JP2001228404A - 落射型顕微鏡、プローブカードの検査装置、および、プローブカードの製造方法 - Google Patents

落射型顕微鏡、プローブカードの検査装置、および、プローブカードの製造方法

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JP2001228404A
JP2001228404A JP2000035181A JP2000035181A JP2001228404A JP 2001228404 A JP2001228404 A JP 2001228404A JP 2000035181 A JP2000035181 A JP 2000035181A JP 2000035181 A JP2000035181 A JP 2000035181A JP 2001228404 A JP2001228404 A JP 2001228404A
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objective lens
illumination
stage
probe card
light
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Hidekazu Yamazaki
英一 山崎
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Nikon Engineering Co Ltd
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Nikon Corp
Nikon Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】円筒状の被検物体の外観を鮮明に観察すること
のできる落射型顕微鏡を提供する。 【解決手段】被検物体102aを支持するステージ10
1と、対物レンズ112と、対物レンズ112に照明光
を入射させる偏向部材111とを有する。ステージ10
1には、対物レンズ112から被検物体102aに向か
って出射された照明光のうち被検物体102aに照射さ
れなかった光の少なくとも一部を、対物レンズ112に
向かって反射するための反射部材105が搭載されてい
る。この反射部材105により、照明光が反射されるこ
とにより、落射照明でありながら、均一に明るい背景中
に被検物体像を観察することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、落射照明の顕微鏡
に関し、特に、ファイバやプローブ等の側面部のような
円筒状の被検物体の観察に適した顕微鏡を提供すること
を目的とする。
【0002】
【従来の技術】従来より、光を透過しない被検物体を顕
微鏡で観察する場合には、被検物体に向けて照明光を落
射させ、被検物体からの反射光を結像光学系により結像
させる落射照明が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファ
イバや、半導体ウエハの検査に用いるプローブカードの
プローブ等のように側面が円筒状の被検物体を側面から
落射照明で観察すると、図3(a)、(b)のように円
筒状の被検物体300の中央部分301では、照明光が
上方に反射されるため、反射光が対物レンズに光が入射
し明るく観察されるが、側方部302では照明光が横方
向に反射するため、反射光が対物レンズにほとんど入射
せず、暗く観察される。このため、暗い背景に、側方部
302が暗い被検物体300が観察される像となり、被
検物体300の輪郭303が非常に見づらくなる。この
現象は、被検物体300が金属材質で側面に金属光沢が
ある場合には特に顕著になり、観察者が、明るい中央部
分301と暗い側方部302との境界304を、被検物
体300の輪郭303と取り違えてしまうこともある。
【0004】本発明は、円筒状の被検物体の外観を鮮明
に観察することのできる落射型顕微鏡を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願によれば以下のような顕微鏡が提供される。
【0006】すなわち、被検物体を支持するステージ
と、対物レンズと、前記対物レンズに照明光を入射させ
る偏向部材とを有し、前記ステージには、前記対物レン
ズから前記被検物体に向かって出射された前記照明光の
うち前記被検物体に照射されなかった光の少なくとも一
部を反射するための反射部材が搭載されていることを特
