JP2014059220A - 導電性材料の充填装置及び充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高スループットで適正量の導電性材料を充填することが可能な充填装置及び充填方法を提供する。
【解決手段】Ｘ線検査機能を備えた充填装置１００は、基板Ｓに形成された開口部２０２ａに向けて導電性材料Ｐを吐出することにより開口部２０２ａ内に導電性材料Ｐを充填する吐出部１０と、被吐出位置の開口部２０２ａに向けてＸ線を照射するＸ線照射部２０と、Ｘ線照射部２０との間に開口部２０２ａが介在するように設けられたＸ線検出部３０と、Ｘ線検出部３０で検出された透過Ｘ線に基づき、開口部２０２ａ内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理部４０と、透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき開口部２０２ａ内における導電性材料Ｐの充填状態を判定する制御部５０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体装置やプリント基板などの製造工程で配線を形成するための導電性材料の充填装置及び充填方法に関する。

半導体装置やプリント基板などの作製において、ビアホールなどの開口部内に規定量の導電性材料を充填し、配線を形成する工程では、充填機の吐出量を予め設定しておき、該設定された吐出量で充填が行われていた。導電性材料の充填量が適正であるか否かの判定は、その後に検査工程を設け、Ｘ線検査や導通性の検査、抵抗値の検査などの方法によって事後的に確認が行われていた。例えば、特許文献１では、基板にＸ線を照射し、透過したＸ線量を測定することによって、ビアホール内に充填された導電性ペーストの充填量を検査する手法が提案されている。

また、瓶入り製品や缶入り製品に関するものであるが、特許文献２では、製造ラインを移動する被検体にＸ線を照射し、透過Ｘ線を画像処理して得られる２次元のデジタル画像データに基づいて充填量を算出する方法が提案されている。

特開２０００−５５８３４号公報 特開２００１−９１４８０号公報

従来の手法では、充填工程と切り離した検査工程において、導電性材料の充填量が適正か否かを判定するため、検査工程で充填量の過不足が判明した場合、その後で修復工程が必要になり、スループットが低下したり、製造コストが上昇したりするなどの問題があった。また、充填工程とは別に検査工程を設けることで、検査設備やその設置スペースが必要となるだけでなく、製造期間の長期化や製造コストの上昇を招く一因となっていた。

また、充填工程でリアルタイムに充填状態を把握する手法として、例えば液面センサを用いる方法も知られている。しかし、導電性材料として、例えば溶媒中に金属微粒子を分散させたスラリーを開口部内に充填する場合は、その液量と、最終的に配線となる金属微粒子の量とが一義的に対応しないため、充填量を正確に把握することが困難である、という課題もあった。

本発明の目的は、高スループットで適正量の導電性材料を充填することが可能な導電性材料の充填装置及び充填方法を提供することである。

本発明の導電性材料の充填装置は、被処理体に形成された開口部に対向して配置され、該開口部に向けて導電性材料を吐出することにより該導電性材料を充填する吐出部と、前記開口部が前記吐出部と対向している被吐出位置において、前記開口部に向けてＸ線を照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線照射部との間に前記開口部が介在するように設けられたＸ線検出部と、前記Ｘ線検出部で検出された透過Ｘ線に基づき、前記開口部内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理部と、前記透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき、前記開口部内における前記導電性材料の充填状態を判定する判定手段として機能する制御部と、を備えている。

本発明の導電性材料の充填装置において、前記吐出部は、前記導電性材料を連続的に吐出するものであってもよく、前記Ｘ線照射部は、前記吐出部による吐出が行われている間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行うものであってもよい。

本発明の導電性材料の充填装置において、前記吐出部は、前記導電性材料を非連続的に複数回に分けて吐出するものであってもよく、前記Ｘ線照射部は、前記導電性材料の充填終了までの間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行うものであってもよい。

本発明の導電性材料の充填装置において、前記制御部は、前記合計輝度の数値を所定の基準範囲と比較することによって前記導電性材料の充填状態の判定を行うものであってもよい。

本発明の導電性材料の充填装置において、前記制御部は、前記充填状態の判定結果に基づき、前記吐出部による吐出条件を変更するように制御するものであってもよい。

本発明の導電性材料の充填装置において、前記吐出部は、Ｘ線透過性の材料により形成された吐出ノズルを有していてもよい。

本発明の導電性材料の充填装置において、前記吐出部は、複数の吐出ノズルから複数の開口部へそれぞれ導電性材料を吐出するものであってもよく、前記制御部は、複数の開口部毎に充填状態を判定するものであってもよい。

本発明の導電性材料の充填方法は、被処理体に形成された開口部に対向して配置された吐出部より、前記開口部に向けて導電性材料を吐出する充填工程と、前記開口部が前記吐出部と対向している被吐出位置において、前記開口部に向けてＸ線を照射するＸ線照射工程と、被処理体を透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出工程と、前記検出された透過Ｘ線に基づき、前記開口部内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理工程と、前記透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき、前記開口部内における前記導電性材料の充填状態を判定する判定工程と、を備えている。

