JP7304589B2

JP7304589B2 - Ｐｃｂ多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法

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Publication number: JP7304589B2
Application number: JP2021187482A
Authority: JP
Inventors: 建璋陳
Original assignee: 国立虎尾科技大学
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: CN110779436B; JP2022020815A; CN110779436A; TW201928341A; JP2020016636A; TWI681184B

Description

本発明は、測量方法に関し、特に、ＰＣＢ多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法に関する。

半導体プロセス技術が絶え間なく発展するとともに、金属コーティングプロセスとエッチング又は研磨プロセスの組合せは、集積回路の接続導通を作製することに多く使われていて、既に先進プロセスの重要技術になっている。

従来の薄膜測量機器による金属薄膜の厚さの測量の多くは、接触式の測量技術を主とする。しかし、金属薄膜は、光透過性を有していないので、破壊性、接触式の四点プローブ測量方法を用いて塗膜の厚さを測量することが多く、且つ、接触式の測量方式は、金属薄膜に触るので薄膜本体に損傷を与える。したがって、従来の測量技術は、通常まず見本の一部を取って、静的な方式で測量を行う。その上、従来の測量機器の精度は、単一の金属層の薄膜の厚さしか測量できず、多層薄膜構造に対して測量を行うことができない。

近年、塗膜の厚さに対して非接触式測量を行う方法は、ますます重視されている。従来の技術には、金属薄膜の特定領域に特定の熱量を与え、金属薄膜の温度変化からその厚さを推算する方法、金属薄膜にパルスエネルギーを与え、生じた音波振幅及び周波数から金属薄膜の厚さを推算する方法、金属薄膜にコイル磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆＨｅｌｍｈｏｌｔｚｃｏｉｌ）を与え、渦電流（ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ）損
失量から金属薄膜の厚さを推算する方法がある。上述の測量方法は、金属薄膜の厚さを推算するために、完全な理論模型及び比較データベースを確立する必要がある。したがって、如何に多層薄膜構造について、より速やかに且つ正確に測量を行う方法を設計するかが本分野における、現在の重要な課題である。

これに鑑みて、本発明は、ＰＣＢ多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法を提供することを目的とし、以下のステップを含む。

まず、ＰＣＢ多層板の上層に設けられた第一検出ユニット及び該ＰＣＢ多層板の下層に設けられた第二検出ユニットを用意し、次に、該第一、第二検出ユニットはそれぞれ交番磁界を生じ、該ＰＣＢ多層板の上、下層表面に誘導起電力を生じ、渦電流を形成し、該第一検出ユニットは該渦電流を測量することにより、該上層の第一インピーダンス値を取得し、該第二検出ユニットは該渦電流を測量することにより、該下層の第二インピーダンス値を取得する。同様の動作を繰り返し、上層の第三インピーダンス値と、下層の第四インピーダンス値を取得する。処理ユニットは該第一、第二検出ユニットと電気的に接続され、該第一検出ユニットが取得した第一インピーダンス値と第三インピーダンス値との差分を用いてＰＣＢ多層板の上層の第一の厚さを計算し、第二検出ユニットが取得した第二インピーダンス値と第四インピーダンス値との差分を用いてＰＣＢ多層板の下層の第二の厚さを取得する。

本発明の別の技術手段において、該第一の厚さの計算とは該上層の第一、第三インピーダンス値の差分を該第一、第二検出ユニットの該上層、下層表面に向けて誘導起電力又は電界を生じる作用面積で除することであり、該第二の厚さの計算とは該下層の第二、第四インピーダンス値の差分を該第一、第二検出ユニットの該上層、下層表面に向けて誘導起電力又は電界を生じる作用面積で除することである。

本発明のもう１つの技術手段において、上記第一検出ユニット及び第二検出ユニットのビーム幅（ＢｅａｍＷｉｄｔｈ）はＸであり、上記第一検出ユニットと該ＰＣＢ多層板の上層との間隔をｄ１とし、上記第二検出ユニットと該ＰＣＢ多層板の下層との間隔をｄ２とし、電界が該ＰＣＢ多層板の上層における作用面積Ａ１は、（（ｔａｎ（Ｘ／２）×ｄ１）×２） ^２であり、電界が該ＰＣＢ多層板の下層における作用面積Ａ２は、（（ｔａｎ（Ｘ／２）×ｄ２）×２） ^２である。

