JP2001296326A - 欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

欠陥検査方法及び装置

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JP2001296326A
JP2001296326A JP2000116180A JP2000116180A JP2001296326A JP 2001296326 A JP2001296326 A JP 2001296326A JP 2000116180 A JP2000116180 A JP 2000116180A JP 2000116180 A JP2000116180 A JP 2000116180A JP 2001296326 A JP2001296326 A JP 2001296326A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】透明な金属膜導体で作成されたパターンや多層
プリント配線板の内層パターンなど、光学的に検出する
ことが困難である精密なパターンに対して良否を判定す
る欠陥検査方法及び装置を提供する。 【解決手段】導電性パターンの一端に直流電位を印加
し、前記導電性パターンの他端部に検出電極を対向さ
せ、前記検出電極と前記導電性パターンとの間に形成さ
れるキャパシタンスの変化を電気的に検出することによ
って前記導電性パターンの検査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、銅、クロム、IT
O(Indium Tin Oxide)などの導電性パターンの欠陥の有
無を検査する欠陥検査方法及び装置に係り、特に半導体
ウェーハや液晶ディスプレイ、プリント基板などの導電
性パターンの断線等の欠陥を非接触式に検査する欠陥検
査に好適な欠陥検査方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェーハや液晶ディスプレイ、プ
リント基板などのガラス表面に形成されるクロムやIT
Oなどの導電性パターンは非常に微細であり、その形成
工程には最新のマイクロエレクトロニクス技術が適用さ
れている。基板上の導電性パターンが切断されたりした
場合には、製品の品質が劣化して販売が不可能となって
しまう。また、導電性パターンが微細なため、小さな振
動や加圧による屈曲等で容易に断線してしまう可能性も
大きい。このため、製品の組立て工程においては、必ず
導電性パターンの欠陥を検査する必要がある。
【0003】液晶ディスプレイなどの製造工程におい
て、従来は基板上に形成された導電性パターンの両端に
金属端子を接触させ、電気抵抗を測定することによって
導通の状態を測定し、導電性パターンの良否、つまり欠
陥を検査する装置が知られている。また、非接触にて導
電性パターンの検査を行う装置としては、検査対象物の
表面の反射光や透過光をCCDカメラによって撮像し、
デジタル信号として処理することによってパターンの形
状を観測する外観検査装置が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】金属端子を導電性パタ
ーンの両端に接触させる従来装置においては、検査対象
物上の端子が接触した部分において清浄度が損われた
り、あるいは接触によって微細な導電性パターンを損傷
する危険があり、液晶表示部分の中間部などにおいては
検査を実施することができなかった。また、金属端子表
面の経年変化により電気抵抗が変化するので、検査結果
の確実性に欠けるという問題があった。
【0005】また、光学的にパターンを検査する従来の
外観検査装置では、上記のような不具合はないが、IT
Oなどの透明な金属膜パターンでは十分な画像コントラ
ストが得られず、検査の確実性に欠けるという問題があ
った。また、あくまでも光学式な検査装置であるため、
光学系の解像度を超える微細な金属残りなどによってパ
ターン間のショートを引き起こすような欠陥は捕えるこ
とができず、一方では、オープンやショートに至らない
程度の欠陥であっても、電気的に不具合がないにも拘ら
ず欠陥と誤認識してしまうことも多く、信頼性の高い検
査結果を得ることができないという問題があった。