徴とする落射型顕微鏡である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を用いて説明する。
【0008】まず、本発明の第1の実施の形態の落射型
顕微鏡の構成について図1、図4、図5、図6を用いて
説明する。
【0009】本実施の形態の落射型顕微鏡は、図1のよ
うに、被検物体であるプローブカード102を搭載する
ためのステージ101、顕微鏡ユニット100、光源1
03、画像処理装置106、および、画像表示装置10
7を有している。
【0010】ステージ101は、図4のようにステージ
ベース板101cの上に、xステージ101bとyステ
ージ101aとを順に搭載した構成であり、yステージ
101aの上面には、周辺部にプローブカード102を
支持するための脚部101dが配置され、中央部にシー
ト状の反射部材105が配置されている。反射部材10
5は、多数個の微小なコーナーキューブリフレクタをシ
ート状に敷き詰めた構成であり、入射した光を、その入
射方向に向かって反射する。
【0011】顕微鏡ユニット100は、対物レンズ11
2、ハーフミラー111、CCDカメラ110を含み、
これらは光軸108上に順に配置されている。ハーフミ
ラー111は、鏡筒113内に配置されている。鏡筒1
13の側面には、ハーフミラー111により光軸108
から分離される光軸115が鏡筒113を貫く部分に、
光ファイバ104を挿入するための挿入孔114が設け
られている。光ファイバ104の一端は、この挿入口1
14に挿入され、他端は光源103にアライメントされ
ている。これにより、光ファイバ104は、光源103
からの光をハーフミラー111に導く。なお、光ファイ
バ104の端部とハーフミラー111との間には、レン
ズが配置されているが、図1ではこのレンズを図示を省
略している。
【0012】また、顕微鏡ユニット100は、フォーカ
シングユニット48によって保持され、このフォーカシ
ングユニット48が角度可変支持機構400によって、
ステージベース板101cに支持されている。フォーカ
シングユニット48は、合焦点ハンドル49を回転させ
る操作により、顕微鏡ユニット100を光軸108方向
に沿って上下させる機構を有している。よって、合焦点
ハンドル49を回転させることにより、顕微鏡ユニット
113の対物レンズ112を、プローブカード102の
プローブ102aに合焦させることができる。
【0013】また、角度可変支持機構400は、ステー
ジ101の法線方向116に対して光軸108を任意の
角度に傾斜させる機構であり、ステージベース板101
cに固定された支持軸46と、2つのクランプブロック
41,44と、連結軸43,47とを有している。連結
軸47の一端は、フォーカシングユニット48に固定さ
れている。クランプブロック41のねじ42をゆるめる
ことにより、連結軸43の軸方向を法線方向116に対
して任意の角度に傾斜させることができる。よって、ク
ランプブロック41のねじ42をゆるめ、連結軸43を
傾斜させることにより、顕微鏡ユニット100の光軸1
08をステージ101cの法線116に対して任意の角
度で傾斜させることができる。また、クランプブロック
44およびねじ45は、例えばプローブカード102の
プリント回路基板の外寸サイズが大きく変わった場合に
顕微鏡ユニット100が開口102bに正確に位置合わ
せできるようにy方向の位置を調整するためのものであ
る。
【0014】また、顕微鏡ユニット100のCCDカメ
ラ110は、画像処理装置106に接続されている。画
像処理装置106は、CPUと記憶装置とを内蔵し、記
憶装置に予め格納されているプログラムをCPUで実行
することにより、CCDカメラ110の撮像した画像を
記憶装置に取り込んで、2値化処理等の画像処理を施
し、所望箇所の寸法の測定等を行う構成である。また、
画像処理装置106は、CCDカメラ110の撮像した
画像、2値化処理画像、測定した寸法等を画像表示装置
107に表示させる。
【0015】つぎに、上記落射型顕微鏡を用いて被検物
体であるプローブカード102を観察する際の各部の動
作について説明する。
【0016】本実施の形態の被検物体であるプローブカ
ード102は、半導体製造工程において、パターン形成
の終了したウエハ上のチップの電気的動作を確認し、良
品・不良品を選別するために用いられるものであり、プ
リント回路基板102cの中央部に設けられた開口10
2の縁に、複数の金属製のプローブ102aをカンチレ
バー状に固定し、プローブ102aとプリント回路基板
中の回路とを電気的に導通させた構成である。複数のプ
