JP5271514B2 - 多層配線基板の放射線検査方法および放射線検査装置ならびに放射線検査方法を実現する放射線検査プログラム - Google Patents
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Description
一方、多層配線基板の層間のずれを放射線を利用して検査する提案としては、スルーホール形成前の多層基板に垂直に放射線を照射して、スルーホールを形成すべき位置の周囲のランドの重なりを判定する方法が開示されている(特許文献1参照)。
また、貫通基板で各層の水平方向のずれを検出するために、各層の固有位置に検査用のビアホールを形成して、この基板に垂直に放射線を照射して、各ビアホールの相対位置を検査することで各層のずれを判定する方法が開示されている(特許文献2参照)。
また、スルーホール形成前の貫通基板に垂直に放射線を照射して、スルーホールを形成すべき位置の周囲の配線パターンの重なりを判定する方法では、層と配線パターンとを関連付けていないので、どの層がずれているのか判定することができない。
さらに、貫通基板に垂直に放射線を照射して、各ビアホールの相対位置を検査することで各層のずれを判定する方法では、各層に対応するビアホールを重ならないように形成する必要があるため基板が大型化してしまう。
従って、本発明によれば、テストクーポンに限らず、上記の貼り合わせ工法やビルドアップ工法などによって形成された各種多層配線基板の導通部の状態の良否を判定できるようになる。また、従来のテストクーポンを用いた検査方法と比べ、本発明は検査対象部を非破壊で検査可能であり作業者の技量によらず誰でも迅速に均質な検査を精度良く行うことができるようになる。また、本発明は、切断・研磨した1つの縦断面からでは得られない非常に多くの情報に基づいて解析を行うことができるために、高精度に良否を判定することができる。さらに、本発明においては、現物のテストクーポン部を保存管理する場合に比べて、検査データが電子情報であるので保存管理が極めて容易である。
スライス画像抽出工程においては、生成した3次元再構成画像における任意の面についてのスライス画像を作成可能であるので、例えば、生成した3次元再構成画像を所定の間隔で水平にスライスした各水平スライス面から検査に適した面の水平スライス画像を抽出すればよい。
このための構成としては、例えば、各水平スライス面における輝度変動率(単位輝度あたりの分散)を利用してもよい。すなわち、放射線画像内においては、放射線の吸収率によって画像の濃度が異なるので、その濃度を輝度として表し、これにより各水平スライス面における輝度変動率を算出し、予め決められた閾値以上の値を示す輝度変動率近傍において極大の位置に対応する水平スライス画像を抽出することにより、配線パターンを含む水平スライス面を特定することができる(図8参照)。また、予め決められた閾値未満の値を示す輝度変動率の位置に対応する水平スライス面は、絶縁層における水平スライス面であるとして、これらより水平スライス画像を抽出する水平スライス面を特定することができる。
以上より、本構成によれば、重心等に関する情報に基づいて、各ランドの相互の配設状態および/または上記各ランドの上記導体に対する配設状態についての良否を、簡易に、精度良くかつ迅速に判定することが可能である。
以上より、本構成によれば、内側導電層の厚さの均一性についての良否を、簡易に、精度良くかつ迅速に判定することが可能である。
(1)導体と各ランドとの接合状態
(2)各ランドの相互の配設状態
(3)各ランドの導体に対する配設状態
(4)内側導電層の厚さの均一性
(5)表層側ランドのエッジ部に形成された内側導電層の厚さの均一性
(6)層間導電体の内部の状態
この複数の要素の判定を行うことにより、導通部の状態を多角的にかつ総合的に判定ができ、より一層精度の高い判定をすることができる。特に、内側導電層を備える場合は、上記(1)〜(5)の全部、層間導電体(バンプおよびフィルドビア等)を備える場合は上記(1)〜(3)および(6)の全部を判定対象とする場合は、さらに、多角的にかつ総合的に判定ができ、さらに一層精度の高い判定をすることができる。
