KR20210013117A

KR20210013117A - 용량 검출 에어리어 센서, 및 그 용량 검출 에어리어 센서를 갖는 도전 패턴 검사 장치

Info

Publication number: KR20210013117A
Application number: KR1020207036555A
Authority: KR
Inventors: 시게토시 스가와; 리히토 구로다; 데츠야 고토; 히로시 하모리; 신이치 무라카미; 도시로 야스다
Original assignee: 도호쿠 다이가쿠; 오에이치티 가부시끼가이샤
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-02-03
Also published as: WO2020059355A1; CN112352164A; KR102453185B1; TW202030488A; US11567114B2; TWI827680B; JPWO2020059355A1; WO2020059014A1; US20210293866A1; CN112352164B; JP7157423B2

Abstract

용량 검출 에어리어 센서는, 복수의 용량 센서 소자를 2차원 어레이 형상으로 배치하고, 임의의 형상을 이루어 외부 전극에 용량 결합된다. 외부 전극에는, 전위차를 갖는 검사 신호가 급전된다. 제1, 제2 센서 출력 신호는, 선택된 외부 전극과 용량 결합되는 용량 센서 소자에 대해, 상기 검사 신호의 제1 신호 시와 제2 신호 시의 타이밍에 상기 용량 센서 소자로부터 취득된다. 취득된 제1, 제2 센서 출력 신호의 차분을 취한 차분 신호를 생성하고, 차분 신호의 레벨에 기초하여 다른 색 또는 다른 계조로 외부 전극의 형상을 나타내는 화상을 생성한다.

Description

용량 검출 에어리어 센서, 및 그 용량 검출 에어리어 센서를 갖는 도전 패턴 검사 장치

본 발명은, 용량 검출 에어리어 센서, 및 그 용량 검출 에어리어 센서를 갖는 도전 패턴 검사 장치에 관한 것이다.

종래, 기판에 형성된 도전 패턴에 있어서의 배선의 단락 또는 단선의 결함 검사는, 급전한 검사 신호의 검출의 유무를 기준으로 하여 판단된다. 통상의 패턴 검사 장치는, 검사부의 급전 단자를 도전 패턴의 일단에 접촉시켜 소정의 검사 신호를 입력하고, 그 도전 패턴의 타단에 검사부의 검출 단자를 접촉시켜 검사 신호를 검출하고 있다.

근년의 도전 패턴의 미세화에 의해, 검사부의 단자 접촉에 의한 손상도 고려해야 해, 예를 들어 특허문헌 1: 일본 특허 제4623887호 공보에 기재된 용량 결합을 이용한 비접촉형 센서를 탑재하는 도전 패턴 검사 장치도 제안되어 있다. 이 비접촉형 센서에 의한 검사는, 도전 패턴의 배선에 센서 전극을 근접시켜, 도전 패턴의 배선을 센서 전극과 대향하는 대향 전극으로서 이용하고, 센서 전극과 대향 전극을 용량 결합하여, 대향 전극을 그라운드 레벨로부터 소정의 전압 레벨로 변화시켜, 용량 결합에 의해 변화되는 센서 전극의 전위를 측정함으로써 실시된다.

결함이 검출된 회로 기판은, 제조 시에 있어서의 제품의 수율을 향상시키고, 제조 비용을 저감시키기 위해, 결함 개소에 대해 레이저 리페어나 성막에 의한 수복이 시도되고 있다. 수복을 행하려면, 도전 패턴 상의 배선의 결함 개소의 위치를 특정해야 한다.

그러나 일반적인 도전 패턴에서는, 직선뿐만 아니라, 회로 부품을 실장하기 위해 우회하는 개소, 및 도전 패턴이 교차하지 않도록 굴곡된 개소를 포함하는 경우가 많다. 나아가, 도중에서 분기되는 개소나 실장 부품의 리드 단자와 접속하기 위해 도중에서 종료되는 도전 패턴도 혼재한다. 도전 패턴이 루프형으로 되어 있거나 하면, 결함 개소를 검출할 수 없는 경우도 있다.

또한, 2점의 검사 위치에 의한 검출에서는, 결함의 유무는 검출할 수 있지만, 패턴 도중에 있는 결함 개소의 위치는 특정할 수 없다. 이 때문에, 광학계의 관찰 기기 또는 촬상 기기가 탑재된 회로 검사 장치라면, 예를 들어 결함을 갖고 있다고 판정된 도전 패턴을 확대 표시하여, 작업자의 눈으로 봐서 결함 개소까지 도전 패턴을 추적해야 한다. 결함 개소의 검출에 요하는 시간에 있어서도 작업자의 능력이나 경험도의 차이 등 인적인 요인이 크기 때문에, 작업 효율을 개선하는 것은 용이하지 않다.