本発明の導電性材料の充填方法において、前記吐出部は、前記導電性材料を連続的に吐出するものであってもよく、前記吐出部による吐出が行われている間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行ってもよい。

本発明の導電性材料の充填方法において、前記吐出部は、前記導電性材料を非連続的に複数回に分けて吐出するものであってもよく、前記導電性材料の充填終了までの間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行ってもよい。

本発明の導電性材料の充填方法において、前記判定工程は、前記合計輝度の数値を所定の基準範囲と比較することによって前記導電性材料の充填状態の判定を行ってもよい。

本発明の導電性材料の充填方法は、前記充填状態の判定結果に基づき、前記吐出部による吐出条件を変更するように制御する工程をさらに含んでいてもよい。

本発明の導電性材料の充填装置及び充填方法によれば、Ｘ線を利用して導電性材料の充填状態をリアルタイムで把握できるため、高スループットで適正量の導電性材料を充填することが可能になる。また、導電性材料がスラリー状であっても、液量ではなく、金属成分の量を正確にモニタリングできる。従って、本発明の充填装置及び充填方法を利用することによって、例えば半導体装置やプリント基板などの作製において、開口部内へ導電性材料を高い精度で充填することが可能になり、製品欠陥や導通不良の発生を抑制できるとともに、製品の信頼性を高めることができる。

本発明の一実施の形態に係る充填装置の概略構成図である。 導電性材料の吐出開始前の状態を模式的に示す説明図である。 導電性材料の吐出開始直後の状態を模式的に示す説明図である。 導電性材料を開口部に充填している途中の状態を模式的に示す説明図である。 導電性材料の吐出が終了し、開口部への充填が完了した状態を模式的に示す説明図である。 開口部内における導電性材料の充填状態と透過Ｘ線像と輝度との関係を示す説明図である。 充填装置における導電性材料の吐出方法の一例を示すタイミングチャートである。 充填装置における導電性材料の吐出方法の別の例を示すタイミングチャートである。 充填装置における導電性材料の吐出方法のさらに別の例を示すタイミングチャートである。 導電性材料の充填状態の判定方法の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［充填装置の構成例］
図１は、Ｘ線検査機能を備えた充填装置１００の一例を示す構成図である。充填装置１００は、被処理体としての基板Ｓに形成された開口部２０２ａに向けて導電性材料Ｐを吐出することにより開口部２０２ａ内に導電性材料Ｐを充填する吐出部１０と、開口部２０２ａが吐出部１０と対向している被吐出位置において、開口部２０２ａに向けてＸ線を照射するＸ線照射部２０と、Ｘ線照射部２０との間に開口部２０２ａが介在するように設けられたＸ線検出部３０と、Ｘ線検出部３０で検出された透過Ｘ線に基づき、開口部２０２ａ内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理部４０と、画像処理部で形成された透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき開口部２０２ａ内における導電性材料Ｐの充填状態を判定する制御部５０と、を備えている。

（基板）
基板Ｓは、例えば、支持体２０１と、支持体２０１上に設けられた絶縁層２０２と、絶縁層２０２に設けられた開口部２０２ａを有している。なお、基板Ｓの構成は図示のものに限定されず、例えば複数の絶縁層や金属層が積層された構造であってもよい。基板Ｓとしては、半導体装置の製造に用いる半導体ウエハや、プリント基板の製造に用いる樹脂基板、液晶表示装置の製造に用いるガラス基板などの基板が例示される。基板Ｓの絶縁層２０２には、１つないし複数の開口部２０２ａが形成されている。開口部２０２ａは、例えば多層配線構造において、下層の配線と上層の配線を電気的につなぐビア配線領域として設けられている。充填装置１００は、ビア配線を形成するために、開口部２０２ａへ導電性材料Ｐを充填する目的で使用される。

（吐出部）
吐出部１０は、複数のノズル１１と、これらのノズル１１を装着した供給アーム部材１２と、供給アーム部材１２に接続された導電性材料供給部１３とを備えている。各ノズル１１には、吐出と吐出停止とを切り替えるバルブ（図示省略）が設けられている。供給アーム部材１２は、導電性材料供給部１３から供給される導電性材料Ｐをノズル１１に送る内部配管（図示せず）を有している。ノズル１１は、Ｘ線吸収係数が低い透過性の材料として、例えばポリプロピレン、ポリフルオロエチレンなどの合成樹脂、ガラス、石英などのセラミックスにより形成されている。

導電性材料供給部１３は、導電性材料タンク１３ａと、この導電性材料タンク１３ａと供給アーム部材１２とを接続する配管１３ｂと、配管１３ｂに設けられた開閉バルブ１３ｃとを備えている。なお、導電性材料供給部１３は、流動性の導電性材料Ｐを複数のノズル１１へ向けて効率的に移送するための加圧ポンプなどの圧送手段や供給量調節手段などを備えていてもよい。

