(57)【要約】      （修正有）【課題】短時間で、かつ、正確に基板の反りを測定することができる反り測定方法を提供する。【解決手段】基板の表面に光を反射する材料により複数の反射部を形成する工程Ｓ１０２と、前記反射部に光を照射し、各々の前記反射部における三次元形状を測定する工程Ｓ１０４と、各々の前記測定された前記反射部における三次元形状に基づく情報を外挿し、各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを得る工程Ｓ１０６と、前記各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを統合し、前記基板の三次元形状を得る工程Ｓ１０８と、を有することを特徴とする基板の反り測定方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に光を反射する材料により複数の反射部を形成する工程と、
前記反射部に光を照射し、各々の前記反射部における三次元形状を測定する工程と、
各々の前記測定された前記反射部における三次元形状に基づく情報を外挿し、各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを得る工程と、
前記各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを統合し、前記基板の三次元形状を得る工程と、
を有することを特徴とする基板の反り測定方法。
【請求項２】
前記外挿は、前記測定された前記反射部における三次元形状に基づき、前記三次元形状を含む仮想球面を想定し、前記仮想球面を広げることにより行なわれるものであることを特徴とする請求項１に記載の基板の反り測定方法。
【請求項３】
前記反射部は、前記基板において複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板の反り測定方法。
【請求項４】
前記反射部の形状は、前記外挿された三次元形状マップの形状と相似形であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
【請求項５】
前記反射部は、表面粗化した金属材料やセラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板の反り測定方法。
【請求項６】
前記三次元形状を計測する工程は、モアレ干渉法により行なわれるものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
【請求項７】
前記三次元形状を計測する工程は、レーザフォーカス法により行なわれるものであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
【請求項８】
前記基板は、回路基板であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
【請求項９】
前記基板は、光を透過する基板であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の反り測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板や表示装置の表示基板等の基板は、通常、平坦に形成されているが、製造工程や使用環境等によって、基板に反りが発生する場合がある。このような回路基板等においては、基板上に搭載する部品の電極間隔の縮小や、搭載部品面積の増大とともに、基板に許容される反り量が小さくなってきている。
【０００３】
回路基板に反りを発生させる要因としては、主に次の２つの要因が考えられる。１つ目は、回路基板の導体（配線やビア）設計の分布（基板内の残銅率のバランス）に起因する反りである。回路基板は金属や樹脂、ガラス等の物性の異なる複数の材料から構成されている。従って、回路基板が加熱されたときに各材料の伸び率（即ち、熱膨張率）が異なるため、その差によって界面に応力が発生し、最終的に回路基板全体に変形が発生する。２つ目は、基板製造時におけるばらつきに起因する反りである。回路基板製造時における基板内の温度や圧力などの製造条件にばらつきが存在しているため、回路基板ごとに初期状態で異なる反り挙動を有する。
【０００４】
１つ目の要因については、基板内の残銅率分布のあわせこみによって、ある程度の反り抑制が可能である。しかしながら、２つ目の要因については、基板ごとに少なからず生じるものであるため、製品となる基板の出荷時等における部品実装前に、短時間、かつ、正確に基板の反り形状をあらかじめ評価する必要があることから、そのような方法の重要性が高まっている。
【０００５】
一般的に、回路基板の反りを評価する代表的な手法としては、ＪＥＳＤ２２Ｂ１１２やＪＥＩＴＡ  ＥＤ−７３０６に準拠し規格化されているモアレ干渉法がある。モアレ干渉法は、数秒程度の短時間で、複数の基板の反りを同時に評価することができることを特徴としている。
【０００６】
具体的には、図１に示されるように、モアレ干渉法反り測定装置は、白色光を出射する光源部１０、回折格子２０、撮像部３０、制御および解析部４０等を有している。評価の対象となる回路基板等の基板５０は、加熱可能なオーブン６０内の支持部６１の上に設置されている。図２に示されるように、回折格子２０には、一定のピッチでクロム等の金属により遮光部２０ａが形成されており、光は、遮光部２０ａと遮光部２０ａとの間の透過部２０ｂを透過する。
【０００７】
回折格子２０はオーブン６０内における基板５０の上方に設置されており、光源部１０から出射された光は、回折格子２０に照射され、回折格子２０の透過部２０ｂを透過する。回折格子２０の透過部２０ｂを透過した光は、基板５０の表面に照射され、基板５０の表面において散乱される。基板５０の表面で散乱された散乱光は、一部は回折格子２０の遮光部２０ａにおいて遮光され、残りの光が回折格子２０の透過部２０ｂを透過し、撮像部３０においてモアレ干渉縞として撮像される。尚、図２は、モアレ干渉法により得られたモアレ干渉縞の説明図である。
【０００８】
尚、光源部１０は、基板５０面に対し４５°方向の位置に設置されており、撮像部３０は基板５０面に対し垂直方向の位置に設置されている。制御および解析部４０は、オーブン６０の制御を行なうとともに、撮像部３０において得られた情報、即ち、撮像部３０において得られたモアレ干渉縞等に基づき基板５０の三次元形状を算出する演算等の処理を行なう。即ち、モアレ干渉法では、撮像部３０において撮像したモアレ干渉縞と回折格子２０の透過部２０ｂのピッチや幅等の情報に基づき、制御および解析部４０等において、基板５０の表面の三次元形状や反り量等を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−５３７４７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、このようなモアレ干渉法における回路基板等の反りの評価を行なう場合、回路基板の表面における散乱光を発生しやすくするため、表面に白色の塗料を塗布すること等が行なわれている。しかしながら、このように回路基板の表面に白色の塗料等を塗布する方法では、反りの測定のなされた基板は製品として用いることができないため、例えば、基板の出荷前検査等には用いることができない。
