JP2019052863A - 電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に形成された導体パターン等の検出対象の電圧を金属非接触で検出する。【解決手段】導電性を有する筒状体で形成されたシールド２３と、導電性を有する柱状体で形成されて絶縁された状態でシールド２３に挿入されると共に導体パターン１０１に先端部２２１が近接している近接状態において導体パターン１０１の電圧を金属非接触で検出する検出電極２２とを備え、検出電極２２は、先端部２２１の先端面２２２が検出電極２２の長さ方向に対して直交する平面で構成されている。【選択図】図９

Description

本発明は、シールドと検出電極とを備えた電圧検出プローブ、その電圧検出プローブを備えて電圧を測定する測定装置、およびその測定装置によって測定された電圧に基づいて基板を検査する基板検査装置に関するものである。

この種の電圧検出プローブとして、下記の特許文献１において出願人が開示した電圧検出プローブが知られている。この電圧検出プローブは、測定対象電線を挿入させる挿入凹部が先端部に形成された第１シールド筒体、および第１シールド筒体内に収容された検出電極を有する検出電極ユニットを備えて構成されている。この電圧検出プローブでは、第１シールド筒体の挿入凹部に測定対象電線を挿入し、検出電極の先端面を測定対象電線に当接させて挿入凹部の切欠き面と検出電極の先端面とで測定対象電線を挟持した状態で測定対象電線の電圧を金属非接触で検出することが可能となっている。このため、この電圧検出プローブでは、例えば、束ねられた複数の電線のうちの１本の電線だけを確実かつ容易に挟持することができるため、このような電線の電圧を確実に測定することが可能となっている。

特開２０１７−５３８３６号公報（第７−１４頁、第６図）

ところが、上記した電圧検出プローブには、改善すべき以下の課題がある。具体的には、上記の電圧検出プローブは、第１シールド筒体の挿入凹部に測定対象電線を挿入し、挿入凹部の切欠き面と検出電極の先端面とで測定対象電線を挟持した状態で測定対象電線の電圧を検出する構成となっている。このため、この電圧検出プローブには、例えば、導体パターンと導体パターンを覆うレジスト層とを有する基板におけるレジスト層の表面に検出電極の先端面を接触させて導体パターンの電圧を金属非接触で検出するような使用形態に対応することができないという課題が存在する。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、基板に形成された導体パターン等の検出対象の電圧を金属非接触で検出し得る電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧検出プローブは、導電性を有する筒状体で形成されたシールドと、導電性を有する柱状体で形成されて絶縁された状態で前記シールドに挿入されると共に検出対象に先端部が近接している近接状態において当該検出対象の電圧を金属非接触で検出する検出電極とを備え、前記検出電極は、前記先端部の先端面が当該検出電極の長さ方向に対して直交する平面で構成されている。

また、請求項２記載の電圧検出プローブは、請求項１記載の電圧検出プローブにおいて、前記検出電極および前記シールドのいずれか一方が他方に対して前記長さ方向に移動可能に構成されている。

また、請求項３記載の電圧検出プローブは、請求項２記載の電圧検出プローブにおいて、前記長さ方向に移動可能に前記シールドを支持する支持部と、当該電圧検出プローブの基端部側から先端部側に向かう第１の向きに前記シールドを付勢する第１付勢部材と、前記第１付勢部材の付勢力よりも小さな付勢力で前記第１の向きに前記検出電極を付勢する第２付勢部材とを備え、前記検出電極は、前記第１の向きとは逆の第２の向きの押圧力が当該検出電極の前記先端部に加わっていない状態において当該先端部が前記シールドから突出するように構成されている。

また、請求項４記載の電圧検出プローブは、請求項１から３のいずれかに記載の電圧検出プローブにおいて、前記検出電極の前記先端面が絶縁体で覆われている。

また、請求項５記載の電圧検出プローブは、請求項１から４のいずれかに記載の電圧検出プローブにおいて、前記シールドの先端部が絶縁体で覆われている。

また、請求項６記載の測定装置は、請求項１から５のいずれかに記載の電圧検出プローブと、当該電圧検出プローブが接続される測定部とを備え、前記測定部は、前記検出電極を介して前記検出対象の電圧を検出して当該電圧に応じて変化する電圧信号を出力する電圧検出部と、前記電圧信号に基づいて前記検出対象の前記電圧に追従する電圧を生成すると共に前記シールドに印加する電圧生成部と、前記電圧生成部で生成される前記電圧に基づいて前記検出対象の電圧を測定する処理部とを備え、前記電圧検出部は、前記電圧生成部で生成される前記電圧の電位を基準とするフローティング電圧で作動する。

また、請求項７記載の基板検査装置は、請求項６記載の測定装置と、前記検出対象としての導体と当該導体を覆う絶縁層とを有する基板における当該絶縁層の表面に前記電圧検出プローブをプロービングさせるプロービング機構と、前記測定装置によって測定された前記検出対象の電圧に基づいて前記基板を検査する検査部とを備えている。

請求項１記載の電圧検出プローブ、請求項６記載の測定装置、および請求項７記載の基板検査装置では、筒状体で形成されたシールドと、柱状体で形成されて絶縁された状態でシールドに挿入されると共に検出対象の電圧を金属非接触で検出する検出電極とを備え、検出電極の先端部の先端面が検出電極の長さ方向に対して直交する平面で構成されている。このため、この電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置では、導体パターンおよび導体パターンを覆うレジスト層が形成された基板におけるレジスト層に検出電極の先端部を当接させることで、導体パターンの電圧を金属非接触で確実に測定することができる。また、この電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置では、検出電極における先端部の先端面が平面で構成されているため、プロービング状態において、平面である検出電極の先端面と導体パターンとを面的に対向させることができる結果、導体パターンと検出電極の先端部との間に形成される静電容量を、先端部が尖った形状に形成されている構成よりも十分に大きくすることができる。したがって、この電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置によれば、静電容量を介して導体パターンと検出電極との間に流れる検出電流に基づいて導体パターンの電圧を金属非接触で検出する際の検出感度を十分に高めることができる結果、電圧の測定精度を十分に向上させることができる。

