JP3067287B2 - 多層基板検査法 - Google Patents

多層基板検査法

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JP3067287B2 JP3176617A JP17661791A JP3067287B2 JP 3067287 B2 JP3067287 B2 JP 3067287B2 JP 3176617 A JP3176617 A JP 3176617A JP 17661791 A JP17661791 A JP 17661791A JP 3067287 B2 JP3067287 B2 JP 3067287B2
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、産業用の非破壊検査法
に関し、特に多層基板検査法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プリント基板の検査は一般に、X線の発
生装置とX線検出器からなる装置を用いて、そのプリン
ト基板のX線透画過像を視認して行われている。多層基
板の場合も同様にX線透過画像を調べることにより行わ
れている。また、X線発生器とX線検出器を同期して移
動させながら複数のX線透過データを測定し、このデー
タから、基板の断層像を得て、これを再構成し、1層ご
との透過画像を求める方法が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】多層基板の単純なX線
透過像は、全ての層を透過した後のX線量により構成さ
れるため、各層のパターンが重なった画像となるため判
別しにくい。また、各層ごとの樹脂と金属よりなる導電
層部を別々に表示することができない。断層撮影を行う
には、X線発生器とX線検出器を同期して複雑に移動す
る装置が必要になる。
【0004】本発明は、上記課題に鑑み、多層基板の一
層ごとのX線透過像を得るのに、X線透過検査装置の構
成を簡素化できる、多層基板検査方法を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】放射線発生器と放射線検
出器とデータ演算器と画像表示装置を用いる多層基板検
査検査法において、測定対象となる多層基板の各層を構
成する材料の減弱係数と前記各層の各々の厚さの積から
なる放射線吸収量の計算値と、前記多層基板を透過した
放射線の透過強度の測定値とを用いて、前記各層ごとの
放射線の透過強度を算出し、前記多層基板の前記各層ご
との放射線透過予測画像を構成する。さらに、放射線発
生器から放射される放射線を2つのエネルギースペクト
ルに分離し、検査対象となる多層基板を透過した放射線
を測定する放射線検出器が前記放射線のエネルギーを識
別することが可能な放射線検出器を用いる多層基板検査
法において、測定対象となる多層基板の各層を構成する
材料の減弱係数と前記各層の各々の厚さの積からなる前
記2つのエネルギースペクトルごとの放射線吸収量の計
値および前記減弱係数と、前記多層基板を透過した放
射線の前記エネルギースペクトルごとの透過強度の測定
値とを用いて、前記各層ごとの前記放射線のエネルギー
スペクトルごとの透過強度を算出し、さらに前記多層基
板の前記各層ごとの導電層のみあるいは樹脂層のみの放
射線透過予測画像を構成する。
【0006】
【作用】断層撮影のための駆動装置を必要とせずにX線
の単純透過量測定から、多層基板の1層ごとのX線透過
像が得られる。また、各層の導電層、樹脂層各々のパタ
ーンを得ることができる。
【0007】
【実施例】以下本発明を、実施例にもとづき説明する。
【0008】(実施例1) 図1に本実施例の検査法を具現化した検査装置の構成を
示す。X線発生器1からはファンビームX線2が放射さ
れ、これと同期してCdTe多チャンネル型X線検出器
3を走査することにより、データ演算器8を介して画像
表示装置4に2次元のX線透過像が表示される。CdT
e多チャンネル型X線検出器3のチャンネルピッチは2
00μmであり、走査ピッチを200μmとした。X線
透過画像は、検査対象の4層からなる多層基板5を透過
したX線光子のカウント数の大小により構成される。検
査の対象となる多層基板のパターン構成は設計からわか
る。
【0009】図2は本実施例で検査を行った多層基板の
各層の座標x1での断面図である。ガラスエポキシ樹脂
6に導電層として、Cuパターン7が接着してある。
【0010】一般に、あるエネルギーEkeVをもつX