本発明のさらにもう１つの技術手段において、上述の第一、第二検出ユニットのビーム幅Ｘは６１度である。

本発明の別の技術手段において、上述の第一、第二検出ユニットと該ＰＣＢ多層板の上、下層との間隔は０．１ｍｍ～１０ｍｍである。

本発明のもう１つの技術手段において、上述の第一、第二検出ユニットは該上層、下層の金属層の厚さに対して非接触式測量を行うために用いられたマイクロストリップアンテナであり、第一面及び反対になる第二面を有した基板、該基板の第二面に設けられた金属グラウンド層、該基板の第一面に設けられた輻射体、該基板の第一面に設けられたマイクロストリップライン、及び、送込み部を含み、該輻射体は第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部及び第四輻射部を有し、該マイクロストリップラインは第一隔壁及び該第一隔壁と垂直に交わって接続した第二隔壁を有し、該送込み部は該金属グラウンド層に接続された接続端、及び該第一面に位置して且つ該接続端及び該マイクロストリップラインに接続された送込み端を有する。

本発明のさらにもう１つの技術手段において、上述の基板はさらに第一辺、該第一辺と対向して設けられた第二辺、該第一辺と第二辺との間に位置した第三辺、及び該第三辺と対向して設けられた第四辺を有し、該マイクロストリップラインの第一隔壁は第一短辺及び対向した第二短辺を有し、該第二隔壁は第三短辺及び対向した第四短辺を有し、該第一短辺は該第一辺に接続しないが、該第二短辺は該第二辺に接続され、該第一、第二隔壁は四つの輻射区を規定し、該第一、第二、第三、第四輻射部は別々に該四つの輻射区に設けられる。

本発明の別の技術手段において、上述の第一、第三輻射部の片側及び該第二隔壁の第三短辺から該第三辺までの距離は同じであり、該第二、第四輻射部の片側及び該第二隔壁の第四短辺から該第四辺までの距離は同じであり、該第一隔壁の第一短辺から該第一辺までの距離は該第一、第二輻射部の片側から該第一辺までの距離より大きい。

本発明のもう１つの技術手段において、上述の第一、第三輻射部の片側及び該第三短辺から該第三辺までの距離と該第二、第四輻射部の片側及び該第四短辺から該第四辺までの距離は該第一、第二輻射部の片側から該第一辺までの距離と該第三、四輻射部の片側から該第二辺までの距離より大きい。

本発明のさらにもう１つの技術手段において、上述の第一、第二検出ユニットの放射周波数は１ＭＨｚ～２．５ＧＨｚである。

本発明の別の技術手段において、上述のＰＣＢ多層板の層数は２層～１６層である。

本発明のもう１つの技術手段において、上述のＰＣＢ多層板の上層、下層構造は金属層であり、且つ該上層は該第一の厚さを有し、該下層は該第二の厚さを有するとともに、順番に内部へ少なくとも一つの絶縁層と少なくとも一つの粘着層から該ＰＣＢ多層板までの予定層数が積み上げられている。

本発明の有利な効果は、該第一、第二検出ユニットが該ＰＣＢ多層板の二つの表面の金属層の厚さに対して非接触式測量を行い、且つ該ＰＣＢ多層板の層数は２層～１６層であってよいことにより、いろいろな産業の要求を満足する。また、該マイクロストリップアンテナの特殊設計により、該第一、第二検出ユニットの該上層、下層表面に向けて誘導起電力を生じる作用面積に均一性を持たせて、該ＰＣＢ多層板の上、下層銅厚を正確に測量して計算するという最終目標を達成する。

本発明のＰＣＢ多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法の好ましい実施例を説明する模式図である。この好ましい実施例における流れを説明する工程図である。この好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナの態様を説明する模式図である。該マイクロストリップアンテナの別の視角態様を説明する模式図である。２Ｄ輻射パターン模擬図を示す模式図である。３Ｄ輻射パターン模擬図を示す模式図である。

本発明の関連した請求特許の特徴と技術内容について、以下の図面を参照した好ましい実施例に詳しい且つ明確な説明を行う。

図１、図２を参照して、本発明のＰＣＢ（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ、印刷回路板）多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法の好ましい実施例は、以下のステップを含む。

まず、ステップ９１を行い、ＰＣＢ多層板１の上層１１に設けられた第一検出ユニット２及び該ＰＣＢ多層板１の下層１２に設けられた第二検出ユニット３を用意する。本発明の測量方法の測量対象はいろいろな、表面コーティングの材料は金属であるＰＣＢ多層板１構造であってよい。