さらに、上記(1)〜(6)の判定対象に、各絶縁層の厚さを加えることもできる。これにより、上記導通部の直接状態のみならず、絶縁層が所定の厚さか否か等の、広い意味での導通部周辺の状態についても判定ができる。これにより、多層配線基板の導通部周辺の状態を、さらに一層、広くかつ多角的、総合的に評価をすることができる。
以上のような放射線検査装置は、単独で実現される場合もあるし、ある方法に適用され、あるいは同方法が他の機器に組み込まれた状態で利用されることも可能である。
発明の思想の具現化例として上記方法を制御するためのソフトウェアとなる場合には、かかるプログラム、ソフトウェア、あるいはソフトウェアを記録した記録媒体上においても存在し、利用される。その一例として、請求項8にかかる発明(プログラム)は、請求項1に対応した機能をソフトウェアで実現する構成、コンピュータに実現させる構成としてある。すなわち、本発明は、コンピュータを請求項1〜6の放射線検査方法および請求項7の放射線検査装置(システム)として機能させることができるプログラムとしてある。勿論、請求項2〜請求項6に対応したプログラム、ソフトウェアも構成可能である。
(1)本発明の構成:
(2)放射線検査処理:
(2−1)良否判定処理:
(3)他の実施形態:
図1は本発明にかかる多層配線基板の放射線検査方法によって実現された放射線検査装置10の概略ブロック図である。同図において、この放射線検査装置10は、放射線発生器11とX−Yステージ12と放射線検出器13aと搬送装置14とを備えており、各部をCPU25によって制御する。すなわち、放射線検査装置10はCPU25を含む制御系として放射線制御機構21とステージ制御機構22と画像取得機構23と搬送機構24とCPU25と入力部26と出力部27とメモリ28とを備えている。この構成において、CPU25は、メモリ28に記録された図示しないプログラムを実行し、各部を制御し、また所定の演算処理を実施することができる。
再構成画像生成部25eは、上記各放射線画像データ28cを用いて3次元画像を再構成し3次元画像データ28dとしてメモリ28に記録する。
画像処理部25gは、上記抽出した各スライス画像データ28eを用いて検査対象である導通部に対する所定の画像処理を実行し、その処理結果を画像処理データ28fとしてメモリ28に記録する。
良否判定部25hは、上記画像処理データ28fを用いて、検査対象の個々の導通部の良否を判定すると共に、基板全体としての良品、不良品の判定を行う。
本実施形態においては、上述の構成において図2に示すフローチャートに従ってスルーホール内側の銅めっき層やバンプ、フィルドビアを有する基板12aの良否判定を行う。本実施形態においては、多数の基板12aを搬送装置14によって搬送し、X−Yステージ12上で基板12aの導通部を検査する。このため、検査に際しては、まずステップS100にて搬送制御部25aが搬送機構24に指示を出し、搬送装置14によって検査対象の基板12aをX−Yステージ12上に搬送する。
像取得部25dの制御により、放射線検出器13aにて回転角θnの放射線画像Pθnを撮影する(ステップS120)。すなわち、放射線制御部25bは、上記撮像条件データ28bを取得し、この撮像条件データ28bに示される条件で放射線を出力するように放射線制御機構21に対して指示を行う。この結果、放射線発生器11が立体角2πの範囲で放射線を出力するので、画像取得部25dは放射線検出器13aが検出した放射線画像(透過像)を取得する。
なお、上記のステップS140において、配線パターン層のスライス画像の抽出に、配線パターンによる輝度値の変化(輝度変動率s2 m)を用いる方法を提示したが、この方法に限定されるものではなく、配線パターンによるエッジ量の変化(エッジ強度)として配線パターン層の有無を判別してもよく、種々の方法を用いることが可能である。