また、請求項２記載の電圧検出プローブ、請求項６記載の測定装置、および請求項７記載の基板検査装置では、検出電極およびシールドのいずれか一方が他方に対して長さ方向に移動可能に構成されている。このため、この電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置によれば、初期状態においてシールドの先端部から突出している検出電極の先端部をプロービング状態においてシールドによってシールドすることができる。したがって、この電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置によれば、検出電極がシールドに対して長さ方向に沿って移動しない構成（検出電極の先端部がシールドから常に突出している構成）と比較して、検出電極をより確実にシールドすることができる結果、導体パターンの電圧を金属非接触で検出する際の検出感度をさらに高めることができる。

また、請求項３記載の電圧検出プローブ、請求項６記載の測定装置、および請求項７記載の基板検査装置では、長さ方向に移動可能にシールドを支持する支持部と、電圧検出プローブの基端部側から先端部側に向かう第１の向きにシールドを付勢する第１付勢部材と、第１付勢部材の付勢力よりも小さな付勢力で第１の向きに検出電極を付勢する第２付勢部材とを備え、初期状態において検出電極の先端部がシールドから突出するように検出電極が構成されている。このため、この電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置では、電圧検出プローブを基板のレジスト層にプロービングさせる際に、支持部をレジスト層に向けて移動させるだけで、検出電極の先端部をレジスト層に確実に当接させることができると共に、その状態を維持しつつ第２付勢部材の付勢力に抗して検出電極が第１の向きとは逆の第２の向きにスライドすることで、シールドの先端部をレジスト層に確実に当接させることができる。

また、請求項４記載の電圧検出プローブ、請求項６記載の測定装置、および請求項７記載の基板検査装置によれば、検出電極の先端面を絶縁体で覆ったことにより、基板の導体パターンが露出している（レジスト層によって覆われていない）場合であっても、絶縁体で覆われた検出電極の先端面を導体パターンに当接させることで、導体パターンの電圧を金属非接触で検出することができる。

また、請求項５記載の電圧検出プローブ、請求項６記載の測定装置、および請求項７記載の基板検査装置によれば、シールドの先端部を絶縁体で覆ったことにより、基板の導体パターンが露出している場合であっても、絶縁体で覆われたシールドの先端部を導体パターンに当接させることで、検出電極の先端部を確実にシールドすることができる。

基板検査装置１の構成を示す構成図である。 電圧検出プローブ２の平面図である。 電圧検出プローブ２の断面図である。 図３におけるＡ領域の拡大図である。 図３におけるＢ領域の拡大図である。 図３におけるＣ領域の拡大図である。 測定部５の構成図である。 電圧検出プローブ２の使用方法を説明する第１の説明図である。 電圧検出プローブ２の使用方法を説明する第２の説明図である。 電圧検出プローブ２０２の構成を説明する第１の断面図である。 電圧検出プローブ２０２の構成を説明する第２の断面図である。

以下、電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、基板検査装置の一例としての図１に示す基板検査装置１の構成について説明する。基板検査装置１は、例えば、検出対象としての導体パターン１０１と導体パターン１０１を覆うレジスト層１０２（絶縁層）とを有する基板１００（図８参照）における導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で測定し、その測定値に基づいて基板１００の良否を検査可能に構成されている。具体的には、基板検査装置１は、図１に示すように、電圧検出プローブ２、プロービング機構３、操作部４、測定部５、記憶部６、制御部７および基板支持台８を備えて構成されている。この場合、電圧検出プローブ２および測定部５によって測定装置が構成される。

電圧検出プローブ２は、検出対象としての基板１００における導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で検出するためのプローブであって、図２，３に示すように、支持部２１、検出電極２２、シールド２３、スプリング２４、プランジャ２５を備えて構成されている。

支持部２１は、シールド２３をスライド可能（検出電極２２の長さ方向に移動可能）に支持する部材であって、図５に示すように、本体部２１ａと、本体部２１ａの基端部（同図における上端部）に嵌め込まれたプラグ２１ｂとを備えて構成されている。本体部２１ａは、非導電性材料によって略円筒状に形成されている。プラグ２１ｂは、導電性材料によって円筒状に形成され、シールド２３の本体部２３ａをスライド可能（長さ方向に移動可能）に挿通させる。

検出電極２２は、検出対象としての基板１００における導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で検出するための電極であって、図５，６に示すように、導電性を有する柱状体（一例として、円柱体）で形成されている。また、検出電極２２は、図６に示すように、先端部２２１の先端面２２２が検出電極２２の長さ方向（同図に示す矢印Ｙに沿った方向）に対して直交する（同図に示す矢印Ｘの方向に沿った）平面で構成され、図８，９に示すように、基板１００の導体パターン１０１（検出対象）に先端部２２１が近接している近接状態において、先端面２２２と導体パターン１０１とが面的に対向する。