【0006】本発明は上述のような事情よりなされたも
のであり、本発明の目的は、検査を実施する導電性パタ
ーンの一端に予め用意された1点だけに直流又は交流の
電位を与え、検査対象部位においては非接触にてパター
ン表面の電位を測定することによって、検査対象パター
ンに全く損傷を与えずに電気的な欠陥を検出できるよう
にした信頼性の高い欠陥検査方法及び装置を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウェー
ハや液晶ディスプレイ、プリント基板などの導電性パタ
ーンの欠陥検査方法に関するもので、本発明の上記目的
は、導電性パターンの一端に直流電位を印加し、前記導
電性パターンの他端部に検出電極を対向させ、前記検出
電極と前記導電性パターンとの間に形成されるキャパシ
タンスの変化を検出することによって前記導電性パター
ンの検査を行うことによって達成される。
【0008】また、本発明は欠陥検査装置に関するもの
で、本発明の上記目的は、検査対象物の表面に対して一
定距離に保持された検出電極と、前記検出電極を前記検
査対象物の表面に対して垂直な方向に振動させる励振器
と、前記検査対象物の表面に作成された導電性パターン
に電位を印加する電位印加手段と、前記検出電極から得
られる振動周期に同期した交流電流を計測する電流計測
手段と、前記電流計測手段で検出された交流信号の大き
さから前記導電性パターンの良否を判定する判定装置と
を設けることにより達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では、検査対象となる導電
性パターンに直流電圧を与え、検査対象平面から一定距
離に保持され、直流的に零電位に置かれた検出電極を励
振器により微小振動させることによって検出電極に生ず
る微小な電流を増幅し、導体パターン表面と検出電極と
の間に存在するキャパシタンスの変化を測定することに
よって導体パターン表面の直流的電位を測定し、欠陥検
査を行う。即ち、導電性パターンの一端に直流電位を印
加し、前記導電性パターンの他端部に検出電極を対向さ
せ、前記検出電極と前記導電性パターンとの間に形成さ
れるキャパシタンスの変化を検出することによって前記
導電性パターンの検査を行う。また、検査対象物の表面
に対して一定距離に保持された検出電極と、検出電極を
検査対象物の表面に対して垂直な方向に振動させる励振
器と、検査対象物の表面に形成された導電性パターンに
電位を印加する電位印加手段と、検出電極から得られる
振動周期に同期した交流電流を計測する電流計測手段
と、電流計測手段で検出された交流信号の大きさから検
査対象物の導電性パターンの良否を判定する判定装置と
を設けているので、微細な導電性パターンに対して非接
触で確実な欠陥検査を実行することができる。
【0010】本発明によれば、例えば液晶製造工程にお
けるITO膜などの光学的に検出することが困難である
パターンに対しても、非接触に良好な欠陥検査を行うこ
とができる。更に、検査対象物の表面においては、導体
に接触する部分は導電性パターンに電位を印加する1点
のみであり、検査対象となる部位においては非接触であ
るので、検査対象物に対して損傷を与えることがない利
点がある。
【0011】以下に本発明の実施例を、図面を参照して
説明する。
【0012】本発明の全体構成は図1に示すようになっ
ており、プリント基板等の基板2A上に形成されている
導電性パターン2Bに関して、断線等の欠陥の有無を検
査するようになっている。導電性パターン2Bの一端A
において直流電位を印加する電源(バッテリ)1が電位
印加手段として設置されており、このとき正常な導電性
パターン2Bであれば他端のB点においても同一の電位
が得られる。しかしながら、導電性パターン2Bが途中
で断線しているような場合には、B点の電位はほぼ接地
電位に等しくなる。そして、導電性パターン2Bの他端
部に近接するように、振動アクチュエータ3Aに装着さ
れた検出電極3Bで成る検出ヘッド3が配置され、この
検出ヘッド3はパターン平面に垂直な方向に振動される
ようになっている。つまり、振動アクチュエータ3Aは
励振器7によって、周期τなる交流信号Cで励振され
る。
【0013】また、検出電極3Bの出力(電位)は増幅
