JPH03173453A - 集積回路パツケージ検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、一般に電子回路の製作に関し、より詳しくは
、セラミック及び薄膜集積回路パッケージで、修理しな
ければバイア接続の故障を引き起こす恐れのある製造工
程の残留物があるかどうかバイア接続を検査することに
関する。

Ｂ、従来の技術 集積回路がますます複雑となり、そのスイッチング性能
がたえず速くなる趨勢であるため、その幾何形状の寸法
がサブミクロン台まで驚異的に縮小されてきた。異なる
回路相互間の接続線をできる限り短くしておく必要があ
るため、層間に複数の相互接続を設けた多層回路パッケ
ージが開発された。

これらの相互接続は、通常、「バイア接続」または「貫
通接続」と呼ばれる。というのは、集積回路のある面、
すなわちある段から１枚または複数のセラミックまたは
半導体基板を介して１つまたは複数の他の段まで延び、
回路量相互接続の設計で指示される通り電気導体を接続
するからである。

通例、バイア接続は、基板の一方の表面からもう一方の
表面へ延びるホール、ホール内の電気コネクタ、及びカ
バーから構成されている。ホールは、基板の製造時に「
その場で」作成されることもあり、後で基板の予め製造
された本体部に穿孔して作成されることもある。カバー
は、通常スタッドと呼ばれ、基板の両面にあってその上
の回路線を接触させる。ホールをその場で作成するのは
、たとえば通常のフォトリングラフィ法が使用できる。

穿孔は、通常、高度集束レーザ光線を用いて行なう。バ
イア・ホール内のコネクタは、たとえば、ホールの壁面
を覆う金属の導体層でよい。このような金属層は、蒸着
またはスバタリングで付着させることができる。

最新の集積回路を構成する構成部品の実装密度が非常に
高いため、バイア・ホールの直径はミクロン程度となっ
ている。かつ、１層または１モジユールに多数のホール
がある。

集積回路のメーカはすべて、製造中最大の注意と清潔さ
を守っているが、１つまたは複数の製造段階でバイア・
ホール内またはその近傍に望ましくない物質が残り、ホ
ール内での均一な金属層の付着、及びスタッドによる基
板上の回路線の適切な接触が損なわれることがあり得る
。その結果、電気接触の欠損や不良を、したがって欠陥
のある回路パッケージをもたらす恐れがある。絶縁材料
による被覆が、バイア・ホールの上面または内部よりも
その壁面のある領域の方が厚い場合は、特にそうである
。

集積回路パッケージの製造は非常に精巧な多数の工程段
階を含んでいるので、パッケージは急速にきわめて高価
なものになってきた。したがって、多くの場合、欠陥の
あるパッケージも簡単に処分せずに、その修理に多大の
努力を払う。これに関連する重要な態様は、製造の様々
な段階でパッケージを検査することである。

現在、セラミック及び薄膜集積回路パッケージの検査は
目視で行なわれており、したがってバイア・ホールの検
査が問題となる厳しい困難に直面している。一方では、
クロムやポリイミドなど、最新のパッケージで用いられ
る異なる材料を肉眼で区別するのは、たとえば光学的特
性が似ているため、はとんど不可能である。他方では、
各集積回路板のバイア・ホールは非常に小さくかつ非常
に多数あるので、その目視検査にはとうてい考えられな
いほど長い時間を要する。

製造工程で使用される材料相互間、特に金属と絶縁体の
十分大きなコントラストに基づく自動検査システムがで
きれば、集積回路パッケージの製造及びテストにおける
重要な改良となる。最も重要なことであるが、このよう
な検査システムは、バイア接続の表面の無視できない部
分を覆う絶縁体の残留物に関する情報を明確にかつ急速
に提供できなければならない。

Ｃ９発明が解決しようとする課題 本発明の一目的は、金属と絶縁体の間の大きなコントラ
ストに基づき、短い信号積分時間で上記のコントラスト
を得ることができる検査システムを提供することである
。

本発明の他の目的は、コンピュータ制御下で自動操作が
可能な、上記の検査システムを提供することである。

本発明の他の目的は、大量の計算機時間とコンピュータ
中の大きな記憶空間を要する画像処理を必要としない、
上記の検査システムを提供することである。

００課題を解決するための手段 本発明は、光線誘導光電子放出で生じる金属と半導体の
間の大きなコントラストを利用した、セラミック及び薄
膜パッケージのバイア・ホール検査のための自動検査シ
ステムを対象とする。光電子放出技術は、周波数の充分
に高い放射線がある物質に衝突すると、束縛された電子
が放射線の周波数に比例する、すなわち光子の全エネル
ギーに比例する最大速度で放出されるという、周知の光
電効果に基づくものである。必要とされる周波数のほぼ
単色の光を出すどのような光源でもよいが、おそらくは
レーザ装置が最良の選択である。