また、図５，６に示すように、検出電極２２における先端部２２１側を除く部分（具体的には、後述するシールド２３のヘッド部２３ｂに挿入されている部分およびヘッド部２３ｂから突出する部分を除く部分）には導電性材料で形成された導電パイプ２２ａが外装され、導電パイプ２２ａには非導電性材料で形成された絶縁チューブ２２ｂ，２２ｃが外装されている。また、図６に示すように、検出電極２２の先端部２２１側（具体的には、シールド２３のヘッド部２３ｂに挿入されている部分、およびヘッド部２３ｂから突出する部分）には非導電性材料で形成された絶縁チューブ２２ｄが外装されている。

シールド２３は、電圧検出プローブ２を用いて導体パターン１０１の電圧Ｖ１を検出する際に検出電極２２に対する外乱の影響を低減する（検出電極２２を外乱からガードする）ための部材であって、図４〜図６に示すように、本体部２３ａ、ヘッド部２３ｂおよびストッパ２３ｃを備えて構成されている。

本体部２３ａは、図５，６に示すように、導電性を有する筒状体で形成されている。また、本体部２３ａには、検出電極２２における先端部２２１側を除く部分が、絶縁チューブ２２ｂ，２２ｃによって絶縁された状態で挿入されている。

ヘッド部２３ｂは、図６に示すように、導電性材料によって先端側（同図における下端部側）がテーパー状に形成された筒状体で構成され、本体部２３ａの先端部（同図における下端部）に取り付けられている。また、ヘッド部２３ｂには、検出電極２２の先端部２２１側が、絶縁チューブ２２ｄによって絶縁された状態で挿入されている。この場合、ヘッド部２３ｂは、図８，９に示すように、検出電極２２の先端部２２１が基板１００の導体パターン１０１（検出対象）に近接している近接状態のときに先端部２３１が導体パターン１０１に近接する（レジスト層１０２に当接する）。

ストッパ２３ｃは、導電性材料によって筒状に形成され、図５，６に示すように、本体部２３ａの中間部（支持部２１の本体部２１ａに収容される部位）に取り付けられている。このストッパ２３ｃは、図６に示すように、支持部２１の内部の先端部側に当接して、電圧検出プローブ２の基端部２ｂ（図３参照）側から先端部２ａ（同図参照）側に向かう第１の向き（同図における下向き）のシールド２３のスライドを規制する機能を有している。

この場合、この電圧検出プローブ２では、シールド２３の本体部２３ａおよびヘッド部２３ｂに挿入された検出電極２２（検出電極２２およびシールド２３のいずれか一方）が、シールド２３（検出電極２２およびシールド２３の他方）に対して長さ方向に沿って移動可能となっている。

スプリング２４は、第１付勢部材に相当し、図５に示すように、支持部２１の内部に収容されている。この場合、スプリング２４は、一例として、圧縮コイルばね（押しばね（compression spring））で構成され、第１の向きに（電圧検出プローブ２の基端部２ｂ側から先端部２ａ側に向かう向き）にシールド２３を付勢（押圧）する。

プランジャ２５は、図４，５に示すように、バレル２５ａ、ピン２５ｂ、およびスプリング２５ｃを備えて構成されている。バレル２５ａは、導電性材料によって筒状に形成されている。また、バレル２５ａには、非導電性材料で形成された絶縁チューブ２５ｅが外装されている。また、バレル２５ａの中間部分における絶縁チューブ２５ｅの周囲には、非導電性材料で形成された絶縁チューブ２５ｄが絶縁チューブ２５ｅに外装されている。また、バレル２５ａは、図４に示すように、先端部（同図における下端部）側が絶縁チューブ２５ｅによって絶縁された状態でシールド２３の本体部２３ａに挿入されて固定されている。ピン２５ｂは、導電性材料によって先端が尖った円柱状に形成されて、バレル２５ａの内部に配設されている。スプリング２５ｃは、一例として、圧縮コイルばねであって、バレル２５ａの内部に配設されて、第１の向きにピン２５ｂを付勢する。

このプランジャ２５は、第２付勢部材に相当し、図５に示すように、ピン２５ｂの先端部で検出電極２２を第１の向きに付勢（押圧）する。このため、検出電極２２は、図６に示すように、第１の向きとは逆の第２の向き（電圧検出プローブ２の先端部２ａから基端部２ｂに向かう向き）の押圧力が先端部２２１に加わっていない状態（初期状態）では、先端部２２１がヘッド部２３ｂの先端部２３１（シールド２３の先端部）から突出している。また、プランジャ２５が検出電極２２を付勢する付勢力（押圧力）は、スプリング２４がシールド２３を付勢する付勢力よりも小さく規定されている。

また、図２〜図４に示すように、電圧検出プローブ２には、シールドケーブル３０が接続され、シールドケーブル３０を介して電気信号を測定部５に出力する。この場合、シールドケーブル３０は、同軸ケーブルであって、図４に示すように、芯線３１と、芯線３１の周囲を被覆する絶縁層３２と、絶縁層３２の周囲に配設されたシールド導体（編組シールド）３３と、シールド導体の周囲を覆う被覆（シース）３４とを備えて構成されている。また、シールドケーブル３０は、同図に示すように、接続部材２６によって電圧検出プローブ２に接続されている。具体的には、シールドケーブル３０における絶縁層３２が取り除かれた芯線３１の先端部がプランジャ２５のバレル２５ａに接続された状態で、芯線３１における絶縁層３２で被覆された部分とバレル２５ａとが非導電性材料で形成された絶縁チューブ２６ａ，２６ｂによって固定されている。また、被覆３４の外側に露出させたシールド導体３３の先端部と、シールド２３の本体部２３ａとが導電性材料で形成された導電パイプ２６ｃによって接続されている。

