し、その画像を解析することで凹状欠陥を特定することが当然考えられる。

ところが、ビア導体は金属光沢を呈するため、凹状欠陥を生じていても、照明光を当てると欠陥周囲と欠陥内面とがいずれも強い反射光を生じ、欠陥領域とその周囲領域との間にコントラストがつきにくく、欠陥の検出精度に欠ける難点がある。なお、特許文献１〜５には、光学的手法によりビルドアップ基板のビア検査を行なう種々の装置が開示されているが、いずれもビア導体形成前のビアホールにおいて、その内部の樹脂残留欠陥を検査するためのものであり、フィルドビア導体の凹状欠陥に適した検査方法を開示するものではない。

本発明の課題は、メッキ不良等によりフィルドビア導体の内部に生じている凹状欠陥を確実かつ高能率に発見できる配線基板の検査方法と、それを用いた配線基板の製造方法、及び、配線基板の検査装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の配線基板の検査方法は、
金属配線層と高分子材料からなる誘電体層とが交互に積層されるとともに、誘電体層を挟んで積層方向に隣接する金属配線層間を、内部が金属充填されたフィルドビア導体により接続した構造の配線積層部を有する配線基板の検査方法であって、
上面にフィルドビア導体の頂面が露出した状態の被検査基板体において、基板主表面法線に対し、その片側から傾斜した角度で入射する照明光によりフィルドビア導体の頂面領域を照らしながら該頂面領域の画像を撮影し、撮影された画像上の頂面領域に生ずる陰影情報に基づいて、フィルドビア導体の金属充填不良により生ずる凹状欠陥の発生状態を検査することを特徴とする。

また、本発明の配線基板の製造方法は、
金属配線層と高分子材料からなる誘電体層とが交互に積層されるとともに、誘電体層を挟んで積層方向に隣接する金属配線層間を、内部が金属充填されたフィルドビア導体により接続した構造の配線積層部を有する配線基板又はその中間製品からなる被検査基板体を製造する基板製造工程と、
該被検査基板体を、上記本発明の検査方法により検査する検査工程と、
該検査の結果に基づいて被検査基板体を良品と不良品とに選別する選別工程と、
を有したことを特徴とする。

さらに、本発明の配線基板の検査装置は、上記本発明の検査方法に用いる装置であって、
被検査基板体において、基板主表面法線に対し、その片側から傾斜した角度で入射する照明光によりフィルドビア導体の頂面領域を照らす照明装置と、
頂面領域の画像を撮影する撮影装置と、
画像の出力装置と、を備えたことを特徴とする。

上記本発明の検査方法及び装置によれば、凹状欠陥を生じているフィルドビア導体に対し、基板主表面法線の片側から傾斜した角度で入射する照明光を照射する。図７に示すように、このような傾斜した照明光により、フィルドビア導体に生じている凹状欠陥の内側には、照明光が遮られて陰影となる領域が生ずる。従って、凹状欠陥の内部が反射率の高い金属で覆われているにもかかわらず、上記の陰影形成により凹状欠陥を容易に識別でき、フィルドビア導体の内部に生じている該凹状欠陥を確実かつ高能率に発見できる。そして、当該の検査方法により、基板製品の選別を行なう本発明の配線基板の製造方法によれば、凹状欠陥の検出精度が向上し、不良品の排除を確実に行なえるため、出荷される基盤の不良率を低減することができる。

なお、特許文献４の検査装置には、傾斜した照明光を用いてビアホールの検査を行なう装置が開示されているが、前述したごとく、この装置の検査対象となるのはメッキによりビア導体を形成する前のビアホールにおけるエッチング樹脂残渣であり、フィルドビア導体の内の凹状欠陥を検出する本発明とは目的が異なる。しかも基板法線に対して両側から傾斜した照明光を当てるようになっているから、これを本発明の解決課題に適用した場合、片方の傾斜光により生じた陰影領域は他方の傾斜光によりキャンセルされ、陰影領域により凹状欠陥を検出する目的を達成することができない。

画像の撮影光軸方向は、照明光の傾斜角度よりも小さい範囲で、基板主表面法線に対して傾斜させることも可能であるが、陰影領域の検出を高精度に行なう観点から、画像の撮影光軸方向は基板主表面法線に一致していることが望ましい。

照明光の基板主表面法線に対する傾斜角度は、特に２０°以上８０°以下に設定したとき、凹状欠陥の検出精度を向上させる効果が高くなる。該傾斜角度は、より望ましくは２０°以上４０°以下に設定するのがよい。

本発明の装置においては、二次元ＣＣＤセンサなどの二次元画像センサを使用し、撮影領域を二次元的に照らす面型照明を用いることも可能であるが、面型照明では、照射領域上の位置によって照明光の角度が相違し、陰影形成が不明瞭となる可能性があり、また、各位置での照明光の光量も不足しがちである。そこで、撮影装置は、被検査基板体上の撮影領域にて、面内の第一方向に定められた線状の撮影情報を取得するラインセンサカメラと、線状の撮影情報の取得位置を選択的に照明するライン照明と、撮影領域上にてラインセンサカメラによる撮影位置を、面内にて第一の方向と直交する第二の方向に走査する撮影走査部と、該走査により順次得られた線状の撮影情報を面内に合成して、撮影領域に対応した二次元画像情報を得る画像情報生成手段と、を備えるものとして構成すれば、線状の撮影領域に照明光を集中でき、より明瞭な陰影を形成できるので、欠陥検出精度を高めることができる。この場合、ラインセンサカメラと照明装置の位置が固定とされ、撮影走査部を、被検査基板体を第二の方向に走査移動させる基板走査移動部を有するものとして構成すると、カメラ光学系から走査のための駆動機構が排除され、光軸ぶれや焦点ずれなどの不具合を生じ難くなる。

