JP2010151479A - 配線パターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの検査装置において、パターンの上部の形状の検出と、下部の形状の検出を、同時に行なえるようにすること。
【解決手段】ＴＡＢテープ５に対して、配線パターンが形成されている側から斜めに照明光を照射する第１の照明手段１ａと、配線パターンが形成されている側とは反対側から斜めに照明光を照射する第２の照明手段１ｂと、配線パターンが形成されている側とは反対側から検査領域に対して直交して入射するように照明光を照射する第３の照明手段１ｃを設け、３方向から同時に照明して、配線パターンの画像を撮像手段１１で撮像する。このように照明することにより、１回の測定で、配線パターンの上部の形状と下部の形状を同時に検出することができ、上部の一部に欠けが生じているなどの欠陥を検出することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープ等の光透過性の基板に形成された配線パターンの、上部の線幅と下部の線幅とを同時に測定できるパターン検査装置に関する。

一般に、エッチングによって基板に配線パターン（以下パターンともいう）を形成すると、その断面は、上部の幅よりも下部の幅が広い台形状になる傾向がある。そのため、エッチングが不足すると、上部の線幅が良品の範囲内であったとしても、下部では「根残り」と呼ばれる配線の太りが生じ、隣の配線と短絡（ショート）を起こす可能性が生じる。そのため、配線パターンの検査においては、パターンの下部の幅を測定することが重要である。
パターンの下部の幅を測定する検査方法として、照明光をパターンが形成されている基板を透過させて行うこと（透過照明による検査）が知られている（例えば特許文献１や特許文献２を参照）。
特許文献１には、透過照明により配線パターンの下部の線幅を測定し、短絡等が生じていないかどうかを検出することが示されている。特許文献２の図５にも、透過照明により、配線パターンの下部の線幅が、測定可能であることが示されている。
特開２００３−３０３８６２号公報 特開２０００−１１３１９１号公報

透過照明を用いると、パターンの下部の線幅は測定できる。しかし、上部の線幅の測定はできない。しかし、最近は、パターンの下部の線幅だけでなく、上部の線幅も測定することが望まれるようになって来た。その理由を以下に示す。
図９に基板上に形成された配線パターンの断面形状を示す。上記したように、エッチングにより形成されるパターンの断面は、上部よりも下部の幅が広い台形状なる。すなわち、図９（ａ）に示すように、配線パターンは、上部の幅ａに対し下部の幅ｂは、ａ＜ｂとなり、高さをｈとすると、断面積Ｓは、Ｓ＝（ａ＋ｂ）×ｈ／２となる。
しかし、最近は、配線パターンの微細化により、下部の線幅は良品の範囲内だが、上部の線幅が非常に狭く、図９（ｂ）に示すように、配線の断面形状が三角形状になってしまうことがある。
断面形状が三角形になると、図９（ｂ）に示すように、配線パターンの下部の幅をｂ、高さをｈとすると、断面積Ｓ’は、Ｓ’＝ｂ×ｈ／２となり、下部の幅が同じでも、断面が台形状である場合に比べて、断面積が小さくなる。
すなわち、図９（ａ）に比べ、図９（ｂ）の断面積はａ×ｈ／２だけ面積が小さくなる。

配線パターンの断面積は、そのパターンに流れる電流値から設計されている。したがって、パターンの検査装置においては、断面積が許容範囲よりも小さいパターンは、不良としなければならない。
しかし、配線パターンの下部の幅だけを測定するのでは、パターンの断面積の大きさがわからない。断面積を求めるためには、パターンの上部と下部の配線の幅を測定しなければならない。
ところで、配線パターンの上部の線幅を検出するのには、反射照明光を利用することが知られている。
したがって、検査するパターンに対して、反射照明光を照射してパターンの上部の線幅を測定し、次に、透過照明光を照射してパターンの下部の線幅を測定すれば、その両方の測定結果から断面積を求めることができる。
しかし、その方法では、一つの検査パターンに対して、反射照明光による測定と透過照明光による測定の２回の測定を行うことになり、検査時間が長くなる。そこで、パターンの上部の線幅の測定と、下部の線幅の測定を同時に行うことができる検査装置が望まれている。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、パターンの検査装置において、パターンの上部の形状の検出と、下部の形状の検出を、同時に行なえるようにすることである。