器4に接続され、直流的には零電位に保たれており、増
幅器4は検出電極3Bから出力される微小電流を増幅し
て交流信号Eを得るようになっている。より良い信号対
ノイズ(SN)比を得るためには、増幅器4は直流及び
低周波信号を濾波し、振動周期τの成分のみを増幅でき
るように設計されていることが望ましい。
【0014】検出電極3B及び振動アクチュエータ3A
で成る検出ヘッド3は図2に示すような構造となってお
り、円筒状の振動アクチュエータ3Aは取り付けベース
3Dに装着され、円盤状の検出電極3Bの周りにはガー
ド電極3Cが同心状に配置されている。そして、検出電
極3Bは、導電性パターン2Bの上部に微小な間隔(十
〜数百ミクロン)を保持するように位置制御されてい
る。位置制御の方法としては、一定の空気圧による電極
部の浮上方式であるとか、光学式又は磁気式による位置
検出と組み合わせたフィードバックサーボ方式などを適
用することができる。
【0015】増幅器4の後部には同期検波器5が接続さ
れており、この同期検波器5には励振器7から振動周期
τに同期したサンプリング信号Dが入力されており、同
期検波器5はサンプリング信号Dによって増幅器4の出
力信号Eをサンプリングし、サンプリングホールドされ
た直流電圧Fを出力する。同期検波器5の出力である直
流電圧Fは判定器6に入力され、その直流電圧のレベル
によって導電性パターン2Bの欠陥の有無を判定し、そ
の結果を「H」、「L」の2値信号Gで出力する。例え
ば正常のとき2値信号Gは「H」であり、断線がある場
合の2値信号Gは「L」となっている。
【0016】このような構成において、その動作を図3
及び図4を参照して説明する。図3は導電性パターン2
Bが正常の場合を示し、図4は導電性パターン2Bが中
途で断線している場合を示している。
【0017】導電性パターン2BのA点には、電源1よ
り正の直流電位が印加されており(図3(A),図4
(A))、振動アクチュエータ3Aは励振器7からの励
振信号Cによって、周期τで垂直方向に振動されている
(図3(C),図4(C))。A点に直流電位が印加さ
れると、導電性パターン2Bが正常に形成されていると
きにはB点の電位も同一になり(図3(B))、導電性
パターン2Bに断線があるときには電位はなく、接地電
位に近くなる(図4(B))。
【0018】振動アクチュエータ3Aで振動されている
検出電極3Bにおいては、検出電極3Bと導電性パター
ン2Bとの間の静電容量(キャパシタンス)の変化に応
じた周期τの交流信号が得られ、この交流信号は増幅器
4を介して増幅出力される。増幅器4の出力信号Eの振
幅は、検出電極3Bに対向する導電性パターン2Bの表
面の電位に比例し(図3(D),図4(D))、もし導
電性パターン2Bが負の電位を持っている場合には、1
80度位相の異なる信号波形が得られる。
【0019】増幅器4の出力信号Eは同期検波器5でサ
ンプリング信号Dに応じてサンプリングされ(図3
(E),図4(E))、サンプリングホールドされた直
流電圧F(図3(F),図4(F))が判定器6に入力
され、判定器6では直流電圧Fのレベルから判定結果G
を出力する。判定結果Gによって導電性パターン2Bの
良否を判定することができる。図3の例は導電性パター
ン2Bが正常であるため、B点の電位が印加電位と同一
であり、検出電極3Bの出力信号Eも図3(D)に示す
ように大きなレベルであり、そのため同期検波器5から
の直流電圧Fのレベルも図3(F)に示すように大きく
なる。これに対し、図4の例は導電性パターン2Bが断
線しているため、B点の電位がほぼ接地電位となってお
り、検出電極3Bの出力信号Eが図4(D)に示すよう
に小さなレベルであり、そのため同期検波器5からの直
流電圧Fのレベルも図4(F)に示すように小さくな
る。
【0020】次に、検出電極3Bによって非接触で、検
出電極3Bに対向する導電性パターン2Bの直流電位を
検出できる原理を説明する。検出電極3Bの面積をSeと
し、検出電極3Bと導電性パターン2Bとの間の距離を
dとするとき、導電性パターン2Bと検出電極3Bとの
間の静電容量(キャパシタンス)Ceは次の(1)式にな
る。
【0021】Ce = ε・Se/d ・・・(1) ここで、εは大気の誘電率であるが、真空の誘電率ε
