JPH081373B2 - 反射性のパタンの特質を監視するための検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上の金属形成パタ
ンにおけるあらゆる特質のうち、水平寸法（例えば、線
の幅）および少なくとも他の１つの特質（例えば、強
度、色合い、テクスチャ、反射率、または彩度）を同時
に監視する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチチップ電子モジュールの開発に現
在多大の努力が払われている。このようなモジュール
は、ハイブリッド集積回路（ＨＩＣ）と称する人もいる
が、一般に、通常はセラミックの基板からなり、１つ以
上の層を有し、各層は、その上に通常は金などの金属形
成パタンを有する。通常、大規模集積回路（ＶＬＳＩ）
のチップを基板の主な（外側の）表面の一方または両方
に接合するが、このとき各チップは、基板上の金属形成
パタンによって他方に相互接続される。基板の各層の金
属形成パタンのパタン要素から選ばれたものが、隣接す
る層の上のパタン要素に貫通メッキした金属導路によっ
て接続される。

【０００３】このようなマルチチップ・モジュールの全
体的な大きさを小さくするだけでなく、非常に高密度の
回路を可能とするために、パタンのパタン要素の水平寸
法（例えば線の幅）を非常に小さくする。パタン要素の
うち線幅は、基板上への金属の堆積に使用される処理の
種類のよって２から１０ミル（１ミルは、0.001イン
チ）の範囲である。各パタンにおけるあらゆるパタン要
素の寸法の正確な制御を維持することは、極めて重要な
ことである。パタンにおける特定のパタン要素の寸法
が、有効な設計規則の下で許容可能な最大値を超える場
合、そのようなパタン要素とそれに隣接するパタン要素
との間の信号の漏れる可能性がはるかに高くなり、「漏
話」の可能性が生じる。逆に、パタン中の特定のパタン
要素の寸法が小さ過ぎると、そのパタン要素によって与
えられる信号路のインピーダンスが許容限度を超え、そ
のマルチチップ・モジュールの動作に悪影響を及ぼす。
パタン中の要素の断線も、明らかに望ましくない。さら
に、貫通導路のようなパタン要素の質も重要である。

【０００４】基板上の各パタンにおけるパタン要素の水
平寸法だけでなく、パタンにおける形成金属の総体的な
質も重要である。基板の各層にパタンを堆積させる過程
において、パタンにおける形成金属が、汚染される可能
性もある。このような汚染は、そのパタンによって確立
される回路のインピーダンスに悪影響を及ぼすだけでな
く、基板の露出した表面上の形成金属に集積回路のチッ
プを確実に接合する能力にも悪影響を与える。もう１つ
の重要なパラメータは、パタンにおけるパタン要素の高
さの一様性である。パタン要素の高さの著しい変化は、
基板上に配置される素子に対して行われる電気的な接続
の質に悪影響を及ぼす可能性がある。

【０００５】水平寸法の望ましくない変化を検出するた
めの基板上の金属形成パタンの検査は、これまで、（テ
レビカメラによって捉えた）パタンの画像を１対のマス
ター・パタンまたはモデルの各々と比較することによっ
て行われてきた。このようなモデル対の生成は、最大お
よび最小の許容可能な値をそれぞれ表すように一方のモ
デルのパタン要素は水平寸法を詰めて（縮小して）あり
他方のモデルのパタン要素は水平寸法を拡張して（広げ
て）ある点を除けば、それぞれのモデルがパタン要素か
らなる所望のパタンの正確なレプリカを含むように、行
われる。形成金属の実際のパタンの画像をその２つのモ
デルの各々と比較し、その比較の結果を論理的に結合す
ることによって、寸法が多き過ぎたり小さ過ぎるような
パタン要素を検出することができる。