上記課題を本発明においては、次のように解決する。
光透過性の基板上に形成された配線パターンに照明光を照射して撮像した画像に基づき上記パターンの良否を判定する配線パターン検査装置において、光透過性の基板上に形成されたパターンに対して、３つの異なる方向から照明を行う照明手段を設け、３方向から同時に照明する。
第１の照明手段は、照明光を基板のパターンが形成されている側から、検査領域に対して斜めに入射するように照射する。第２の照明手段は、照明光を基板のパターンが形成されている側とは反対側から、検査領域に対して斜めに入射するように照射する。第３の照明手段は、照明光を基板のパターンが形成されている側とは反対側から、検査領域に対してほぼ直交して入射するように照射する。
このように照明することにより、パターンの上部の形状と下部の形状を同時に検出することができ、例えば、配線パターンの下部の形状は正常だが、上部の一部に欠けが生じているなどの欠陥を検出することができる。
また、必要に応じて、検出したパターンの上部の形状（線幅）と下部の形状（線幅）に基づき、パターンの断面積を計算することもできる。計算したパターンの断面積が、許容範囲内であるかどうかを比較し、許容範囲外であれば、そのパターンを不良とする。

本発明においては、検査パターンに対して、１回の測定で、パターンの上部の形状と下部の形状を同時に検出することができる。したがって、検査時間を長くすることなく、配線パターンの欠陥等を検出することが可能となる。

図１は、本発明の実施例の配線パターン検査装置のブロック図である。なお、以下の実施例は、基板がＴＡＢテープやＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）といったフィルム状ワークである場合について説明するが、本発明は、光透過性であればその他の基板のパターン検査にも適用することができる。
本実施例のパターン検査装置は、同図に示すように、ＴＡＢテープ５を搬送する送り出しリール２１や巻き取りリール２２等からなるテープ搬送機構２０、送り出しリール２１から送り出されたＴＡＢテープ５に照明光を照射し検査パターン６を撮像する検査部１、検査部１をＴＡＢテープの検査パターン６上で走査する走査手段２、不良のパターンにマークをつけるマーカ部３を備える。
マーカ部３では、不良と判定されたパターンに対しパンチでの穿孔や、その部分が不良品であることが目視ですぐに確認できるように色塗りなどのマークを施す。

また、パターン検査装置は制御部４を備える。制御部４は、検査部１、マーカ部３、及びテープ搬送機構２０の動作を制御し、検出されたパターンの上部と下部の形状に基づいてパターンの欠陥を検出する。また、上部と下部の線幅に基づいて断面積を計算し、パターンの良否を判定することもできる。
検査部１は、ＴＡＢテープ５に対して、パターンが形成されている側から斜めに照明光を照射する第１の照明手段１ａ、パターンが形成されている側とは反対側から斜めに照明光を照射する第２の照明手段１ｂ、パターンが形成されている側とは反対側から検査領域に対して（ほぼ）直交して入射するように照明光を照射する第３の照明手段１ｃ、第１の照明手段１ａと同じ側であって、検査領域の真上方向に設けられ撮像手段１１を備える。 第１、第２、第３の照明手段１ａ，１ｂ，１ｃの光源は、本実施例ではＬＥＤを使用しているが、ハロゲンランプを用いても良い。ハロゲンランプを光源として用いる場合は、ランプからの光を導光ファイバにより導き、ファイバから出射する光の検査領域への入射角が、それぞれ所望の角度になるように設定する。