にほぼ等しい。従って、検出電極3Bを振動させること
により間隔dが変化するとき、その振幅半値幅Δdhによ
って、静電容量Ceの変化分ΔCeは次のように計算するこ
とができる。
【0022】 ΔCe =ε・Se/(d-Δdh) - ε・Se/(d+Δdh) ・・・(2) ここで、検出電極3Bと導電性パターン2Bとの間の電
位差Vを一定に保つ時、静電容量Ceの変化に伴ってΔQ
なる量の電荷が検出電極3Bへ移動するが、その電荷量
ΔQは次の(3)式で表わされる。
【0023】ΔQ = ΔCe・V ・・・(3) この流出入する電荷量ΔQにより、検出電極3Bと外部
の増幅器4の入力端子に電流が誘起され、増幅器4の出
力には電極振動周期に等しく電位差に比例した交流信号
Eが得られる。
【0024】例として図5に示すように、直径200μ
mの検出電極3Bを10ボルトの電位差を持ったパター
ン表面から10μmの位置に保持し、その位置を中心と
して±5μmの振幅にて上下に振動させた場合の計算結
果を示す。ここで、検出電極3Bが最も導電性パターン
2Bに近接した時は図5(A)に示すように距離5μm
となり、導電性パターン2Bと検出電極3Bとの間の静
電容量は0.056pFである。また、検出電極3Bが
最も遠ざかったときは図5(B)に示すように距離15
μmとなり、このときの静電容量は0.018pFであ
る。ここで、導電性パターン2Bの表面と検出電極3B
との間の電位差は10ボルトであるから、振動による電
極上の電荷Qの差ΔQは次のようになる。
【0025】 ΔQ=0.38×10−12[C] ・・・(4) 励振器7による振動数fを10KHzとすると、検出さ
れる電流のピーク値Ipは次の通りである。
【0026】 Ip = 2π/f・ΔQ=0.238×10−12[C] ・・・(5) 図6に検出電極3Bの把持構造の一例を示す。図6
(A)はジンバルばね3Fを平面から俯瞰した形状を示
し、図6(B)は検出電極3Bの側面構造を示してい
る。この図から明らかなように、滑らかに仕上げられた
検出電極3Bの表面が検査対象表面に倣い易いように、
取り付けベース3Dがジンバルばね3Fで把持されてい
る。即ち、高さ方向には比較的リジッドに保持され、平
面になれる方向にはフレキシブルに動くようになってい
る。
【0027】また、検出電極3Bを検査対象表面から一
定距離に保持する機構の一例を図7に示す。検出電極3
Bは保持部品(不導体)3Dに装着されており、外周縁
に配設されたガード電極3Cの更に外周部には空気圧浮
上用平面(不導体)3Eが配設されており、この空気圧
浮上用平面3Eに接続されたエアチューブ3Gから導入
された圧縮空気は、ガード電極3Cを通り、保持部品3
D、検出電極3Bとガード電極3Cとの間を通り、更に
ガード電極3C、空気圧浮上用平面3Eと基板2Aとの
間の間隙を流れ、その流量に応じた浮上量dが得られ
る。
【0028】図8は、液晶ディスプレイを構成するガラ
ス基板8A上のパターン断線を検出する場合の構成例を
示しており、ガラス基板8A上に形成されたパターンは
中央部の画素部パターン8Bと、端部の電源接続パッド
8Cと、端部のショーティングバー部パターン8Dと、
他端部のパッド部パターン8Eとで構成され、これらパ
ターン8B〜8Eは全て電気的に導電接続されている。
電源接続パッド8C、ショーティングバー部パターン8
D及び画素部パターン8Bのパターン詳細は図9(A)
に示すようになっており、パッド部パターン8Eと画素
部パターン8Bの詳細は図9(B)に示すようになって
いる。
【0029】一端部のパッド部パターン8E上を直線状
に走査するように配置された検出ヘッド3によって、画
素部パターン8Bに対する非接触式の欠陥検査を行う。
電源接続パッド8Cは直流電源1を接続できるように配
置され、これにより図示した全てのパターンは接地電位
に対して直流の電位を与えられている。ショーティング
バー部パターン8Dは全ての平行する画素部パターン8
Bを電気的に接続する目的で形成されており、後の工程
においてガラス基板8Aの不要部分と共に切り捨てられ
る。検出ヘッド3は、図2に示すように振動アクチュエ
ータ3Aと検出電極3Bから成り、図9(B)、(C)
に示すようにパッド部パターン8E上を直線状に走査す