【００１１】
また、回路基板に白色の塗料等を塗布した場合、白色の塗料を塗布することにより、回路基板上に応力が発生し、発生した応力により、回路基板の表面に生じている反りが緩和されたり、強調されたりするため、正確な反り量を測定することができない。例えば、図３に示すように、平坦性の高い厚さが６００μｍの４インチウエハの表面に、白色の塗料を厚さが約３０μｍとなるように塗布した場合、約３０μｍの高低差の反りが発生してしまう。このため、本来の回路基板の表面の反りが正確には測定できないという問題点が、新たに生じてしまう。
【００１２】
よって、基板の出荷検査に用いることのできる、即ち、基板に塗料等を塗布することなく、基板の反りの測定を行なった後にも製品として使用することができる測定方法であって、基板の反りを正確に測定することのできる基板の反り測定方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施の形態の一観点によれば、基板の表面に光を反射する材料により複数の反射部を形成する工程と、前記反射部に光を照射し、各々の前記反射部における三次元形状を測定する工程と、各々の前記測定された前記反射部における三次元形状に基づく情報を外挿し、各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを得る工程と、前記各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを統合し、前記基板の三次元形状を得る工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の基板の反り測定方法によれば、基板の反りの測定を行なった後においても使用することができ、基板の反りを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】モアレ干渉法反り測定装置の構造図
【図２】モアレ干渉法による反り測定の説明図
【図３】表面に白色の塗料を塗布したシリコンウェハをモアレ干渉法により反り測定した三次元形状図
【図４】第１の実施の形態における基板の反り測定方法のフローチャート
【図５】第１の実施の形態における基板の反り測定方法の説明図（１）
【図６】第１の実施の形態における基板の反り測定方法の説明図（２）
【図７】従来のモアレ干渉法により基板の反りを測定した三次元形状図
【図８】レーザフォーカス法反り測定装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態における基板の反り測定方法について説明する。尚、本実施の形態における基板の反り測定方法は、図１に示されるモアレ干渉法反り測定装置を用いて行なうものであり、本実施の形態における基板の反り測定方法について、図４に基づき説明する。
【００１８】
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）に示されるように、基板に光を拡散反射等する反射部を形成する。具体的には、図５（ａ）に示すように、反りの測定対象となる基板５０の４隅に反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを形成する。尚、本実施の形態においては、基板５０が、不図示の半導体素子等が搭載されている回路基板の場合について説明する。例えば、この回路基板は、一辺の長さが４７．５ｍｍの略正方形の形状であって、半導体素子の実装領域は、中心部分の一辺の長さが２０ｍｍの略正方形の形状の回路基板である。このような基板５０の４隅に一辺が５ｍｍの略正方形の形状の反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを形成する。測定対象となる基板５０が、回路基板である場合には、回路基板に設けられている銅のパターンの表面を薬液等により表面処理することにより、表面に１μｍ程度の凹凸を形成する。このような光を反射する反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの表面に小さな凹凸を形成することにより、光源部１０より照射された光を散乱させることができ、これにより散乱光を発生させることができる。
【００１９】
また、このような反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、銅をメッキ等することにより形成してもよい。反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄをメッキ等により形成した場合、メッキにより形成された膜の表面は粗いため、薬液等により処理する必要がなくなる場合がある。
【００２０】
尚、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、光源部１０より出射された光を所定の値以上の反射率で反射するものであって、光を散乱反射する材料により形成されていればよい。例えば、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、表面の粗いアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料、Ａｌの表面を酸化しアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を形成したもの、また、Ａｌ２Ｏ３等の白色の誘電体材料等により形成してもよい。また、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、シリカアルミナ等のセラミックス材料により形成してもよい。この後、必要に応じて基板５０となる回路基板の表面にソルダーレジストを塗布し、フォトレジストによるレジストパターンを形成した後、エッチング等を行なうことにより、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの上のソルダーレジストを除去してもよい。これにより、基板５０の表面にソルダーレジストを塗布したものにおいても、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを露出させることができ、本実施の形態における基板の反り測定方法により、反り形状を測定することができる。
【００２１】
