(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の入射光（Ｌ）と中間層（Ｌ２）及び下層（Ｌ４）を有する多層電子部品（Ｃ）の上層（Ｌ１）の光学的検査を行うための画像化方式検査カメラ(ＣＡＭ）とを用いて光学的に検査し、
前記上層（Ｌ1）は、前記入射光に応答して前記所定の波長とは異なる波長で蛍光する材質の透明または半透明の絶縁体からなる前記中間層（Ｌ２）の一部のみを覆う検査されるべき導体のパターン（Ｃ'）を有し、
前記導体のパターン（Ｃ'）が前記中間層（Ｌ２）の複数の蛍光領域を前記カメラ（ＣＡＭ）に対して露出し、
前記蛍光波長が前記カメラ(ＣＡＭ）によってのみ受光されることが必要とされている方法であって、  前記中間層（Ｌ２）より下の層から反射する光を効果的に除去しつつ、前記中間層（Ｌ２）からの所定の蛍光波長の入射光の波長のみを選択的に透過して（ＦＩＬ）、前記蛍光している前記中間層（Ｌ２）の画像の背景と対照的に暗い前記導体のパターンの画像を前記カメラ内に生成するように構成された方法において、
前記中間層（Ｌ２）が複数の凹部の間に比較的平坦な領域を有する不規則の凹凸のある層であり、前記導体のパターンが、前記入射光（Ｌ）の軸に対して角度を有する前記中間層（Ｌ２）上の導体（Ｃ'）を有するものである多層部品の検査を行うものであって、
前記中間層（Ｌ２）から前記入射光の光軸に平行に放射される蛍光光線だけでなく、前記軸に対して平行でない方向に沿って放射された光線についても蛍光光線を集光するために、前記カメラ(ＣＡＭ）の前で前記波長選択的に透過された蛍光光線をコリメートレンズ（Ｌ'）で前記カメラ（ＣＡＭ）に対して揃え、この揃える工程が、前記導体によって覆われていない前記露出した凹部の領域からの垂直方向から外れて放射される蛍光光線の受光をも可能にし、これによって前記蛍光が前記カメラで受光及び画像化されるように動作し、前記カメラによって生成された画像における前記暗い導体パターンの強化されたコントラストを成す前記蛍光画像を提供する、工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記中間層が、該中間層の下の非蛍光層からこれらの孔を通して反射して見える前記蛍光画像内において暗く見える、バイアまたは接続孔を備えていることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記下層（Ｌ４）が、セラミック、ガラス及び金属からなる一群から選択されたベース基板である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間層（Ｌ２）が、前記入射光波長に感応して蛍光を発することができる有機層である、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記有機層がポリイミドからなる、請求項４の方法。
【請求項６】
前記入射光（Ｌ）が、４８８[ｎｍ]または５１４[ｎｍ]の所定の放射線を有するアルゴン光源により生成され、前記蛍光する絶縁体の前記異なる波長が、５００〜７００[ｎｍ]の範囲のスペクトラムである、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記多層電子部品（Ｃ）が、集積回路チップ形成のためのウェハ、フラットディスプレイパネル、マルチチップモジュール及び可動式回路パッチ及びデカールからなる一群から選択される、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
中間層（Ｌ２）及び下層（Ｌ４）を有する多層電子部品（Ｃ）の上層（Ｌ１）を光学的に検査するための装置であって、前記上層（Ｌ１）が、透明または半透明の絶縁体の中間層（Ｌ２）の上に配され、かつその一部を覆う検査されるべき導体のパターン（Ｃ'）を含み、
該装置は、
前記導体及び他の層ではなく前記中間層（Ｌ２）が異なる波長で蛍光することによって応答する所定の波長の入射光源と、
前記入射光（Ｌ）を前記上層に方向付け、前記入射光の反射（Ｒ）を前記上層（Ｌ１）の画像化を行うための検査カメラ（ＣＡＭ）へ返すようにする光路と、
前記反射された前記所定の波長の光をフィルタし、前記カメラによる前記所定の波長の光の受光を防止する手段とを備え、前記中間層（Ｌ２）より下からの反射を効果的に除去しつつ、蛍光した前記中間層（Ｌ２）の画像の背景に対照的な暗い画像として非蛍光的な導体パターンの画像が前記カメラ（ＣＡＭ）に形成するようになっている装置において、
前記中間層（Ｌ２）が、不規則に間隔をあけて形成された凹凸を有しており、前記導体パターン（Ｃ'）が前記入射光（Ｌ）の軸に対して角度を成す前記中間層（Ｌ２）の上にある導体を有しており、さらに該装置が、前記中間層（Ｌ２）から前記入射光の光軸に平行に放射される蛍光光線だけでなく、前記光軸に対して平行でない方向に沿って放射された光線についても蛍光光線を集光するための、前記カメラ(ＣＡＭ）の前のコリメートレンズ（Ｌ'）を備えており、