線光子の物体を透過強度は、(数1)で表される。
【0011】
【数1】
【0012】ここで、Iは透過強度、I0は照射強度、
μEはエネルギーEにおける物体の減弱係数、Tは物体
の厚さである。
【0013】したがって、多層基板5の各点でのX線に
対する(数2)で示されるようなX線の吸収量に相当す
る値kEを求めればよい。
【0014】
【数2】
【0015】X線発生器1から照射されるファンビーム
X線2のスペクトルは,図3に示すように、40keV
の範囲でX線光子が分布している。図中、エネルギーE
keVにおけるX線強度はI0Eである。
【0016】1〜40keVまでの導電層部の金属のエ
ネルギーEの光子に対する減弱係数、μmE、ガラスエポ
キシ樹脂のエネルギーEの光子に対する減弱係数μpE
1keVごとに求めた。これらは、導電層であるCuパ
ターン7、ガラスエポキシ樹脂6を構成する各々の元素
の重量組成比を利用して計算した。
【0017】検査対象となる多層基板5の平面を200
μmごとに分割し、(x,y)座標で位置づけた。
【0018】次に、n層目の位置(x、y)におけるX
線吸収量に相当する値knE(x、y)をそれぞれ求め
た。knE(x、y)は(数3)で示される。
【0019】
【数3】
【0020】ここで、Tnm(x,y)、Tnp(x,y)はそれぞれ
n層の導電層部Cuの厚さ、ガラスエポキシ樹脂の厚さ
であり、knmE(x,y)、knpE(x,y)はそれぞれn層の導電
層部、ガラスエポキシ樹脂部のX線吸収量である。
【0021】図2中の1層目の点(x1、y1)では、
1m(x1,y1)、T1p(x1,y1)はそれぞれT1m、T1p、(x
1、y2)においてはT1m(x1,y2)、T1p(x1,y2)は0、
1pとなる。
【0022】以上のknE(x、y)と(x,y)におけ
るX線透過強度の測定値Is(x、y)から、各層ごと
のX線透過強度の測定データIn(xy)を以下のようにし
て求めることができる。
【0023】検査対象となる多層基板5の全層を透過し
たのち、測定されたエネルギーEのX線の強度IsE(xy)
は、
【0024】
【数4】
【0025】で表される。
【0026】各層ごとにX線を照射した場合のエネルギ
ーE(keV)における透過X線強度は以下のように表
される。
【0027】
【数5】
【0028】えば、2層目のみのX線透過強度の測定
データI2E(x,y)
【0029】
【数6】
【0030】表わされる。
【0031】(数4)と(数5)から、2層目のみのエ
ネルギーE(keV)におけるX線透過強度は測定した
X線透過強度IsE(x,y)を用いて(数)のように表すこ
とができる。
【0032】
【数7】
【0033】X線管から放射されるX線のすべてのエネ
ルギー帯については、(数7)を用いて得られた、各エ
ネルギーにおける2層目のみの透過強度を加算して得
る。後述するように、透過X線をパルス計測することに
より、パルス波高を弁別し、パルス波高ごとのパルス数
を求めることにより、各エネルギーにおける透過X線強
度を計測でき、各エネルギーごとのパルス数の総和を求
めることで、全エネルギー範囲のX線強度を求めること
ができる。以上から、全層を透過したX線強度と基板を
構成する導電層と樹脂層の材料と厚さから求まる吸収量
により、各層ごとの透過X線量を算出できる。
【0034】この結果のI2(x,y)を画像表示装置
4に表示し、2層目のパターンを確認することができ
た。
【0035】(数)からわかるように、n層目のみの
X線透過強度を得るには、n層めをのぞくX線吸収量に
相当する値knE(x,y)を加算した値の指数関数に測
定したX線強度を乗算することにより得られる。
【0036】knE(x,y)は、検査対象となる多層基
板の設計時の材料組成や厚さから求めることができるた
め、各層ごとのX線透過量は(数)により計算であら
かじめ求められる。この値と、測定したX線透過強度か
例えば(数)により求めた値を各点において比較す
ることで基板が設計通りであるかどうかを検査すること
ができた。
【0037】この様にして、1層目から4層目までの各
層のX線画像を順次表示し、パターンを確認した。
【0038】X線検出器として用いたCdTe多チャン
ネル型検出器は、X線光子エネルギーに比例した波高の
パルスを出力するため、X線管から出力されるエネルギ
ーに対応した波高のパルスを計数し加算していくことに
より、(数)、(数)、(数)で表したような全
