JP4650076B2

JP4650076B2 - 回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法

Info

Publication number: JP4650076B2
Application number: JP2005122083A
Authority: JP
Inventors: 昇東
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: JP2006300697A

Description

本発明は、３次元Ｘ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置において回路基板における回路パターン(配線パターン)を検査する方法に関するものであり、特にＸ線ＣＴ装置において計測した３次元画像データに対して、回路パターンの欠陥検査を高速に行う方法に関するものである。

電子部品等を搭載する回路基板の製造工程においては、ＣＣＤカメラにより回路基板の２次元画像を撮像し、その２次元画像に基づいて回路基板上の回路パターンの検査を行い、断線部や傷等の欠陥検査を行う工程がある。回路基板においては、近年電子機器の小型化や高密度実装が進むにつれて、その小型化および多層化が図られている。

従来のＣＣＤカメラよる２次元画像検査を多層基板の回路パターン検査に適用した場合、回路基板表裏面に存在する回路パターンの検査は可能であるが、内層された回路パターンの検査は困難となる。これに対応する方法として、Ｘ線透過装置を検査装置として適用する方法が知られている。Ｘ線透過画像を用いた検査の特徴は、Ｘ線源から照射されたＸ線が被検体を透過し、この透過データを検出器で計測するため、表面パターンおよび内層パターンをも含めたデータが得られため、回路基板内に配線された全回路パターンの検査を行うことが可能となる。しかしながら、Ｘ線透過画像では、Ｘ線の通過線上の積分値が計測されるため、回路パターンが上下層で重なり合って配置されている箇所では、不良の発生層（深さ位置）を判断することは困難となる。本課題に対し、Ｘ線透過装置とＣＣＤ撮像装置の２つの画像計測手段を用いた検査方法が特許文献１により示されている。本検査方法は、Ｘ線透過画像と表裏面ＣＣＤ２次元画像データを計測し、Ｘ線画像に対して欠陥検査を行い、欠陥がある場合は、前記ＣＣＤ２次元画像も用いて、欠陥部が表面のパターン層で生じているのか、あるいはその他の層で生じているのかを判断するものである。
特開平１０−１９８０７号公報

従来技術では、３層までの回路パターンが存在する場合には、表面、裏面、内層面を分離することは可能であるが、それ以上の多層基板においては、不良箇所を特定することは困難となる。本発明は、前記従来技術の課題を解決するもので、多層基板の回路パターンを画像化する装置として、３次元の断層像（３次元画像データ）の計測が可能なＸ線ＣＴ装置を適用し、これによって、多層基板内部の形体情報を全て計測し、どのパターン層において欠陥が発生しているかを判定することを可能とするものである。しかしながら、本方法においては、検査に用いる画像が３次元画像であり、従来の２次元画像を用いた検査処理に比べ、計算量が膨大となり実用的でない。そこで本発明においては、回路パターンの欠陥の位置を特定するとともに、欠陥検査に要する処理時間を削減することを目的とする。

従来の課題を解決するために、本発明の回路パターン検査装置は、３次元Ｘ線ＣＴ装置を用いて、多層回路基板にＸ線を照射して透過するＸ線を計測して得られる投影データに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像を再構成し、当該３次元断層画像に基づいて前記多層回路基板の回路パターンの欠陥箇所を検査する回路パターン検査装置において、検査を実行するために必要な検査対象に関するデータであり、検査対象基板の層数および層間距離データと、検査対象となる回路パターン領域およびその層番号を有する回路パターン検査領域情報を有する検査データを読み込む検査データ入力部と、前記読み込まれた検査データと前記３次元断層画像の画像データの相対位置を合わせるための補正を行った後、前記３次元断層画像中の回路パターンを認識して当該回路パターンに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像の第１層の回路パターン内に基板近似面を決定し、当該基板近似面を多層回路基板の層間距離だけ平行移動して各層の基板近似面を決定する基板近似面決定手段と、前記決定された基板近似面を用いて前記多層回路基板の検査領域を決定する手段と、前記検査領域に対して、前記回路パターンの検査を行うことを特徴としたものである。