【０００６】パタン要素の水平寸法の変化を検出するた
めの自動パタン検査を行うために前記のような技術が考
案されたが、水平寸法のほか、パタン要素の高さ、色合
い、強度、反射率、テクスチャ、彩度、またはこれらの
組み合わせなどの、パタン要素の１つまたはそれ以上の
重要な特質も自動的に検査するための前記に匹敵する方
法は、考案されていない。これらの特質の何れかの検査
がある場合、その検査は手動で行われている。例えば、
パタンの色調および色合いを決定するためのパタン要素
の強度の検査は、通常、手動で行われ、良くても主観的
なものである。さらに、結果は担当者の疲労によって影
響を受けることもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、発明が解決し
ようとする課題は、水平寸法の変化だけでなくパタン要
素の少なくとも１つの特質に関する変化も検出するよう
に基板上の金属形成パタンの自動検査を行う方法を与え
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】簡単に言えば、水平寸法
のほか、パタン要素の反射率、強度、高さ、色合い、テ
クスチャ、彩度、またはこれらの組み合わせなどの１つ
またはそれ以上の重要な特質も監視するためにマルチチ
ップ・モジュール上の金属形成パタンのような基板上の
パタンを検査する方法を本発明により開示する。この方
法は、まず、一般にテレビカメラによってパタンのグレ
イ・スケール画像を捉えることによって実施される。そ
の他の重要な特質によっては、その特質に関する情報を
展開するために、その画像をさらに処理することが必要
な場合もある。例えば、高さが、（パタン要素のｘおよ
びｙ水平寸法以外の）他の重要な特質である場合、周知
の技術を用いて深度マップを展開するようにパタンの画
像を処理する必要がある。

【０００９】必要に応じて画像を処理した後、パタン要
素の水平寸法をそれぞれ縮小および拡大し且つその他の
重要な特質（例えば、強度）の値をそれぞれ拡大および
縮小したパタン画像をそれぞれ含む第１および第２のモ
デルと前記の捉えた画像とを比較する。このような比較
から得た結果を論理的に結合し、この結合の結果を用い
て、パタン要素の寸法およびその他の重要な特質（例え
ば、強度）が許容範囲に入っているかどうかを決定す
る。

【００１０】

【実施例】図１は、形成金属パタン１４を含む基板１２
を検査するシステム１０の略ブロック図である。（説明
のために、基板１２およびその上の金属形成パタン１４
の厚さは誇張してある。）システム１０は、基板１０を
支持するだけでなく、これをｘ軸およびｙ軸にそって正
確に移動させる役を果たすｘ−ｙテーブルを備えてい
る。ｘ−ｙテーブルの運動はｘ−ｙ制御器によって制御
される。

【００１１】テレビカメラ２０は、基板１２およびその
上の金属形成パタン１４の画像を捉えるようにｘ−ｙテ
ーブルに照準を合わせた顕微鏡２１によって光学的に結
合されている。一般に、カメラ２０および顕微鏡２１の
光学的条件により、パタン１４の僅かな部分のみが、カ
メラの視野に入るようになっている。ｘ−ｙテーブルを
段階的に移動させることにより、パタン１４の異なる部
分をカメラ２０の視野の中に持ってくることができる。
基板１２の表面を照明するために、光源２４によって駆
動されるリング・ランプ２２を備えている。基板の表面
下を照明するために、ランプをもう１つ（図示せず）備
えても良い。

【００１２】カメラ２０の出力信号は、画像システム２
６に供給される前に第１のテレビ・モニタ２５に通され
る。実施例では、画像システムは、ＩＲＩモデルＰ２５
６またはＰ５１２の何れかからなり、何れもカリフォル
ニア州カールズバッドのＩＲＩ社から入手可能である。
画像システム２６は、カメラ２０の画像を処理するほ
か、ｘ−ｙ制御器１８に制御信号を供給することによっ
てｘ−ｙテーブルの運動を制御する働きをする。モニタ
２５と同様の第２のテレビ・モニタ２８は、画像システ
ム２６によって生成される画像を表示するために、画像
システム２６の出力に結合される。画像システム２８
は、一般に、端末３０を通してプログラムされる。