ローブ102aは、側面が円筒形で、先端が丸められた
形状であり、軸方向がプリント回路基板102cの主平
面に対して傾斜している。この複数のプローブの先端
を、ウエハ上の一つのチップの複数の電極パッドにそれ
ぞれ接触させ、プローブカード上の回路を介して電気信
号を入力し、チップの動作を確認することにより、チッ
プが良品であるかどうかを選別する。このような選別を
行うために、プローブカード102のプローブ102a
の間隔が電極パッドの間隔に一致している必要がある。
また、プローブ102aの先端が、電極パッドを傷つけ
ることがないように、プローブ102aの先端の外形は
所望の曲率半径に丸められていることが望ましい。そこ
で、本実施の形態の落射型顕微鏡を用いて、プローブカ
ード102の製造工程において、プローブ102aの形
状の検査を行う。
【0017】まず、被検物体であるプローブカード10
2をステージ101の脚部101d上に搭載する。この
とき、プローブカードの開口102aの下部に、反射部
材105が位置するようにプローブカード102を搭載
する。プローブ102aの軸方向は、プリント回路基板
102cの主平面に対して傾斜しているので、クランプ
ブロック41,44のねじ42,45をゆるめて、顕微
鏡ユニット100の光軸108をプローブ102aの軸
方向に直交する位置まで顕微鏡ユニット100を傾斜お
よび位置合わせする。
【0018】つぎに、光源103から照明光を出射させ
る。照明光は、光ファイバ104を伝搬して、鏡筒11
3内の光ファイバ104の端面から出射される。このよ
うに光ファイバ104で照明光を導く構成にすることに
より、光源103を顕微鏡ユニット100から離れた位
置に配置することができる。これにより、顕微鏡ユニッ
ト100および被検物体のプローブカード102が、光
源103の発する熱の影響を受けるのを防止することが
できると共に、顕微鏡ユニット100の周りに光源10
3を配置するスペースを確保する必要がないため、製造
工程の途中でインラインで検査を行う場合にスペースの
確保が容易になるという利点がある。
【0019】光ファイバ104から発せられた照明光
は、ハーフミラー111で反射され、対物レンズ112
で集光されてプローブ102aに側面から照射される。
このとき、ステージ101のxおよびyステージ101
b、101aにより、プローブ102aの観察したい部
分(例えば先端)が対物レンズ112の視野に入るよう
に調整する。また、フォーカシングユニット48の合焦
点ハンドル49により、顕微鏡ユニット100を光軸1
08方向に移動させ、対物レンズ112をプローブ10
2aの観察したい部分に合焦させる。
【0020】プローブ112の側面に照射された照明光
のうち、図3に示した中央部301に照射された照明光
は、対物レンズ112の方向に反射して対物レンズ11
2に入射するが、側方部302に照射された照明光は、
横方向に向かって反射されてしまうため、対物レンズ1
12には入射しない。一方、複数のプローブ102aの
間を通り抜けた照明光は、プローブカード102の開口
102bを通過して反射部材105に照射される。反射
部材105は、微小なコーナーキューブリフレクターを
敷き詰めたものであるので、入射した照明光を入射した
方向に向かって反射する。よって、反射部材105に照
射された照明光は、対物レンズ112に向かって反射さ
れ、対物レンズ112に入射する。対物レンズ112に
入射したプローブ102aの反射光および反射部材10
5の反射光は、対物レンズ112によって集光され、ハ
ーフミラー111を透過してCCDカメラ110の撮像
面上に結像する。この像は、反射部材105からの反射
光によって背景が均一に明るく、その中に暗い側方部3
02と明るい中央部301からなる境界が明瞭なプロー
ブ102aが観察される像となる。
【0021】CCDカメラ110の出力は、画像処理装
置106に入力され、画像処理装置106内の記憶装置
に取り込まれる。また、画像処理装置106内のCPU
は予め記憶装置内に格納されているプログラムに従っ
て、CCDカメラ110の出力を処理することにより、
撮像された画像を2値化処理等する。そして、2値化処
理された画像から、明るい背景とプローブ102aの暗
い側方部302との境界の画素を選択することにより、
複数のプローブ102aの輪郭画像を取得する。この輪
郭画像から、複数のプローブ102aの間隔、先端の外
形の曲率半径等を求める。さらに画像処理装置106
は、これらの寸法が予め定められた数値の範囲に入って
いるかどうかを検出し、予め定められた数値の範囲内で