エネルギー範囲についての計測が可能である。
【0039】X線検出器としては、シンチレータアレ
イ、CCD、蛍光体とCCDを組合せた検出器なども用
いることができる。
【0040】また、X線発生器の代わりに、γ線を照射
することによっても行なうことができる。
【0041】(実施例2) 本実施例では、各層の導電層ごと、樹脂層ごとの画像を
得る方法について説明する。
【0042】図4に本実施例で用いたX線のスペクトル
を示す。X線は、20keVで2つのスペクトルに分離
されている。この分離はX線発生器の照射口に、kエッ
ジフィルタを設置することにより行なった。kエッジフ
ィルタはMoを用いた。ここでは、20keV以下のX
線スペクトルをスペクトルL、20keV以上のX線ス
ペクトルをスペクトルHと呼ぶことにする。
【0043】X線検出器としては、1つのチャンネルが
図5に示す構成のCdTe多チャンネル型検出器を用い
た。この検出器は、入射したX線光子のエネルギーを識
別することができ、入射光子のエネルギーに比例した波
高のパルスを出力する。
【0044】CdTe16の1つのチャンネルの増幅器
15からの出力パルスは、2つのパルス波高の比較器1
1、12により、弁別されたのち、計数器13、14に
より計数される。比較器11では、電圧V1より大きな
パルス波高をもつパルスが入力された場合に、パルスを
出力し、これが、計数器13で計数される。比較器12
では、電圧V2より大きなパルス波高をもつパルスが入
力された場合に、パルスを出力し、これが、計数器14
で計数される。
【0045】従って、V1を検出器のノイズレベルより
わずかに高い値に設定し、V2をX線の分離エネルギー
に相当するパルスの波高値、すなわち20keVに相当
する波高の電圧に設定することにより、エネルギー帯
L,Hにある光子の数、すなわち透過X線強度をそれぞ
れ計数器13、14により同時に計数することができ
る。
【0046】以上のようなX線発生器とX線検出器によ
り、実施例1と同様な多層基板のX線透過強度を2次元
測定し、エネルギー帯Lにあるエネルギーの光子の透過
強度の測定値をIsL(x,y)、エネルギー帯Hにある
エネルギーの光子の透過強度の測定値IsH(x,y)を
得た。それぞれ以下の(数11)(数12)で表すこと
ができる。
【0047】
【数8】
【0048】
【数9】
【0049】ここで、knL(xy)、knH(xy)は、エネル
ギー帯LとHにおけるX線吸収量に相当し、(数3)と
同じく基板を構成する減弱係数と厚さから求められる。
測定対象となる基板の減弱係数は、基板を構成する原子
のエネルギー帯LとHの実効エネルギーにおける減弱係
数を用いて求めことができる。
【0050】各層ごとにX線を照射した場合のエネルギ
ー帯LとHにおける透過X線強度は以下のように表され
る。
【0051】
【数10】
【0052】
【数11】
【0053】例えば、2層目のみのX線透過強度の測定
データI2L(x,y)、I2H(x,y)は、
【0054】
【数12】
【0055】
【数13】
【0056】で表わされる。
【0057】(数)、(数)と(数12)、(数
)から、2層目のみのエネルギー帯Lとエネルギー帯
におけるX線透過強度は測定したX線透過強度I
sE(x,y)を用いて(数14)、(数15)のように表す
ことができる。
【0058】
【数14】
【0059】
【数15】
【0060】エネルギー20keVまでのエネルギー帯
L、20keVから40keVまでのエネルギー帯H、
それぞれについて、各層ごとのX線透過強度InL(x,
y)、InH(x,y)をこのようにしてIsL(x,
y)、IsH(x,y)を用いて算出できた。 これによ
り、異なるエネルギースペクトルを持つX線による各層
ごとの透過画像が画像表示装置に表示できた。
【0061】以上のようにして求めた各層ごとのX線透
過強度から、エネルギー差分法を用いて、各層の導電層
のみのX線吸収量に相当する値、樹脂層のみのX線吸収
量に相当する値を算出して画像として表示し、導電層の
パターンを目視検査できる。
【0062】ここでは、第2層の導電層パターンを表示
する方法について述べる。(数12)、(数13)の両
辺の対数を取ると
【0063】
【数16】
【0064】
【数17】
【0065】この(数16)、(数17)からT2pを消
去して、2層目の導電層の厚さをT2mを求めることがで
き、
【0066】
【数18】
【0067】と表すことができる。
【0068】この(数18)に、測定したX線透過強度