또한, 특허문헌 1에 기재되는 비접촉형 센서를 사용한 검사 장치에서는, 2차원 어레이화된 화소를 사용하여 공간 해상도를 높인 검출이 가능하지만, 센서 전극을 소정의 전위로 리셋하는 리셋 동작을 완료할 때에 리셋 트랜지스터의 온 저항에 기인하여 발생하는 열 노이즈가 센서 전극에 도입되어, 잔존해 버린다. 이 열 노이즈는, 매회의 리셋 동작 완료 시에 랜덤하게 변화되고, 그 노이즈에 의해 발생하는 센서 전극의 전위 변화는 센서 전극에 기생하는 용량값의 평방근에 반비례하는 것이 알려져 있다. 결과적으로, 검출 전극과의 용량 커플링을 높이기 위해 센서 전극에 기생하는 용량을 저감시키면 열 노이즈가 증가해 버려, 고감도의 용량 검출을 할 수 없다.

또한, 공간 해상도가 높고, 고감도이며 고분해능을 갖는 용량 검출 에어리어 센서는 아직 실현되어 있지 않고, 또한 높은 시간 분해능을 갖는 리얼타임형 용량 검출 에어리어 센서도 실현되어 있지 않다.

그래서 본 발명은, 미소한 검출 면적을 갖는 용량 센서 소자를 2차원 어레이 형상으로 배치하고, 검출된 용량의 분포를 화상 정보로서 취득하는 용량 검출 에어리어 센서를 제공한다. 또한, 본 발명에 의한 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하여, 검사 신호가 급전된 도전 패턴에 있어서의 전압의 분포를 도전 패턴의 화상 정보로서 취득하여, 패턴간의 단선 및 단락 등으로 이루어지는 결함을 검출하는 도전 패턴 검사 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 용량 검출 에어리어 센서는, 전하를 갖는 검출 대상물과 용량 결합되어 용량 변화에 따른 전하를 검출하는 센서 전극과, 해당 센서 전극의 전하를 축전하는 축전 소자와, 해당 축전 소자를 리셋하는 리셋 소자를 포함하는 복수의 용량 센서 소자를, 2차원 어레이 형상으로 배치하는 용량 검출 에어리어 센서 회로와, 상기 용량 검출 에어리어 센서 회로에 대해, 용량 결합되는 상기 용량 센서 소자를 행마다 또는 열마다 순차 선택하는 센서 소자 선택 회로와, 상기 센서 전극으로부터 제1 전위의 제1 신호와, 상기 제1 전위와는 다른 제2 전위의 제2 신호를 상기 용량 센서 소자로부터 취득하는 판독 회로와, 판독된 상기 제1 신호를 저장하는, 열마다 마련되는 제1 신호 저장 회로와, 판독된 상기 제2 신호를 저장하는, 열마다 마련되는 제2 신호 저장 회로와, 저장된 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차분을 취하여 차분 신호를 생성하는 차분 신호 생성 회로와, 상기 차분 신호 생성 회로로부터의 상기 차분 신호의 레벨에 기초하여, 상기 검출 대상물의 형상을 나타내는 화상을 생성하는 화상 처리 회로와, 선택되는 상기 2차원 어레이의 행마다 상기 용량 검출 에어리어 센서 회로의 상기 리셋 소자를 도통시켜 리셋하여 상기 센서 전극의 전위를 기준값으로 설정한 후, 상기 리셋 소자를 비도통으로 설정하고, 상기 제1 신호를 취득하여 상기 제1 신호 저장 회로에 저장하고, 미리 설정한 기간 경과 후에, 상기 제2 신호를 취득하여 상기 제2 신호 저장 회로에 저장하고, 설정 시간 경과 후에, 상기 제1 신호 저장 회로 및 상기 제2 신호 저장 회로로부터 판독한 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차분 신호를 연산하는 제어부를 구비한다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 용량 검출 에어리어 센서를 갖는 도전 패턴 검사 장치는, 기판 상에 형성되는 검사 대상의 도전 패턴에, 전위차를 갖는 제1 전위와 제2 전위의 검사 신호를 공급하는 검사 신호 공급부와, 상기 도전 패턴과 용량 결합되어 용량 변화에 따른 전하를 검출하는 센서 전극을 갖고, 상기 도전 패턴으로 급전하는 상기 검사 신호의 제1 전위 시와 제2 전위 시의 타이밍에 상기 센서 전극으로부터 제1 센서 출력 신호와 제2 센서 출력 신호를 취득하는 용량 센서 소자를, 2차원 어레이 형상으로 배치하는 용량 검출 에어리어 센서와, 상기 용량 검출 에어리어 센서를 보유 지지하고, 상기 도전 패턴의 검사 대상 영역에 상기 용량 검출 에어리어 센서의 상기 센서 전극을 이동시켜, 상기 센서 전극을 상기 도전 패턴에 근접시키는 센서 이동 기구와, 상기 용량 검출 에어리어 센서로부터 취득한 센서 출력 신호로부터 차분을 취하여 차분 신호를 생성하는 차분 신호 생성 회로를 탑재하는 제어부와, 상기 제어부로부터 출력된 상기 차분 신호의 값에 따라 다른 색 또는 다른 계조의 화상을 할당하여, 상기 도전 패턴의 형상을 나타내는 검사 도전 패턴 화상을 생성하는 화상 처리부와, 미리 설정된 상기 도전 패턴의 비교 기준이 되는 기준 도전 패턴 화상과 상기 화상 처리부에 의해 생성된 상기 검사 도전 패턴 화상을 비교하여, 차이에 의한 불량 개소를 판정하는 비교 판정부를 구비한다.