本発明の装置においては、陰影領域を画像上で目視観察して欠陥判定する形にしてもよいが、撮影された画像上の頂面領域に生ずる陰影情報に基づいて、フィルドビア導体の金属充填不良により生ずる凹状欠陥の発生状態を解析する検査解析部を設けておけば、欠陥判定の能率をより高めることができる。

凹状欠陥の検査に関しては、具体的には、画像上の領域を照明光による照度により、予め定められた閾値を境界として明領域と暗領域とに区分し、フィルドビア導体の頂面領域に現れている暗領域の面積又は寸法の情報に基づいて、凹状欠陥の形成程度に関する判定を行なうことができる。この場合、本発明の装置において前述の検査解析部は、画像上の領域を、照明光による照度により、予め定められた閾値を境界として明領域と暗領域とに区分するとともに、フィルドビア導体の頂面領域に現れている暗領域の面積又は寸法を演算する暗領域演算手段と、暗領域の面積又は寸法に基づいて、凹状欠陥の形成程度に関する判定を行なう判定手段とを有するものとして構成する。

上記のようにすると、凹状欠陥の定性的な有無だけでなく、暗領域の面積又は寸法により、形成されている凹状欠陥の程度を定量評価することができる。その結果、許容範囲を超えた凹状欠陥を適切に発見でき、また、本質的に問題とならない軽微な凹状欠陥は排除することができるから、選別工程における不良率の低減も適性に図ることができる。

開口寸法がほぼ同じ凹状欠陥の場合、図７に示すごとく、欠陥が深くなるほど陰影領域も大きくなるので、暗領域の面積又は寸法が大きいほど、凹状欠陥の深さが大きいと判定することができる。装置の場合は、前述の判定手段を、暗領域の面積又は寸法が予め定められた基準値よりも大きい場合に、当該フィルドビア導体を不良として判定するものとして構成する。スタックドビアの導通不良等は、欠陥の開口面積よりも欠陥深さの影響を大きく受けるため、深い欠陥を確実に排除できる上記の方法はより効果的である。具体的には、暗領域の面積又は寸法が予め定められた基準値よりも大きい場合に、当該フィルドビア導体を不良として判定することが、判定演算も単純であり、検査能率向上に寄与する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１７は、本発明の検査方法、装置及び製造方法の対象となる配線基板１００の断面構造を模式的に示すものである。該配線基板１００は、耐熱性樹脂板（例えばビスマレイミド−トリアジン樹脂板）や、繊維強化樹脂板（例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂）等で構成された板状コア１０２の両表面に、所定のパターンに配線金属層をなすコア導体層Ｍ１，Ｍ１１がそれぞれ形成される。これらコア導体層Ｍ１，Ｍ１１は板状コア１０２の表面の大部分を被覆する面導体パターンとして形成され、電源層又は接地層として用いられるものである。他方、板状コア１０２には、ドリル等により穿設されたスルーホール１１２が形成され、その内壁面にはコア導体層Ｍ１，Ｍ１１を互いに導通させるスルーホール導体１３０が形成されている。また、スルーホール１１２は、エポキシ樹脂等の樹脂製穴埋め材１３１により充填されている。

また、コア導体層Ｍ１，Ｍ１１の上層には、配線積層部Ｌ１，Ｌ２が形成される。具体的には、感光性樹脂組成物１０６にて構成された第一誘電体層（ビルドアップ層：誘電体層）Ｖ１，Ｖ１１がそれぞれ形成され、その表面にはそれぞれ金属配線１０７を有する第一導体層Ｍ２，Ｍ１２がＣｕメッキにより形成されている。なお、コア導体層Ｍ１，Ｍ１１と第一導体層Ｍ２，Ｍ１２とは、それぞれビア１３４により層間接続がなされている。同様に、第一導体層Ｍ２，Ｍ１２の上層には、感光性樹脂組成物１０６を用いた第二誘電体層（ビルドアップ層：誘電体層）Ｖ２，Ｖ１２がそれぞれ形成されている。その表面には、金属端子パッド１０８，１１８を有する第二導体層Ｍ３，Ｍ１３が形成されている。これら第一導体層Ｍ２，Ｍ１２と第二導体層Ｍ３，Ｍ１３とは、それぞれビア１３４により層間接続がなされている。ビア１３４は、図１７に示すように、ビアホール１３４ｈとその内周面に設けられたフィルドビア導体１３４ｓと、底面側にてフィルドビア導体１３４ｓと導通するように設けられたビアパッド１３４ｐと、ビアパッド１３４ｐと反対側にてビア導体３４ｈの開口周縁から外向きに張り出すビアパッド１３４ｌとを有している。

フィルドビア導体１３４ｓは、メッキ金属により内部が充填されたフィルドビア導体として形成されており、隣接する誘電体層にまたがる形で、２つないしそれ以上の複数のフィルドビア導体１３４ｓを、面内に互いに重なりを生ずる形で積み重ねたスタックドビアが形成されている。

板状コア１０２の第一主表面ＭＰ１においては、コア導体層Ｍ１、第一誘電体層Ｖ１、第一導体層Ｍ２及び第二誘電体層Ｖ２が第一の配線積層部Ｌ１を形成している。また、板状コア２の第二主表面ＭＰ２においては、コア導体層Ｍ１１、第一誘電体層Ｖ１１、第一導体層Ｍ１２及び第二誘電体層Ｖ１２が第二の配線積層部Ｌ２を形成している。いずれも、第一主表面ＣＰが誘電体層にて形成されるように、誘電体層と導体層とが交互に積層されたものであり、該第一主表面ＣＰ上には、複数の金属端子パッド１１０ないし１１７がそれぞれ形成されている。第一配線積層部Ｌ１側の金属端子パッド１１０は、集積回路チップなどをフリップチップ接続するためのパッドである半田パッドを構成する。また、第二配線積層部Ｌ２側の金属端子パッド１１７は、配線基板自体をマザーボード等にピングリッドアレイ（ＰＧＡ）あるいはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）により接続するための裏面パッドとして利用されるものである。