導電性材料Ｐとしては、例えば、金、銀、ニッケルなどの金属微粒子を含有する導電性ペーストや、金属微粒子を溶媒中に分散させた導電性スラリーなどを挙げることができる。

（Ｘ線照射部）
Ｘ線照射部２０は、導電性材料Ｐの充填の途中で、開口部２０２ａに向けてＸ線を照射する。Ｘ線は連続的に照射してもよいし、例えばパルス状など非連続的に照射してもよい。

（Ｘ線検出部）
Ｘ線検出部３０は、図示しないＸ線検出器及び撮像デバイスを備えている。Ｘ線検出器には、例えば、Ｘ線センサやＸ線イメージインテンシファイア等を用いることができる。撮像デバイスとしては、例えばＣＣＤイメージセンサなどを用いることができる。Ｘ線検出部３０は、Ｘ線照射部２０との間に開口部２０２ａが介在するように対向して配置されており、Ｘ線照射部２０により照射されたＸ線は、開口部２０２ａを通過し、Ｘ線検出部３０によって検出される。Ｘ線検出部３０では、開口部２０２ａを透過したＸ線が可視光線に変換され、撮像デバイスで撮像されて画像信号を生成する。なお、Ｘ線検出部３０の構成は、前記画像信号を形成できればよく、上記構成に限るものではない。

（画像処理部）
画像処理部４０は、Ｘ線検出部３０で検出された画像信号に基づき、開口部２０２ａ内の２次元の透過Ｘ線像を形成する。画像処理部４０は、例えばＡ／Ｄ変換器４１、補正演算部４２、画像メモリ４３、Ｄ／Ａ変換器４４及びバッファメモリ４５を備えている。画像処理部４０では、Ｘ線検出部３０から出力された画像信号(アナログ値)をＡ／Ｄ変換器４１でデジタル値に変換し、これを補正演算部４２で各種の補正演算処理を行って透過Ｘ線像の画像データを生成する。この画像データは、例えばＸ×Ｙ画素の白黒諧調化されたデータであり、画像メモリ４３に記憶される。なお、画像メモリ４３に記憶された画像データは、Ｄ／Ａ変換器４４でアナログ値に変換し、バッファメモリ４５を介して透過Ｘ線像として制御部５０に送信し、ユーザーインターフェース５２のディスプレイ（図示せず）に表示することもできる。なお、画像処理部４０は、透過Ｘ線像の画像データを生成することができればよく、図１に例示する構成に限るものではない。

（制御部）
充填装置１００を構成する各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。コンピュータ機能を有する制御部５０は、図１に例示したように、ＣＰＵを備えたコントローラ５１と、このコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２と、記憶部５３を備えている。ユーザーインターフェース５２は、図示は省略するが、例えばキーボード等の入力手段や、ディスプレイなどの表示手段を有している。記憶部５３には、充填装置１００で実行される各種処理をコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意の制御プログラムやレシピを記憶部５３から呼び出してコントローラ５１に実行させることで、制御部５０の制御下で、充填装置１００において所望の処理が行われる。

例えば、制御部５０は、画像処理部４０で形成された透過Ｘ線像の画像データをもとに演算処理を行い、導電性材料Ｐの充填量を数値化する。この演算処理は、コントローラ５１が画像メモリ４３に記憶された透過Ｘ線像の画像データから、検出対象範囲内のピクセルの輝度を合計して数値化する方法により行われる。さらに、制御部５０は、上記演算結果の数値に基づき、開口部２０２ａ内における導電性材料Ｐの充填状態を判定する。判定手段としてのコントローラ５１は、例えば作業者がユーザーインターフェース５２から入力した充填量の基準範囲と演算結果の数値とを比較し、開口部２０２ａ内の充填状態について合格、不合格の判定を行う。

なお、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体５４に格納された状態のものを記憶部５３にインストールすることによっても利用できる。コンピュータ読み取り可能な記録媒体５４としては、特に制限はないが、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤなどを使用できる。また、前記レシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

［導電性材料の充填方法］
次に、図２〜図５を参照しながら、充填装置１００において行われる導電性材料Ｐの充填方法について説明する。図２〜図５は、充填装置１００における吐出部１０、Ｘ線照射部２０及びＸ線検出部３０を示す要部拡大図である。図２〜図５において、（ａ）は基板Ｓの断面図、（ｂ）は基板Ｓの上面図である。図２〜図５では、２つの開口部２０２ａと２つのノズル１１を描いているが、開口部２０２ａ及びノズル１１の数は任意である。

本実施の形態の導電性材料の充填方法は、基板Ｓに形成された開口部２０２ａに対向して配置された吐出部１０より、開口部２０２ａに向けて導電性材料Ｐを吐出する充填工程と、開口部２０２ａが吐出部１０と対向している被吐出位置において、開口部２０２ａに向けてＸ線を照射するＸ線照射工程と、基板Ｓを透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出工程と、検出された透過Ｘ線に基づき、開口部２０２ａ内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理工程と、透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき、開口部２０２ａ内における導電性材料の充填状態を判定する判定工程と、を含むことができる。