前記カメラ(ＣＡＭ）の前で前記波長選択的に透過された蛍光光線を前記コリメートレンズ（Ｌ'）で前記カメラ（ＣＡＭ）に対して揃え、これによってこのコリメートレンズ（Ｌ'）が、前記導体によって覆われていない前記露出した凹部の領域からの垂直方向から外れて放射される蛍光光線の受光をも可能にし、これによって前記蛍光が前記カメラ(ＣＡＭ）で受光及び画像化されるように動作し、前記カメラ(ＣＡＭ）によって生成された画像における前記暗い導体パターン（Ｃ'）の強化されたコントラストを成す前記蛍光画像を提供するようになったことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品等の光学的検査に関し、より詳しくは、集積回路チップを形成する元になるウェハ、フラットディスプレイパネル、マルチチップモジュール、可動式回路パッチ及びデカール等の光学的検査に関する。これらは、様々なパターンの導体からなる上層と、透明または半透明の絶縁体からなる中間層（しばしば外側の上部に前記導体層を有する）と、セラミック、ガラス、金属等からなり同様に大抵の場合様々なパターンの導体を有する下層と、からなる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、堆積される回路を形成する導体を含むエポキシの層からなる電子回路基板の検査には、蛍光放射が用いられてきた。この導体は、一般的には、銅、酸化銅、錫めっきされた銅等のように、極めて粗い表面を有する可能性のある金属である。ここで、粗い表面というのは、あまりにも厄介なため光学的画像処理技術を用いて欠陥を検査できないことを意味している。その結果、検査装置の製造者は、電子回路を構成する導体を有するエポキシ層を蛍光させるたのに特に適した波長のレーザを用いている。これを行う際、エポキシの背景は様々な波長（色）の蛍光を発するが、導体は発光せず暗く見える。したがって、前記導体が破損した導体のような欠陥を有する場合、このような欠陥は暗くない領域として現れるため、検知することができる。さらに、短絡は明るい領域であるはずの場所に影となって現れるため、これによって欠陥として検知される。この蛍光の使用で重要なことは、特に、光学的変動の影響を克服すること、または凹凸のある導体それ自身の欠陥を画像化することである。
【０００３】
Mat. Resi. Soc. Symp Proc.Vol 381、1995の165〜173頁、R.A.DeVries他による「Digital Optical Imaging Of Benzo-Cyclobritene(BCB) Thin Films On Silicon Wafers」と題された記事には、厚さのばらつきまたは粒子等を検知するため、薄膜が蛍光放射されることが記載されている。
【０００４】
また、蛍光は機械部品等の様々なクラックや欠陥を検出するのにも用いられており、蛍光材料は、部品上に塗布され、蛍光材料の入り込んだクラックまたは欠陥部分にのみ蛍光材料が残るように拭き取られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一方、本発明に関連する問題とされる高密度多層集積回路部品に関して述べると、順に、導線を含むいくつかの層または皮膜が下部ベース基板層上に重ねられ、その上に透明または半透明の中間絶縁体層が重ねられる。導体のパターンを含む上層の欠陥を検査する場合、そのような多層部品のそのような欠陥等を検査する際に、極めて特異な問題が生じる。この問題は、あらゆる重ねられた層からの反射の合成に起因しており、入射光は上層だけでなくもっと下の層からも反射され、これら反射のすべての重なりが発生するため、上層の導体パターン層の検査のみを区別して行う必要があっても、これを行うことは出来ないことに起因している。
【０００６】
暗い場所、浅い角度の照明、色の識別、および直交偏波照明を用いて上層の導電パターン画像を識別する試みは、成功しなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかしながら、本発明の基礎となるのは、入射光の所定の波長に応じて異なる波長で蛍光する好ましくは半透明または透明な絶縁体層を伝搬する中間光の使用を通じて、上層の導体パターンの導体は、入射光が元の波長のまま反射され且つ蛍光しないため直ぐに区別することが可能であり、上層導体の所望の検査のみを識別的及び選択的に行うことができ、中間蛍光層より下の層からのいかなる入射光の反射も、拒絶し、マスクし、または消去することにより、上述の問題を見事に解決するという発見である。
【０００８】