撮像手段１１は、上記照明光の波長に受光感度を有する、例えばＣＣＤラインセンサまたはエリアセンサである。
また、撮像手段の光入射側には、ＴＡＢテープ５の検査を行なう領域を拡大して投影する投影するレンズ（不図示）が設けられる。なお、このレンズは、複数のレンズが組み合わされて鏡筒に収納されたものである。
制御部４は、第１、第２、第３の照明手段１ａ，１ｂ，１ｃの照明光の点灯と消灯、および撮像手段１１の撮像、走査手段２による検査部１の移動、ＴＡＢテープ５の搬送を制御する。
また、制御部４は、検出されたパターンの上部と下部の形状に基づいてパターンの良否を判定する。また、上部と下部の線幅に基づいてパターンの断面積を計算し、この断面積から、パターンの良否を判定するようにしてもよい。
そのため制御部に、あらかじめ、パターンの上部の線幅、下部の線幅の許容範囲、配線パターンの断面積の許容範囲等を入力しておく。

図２と図３に、検査部１の拡大図を示す。図２は検査部の斜視図、図３はＴＡＢテープ５の長手方向に沿った断面図である。
第１の照明手段１ａと第２の照明手段１ｂは、図２に示すように、検査領域に全域にわたって、全方向から同じ入射角度の光が入射し、また各方向から入射する光の強度が同じになるように照明できるように、複数のＬＥＤを円環状に配置した構成であり、例えば図３に示すように、ＬＥＤ１０ａの光出射側にプリズムシート１０ｂを設けた構成である。また、その光出射側には、拡散板１０ｃが取り付けられている。
第３の照明手段１ｃは、直線状の検査領域に沿ってＬＥＤ１０ａを配置し、その光出射側に拡散板１０ｃを取り付けたものである。

図４に上記円環状に形成した第１の照明手段１ａと第２の照明手段１ｂの具体的な構成例を示す。同図（ａ）は扇型に切り取ったプリズムシートを示し、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すプリズムシートを用いて照明手段を構成したときの、同図（ａ）のＡ方向から見たときの光の出射方向を示し、同図（ｃ）は同図（ａ）に示すプリズムシートを用いて照明手段を構成したときの同図（ａ）のＢ方向から見たときの光の出射方向を示す。
プリズムシート１０ｂは、透明なシートの片側に断面が三角形のプリズムを多数平行になるように配列したものであり、このプリズムシートを図４（ａ）に示すように、プリズムの長軸方向が扇型の円弧の接線方向を向くように扇状に切り出す。そして、このプリズムシートを円環状に並べ、支持部材１２上に取り付けられたＬＥＤ１０ａの光出射側に配置する。その上にさらに拡散板１０ｃを取り付けて、第１の照明手段１ａ、第２の照明手段１ｂを構成する。
ＬＥＤ１０ａから出射する主光線が平行な光は、プリズムシート１０ｂに入射し、同図（ａ）のＡ方向から見たとき、プリズムで屈折して同図（ｂ）に示すように平行状態を保ったまま、撮像領域Ｒに一定の角度で入射する。また、同図（ａ）のＢ方向から見たときは、同図（ｃ）に示すように、プリズムで屈折せず下方向に照射される。

図１に戻り、撮像手段１１は、第１、第２、第３の照明手段１ａ，１ｂ，１ｃによって同時に照明された検査領域を撮像する。なお、撮像手段１１に使用されるＣＣＤはラインセンサであり、撮像領域はＣＣＤラインセンサに沿った細長い領域である。撮像手段１１は、第１、第２、第３の照明手段１ａ，１ｂ，１ｃと一体でＴＡＢテープ５の幅方向に移動して、検査領域全体を撮像する。