図２は、導電性材料Ｐの吐出開始前の状態を示している。複数のノズル１１は、絶縁層２０２に形成された複数の開口部２０２ａに位置合わせされている。基板Ｓは、各開口部２０２ａが吐出部１０の各ノズル１１と対向している被吐出位置に配置されている。また、Ｘ線照射部２０とＸ線検出部３０は、基板Ｓを間に介在させた状態で対向して配置されている。つまり、Ｘ線照射部２０から、被吐出位置の基板Ｓに向けてＸ線を照射した場合に、基板Ｓを透過したＸ線をＸ線検出部３０で検出できるように位置合わせされている。図３は、導電性材料Ｐの吐出を開始した直後の状態を模式的に示している。複数のノズル１１からは、導電性材料Ｐの吐出が開始されているが、開口部２０２ａ内には導電性材料Ｐは未だ充填されていない。図４は、図３の状態から吐出を継続し、開口部２０２ａの高さの１／２程度まで導電性材料Ｐが充填された充填途中の状態を示している。図５は、導電性材料Ｐの充填が完了し、開口部２０２ａが導電性材料Ｐで満たされた状態を示している。なお、ノズル１１からの導電性材料Ｐの吐出は、連続的であってもよいし、非連続的であってもよい。

充填装置１００では、図３の状態から図５の状態に至るまでの間に、被吐出位置に配置された基板Ｓに対し、連続的又は非連続的にＸ線照射部２０からＸ線３００を照射し、Ｘ線検出部３０で検出を行うことによって、開口部２０２ａ内における導電性材料Ｐの充填状態を把握することができる。その原理について、図６を参照して説明する。図６の上段は開口部２０２ａの断面図、中段は開口部２０２ａの透過Ｘ線像、下段は透過Ｘ線像を元に演算処理して得られた輝度（Ｉ）のヒストグラムを示している。図６中の（Ａ）は充填前の状態（図２と同様の状態）、同（Ｂ）は開口部２０２ａの高さの１／２程度まで導電性材料Ｐが充填された状態（図４と同様の状態）、同（Ｃ）は導電性材料Ｐの充填が完了し、開口部２０２ａが導電性材料Ｐで満たされた状態（図５と同様の状態）、同（Ｄ）は開口部２０２ａの容積を超えて導電性材料Ｐの充填が行われた過充填の状態を示している。

画像処理部４０で形成された開口部２０２ａを含む領域のＸ線透過像は、図６の中段に示したように、例えばＸ軸（Ｘ０〜Ｘ９）、Ｙ軸（Ｙ０〜Ｙ９）の１００ピクセルに区分けして白黒諧調化された画像データとして画像メモリ４３に記憶されている。この画像データを基に、制御部５０のコントローラ５１は、各ピクセルの輝度（Ｉ）から、数値化された合計輝度（Ｉ_ｔ）を求める。例えば、図６の（Ａ）の導電性材料Ｐの充填前の状態では、Ｘ線透過像の輝度（Ｉ）が下段のヒストグラムに示されるように分布している。そして、Ｘ線透過像の合計輝度（Ｉ_ｔ）は、例えば下式のように計算される。
Ｉ_ｔ＝２００×５０ピクセル＋２１０×２５ピクセル＋２２０×２５ピクセル＝２０７５０
同様にして、図６（Ｂ）の導電性材料Ｐが充填途中の状態では、Ｘ線透過像の合計輝度（Ｉ_ｔ）は、例えば下式のように計算される。
Ｉ_ｔ＝１１０×２５ピクセル＋１２０×５０ピクセル＋２２０×２５ピクセル＝１４２５０
また、図６（Ｃ）の導電性材料Ｐの充填完了状態では、Ｘ線透過像の合計輝度（Ｉ_ｔ）は、例えば下式のように計算される。
Ｉ_ｔ＝３０×２５ピクセル＋４０×５０ピクセル＋２２０×２５ピクセル＝８２５０
また、図６（Ｄ）の導電性材料Ｐが過充填の状態では、Ｘ線透過像の合計輝度（Ｉ_ｔ）は、例えば下式のように計算される。
Ｉ_ｔ＝１０×５０ピクセル＋２０×２５ピクセル＋５０×２５ピクセル＝２２５０