プロービング機構３は、制御部７の制御に従い、電圧検出プローブ２の支持部２１が取り付けられたアーム３ａを移動させて、基板１００の導体パターン１０１（検出対象）を覆うレジスト層１０２の表面に電圧検出プローブ２をプロービング（電圧検出プローブ２の先端部を導体パターン１０１に近接）させる。

操作部４は、各種のスイッチやキーを備えて構成され、これらが操作されたときに操作信号を出力する。

測定部５は、制御部７の制御に従い、基板１００における導体パターン１０１（検出対象）の電圧Ｖ１を測定する測定処理を実行する。具体的には、測定部５は、図７に示すように、主電源回路５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「コンバータ」ともいう）５２、電圧検出部５３、電流電圧変換用の抵抗５４、電圧生成部５５、電圧計５６、処理部５７および表示部５８を備えて構成されている。

主電源回路５１は、測定部５を構成する各構成要素５３〜５８を作動させるための正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓ（第１基準電位としてのグランドＧ１の電位を基準として生成される絶対値が同じで、互いの極性の異なる直流電圧）を出力する。コンバータ５２は、一例として互いに電気的に絶縁された一次巻線および二次巻線を有する絶縁型のトランスと、このトランスの一次巻線を駆動する駆動回路と、トランスの二次巻線に誘起される交流電圧を整流平滑する直流変換部（いずれも図示せず）とを備えて、一次側に対して二次側が電気的に絶縁された絶縁型電源として構成されている。

このコンバータ５２では、入力した正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓに基づいて駆動回路が作動して、正電圧Ｖｄｄが印加された状態にあるトランスの一次巻線を駆動して二次巻線に交流電圧を誘起させる。また、直流変換部が、この交流電圧を整流して平滑する。これにより、コンバータ５２の二次側から、この二次側の内部基準電位（第２基準電位）Ｇ２を基準とする正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−がフローティング状態（グランドＧ１、正電圧Ｖｄｄおよび負電圧Ｖｓｓと電気的に分離された状態）で生成される。このようにして生成されたフローティング電圧としての正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、第２基準電位Ｇ２と共に電圧検出部５３に供給される。なお、正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、絶対値がほぼ同一で、極性が互いに異なる直流電圧として生成される。

電圧検出部５３は、電流電圧変換回路５３ａ、積分回路５３ｂ、駆動回路５３ｃおよび絶縁回路５３ｄ（一例として駆動回路５３ｃによって駆動されるフォトカプラを図示しているが、例えば、図示はしないが、フォトカプラに代えて絶縁トランスを使用する構成など、他の種々の構成を採用することができる）を備え、電圧検出部５３における基準電位が上記の第２基準電位Ｇ２に規定された状態で、コンバータ５２から正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−の供給を受けて作動する。

電流電圧変換回路５３ａは、一例として、非反転入力端子が抵抗を介して電圧検出部５３における第２基準電位Ｇ２に規定された部位に接続（以下、「第２基準電位Ｇ２に接続」ともいう）されると共に、反転入力端子がシールドケーブル３０の芯線３１（つまり、この芯線３１を介して電圧検出プローブ２の検出電極２２）に接続され、かつ帰還抵抗が反転入力端子と出力端子との間に接続された第１演算増幅器を備えて構成されている。この電流電圧変換回路５３ａは、第１演算増幅器が正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−で作動して、導体パターン１０１の電圧Ｖ１と第２基準電位Ｇ２（電圧生成部５５から出力される電圧信号Ｖ４の電圧でもある）との電位差Ｖｄｉ（図７参照）に起因して、この電位差Ｖｄｉに応じた電流値で導体パターン１０１と検出電極２２との間に静電容量Ｃ０（同図参照）を介して流れる検出電流（電流信号）Ｉを検出電圧信号Ｖ２に変換して出力する。この場合、検出電圧信号Ｖ２は、その振幅が電流信号Ｉの振幅に比例して変化する。

積分回路５３ｂは、一例として、非反転入力端子が抵抗を介して第２基準電位Ｇ２に接続されると共に、反転入力端子が入力抵抗を介して第１演算増幅器の出力端子に接続され、かつ帰還コンデンサが反転入力端子と出力端子との間に接続された第２演算増幅器を備えて構成されている。この積分回路５３ｂは、第２演算増幅器が正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−で作動して、検出電圧信号Ｖ２を積分することにより、上記の電位差Ｖｄｉに比例して電圧値が変化する積分信号Ｖ３を生成して出力する。

駆動回路５３ｃは、積分信号Ｖ３のレベルに応じて絶縁回路５３ｄをリニア領域で駆動し、駆動された絶縁回路５３ｄは、この積分信号Ｖ３を電気的に分離して新たな積分信号（第１信号）Ｖ３ａとして出力する。つまり、電圧検出部５３は、電圧検出プローブ２と相俟って、導体パターン１０１の電圧Ｖ１を示す積分信号Ｖ３ａを出力する。

電流電圧変換用の抵抗５４は、一端が負電圧Ｖｓｓに接続されると共に、他端が電圧検出部５３内の対応する絶縁回路５３ｄ（本例ではフォトカプラにおけるフォトトランジスタのコレクタ端子）に接続されている。

電圧生成部５５は、積分信号Ｖ３ａを入力して増幅することにより、電圧信号Ｖ４を生成して、電圧検出部５３における第２基準電位Ｇ２に規定された部位に印加する。この電圧信号Ｖ４はその電圧が後述するように導体パターン１０１の電圧Ｖ１に応じて変化する。これにより、第２基準電位Ｇ２を基準とするフローティング電圧である正電圧Ｖｆ＋および負電圧Ｖｆ−は、電圧信号Ｖ４の電圧に応じて変化するフローティング電圧となる。