集積回路のレーザ・テストは当技術分野では周知の技法
である。以下に簡単に説明するいくつかの異なる方法が
区別されるが、それらはいずれも本発明の技法の代用に
はならない。

直接法は、レーザ光を試料表面に照射して、反射光を光
検出器及び関連する電子回路で監視するものである。試
料表面上に欠陥があると、光が光学系の光学軸から偏向
されて、予想される反射波よりも弱くなる。この方法は
、たとえば、スイス特許出願第６６２８８８号明細書に
記載されている。

欧州特許出願第２８４４８１号及び欧州特許第２８４４
８２号明細書などに所載の第２の方法は、集束レーザ光
線を使用して、試料のある領域に照射し、光線の当った
スポットに電子の光電子放出により正電荷を発生させる
ものである。電荷は、衝突スポットに接続されたすべて
の導体材料が同じ電圧をとるように分布する。試料に第
２のレーザ光線をフラッド照射すると、前に帯電してい
なかった領域からの光電子放出が検出可能になる。

上記の方法とは違って、本発明の方法は、集積回路に用
いられる金属で４ｅＶ程度、絶縁体で約７ｅＶ程度以上
と、仕事関数の差が大きいために金属と絶縁体の間に高
いコントラストが生じる、約５ｅＶの光子エネルギーに
よる光電子放出の特別な特徴に基づいている。

したがって、本発明は、バイア接続を光源で照射し、パ
ッケージから放出された電子を検出器で検出することを
含み、所望の回路に従ったパターンの電気導体を少なく
とも片面に担持する少なくとも１つの基板を含む少なく
とも１つの単層と、上記の少なくとも１つの基板の両面
に配列された上記導体のうちの選択されたもの同士を相
互接続する複数のバイア接続とから構成される集積回路
パッケージを、光電子放出によって検査する方法を対象
としている。この方法は、上記光源が、上記導体に用い
られている金属の仕事関数よりも高く、上記パッケージ
の製造に用いられているどの絶縁材料の仕事関数よりも
低いエネルギーをもつ光子ビームを放出し、上記検出器
が、上記バイア接続に影響する最小量ながら依然として
重要な不純物の寸法よりも小さい寸法の等しいセグメン
トに分割された、少なくとも１枚のチャネル・プレート
を含み、上記検出器の出力信号を、理想的な全金属製バ
イア接続を表す予め記憶された基準値と比較し、所定の
強度よりも低い強度を与えるセグメントをカウントし、
このカウント値は、非金属であることを示すセグメント
の数が予め規定した値を超えるかどうかに応じて、良い
バイア接続か不良なバイア接続かを表し、上記バイア接
続及びその関連する導体上に蓄積した電荷が、自由電子
の供給によって相殺されることを特徴とする。

Ｅ、実施例 第１図に、集積回路パッケージを製造する一連の段階が
原理的に示されている。これらの段階は、本発明の一部
には含まれないが、それらについて簡単に説明してお（
と、その実行中に起こり得る問題を理解するのに役立つ
ものと思われる。段階ａで、誘電体担持材料のシート１
にたとえばレーザ穿孔により、あるパターンのホール２
．３．４を設ける。この図は実寸通りの寸法比ではない
が、ホールの中心間距離は一般に５０μｍ程度であると
見なすことができる。

段階すて、金属層５を、シート１全体の上にその上面と
下面及びホール２．３．４の壁面を覆うようにブランケ
ット付着する。段階Ｃで、それぞれシート１の上面及び
下面によって担持される回路６のレイアウトに従って通
常のフォトリングラフィ法で金属層５をエッチする。

段階ｄで、キャリア８上に付着された、金属層９及び上
面メタライゼーション１０を含む、予め製造されたバイ
ア・スタッド７を、シートｌの両面にあるホール２．３
．４と位置合せする。次いで、段階ｅで、サンドインチ
構造をプレス加工し、金属層９を部分的にリフローさせ
る。このとき、金属層９は金属層５との電気的接触を確
立し終り、当該のホール２．３．４に入り始めている。

このとき、単層１１は、単層１２など他の単層と組み合
わせて、第２図に示すような集積回路パッケージを形成
する準備ができている。

単層１１と１２の接合は、予め当該の上面メタライゼー
ション１０上に付着させておいた接合用メタライゼーシ
ョン１４をリフローさせることによって行なう。第２図
に示されているように、接合段階は、バイア・ホールが
、リフローされたメタライゼーション９で完全に覆われ
たその金属層５で終端するように、金属層９を完全にリ
フローさせることを含む。