なお、Mは導通部のスライス画像をスライス画像データ28eに記録するために予め設定する枚数であるが、スライス画像データ28eに記録するデータとしては上記した配線パターン層のスライス画像の他に、絶縁層の間のスライス画像を加えた総枚数をMとしてもよい。この場合、絶縁層をスライスするタイミングは、既知である絶縁層の厚みと上記した水平スライス画像を抽出するピッチとによって記録する各絶縁層の位置を設定しておけばよい。
以下の特徴に対する良否判定処理について検討した。
1.スルーホール内面に形成された銅めっき層(内側導電層)を備える貫通基板
(1)銅めっき層と各ランドとの接合状態
(2)各ランドの銅めっき層に対する配設状態および各ランドの相互の配設状態(レジストレーション)
(3)銅めっき層の厚さの均一性
(4)表層側ランドのエッジ部に形成された銅めっき層の厚さの均一性
2.バンプ導体またはフィルドビア導体を備えるビルドアップ基板
(1)バンプ導体またはフィルドビア導体と各ランドとの接合状態
(2)各ランドの相互の配設状態および上記各ランドのバンプ導体またはフィルドビア導体に対する配設状態
(3)バンプ導体またはフィルドビア導体の内部の状態
3.垂直スライス画像を用いた検査および水平スライス画像と垂直スライス画像とを併用した場合の検査
(1)銅めっき層と各ランドとの接合状態
本例の検査に用いられる多層基板は、貫通基板であり、一例を示すと、図5に示すように、積層基板を貫通するスルーホールHと、この内面に銅めっきにより形成された銅めっき層(「内側導電層」ともいう。)30と、この銅めっき層30に接続されかつ各層に設けられた各ランド31と、各ランド31に接続される各パターン層部32と、各ランドおよび各パターン層部からなる各パターン層間に配設される絶縁層33と、を備えるものである。図5中のHはスルーホールを示し、30aは表層側に形成された銅めっき層を示す。尚、この例では、絶縁層が7層および導電パターン層が8層の多層基板であるが、この積層数は特に限定されず、10層以上、例えば20〜30層の多層とすることもできる。
本実施形態においては、画像処理データ28f(図1等参照)から、上記についての良否の特徴が現れる特徴量を算出し、この特徴量に基づいて良否判定を行っている。
銅めっき層30とランド31の接合部において接合が正常である場合には、図7(A)のように、接合面に隙間は見られない。しかし、図7(D)のように、銅めっき層30とランド31の接合部において接合不良が発生している場合には、銅めっき層30とランド31の接合部を表す境界に隙間31sが存在している。この隙間31sの面積を特徴量として算出し、良否の判定を行う。
さらに、上記各良否判定では、隙間の大きさを表す特徴量を判定基準として良否判定を行っているが、大きさにかかわらず、隙間が認められる場合には不良と判定してもよい。
次に、貫通基板における各ランドの銅めっき層に対する配設状態の特徴量を得る場合について説明する。銅めっき層30とランド31の配設状態において配設が正常である場合には、図7(A)のように、銅めっき層30とランド31は同心であるが、図7(B)のように、銅めっき層30とランド31の配設状態において配設不良が発生している場合には、銅めっき層30とランド31の重心位置にずれが発生している。このずれ量を特徴量として算出し、良否を判定する。
貫通基板における銅めっき層厚さの均一性を特徴量として得る場合について説明する。銅めっき層30において均一にめっきが施されている場合には、図7(A)のように、銅めっき層30の厚さX1,X2,Y1およびY2は均一であるが、図7(C)のように、銅めっき層30においてめっき不良が発生している場合には、銅めっき層30の厚さX1,X2,Y1およびY2は不均一になっている。このめっき層厚さの均一性を特徴量として算出し、良否を判定する。
(1)バンプ、フィルドビアとランドとの接合状態
ビルドアップ基板におけるバンプ40またはフィルドビア50の層間導電体とランド41、51との接合状態の特徴量を得る場合において、バンプ40とランド41を例として説明する(図12〜図15参照)。なお、図12と図13は、ビルドアップ工法のバリエーションとしての銀ペーストをバンプとして用いるB2it技法(Burried Bump Interconnection Technology)による多層配線基板の断面を示している。また、図15は、スルーホールに内面めっきの施されたコア基板(貫通基板)に対して基板を積層しフィルドビア(めっき等を施したビア)により接合した多層配線基板の断面を示している。