본 발명에 따르면, 미소한 검출 면적을 갖는 용량 센서 소자를 2차원 어레이 형상으로 배치하고, 검출된 용량의 분포를 화상 정보로서 취득하는 용량 검출 에어리어 센서를 제공할 수 있다. 또한, 이 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하여, 검사 신호가 급전된 도전 패턴에 있어서의 전위의 분포를 도전 패턴의 화상 정보로서 취득하고, 패턴간의 단선 및 단락으로 이루어지는 결함을 검출하는 도전 패턴 검사 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일 양태에 관한 용량 센서 소자의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 용량 센서 소자의 단면 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 센서 신호 처리 회로의 회로 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 리셋 신호 ΦR과, 선택 신호 ΦX와, 제1 신호 취득 신호 ΦN과, 제2 신호 취득 신호 ΦS와, 센서 신호 처리 회로의 제1 신호(N 레벨) 및 제2 신호(S 레벨)의 파형을 나타내는 도면이다.
도 4b는 수평 시프트 레지스터(HSR)에 있어서의 출력 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5는 용량 센서 소자에 있어서의 검사 신호의 검출에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 2차원적인 어레이 형상으로 배치된 용량 검출 에어리어 센서의 개념적인 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 에어리어 센서를 상측에서 본 외관 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 에어리어 센서를 구성하는 하나의 용량 센서 소자의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 실드 전극을 외부 전극으로서 사용하는 경우의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제1 실시 형태에 있어서의 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하는 도전 패턴 검사 장치의 개념적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 11a는 판정 기준으로 사용하는 정상적인 도전 패턴 정보에 기초하는, 도전 패턴 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11b는 검출된 도전 패턴 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12a는 직선의 도전 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12b는 루프하는 도전 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12c는 직선으로 평행 배치되는 복수의 도전 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12d는 플로팅 패턴과 근접하여 배치된 도전 패턴을 나타내는 도면이다.
도 12e는 코일 패턴으로 형성된 도전체 패턴을 나타내는 도면이다.
도 13은 제1 실시 형태의 도전 패턴 검사 장치의 검출 동작에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 제2 실시 형태에 관한 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하는 세포 사이즈 검출 장치의 개념적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 15a는 세포의 사이즈를 검출하는 동작에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 15b는 세포의 사이즈를 검출하는 동작에 대해 설명하기 위한 개념도이다.
도 16a는 에어리어 센서 상에 존재하는 세포를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 16b는 도 16a를 화상화하여, 표시 화면에 표시된 세포 화상을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 제3 실시 형태에 관한 항원 포착 검출 장치의 항원 포착 동작에 대해 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 양태에 관한 용량 검출 에어리어 센서의 용량 센서 소자의 구조 및 회로에 대해 설명한다. 도 1은 일 양태에 관한 용량 센서 소자의 회로 구성을 나타내고, 도 2는 용량 센서 소자의 단면 구조의 일례를 나타내고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 용량 센서 소자(1)는, 센서 전극(용량 검출 전극)(2)과, 수전용 커패시터(3)와, 증폭 소자(4)와, 선택 스위치 소자(5)와, 리셋 소자(6)와, 증폭 소자(4)의 고장 방지를 위한 보호 소자(7, 8)를 구비한다. 이들 회로 소자는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(15), 예를 들어 실리콘 반도체 기판의 회로 소자 영역(16)에, 적층 구조에 의해 형성되어 있다. 또한, 외부 전극(10)은, 검사 대상 부위 또는 검사 대상물이다. 외부 전극(10)은, 검사 신호 전원(9)[검사 신호 공급부]으로부터 검사 신호가 입력된다.

센서 전극(2)은, 도전체, 예를 들어 금속막에 의해 형성되고, 검사 대상이 되는 외부 전극(10)에 근접(비접촉)하여, 외부 전극(10)과 용량 결합된다. 또한, 내마모성이나 내부식성을 위한 절연성을 갖는 보호막이 센서 전극(2)의 금속막 상에 형성되어도 된다. 또한, 센서 전극(2) 상에만 보호막이 형성되는 것이라면, 도전성 보호막을 사용하는 것도 가능하다.