誘電体層Ｖ１，Ｖ１１，Ｖ２，Ｖ１２、及びソルダーレジスト層１０８，１１８は例えば以下のようにして製造される。すなわち、感光性樹脂組成物ワニスをフィルム化した感光性接着フィルムをラミネート（貼り合わせ）し、ビアホール１３４ｈに対応したパターンを有する透明マスク（例えばガラスマスクである）を重ねて露光する。ビアホール１３４ｈ以外のフィルム部分は、この露光により硬化する一方、ビアホール１３４ｈ部分は未硬化のまま残留するので、これを溶剤に溶かして除去すれば、所期のパターンにてビアホール１３４ｈを簡単に形成することができる（いわゆるフォトビアプロセス）。次に、感光型メッキレジスト樹脂を用いて配線形状がパターニングされたマスクを形成し、周知の無電解Ｃｕメッキを施すことにより、配線パターンをメッキ形成するとともに、ビアホール１３４ｈの内部をメッキ金属で充填してフィルドビア導体１３４ｓを形成する。上記工程を繰り返すことにより、配線積層部Ｌ１，Ｌ２を各々形成できる。

フィルドビア導体１３４ｓは誘電体層毎に形成され、１つの誘電体層にフィルドビア導体１３４ｓを形成する毎に、メッキ充填不良による凹状欠陥が発生しているかどうかの検査を行なう。従って、被検査基板体は、図１７の最終製品たる配線基板１００ではなく、検査対象となる誘電体層にフィルドビア導体１３４ｓを形成した状態で工程を中断した、いわば中間製品である。以下、本発明に基づく該検査方法の詳細について、それに用いる装置構成とともに説明する。

図１は、本発明の一実施形態をなす検査装置１の模式図である。この検査装置１は、被検査基板体Ｗの主表面法線に対し、その片側から傾斜した角度で入射する照明光（ビーム）ＬＢにより、図７に示すごとく、フィルドビア導体１３４ｓの頂面領域を照らしながら該頂面領域の画像を撮影し、撮影された画像上の頂面領域に生ずる陰影領域ＤＡの情報に基づいて、フィルドビア導体１３４ｓの金属充填不良により生ずる凹状欠陥ＰＦの発生状態を検査するものであり、照明光ＬＢを発生させるための照明装置２５と、頂面領域の画像を撮影する撮影装置１３ｃとを備える。図７に示すごとく、本実施形態において、画像の撮影光軸ＣＡの方向は基板主表面法線に一致している。そして、図１に示すように、照明光ＬＢの基板主表面法線に対する傾斜角度θは、２０°以上８０°以下（望ましくは２０°以上４０°以下：例えば３０°）の範囲で傾斜して設定されている。

撮影装置１３ｃは、被検査基板体Ｗ上の撮影領域にて、面内の第一方向（Ｘ方向）に定められた線状の撮影情報を取得するラインセンサカメラ１３ｃと、線状の撮影情報の取得位置を選択的に照明するライン照明２５と、撮影領域上にてラインセンサカメラ１３ｃによる撮影位置を、面内にて第一の方向と直交する第二の方向（Ｙ方向）に走査する撮影走査部２３と、該走査により順次得られた線状の撮影情報を面内に合成して、撮影領域に対応した二次元画像情報を得る画像情報生成部１２（図３）とを備える。ラインセンサカメラ１３ｃと照明装置２５の位置は固定とされ、撮影走査部は、被検査基板体Ｗを第二の方向に走査移動させる基板走査移動部２３にて構成される。本実施形態において、ラインセンサカメラ１３ｃは、１次元ＣＣＤセンサに撮影光学系を付加した市販のデジタルラインセンサカメラであり、画像情報生成部１２も市販のデジタルラインセンサカメラ用イメージプロセッシングモジュール（例えば、AVAL DATA CORPORATION製：PSM-330D／APC332、ＰＣＩバス対応）を使用している。また、基板走査移動部２３は、周知のＸ−Ｙテーブルにて構成されている（以下、Ｘ−Ｙテーブル２３ともいう）。

本実施形態において被検査基板体Ｗは、図２に示すように、複数の被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥が面内に被分離形態で一体化した大判基板ワークＷとされている。図１に示すように、検査装置１には、該大判基板ワークＷを支持する基板ワーク支持部５０，５２と、撮影カメラ１３ｃによる撮影位置が、基板ワーク支持部５０，５２上の複数の被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥に対して順次移動するように、該基板ワーク支持部５０，５２を撮影カメラ１３ｃ及び照明装置２５に対し相対移動させるワーク相対移動部２３とが設けられている。これにより、分離前の大判基板ワークＷの状態で個々の被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥を順次検査することができ、被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥を一枚ずつ検査装置にマウントする手間も省けるので能率的である。ワーク相対移動部は、前述のＸ−Ｙテーブル２３により兼用されている。

薄い被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥が多数集合した大判基板ワークＷは撓みを生じやすく、撮影装置１３ｃの焦点ずれに影響を生じやすい。この場合、この不具合を解消するために、図２に示すように、基板ワーク支持部５０，５２上の基板ワークＷの撓みを矯正する撓み矯正部６０が設けられている。基板ワーク支持部５０，５２はいずれもＸ−Ｙテーブル２３上に配置され、撓み矯正部６０は、該基板ワーク支持部５０，５２上の基板ワークＷの面内に予め定められた付勢方向における、該基板ワークＷの一方の端縁を保持する固定保持部５０と、基板ワーク支持部５０，５２上にて付勢方向に可動配置され、基板ワークＷの該付勢方向における他方の端縁を保持する可動保持部５２と、該可動保持部５２を付勢方向に引張付勢して基板ワークＷを展張することにより、撓みを矯正する展張付勢機構５３とを備えるものとして構成されている。被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥が形成されない基板ワークＷの端部を引っ張って展張矯正することで、撓みを効果的に解消でき、また、矯正に関与する部材が被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥の撮影領域と干渉しないので、検査の妨げにつながることもない。