また、フィルドビア(図15の50参照)およびこれに接合されるランド51a、51bの場合も、上記と同様の接合不良を判定することによって良否の判定を行うことができる。
輪郭を抽出するための画像処理としては、特に限定されないが、Sobelフィルタ、PrewittフィルタおよびLaplacianフィルタ等を用いたエッジ抽出処理等を採用することができる。また、空隙を抽出するための画像処理としては、特に限定されないが、モフォロジー処理等を採用することができる。このバンプとランドとの接合位置におけるスライス画像データ28eは、上述の輝度変動率を用いて特定することができる。
バンプとランドとの接合位置に閾値以上の大きさの接合面(断面積)を有し、かつその形状に歪が無く略円形で、かつボイドもしくは欠けが存在しない、または許容範囲内とされる大きさであることを確認することにより、バンプとランドとの接合は良好であると判定することができる。なお、バンプまたはフィルドビアの内部の状態、すなわち、ボイドもしくは欠けの有無、または形状等に基づいて良否を判定する場合においても、上記の方法と同様の方法を用いて良否判定をすることができる。
ビルドアップ基板における各層間導電体の相互の配設状態および各ランドの層間導電体に対する配設状態の特徴量を得る場合において、各ランドのバンプに対する配設状態を例として説明する。図12(1)のように、各ランドのバンプに対する配設状態が正常である場合には、バンプの重心とランドの重心とを結ぶ線は略直線的に並んでいるが、不良が発生している場合は、図13(1)のように各重心にずれが生じている。このような各ランドのバンプに対する配設状態を判定するために、本良否判定においては、各バンプの重心と各ランドの中心を算出し、良否の判定を行う。
また、フィルドビアの場合(図15参照)も、各フィルドビアの重心と各ランドの重心を算出することにより、良否の判定を行うことができる。
なお、各ランドのバンプに対する配設状態の特徴量としての距離lmを算出するに当たっては、各ランドの重心位置のバラツキが設定値以下であることを前提として上記の処理を実施する。
上述の各良否判定の方法は、水平スライス画像に基づいて特徴量を取得することによる良否判定の方法であるが、さらに、水平スライス画像に加えて基板面に垂直な垂直スライス画像に基づいて特徴量を算出する場合には、より精度の高い良否判定を行うことが可能である。すなわち、従来のテストクーポン部を縦方向に切断・研磨して顕微鏡で検査する方法では1つのテストクーポンにつき通常は1断面しか検査できないが、上記スライス画像抽出工程においては、生成した3次元再構成画像における任意の面についてのスライス画像を作成可能である。従って、例えば、生成した3次元再構成画像から基板面に垂直な導通部の中心を通る複数の垂直スライス画像を抽出し、水平スライス画像に基づいた検査に加えて、抽出した各垂直スライス画像に基づいた検査を行うことができる。
また、上記においては、銅めっき層30とランド31との接合部における接合状態について判定しているが、これに限らず、前記を参考にして、上記銅めっき層の厚さの均一性、多層配線基板の各上下面に配設された表層側ランドのエッジ部に形成された上記内側導電層の厚さの均一性、上記内側導電層に一体的に接続されている表層側導電層の厚さの均一性、または上記配線パターン層間に設けられた各絶縁層の厚さについて判定することもでき、さらには、これらの2つ以上を組み合わせて判定する場合には、極めて精度の高い判定をすることができる。
そこで、本願発明は、上記した水平スライス画像を用いることにより種々の接合工法若しくはそれらの工法を組み合わせた接合構造を持つ全ての種類の導通部に対しての適用が可能であるが、垂直スライス画像による良否判定を加えることにより一層複雑な接合構造を備える導通部に対する適用が可能となる。