후술하는 제1 실시 형태와 같이, 센서 전극(2)과 외부 전극(10)은, 근접하여 대향하도록 배치됨으로써 용량 결합된다. 용량 센서 소자(1)는, 센서 전극(2)과 외부 전극(10) 사이의 용량비에 의한 전하량의 변화를, 예를 들어 전압의 변화로서 검출한다.

센서 전극(2)이 검사 대상물과 실질적인 비접촉으로 용량 결합에 의해 검출을 행하는 경우, 검사 신호 전원(9)은, 검사 대상물에 시계열적으로 전위가 변화되거나, 또는 진폭을 갖는 교류 신호나 펄스 신호 등의 검사 신호를 인가한다. 검사 대상물이 전극, 예를 들어 외부 전극(10)을 구비하고 있으면, 검사 신호 전원(9)은 외부 전극(10)에 검사 신호를 인가한다.

검사 대상물이 전기적인 용량을 갖고 있지만, 상술한 바와 같이 직접적으로 검사 신호를 인가할 수 없는 경우에는, 검사 신호 전원(9)은, 검사 대상물을 센서 전극(2)과 별도의 대향 전극 사이에 끼워 검사 신호를 인가한다. 또한, 대향 전극의 사용 시에는, 검사 대상물은, 전해액 등의 도전성을 갖는 매체 물질에 침지되는 경우도 있다.

또한, 검사 대상물이 전기적인 용량(전하)을 갖고 있는 경우에는, 용량 센서 소자(1)는, 검사 대상물을 직접적으로 센서 전극(2)에 부착시킨 상태에서의 용량의 변화로부터 전하량의 변화를 검출하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시 형태의 용량 센서 소자(1)에 있어서는, 대향 전극은, 후술하는 바와 같이 구성 요건으로서 필수는 아니다.

도 1에 있어서, AVDD는 전원 전압이다. AVSS는, 기준 전위 또는 접지 전위이며, 예를 들어 0V이다. 또한 AV는, 아날로그 신호임을 나타낸다. 또한 VR은, 리셋 전압이다. 또한 VR은, 기준 전위 또는 소정의 오프셋 전위이다.

수전용 커패시터(3)의 한쪽 전극은 센서 전극(2)과 접속되고, 다른 쪽 전극은 접지되어 접지 전위(AVSS)로 되어 있다. 수전용 커패시터(3)는, 수전용 커패시터(3)의 용량과, 외부 전극(10)과 센서 전극(2)의 정전 결합의 용량과, 외부 전극(10)의 제1 전위와 제2 전위의 전압으로 정해지는 전위까지 축전하는 용량 소자이다. 여기서, 제1 전위일 때에 취득하는 신호를 제1 신호라고 하고, 제1 전위와는 다른 전위인 제2 전위일 때에 취득하는 신호를 제2 신호라고 한다. 예를 들어, 제1 전위는 제2 전위보다 높다. 증폭 소자(4)는, 예를 들어 소스 폴로어 접속된 트랜지스터이다. 이 트랜지스터의 게이트는 수전용 커패시터(3)에 접속된다. 증폭 소자(4)는, 수전용 커패시터(3)로부터 판독된 전압을 증폭시켜 센서 출력 신호를 생성한다. 이 센서 출력 신호는, 후술하는 제1 신호(N 레벨) 및 제2 신호(S 레벨)에 상당한다.

선택 스위치 소자(5)는, 예를 들어 트랜지스터로 이루어지고, 선택 신호 ΦX에 의해 구동되고, 증폭 소자(4)에 의해 증폭된 센서 출력 신호를 판독한다. 리셋 소자(6)는, 예를 들어 트랜지스터로 이루어지고, 수전용 커패시터(3)에 접속된다. 리셋 소자(6)는, 검출 신호의 축적 전에 리셋 신호 ΦR에 의해 구동되고, 수전용 커패시터(3)에 외부로부터 유입된 전하 또는 잔류하고 있는 전하를 방출하여, 수전용 커패시터(3)의 전압을 리셋 전압 VR(기준 전위 또는 오프셋 전압)로 설정한다. 또한, 선택 스위치 소자(5) 및 리셋 소자(6)의 트랜지스터는, 반도체 기판 상에 형성하는 것이라면, 형성이 용이한 MOS 트랜지스터(MOSFET 등)가 적합하다.

보호 소자(7, 8)는, 예를 들어 다이오드로 이루어지고, 외부 노이즈 및 정전기로부터 용량 센서 소자(1)의 내부 회로를 보호하는 소자이다. 이들 보호 소자(7, 8)를 마련함으로써, 용량 센서 소자(1)는 한계 전하 용량을 초과하는 일 없이 동작할 수 있다.

외부 전극(10)은, 일례로서 검사 대상의 회로 기판에 형성된 금속 배선으로 이루어지는 도전 패턴이다. 또한, 검사 신호(제1 전위 또는 제2 전위)는, 검사 신호 전원(9)으로부터 도전 패턴의 단부에 형성된 전극 패드에 인가된다.