この電圧生成部５５は、一例として、電圧検出部５３の第２基準電位Ｇ２（第２基準電位Ｇ２と同電位のシールドケーブル３０のシールド導体３３）、検出電極２２および電圧検出部５３（電流電圧変換回路５３ａ、積分回路５３ｂ、駆動回路５３ｃおよび絶縁回路５３ｄ（本例ではフォトカプラ））と共にフィードバックループを形成して、電位差Ｖｄｉを減少させるように積分信号Ｖ３ａを増幅する増幅動作を行うことにより、電圧信号Ｖ４を生成する。

本例では、一例として、電圧生成部５５は、図７に示すように、増幅回路５５ａ、位相補償回路５５ｂおよび昇圧回路５５ｃを備えて構成されている。ここで、増幅回路５５ａは、積分信号Ｖ３ａを入力して増幅することにより、電圧信号Ｖ４ａを生成する。この場合、増幅回路５５ａは、積分信号Ｖ３ａの電圧値についての絶対値の増加・減少に対応して、電圧値の絶対値が変化する電圧信号Ｖ４ａを増幅動作によって生成する。位相補償回路５５ｂは、フィードバック制御動作の安定化（発振防止）を図るため、電圧信号Ｖ４ａを入力してその位相を調整して電圧信号Ｖ４ｂとして出力する。昇圧回路５５ｃは、一例として昇圧トランスを用いて構成されて、電圧信号Ｖ４ｂを所定の倍率で昇圧することにより（極性は変えずに絶対を増加させることにより）、電圧信号Ｖ４を生成して第２基準電位Ｇ２に印加する。電圧計５６は、グランドＧ１の電位を基準として電圧信号Ｖ４を測定すると共に、その電圧値をディジタルデータに変換して電圧データＤｖとして出力する。

処理部５７は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されて、電圧計５６から出力される電圧データＤｖに基づいて導体パターン１０１の電圧Ｖ１を算出する電圧算出処理を実行する。また、処理部５７は、電圧算出処理で算出した電圧Ｖ１を表示部５８に表やグラフの形式で表示させる。表示部５８は、一例として、液晶ディスプレイなどのモニタ装置で構成されている。

記憶部６は、電圧検出プローブ２をプロービングさせるべき導体パターン１０１の位置を示す位置データや、基板１００が正常に動作しているときの導体パターン１０１の電圧（基準値Ｖｒ）を記憶する。また、記憶部６は、測定部５によって測定された電圧Ｖ１を記憶する。

制御部７は、操作部４から出力される操作信号に従い、プロービング機構３および測定部５を制御する。また、制御部７は、検査部として機能し、測定部５によって測定された電圧Ｖ１に基づいて基板１００を検査する。

基板支持台８は、図外のクランプ等を備え、検査対象の基板１００を支持可能に構成されている。

次に、基板検査装置１を用いて基板１００の導体パターン１０１を検査する方法について、図面を参照して説明する。

まず、図１に示すように、基板支持台８に基板１００を載置して固定する。次いで、操作部４を操作して検査開始を指示する。この際に、操作部４が、操作信号を出力し、制御部７が、操作信号に従って検査処理を実行する。この検査処理では、制御部７は、記憶部６から位置データを読み出し、続いて、その位置データに基づいて電圧検出プローブ２をプロービングさせるべき導体パターン１０１の位置を特定する。次いで、制御部７は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａに取り付けられている電圧検出プローブ２の先端部が導体パターン１０１の上方に位置するようにアーム３ａを移動させる。続いて、制御部７は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａを下降させる。なお、後述する図８，９では、アーム３ａの図示を省略している。

この場合、この状態（初期状態）では、電圧検出プローブ２の先端部２ａから基端部２ｂに向かう第２の向きの押圧力が検出電極２２の先端部２２１に加わっていないため、図８に示すように、検出電極２２の先端部２２１がシールド２３におけるヘッド部２３ｂの先端部２３１から突出している。したがって、同図に示すように、アーム３ａの下降によって検出電極２２の先端部２２１（先端面２２２）が最初に導体パターン１０１を覆うレジスト層１０２に接触する。

次いで、制御部７は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａをさらに下降させる。この際に、アーム３ａの下降に伴って検出電極２２の先端部２２１が導体パターン１０１を覆うレジスト層１０２を第１の向きに押圧し、その反力としての第２の向きの押圧力が検出電極２２の先端部２２１に加わる。また、検出電極２２の先端部２２１に加わる第２の向きの押圧力が、プランジャ２５に加わる。

ここで、この電圧検出プローブ２では、図４に示すように、プランジャ２５のバレル２５ａがシールド２３の本体部２３ａに挿入されて固定されているため、プランジャ２５に加わる第２の向きの押圧力がシールド２３に加わることとなる。この場合、この電圧検出プローブ２では、上記したように、プランジャ２５が検出電極２２を付勢する付勢力が、スプリング２４がシールド２３を付勢する付勢力よりも小さく規定されている。このため、シールド２３がスプリング２４の付勢力に抗して第２の向きにスライドすることなく、検出電極２２の先端部２２１がレジスト層１０２に確実に当接した状態で、プランジャ２５の付勢力に抗して検出電極２２が第２の向きにスライドする。