このように、透過Ｘ線像を白黒諧調化し、対象範囲内のピクセルの合計輝度（Ｉ_ｔ）を求める方法を採用することによって、比較的簡単な演算処理で開口部２０２ａでの導電性材料Ｐの充填状態を瞬時に数値化して把握することができる。また、導電性材料Ｐがスラリー状であっても、液量ではなく、金属成分の充填量を正確に把握できる。そして、本実施の形態では、得られたＸ線透過像の合計輝度（Ｉ_ｔ）を予め設定されている基準範囲と比較することによって、導電性材料Ｐの充填状態の判定を行うことができる。ここで、基準範囲は、例えば図６（Ｃ）に示した導電性材料Ｐの充填完了状態の合計輝度（Ｉ_ｔ）を基準に、一定の幅をもって設定することができる。より具体的には、実験的に確認された正常な充填完了状態の合計輝度（Ｉ_ｔ）が例えば８２５０であるとすると、例えば８０００±５００の範囲内を基準範囲として設定し、この範囲内であれば「正常な充填状態」と判定することができる。この場合、算出された合計輝度（Ｉ_ｔ）が８５００を超える値のときは、開口部２０２ａ内の導電性材料Ｐが充填不足の可能性があり、７５００未満の値のときは、導電性材料Ｐが過充填の可能性がある。このように、本実施の形態では、数値化された合計輝度（Ｉ_ｔ）を利用することによって、極めて迅速な判定が可能であり、ノズル１１から導電性材料Ｐを吐出している間に、ほぼ同時に充填状態の判定を行うことができる。また、Ｘ線検出部３０で複数の開口部２０２ａ毎に画像信号を生成し、それらを画像処理部４０で個別に処理することによって、コントローラ５１は、複数の開口部２０２ａ毎に充填状態を判定することができる。

上記のとおり、ノズル１１からの導電性材料Ｐの吐出は、連続的でも非連続的でもよく、充填装置１００におけるＸ線照射部２０からのＸ線３００の照射も連続的又は非連続的に行うことができる。図７Ａ〜７Ｃは、充填装置１００において行われる導電性材料の吐出方法を例示している。図７Ａは、ノズル１１から、導電性材料Ｐを連続して吐出することにより、原則として１回の吐出動作で開口部２０２ａ内に導電性材料Ｐの充填を行う連続充填方式を示している。図７Ｂは、ノズル１１から、複数回にわたり非連続的に一定量の導電性材料Ｐを吐出することにより、開口部２０２ａ内に導電性材料Ｐの充填を行う非連続充填方式を示している。図７Ｃは、１回の吐出における吐出時間及び吐出量を変化させて複数回吐出することにより、開口部２０２ａ内に導電性材料Ｐの充填を行うランダム充填方式を示している。図７Ａ〜７Ｃにおいて、吐出状態を示す矩形の山の高さは、導電性材料Ｐの吐出量の大きさを示しており、矩形の山の中に記載された数字は、吐出回数を示している。

（連続充填方式）
図７Ａに示した連続充填方式では、予め記憶部５３に保存されたレシピに従って、第１回目の吐出時間及び吐出量が設定されている。図７Ａでは、ノズル１１から導電性材料Ｐを連続的に吐出している間、連続的にＸ線照射を行い、上記のような判定結果を得ることができる。すなわち、本実施の形態では、透過Ｘ線像を輝度（Ｉ）によって数値化しているため、演算処理が簡易で負荷が少なく、基準範囲との比較も容易であるため、導電性材料Ｐの充填途中でも吐出動作にほぼ同期させて判定結果を入手できるため、リアルタイムで導電性材料Ｐの充填状態のモニタリングが可能になる。

図８は、図７Ａに示した充填方法において、コントローラ５１において行われる導電性材料Ｐの充填状態の判定方法の手順の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１で、充填状態判定手段として機能するコントローラ５１は、画像メモリ４３からＸ線照射によって得られた透過Ｘ線像の画像データを取得する。次に、ステップＳ２でコントローラ５１は、画像データに含まれる各ピクセルの輝度（Ｉ）から、合計輝度（Ｉ_ｔ）を求める。次に、ステップＳ３では、ステップＳ２で得られた合計輝度（Ｉ_ｔ）を基準範囲と比較する。ステップＳ３で、合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲内である（Ｙｅｓ）ときは、ステップＳ４において正常に導電性材料Ｐの充填が完了した、と判定される。この場合、図示は省略するが、コントローラ５１は、吐出部１０へ制御信号を送出し、導電性材料Ｐの吐出動作を終了するように指示する。具体的には、例えば各ノズル１１に設けられたバルブ（図示省略）を閉じるように制御する。また、コントローラ５１は、Ｘ線照射部２０に対し、Ｘ線照射を停止するように制御信号を送出する。

一方、ステップＳ３で、合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲内でない（Ｎｏ）ときは、ステップＳ５で導電性材料Ｐが充填不足である、と判定される。この場合、図８に例示する判定方法では、過充填の可能性は考慮しなくてもよいため、ステップＳ１に戻り、再度、ステップＳ１〜ステップＳ３までの手順を実行する。このステップＳ１〜ステップＳ３までの手順は、ノズル１１からの吐出が継続している間、ステップＳ３で合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲内である（Ｙｅｓ）と判定されるまで繰り返される。以上の充填状態の判定は、開口部２０２ａ毎に行うことができる。なお、ステップＳ３では、基準範囲として、所定のしきい値を用い、合計輝度（Ｉ_ｔ）がしきい値以下である場合に充填完了と判定してもよい。