도 2를 참조하여, 일 양태의 용량 센서 소자(1)의 단면 구조에 대해 설명한다. 도 2는, 용량 센서 소자(1)의 단면 구조를 개념적으로 나타내는 도면이다.

용량 센서 소자(1)는, 예를 들어 실리콘 반도체 기판(15)의 주면 상에 도 1에 나타낸 각 회로 소자가 적층 구조에 의해 형성되어, 회로 소자 영역(16)을 형성한다. 또한, 각 회로 소자는, 전술한 수전용 커패시터(3)와, 증폭 소자(4)와, 선택 스위치 소자(5)와, 리셋 소자(6)와, 보호 소자(7, 8) 등이다. 또한, 회로 소자 영역(16) 상에 층간 절연막(37)을 통해 복수의 배선으로 이루어지는 배선층(17)이 형성된다. 배선층(17)은, 회로 소자 영역(16)의 각 회로 소자를 전기적으로 접속한다. 전술한 센서 전극(2)은, 배선층(17) 상에서 층간 절연층(37)을 통해 최상면에 노출되도록 형성된다. 전극 배선(18)은, 센서 전극(2)과 회로 소자 영역(16)을 전기적으로 접속한다. 전극 배선(18)은, 실리콘 반도체 기판(15)의 주면 상에 대해 연직 방향(주면과 직교하는 방향)으로 형성되어 있다. 본 실시 형태의 용량 센서 소자(1)는, 촬상 소자로서 사용되고 있는 CMOS 방식을 이용하여 검출 신호의 판독을 행할 수 있다.

도 3 및 도 4a를 참조하여, 용량 센서 소자(1)를 구비하는 용량 센서 장치에 의한 용량 센서 소자(1)의 센서 출력으로부터 화상 신호를 생성하는 신호 처리에 대해 설명한다. 도 3은, 용량 센서 장치의 회로 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 용량 센서 장치는, 용량 센서 소자(1)와, 센서 신호 처리 회로(11)를 구비하고 있다. 용량 센서 소자(1)는, 예를 들어 도 1 및 도 2에 나타낸 구성을 갖고 있다. 여기서는, 용량 센서 소자(1)에 대한 설명을 생략한다.

센서 신호 처리 회로(11)는, 판독 회로(12)와, 차분 신호 생성 회로(13)와, 화상 처리 회로(14)와, 제어 회로(35)를 구비하고 있다. 제어 회로(35)는, 판독 회로(12)와, 차분 신호 생성 회로(13)와, 화상 처리 회로(14)를 각각 제어한다.

판독 회로(12)는, 샘플 홀드 회로(19)와, 출력 전환 회로(20)를 구비하고 있다. 샘플 홀드 회로(19)는, 용량 센서 소자(1)로부터 센서 출력 신호를 취득한다. 출력 전환 회로(20)는, 샘플 홀드 회로(19)의 출력을 전환하여 증폭시켜 제1 신호와 제2 신호를 차분 신호 생성 회로(13)에 출력한다.

샘플 홀드 회로(19)는, 열마다 배치된다. 샘플 홀드 회로(19)는, 샘플링 스위치(21)와, 제1 신호 취득 스위치(22)(이하, 제1 스위치(22)라고 칭함)와, 제2 신호 취득 스위치(23)(이하, 제2 스위치(23)라고 칭함)와, 제1 신호 커패시터(24)와, 제2 신호 커패시터(25)와, 신호 클리어 스위치(36)(이하, 샘플 홀드 클리어 스위치(36)라고 칭함)를 구비하고 있다.

이 샘플 홀드 회로(19)에 있어서는, 용량 센서 소자(1)의 출력단은, 샘플링 스위치(21)의 일단과, 샘플 홀드 클리어 스위치(36)의 일단과, 제1 스위치(22)의 입력단과, 제2 스위치(23)의 입력단에 접속되어 있다. 제1 스위치(22)의 출력단과, 제1 신호 커패시터(24)의 일단과, 샘플 홀드 회로(19)의 출력 변환 스위치 N의 입력단이 제1 접속점 P1에서 접속되어 있다. 마찬가지로, 제2 스위치(23)의 출력단과, 제2 신호 커패시터(25)의 일단과, 샘플 홀드 회로(19)의 출력 변환 스위치 S의 입력단이 제2 접속점 P2에서 접속되어 있다.

샘플링 스위치(21)의 입력단은, 용량 센서 소자(1)의 출력단, 제1 스위치(22) 및 제2 스위치(23) 각각의 입력단에 접속되고, 출력단은, 부하(정전류 회로)에 접속된다. 샘플링 스위치(21)는, 선택 신호 ΦX에 의해 전환되어 샘플링 기간을 설정한다. 그 샘플링 기간 중에, 샘플링 스위치(21)는 용량 센서 소자(1)로부터의 센서 출력 신호를 제1 스위치(22) 및 제2 스위치(23)에 출력한다.