る。検出ヘッド3に接続された電気回路によって前記実
施例と同じように、電源接続パッド8Cからパッド部パ
ターン8Eに至る電気的接続の良否判定を示す電気信号
が得られる。
【0030】図8及び図9における各部の波形E,Fを
図10に示す。時間Tの時、検出ヘッド3は、画素部
パターン8B中の正しく形成されたパターンにつながる
パッド部パターン8E上にあるが、時間Tn+1の時点
では断線部8Fを持つパッド部パターン8B上に位置す
る。このとき、図10(A)の時点Tn+1に示すよう
に十分な強さの交流信号Eが得られないので、このパッ
ド部パターン8Bに接続されている画素部パターン8B
に断線のあることが検出される。時点Tn+1において
は再び十分な振幅の信号Eが得られているので、このパ
ターンに断線のないことが分かる。以上のようにして検
出ヘッド3を走査することにより、断線部分8Fの存在
を全ての画素部パターン8Bについて判定することがで
きる。
【0031】図11は、隣接した画素部パターン8Bの
ショート(短絡)9Fを検出できるように、ショーティ
ングバー部パターン8Dを2層パターン(電源接続パッ
ド9C、9D)とした例である。ここで、電源接続パッ
ド9Cには図10に示す例と同様に正の直流電位を与え
るが、他方の電源接続パッド9Dには負の電位を与え
る。画素部パターン8Bがショートした場合の過大な電
流を避けるため、各々の電源接続経路には直列に適当な
抵抗を挿入する。この構成をとった場合の検出信号波形
E,Fを図12に示す。並列に並べられたパッド部には
交互に正と負の電位が与えられているので、信号Eを同
期検波した波形Fはそれぞれ正負の方向に得られる。こ
こで、断線箇所がある場合は前記例と同じように検出信
号が小さくなるので、容易に断線を判定することができ
る。また、ショートがあった場合には全ての検出波形が
小さくなるので、基板全体の不良として判定することが
できる。図12(A)〜(C)は正常なパターンの検出
信号例を示し、図12(D)〜(F)は断線がある場合
のパターンの検出信号例を示し、図12(G)〜(I)
はショートがある場合のパターンの検出信号例を示して
いる。
【0032】検出ヘッド3をXステージ11及びYステ
ージ10に搭載した例を図13に示す。この構成におい
ては、ガラス基板上に形成される液晶表示パターンの形
状が変更された場合であっても金物部品の交換を行うこ
となく、XY方向へのステージ動作や検出判定ロジック
のプログラム変更のみによって段取り換えを行うことが
できるので、従来技術に比較して製造品種切り替えに要
する無駄な時間を大幅に削減することができる。また、
この構成においては、図14のようにパターン断線が検
出された部位から開始し、このパターン上を電源接続端
子に向かって走査することによって断線した場所を高精
度に特定する用途にも使用することができる。
【0033】上述の例では検出電極3Bを1個としてい
るが、検査対象のパターンによっては複数個の検出電極
を並置し、同時に複数点の電位を計測できるようにして
検査速度を向上させることもできる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では液晶製
造工程におけるITO膜など光学的に検出することが困
難であるパターンに対しても良好な検査ができる。ま
た、検査対象物表面においては、導体に接触する部分は
パターンに電位を与える1点のみであり、検査対象とな
る点においては非接触であるので検査対象物に対して損
傷を与えることがない。更に、接触する点が1点である
ので、金や白金などの高価な金属端子を大量に必要とせ
ず、検出点の信号検出安定度が経時変化によらず安定で
あり、安価で信頼性の高い欠陥検査装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概念構成図である。
【図2】検出電極の一例を示す外観図である。
【図3】正常パターンについての動作例を示す波形図で
ある。
【図4】欠陥パターンについての動作例を示す波形図で
ある。
【図5】本発明の検出原理を説明するための図である。
【図6】検出電極の把持構造の例を示す平面図及び側面
図である。
【図7】圧縮空気による電極間寸法保持の機構例を示す
構造図である。
【図8】ガラス基板に対する検出電極の走査例を説明す