固定保持部５０は、Ｘ−Ｙテーブル２３上にねじ止め等により固定され、上面が基板ワークＷの端縁の支持面とされる。そして、該上面には、基板ワークＷの係合保持及び位置決めのため、被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２が形成されない基板ワークＷの端縁領域に孔設された貫通孔ＳＨに挿通される位置決め係合ピン５１が突設されている。他方、可動保持部５２は、Ｘ−Ｙテーブル２３上にてスライド可能に配置され、上面には同様の位置決め係合ピン５１が設けられている。基板ワークＷの貫通孔ＳＨを、各位置決め係合ピン５１に挿通し、展張付勢機構をなすシリンダ５３により可動保持部５２を固定保持部５０から離間する向きに付勢すれば、基板ワークＷに撓み矯正の展張力を付加することができる。

図１に戻り、撮影装置１３ｃは、焦点距離が予め固定的に定められたカメラ１３ｃとされている。また、基板ワークＷの被検査面までの距離を測定する距離測定部２１と、該距離測定部２１が測定した距離に基づいて、被検査面上にカメラ１３ｃの焦点が一致するように、該カメラ１３ｃの光軸方向の位置を調整するカメラ１３ｃ位置調整機構６１とが設けられている。これにより、焦点距離の変化により画像の倍率が変化する不具合を効果的に防止することができる。

本実施形態では、上記のカメラ１３ｃが、基板ワーク支持部５０，５２の被検査面に合焦するように配置され、照明装置２５は、カメラ１３ｃの撮影光軸に対して傾斜した形で、被検査面上のカメラ１３ｃの合焦位置に向けて照明ビームを照射するとともに、カメラ１３ｃ位置調整機構６１によりカメラ１３ｃを光軸方向に移動させる際に、照明装置２５はカメラ１３ｃと該光軸方向に一体的に移動するよう構成している。

具体的な構造は以下の通りである。検査装置１は、設置用のベース２９を有し、該ベース２９上に立設された支柱３１，３１の上端に、上部枠３２が結合された門型のフレーム構造が形成されている。上部枠３２の下方には、支柱３１，３１に沿って昇降可能な昇降枠３３が配置されている。昇降枠３３は、その昇降方向に貫通する形で雌ねじ部４０，４０が設けられ、各々ねじ軸３４，３４が螺合している。これらのねじ軸３４，３４は、ベース２９内にて、ベベルギア３５及び連結軸３６を介して連動回転可能とされており、上部枠３２に設けられたカメラ焦点合わせ用駆動モータ１９により回転駆動され、昇降枠３３を昇降させる。

昇降枠３３には、カメラ１３ｃと、レーザー距離センサ等で構成された距離測定部２１と、照明装置２５とが取り付けられており、ねじ軸３４，３４の駆動によりそれらが昇降枠３３と一体的に昇降するようになっている。ライン照明として構成された照明装置２５は、その照明ビームＬＢがカメラ１３ｃの焦点位置を向くように、連結部材３８を介してカメラ１３ｃに結合されている。照明装置２５は連結部材３８上にて、上記焦点位置を通ってカメラ光軸ＣＡと直交する軸線周りの任意位置に固定可能なスライダ３９上に配置され、照明ビームＬＢとカメラ工軸ＣＡとの角度θが調整可能になっている。

図６に示すように、基板ワーク支持部５０，５２上に支持された基板ワークＷの撓み測定基準位置（例えばワークの中心位置）を距離測定部２１の直下に位置決めし、該基準位置までの距離Ｋを測定する。この測定に先立って、撓みゼロに相当する水平基準面Ｐ０までの距離Ｋ０を予め測定しておき、焦点位置が予め該水平基準面Ｐ０に位置するようにねじ軸３４，３４を駆動して、カメラ１３ｃを予備位置決めしておく。そして、撓み量ＤをＫ−Ｋ０により算出し、カメラ１３ｃの焦点が撓み量Ｄだけ下方に移動するように、さらにねじ軸３４，３４を駆動して位置決めを行なうことができる。

図３は、検査装置１の電気的構成の一例を示すブロック図である。検査装置１は、フィルドビア導体の金属充填不良により生ずる凹状欠陥の発生状態を解析する検査解析部２を有する。該検査解析部２は、検査装置の駆動制御部も兼ねるマイコン（又はワークステーション）にて構成される（以下、マイコン２ともいう）。マイコン２の基本部分は、ＣＰＵ４、コンピュータ制御用の基本プログラムを格納したＲＯＭ５、ＣＰＵ４のワークエリアをなすＲＡＭ６及び入出力部７からなり、これらがホストバス３によりつながれている。

また、ホストバス３にはＰＣＩブリッジ１０を介してＰＣＩバス１１が接続され、そのＰＣＩバス１１上に設けられたカードスロットに、前述の画像情報生成部をなすイメージプロセッシングモジュール１２の基板が接続されている。また、ラインセンサカメラ１３ｃは、このイメージプロセッシングモジュール１２に接続される。