ここで、該ＰＣＢ多層板１の層数は２層～１６層であり、該ＰＣＢ多層板１の最上層１１と最下層１２との構造はいずれも金属層であり、その材料は銅、鉄などの導電性材料であってよく、さらに、該上層１１は第一の厚さを有し、該下層１２は第二の厚さを有し、順番に内部へ少なくとも一つの絶縁層１３と少なくとも一つの粘着層１４から該ＰＣＢ多層板１までの予定層数が積み上げられている。

好ましくは、該第一、第二検出ユニット２、３と該ＰＣＢ多層板１の上、下層１１、１２の間隔は０．１ｍｍ～１０ｍｍである。なお、該第一、第二検出ユニット２、３の放射周波数は１ＭＨｚ～２．５ＧＨｚである。

この好ましい実施例において、該第一、第二検出ユニット２、３はマイクロストリップアンテナ５であり、該ＰＣＢ多層板１の最上層１１と最下層１２との金属層の厚さに対して非接触式測量を行うために用いられ、具体的には、該第一、第二検出ユニット２、３は該ＰＣＢ多層板１の上層１１と該下層１２に近付くが触れないように別々に設けられる。

再度、図３、図４を参照する。該マイクロストリップアンテナ５は、第一面５１１及び反対になる第二面５１２を有する基板５１、該基板５１の第二面５１２に設けられた金属グラウンド層５２、該基板５１の第一面５１１に設けられた輻射体５３、該基板５１の第一面５１１に設けられたマイクロストリップライン５４、及び、送込み部５５を含む。

該基板５１はＤｕｒｏｉｄ高周波マイクロウェーブ回路板であり、さらに第一辺５１３、該第一辺５１３と対向して設けられた第二辺５１４、該第一、第二辺５１３、５１４の間に位置した第三辺５１５、及び該第三辺５１５と対向して設けられた第四辺５１６を有する。該金属グラウンド層５２は印刷又はエッチングプロセスで該第二面５１２に形成されたり、打抜きと彫刻プロセスで該金属グラウンド層５２を形成してから該第二面５１２に設けて全体のグラウンド面としたりすることができる。

該輻射体５３はそれぞれほぼ立方体をし、第一輻射部５３１、第二輻射部５３２、第三輻射部５３３及び第四輻射部５３４を有し、該輻射体５３は印刷又はエッチングプロセスで該第一面５１１に設けたり、打抜きと彫刻プロセスとで該輻射体５３を形成してから該第一面５１１に設けたりする。

該マイクロストリップライン５４はほぼ十字形をし、第一隔壁５４１及び該第一隔壁５４１と垂直に交わって接続する第二隔壁５４２を有し、該マイクロストリップライン５４の第一隔壁５４１は第一短辺５４１１及び対向した第二短辺５４１２を有し、該第二隔壁５４２は第三短辺５４２１及び対向した第四短辺５４２２を有し、該第一短辺５４１１は該第一辺５１３と接続せず、該第二短辺５４１２は該第二辺５１４と接続し、該第一、第二隔壁５４１、５４２は四つの輻射区５４３を規定し、該第一、第二、第三、第四輻射部５３１、５３２、５３３、５３４は別々に該四つの輻射区５４３の中に設けられる。

さらに、該第一、第三輻射部５３１、５３３の片側及び該第二隔壁５４２の第三短辺５
４２１から該第三辺５１５までの距離は同じであり、該第二、第四輻射部５３２、５３４の片側及び該第二隔壁５４２の第四短辺５４２２から該第四辺５１６までの距離は同じであり、該第一隔壁５４１の第一短辺５４１１から該第一辺５１３までの距離は該第一、第二輻射部５３１、５３２の片側から該第一辺５１３までの距離より大きい。

次に、ステップ９２を行い、該第一、第二検出ユニット２、３はそれぞれ交番磁界を生じ、該ＰＣＢ多層板１の上、下層１１、１２の表面に向けて誘導起電力又は電界を生じ、該上層、下層１１、１２の金属面のインピーダンスは該上層、下層１１、１２の表面に位置した渦電流又は第一反射信号を形成し、該第一、第二検出ユニット２、３は該渦電流又は第一反射信号を測量して、該上層１１に位置した第一インピーダンス値及び該下層１２に位置した第二インピーダンス値を取得する。

該送込み部５５は信号を送込むために用いられ、該金属グラウンド層５２に接続された接続端５５１及び該第一面５１１に位置し且つ該接続端５５１と該マイクロストリップライン５４に接続された送込み端５５２を有する。