제1 스위치(22)의 입력단은, 용량 센서 소자(1)의 출력단에 접속되고, 출력단은, 전술한 제1 접속점 P1에 접속된다. 제1 스위치(22)는, 제1 취득 신호(제1 샘플 홀드 신호) ΦN에 의해 전환되어, 샘플링 기간에 있어서 제1 신호(N 레벨)를 출력한다.

제2 스위치(23)의 입력단은, 용량 센서 소자(1)의 출력단에 접속되고, 출력단은 전술한 제2 접속점 P2에 접속되어 있다. 제2 스위치(23)는, 제2 취득 신호(제2 샘플 홀드 신호) ΦS에 의해 전환되어, 샘플링 기간에 있어서 제2 신호(S 레벨)를 출력한다. 제1 취득 신호(또는, 제1 샘플 홀드 신호) ΦN과 제2 취득 신호(또는, 제2 샘플 홀드 신호) ΦS는, 샘플링 기간 중에, 연속적으로 제1 신호 및 제2 신호를 생성하기 위한 스위치 구동 신호이다.

제1 신호 커패시터(24)는, 제1 스위치(22)에 의해 생성된 제1 신호 N을 축전한다. 마찬가지로, 제2 신호 커패시터(25)는, 제2 스위치(23)에 의해 생성된 제2차 신호 S를 축전한다.

또한, 샘플 홀드 클리어 스위치(36)는, 제1 스위치(22)와 제2 스위치(23)가 동작하기 전에 선택 신호 ΦX의 반전 신호인 선택 신호 ΦX_INV에 의해 전환된다. 이때, 제1 스위치(22)와 제2 스위치(23)가 동작하여 제1 신호 커패시터(24)와 제2 신호 커패시터(25)가 모두 기준 전위(VVCLR)로 설정된다.

다음으로, 출력 전환 회로(20)에 대해 설명한다.

출력 전환 회로(20)는, 제1 신호 클리어 스위치(이하, 출력 커패시터 클리어 스위치라고 칭함)(26), 제2 신호 클리어 스위치(이하, 출력 커패시터 클리어 스위치라고 칭함)(27)와, 제1 신호 증폭부(28)와, 제2 신호 증폭부(29)와, 제1 신호 출력용 커패시터(33), 제2 신호 출력용 커패시터(34)와, 시프트 레지스터(HSR)(44)로 구성된다. 시프트 레지스터(HSR)(44)는, 샘플 홀드 회로 출력(P1, P2)의 신호를 전환하는 N1·S1로부터 Nn·Sn으로 그것을 구동시킨다.

출력 전환 회로(20)는, 각각의 샘플 홀드 회로(19)에 접속되어 있는 스위치 H1, N1을 순차를 전환하여, 제1 신호 커패시터(24) 및 제2 신호 커패시터(25)에 보유되어 있는 전하를 제1 신호 출력용 커패시터(33) 및 제2 신호 출력용 커패시터(34)로 이동시킨다. 즉, 제1 신호 출력용 커패시터(33)의 일단은 출력 커패시터 리셋 스위치(26)를 통해 기준 전위(VHCLR)에 접속되고, 제1 신호 출력용 커패시터(33)의 타단은 기준 전위(AVSS)에 접속되어 있다.

제2 신호 출력용 커패시터(34)의 일단은 출력 커패시터 리셋 스위치(27)를 통해 기준 전위(VHCLR)에 접속되고, 제2 신호 출력용 커패시터(34)의 타단은 기준 전위(AVSS)에 접속되어 있다. 출력 커패시터 리셋 스위치(26 및 27)가 온될 때, 제1 신호 출력용 커패시터(33)와 제2 신호 출력용 커패시터(34)는 방전된다. 제1 신호 증폭부(28)는 제1 신호 N을 증폭시킨다. 제2 신호 증폭부(29)는 제2 신호 S를 증폭시킨다.

다음으로, 차분 신호 생성 회로(13)는, 차분 연산부(30)와 AD 변환부(31)로 구성되고, 판독 회로(12)로부터 출력된 제1 신호와 제2 신호의 차를 증폭시켜 출력한다. 이 차분 신호 생성 회로(13)는, 차분 연산부(30)가 출력한 차분 신호를 하나의 AD 변환부(31)에서 디지털 변환하도록 구성되어 있다. 또는 도시하지 않았지만, 차분 신호 생성 회로(13)는, 2개의 A/D 변환부(31)에서 제1 신호와 제2 신호를 디지털 변환한 후에, 그들이 변환한 출력을 소프트웨어에서 연산하여 그 차분을 취하도록 구성되어 있어도 된다. 도 4b는, 출력 전환 회로(20)의 출력 타이밍을 나타내고 있다. 용량 센서 소자(1)는, 외부 전극(10)으로부터 제1 전위가 인가되었을 때, 센서 출력 신호가 소정 레벨, 예를 들어 N 레벨의 전압을 출력한다. 제1 신호 N은, 외부 전극(10)의 제1 전위 시에 취득되는 신호이다. 제2 신호 S는, 외부 전극(10)의 제2 전위 시에 취득되는 신호이다.