また、本発明の回路パターン検査方法は、３次元Ｘ線ＣＴ装置を用いて、多層回路基板にＸ線を照射して透過するＸ線を計測して得られる投影データに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像を再構成し、当該３次元断層画像に基づいて前記多層回路基板の回路パターンの欠陥箇所を検査する回路パターン検査方法において、検査を実行するために必要な検査対象に関するデータであり、検査対象基板の層数および層間距離データと、検査対象となる回路パターン領域およびその層番号を有する回路パターン検査領域情報を有する検査データを読み込む工程と、前記読み込まれた検査データと前記３次元断層画像の画像データの相対位置を合わせるための補正処理を行った後、前記３次元断層画像中の回路パターンを認識して当該回路パターンに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像の第１層の回路パターン内に基板近似面を決定し、当該基板近似面を多層回路基板の層間距離だけ平行移動して各層の基板近似面を決定する工程と、を備え、前記決定された基板近似面を用いて前記多層回路基板の検査領域を決定して、前記検査領域に対して、前記回路パターンの検査を行うことを特徴としたものである。

本発明の回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法によれば、３次元Ｘ線ＣＴ装置によるデータ計測によって３次元画像を生成し、この３次元画像を用いて検査を行うことで、多層基板において複雑に入り組んだ回路パターンにおいても、容易にどの位置で欠陥が発生しているか判定することが可能となる。

また本発明の回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法によれば、３次元画像上において、多層基板での検査領域を基板厚み方向（層方向）において限定することで、検査処理における画像処理計算量を削減することができ、処理速度の向上を図ることが可能となる。

また本発明の回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法は、３次元画像上において、検査領域を基板厚み方向（層方向）において限定し、さらに投影処理を行うことによって、３次元画像を２次元画像化することにより、検査における画像処理計算量をさらに削減することができ、処理速度の向上を図ることが可能となる。

以下に、本発明の回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法における実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

まず図１において、本発明を実施するシステムブロック図の一実施例を示す。

本システムにおいては、３次元Ｘ線ＣＴ装置としてコーンビームＸ線ＣＴシステムを有し、コーンビームＸ線ＣＴにおいて計測した画像データを用いて、回路パターンの欠陥検査を行う。本装置は、
（１）計測した画像データに対して、検査を行う際に用いる検査データを読み込む検査データ入力部１１０、
（２）コーンビームＸ線ＣＴの撮像原理に基づいて、コーンビームＸ線１２２を照射するＸ線源１２１と、被検体１２３を透過したＸ線を計測する２次元センサ１２４、を含むデータ計測部１２０、
（３）データ計測部１２０において、コーンビームＣＴデータを計測するための各種位置制御、Ｘ線出力制御、タイミング制御、等を行う計測制御部１３０、
（４）検査データ入力部１１０により読み込まれた検査データを記憶する検査データ記憶部１４１、データ計測部１２０において計測したＸ線投影データを記憶するＸ線計測データ記憶部１４２、Ｘ線計測データ記憶部１４２にある投影データから画像再構成処理によって生成したＸ線ＣＴ画像データを記憶するＸ線ＣＴ画像記憶部１４３、Ｘ線ＣＴ画像記憶部１４３にある画像を用いて、回路パターンを認識し、認識した回路パターンから基板近似面を決定し、決定した基板近似面情報を記憶しておく基板近似面情報記憶部１４４、を有するデータ記憶部１４０、
（５）Ｘ線計測データ記憶部１４２に記憶されたＸ線投影データから、画像再構成処理によりＣＴ画像を生成するＸ線ＣＴ画像生成部１５１、Ｘ線ＣＴ画像記憶部１４３に記憶されているＸ線画像データと、検査データ記憶部１４１に記憶されている検査データに基づいて、回路パターン面を認識し、認識した回路パターンから基板近似面を決定する基板近似面生成部１５２と、Ｘ線ＣＴ画像記憶部１４３に記憶されている３次元画像において基準マークを認識し、検査データにおける基準マーク位置と画像における基準マーク位置から、検査データの座標補正を行う補正処理部１５３と、基板近似面生成部１５２において決定した基板近似面から、各層における近似面を決定し、検査領域を決定する検査領域生成部１５４と、検査領域生成部１５４において決定した検査領域において、検査データ記憶部１４１に記憶されている検査データに基づいて回路パターンの欠陥検査を行う検査部１５５、を有するデータ演算部１５０、
（６）システム全体の動作を制御するシステム制御部１６０、
（７）各種データの入出力や、Ｘ線ＣＴ画像等を表示する表示部１７０から成る。