続いて、制御部７は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａをさらに下降させる。この際に、検出電極２２の先端部２２１が第２の向きにさらにスライドし、次いで、図９に示すように、シールド２３におけるヘッド部２３ｂの先端部２３１が導体パターン１０１を覆うレジスト層１０２に接触する。この場合、シールド２３がスプリング２４の付勢力によって第１の向きに付勢されているため、ヘッド部２３ｂの先端部２３１がレジスト層１０２に確実に接触する。また、ヘッド部２３ｂの先端部２３１がレジスト層１０２に接触する際の衝撃力がスプリング２４によって吸収されるため、レジスト層１０２の傷つきが防止される。

これにより、シールド２３によって検出電極２２がシールドされた状態で検出電極２２の先端部２２１がレジスト層１０２を介して金属非接触で導体パターン１０１に近接している状態（以下、この状態を「プロービング状態」）に維持される。この場合、この電圧検出プローブ２では、検出電極２２がシールド２３に対して長さ方向に沿って移動可能となっているため、初期状態においてシールド２３の先端部（ヘッド部２３ｂの先端部２３１）から突出（露出）している検出電極２２の先端部２２１が、プロービング状態においてシールド２３によってシールドされる。このため、この電圧検出プローブ２では、検出電極２２がシールド２３に対して長さ方向に沿って移動しない構成（検出電極２２の先端部２２１がシールド２３から常に突出している構成）と比較して、検出電極２２をシールド２３によってより確実にシールドすることが可能となっている。

また、この電圧検出プローブ２では、検出電極２２における先端部２２１が検出電極２２の長さ方向に対して直交する平面で構成されているため、プロービング状態において先端面２２２と導体パターン１０１とが面的に対向する。この結果、この電圧検出プローブ２では、導体パターン１０１と検出電極２２の先端部２２１との間に形成される静電容量Ｃ０（図７参照）を、先端部２２１が尖った形状に形成されている構成よりも十分に大きくすることができる。したがって、この電圧検出プローブ２では、静電容量Ｃ０を介して導体パターン１０１と検出電極２２との間に流れる検出電流Ｉ（同図参照）に基づいて導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で検出する際の検出感度を十分に高めることができる結果、電圧Ｖ１の測定精度を十分に向上させることが可能となっている。

一方、制御部７は、アーム３ａが予め決められた距離だけ下降した時点で、プロービング機構３を制御してアーム３ａの下降を停止させ、続いて、測定部５を制御して測定処理を実行させる。

ここで、上記したプロービング状態において、導体パターン１０１の電圧Ｖ１と、測定部５における電圧検出部５３の第２基準電位Ｇ２の電圧（第２基準電位Ｇ２と同電位となるシールドケーブル３０のシールド導体３３および電圧検出プローブ２のシールド２３の各電圧。つまり、電圧信号Ｖ４の電圧）との電位差Ｖｄｉが増加しているとき（例えば、電圧Ｖ１の上昇に起因して電位差Ｖｄｉが増加しているとき）には、電圧検出部５３では、導体パターン１０１から検出電極２２を介して電流電圧変換回路５３ａに流れ込む電流信号Ｉの電流量が増加する。この場合、電流電圧変換回路５３ａは、出力している検出電圧信号Ｖ２の電圧値を低下させる。積分回路５３ｂでは、この検出電圧信号Ｖ２の低下に起因して、第２演算増幅器の出力端子からコンデンサを介して反転入力端子に向けて流れる電流が増加する。このため、積分回路５３ｂは、積分信号Ｖ３の電圧を上昇させる。また、この積分信号Ｖ３の電圧上昇に伴い、駆動回路５３ｃのトランジスタが深いオン状態に移行する。これにより、絶縁回路５３ｄ（フォトカプラ）では、その発光ダイオードに流れる電流が増加し、フォトトランジスタの抵抗が減少する。したがって、測定部５における抵抗５４の抵抗値とフォトトランジスタの抵抗値とで電位差（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）が分圧されて生成される積分信号Ｖ３ａは、その電圧値が低下する。

また、測定部５では、電圧生成部５５が、この積分信号Ｖ３ａに基づいて、生成している電圧信号Ｖ４の電圧値を上昇させる。この測定部５では、このようにしてフィードバックループを構成する電流電圧変換回路５３ａ、積分回路５３ｂ、駆動回路５３ｃ、絶縁回路５３ｄおよび電圧生成部５５が、導体パターン１０１の電圧Ｖ１の上昇を検出して、電圧信号Ｖ４の電圧値を上昇させるフィードバック制御動作を実行することにより、電圧検出部５３の第２基準電位Ｇ２等の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を電圧Ｖ１に追従させる。

また、電圧Ｖ１の低下に起因して電位差Ｖｄｉが増加したときには、検出電極２２を介して電流電圧変換回路５３ａから導体パターン１０１に流れ出る（流出する）電流信号Ｉの電流量が増加する。この際には、フィードバックループを構成する電流電圧変換回路５３ａ等が上記のフィードバック制御動作とは逆の動作でのフィードバック制御動作を実行して、電圧信号Ｖ４の電圧を低下させることにより、電圧検出部５３の第２基準電位Ｇ２等の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を電圧Ｖ１に追従させる。

このようにして、測定部５では、電圧検出部５３の第２基準電位Ｇ２等の電圧（電圧信号Ｖ４の電圧）を電圧Ｖ１に追従させるフィードバック制御動作が短時間に実行されて、電圧検出部５３の第２基準電位Ｇ２等の電圧（電流電圧変換回路５３ａの第１演算増幅器のバーチャルショートにより、検出電極２２の電圧でもある）が電圧Ｖ１に一致させられる（収束させられる）。また、測定部５では、電圧計５６が、電圧信号Ｖ４の電圧値をリアルタイムで計測して、その電圧値を示す電圧データＤｖを出力する。また、電圧信号Ｖ４は、導体パターン１０１の電圧Ｖ１に一旦収束した後は、フィードバックループを構成する各構成要素が上記のように動作することにより、電圧Ｖ１の変動に追従する。したがって、導体パターン１０１の電圧Ｖ１を示す電圧データＤｖが電圧計５６から連続して出力される。