次に、ステップ９２を行い、該第一および第二検出ユニット２、３はそれぞれ交番磁界を生じ、該ＰＣＢ多層板１の上層および下層１１、１２の表面に誘導起電力を生じさせ、該上層および下層１１、１２の表面に渦電流を形成し、該第一および第二検出ユニット２、３は該渦電流を測量して、該上層１１の第一インピーダンス値及び該下層１２の第二インピーダンス値をそれぞれ取得する。

そして、ステップ９３をステップ９２と同様に行い、上層１１の第三インピーダンス値及び該下層１２の第四インピーダンス値をそれぞれ取得する。

最後に、ステップ９４を行い、処理ユニット６は該第一および第二検出ユニット２、３に電気的接続され、該第一および第二検出ユニット２、３が取得した第一、第二、第三、第四インピーダンス値によって厚さの計算を実行して、該ＰＣＢ多層板１の上層１１の第一の厚さ及び該下層１２の第二の厚さを取得する。

その中、該第一の厚さの計算とは該上層１１の第一インピーダンス値と、第三インピーダンス値の差分を該第一検出ユニット２の上層１１の表面で誘導起電力を生じる作用面積で除することであって、該第二の厚さの厚さ計算とは該下層１２の第二インピーダンス値と、第四インピーダンス値の差分を該第二検出ユニット３の該下層１２の表面で誘導起電力を生じる作用面積で除することである。

上述の測量方法によりまず該第一、第二検出ユニット２、３の該上層、下層１１、１２に対する異なった間隔、異なった厚さ、放射周波数、ＰＣＢ多層板１の材料などの条件の第一、第二、第三、第四インピーダンス値を測量して、標準曲線数値を取得し、実際操作の時に標準曲線数値はその標準値を当て嵌めることで厚さの計算を行ってよい。

さらに、該第一検出ユニット２と第二検出ユニット３のビーム幅（ＢｅａｍＷｉｄｔｈ）はＸであり、前記第一検出ユニットと該ＰＣＢ多層板の上層との間隔をｄ１とし、前記第二検出ユニットと該ＰＣＢ多層板の下層との間隔をｄ２とし、電界の該ＰＣＢ多層板の上層における作用面積Ａ１は、（（ｔａｎ（Ｘ／２）×ｄ１）×２） ^２であり、電界の該ＰＣＢ多層板の下層における作用面積Ａ２は、（（ｔａｎ（Ｘ／２）×ｄ２）×２） ^２であり、その中、該第一検出ユニット２と第二検出ユニット３のビーム幅Ｘは６１度である。

該ＰＣＢ多層板１と該上層、下層１１、１２との間隔は２ｍｍであることを例にとって、該値を上述の数式（（ｔａｎ３０．５°×２ｍｍ）×２）２に当て嵌め、得られた該第一検出ユニット２、３の該上層、下層１１、１２の表面に向けて誘導起電力又は電界を生じる作用面積は約５．１２ｍｍであり、該上層１１の第一、第三インピーダンス値の差分を該作用面積数値で除して該第一の厚さを取得し、該下層１２の第二、第四インピーダンス値の差分を該作用面積数値で除して該第二の厚さを取得する。

図５はＹ－Ｚ平面の２Ｄ輻射パターン模擬図であり、該第一、第二隔壁５４１、５４２の設置によって、該マイクロストリップアンテナ５のビーム幅（ＢｅａｍＷｉｄｔｈ）を６１度として、メッセージは反射信号の生じた位相差のため信号の干渉を受けることを低減できて、該ＰＣＢ多層板１の銅厚測量に有効に応用できる。

再度、３Ｄ輻射パターン模擬図である図６を参照し、該第一、第二隔壁５４１、５４２が垂直に交わって十字形のマイクロストリップライン５４を形成し且つ別々に該第一、第二、第三、第四輻射部５３１、５３２、５３３、５３４間に設けられることで、パターン均一の効果を達成できる。従って、該マイクロストリップアンテナ５の特殊設計によって該第一、第二検出ユニット２、３の該上層、下層１１、１２の表面に向けて誘導起電力又は電界を生じる作用面積に均一性を持たせて、該ＰＣＢ多層板１の上、下層１１、１２の銅厚を正確に測量して計算するという最終目標を達成する。