なお、本実施例では、３次元Ｘ線ＣＴ装置としてコーンビームＣＴを示したが、ファンビームをベースとした２次元Ｘ線ＣＴ装置で、任意のスライス位置での２次元ＣＴ画像を計測し、スライス位置を変更させて前記画像計測を複数回繰り返し、得られた２次元画像を積み上げて３次元画像を生成してもよいし、あるいは、スパイラルＣＴによって３次元画像を生成してもよい。

図２において、３次元Ｘ線ＣＴ装置において計測した３次元画像を用いて、回路パターンの検査を行う処理フローの一実施例を示す。

まず検査データを読み込むステップ２１０においては、（１）検査データと計測した３次元画像データの相対位置関係を合わるための補正処理に用いるための情報として、基板の基準マークに対する認識領域の位置とサイズや、認識領域内において対象物を認識する認識方法、とを含む基準マーク認識情報と、（２）３次元画像データにおいて、反りや歪を含む回路基板の近似面決定するための情報として、基板表面層における回路パターンを認識する認識領域の位置とサイズや、その認識領域において回路パターンを認識し、その代表座標を決定する代表座標決定方法、等を含む基板近似面生成情報と、（３）３次元画像データにおいて回路パターンの検査領域を決定するために、検査対象基板の層数および層間距離データと、検査対象となる回路パターン領域およびその層番号、等を有する回路パターン検査領域情報と、（４）３次元画像データにおいて回路パターンの検査を行い良否判定を行うために、検査領域内の３次元画像データに対して検査を行う検査方法、あるいは検査領域毎に投影処理を行い、投影処理した結果の２次元画像に対して検査を行う検査方法を示した検査判定情報、などを有する検査データを読み込む。

次に、画像データ読み込みステップ２２０において、３次元Ｘ線ＣＴ装置で計測し、計測データに対して再構成処理を行い、これによって生成した３次元Ｘ線ＣＴ画像を読み込む。被検体である回路基板のＸ線ＣＴ画像は、回路パターン（銅箔）と絶縁層（ガラエポ樹脂など）におけるＸ線源弱係数の違いから、線源電圧、線量調整、露光時間の調整によってコントラスト差が生まれる。本ステップで読み込み３次元画像は、上記調整を行い、コントラスト差を与えた３次元Ｘ線ＣＴ画像を読み込む。

次に、座標補正処理ステップ２３０において、３次元画像データと検査領域情報の相対位置関係を合わせるための補正処理を行う。３次元Ｘ線ＣＴ画像において、回路基板が描画される位置は、回路基板をＸ線ＣＴ装置に設置した位置に依存して移動し、通常回路基板の設定位置は設置毎に多少のずれが発生する。また、基板の歪によっても相対位置関係が異なってくる。このため被検体のずれ量に応じて、検査データにおける検査領域の位置を補正する座標補正処理が必要となる。具体的には、基準マーク認識ステップ２３１において、検査領域データの基準マーク認識領域で指定する３次元画像領域データに対して、基準マーク認識方法を用いて、基準マーク認識を行い、認識した基準マークから、その代表座標を決定する。

次に処理領域座標補正（検査領域補正）ステップ２３２において、ステップ２３１において決定した基準マーク位置と、検査領域データの基準マーク位置の相対移動量から、検査領域データの座標補正量を決定し、その補正量に基づいて、検査領域データにある処理領域（基板近似面生成情報と検査領域情報）に対して、アフィン変換処理を行い、座標補正処理を行う。