また、測定部５では、処理部５７が、電圧計５６から出力された電圧データＤｖを入力してメモリに記憶する。次いで、処理部５７は、電圧算出処理を実行して、電圧データＤｖに基づいて導体パターン１０１の電圧Ｖ１を算出してメモリに記憶する。最後に、処理部５７は、メモリに記憶されている測定結果（電圧Ｖ１）を表示部５８に表示させる。これにより、測定部５による測定処理が完了する。

続いて、制御部７は、基板１００が正常に動作しているときの導体パターン１０１の電圧（基準値Ｖｒ）を記憶部６から読み出し、測定部５によって測定された導体パターン１０１の電圧Ｖ１と基準値Ｖｒとを比較して基板１００の良否を判定する。この場合、制御部７は、一例として、電圧Ｖ１が、基準値Ｖｒを中心とする予め決められた幅の判定範囲内であるときには、基板１００を良好と判定し、電圧Ｖ１が判定範囲外のときには、基板１００を不良と判定する。次いで、制御部７は、判定結果（検査結果）を表示部５８に表示させる。

続いて、制御部７は、プロービング機構３を制御して、アーム３ａを上昇させる。これにより、シールド２３のヘッド部２３ｂの先端部２３１、および検出電極２２の先端部２２１が基板１００のレジスト層１０２から離反する。また、レジスト層１０２からの離反によって検出電極２２の先端部２２１に対する押圧が解除されるため、プランジャ２５の付勢力によって先端部２２１がヘッド部２３ｂの先端部２３１から突出する状態に復帰する。以上により、検査処理が終了する。

このように、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１では、筒状体で形成されたシールド２３と、柱状体で形成されて絶縁された状態でシールド２３に挿入されると共に検出対象の電圧Ｖ１を金属非接触で検出する検出電極２２とを備え、検出電極２２の先端部２２１の先端面２２２が長さ方向に対して直交する平面で構成されている。このため、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１では、導体パターン１０１および導体パターン１０１を覆うレジスト層１０２が形成された基板１００におけるレジスト層１０２に検出電極２２の先端部２２１を当接させることで、導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で確実に測定することができる。また、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１では、検出電極２２における先端部２２１の先端面２２２が平面で構成されているため、プロービング状態において、平面である検出電極２２の先端面２２２と導体パターン１０１とを面的に対向させることができる結果、導体パターン１０１と検出電極２２の先端部２２１との間に形成される静電容量Ｃ０を、先端部２２１が尖った形状に形成されている構成よりも十分に大きくすることができる。したがって、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１によれば、静電容量Ｃ０を介して導体パターン１０１と検出電極２２との間に流れる検出電流Ｉに基づいて導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で検出する際の検出感度を十分に高めることができる結果、電圧Ｖ１の測定精度を十分に向上させることができる。

また、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１では、検出電極２２がシールド２３に対して長さ方向に移動可能に構成されている。このため、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１によれば、初期状態においてシールド２３の先端部（ヘッド部２３ｂの先端部２３１）から突出している検出電極２２の先端部２２１をプロービング状態においてシールド２３によってシールドすることができる。したがって、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１によれば、検出電極２２がシールド２３に対して長さ方向に沿って移動しない構成と比較して、検出電極２２をより確実にシールドすることができる結果、導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で検出する際の検出感度をさらに高めることができる。

また、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１では、長さ方向に移動可能にシールド２３を支持する支持部２１と、電圧検出プローブ２の基端部２ｂ側から先端部２ａ側に向かう第１の向きにシールド２３を付勢するスプリング２４と、スプリング２４の付勢力よりも小さな付勢力で第１の向きに検出電極２２を付勢するプランジャ２５とを備え、初期状態において検出電極２２の先端部２２１がシールド２３の先端部から突出するように検出電極２２が構成されている。このため、この電圧検出プローブ２、測定装置および基板検査装置１では、電圧検出プローブ２を基板１００のレジスト層１０２にプロービングさせる際に、支持部２１をレジスト層１０２に向けて移動させるだけで、検出電極２２の先端部２２１をレジスト層１０２に確実に当接させることができると共に、その状態を維持しつつプランジャ２５の付勢力に抗して検出電極２２が第２の向きにスライドすることで、シールド２３の先端部をレジスト層１０２に確実に当接させることができる。

なお、電圧検出プローブ、測定装置および基板検査装置は、上記の構成に限定されない。例えば、図１０，１１に示す電圧検出プローブ２０２、並びにこの電圧検出プローブ２０２を用いる測定装置および基板検査装置を採用することもできる。なお、以下の説明において、上記した電圧検出プローブ２と同様の構成要素については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

この電圧検出プローブ２０２では、図１０，１１に示すように、絶縁チューブ２２ｄ（絶縁体）によって検出電極２２の先端面２２２が覆われている。また、この電圧検出プローブ２０２では、両図に示すように、ヘッド部２３ｂ（シールド２３の先端部）が非導電性材料で形成された絶縁チューブ２３ｄ（絶縁体）で覆われている。なお、図１０，１１は、電圧検出プローブ２０２の使用状態を示している。具体的には、図１０は、検出電極２２の先端面２２２を覆っている絶縁チューブ２２ｄを導体パターン１０１に当接（検出電極２２の先端部２２１を導体パターン１０１に近接）させた状態を示し、図１１は、ヘッド部２３ｂを覆っている絶縁チューブ２３ｄを導体パターン１０１に当接（シールド２３の先端部を導体パターン１０１に近接）させた状態を示している。