以上をまとめると、本発明のＰＣＢ多層板に応用した非接触式上下層銅厚の測量方法において、該第一、第二検出ユニット２、３は該ＰＣＢ多層板１の二つの表面の金属層の厚さに対して非接触式測量を行い、該第一、第二検出ユニット２、３が取得した第一、第二、第三、第四インピーダンス値に基づいて厚さの計算を実行して、該ＰＣＢ多層板１の上層１１の第一の厚さと該下層１２の第二の厚さを取得し、且つ該ＰＣＢ多層板１の層数は２層～１６層であってよく、いろいろな産業の要求を満足できる上に、速やかに且つ正確に金属層の厚さを取得でき、故に本発明の目的を確実に達成できる。

上述したのは本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限するものではない。本発明の請求範囲と明細書の内容によって行った簡単な同等変化と修飾はいずれも本発明の請求範囲内にある。

１ＰＣＢ多層板
１１上層
１２下層
１３絶縁層
１４粘着層
２第一検出ユニット
３第二検出ユニット
５マイクロストリップアンテナ
５１基板
５１１第一面
５１２第二面
５１３第一辺
５１４第二辺
５１５第三辺
５１６第四辺
５２金属グラウンド層
５３輻射体
５３１第一輻射部
５３２第二輻射部
５３３第三輻射部
５３４第四輻射部
５４マイクロストリップライン
５４１第一隔壁
５４１１第一短辺
５４１２第二短辺
５４２第二隔壁
５４２１第三短辺
５４２２第四短辺
５４３輻射区
５５送込み部
５５１接続端
５５２送込み端
６処理ユニット
９１～９４ステップ

Claims

ＰＣＢ多層板の上面または下面の銅層の膜厚を取得するために、前記銅層に接近して配置され、信号を送り込まれて前記銅層に向けて交番磁界を発生し、前記交番磁界により渦電流が生じた前記銅層のインピーダンスを測定するために用いられるマイクロストリップアンテナであって、
第一面及び反対になる第二面を有する基板、該基板の第二面に設けられた金属グラウンド層、前記基板の第一面に設けられた層状の輻射体、前記基板の第一面に設けられたマイクロストリップライン、及び、送込み部を備え、
前記輻射体は、前記第一面における形状がそれぞれ矩形の、第一輻射部、第二輻射部、第三輻射部及び第四輻射部を有し、
前記マイクロストリップラインは、第一隔壁及び該第一隔壁と垂直に交わって接続する第二隔壁を有する十字形であり、
前記送込み部は、前記金属グラウンド層に接続された接続端と、前記第一面に位置し、前記マイクロストリップラインに接続された送込み端を有し、
前記基板は、第一辺、該第一辺と対向して設けられた第二辺、該第一辺と第二辺との間に位置した第三辺、及び該第三辺と対向して設けられた第四辺を有し、
前記マイクロストリップラインの第一隔壁は、第一短辺及び前記第一短辺に対向した第二短辺を有し、前記第二隔壁は、第三短辺及び前記第三短辺に対向した第四短辺を有し、
前記第一短辺は、前記第一辺に接続しないが、前記第二短辺は前記第二辺に接続され、
十字形の前記第一および第二隔壁は、前記基板の第一面に四つの輻射区を規定し、矩形の前記第一、第二、第三および第四輻射部は、前記四つの輻射区の中にそれぞれ配置され、
十字形の前記第一および第二隔壁と、矩形の前記第一、第二、第三および第四輻射部との間には、間隙が設けられている
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
マイクロストリップアンテナのビーム幅Ｘは６１度であることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
前記第一および第三輻射部から前記第三辺までの距離と、前記第二隔壁の前記第三短辺から前記第三辺までの距離は、同じであり、
前記第二および第四輻射部から前記第四辺までの距離と、前記第二隔壁の第四短辺から前記第四辺までの距離は同じであり、
前記第一隔壁の第一短辺から該第一辺までの距離は、前記第一および第二輻射部から前記第一辺までの距離より大きい、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
前記第一および第三輻射部から前記第三辺までの距離、前記第三短辺から前記第三辺までの距離、前記第二および第四輻射部から前記第四辺までの距離、および、前記第四短辺から前記第四辺までの距離はいずれも、前記第一および第二輻射部から前記第一辺までの距離、ならびに、前記第三および第四輻射部から前記第二辺までの距離より大きい、請求項３に記載のマイクロストリップアンテナ。
前記マイクロストリップアンテナの電界放射周波数は１ＭＨｚ～２．５ＧＨｚである、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。