次に、パターンの上部の線幅と下部の線幅の測定を、同時に行えるようにするために、どのような照明を行えば良いのかを調べた実験結果を示す。
図５は、検査を行うサンプルのパターンを示したものであり、同図（ａ）はパターンを上面から見た図、同図（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。なお、同図は実際のパターンをレーザ顕微鏡で観察した結果を模式的に示したものである。
同図（ａ）（ｂ）に示すように、サンプルパターンは、下部の幅が約２０μｍ、上部の幅が１４μｍ、斜面の幅が３μｍ、パターンの高さは７−８μｍ程度であり、同図に示すように、良品に比べて配線の上部が８３％欠けている（下部も欠けているが上部の欠けのほうが大きい）。したがって、パターン検査装置でこのパターンを検査したとき、下部の線幅とともに、上部には「８３％の欠け」があることを検出できることが理想である。
なお、この欠けのパーセントは、撮像したパターンの画像において、欠けている部分の画素の一個一個の輝度から計算し求める。

実験では、（ａ）ＴＡＢテープに対して、パターンが形成されている側から斜めに照明光を照射する第１の照明手段１ａ、（ｂ）パターンが形成されている側とは反対側から斜めに照明光を照射する第２の照明手段１ｂ、（ｃ）パターンが形成されている側とは反対側から検査領域に対して（ほぼ）直交して入射するように照明光を照射する第３の照明手段１ｃを用い、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）の３種類の照明を、それぞれ単独で照明した場合と、組み合わせて照明した場合で、撮像素子１１によりサンプルパターンの画像を撮り比較した。
（１）第３の照明手段１ｃ（透過直交）を用いない場合。
第１の照明手段１ａ（反射斜め）のみの照明、第２の照明手段１ｂ（透過斜め）のみの照明、第１の照明手段１ａと第２の照明手段１ｂの同時照明（反射斜め＋透過斜め）のそれぞれについて、撮像手段で上記サンプルのパターンの画像を撮像した。
いずれの場合も、画像が暗く、コントラストが悪く、パターンの下部の線幅だけでなく、上部の線幅も確認しにくく、精度良くパターンの線幅を測定することが難しいことがわかった。

（２）第３の照明手段１ｃ（透過直交）のみでサンプルパターンを照明した場合。
図６（ａ）は、第３の照明手段１ｃ（透過直交）のみでサンプルパターンを照明した場合の画像を模式的に示した図である。このように、第３の照明手段１ｃを用いると、配線パターンのない基板の部分が照明光を透過し、コントラストの良い画像が得られる。そしてパターンの下部の線幅を検出し測定することができる。
ただし、第３の照明手段１ｃのみでは、パターンの上部の線幅の測定できない。図６（ａ）において検出されるパターンの上部の欠けの割合は４７％である。
上記したように実際の欠けの割合は８３％であり、検出される欠けの大きさは実際のもの比べて半分程度小さい。このことは、パターンの上部の線幅が正しく検出されていないということである。

（３）第３の照明手段１ｃ（透過直交）に第１の照明手段１ａ（反射斜め）または第２の照明手段１ｂ（透過斜め）を加えて照明した場合。
図６（ｂ）は第３の照明手段１ｃ（透過直交）に第１の照明手段１ａ（反射斜め）を加えて照明した場合であり、図６（ｃ）は第３の照明手段１ｃ（透過直交）に第２の照明手段１ｂ（透過斜め）を加えた場合である。
図６（ｂ）（ｃ）に示されるように、第３の照明手段１ｃ（透過直交）による照明に、第２の照明手段１ｂや第３の照明手段１ｃによる照明を加えれば、下部の線幅と上部の線幅を検出できるものと考えられる。
しかし、図６（ｂ）の場合はパターンの上部の欠けの大きさが６４％、図６（ｃ）の場合はパターンの上部の欠けの大きさが５５％と検出される。いずれの場合も、図６（ａ）の第３の照明手段１ｃ（透過直交）のみの場合よりも、欠けの大きさが正しい値（８３％）に近づいているが、充分なものとはいえない。