第３図に移ると、第２図の構造をもたらす多くの工程段
階のうち１つまたは複数の段階を実行する際に、第３図
の不純物１５．１６．１７など何らかの不純物がシート
１の表面または金属層５上に残っている場合、ホール２
．３．４の適正なメタライゼーションまたはバイア・ス
タッド７の金属層５への積層あるいはその両方が損傷さ
れ、あるいは不可能になる。明らかに、その結果、含ま
れる導体の間の電気接続が完全に欠損し、あるいはその
間の抵抗が高くなりすぎる。

したがって、本発明によれば、集積回路製造の様々な段
階で、残りの処理段階を危険にさらしたり欠陥のあるパ
ッケージをもたらしたりする恐れのある絶縁性残留がバ
イア・ホール内またはその近功にあるかどうか、個々の
バイア接続１８．１９を検査する方法が提案されている
。上述のように、この方法は、選んだバイア接続にレー
ザ光線を当てて、その結果生じる放射線を監視して絶縁
性の破片を検出するものである。

バイア接続中またはそこでの絶縁性残留物は、より大き
な表面領域にわたって連続して分布するのでなく、ある
寸法のかさばった形で生じ、また表面を覆う非常に薄い
絶縁体でさえも光電子放出を完全に抑制し、したがって
容易に検出可能であるという経験にもとづいて、本発明
によれば、次のような特徴をもつ検査法が提唱される。

金属と絶縁体の間の大きなコントラストを利用する。

このコントラストを得るのに、非常に短い信号積分時間
しか必要としない。

自動化が可能である。

イメージ・データの処理を必要としない。

本発明の方法を実施するための装置−式の好ましい実施
例が、第４図に示されている。電子回路の第１の単層２
２と第２の単層２３を含む、第２図に示したタイプの集
積回路パッケージ２１が、接地された支持構造２０上に
配設されている。単層２２および２３は、たとえば、セ
ラミック材料のシートまたは非導電性酸化物材料の薄膜
から構成される。バイア接続２４〜２６は、単層２２お
よび２３の当該の面上に担持された電子回路によって決
定される場所で、単層２２または単層２３あるいはその
両方を貫通して延びる。

光線が回路パッケージ２１の各バイア・ホールにそれぞ
れ集束されるように、光源２７、好ましくは約５ｅＶの
光エネルギーをもつ（２５０ｎｍの波長に対応する）光
子を出すレーザが、回路パッケージ２１の上方に装着さ
れている。約５ｅＶ前後の光子エネルギーを用いる理由
は次の通りである。ポリイミドなど集積回路に用いられ
る種類の絶縁体は、光電子放出仕事関数が約７ｅＶ（ま
たはそれ以上）なので、５ｅＶの光子で電子の光電子放
出を誘起することはできない。これに反して、金属は、
光電子放出仕事関数が４ｅＶ前後なので、理論上、その
光電子放出が最大となるはずである。

実際には、コントラストＭＣ １金属 は、絶縁体材の上端にある光電子放出性表面不純物の寄
与により、９７％を少し超えるだけである。

このコントラストＭＣは、１．２５ミリ秒未満の信号積
分時間内に得られる。

光電子放出コントラスト測定で期待されるＳＮ比Ｎｐ＋
、の理論的推定から、次式が得られる。

ただし、ｐはバイア接続に衝突する光子１個当り電子１
個を検出する確率、ＭＣは金属と絶縁体の間の材料コン
トラストＮ　Ｋｃｏｎｒは測定の信頼度定数である。Ｋ
　ｃｏｎｆ　”　３の場合、その測定で９６％の確率で
金属と絶縁体が正しく区別されることを意味する。Ｋ　
ｃａｎｔ　＝　５の場合は、誤りの確率が５ＸＩＯ−５
％にまで減少する。

金属からの光電子放出の検出確率ｐは、ｐ＝ηＤＹ１す
なわち光電子放出収率Ｙと電子検出器の効率η。の積で
ある。この積は１０−７〜１０−６程度である。このた
め、信頼度定数をＫｃｏ、、＝５に選んだ場合、Ｎｐｈ
＝５ｘ　１０７個の光子を所望の信号積分時間内に出す
ことが必要になる。現在のレーザ・システムを用いると
、この光子強度は１マイクロ秒未満に実現できる。