また、図７Ａに示す例において非連続的にＸ線照射を行う場合、導電性材料Ｐの吐出が終了した例えば時間ｔ_ａ２のタイミングでＸ線照射を行い、最終的な充填状態の判定を行うことができる。この場合、算出された合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲内である場合は、正常に導電性材料Ｐの充填が完了したと判定できる。また、合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲を上回る値のときは、開口部２０２ａ内の導電性材料Ｐが充填不足と判定し、基準範囲を下回る値のときは、導電性材料Ｐが過充填されたと判定することができる。判定結果が充填不足となった場合、例えばコントローラ５１は、導電性材料Ｐの充填量を適正範囲に引き上げるために、吐出部１０へ指令信号を送出し、図７Ａにおいて破線で示すように、追加して第２回目の吐出を行うように制御することができる。また、判定結果が過充填となった場合、例えばコントローラ５１は、当該開口部２０２ａが導電性材料Ｐの過充填であることをユーザーインターフェース５２のディスプレイに表示したり、充填工程における管理情報として、記憶部５３に保存しておくことができる。

また、図７Ａに示す例において非連続的にＸ線照射を行う場合、時間ｔ_ａ２のタイミングに加え、それより前の時間ｔ_ａ１のタイミング（複数でもよい）でもＸ線照射を行うことによって、導電性材料Ｐの充填途中での充填状態をモニターすることができる。この場合は、正常な吐出動作における時間ｔ_ａ１での導電性材料Ｐの充填量の実験値を基に基準範囲を設定しておき(時間ｔ_ａ１における基準範囲）、該基準範囲を参照することによって予備的な判定を行うことができる。この予備的な判定は、基準範囲として、時間ｔ_ａ１における基準範囲を用い、ステップＳ４を「時間ｔ_ａ１における適正量を充填完了」と読み替える以外は、図８と同様の手順で導電性材料Ｐの充填状態の判定を行うことができる。このように、充填途中での予備的な判定を実施することによって、吐出部１０における吐出異常などを早期に検出することができる。

（非連続充填方式）
図７Ｂに示した一定量の吐出を複数回間欠的に繰り返す非連続充填方式では、予め記憶部５３に保存されたレシピに従って、第１〜第６回目までの吐出時間及び吐出量が均等になるように設定されている。この場合も、所定回数の吐出を繰り返している間、連続的にＸ線照射を行い、図８と同様の手順で導電性材料Ｐの充填状態の判定を行うことができる。

また、図７Ｂに示す例において非連続的にＸ線照射を行う場合、所定回数（図７Ｂの例では第６回目）の吐出が終了した例えば時間ｔ_ｂ２のタイミングでＸ線照射を行い、最終的に導電性材料Ｐの充填状態の判定を行うこともできる。この判定は、図７Ａの場合と同様に、合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲内である場合は正常に導電性材料Ｐの充填が完了したと判定し、基準範囲を上回る値のときは充填不足と判定し、基準範囲を下回る値のときは過充填と判定することができる。判定結果が充填不足となった場合、例えばコントローラ５１は、導電性材料Ｐの充填量を適正範囲に引き上げるために吐出部１０へ指令信号を送出し、図７Ｂに破線で示すように、追加して第７回目以降の吐出を行うように制御することができる。判定結果が過充填となった場合、例えばコントローラ５１は、当該開口部２０２ａで導電性材料Ｐが過充填であることをユーザーインターフェース５２のディスプレイに表示したり、充填工程における管理情報として、記憶部５３に保存しておくことができる。

さらに、図７Ｂに示す例において非連続的にＸ線照射を行う場合、時間ｔ_ｂ２のタイミングに加え、それより前の時間ｔ_ｂ１のタイミング（複数でもよい）でもＸ線照射を行うことによって、導電性材料Ｐの充填途中で、充填状態をモニターすることができる。この場合は、正常な吐出動作における時間ｔ_ｂ１での導電性材料Ｐの充填量（第３回目の吐出動作終了時点の導電性材料Ｐの充填量）の実験値を基に、判定に用いる基準範囲として、時間ｔ_ｂ１における基準範囲を用いることができる。このように、充填途中での予備的な判定を実施することによって、吐出部１０における吐出異常などを早期に検出することができる。

（ランダム充填方式）
図７Ｃは、１回の吐出における吐出時間及び吐出量を変化させて複数回にわたり導電性材料Ｐを吐出することにより、開口部２０２ａ内に導電性材料Ｐの充填を行う方法を示している。図７Ｃに示した例では、第１回目の吐出時間及び吐出量と、第２回目及び第３回目の吐出時間と、第４回目及び第５回目の吐出量を、予め記憶部５３に保存されたレシピに従って変化させている。この場合も、所定回数の吐出を繰り返している間、連続的にＸ線照射を行い、図８と同様の手順で導電性材料Ｐの充填状態の判定を行うことができる。