（４）第３の照明手段１ｃ（透過直交）に第１の照明手段１ａ（反射斜め）及び第２の照明手段１ｂ（透過斜め）を加えて照明した場合。
図６（ｄ）は、第３の照明手段１ｃ（透過直交）、第１の照明手段１ａ（反射斜め）、第２の照明手段１ｂ（透過斜め）のすべてを同時に照明した場合である。検出される欠けの大きさは７３％であり、実際の欠けの割合に最も近い値で検出できている。また、下部及び上部の線幅も、上記（３）の場合と比べより明瞭に検出することができた。
なお、後述するように、第３の照明手段１ｃ（透過直交）のみの照明の場合は、パターンの側面と上面がともに黒く（暗く）表示されるが、これに第１の照明手段１ａ（反射斜め）からの照明光、あるいは第２の照明手段１ｂ（透過斜め）からの照明光を加えると、パターンの側面がやや明るくなる。これにより、パターンの上部とパターンの側面を区別でき、上部の線幅を検出することが可能となる。
図６（ｅ）は、（ｄ）の欠けている部分の画像を拡大して模式的に示したものであり、ここでは、配線パターンの下部の幅２０μｍ、上部の幅１６μｍ、側面の幅２μｍの場合を示し、同図に示すように、パターンの側面部分はパターン上部よりやや明るくなり、これからパターン下部の幅を求めることができる。
上記図６（ａ）〜（ｅ）は、画像を模式的に示したものであるが、撮像手段１で撮像した画像を、制御部４で画像処理し、１画素ずつの輝度に基づいて、欠けの大きさを計算することで、欠けの大きさを計測することができる。

以上のように、第１、第２、第３の照明を同時に行うことにより、１回の測定で、パターンの上部の形状と下部の形状を比較的明瞭に検出することができ、これにより、パターンの欠陥を検出することが可能となる。
また、パターンの下部の線幅と上部の線幅を同時に検出することで、断面積を求めることもできる。
図６（ｄ）の場合、撮像した画像の１画素ずつの輝度に基づいて線幅を計算すると、下部の線幅は約２０μｍ、欠けが生じている部分の上部の線幅は約４μｍであった。
したがって、欠けが発生している部分の断面積は、（２０μｍ＋４μｍ）×パターン高さ×１／２となる。なお、パターンの高さは図６の画像からは求めることはできないので、設計値を代入する。
装置の制御部４には、予め、パターンに流れる電流値から許される断面積の下限値を入力しておく。制御部４は、上記計算で得られたパターンの欠けた部分の断面積を、この断面積の下限値と比較し、下限値より小さければ、そのパターンを不良とする。

第１、第２、第３の照明を同時に行うことにより、パターンの下部の線幅と上部の線幅を同時に検出することができる理由は、次のように考えられる。
このことについて、図７を用いて説明する。
第３の照明手段１ｃ（透過直交）からの照明光（３）により、パターンの下部の線幅が検出される。
これに加えて、第１の照明手段１ａ（反射斜め）からの照明光（１）と、第２の照明手段１ｂ（透過斜め）からの照明光（２）が入射する。なお、第１の照明手段１ａからの照明光（１）と、第２の照明手段１ｂからの照明光（２）は、図７においては、図中左右から入射するように示しているが、実際は、パターンに対し３６０°全方向から光が入射している。

実際のパターンの側面は平滑な面ではなく、多数の細かい凹凸が生じている。したがって、第１の照明手段１ａからの照明光（１）と、第２の照明手段１ｂからの照明光（２）は、このパターンの側面で乱反射し、その一部が撮像手段１１に入射する。これにより、パターンの側面はパターンの上部よりやや明るく撮像される。
即ち、第３の照明手段１ｃ（透過直交）のみの照明の場合は、パターンの側面と上面がともに黒く（暗く）表示されるが、これに第１の照明手段１ａ（反射斜め）からの照明光（ｉ）と第２の照明手段１ｂ（透過斜め）からの照明光（ｉｉ）を加えると、パターンの側面がやや明るくなり、パターンの上部とパターンの側面を区別できるようになる。したがって、パターン上部の形状が明確になり、その線幅を検出することができる。
以上により、パターンの下部の形状と上部の形状を同時に検出することができる。