この際、補正マーク情報が１点の場合は平行移動、２点の場合は平行移動・回転移動・拡大縮小処理を行う。基準マーク認識方法の詳細は、別途図５を用いて説明する。

次に、検査領域決定ステップ２４０において、３次元画像上における検査領域のＺ座標を、基板近似面を求めることにより決定する。

具体的な処理としては、表面回路パターン決定ステップ２４１において、検査データの基板近似面生成情報に登録されている認識領域に対して、ステップ２３２で座標補正を行った認識領域に基づいて、認識領域内の画像データに対して、回路パターン認識方法を実行し、回路パターンの認識処理を行い、回路パターンの代表座標を決定する。そして、基板近似面決定ステップ２４２において、決定したパターンの代表座標とその補間データによる求めた座標を基板近似面として決定する。そして各層における近似面決定ステップ２４３において、決定した基板近似面を、検査データに登録している層間距離データ分、基板層方向に平行移動させることにより、各層における近似面を決定する。ステップ２４０の詳細は別途図３を用いて説明する。

次に、検査画像生成ステップ２５０において、各層毎に投影処理ステップ２５１を行い２次元画像を生成する。投影処理ステップ２５１においては、決定した各層の近似面を中心として、検査データにある層厚みデータ量を層方向（Ｚ方向）の平均を求め、２次元画像化を行い、この２次元画像を検査画像とする。本処理により、他の層のパターンを含まない画像データを生成する。

即ち、３次元画像上の検査領域を限定するために、回路パターンを認識して、多層基板の第１層の回路パターン内に近似平面を決定して、層間距離を平行移動して各層の近似平面を決定する。

ステップ２５０の詳細は別途図４を用いて説明する。

次に、回路パターン検査ステップ２６０において、ステップ２５０において生成した２次元画像データを用いて、検査データに登録されている検査方法を用いて認識処理、特徴量抽出を行い、そのパターンにおける欠陥の有無を判定する。検査処理における一実施例として、回路パターンのスケルトン(骨格)を求め、その端点間の距離や、あるいは端点と分岐点までの距離から、断線状態を判定する。またスケルトンを求める際に距離画像を生成することで、回路パターン幅を算出し、所定の寸法が実現されているかどうかの判定を行う。また、回路パターンの設計データから回路パターン設計画像データを生成し、これと比較処理することにより、良否判定を行ってもよい。
図５を用いて、検査データと３次元画像データの相対位置関係を合わるための補正処理の一実施例を示す。通常、３次元Ｘ線ＣＴ装置では、機械基準の座標系でＸ線画像を撮影するため、Ｘ線装置に搬入した回路基板の状態（位置ずれ、歪、反り等）によって、撮像した画像上に現れる回路基板の位置（状態）は、いつも同一であることが保証されない。このため、予め回路基板の任意の領域を基準マークとして登録しておき、検査毎に撮像した画像上で基準マークを認識し、この位置を基準に検査データの位置補正処理を行い、画像データと基準データの位置合わせを行う。

図５（Ａ）に、回路基板を撮像した３次元画像の模式図を示す。３次元画像上５００において、回路基板の基準マークを銅箔で形成された領域５１０、５２０とし、この基準マーク５１０、５２０を認識する領域として、基準マーク認識領域５１１，５２１を登録する。この基準マーク認識領域は、装置基準座標で撮像画像上の基準マーク認識処理を行う。

このため、基準マーク認識領域サイズは、基板の位置決め精度（基板搬入時のメカ的な位置決定精度、基板歪、反り等の許容値）よりも大きめに領域サイズを設定しておくことが望ましい。３次元データをライン５３０でＺ軸と平行に切断したＺＸ平面の模式図を図５（Ｂ）に示すが、基板表面に基準マークが存在し、下部層においても、回路パターン５３１、５３２、５３３が存在しているケースを示す。基準マークを認識する一実施例として、まず３次元画像５００上の検索領域５２１内において、閾値処理により、基準マーク候補を抽出する。そして、抽出領域におけるノイズを除去のため、フィルタリング処理を行う。そしてフィルタリング処理後の画像において、予め基準マークの面積値や体積値、およびそれぞれの許容値が登録している検査データに基づき、許容範囲内のデータを有する基準マーク候補のみを基準マーク候補として決定する。そして基準マーク候補において、Ｚ方向において上部にある領域を基準マークとして決定する。