図１のＸ−Ｙテーブルは、テーブル上に固定された被検査基板体Ｗを、水平面内のＸ方向と、これに直交するＹ方向とに独立に、かつ規定範囲内の任意のＸ−Ｙ座標位置に位置決め可能に移動駆動するものであり、Ｘ駆動モータ１４とＹ駆動モータ１８とを備える。図３に示すように、Ｘ駆動モータ１４とＹ駆動モータ１８とは、サーボ制御機構が組み込まれたモータドライバ１５を介してマイコン２の入出力部７に接続されている。Ｘ駆動モータ１４とＹ駆動モータ１８とは、いずれもその回転角度位置（モータ駆動量に反映される被検査基板体ＷのＸ−Ｙ位置決め座標を与える）を検出するためのエンコーダ１６を備える。モータドライバ１５は、マイコン２から位置決めのためのＸ座標指令値及びＹ座標指令値を受け、エンコーダ１６からフィードバックされる各モータ１４，１８の現在の角度位置と比較して、Ｘ座標指令値及びＹ座標指令値が与える目標位置まで被検査基板体Ｗが移動するように、各モータ１４，１８を駆動する役割を果たす。符号１７は、エンコーダ１６のパルス信号のエッジを急峻化するためのシュミットトリガである。なお、マイコン２側で被検査基板体Ｗの位置を把握するために、Ｘ駆動モータ１４とＹ駆動モータ１８との各エンコーダ１６の信号は入出力部７へも入力されている。また、前述のカメラ焦点合わせ用駆動モータ１９はモータドライバ２０を介して、距離測定部２１とともに入出力部７に接続されている。

ラインセンサカメラ１３ｃからの１次元画像信号は、被検査基板体Ｗ上に定められた撮影領域（例えば、１個のフィルドビア導体のみを包含する縦横寸法を有する領域）上の、Ｘ方向に取得される。そして、被検査基板体ＷのＹ方向へのステップ移動と、１次元画像信号の取得とを交互に繰り返すことにより、撮影領域をＹ方向に走査する形で１次元画像信号を順次取得することができる。ラインセンサカメラ１３ｃからの１次元画像信号は、一連のピクセルデータ列としてイメージプロセッシングモジュール１２に転送され、１本のピクセルデータ列の転送が完了する毎に同期信号を送信する。イメージプロセッシングモジュール１２は、Ｘ−Ｙテーブル２３のＹ方向のエンコーダ１６からの信号入力により、１次元画像信号のＹ方向走査位置を把握するとともに、ラインセンサカメラ１３ｃからの同期信号によりピクセルデータ列の切れ目を認識し、Ｙ方向の各位置の１次元画像信号を、モジュール内の画像メモリ内にて合成し、撮影領域に対応した二次元画像データを生成する。この二次元画像データはＰＣＩバス１１を介してマイコン２にバッチ転送され、ＲＡＭ６内の画像メモリ６ｄに格納される。また該二次元画像データは、マイコン２に接続されたＨＤＤ等からなる外部記憶装置２２に、画像データ２２ｄとして保存される。

外部記憶装置２２には、検査装置１の基本動作を司る制御ソフトウェア２２ａと、上記取得した二次元画像データからフィルドビア導体の欠陥検査解析を行なう解析ソフトウェア２２ｂとがインストールされており、ＲＡＭ６内の制御／解析ソフト実行メモリ６ａ上でＣＰＵ４により実行される。

上記検査装置１を用いて、図７に示すような凹状欠陥ＰＦの検査を行なう際には、画像上の領域を照明光ＬＢによる照度により、予め定められた閾値を境界として明領域と暗領域とに区分し、フィルドビア導体１３４ｓの頂面領域に現れている暗領域の面積又は寸法の情報に基づいて、凹状欠陥ＰＦの形成程度に関する判定を行なう。検査解析部２は上記の解析ソフトウェア２２ｂの実行により、画像上の領域を、照明光ＬＢによる照度により、予め定められた閾値を境界として明領域と暗領域とに区分するとともに、フィルドビア導体１３４ｓの頂面領域に現れている暗領域の面積又は寸法を演算する暗領域演算手段と、暗領域の面積又は寸法に基づいて、凹状欠陥ＰＦの形成程度に関する判定を行なう判定手段との各機能を実現する。

ラインセンサカメラ１３ｃからの一元画像データに含まれるピクセルは、複数ビットの諧調ピクセルデータとして取得でき、例えば照度の高い領域ほど、その領域のピクセルに設定される明度が大きくなる。ピクセルの明度設定値に一定の閾値を設ければ、周知の手法により諧調画像データを二値画像データに容易に変換できる。画像上の明領域は、その二値画像データにおいて「明」状態に対応する第一ピクセルの集合領域として、また、暗領域は「暗」状態に対応する第二ピクセルの集合領域としてそれぞれ特定できる。

そして、凹状欠陥ＰＦの形成程度を、上記暗領域の面積にて判定する場合、第二ピクセルの集合領域を形成するピクセル数を計数すれば、該暗領域の面積を簡単に演算できる。一方、寸法にて判定する場合は、第二ピクセルの集合領域に寸法測定方向を定め、該寸法測定方向に沿った第二ピクセルの連続数の最大値を演算することで、暗領域の寸法を求めることができる。処理のアルゴリズムについては後述する。

開口寸法がほぼ同じ凹状欠陥ＰＦの場合、図７に示すごとく、欠陥が深くなるほど陰影領域ＤＡも大きくなるので、暗領域の面積又は寸法が大きいほど、凹状欠陥ＰＦの深さが大きいと判定することができる。この場合、暗領域の寸法を凹状欠陥ＰＦの深さＨに演算により変換することができる。図７に示すように、照明光の傾斜した光軸方向を基板主表面に投影し、その向きを寸法測定方向に設定して、該寸法測定方向における暗領域つまり陰影領域ＤＡの最大寸法Ｌを画像上にて求め、照明光の光軸の基板主表面法線に対する傾斜角度をθとすれば、凹状欠陥ＰＦの深さＨはＬｃｏｔθにより推定できる。