【００１３】以下においてさらに詳細に説明するよう
に、画像システム２６は、基板１２上の金属形成パタン
１４のパタン要素の水平寸法および他の少なくとも１つ
の特質（例えば、強度、高さ、反射率、テクスチャ、色
合い、彩度、およびこれらの組み合わせ）が許容範囲に
あるかどうかを判断するためにカメラによって捉えられ
た画像を処理し、検査すべき特質を数値化する。パタン
１４のパタン要素の高さを除けば、先に掲げたその他の
特質の実際の値は、システム１０から直接得ることがで
きる。高さの情報を得るには、米国特許出願第４４０，
９４８号（発明者：アイ・アミール(I.Amir) 出願人：
ＡＴ＆Ｔ）に開示されているようなシステムを使用して
もよい。

【００１４】実施例において、システム１０は、パタン
１４の水平寸法のほかその強度も監視するように設計さ
れている。図２には、図１のカメラによって捉えた金属
形成パタン１４の一部の画像を示す。図２に示した金属
形成パタン１４の部分には、図の上部付近に極端に明る
い領域３４を有し、図の下部付近に極端に暗い領域３５
を有する切れた縞３４が含まれる。図２に示したパタン
１４には、切れた縞３４のほか、切れた縞３２の左側に
極端に明るい無関係の金属形成領域３６が、切れた縞３
２の右側には極端に暗い無関係の金属形成領域３８も含
まれる。極端に明るい領域３４および極端に暗い領域３
５は（領域３６および３８は勿論）、例えば形成金属の
汚染などのために強度が許容範囲を超えているような図
１のパタン部分の中にある領域を表す。図２に示した金
属形成パタン１４の部分に欠陥がないとすれば、縞３２
は、切れずに一様の強度であり、さらに形成金属の無関
係な領域３６および３８は存在しないはずである。

【００１５】図１のカメラの出力信号が供給されると、
図１の画像システムは、図２に示した捉えられた画像を
構成する複数の小さな画素（ピクセル）の各々の相対的
な強度を決定するように働く。図３は、０から２５５の
スケールに基づいて測定した図２の画像の中にある画素
の強度のマップである。図から分かるように、図２の画
像の内部で形成金属のない領域は、図３において概して
４８から５１の範囲の強度である。図２において金属形
成された領域（例えば、縞３２からなる領域）は、図３
では１２から４０の範囲の強度であり、これより低い値
は極端に暗い領域を表し、高い値は極端に明るい領域を
表す。

【００１６】本発明によれば、図１の基板１２上の金属
形成パタン１４の水平寸法の変化および（または）強度
の変化は、規定の許容度を超える場合、まず図４および
５に示したような２つのモデル４０および４２をそれぞ
れ生成することによって検出することができる。モデル
４０は、ｘおよびｙ方向の寸法を一般に１０％詰めた
（縮小した）許容可能で、かつ好ましくは完全な金属形
成パタン１４を表すが、その反射強度は、１０％拡張
（拡大）されている。ｙ方向の縮小は図４に図示されて
いないことに注意を要する。逆に、モデル４２は、水平
寸法を１０％拡張した許容可能で完全な金属形成パタン
１４（即ち、切れていない縞３２）を表す。その反射強
度は１０％減少している。図４および図５のモデル４０
および４２における線幅と反射強度の１０％の変化は、
許容可能な最大の水平寸法の変化および強度をそれぞれ
表す。許される許容度を大きくするには、モデル４０お
よび４２における水平寸法の変化および強度の値をそれ
なりに調節することが必要となる。尚、ｘおよびｙ方向
の水平寸法に対する許容値と強度に対する許容値は同じ
である必要はない。