そして決定した領域の重心点を求めることにより、基準マークの３次元座標を決定する。また別の一実施例として、予め基準マークのパターンデータを検査データに登録しておき、このパターンデータを基準領域５１１、５２１内でパターンマッチングを行い、相関値の高い座標を決定し、決定した座標５１２、５２２（あるいは５２２Ｚ）を基準マーク座標として決定してもよい。

図３において、各層における基板近似面を決定する一実施例を説明する。
図３（Ａ）においては、回路基板をＸ線ＣＴ装置において３次元データを計測し、それを再構成した３次元画像データ３００の領域３０１を拡大した様子を３０２に示す。

そして図３（Ｂ）において、回路基板の部分３次元画像３０２の任意なＹ座標におけるＺＸ平面３０３で切断した画像を切断画像３０５として示す。

図３では、回路基板３０２は４層構造の例である。基板表面から層番号を割り振ると、切断平面３０５においては、第１層に回路パターン３１０、第２層に回路パターン３２０、第３層に回路パターン３３０、第４層に回路パターン３４０が存在する。検査データとして、第１層の回路パターン３１０を認識し、これから基板近似面を決定するための領域として、検査データの基板近似面生成情報に登録している回路パターン認識領域３１１、３１２、３１３、３１４に基づき、回路パターン３１０上に配置する。本領域は、座標補正処理により、補正後の位置を用いる。本領域内の３次元画像において、検査データの基板近似面生成情報に登録されている認識方法を用いて回路パターンを認識し、認識領域の座標を決定する。

例えば、検索領域内の画像データに対して２値化処理を行い、その重心を求めることにより、各々の検索領域内の回路パターンの位置を決定する。そして本処理を、検査データの基板近似面生成情報に登録している回路パターン認識領域の全データに対して同様に処理を行い、回路パターンの位置を決定する。そして決定した回路パターンの位置から、第１層における基板近似面３１０Ｐを決定する。（ただし、図では、２次元断面で表しているため、近似ラインなる）。

基板近似面の決定方法としては、２点間を線形補完により決定する。あるいは３次スプライン補間によりＸＹ平面に対するＺ座標を決定し、これを基板近似面として決定する。そして、決定した基板近似面をＺ方向に層間距離（３１３Ｗ，３２３Ｗ，３３３Ｗ）に基づき層方向に平行移動させ、その面を各層における基板近似面（３２０Ｐ，３３０Ｐ，３４０Ｐ）を決定する。そして決定した各層の近時面に基づいて、検査を行う領域（３１０Ｓ、３２０Ｓ，３３０Ｓ，３４０Ｓ）を各層ごとに決定する。

以上説明したように、基板近似平面とは、Ｘ線ＣＴ画像を用いて回路パターンの欠陥箇所を検査するために、まず、第1層に存在する回路パターンの認識領域を所定個数設けて当該回路パターンの層方向の重心点を求め、重心点間を補間して重心線を設定して、その重心線を含んでＸＹ方向に拡張した平面をいう。各層ごとの近似平面は、第１層で求めた近似平面を層間距離平行移動して得られる。そして、近似平面を包含して上下に所定の幅をもって回路パターンの検査を行う領域を設定する。

図４において、図３において決定した各層ごとに決定した検査領域を、２次元画像化する一実施例を示す。検査領域の３次元画像４００において、図３で説明した近似平面を包含して上下に所定の幅をもって回路パターンの検査を行う領域で、Ｚ方向の画素に対して総和を求め、２次元画像４２０を生成する。これを式１に示す。図４において、３次元画像の一部において、Ｚ方向に画像の画素値の総和を求める様子を示している（４２１〜４２７）。本処理を、（数１）に示すように全てのＸＹ平面のデータに対して行うことで、２次元画像を生成する。
これにより、３次元画像４００において存在する回路パターン４１０は、２次元画像４２０において、回路パターン４３０として画像化される。