あればそのプローブカード102を良品と判断する。ま
た、画像処理装置106は、取得した画像、寸法、良品
か否かの判断結果を画像表示装置107に出力し表示さ
せる。
【0022】このように、本実施の形態の落射型顕微鏡
では、ステージ101上に反射部材105を配置したこ
とにより、落射照明でありながら均一な明るい背景のな
かに被検物体の像を観察することができる。これによ
り、被検物体が、プローブ102a等のように円筒形物
体の側面であっても、その輪郭を鮮明に観察することが
できる。また、このように鮮明な像が得られるため、2
値化処理等の画像処理により、自動的に寸法測定するこ
とが可能である。
【0023】また、本実施の形態では、反射部材105
として、入射光の方向に反射光を反射する構成のものを
用いているため、顕微鏡ユニット100の光軸をステー
ジ101の面に垂直に設置する必要がない。このため、
プローブカード102のカンチレバータイプのプローブ
102aを観察する場合のように、被検物体の表面がス
テージ101の上面に対して傾斜している被検物体を観
察する際に、顕微鏡ユニット100の光軸108を傾斜
させるだけでよく、反射部材105をそれに合わせて傾
斜させることなく観察を行うことができる。したがっ
て、反射部材105を傾斜させるスペースが必要ないた
め、ステージ101および顕微鏡ユニット100の設置
のための空間が小さくて済み、プローブカード102の
製造工程のライン中に本実施の形態の落射型顕微鏡を配
置する際に有利である。
【0024】つぎに、本実施の形態の落射型顕微鏡を用
いてプローブカード102の検査を行う検査工程を含む
プローブカード102の製造方法について説明する。
【0025】まず、中央に開口102bを有する基板の
上に、樹脂製絶縁層と所望の回路パターンの配線層とを
複数層交互に積層することにより、プリント回路基板1
02cを作成する。つぎに、別途作成した金属製プロー
ブ102aの先端を研磨等により丸め、このプローブ1
02aをプリント回路基板102cの開口102bの縁
に所望の間隔で並べて、プローブ102aの端部を配線
層にはんだ付けにより固定する。これにより、プローブ
カード102を製造する。
【0026】つぎに、製造されたプローブカード102
を検査する。この検査工程では、検査装置として上述の
本実施の形態の落射型顕微鏡を用いる。まず、製造され
たプローブカード102をステージ101に搭載し、顕
微鏡ユニット100の光軸108を傾斜させて、プロー
ブ102aの像をCCDカメラ110により撮像する。
撮像した像は、画像処理装置106により処理し、プロ
ーブ102aの間隔および先端の外形の曲率半径を測定
し、良品かどうかを判断する。この検査の結果、良品と
判断されたプローブカードを用いて、ICチップ等の半
導体装置の製造工程のチップの検査工程を行う。このよ
うに検査されたプローブカード102は、プローブ10
2aの間隔の精度が高いため、精度良くチップの検査を
行うことができる。また、プローブ102aの先端の形
状が所望の曲率に丸められているため、チップの電極パ
ッドを傷つけることもなく、歩留まりよく半導体チップ
を製造することができる。
【0027】このようにプローブカードの製造工程に本
実施の形態の落射型顕微鏡を用いる場合、製造工程で基
板102cを搬送するベルトコンベア等の搬送系の一部
としてステージ101を配置することにより、基板10
2cが搬送される途中でインラインで上記検査を行うこ
とが可能である。この場合、プローブ102aを基板1
02cに固定する工程の途中で上記検査を行うことによ
り、不良品のプローブ基板を最終工程まで流すことなく
不良品を発見できるため、製造効率を向上させることが
できる。
【0028】このように搬送系の途中でステージ101
を配置して検査を行う場合に、本実施の形態の落射型顕
微鏡は、ステージ101が通常のxyステージに反射部
材105を取り付けるだけの簡単な構成であるため、ス
テージの下部に光源等を配置する必要のある透過型の顕
微鏡を配置する場合と比較して、簡単に搬送系の途中に
配置することができる。したがって、搬送系にすでに組
み込まれているxyステージを利用して、その上面に反
射部材105を貼り付け、角度可変支持機構400に搭
載された顕微鏡ユニット100をその上に配置するだけ
で検査工程を実現することができる。
【0029】なお、上記実施の形態では、角度可変支持
機構400をステージ101に支持させる構成であった
が、搬送系の途中に配置する場合には、搬送系の近くに
配置された装置の壁面等を利用して角度可変支持機構4