算出された暗領域（陰影領域ＤＡ）の面積Ｓあるいは寸法Ｌが、基準値（Ｓ0，Ｌ0）よりも大きい場合は、その暗領域を取得したフィルドビア導体1３４ｓに許容範囲外の凹状欠陥が生じているとみなし、これを不良として判定することができる。なお、多少粗い判定方法であるが、閾値を多少大きく設定して画像二値化を行い、暗領域（陰影領域ＤＡ）をなすピクセルが存在しているかどうかにより、敢えて暗領域の面積Ｓあるいは寸法Ｌを算出せずに不良判定を行なうことも可能である。この場合、ピクセルの全てが明領域になっている場合にのみ良（合格）判定されるので、画像の定められた領域内のピクセル設定値の積を演算し、その結果により判定すればよいことになる。

次に、図３の検査装置１では、フィルドビア導体の被検査基板体上の形成位置情報と、フィルドビア導体の良否判定結果とを対応付けて記憶する判定結果記憶部２２と、出力領域上に設定された基板領域の、各フィルドビア導体１３４ｓに対応する位置に、良否判定結果をマッピング出力する判定結果出力部８，９とが設けられている。このようにすれば、被検査基板体ＳＢ１，ＳＢ２‥のどの位置に不良と判定されたフィルドビア導体１３４ｓが存在するかを一目で把握することができる。フィルドビア導体の被検査基板体上の形成位置情報は、外部記憶装置２２に製品別ビア位置データ２２ｃとして記憶されている。図４に示すように、該データ２２ｃは、配線基板の品番（品種）毎に用意され、誘電体層毎に異なるビア位置を個別に把握するために、誘電体層のレイヤ別に、各フィルドビア導体の配置位置の座標データ（例えば円形のビア領域の中心位置座標である）を含んでいる。

そして、判定結果記憶部は、外部記憶装置２２において、ビア不良判定結果データ２２ｅの記憶部として形成されている。図５に示すように、フィルドビア導体の検査判定結果は、配線基板の品番、大判基板ワークＷのロット番号（ロット特定情報）、大判基板ワークＷ内の基板番号（基板特定情報）、及びフィルドビア導体が位置する誘電体層のレイヤ番号（レイヤ特定情報）と対応付ける形で、各フィルドビア導体の欠陥面積、欠陥深さ及び良否判定結果が記憶されている。また、各フィルドビア導体の撮影画像データ（図３の符号２２ｄ）も合せて記憶されている。

製品別ビア位置データ２２ｃにて、指定されたレイヤのフィルドビア導体の座標データを読み出し、ビア不良判定結果データ２２ｅ（判定結果記憶部２２）から、各フィルドビア導体の良否判定結果を読み出して、図８に示すように、出力領域内の対応する座標位置に、各フィルドビア導体の判定結果を、良否結果が互いに識別できる図形（例えば良判定ＶＡと不良判定ＶＲとでプロット点の色や形を変えるなど）によりマッピングする。そのマッピング結果は、図３において、入出力部７に接続された判定結果出力部としてのモニタ８やプリンタ９から出力することができる。

以下、検査装置１の画像取得処理の流れについてフローチャートを用いて説明する。図９は画像取得処理の流れを示すもので、図３の制御ソフトウェア２２ａにより実行される。まず、大判基板ワークＷをＸ−Ｙテーブル２３の基板ワーク支持部５０，５２上にセットし、処理を起動すると、まず撓み矯正部６０が動作し、大判基板ワークＷを展張して撓みを矯正する（図２参照）。次に、図９のＳ１：初期設定処理が起動する。

図１０は、その詳細を示すもので、Ｓ５１で基板の品番とロット番号を入力し、Ｓ５２で検査対象となるレイヤの番号を入力するとともに、そのレイヤ内のフィルドビア導体の配置位置を、製品別ビア位置データ２２ｃ（図４）から読み出す。次にＳ５３では、Ｘ−Ｙテーブル２３を駆動して大判基板ワークＷを原点位置に移動させ、Ｓ５４でカメラ位置調整機構６１を作動させて、カメラ１３ｃの焦点が原点位置（図６の水平基準面Ｐ０）と一致するよう、高さ方向の位置合わせを行なう。次にＳ５６に進み、距離測定部２１により大判基板ワークＷまでの距離Ｌを測定し、Ｓ５７で調整すべきカメラ移動量Ｌ−Ｌ０（前述）を算出し、Ｓ５８では、算出した移動量だけカメラ１３ｃを下降させて基板ワークＷ表面への焦点合わせを行なう。

以上で初期設定処理を終わり、図９のＳ２に進んで、被検査基板体の番号を初期化する。そして、Ｓ３では、Ｘ−Ｙテーブル２３により大判基板ワークＷを移動させ、大判基板ワークＷ内の指定された番号の被検査基板体の基板内原点位置（例えば、基板上に形成されたアライメントマーク等により識別できる）にカメラ１３ｃの位置を合わせ、Ｓ４で図３のＸカウンタ６ｂ及びＹカウンタ６ｃをリセットする。

そしてＳ５ではビア番号を初期化する。Ｓ６では、指定された番号のフィルドビア導体にカメラ１３ｃを位置合せし、Ｓ７では、そのフィルドビア導体の全体が内側に収まるように撮影視野を設定する。そして、Ｓ８で既に説明した方法によりフィルドビア導体の画像を撮影し、Ｓ９でその撮影画像を記憶する。つまり、被検査基板体の全面を画像撮影するのではなく、基板内のフィルドビア導体の形成位置毎に、該フィルドビア導体が収まる限定的な撮影視野を設定して個別に画像撮影処理を行なうようにする。これにより、フィルドビア導体が存在しない無駄な画像領域を排除でき、フィルドビア導体の撮影画像の分解能を高めても、画像サイズが肥大化しなくて済む。