このようなアプローチは従来の技術において、あらかじめ機械加工された平坦な階層面に対して注意深く行われているが、これらの技術は、不規則な凹凸のあるボード、大量生産された回路基板の角度のついた導体およびウェハ等には適さず、本発明によって解決される。
【０００９】
発明の目的
したがって、本発明の主たる目的は、中間層及び下層を含む多層電子部品の上層等の欠陥等の識別的および選択的な検査を可能にするための、新規で改善された方法および装置を提供することにある。上層は、そのような欠陥が個別に検査されるべき線等の導体のパターンを含み、中間層は、入射光の所定の入射波長に応じて蛍光を発する透明またはいくらか半透明な絶縁体からなり、上層導体を、蛍光する中間層の画像上に暗い画像として選択的に表示し、下の層からの反射がマスクされた蛍光する画像を提供する。
【００１０】
さらなる目的は、導体等を含む上層の検査が、下にある導体を含む層からの反射を有効に完全に消去しながら画像化することが可能であるような新規の光学的検査技術を提供することである。
【００１１】
その他の及びさらなる目的はこれから説明するものとし、また、より詳細には付加する特許請求の範囲で輪郭づけるものとする。
【００１２】
概要
しかしながら、概要としては、おそらくその最も広い見地の１つから、本発明は、中間層と下層とを有する多層電子部品の上層を光学的に検査する方法を含む。上層は検査されるべき導体のパターンを含み、中間層は透明または半透明の絶縁体からなり、この方法は、中間絶縁体層への入射光の所定の波長を選択して前記導体または他の層が異なる波長で反応して蛍光しないようにするステップと、部品の上層へ入射光を照射するステップと、入射光を層から反射させて反射光を検査カメラへ返すステップと、前記異なる波長の蛍光を中間層からカメラへ返すステップと、返ってきた蛍光のみを選択的に画像化して中間層の上部及び下部の層からカメラへ反射する他の入射光のすべてを抑制し、これによって上層の導体の非蛍光のパターンを蛍光する中間層画像の背景に対照的な暗い色として表現し、中間層より下からの反射を効果的に除去するステップとからなる。好ましい設計技術及び最適な動作形態は以下で詳細に説明する。本発明は、添付の図面と共に説明される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施例
上述した特徴を有する典型的な多層チップが、図１A〜Cに示されている。これらは、例えばセラミックのベースまたは基板層L4を含み、図に示すように金属導体Cの層L3を上部に有する。そして順に、典型的には透明または半透明が望ましく例えば有機ポリイミド等などからなる中間層L2に覆われ、この中間層L2が、下方導体Cを、中間絶縁体層L2の上にさらに重ねられる上層L1上の導体C1から絶縁する。
【００１４】
光源からの入射光Ｌが、ハーフミラーMによってチップの上層L1上へ向けられ、導体C1の上層パターンから反射される状態が例示されている。太い垂直の矢印は、入射光L及び検査カメラへ返る反射光Rを示している。層L3の下方導体Cを覆う中間絶縁体層L2は平坦にはならず、図に示されるように、層の沈降により形成されるくぼみを伴い不規則な形状になる。最上部の導体C1は、図に示されるように、層L2の突き出した凹凸やくぼみによって、いくらか傾けられることがあり、導体C1からの反射のいくらかは、堆積された導体C1の層の角度によってはカメラへ届かない可能性があるが、導体C1の平坦な領域は、Rとして上方検査カメラ方向へ反射して返す。半透明または透明の中間絶縁体層L2の光の伝達特性に関して述べると、図１Ｂにおいて、光は、下層の導体Ｃ及び基板層L4からもカメラCAMへ反射して返される。これによって様々な層からの重なり合う反射の合成が生じ、後で十分な説明を行うが、多くの場合、この混乱は上層導体の検査を不可能ではないにしても極めて難しくさせる。
【００１５】
カメラ及び画像化回路は、例えば、多層構造で製造されたチップまたは他の部品をカメラが通過する又はカメラがこれらの部品上を走査を行う際の画像検査を目的とする、私の米国特許第.5,119,434号及び4,697,088号に記載されるような類のものでもよい。さらなる例示としては、他の光学的検査装置が米国特許第5,058,982号及び5,333,052号に記載されている。
【００１６】