화상 처리 회로(14)는, 차분 신호의 레벨에 따른 화상 신호를 생성한다. 화상 처리 회로(14)는, γ 보정, 에지 검출, 화상 매칭 등의 화상 처리를 행하는 회로이다. 도 4a, 도 4b에 나타내는 타임차트 및 도 5에 나타내는 흐름도를 참조하여, 용량 센서 소자(1)에 의한 전압 검출 및 화상 처리에 대해 설명한다.

도 4a는, 리셋 신호 ΦR과, 선택 신호 ΦX와, 제1 신호 취득 신호 ΦN과, 제2 신호 취득 신호 ΦS와, 샘플 홀드 회로(19)의 제1 신호(P1) 및 제2 신호(P2)의 출력 파형을 나타내고 있다. 도 4a는, 각 동작에 있어서의 제1 기간 내지 제4 기간을 나타내는 도면이다. 또한, 이하에 설명하는 용어에 있어서, 제1 신호는, 외부 전극(10)에 제1 전위를 인가하고 있을 때에 취득하는 신호로 한다. 여기서는, 수전용 커패시터(3)의 리셋 전압 VR에 대응한 신호이다. 또한, 제2 신호는, 외부 전극(10)에 제2 전위를 인가하고 있을 때에 취득하는 신호이다. 여기서는, 리셋 전압 VR－Cs/(Cs＋Cc)·(제1 전위－제2 전위)이다. 단, Cs: 외부 전극(10)과 센서 전극의 용량 및 Cc: 수전용 커패시터의 용량으로 한다.

먼저, 센서 이동부(56)는, 센서 전극(2)과 검사 대상이 되는 외부 전극(10)을 근접시킨다(스텝 S1). 다음으로, 제어 회로(35)는, 검사 신호 전원(55)으로부터 외부 전극(10)에 검사 신호의 제1 전위를 인가한다(스텝 S2). 그 후, 제어 회로(35)는, 리셋 신호 ΦR을 H 레벨로 하여, 리셋 소자(6)를 구동시킨다(스텝 S3). 이때, 제어 회로(35)는, 리셋 신호 ΦR을 H 레벨로, 선택 신호 ΦX를 L 레벨로, 제1 신호 취득 신호 ΦN을 H 레벨로, 제2 신호 취득 신호 ΦS를 H 레벨로 설정한다. 구동한 리셋 소자(6)는, 수전용 커패시터(3)를 리셋 전압 VR(기준 전위 또는 오프셋 전압)로 설정한다. 그 후, 제어 회로(35)는, 선택 신호 ΦX를 H 레벨로 설정하여 선택 스위치 소자(5)를 구동시킨다. 용량 센서 소자(1)는, 리셋 전압 VR에 상당하는 전압의 센서 소자 출력 SO를 출력한다. 스텝 S2-S3은, 도 4a에 있어서의 제1 기간(리셋 기간)이다.

다음으로, 제어 회로(35)는, 리셋 소자(6)를 비도통으로 하여 제1 신호 취득 신호 ΦN을 L 레벨, H 레벨의 순으로 순차적으로 전환한다. 또한, 제어 회로(35)는, 제2 신호 취득 신호 ΦS를 L 레벨로 전환한다. 제1 스위치(22)는, H 레벨의 제1 신호 취득 신호 ΦN이 입력되어, 온된다. 제1 스위치(22)의 도통에 의해, 제1 신호가 제1 신호 커패시터(24)에 축전된다(스텝 S4). 스텝 S4는, 도 4a에 있어서의 제2 기간(제1 신호 취득 기간)이다.

다음으로, 제어 회로(35)는, 외부 전극(10)에 제2 전위를 인가한다(스텝 S5). 용량 센서 소자(1)의 수전용 커패시터(3)가 보유하는 전위는, 수전용 커패시터(3)의 용량과, 외부 전극(10)과 센서 전극(2)의 정전 결합의 용량과, 외부 전극(10)의 제1 전압과 제2 전위의 차로 정해지는 전위가 된다. 이때, 선택 신호 ΦX는, H 레벨이다. 따라서, 선택 스위치 소자(5)는 온 상태를 유지하고 있다. 이 때문에, 용량 센서 소자(1)는 센서 소자 출력 SO으로서, 용량 센서 소자(1)의 수전용 커패시터(3)에 보유되는 전압의 제2 신호를 출력한다. 그 후, 제어 회로(35)는 제2 스위치(23)에 H 레벨의 제2 신호 취득 신호 ΦS를 입력하여 온시킨다. 제2 스위치(23)의 도통에 의해, 제2 신호가 제2 신호 커패시터(25)에 축전된다(스텝 S6). 스텝 S5-S6은, 도 4a에 있어서의 제3 기간(제2 신호 취득 기간)이다.