この電圧検出プローブ２０２、並びに電圧検出プローブ２０２を用いる測定装置および基板検査装置によれば、検出電極２２の先端面２２２を絶縁体で覆ったことにより、図１０，１１に示すように、例えば、基板１００の導体パターン１０１が露出している（レジスト層１０２によって覆われていない）場合であっても、絶縁体で覆われた先端面２２２を導体パターン１０１に当接させることで、導体パターン１０１の電圧Ｖ１を金属非接触で検出することができる。また、この電圧検出プローブ２０２、並びに電圧検出プローブ２０２を用いる測定装置および基板検査装置によれば、シールド２３の先端部を絶縁体で覆ったことにより、両図に示すように、基板１００の導体パターン１０１が露出している場合であっても、絶縁体で覆われたシールド２３の先端部を導体パターン１０１に当接させることで、検出電極２２の先端部２２１を確実にシールドすることができる。

なお、検出電極２２の先端面２２２、およびシールド２３の先端部のいずれか一方のみを絶縁体で覆う構成を採用することもできる。

また、検出電極２２をシールド２３に対して移動可能に構成した例について上記したが、シールド２３を検出電極２２に対して移動可能に構成することもできる。また、検出電極２２およびシールド２３が相対的に移動しない構成、具体的には、検出電極２２の先端部２２１がシールド２３の先端部（ヘッド部２３ｂの先端部２３１）から突出した状態で固定されている構成を採用することもできる。

また、圧縮コイルばねで構成されたスプリング２４を第１付勢部材として用いる例について上記したが、引張コイルばね（引きばね（extension spring )）を第１付勢部材として用いることもできる。また、プランジャ２５を第２付勢部材として用いる例について上記したが、圧縮コイルばねだけ、または引張コイルばねだけで（ばね単体で）構成された第２付勢部材を用いることもできる。

また、基板１００の導体パターン１０１を検出対象として導体パターン１０１の電圧Ｖ１を検出する際に電圧検出プローブ２，２０２を用いる例について上記したが、導体パターン１０１以外の検出対象（例えば、被覆電線等）の電圧を金属非接触で検出する際にも電圧検出プローブ２，２０２を用いることができる。

１ 基板検査装置
２，２０２ 電圧検出プローブ
２ａ 先端部
２ｂ 基端部
３ プロービング機構
５ 測定部
７ 制御部
２１ 支持部
２１ａ 本体部
２１ｂ プラグ
２２ 検出電極
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２３ｄ 絶縁チューブ
２３ シールド
２３ａ 本体部
２３ｂ ヘッド部
２３ｃ ストッパ
２４ スプリング
２５ プランジャ
５３ 電圧検出部
５５ 電圧生成部
５７ 処理部
１０１ 導体パターン
２２１ 先端部
２２２ 先端面
２３１ 先端部

Claims (7)

1. 導電性を有する筒状体で形成されたシールドと、導電性を有する柱状体で形成されて絶縁された状態で前記シールドに挿入されると共に検出対象に先端部が近接している近接状態において当該検出対象の電圧を金属非接触で検出する検出電極とを備え、
   前記検出電極は、前記先端部の先端面が当該検出電極の長さ方向に対して直交する平面で構成されている電圧検出プローブ。
2. 前記検出電極および前記シールドのいずれか一方が他方に対して前記長さ方向に移動可能に構成されている請求項１記載の電圧検出プローブ。
3. 前記長さ方向に移動可能に前記シールドを支持する支持部と、当該電圧検出プローブの基端部側から先端部側に向かう第１の向きに前記シールドを付勢する第１付勢部材と、前記第１付勢部材の付勢力よりも小さな付勢力で前記第１の向きに前記検出電極を付勢する第２付勢部材とを備え、
   前記検出電極は、前記第１の向きとは逆の第２の向きの押圧力が当該検出電極の前記先端部に加わっていない状態において当該先端部が前記シールドから突出するように構成されている請求項２記載の電圧検出プローブ。
4. 前記検出電極の前記先端面が絶縁体で覆われている請求項１から３のいずれかに記載の電圧検出プローブ。
5. 前記シールドの先端部が絶縁体で覆われている請求項１から４のいずれかに記載の電圧検出プローブ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の電圧検出プローブと、当該電圧検出プローブが接続される測定部とを備え、
   前記測定部は、前記検出電極を介して前記検出対象の電圧を検出して当該電圧に応じて変化する電圧信号を出力する電圧検出部と、前記電圧信号に基づいて前記検出対象の前記電圧に追従する電圧を生成すると共に前記シールドに印加する電圧生成部と、前記電圧生成部で生成される前記電圧に基づいて前記検出対象の電圧を測定する処理部とを備え、
   前記電圧検出部は、前記電圧生成部で生成される前記電圧の電位を基準とするフローティング電圧で作動する測定装置。
7. 請求項６記載の測定装置と、前記検出対象としての導体と当該導体を覆う絶縁層とを有する基板における当該絶縁層の表面に前記電圧検出プローブをプロービングさせるプロービング機構と、前記測定装置によって測定された前記検出対象の電圧に基づいて前記基板を検査する検査部とを備えている基板検査装置。

Images