本発明では、前記混乱は、中間絶縁体層L2にのみ入射光より大きい波長の光を蛍光させる入射光波長Lの特別な使用により、劇的に回避される。この蛍光は、図１Ｃにおいて、層L2の凹凸のある表面からあらゆる方向に返される反射光Ｆとして概略的に点線で示されるように、いくらかの傾向光線をレンズL1によってカメラCAMに対して方向を揃えることにより、傾いた導体によって覆われていない中間層の露出した下方傾斜／くぼみ領域からの垂直方向から外れて放射される点線で示される光線も含んでいる。すべての光線のうち前記大きい波長の蛍光以外をＦＩＬでフィルタすることにより、図１A及び１Bの入射波長の反射RはフィルタＦＩＬで除去され、中間層L2からの蛍光ＦのみがカメラCAMによって画像化されることになる。蛍光する中間層Ｌ2の厚さを、ほぼ完全に光を通さないような十分な厚さにすることによって、上層の導体C1のパターンは、層L2の蛍光する画像に影として表示される。そして、中間層L2より下の層からの入射光波長の反射Ｒはマスクまたは除去されるため、これらが効果的に除去され（図１Ａおよび図１ＢにフィルタＦＩＬを通過しないことが示されている）、上層の導体C1のパターンのみを明確かつ選択的に検査することが可能になる。
【００１７】
図２は、前述のように、絶縁皮膜層L2として機能する透明または半透明の特性を持つ好ましいポリイミド材料に対する、好ましいアルゴン層光源Xの蛍光輝度スペクトラムを示している。
【００１８】
図３及び図４の比較は、これを用いたときの本発明の効果を示している。図３は、かかる多層ウェハ回路から生成された普通の白色光画像であり、上部の導体層より下にあるすべての層が写っている。導線の表面の変化もまたはっきりと見える。本技術を用いることにより、上層は、下の層からのいかなる光の反射による干渉または重なりを生じることなく検査される。
【００１９】
この多層ウェハ構造において、上層は、位相の変化により生じたこれを横切る複数の暗い線を伴った白色に見え、同時に下にあるすべての層もまた見えている。これは、単に上層を判定するのが極めて難しいというだけでなく、対象とする上部の導線の破損または短絡または欠陥を発見することが事実上不可能であるといことを意味している。これに対し、図４は図１Cの本発明にしたがって得られた蛍光画像の写真であり、上部導体をはっきりと示している。本技術により、上層は、下にある層からのいかなる光の反射による干渉または重なりを生じることなく検査される。
【００２０】
図５には、３層を有する別のマルチチップモジュールが示されている。この例では、上層を判定するのが難しく、また、位相の変化により多数の線及び帯が画像を横切っている。しかしながら、図６では、本発明（図１C)を用いることにより、蛍光画像は下にある他の層が除外されて、きわめてはっきりと上層導体を識別している。
【００２１】
このように、本発明はここまで概して蛍光する絶縁体層に関して述べられてきたが、好ましい層は４８８（または５１４）[ｎｍ]の入射アルゴン光波長に応答して蛍光するポリイミド有機物である。この蛍光スペクトラムは、図２において約５００〜７０００[ｎｍ]の範囲であり、図４及び図６に示されるように、選択的フィルタ（ＦＩＬ）が、入射により非蛍光材料から生じるあらゆる反射を有効に分離できるのは、この範囲である。他の波長の光源及び上述した記事に記載されるような類似の蛍光材料もまた、本発明の原理にしたがって用いることができる。好ましい下層またはベース基板Ｌ4は、セラミック、ガラス、エポキシ及び金属から選択される。さらに本発明は、下層からの反射による混乱を生じることのない上層の検査の選択性が要求されるいかなる類似の多層電子部品又は他の部品にも適用することができる。これらには、集積回路チップが形成される元になるウェハに加え、フラットディスプレイパネル、マルチチップモジュール、可動式回路パッチ及びデカール及び他の応用なども含まれる。
【００２２】
当業者には、更なる変更も明らかであり、それらすべては、本発明の思想、及び付加した特許請求の範囲によって規定される範囲に含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ及び図１Ｂ】  本発明の技術による、多層構造のチップ等からカメラへの光の反射を示す部分的な断面図である。図１Ｂは、図１Ａの位置からカメラ前方、すなわち左へ走査したところを示す図である。
【図１Ｃ】  次の走査位置での同様の図であり、中間層のみからカメラへ蛍光の散乱光が返ることを示している。
【図２】  輝線波長488[nm]のアルゴン入射光に応答して、好ましい中間層絶縁体材料から発せられる好ましい蛍光スペクトラムの範囲を示すグラフである。
【図３】  従来の多層ウェハの様々な層から生じる合成されて区別できない反射の重なりを示す図であり、上層のみの欠陥の識別的検出がほとんど不可能であることを示している。
【図４】  本発明による蛍光する中間絶縁体層の選択図であり、導体の上層パターンを選択的に識別し且つ中間層より下からのすべての反射を除去することによる問題の全体的な解決方法を示している。
【図５及び図６】  別のウェハに対して、それぞれ図３及び図４と同様の内容を示す図であり、再度本発明の効果を示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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