したがって、光電子放出コントラスト測定は、上記の要
件のうちの初めの２つに理想的に合致している。残念な
がら、バイア接続の検査への光電子放出コントラスト測
定の適用に関連して２つの間・題がある。第１の問題は
、金属と絶縁体の間のコントラストは非常に高いものの
、金属面からの光電子放出強度の変動が平均光電子強度
の３０〜５０％に達することがあることに関連するもの
である。こうした変動は、金属の組成、金属の結晶格子
中の構造欠陥、または表面不純物によるものと考えられ
る。変動が５０％の場合、コントラストが１００％の（
絶縁体からの電子放出がない）ときでも、全光電子放出
強度を全金属光電子放出の可能な変動の範囲外の値まで
減少させるには絶縁体がバイア接続の表面の５０％以上
を覆うことが必要である。したがって、バイア接続の全
表面にわたって積分された光電子放出信号は、バイア接
続が、次に実行する電気接続段階にとって良いかそれと
も不良かを判定するには不適である。

第２の問題は、パッケージ中のバイア接続が必ずしもす
べて固定電位に接続されるわけでないことである。パッ
ケージ構造の内部点を接続するだけのバイア接続は、外
部へアクセス可能な接続をもたないことがあり、したが
って電位が浮動することがある。それらのバイア接続に
結合された回路網の静電容１に応じである遅延の後、そ
れらのバイア接続は、光電子放出測定でその後の電子放
出を妨げる電位にまで充電される。

第１の問題を克服し、ソフトウェアによるイメージ処理
を必要とせずに自動光電子放出測定を可能とするため、
本発明によれば、次のような検査戦略が提唱される。

１、誘起された光電子放出電子をチャネル・プレート検
出器２８．２９上に結像させる。この検出器は、第５図
に示すように、寸法の等しい１００個のセグメント３０
に区分されている。これは、検査するバイア接続の表面
を同数のセグメントに分割することと同等であり、この
数は、各セグメントの寸法が、バイア接続で予想される
、最小量ながら依然として重要な絶縁性アイランドの寸
法よりもやや小さくなるように選ぶ。このようなアイラ
ンドで覆われた。セグメントでは、光電子放出強度が上
記の光電子放出強度変動の不確実性よりはるかに低い値
に減少する。第５図に、チャネル・プレート２８のセグ
メント３０上に投射された、汚染されたバイア接続のイ
メージを示す。

２、同時に（すなわち並行して）、各セグメントからの
強度信号を、バイア接続中の対応する全金属セグメント
からの放出を表す予め記憶された理想値と電子的に比較
し、所期の放出強度に合致しないセグメントの数をカウ
ントする。第６図に、こうしたバイア接続を表す信号を
示す。

３、非金属セグメントの数がある所定の値を超えるかど
うかに応じて、検査中のバイア接続に「良」または「不
良」の指示を割り当てる。

この戦略は、集積回路パッケージ２１の上方に装置され
、適当な電子光学系を介して光源２７が集束されるスペ
ントを「監視する」、チャネル・プレート２８と検出器
２９の組合せを用いて実施される。チャネル・プレート
２８、検出器２９、光源２７を共通のフレーム中に配置
して、回路パッケージに対して移動できるようにするこ
とができる。逆に、回路パッケージ２１を移動可能に配
置して、こうした部品間の制御された相互移動が可能と
なるようにすることもできる。

検出器２９の出力信号は、信号評価装置３２に送られ、
さらに、適当な記憶機構を備えた処理装置３３に送られ
る。信号評価装置３２は、チャネル・プレート２８から
受は取ったデータを処理装置３３に記憶された基準デー
タと比較する比較回路を含むことができる。チャネル・
プレート２８、検出器２９、電子光学系３１は、すべて
従来型の市販品である。電子カウント・ハードウェア及
び比較回路も同じである。

第２の問題、すなわち検査中のバイア接続に接続された
回路網が電子サブトラクンジンによって充電される問題
を解決するため、電子ビームが集積回路パッケージ２１
の表面の少なくとも一部分に当たるように、エネルギー
の拡がりが非常に狭い電子銃３４を取りつける。このよ
うな電子ビームを使用すると、エネルギーの非常に低い
電子の雲が光電子放出領域を囲むようになる。光電子放
出電子が失われたために、浮動バイア接続が充電され始
めるや否や、この正電荷が上記電子雲からの電子を引き
つけて、関係するバイア接続を再び放電させ、それによ
って光電子放出によって起こる充電と低エネルギーの自
由電子による放電の平衡を確立する。