尚、本実施の形態においては、測定対象となる基板５０が回路基板である場合について説明するが、測定対象となる基板５０は、液晶ディスプレイ等の表示装置に用いられるガラス基板であってもよい。基板５０が、ガラス基板の場合には、基板５０の４隅に形成される反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、Ａｌ等の金属材料やＡｌ２Ｏ３等の誘電体材料をスパッタリングや真空蒸着等により成膜することにより形成してもよい。また、測定対象となる基板５０は、シリコンウェハ等の半導体基板や結晶成長に用いられるサファイア基板等であってもよい。この場合においても、ガラス基板の場合と同様に、基板５０の４隅に形成される反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、Ａｌ等の金属材料やＡｌ２Ｏ３等の誘電体材料をスパッタリングや真空蒸着等により成膜することにより形成してもよい。更に、本実施の形態における基板の反り測定方法の対象となる基板５０は、金属により形成された金属基板やセラミックス基板等であってもよい。
【００２２】
反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、必ずしも４隅に４ヶ所設ける必要はなく、２ヶ所以上であればよい。例えば、四角い基板の場合には、対向する辺または角のいずれかに、１ヶ所ずつ、合計２ヶ所設けてもよい。また、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの形状は、外挿した後の統合の工程を考慮すると、基板全体の形状と相似であることが好ましい。
【００２３】
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）に示すように、基板５０の反射部における三次元形状の測定を行なう。具体的には、図５（ｂ）に示すように、図１に示されるモアレ干渉測定装置により、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄにおけるモアレの干渉縞を取得し、制御および解析部４０において解析し、反りの情報を取得する。これにより、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄにおける三次元の反りのマップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを得ることができる。尚、三次元の反りのマップ５２ａは、反射部５１ａにおける三次元形状のマップである。三次元の反りのマップ５２ｂは、反射部５１ｂにおける三次元形状のマップである。三次元の反りのマップ５２ｃは、反射部５１ｃにおける三次元形状のマップである。三次元の反りのマップ５２ｄは、反射部５１ｄにおける三次元形状のマップである。
【００２４】
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）に示すように、測定された三次元形状に基づき外挿を行なう。具体的には、図５（ｃ）に示すように、各々の三次元の反りのマップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに基づき、基板５０の中心ｐに向かって、情報を外挿し、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを得る。
【００２５】
この外挿は、各々の三次元の反りのマップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに基づき、三次元の反りのマップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄにおける三次元形状を含む仮想球面を想定して、得られた仮想球面を広げることにより行なう。このような外挿を行なうことにより外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを得ることができる。この外挿は、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄが相互に重なるまで行なわれる。また、この外挿は、三次元の反りのマップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄとが、相似形になるように行なう。
【００２６】
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）に示すように、外挿された三次元の反りマップの統合を行なう。具体的には、図６に示すように、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄが、各々の接合部分において、三次元形状が連続するように、各々の外挿された三次元の反りのマップを回転による基板傾き補正を加えて統合する。即ち、基板５０の表面における三次元形状が連続するように、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを基板傾き補正等を加えた後統合する。これにより、基板５０の全体の表面の三次元形状が得られ、このように得られた基板５０の全体の表面の三次元形状より、基板５０の反り情報である、基板５０の表面における高低差を算出する。
【００２７】
本実施の形態における基板の反り測定方法により得られた基板５０の反りの指標となる基板５０の表面における高低差は、８４μｍであった。
【００２８】
尚、本実施の形態における基板の反り測定方法により測定された基板を従来法、即ち、白色の塗料を塗布し、図１に示されるモアレ干渉法反り測定装置により測定を行なったところ、図７に示されるような基板５０の表面の三次元形状の情報を得た。これにより、得られた基板５０の表面における高低差は、６８μｍであった。
【００２９】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、レーザフォーカス法により基板の反りを測定する方法である。本実施の形態においては、図８に示されるレーザ計測装置を用いて基板の反り測定を行う。本実施の形態における基板の反り測定装置は、加熱炉１１０内に、測定対象となる基板５０を設置する石英ガラス板１２０、レーザ測定部１３０、加熱ヒーター１４０、制御および解析部４０等を有している。基板５０は、石英ガラス板１２０の上に設置されている。レーザ測定部１３０は移動可能であり、レーザ測定部１３０を二次元方向に移動させながら、レーザ光を照射し基板５０までの距離を測定することにより、基板５０の表面の三次元形状を測定することができる。尚、レーザフォーカス法により基板の反りを測定する場合においても、一般的には、基板５０の表面に白色の塗料等を塗布した後、測定が行なわれる。
【００３０】
次に、本実施の形態における基板の反り測定方法について説明する。