また、図７Ｃに示す例において非連続的にＸ線照射を行う場合、所定回数の吐出が終了した例えば時間ｔ_ｃ３のタイミングでＸ線照射を行い、導電性材料Ｐの充填状態の最終的な判定を行うことができる。この判定は、図７Ａの場合と同様に、合計輝度（Ｉ_ｔ）が基準範囲内である場合は正常に導電性材料Ｐの充填が完了したと判定し、基準範囲を上回る値のときは充填不足と判定し、基準範囲を下回る値のときは過充填と判定することができる。判定結果が充填不足となった場合、例えばコントローラ５１は、導電性材料Ｐの充填量を適正範囲に引き上げるために、吐出部１０へ指令信号を送出し、図７Ｃに破線で示すように、追加して第６回目以降の吐出を行うように制御することができる。判定結果が過充填となった場合、例えばコントローラ５１は、当該開口部２０２ａで導電性材料Ｐが過充填であることをユーザーインターフェース５２のディスプレイに表示したり、充填工程における管理情報として、記憶部５３に保存しておくことができる。

さらに、図７Ｃに示す例において非連続的にＸ線照射を行う場合、時間ｔ_ｃ３のタイミングに加え、それより前の時間ｔ_ｃ１及び時間ｔ_ｃ２のタイミング（３回以上でもよい）でもＸ線照射を行うことによって、導電性材料Ｐの充填途中での充填状態をモニターすることができる。この場合は、正常な吐出動作における時間ｔ_ｃ１及び時間ｔ_ｃ２における導電性材料Ｐの充填量（第１回目及び第３回目の吐出動作終了時点の導電性材料Ｐの充填量）の実験値を基に、判定に用いる時間ｔ_ｃ１における基準範囲及び時間ｔ_ｃ２における基準範囲を設定しておくことができる。このように、充填途中で予備的な判定を実施することによって、吐出部１０における吐出異常などを早期に検出することができる。

また、充填装置１００では、記憶部５３に保存されたレシピに従って行われる固定的な吐出動作の代わりに、Ｘ線照射による判定結果に応じて、吐出動作を制御することも可能である。例えば図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明すると、充填途中の時間ｔ_ａ１又は時間ｔ_ｂ１のタイミングでＸ線照射を行い、その時点の導電性材料Ｐの充填量を上記と同様の手順で把握する。次に、コントローラ５１は、時間ｔ_ａ１又は時間ｔ_ｂ１から、設定された基準範囲に達するまでの残りの吐出時間や吐出回数を推算する。この推算結果を元に、コントローラ５１は、予め設定された吐出の終点（全吐出時間又は全吐出回数）を補正する。例えば、図７Ａの場合は、コントローラ５１が第１回目の吐出の時間を延長又は短縮するように吐出部１０へ制御信号を送出することができる。また、図７Ｂの場合は、コントローラ５１が吐出回数を増加又は減少するように吐出部１０へ制御信号を送出することができる。このような制御は、例えば環境温度、環境湿度の変化や、ノズル１１を含む充填装置１００の不具合などによって、１回の吐出における吐出量に変動が生じた場合に、その変動による導電性材料Ｐの充填量の誤差を充填途中で修正して最終的に適正量を充填できるので、精密な充填を行う上で有利である。なお、このような制御は、Ｘ線照射を連続的に行い、任意のタイミングでの判定結果に基づいて実施することも可能である。

また、充填装置１００では、記憶部５３に保存されたレシピに従って行われる固定的な吐出動作の代わりに、Ｘ線照射による判定結果に応じて、その後の吐出時間、吐出量及び吐出回数を変化させるように制御を行うこともできる。図７Ｃを用いて説明すると、例えば、時間ｔ_ｃ１におけるＸ線照射での導電性材料Ｐの充填量の判定結果に基づき、第２回目以降の吐出量及び吐出時間を決定することができる。また、時間ｔ_ｃ２における判定結果に基づき、さらに第４回目以降の吐出量及び吐出時間を決定することができる。図７Ｃに例示する吐出パターンに沿って具体的に説明すると、第１回目の吐出で吐出量及び吐出時間を多めに設定しておき、時間ｔ_ｃ１における判定結果に応じて、第２回目及び第３回目の吐出は、第１回目の吐出に比べ吐出時間のみが短くなるように変化させて吐出動作を行い、さらに、時間ｔ_ｃ２における判定結果に基づき、第４回目及び第５回目の吐出では、１回あたりの吐出量が第２回目及び第３回目の吐出に比べ少なくなるように変化させて吐出動作を行うことができる。このようにすれば、例えば、第１回目の吐出動作で設定充填量の６０％を目安に導電性材料Ｐの充填を行い、第２回目、第３回目の吐出動作で設定充填量の９０％までの充填を行い、第４回目以降の吐出動作で設定充填量に達するまで少量の吐出を繰り返す、というような充填方法が可能である。つまり、導電性材料Ｐの充填初期は連続充填モードで高速充填を行い、Ｘ線照射によるリアルタイムのモニタリング結果に応じて、充填中期は非連続充填モード、充填後期は微調整充填モードに変化させて充填を行うことができるため、スループットを高めながら、設定充填量に近い精密充填を行うことができる。また、Ｘ線照射によるリアルタイムのモニタリング結果に応じて吐出動作を変化させていくことによって、例えば環境温度、環境湿度の変化や、ノズル１１を含む充填装置１００の不具合などが発生している場合でも、適正量の導電性材料Ｐを充填することができる。なお、このような制御は、Ｘ線照射を連続的に行い、任意のタイミングでの判定結果に基づいて実施することも可能である。