次に、Ｓ１０では次のビアがあるかどうかを判定し、あればＳ１１に進んでビアの番号をインクリメントしてＳ６に戻り、以下Ｓ１０までの処理を繰り返す。Ｓ１０で次のビアがなければ、その被検査基板体の撮影処理を終了し、Ｓ１２に進んで、大判基板ワークＷに未撮影の被検査基板体が残っているかどうかを調べる。残っていればＳ１３に進んで被検査基板体の番号をインクリメントし、Ｓ３に戻って以下Ｓ１２までの処理を繰り返す。Ｓ１２で次の被検査基板体が残っていなければ、画像取得処理を終了する。

図１１は、取得した画像を用いたフィルドドビア導体の良否判定処理の流れを示すものである。まず、Ｓ１０１では、判定対象となる被検査基板体の特定情報(品番、ロット番号、基板番号及びレイヤ)を入力し、Ｓ１０２で対応するレイヤのフィルドビア導体の画像データを読み出す。Ｓ１０３でビア番号を初期化し、Ｓ１０４で指定された番号のフィルドビア導体の画像を二値化する。そして、Ｓ１０５では、その二値化した画像データを用いて判定処理を行なう。

図１２は、その判定処理を、陰影領域の面積に基づいて行なう場合の処理の流れを示すものである。まず、Ｓ２０１では、二値化された画像上で、陰影領域のピクセルの設定状態を「１」、陰影領域外のピクセルの設定状態を「０」とし（フィルドビア導体の外形輪郭線の外側に暗い背景領域が存在する場合には、周知の画像処理法によりその背景領域とフィルドビア導体領域とのエッジ線を抽出し、そのエッジ線の内側のみを判定対象領域とする）、画像上での「１」となっているピクセルの総和を求め、これを陰影領域の面積パラメータＳとする。次に、Ｓ２０２でその面積パラメータＳを合否判定の基準値Ｓ０と比較し、Ｓ≦Ｓ０であればそのフィルドビア導体を合格と判定し、Ｓ＞Ｓ０であれば不合格と判定して、結果を図５のごとく記憶する（Ｓ２０３〜Ｓ２０５)。

一方、図１３は、陰影領域から欠陥深さＨを求め、その欠陥深さＨによって判定を行なう場合の処理の流れを示すものである。図７により既に説明した寸法測定方向をＸ方向に定め、該Ｘ方向のピクセル（画素）列毎に、陰影領域（つまり、「１」）となっているピクセルの連続数を求める処理が主体となる。具体的には、Ｓ２５１でＹ方向位置を初期化し、Ｓ２５２では、指定されたＹ座標を有するＸ方向ピクセル列の、陰影領域をなすピクセルの連続数Ｌ’を求め、Ｓ２５３でＹ方向位置を順次インクリメントしながらＳ２５２の処理を繰り返す。画像領域の全てのピクセル列について上記処理が終了すればＳ２５４からＳ２５５へ進み、陰影領域をなすピクセルの連続数Ｌ’の最大値を求めて、これを寸法測定方向における陰影領域の寸法Ｌとして特定する。そして、Ｓ２５６で、欠陥深さＨをＨ＝Ｌｃｏｔθにより算出し、Ｓ２５７でこれを基準値Ｈ０と比較する。Ｈ≦Ｈ０であればそのフィルドビア導体を合格と判定し、Ｈ＞Ｈ０であれば不合格と判定して、結果を図５のごとく記憶する（Ｓ２５８〜Ｓ２６０)。なお、照明角度θが一定であればｃｏｔθは定数なので、陰影領域の寸法Ｌそのものを基準値Ｌ０と比較する処理も数学的には等価であり、これを用いて判定を行なうこともできる。

図５のごとく集計されたビア不良判定結果データ２２ｅを、図３のモニタ８あるいはプリンタ９から出力する。図１１のＳ１０７〜Ｓ１０８に示すごとく、個々のビアの位置を読み出して、マッピング領域のビアに対応する位置に判定結果をプロットすることにより、図８のごとき出力結果が得られる。そして、その出力結果を参照して、各被検査基板体のロット、つまり大判基板ワーク毎に、不良と判定された被検査基板体には不良であることを示す目印を、インクによるマーキング等により形成する。検査後の大判基板ワークは、個々の配線基板に切断分離し、不良目印のある被検査基板体を、目視による手作業か、あるいは周知の選別装置を用いることで、不良目印のない被検査基板体から選別・分離することができる。

以下、本発明の検査方法の妥当性を確認するために行なった実験結果について説明する。高さ３５〜４０μｍ、直径約８０μｍのフィルドビアを形成した種々の配線基板の中間製品を約１００００個用意し、深さ１５μｍ以上の凹状欠陥を生じているフィルドビアを予め光学顕微鏡により詳細に特定しておいた。次に、図１の検査装置により、ライン照明の角度θを種々に変更しながら１５μｍ以上の凹状欠陥を生じているフィルドビアを特定するとともに、光学顕微鏡観察による検査結果と照合し、照合一致した場合を成功、一致しなかった場合を不成功として検査判定を繰り返した。なお、検査装置の各部の仕様は以下の通りである。
（ラインセンサカメラ）
・ピクセル数：４０９６ピクセル／ライン
・分解能：５μｍ／ピクセル
・焦点距離：１２５ｍｍ
（ライン照明）
・ハロゲン光、集光距離１００ｍｍのレンズを使用。
以上の結果を表１に示す。

上記結果によると、照明の角度θが２０°以上８０°以下のときに検査の成功確率が高く、２０°以上６０°以下では成功確率がさらに高い。そして、２０°以上６０°以下でほぼ１００％の成功確率が得られていることがわかる。