図８は、第１の照明手段１ａと第２の照明手段１ｂの照明光の最適な角度を求めるための実験結果を示す図である。
ＴＡＢテープ５を照明する照明手段３０を、パターンが形成されている側とは反対側から、パターンが形成されている側まで移動させて、サンプルパターンの側面の明るさの変化を、撮像した画像により測定した。
図８（ａ）に示すように、照明手段３０は、照明光が、バターンが形成されている側とは反対側から直交して入射する位置（即ち第３の照明手段の位置）を０°とし、パターンが形成されている側に向かって１６０°の位置まで移動させて測定した。
なお、本実験では、円環状の照明手段から出射する照明光の入射角度を変えることは難しいので、ＬＥＤを検査領域の長手方向両側に置き、図８に示すように、そのＬＥＤを移動させることにより、照明光のＴＡＢテープへの入射角度を変化させた。ここで、照明手段３０としては１列にチップを並べたＬＥＤを用い、７０ｍＡの電流を流した。
図８（ｂ）にその結果を示す。横軸は照明手段の角度（°）であり、縦軸はパターンの側面の明るさ（任意の単位）である。同図に示すように、約３０°〜６０°の範囲で照明した場合と、１２０°以上で照明した場合に、パターンの側面が明るくなる。パターンの側面が明るいほど、パターン上部との境界が明確になるので、照明手段の位置として適している。
したがって、第１の照明手段１ａは、照明光の検査領域への入射角度が１２０°〜１６０°の範囲になるように設定する。また、第２の照明手段１ｂは、照明光の検査領域への入射角度が３０°〜６０°の範囲になるように設定する。

本発明の実施例の配線パターン検査装置のブロック図である。 図１の検査部を拡大した斜視図である。 図１の検査部をＴＡＢテープの長手方向に沿って切った断面図である。 円環状に形成した第１の照明手段１ａと第２の照明手段１ｂの具体的な構成例を示す図である。 検査を行うサンプルのパターンを模式的に示す図である。 照明手段の組み合わせを変えて図５のサンプルを撮像したときに得られる画像を模式的に示した図である。 第１、第２、第３の照明を同時に行うことにより、パターンの下部の線幅と上部の線幅を同時に検出することができる理由を説明する図である。 第１の照明手段１ａと第２の照明手段１ｂの照明光の最適な角度を求めるための実験結果を示す図である。 基板上に形成された配線パターンの断面形状を示す図である。

符号の説明

１ 検査部
１ａ 第１の照明手段
１ｂ 第２の照明手段
１ｃ 第３の照明手段
２ 走査手段
３ マーカ部
４ 制御部
５ ＴＡＢテープ
６ 検査パターン
１０ａ ＬＥＤ
１０ｂ プリズムシート
１０ｃ 拡散板
１１ 撮像手段
１２ 支持部材
２０ テープ搬送機構
２１ 送り出しリール
２２ 巻き取りリール
３０ 照明手段

Claims (1)

1. 光透過性の基板上に形成された配線パターンに照明光を照射して撮像した画像に基づき上記パターンの良否を判定する配線パターン検査装置において、
   上記基板の配線パターンが形成されている側から、照明光を検査領域に対して斜めに入射するように照射する第１の照明手段と、
   上記光透過性基板に対し、上記基板の配線パターンが形成されている側とは反対側から、照明光を検査領域に対して斜めに入射するように照射する第２の照明手段と、
   上記基板の配線パターンが形成されている側とは反対側から、照明光を検査領域に対して直交して入射するように照射する第３の照明手段と、
   上記基板に対して、上記基板の配線パターンが形成されている側に設けられた撮像手段と、
   上記第１の照明手段と第２の照明手段と第３の照明手段の照明を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記基板に対して、上記第１、第２、第３の照明手段による照明を同時に行い、
   上記撮像手段は、上記第１、第２、第３の照明手段により同時に照明されている配線パターンを撮像する
   ことを特徴とする配線パターン検査装置。

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