もたらされる低エネルギー電子に対処する方法が２つあ
る。第１の方法は、低エネルギー電子を付加的なほぼ一
定のバックグラウンドとして受は入れるものである。こ
れは、金属と絶縁体の間のフントラストが低下するので
、問題が生じることがある。第２の方法は、電子光学系
３１にエネルギー選択素子を追加して、低エネルギー光
電子がチャネル・プレート２８及び検出器２９に達する
のを防止するものである。これは、補償電子を出す電子
フラッド銃３４が、光電子放出電子のエネルギー分布に
比べてエネルギーの拡がりが小さくしたがってそれを明
確に分離できるものであることしか必要とせず、許容可
能な解決方法である。

当業者には明らかなように、上記のような電子銃３４を
使用する場合、それを検査中の集積回路パッケージ２１
、電子光学系３１、チャネル・プレート２８、及び検出
器２９と一緒に、真空チェンバ３５内に配置するこ七が
必要であるが、光源２７−は真空チェンバ３５の内側に
配置しても外側に配置してもよい。

集積回路パッケージでのバイア接続の幾何配列が固定さ
れている場合、光源２７、チャネル・プレート２８、検
出器２９からなる複数の組合せと電子光学系３０は、直
線配列で設けることもでき、さらには行列配列で設けて
、同時により多数のバイア接続を並列検査すなわち同時
検査できるようにしてもよい。

Ｆ１発明の効果 本発明により、金属と絶縁体の間の大きなコントラスト
に基づき、短い信号積分時間でそのコントラストを得る
ことができる検査システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、集積回路パッケージの１枚の製作の主要段階
（ａないしｅ）を示す断面図である。 第２図は、第１図に示したタイプの集積回路パッケージ
の２枚の単層の組合せの断面図である。 第３図は、第１図に示したタイプの汚染された単層の断
面図である。 第４図は、本発明の方法を実施するのに用いられる装置
の可能な配置構成の一例を示す図である。 第５図は、第４図のセグメントに分けられたチャネル・
プレート上に投影された１対のバイア・スタッドを示す
図である。 第６図は、第４図の検出器で見える第５図のバイア・ス
タッドを表す信号を示す図である。 １・・・・基［，２，３，４・・・・ホール、５．９・
・・・金属層、６・・・・導体、７・・・・バイア・ス
タッド、８・・・・キャリア、１０・・・・上面メタラ
イゼーシヨン、２７・・・・光源、２８・・・・チャネ
ル・プレート、２９・・・・検出器。 ＦＩＧ、１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）バイア接続を光源で照射すること、及び集積回路
   パッケージから放出された電子を検出器で検出すること
   を含む、所望の回路に従ったパターンの電気導体を少な
   くともその片面に担持する少なくとも１枚の基板を含む
   、少なくとも１枚の単層と、上記の少なくとも１枚の基
   板の両面上に配列された上記導体のうちの選択されたも
   の同士を相互接続する複数のバイア接続とから構成され
   る集積回路パッケージを、光電子放出によって検査する
   方法であって、 上記光源が、上記導体に用いられている金属の仕事関数
   よりも高く、上記パッケージの製造に用いられているど
   の絶縁材料の仕事関数よりも低いエネルギーをもつ光子
   ビームを放出し、 上記検出器が、上記バイア接続に影響する最小量ながら
   依然として重要な不純物の寸法よりも小さい寸法の等し
   いセグメントに分割された、少なくとも１枚のチャネル
   ・プレートを含み、 上記検出器の出力を、理想的な全金属製バイア接続を表
   す予め記憶された基準値と比較し、所定の強度よりも低
   い強度を与えるセグメントの数をカウントし、このカウ
   ントは、非金属であることを示すセグメントの数が予め
   規定した値を超えるかどうかに応じて、良いバイア接続
   か不良なバイア接続かを表し、 上記バイア接続及びその関連する導体上に蓄積した電荷
   が、自由電子の供給によって相殺されることを特徴とす
   る、上記方法。
2. （２）上記光源が、２５０ｎｍの波長に対応する５ｅＶ
   程度のエネルギーをもつ光子ビームを放出するレーザで
   あることを特徴とする、請求項（１）に記載の方法。
3. （３）上記レーザ装置から放出されるビームを集束させ
   て、１度に１個のバイア接続が検査できるようにするこ
   とを特徴とする、請求項（１）に記載の方法。
4. （４）寸法の等しい１００個程度のセグメントを有する
   少なくとも１つのチャネル・プレートを使用することを
   特徴とする、請求項（１）に記載の方法。
5. （５）上記の電荷相殺を、検査中の集積回路パッケージ
   の表面に低エネルギー電子のビームを当てて、この表面
   の上方に自由電子雲を発生させる、電子銃によって行な
   うことを特徴とする、請求項（１）に記載の方法。