本発明の検査装置の一実施形態を示す正面模式図。 Ｘ−Ｙテーブル状に大判基板ワークをセットした状態を示す模式図。 図１の検査装置の、電気的構成の一例を示すブロック図。 製品別ビア位置データの概念図。 ビア不良判定結果データの概念図。 基板撓み量の測定概念図。 本発明の検査方法の原理説明図。 ビア検査結果のマッピングを行なう概念図。 画像取得処理の流れを示すフローチャート。 図９の初期設定処理の詳細を示すフローチャート。 ビアの良否判定処理の流れを示すフローチャート。 図１１の判定処理の、詳細の第一例を示すフローチャート。 図１１の判定処理の、詳細の第二例を示すフローチャート。 コンフォーマルビアの概念図。 フィルドビア導体とそれを用いたスタックドビアの概念図。 フィルドビア導体への凹状欠陥の発生状況を示す模式図。 本発明の適用対象となる配線基板の断面構造を示す模式図。

符号の説明

１ 検査装置
１２ イメージプロセッシングユニット（画像情報生成手段）
１３ｃ ラインセンサカメラ（撮影装置)
２２ 外部記憶装置（判定結果記憶部）
２５ 照明装置
１００ 配線基板
Ｌ１，Ｌ２ 配線積層部
１３４ｓ フィルドビア導体
ＳＢ１，ＳＢ２‥ 被検査基板体
ＬＢ 照明光
ＰＦ 凹状欠陥
ＤＡ 陰影領域
Ｗ 大判基板ワーク

Claims (11)

1. 金属配線層と高分子材料からなる誘電体層とが交互に積層されるとともに、前記誘電体層を挟んで積層方向に隣接する金属配線層間を、内部が金属充填されたフィルドビア導体により接続した構造の配線積層部を有する配線基板の検査方法であって、
   上面に前記フィルドビア導体の頂面が露出した状態の被検査基板体において、基板主表面法線に対し、その片側から傾斜した角度で入射する照明光により前記フィルドビア導体の頂面領域を照らしながら該頂面領域の画像を撮影し、撮影された画像上の頂面領域に生ずる陰影情報に基づいて、前記フィルドビア導体の金属充填不良により生ずる凹状欠陥の発生状態を検査することを特徴とする配線基板の検査方法。
2. 前記画像上の領域を、前記照明光による照度により、予め定められた閾値を境界として明領域と暗領域とに区分し、前記フィルドビア導体の前記頂面領域に現れている暗領域の面積又は寸法の情報に基づいて、前記凹状欠陥の形成程度に関する判定を行なう請求項１記載の配線基板の検査方法。
3. 前記照明光の前記基板主表面法線に対する傾斜角度を２０°以上８０°以下に設定する請求項１又は請求項２に記載の配線基板の検査方法。
4. 金属配線層と高分子材料からなる誘電体層とが交互に積層されるとともに、前記誘電体層を挟んで積層方向に隣接する金属配線層間を、内部が金属充填されたフィルドビア導体により接続した構造の配線積層部を有する配線基板又はその中間製品からなる被検査基板体を製造する基板製造工程と、
   該被検査基板体を、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の検査方法により検査する検査工程と、
   該検査の結果に基づいて前記被検査基板体を良品と不良品とに選別する選別工程と、
   を有したことを特徴とする配線基板の製造方法。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の検査方法に用いる装置であって、
   前記被検査基板体において、基板主表面法線に対し、その片側から傾斜した角度で入射する照明光により前記フィルドビア導体の頂面領域を照らす照明装置と、
   前記頂面領域の画像を撮影する撮影装置と、
   前記画像の出力装置と、を備えたことを特徴とする配線基板の検査装置。
6. 前記撮影装置は、前記被検査基板体上の撮影領域にて、面内の第一方向に定められた線状の撮影情報を取得するラインセンサカメラと、前記線状の撮影情報の取得位置を選択的に照明するライン照明と、前記撮影領域上にて前記ラインセンサカメラによる撮影位置を、前記面内にて前記第一の方向と直交する第二の方向に走査する撮影走査部と、該走査により順次得られた前記線状の撮影情報を面内に合成して、前記撮影領域に対応した二次元画像情報を得る画像情報生成手段と、を備える請求項５記載の配線基板の検査装置。
7. 撮影された画像上の頂面領域に生ずる陰影情報に基づいて、前記フィルドビア導体の金属充填不良により生ずる凹状欠陥の発生状態を解析する検査解析部を有する請求項５又は請求項６に記載の配線基板の検査装置。
8. 前記検査解析部は、
   前記画像上の領域を、前記照明光による照度により、予め定められた閾値を境界として明領域と暗領域とに区分するとともに、前記フィルドビア導体の前記頂面領域に現れている暗領域の面積又は寸法を演算する暗領域演算手段と、
   前記暗領域の面積又は寸法に基づいて、前記凹状欠陥の形成程度に関する判定を行なう判定手段とを有する請求項７記載の配線基板の検査装置。
9. 前記判定手段は、前記暗領域の面積又は寸法が予め定められた基準値よりも大きい場合に、当該フィルドビア導体を不良として判定する請求項８記載の配線基板の検査装置。
10. 前記フィルドビア導体の被検査基板体上の形成位置情報と、前記フィルドビア導体の良否判定結果とを対応付けて記憶する判定結果記憶部と、
    出力領域上に設定された基板領域の、各フィルドビア導体に対応する位置に、前記良否判定結果をマッピング出力する判定結果出力部とを備える請求項９記載の配線基板の検査装置。
11. 複数の前記被検査基板体が面内に被分離形態で一体化した大判の基板ワークを支持する基板ワーク支持部と、
    前記撮影装置による撮影位置が、前記基板ワーク支持部上の複数の被検査基板体に対して順次移動するように、該基板ワーク支持部を前記撮影装置及び照明装置に対し相対移動させるワーク相対移動部とを備える請求項５ないし請求項１０のいずれか１項に記載の配線基板の検査装置。

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