【００３１】
最初に、第１の実施の形態における図５（ａ）に示されるように、基板５０の表面に反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを形成する。
【００３２】
次に、図８に示されるレーザ計測装置を用いて、基板５０の表面に形成された反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの反り量を測定する。本実施の形態においては、この際行われる測定においては、１ｍｍピッチでレーザ光を照射することにより測定しており、反射部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全ての領域を測定するのに１００ポイント測定を行なっている。このため、測定に要した時間は、２５秒であった。
【００３３】
次に、各々の三次元の反りのマップ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに基づき、基板５０の中心に向かって、情報を外挿し、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを得る。
【００３４】
次に、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄが、各々の接合部分において三次元形状が連続するように、外挿された三次元の反りのマップ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを回転による基板傾き補正を加え、統合する。
【００３５】
これにより、本実施の形態における基板５０の全体の表面の三次元形状、即ち、反り情報を得ることができる。このようにして本実施の形態における基板の反り測定方法により得られた基板５０の反り量は、８４μｍであった。
【００３６】
尚、本実施の形態における基板の反り測定方法により測定された基板を従来法、即ち、基板全体を測定エリアとして、得られた反り量は８４μｍと同じであったものの、本実施例と同じ１ｍｍピッチで測定した場合、２２０９ポイントにおける測定することが必要となるため、測定に要する時間は、５５２秒となり、本実施の形態の２０倍以上の時間を要した。
【００３７】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００３９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板の表面に光を反射する材料により複数の反射部を形成する工程と、
前記反射部に光を照射し、各々の前記反射部における三次元形状を測定する工程と、
各々の前記測定された前記反射部における三次元形状に基づく情報を外挿し、各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを得る工程と、
前記各々の反射部に対応する外挿された三次元形状のマップを統合し、前記基板の三次元形状を得る工程と、
を有することを特徴とする基板の反り測定方法。
（付記２）
前記外挿された三次元形状のマップを統合することにより得られた前記基板における三次元形状より、前記基板の高低差を算出する工程を有することを特徴とする付記１に記載の基板の反り測定方法。
（付記３）
前記外挿は、前記測定された前記反射部における三次元形状に基づき、前記三次元形状を含む仮想球面を想定し、前記仮想球面を広げることにより行なわれるものであることを特徴とする付記１または２に記載の基板の反り測定方法。
（付記４）
前記反射部は、前記基板において複数設けられていることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記５）
前記反射部は、正方形または長方形であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記６）
前記反射部の形状は、前記外挿された三次元形状マップの形状と相似形であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記７）
前記反射部は、表面粗化された金属材料により形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記８）
前記反射部は、表面粗化した金属材料やセラミックスにより形成されていることを特徴とする付記７に記載の基板の反り測定方法。
（付記９）
前記反射部は、銅を含む材料により形成されており、銅を含む材料により形成された前記反射部の表面は、表面粗化処理が行なわれていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記１０）
前記三次元形状を計測する工程は、モアレ干渉法により行なわれるものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記１１）
前記三次元形状を計測する工程は、レーザフォーカス法により行なわれるものであることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記１２）
前記基板は、回路基板であることを特徴とする付記１から１１のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記１３）
前記基板は、光を透過する基板であることを特徴とする付記１から１１のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
（付記１４）
前記基板は、半導体基板であることを特徴とする付記１から１１のいずれかに記載の基板の反り測定方法。
【符号の説明】
【００４０】
１０        光源部
２０        回折格子
２０ａ      遮光部
２０ｂ      透過部
３０        撮像部
４０        制御および解析部
５０        基板
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ      反射部
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ      三次元の反りのマップ
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ      外挿された三次元の反りのマップ
６０        オーブン
６１        支持部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図８】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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