00を支持することもできる。
【0030】なお、上述の図1、図4、図5、図6の落
射型顕微鏡では、反射部材105として微小なコーナー
キューブリフレクタを敷き詰めたものを用いたが、入射
光が入射した方向に、反射光の一部を反射することがで
きる反射部材であれば、コーナーキューブリフレクタに
限らず用いることができる。例えば、反射角の異なる複
数の反射面を有し、入射光の一部を入射方向に反射する
ことができる反射部材を用いることもできる。
【0031】また、反射部材105は、入射光が入射し
た方向に光を反射する反射部材に限らず、照明光のうち
被検物体に照射されなかった光の少なくとも一部が、対
物レンズに向かって反射されるものであればよい。例え
ば、反射部材105として、入射光を散乱させて反射す
るものを用いることができる。反射部材によって散乱さ
れながら反射された光の一部が、被検物体もしくは被検
物体の輪郭部分を照明して対物レンズに入射することに
より、被検物体の外観を明確にする効果を得ることがで
きる。このような光を散乱させる反射部材の場合、反射
部材が光軸に対して垂直な位置に配置されていなくて
も、ある程度の効果を得ることができる。
【0032】また、反射部材として、反射した光が積極
的に対物レンズの方向に向かうものではなく一般的な反
射特性を有するもの(例えばミラー)を用いることも可
能である。この場合、ミラー等の反射部材は、光軸に対
して垂直になるように設置することが好ましい。また、
前記のように反射部材を光軸に対して、垂直な位置に設
置しなくても、ある程度の効果を奏することが可能であ
る。例えば、反射部材を光軸に対して垂直に設置しなく
ても、微量の散乱光が対物レンズに入射するような状態
で設置してもよい。このような場合でも、反射部材が全
く無い従来のものよりも被検物体の輪郭をより鮮明に観
察することが可能である。しかし、光源から落射した光
量に対して、反射部材からの戻り光の光量は少なくなる
ため、効率の面では劣るものになる。
【0033】また、反射部材105の代わりに、複数の
LED等を縦横に配列した面発光部材を用いることがで
きる。LEDは出射光の角度範囲が広いため、この角度
範囲内であれば顕微鏡ユニット100を傾斜させても背
景光としてLEDの光を対物レンズ112に入射させる
ことができる。これにより、図1等の実施の形態と同様
に背景の明るい像を得ることができる。LEDを用いた
面発光部材の出射光の角度範囲以上に顕微鏡ユニット1
00を傾斜させたい場合には、出射光の角度範囲内に光
軸108が含まれるように微小量だけ面発光部材を傾斜
させるようにすることも可能である。
【0034】また、反射部材105の代わりにミラーを
用いる場合には、図2のようにミラー205の法線方向
を顕微鏡ユニット100の光軸108に一致させた状態
を維持するために、プローブカード102を保持するス
テージ201として、プローブカード102の主平面を
傾斜させる機構を有するものを用いることができる。こ
れにより、プローブ102aの軸方向を、光軸108に
垂直にして観察を行う。ステージ201がプローブカー
ド102を傾斜させるため機構としては、例えば、図2
のようにプローブカード102を支持する脚部201d
を伸縮可能な機構にすることができる。左右の脚部20
1dの高さを変えることにより、プローブカード102
を任意の角度に傾斜させることができる。図2におい
て、ステージ201以外の他の構成は、図1等の落射型
顕微鏡と同じ構成であるので説明を省略する。
【0035】図2の落射型顕微鏡の構成では、傾斜機構
を有するステージ201が必要であるが、ミラー205
で図1の顕微鏡と同様の効果を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
円筒状の被検物体の外観を鮮明に観察することのできる
落射型顕微鏡を提供することができる。また、観察可能
な被検物体の形状として、円筒状のもの以外にも、被検
物体の表面が鏡のような光沢を持ち、かつ、曲率を有す
る形状のものの観察がより正確に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の落射型顕微鏡の構
成を示すブロック図。
【図2】本発明の第2の実施の形態の落射型顕微鏡の構
成を示すブロック図。
【図3】(a)従来の落射型顕微鏡で側面が円筒状の被
検物体を側面から観察した場合に側方部302が暗い像
になることを示す説明図。(b)従来の落射型顕微鏡で
側面が円筒状の被検物体に側面から照明光を照射した場