11…放射線発生器
12…X−Yステージ
12a…基板
13a…放射線検出器
13b…回転機構
14…搬送装置
21…放射線制御機構
22…ステージ制御機構
23…画像取得機構
23a…θ制御部
24…搬送機構
25…CPU
25a…搬送制御部
25b…放射線制御部
25c…ステージ制御部
25d…画像取得部
25e…再構成画像生成部
25f…スライス画像抽出部
25g…画像処理部
25h…良否判定部
26…入力部
27…出力部
28…メモリ
28a…検査位置データ
28b…撮像条件データ
28c…放射線画像データ
28d…3次元画像データ
28e…スライス画像データ
28f…画像処理データ
30…銅めっき層(内側導電層)
31、41、51…ランド
31s…ランドと銅めっき層との間に生じた隙間
33…絶縁層
40…積層後のバンプ
50…フィルドビア
Claims (8)
- 多層配線基板の各配線パターンの層間を接続する導通部に放射線を照射して異なる位置に配設した検出器によって複数の放射線画像を撮像する放射線画像取得工程と、
撮像した上記複数の放射線画像から3次元再構成画像を生成する再構成画像生成工程と、
生成した上記3次元再構成画像から上記多層配線基板の基板面に水平にスライスした各水平スライス画像における配線パターンによる輝度値の変化またはエッジ強度を含む配線パターン層の有無の判別により、配線パターン層を含む水平スライス面を特定して各層の水平スライス画像を抽出するスライス画像抽出工程と、
抽出された上記水平スライス画像より上記導通部の状態を得るための処理を行う画像処理工程と、
上記画像処理工程によって得られた処理結果と基準値とを比較して上記多層配線基板の良否を判定する良否判定工程と、を備え、
上記画像処理工程によって得られた上記導通部の状態は、
上記多層配線基板の内層に形成され且つ各配線パターン層間の導通を確保するための導体と、該各配線パターン層に備えられ且つ該導体に接続された各ランドと、の接合状態、上記各ランドの相互の配設状態、上記各ランドの上記導体に対する配設状態、
上記多層配線基板に形成されている貫通穴の内面に形成された内側導電層の厚さの均一性、上記多層配線基板の各上下面に配設された表層側ランドのエッジ部に形成された上記内側導電層の厚さの均一性、
および上記多層配線基板の上記内層に設けられた層間導電体の内部の状態、
のうちの少なくとも1つを含み、
上記画像処理工程によって得られた上記導通部の状態は、上記各ランドの相互の配設状態及び上記各ランドの上記導体に対する配設状態の少なくとも一方を含むことを特徴とする多層配線基板の放射線検査方法。 - 上記導体は、上記多層配線基板に形成されている貫通穴の内面に形成された内側導電層であって、該内側導電層に上記各ランドは接続されており、
上記画像処理工程によって得られた上記導通部の状態は、上記内側導電層の厚さの均一性を含む請求項1記載の多層配線基板の放射線検査方法。 - 上記導体は、上記多層配線基板に形成されている貫通穴の内面に形成された内側導電層であって、該内側導電層に上記各ランドは接続されており、
上記画像処理工程によって得られた上記導通部の状態は、上記多層配線基板の各上下面に配設された表層側ランドのエッジ部に形成された上記内側導電層の厚さの均一性を含む請求項1または2に記載の多層配線基板の放射線検査方法。 - 上記導体は、上記多層配線基板の上記内層に設けられた層間導電体であって、該層間導電体の表面及び裏面が上記各ランドと接続されており、
上記画像処理工程によって得られた上記導通部の状態は、上記各層間導電体の内部の状態を含む請求項1乃至3のいずれかに記載の多層配線基板の放射線検査方法。 - 上記スライス画像抽出工程は、上記水平スライス画像に加えて基板面に垂直な垂直スライス画像をさらに抽出し、