以上のように、Ｘ線照射によるリアルタイムのモニタリングにより、ノズル１１からの吐出動作自体を最適化するフィードバック制御が可能になり、より迅速かつ精密な導電性材料Ｐの充填が可能になる。

本実施の形態の充填装置１００では、Ｘ線３００を利用して開口部２０２ａへの導電性材料Ｐの充填状態をリアルタイムで把握できるため、高スループットで適正量の導電性材料Ｐを充填することが可能になる。また、導電性材料Ｐがスラリー状であっても、液量ではなく、金属成分の量を正確にモニタリングできる。従って、本実施の形態の充填装置１００及びそれを用いた充填方法によって、例えば半導体装置やプリント基板などの作製において、開口部２０２ａ内へ導電性材料Ｐを高い精度で充填することが可能になり、欠陥や不良の発生を抑制できるとともに、製品の信頼性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、導電性材料Ｐを微細なドットとして吐出するインクジェット方式の充填方法にも適用できる。

１０…吐出部、１１…ノズル、１２…供給アーム部材、１３…導電性材料供給部、１３ａ…導電性材料タンク、１３ｂ…配管、１３ｃ…開閉バルブ、２０…Ｘ線照射部、３０…Ｘ線検出部、４０…画像処理部、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…補正演算部、４３…画像メモリ、４４…Ｄ／Ａ変換器、４５…バッファメモリ、５０…制御部、５１…コントローラ、５２…ユーザーインターフェース、５３…記憶部、５４…記録媒体、１００…充填装置、２０１…支持体、２０２…絶縁層、２０２ａ…開口部、Ｐ…導電性材料、Ｓ…基板

Claims (12)

1. 被処理体に形成された開口部に対向して配置され、該開口部に向けて導電性材料を吐出することにより該導電性材料を充填する吐出部と、
   前記開口部が前記吐出部と対向している被吐出位置において、前記開口部に向けてＸ線を照射するＸ線照射部と、
   前記Ｘ線照射部との間に前記開口部が介在するように設けられたＸ線検出部と、
   前記Ｘ線検出部で検出された透過Ｘ線に基づき、前記開口部内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理部と、
   前記透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき、前記開口部内における前記導電性材料の充填状態を判定する判定手段として機能する制御部と、
   を備えた導電性材料の充填装置。
2. 前記吐出部は、前記導電性材料を連続的に吐出するとともに、前記Ｘ線照射部は、前記吐出部による吐出が行われている間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行う請求項１に記載の充填装置。
3. 前記吐出部は、前記導電性材料を非連続的に複数回に分けて吐出するとともに、前記Ｘ線照射部は、前記導電性材料の充填終了までの間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行う請求項１に記載の充填装置。
4. 前記制御部は、前記合計輝度の数値を所定の基準範囲と比較することによって前記導電性材料の充填状態の判定を行う請求項１から３のいずれか１項に記載の充填装置。
5. 前記制御部は、前記充填状態の判定結果に基づき、前記吐出部による吐出条件を変更するように制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の充填装置。
6. 前記吐出部は、Ｘ線透過性の材料により形成された吐出ノズルを有している請求項１から５のいずれか１項に記載の充填装置。
7. 前記吐出部は、複数の吐出ノズルから複数の開口部へそれぞれ導電性材料を吐出するとともに、前記制御部は、複数の開口部毎に充填状態を判定する請求項１から６のいずれか１項に記載の充填装置。
8. 被処理体に形成された開口部に対向して配置された吐出部より、前記開口部に向けて導電性材料を吐出する充填工程と、
   前記開口部が前記吐出部と対向している被吐出位置において、前記開口部に向けてＸ線を照射するＸ線照射工程と、
   被処理体を透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出工程と、
   前記検出された透過Ｘ線に基づき、前記開口部内の白黒諧調化された２次元の透過Ｘ線像を形成する画像処理工程と、
   前記透過Ｘ線像を構成する各ピクセルの輝度から合計輝度を求め、該合計輝度に基づき、前記開口部内における前記導電性材料の充填状態を判定する判定工程と、
   を備えた導電性材料の充填方法。
9. 前記吐出部は、前記導電性材料を連続的に吐出するとともに、前記吐出部による吐出が行われている間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行う請求項８に記載の充填方法。
10. 前記吐出部は、前記導電性材料を非連続的に複数回に分けて吐出するとともに、前記導電性材料の充填終了までの間に、連続的もしくは非連続的にＸ線照射を行う請求項８に記載の充填方法。
11. 前記判定工程は、前記合計輝度の数値を所定の基準範囲と比較することによって前記導電性材料の充填状態の判定を行う請求項８から１０のいずれか１項に記載の充填方法。
12. 前記充填状態の判定結果に基づき、前記吐出部による吐出条件を変更するように制御する工程をさらに含む請求項８から１１のいずれか１項に記載の充填方法。

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