合に、反射光の反射方向を示す説明図。
【図4】本発明の第1の実施の形態の落射型顕微鏡の正
面図。
【図5】図4の落射型顕微鏡のA矢視図。
【図6】図4の落射型顕微鏡の背面図。
【符号の説明】
100…顕微鏡ユニット、101…ステージ、101a
…yステージ、101b…xステージ、101c…ステ
ージベース板、101d…脚部、102…プローブカー
ド(被検物体)、102a…プローブ(検体)、102
b…開口、102c…プリント回路基板、103…光
源、104…光ファイバ、105…反射部材、106…
画像処理装置、107…画像処理装置、108…光軸、
110…CCDカメラ、111…ハーフミラー、112
…対物レンズ、113…鏡筒、114…挿入口、116
…ステージ101の法線方向、201…ステージ、20
1d…伸縮可能な脚部、205…ミラー、300…被検
物体、301…中央部、302…側方部、400…角度
可変支持機構、41…クランプブロック、42…ねじ、
43…連結軸、44…クランプブロック、45…ねじ、
46…支持軸、47…連結軸、48…フォーカシングユ
ニット、49…合焦点ハンドル。
フロントページの続き Fターム(参考) 2G011 AA03 AA17 AE03 AF07 2H052 AC04 AC06 AC14 AC26 AC27 AD07 AD08 AD20 AD22 AD31 AF14 AF21 4M106 BA01 BA14 DD03 DD05 DD10 DH12 DH50 DJ39

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検物体を支持するステージと、対物レン
    ズと、前記対物レンズに照明光を入射させる偏向部材と
    を有し、 前記ステージには、前記対物レンズから前記被検物体に
    向かって出射された前記照明光のうち前記被検物体に照
    射されなかった光の少なくとも一部を反射する反射部材
    が搭載されていることを特徴とする落射型顕微鏡。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の落射型顕微鏡において、
    前記反射部材は、前記光を前記対物レンズに向かって反
    射するものであることを特徴とする落射型顕微鏡。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の落射型顕
    微鏡において、前記対物レンズの光軸が前記ステージの
    主平面に対して傾斜する向きに前記対物レンズを傾斜さ
    せるための傾斜機構を有することを特徴とする落射型顕
    微鏡。
  4. 【請求項4】請求項1または請求項2または請求項3に
    記載の落射型顕微鏡において、前記ステージは、被検物
    体を前記対物レンズの光軸に対して傾斜させる機構を有
    することを特徴とする落射型顕微鏡。
  5. 【請求項5】プローブカードを搭載するためのステージ
    と、対物レンズと、前記対物レンズに照明光を入射させ
    る偏向部材と、前記対物レンズの光軸が前記プローブカ
    ードのプローブの軸方向に垂直な方向に一致する向きに
    前記対物レンズを傾斜させる傾斜機構とを有し、 前記ステージには、前記対物レンズから前記被検物体に
    向かって出射された前記照明光のうち前記被検物体に照
    射されなかった光の少なくとも一部を反射する反射部材
    が搭載されていることを特徴とするプローブカードの検
    査装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の落射型顕微鏡において、
    前記反射部材は、前記光を前記対物レンズに向かって反
    射するものであることを特徴とする落射型顕微鏡。
  7. 【請求項7】プローブカードの製造方法であって、 開口を有するプリント回路基板を作製する工程と、 前記開口の縁に複数のプローブを固定する工程と、 前記複数のプローブを検査する工程とを有し、 前記検査工程は、前記プローブの開口の下部に反射部材
    を配置し、前記プローブの軸方向に垂直な方向に光軸が
    一致するように傾斜して配置された顕微鏡の対物レンズ
    から落射照明で照明光を出射し、前記照明光の一部を前
    記反射部材により反射し、前記反射部材からの光の少な
    くとも一部を前記対物レンズに入射させることを特徴と
    するプローブカードの製造方法。
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