【００１７】図６および７は、それぞれ図４および５の
モデル４０および４２に対応する画素の強度のマップで
ある。図４および５のモデル４０および４２において暗
く見える領域および明るく見える領域は、図６および７
における小さな強度値および大きな強度値にそれぞれ対
応する。図６および７において実際の金属形成領域（縞
３２）に関係付けられた画素の強度の値は、図３におけ
る縞に対する対応する強度の値とは１０％だけ異なる。
図４および５のモデル４０および４２は、図２の金属形
成パタン１４を縮小および拡大した許容できるパタンを
それぞれ表すので、何れのモデルにも、無関係な金属形
成領域３６および３８（図２参照）は存在しない。

【００１８】検査の初期に、図４および５のモデル４０
および４２の各々が、図１の機械的な画像システム２６
に入力される。モデル４０および４２は、一般に、許容
可能な（好ましくは、欠陥の無い）金属形成パタン１４
を画像化し、結果の画素マップを画像システム２６に記
憶することによって、入力される。次に、このマップを
操作して図６および７に示したマップを与える。このマ
ップの値は、水平寸法を効率的にそれぞれ縮小および拡
大し、かつ強度を効率的にそれぞれ拡大および縮小する
ように調節されている。

【００１９】図６および７の強度マップ（モデル４０お
よび４２をそれぞれ表す）が一度設定されると、金属形
成パタン１４の少なくとも一部を図１のカメラによって
捉えることにより、基板１２の検査が実際に行われる。
その後、捉えられた画像の画素の強度マップ（図３参
照）が確立される。図１のパタン１４の画像化された部
分の画素の強度マップが確立された後、そのマップが、
モデル４０および４２の対応する部分に関係付けられた
画素強度マップ（図６および７参照）の各々とそれぞれ
比較される。

【００２０】前記の比較は、図３の画素強度マップ（図
２の実際の、即ち「実行時の」画像に相当）と図６のマ
ップ（図４のモデル４０に相当）とを（前者から後者を
引くことによって）論理的に結合するとともに、図７の
マップ（図４のモデル４２に相当）から図３のマップを
引くことによって前者と後者を論理的に結合することに
より、行われる。次の、これらの別個の演算結果を（加
算することにより）論理的に結合して、図８に表した画
像のものと対応する強度の値の集合を与える。図８に現
れるのは、図２において極端に明るい領域３４および極
端に暗い領域３５、ならびに図２に示した金属形成パタ
ン１４の部分における欠陥をまとめて表す無関係の金属
形成領域３６および３８だけである。図２のパタン１４
の部分に欠陥がない場合、図８に示される画像は、完全
に明るく（完全な空白に）見えるはずである。

【００２１】図３の強度マップの図６および７の強度マ
ップとの比較が行われる方法は、金属形成パタン１４と
その周囲の背景とのコントラストに依存する。パタンが
暗く背景が明るく見える場合、比較の結果は説明どおり
に結合される。これとは逆に、パタンが明るく背景が暗
く見える場合、図７の強度マップが図３のマップから引
かれ、さらに図３のマップが図６のマップから引かれ
る。

【００２２】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発明の技
術的範囲に包含される。

【００２３】尚、特許請求の範囲に記載した参照番号
は、発明の容易なる理解のためで、その技術的範囲を制
限するように解釈されるべきではない。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
板１２上の金属形成パタン１４のマスター・コピーを含
んだ１対のモデル４０および４２の各パタンを、それぞ
れ縮小および拡大された水平寸法並びにそれぞれ拡大お
よび縮小された強度と比較することにより、パタンの水
平寸法および強度の両方を監視することができる。尚、
図１のシステムをパタン要素の水平寸法に加えて重要な
パタン１４の特質の１つとして強度を監視するものとし
て説明してきたが、同様の技術を利用して他の特質を監
視することもできる。換言すれば、例えば高さ、反射
率、テクステャ、色合い、彩度、またはこれらの組み合
わせなどの他の特質を監視するには、水平寸法を拡大お
よび縮小し、かつ監視するべき特質の値を適切な許容因
子によって拡大および縮小することによって、モデル４
０および４２にそれぞれ類似した２つの別個のモデルを
生成する。次に、パタン１４の実際の画像をそれらの２
つのモデルと比較し、その比較の結果を説明どおりに結
合して、欠陥が有れば、その欠陥のみを含む画像を生成
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上の金属形成パタンにおけるパタン要素の
水平寸法と他の少なくとも１つの重要な特質を監視する
システムの略ブロック図である。