本発明にかかる回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法は、３次元Ｘ線ＣＴ装置による３次元断層画像を計測することにより、多層基板において複雑に入り組んだパターンにおいても、容易にどの位置で欠陥が発生しているか判定することが可能となる。

また本発明にかかる回路パターン検査装置は、３次元画像上において、検査領域を層方向に限定することで、検査処理における画像処理計算量を削減することができ、処理速度の向上を図ることが可能となる。

また本発明にかかる回路パターン検査装置は、３次元画像上において、検査領域を層方向に限定し、これを投影処理により２次元画像化することで、さらに検査における画像処理計算量を削減することができ、処理速度の向上を図ることが可能となる。

本発明の実施例１における回路パターン検査装置のブロック図本発明の実施例１における回路パターン検査方法のフローチャート本発明の実施例１における回路パターン検査装置の基板近似面の決定を説明するための図本発明の実施例１における回路パターン検査装置及び回路パターン検査方法の２次元画像化を説明するための図本発明の実施例１における回路パターン検査装置の相対位置合わせを説明するための図

符号の説明

１１０検査データ入力部
１２０データ計測部
１２１Ｘ線源
１２２コーンビームＸ線
１２３回路基板（被検体）
１２３２次元Ｘ線センサ
１３０計測制御部
１４０データ記憶部
１５０データ演算部

Claims

３次元Ｘ線ＣＴ装置を用いて、多層回路基板にＸ線を照射して透過するＸ線を計測して得られる投影データに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像を再構成し、当該３次元断層画像に基づいて前記多層回路基板の回路パターンの欠陥箇所を検査する回路パターン検査装置において、
検査を実行するために必要な検査対象に関するデータであり、検査対象基板の層数および層間距離データと、検査対象となる回路パターン領域およびその層番号を有する回路パターン検査領域情報を有する検査データを読み込む検査データ入力部と、前記読み込まれた検査データと前記３次元断層画像の画像データの相対位置を合わせるための補正を行った後、前記３次元断層画像中の回路パターンを認識して当該回路パターンに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像の第１層の回路パターン内に基板近似面を決定し、当該基板近似面を多層回路基板の層間距離だけ平行移動して各層の基板近似面を決定する基板近似面決定手段と、前記決定された基板近似面を用いて前記多層回路基板の検査領域を決定する手段と、前記検査領域に対して、前記回路パターンの検査を行うことを特徴とする回路パターン検査装置。
前記決定された検査領域の３次元画像データに対して基板の層方向であるＺ方向に画素値の和を求める投影処理を行なって２次元画像データを生成し、該２次元画像データに対して回路パターンの欠陥箇所の検査を行うことを特徴とする請求項１に記載の回路パターン検査装置。
３次元Ｘ線ＣＴ装置を用いて、多層回路基板にＸ線を照射して透過するＸ線を計測して得られる投影データに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像を再構成し、当該３次元断層画像に基づいて前記多層回路基板の回路パターンの欠陥箇所を検査する回路パターン検査方法において、検査を実行するために必要な検査対象に関するデータであり、検査対象基板の層数および層間距離データと、検査対象となる回路パターン領域およびその層番号を有する回路パターン検査領域情報を有する検査データを読み込む工程と、前記読み込まれた検査データと前記３次元断層画像の画像データの相対位置を合わせるための補正処理を行った後、前記３次元断層画像中の回路パターンを認識して当該回路パターンに基づいて前記多層回路基板の３次元断層画像の第１層の回路パターン内に基板近似面を決定し、当該基板近似面を多層回路基板の層間距離だけ平行移動して各層の基板近似面を決定する工程と、を備え、前記決定された基板近似面を用いて前記多層回路基板の検査領域を決定して、前記検査領域に対して、前記回路パターンの検査を行うことを特徴とする回路パターン検査方法。
前記決定された検査領域の３次元画像データに対して基板の層方向であるＺ方向に画素値の和を求めて投影処理を行なって２次元画像データを生成し、該２次元画像データに対して回路パターンの欠陥箇所の検査を行うことを特徴とする請求項３に記載の回路パターン検査方法。