上記画像処理工程は、上記水平スライス画像と上記垂直スライス画像とにより上記導通部の状態を得る請求項1乃至4のいずれかに記載の多層配線基板の放射線検査方法。 - 上記画像処理工程で得られた上記導通部の状態は、上記導体と各ランドとの接合状態、上記内側導電層の厚さの均一性、多層配線基板の各上下面に配設された表層側ランドのエッジ部に形成された上記内側導電層の厚さの均一性、上記内側導電層に一体的に接続されている表層側導電層の厚さの均一性、および上記配線パターン層間に設けられた各絶縁層の厚さの少なくとも1つを含む請求項5に記載の多層配線基板の放射線検査方法。
- 多層配線基板を放射線によって検査する放射線検査装置であって、
多層配線基板の各配線パターン層間を接続する導通部に放射線を照射して異なる位置に配設した検出器によって複数の放射線画像を撮像する放射線画像取得手段と、
撮像した上記複数の放射線画像から3次元再構成画像を生成する再構成画像生成手段と、
生成した上記3次元再構成画像から上記多層配線基板の基板面に水平にスライスした各水平スライス画像における配線パターンによる輝度値の変化またはエッジ強度を含む配線パターン層の有無の判別により、配線パターン層を含む水平スライス面を特定して各層の水平スライス画像を抽出するスライス画像抽出手段と、
抽出された上記水平スライス画像より上記導通部の状態を得るための処理を行う画像処理手段と、
上記画像処理手段によって得られた処理結果と基準値とを比較して上記多層配線基板の良否を判定する良否判定手段と、を備え、
上記画像処理手段によって得られた上記導通部の状態は、
上記多層配線基板の内層に形成され且つ各配線パターン層間の導通を確保するための導体と、該各配線パターン層に備えられ且つ該導体に接続された各ランドと、の接合状態、上記各ランドの相互の配設状態、上記各ランドの上記導体に対する配設状態、
上記多層配線基板に形成されている貫通穴の内面に形成された内側導電層の厚さの均一性、上記多層配線基板の各上下面に配設された表層側ランドのエッジ部に形成された上記内側導電層の厚さの均一性、
および上記多層配線基板の上記内層に設けられた層間導電体の内部の状態、
のうちの少なくとも1つを含み、
上記画像処理手段によって得られた上記導通部の状態は、上記各ランドの相互の配設状態及び上記各ランドの上記導体に対する配設状態の少なくとも一方を含むことを特徴とする多層配線基板の放射線検査装置。 - 多層配線基板を放射線によって検査する放射線検査プログラムであって、
多層配線基板の各配線パターン層間を接続する導通部に放射線を照射して異なる位置に配設した検出器によって複数の放射線画像を撮像する放射線画像取得機能と、
撮像した上記複数の放射線画像から3次元再構成画像を生成する再構成画像生成機能と、
生成した上記3次元再構成画像から上記多層配線基板の基板面に水平にスライスした各水平スライス画像における配線パターンによる輝度値の変化またはエッジ強度を含む配線パターン層の有無の判別によりにより、配線パターン層を含む水平スライス面を特定して各層の水平スライス画像を抽出するスライス画像抽出機能と、
抽出された上記水平スライス画像より上記導通部の状態を得るための処理を行う画像処理機能と、
上記画像処理機能によって得られた処理結果と基準値とを比較して上記多層配線基板の良否を判定する良否判定機能とをコンピュータに実現させ、
上記画像処理機能によって得られた上記導通部の状態は、
上記多層配線基板の内層に形成され且つ各配線パターン層間の導通を確保するための導体と、該各配線パターン層に備えられ且つ該導体に接続された各ランドと、の接合状態、上記各ランドの相互の配設状態、上記各ランドの上記導体に対する配設状態、
上記多層配線基板に形成されている貫通穴の内面に形成された内側導電層の厚さの均一性、上記多層配線基板の各上下面に配設された表層側ランドのエッジ部に形成された上記内側導電層の厚さの均一性、
および上記多層配線基板の上記内層に設けられた層間導電体の内部の状態、
のうちの少なくとも1つを含み、
上記画像処理機能によって得られた上記導通部の状態は、上記各ランドの相互の配設状態及び上記各ランドの上記導体に対する配設状態の少なくとも一方を含むことを特徴とする多層配線基板の放射線検査プログラム。
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