から(数14)、(数15)により求めたI2L(x,y)、I
2H(x,y)を用いて計算することにより、各点の2層目の
導電層部の厚さを計算することができる。
【0069】このようにして、各層の導電層部のみの画
像として表示し、設計時のパターンから理論的に求めら
れる画像と比較することにより、容易にパターン切れな
どの不良を検査することができる。
【0070】また、逆に(数16)、(数17)から導
電層の厚さT2n(x,y)を消去し、各層の樹脂層のみの画
像を表示でき、絶縁が保たれているか、チェックするこ
とができた。
【0071】X線検出器として、シンチレーション検出
器をパルスモードで動作させても、あるいはガンマカメ
ラを用いても可能であった。
【0072】X線発生器としては、複数のエネルギーを
持つγ線源を用いてもよい。この場合、kエッジフィル
タは必要としない。
【0073】
【発明の効果】本発明により、多層基板X線透過像
が、簡単なX線透過検査装置により得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多層基板検査法の実施例を用いた検査
装置の構成図
【図2】多層基板の一例における各層の断面図
【図3】図1の検査装置で用いたX線のスペクトル図
【図4】図1の検査装置で用いた他のX線のスペクトル
【図5】図1の検査装置において用いたCdTe多チャ
ンネル型X線検出器の1つのチャンネルの構成図
【符号の説明】
1 X線発生器 2 ファンビームX線 3 CdTe多チャンネル型X線検出器 4 画像表示装置 5 多層基板 6 ガラスエポキシ樹脂 7 Cuパターン 8 データ演算器 11、12 比較器 13、14 計数器 15 増幅器 16 CdTe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 博司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−121742(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/66 H05K 3/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射線発生器と放射線検出器とデータ演
    算器と画像表示装置とを用いる多層基板検査法におい
    て、測定対象となる多層基板の各層を構成する各々の材
    料の減弱係数と前記各層の各々の厚さの積からなる放射
    線吸収量の計算値と、前記多層基板を透過した放射線の
    透過強度の測定値とを用いて、前記各層ごとの放射線の
    透過強度を算出し、前記各層ごとの放射線透過予測画像
    を構成し、前記放射線透過予測画像と理論的に計算され
    る前記各層の放射線透過画像とを比較することにより検
    査することを特徴とする多層基板検査法。
  2. 【請求項2】 放射線発生器から放射される放射線を2
    つのエネルギースペクトルに分離し、検査対象となる多
    層基板を透過した放射線を測定する放射線検出器が前記
    放射線のエネルギーを識別することが可能な放射線検出
    器を用いる多層基板検査法において、測定対象となる多
    層基板の各層を構成する材料の減弱係数と前記各層の各
    々の厚さの積からなる前記2つのエネルギースペクトル
    ごとの放射線吸収量の計算値および前記減弱係数と、前
    記多層基板を透過した放射線の前記エネルギースペクト
    ルごとの透過強度の測定値とを用いて、前記各層ごとの
    前記放射線のエネルギースペクトルごとの透過強度を算
    出し、さらに前記多層基板の前記各層ごとの導電層のみ
    あるいは樹脂層のみの放射線透過予測画像を構成し、前
    記放射線透過予測画像と理論的に計算される前記各層ご
    との導電層のみあるいは樹脂層のみの放射線透過画像と
    を比較することにより検査することを特徴とする多層基
    板検査法。
  3. 【請求項3】 放射線発生器がkエッジフィルタとX線
    発生器からなり、前記放射線検出器がCdTe多チャン
    ネル型放射線検出器であることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載の多層基板検査法。
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