【図２】図１のシステムによって捉えられた反射性の金
属形成パタンの図式的な表現である。

【図３】図２の画像の強度の値を含むマップである。

【図４】図２の画像とともに比較の目的で使用される第
１のモデルの画像を表す図である。

【図５】図２の画像とともに比較の目的で使用される第
２のモデルの画像を表す図である。

【図６】図４の画像の強度マップを表す図である。

【図７】図５の画像の強度マップを表す図である。

【図８】図３、６および７の強度マップの論理的な結合
の結果得られる典型的な画像を表す図である。

【符号の説明】

１０ 本発明のシステム １６ ｘ−ｙテーブル １８ Ｘ−ｙ制御器 ２０ テレビカメラ ２６ 画像システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 7514−4Ｍ (72)発明者 デヴィッド ロバート リース アメリカ合衆国 01835 マサチューセッ ツ ブラッドフォード、フェアウッド ド ライヴ 53 (56)参考文献 特開 平１−121709（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−139706（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板１２上の反射性のパタン１４におけ
   るパタン要素の水平寸法およびその他の少なくとも１つ
   の重要な特質を監視するために、 （ａ）パタン１４の実際の画像を捉えるステップ、 （ｂ）第１のモデル４０における許容可能な最大値まで
   拡大した前記の重要な特質の値および許容可能な最小値
   まで縮小したパタン要素の水平寸法を有する比較パタン
   の画像を表す前記モデルと前記の捉えた画像とを比較す
   るステップ、 （ｃ）第２のモデル４２における許容可能な最小値まで
   縮小した前記の重要な特質の値および許容可能な最大値
   まで拡大したパタン要素の水平寸法を有する比較パタン
   の画像を表す前記モデルと前記の捉えた画像とを比較す
   るステップ、 （ｄ）前記の捉えた画像を前記の第１および第２のモデ
   ルの各々と比較することによって得た結果を論理的に結
   合するステップ、 （ｅ）前記水平寸法および前記のパタン１４の重要な特
   質が規定の許容値の中にあるか否かを前記の比較結果に
   従って決定するステップを備えたことを特徴とする反射
   性のパタンの特質を監視するための検査方法。
2. 【請求項２】 前記の重要な特質が前記パタンのパタン
   要素の強度であることを特徴とする請求項１記載の検査
   方法。
3. 【請求項３】 前記第１のモデルの画像から前記の捉え
   た画像を引き、さらに前記の捉えた画像から前記第２の
   モデルを引くことによって、前記の比較結果を論理的に
   結合することを特徴とする請求項１記載の検査方法。
4. 【請求項４】 前記第１のモデル４０が、 基板上のパタン１４におけるパタン要素に対応するパタ
   ン要素を有する比較パタンの画像を捉えるステップ、 前記比較パタンを捉えた画像におけるパタン要素の水平
   寸法を許容可能な最小値に相当する量だけ縮小するステ
   ップ、および前記比較パタンを捉えた画像におけるパタ
   ン要素の前記の重要な特質の値を許容可能な最大値に相
   当する量だけ拡大するステップによって確立されること
   を特徴とする請求項１記載の検査方法。
5. 【請求項５】 前記第２のモデル４２が、 基板上のパタンにおけるパタン要素に対応するパタン要
   素を有する比較パタンの画像を捉えるステップ、 前記比較パタンを捉えた画像におけるパタン要素の水平
   寸法を許容可能な最大値に相当する量だけ拡大するステ
   ップ、および前記比較パタンを捉えた画像におけるパタ
   ン要素の前記の重要な特質の値を許容可能な最小値に相
   当する量だけ縮小するステップによって確立されること
   を特徴とする請求項１記載の検査方法。