るための図である。
【図9】走査する場合のパターン構造例を示す図であ
る。
【図10】本発明による欠陥検査の判定例を示す波形図
である。
【図11】短絡の検出できるパターン形状の例を示す図
である。
【図12】短絡の検出できるパターンにおける検出の例
を示す波形図である。
【図13】検出ヘッドをXYステージに搭載した例を示
す斜視図である。
【図14】パターン上を走査して断線箇所を発見する例
を説明するための図である。
【符号の説明】
1 電源 2A 基板 2B 導電性パターン 3 検出ヘッド 3A 振動アクチュエータ 3B 検出電極 3C ガード電極 3D 検出ヘッド取り付けベース 3E 空気圧浮上用平面 3F ジンバルばね 3G エアチューブ 4 増幅器 5 同期検波器 6 判定器 7 励振器 8A ガラス基板 8B 画素部パターン 8C 電源接続パッド 8D ショーティングバー部パターン 8E パッド部パターン 8F 断線部分 9C 正電圧電源接続パッド 9D 負電圧電源接続パッド 9F 短絡部分 10 Yステージ 11 Xステージ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性パターンの一端に直流電位を印加
    し、前記導電性パターンの他端部に検出電極を対向さ
    せ、前記検出電極と前記導電性パターンとの間に形成さ
    れるキャパシタンスの変化を電気的に検出することによ
    って前記導電性パターンの検査を行うことを特徴とする
    欠陥検査装置。
  2. 【請求項2】前記検出電極を所定周期で振動させると共
    に、前記検出電極からの交流出力を直流電圧に変換する
    ようになっている請求項1に記載の欠陥検査方法。
  3. 【請求項3】前記検出電極の先端部にエアを供給して、
    前記検出電極が前記導電性パターンに接触しないように
    なっている請求項2に記載の欠陥検査方法。
  4. 【請求項4】検査対象物の表面に対して一定距離に保持
    された検出電極と、前記検出電極を前記検査対象物の表
    面に対して垂直な方向に振動させる励振器と、前記検査
    対象物の表面に作成された導電性パターンに電位を印加
    する電位印加手段と、前記検出電極から得られる振動周
    期に同期した交流電流を計測する電流計測手段と、前記
    電流計測手段で検出された交流信号の大きさから前記導
    電性パターンの良否を判定する判定装置とを具備したこ
    とを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 【請求項5】前記検出電極が複数個である請求項4に記
    載の欠陥検査装置。
  6. 【請求項6】前記検出電極を直線状に走査する走査手段
    を設け、平行する複数の導電性パターンの良否を判定す
    るようになっている請求項4に記載の欠陥検査装置。
  7. 【請求項7】前記検出電極を前記検査対象物の表面に対
    して平行に走査する走査手段を設け、前記検査対象物の
    導電性パターンの平面的形状の良否を判定するようにな
    っている請求項4に記載の欠陥検査装置。
  8. 【請求項8】前記導電性パターンの隣り合うパターン間
    に正負直流電位を与え、前記隣り合う導電性パターンの
    ショートの有無を検出する機能を備えている請求項4乃
    至7に記載の欠陥検査装置。
  9. 【請求項9】前記電流計測手段で検出された交流信号を
    前記励振器の励振信号に同期してサンプリングすること
    により直流電圧を得るようになっている請求項4に記載
    の欠陥検査装置。
  10. 【請求項10】前記検出電極の周りに同心状にガード電
    極が配置されている請求項4に記載の欠陥検査装置。
  11. 【請求項11】前記ガード電極の外方より内方に向かっ
    てエア通路が設けられており、前記エア通路、前記ガー
    ド電極と前記検出電極の間、前記検出電極と前記検査対
    象物の表面の間をエアが流れるようになっている請求項
    10に記載の欠陥検査装置。
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