이후, 샘플 홀드 회로(19)는, 출력 전환 회로(20) 내에 마련된 시프트 레지스터(HSR)에 의해, 출력 스위치 N1, S1로부터 Nn, Sn까지를 순차, 온으로 전환한다. 이에 의해, 제1 신호 커패시터(24) 및 제2 신호 커패시터(25)로부터 제1 신호 및 제2 신호가 판독된다. 판독된 제1 신호 및 제2 신호는, 제1 신호 출력용 커패시터(33) 및 제2 신호 출력용 커패시터(34)로 이동하도록 축전된다.

또한, 제어 회로(35)는, 제1 신호 출력용 커패시터(33) 및 제2 신호 출력용 커패시터(34)로부터 동일한 타이밍에 제1 신호 및 제2 신호를 판독한다. 판독된 제1 신호 및 제2 신호는, 제1, 제2 신호 증폭부(28, 29)에 의해 임의로 증폭된 후, 차분 신호 생성 회로(13)에 출력된다. 차분 신호 생성 회로(13)는, 제1 신호와 제2 신호의 차분 신호를 출력한다. 이 차분 신호는, AD 변환부(31)에 있어서 디지털 신호로 변환되어 화상 처리 회로(14)에 도입된다(스텝 S7). 스텝 S7은, 도 4a에 있어서의 제4 기간(신호 호출 기간)이다. 출력 후의 제1 신호 출력용 커패시터(33) 및 제2 신호 출력용 커패시터(34)는, 출력 커패시터 리셋 스위치(26, 27)의 도통에 의해 기준 전위로 설정된다.

다음으로, 제어 회로(35)는, 취득한 차분 신호가 필요 데이터 수로 되었는지 여부를 판정한다(스텝 S8). 스텝 S8의 판정에서, 차분 신호가 필요 데이터 수에 못 미친 경우("아니오"）, 처리는 스텝 S2로 돌아간다. 이때, 스텝 S8에서 차분 신호가 필요 데이터 수로 될 때까지, 용량 센서 소자(1)로부터의 센서 출력 신호의 취득과, 차분 신호의 출력이 반복된다. 차분 신호가 필요 데이터 수에 도달한 경우("예"), 제어 회로(35)는, 모든 검출 에어리어가 종료되었는지의 여부를 판정한다(스텝 S9). 스텝 S9의 판정에서 모든 검출 에어리어의 검출이 종료되지 않았으면("아니오"）, 센서 이동부(56)는 센서 전극(2)과 외부 전극(10)을 이격시키고, 센서 전극(2)을 다음 검출 에어리어로 이동시킨다(스텝 S10). 그 후, 전술한 스텝 S1로 돌아가, 검출이 행해진다. 한편, 스텝 S9의 판정에서 모든 검출 에어리어의 검출이 종료되었으면("예"), 화상 처리 회로(14)는 화상 처리를 한다(스텝 S11).

다음으로, 도 6은, 실시 형태에 관한 용량 센서 소자가 2차원적인 어레이 형상으로 배치된 용량 검출 에어리어 센서의 개념적인 회로 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 이 용량 검출 에어리어 센서의 구성 부위에 대해, 전술한 도 3에 나타내는 구성부와 동등한 부위에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략한다.

용량 검출 에어리어 센서 회로(이하, 에어리어 센서라고 칭함)(80)는, 복수의 용량 센서 소자(1)가, 예를 들어 256열×256행의 매트릭스 형상(2차원 어레이 형상)으로 배치되어 있다. 물론, 에어리어 센서(80)는, 칩 사이즈 및 용량 센서 소자(1)의 개수가 한정되는 것은 아니다. 또한 에어리어 센서(80)는, 형상에 있어서도 검사 대상의 형상에 따라서 정사각형이나 직사각형 등 적절하게 설정할 수도 있다. 매트릭스 배치된 용량 센서 소자(1)는, 각각에 수직 시프트 레지스터(VSR)(46)와 수평 시프트 레지스터(HSR)(44)에 의해 구성되는 센서 소자 선택 회로에 접속되어 있다.

각각의 용량 센서 소자(1)의 선택 신호 ΦX의 입력단에는 행배선이 되는 선택 신호(ΦX)선(41)이 배선되고, 리셋 신호 ΦR의 입력단에는, 리셋 신호(ΦR)선(42)이 배선되고, 열배선으로서, 용량 센서 소자(1)의 출력단에 센서 출력선(43)이 배선되어 있다. 선택 신호선(41) 및 리셋 신호선(42)은 수직 시프트 레지스터(VSR)(46)에 접속되어 있다. 센서 출력선(43)은, 샘플 홀드 회로(45)에 접속되어 있다.

또한, 수직 시프트 레지스터(46)에는, 구동 제어 신호로서, 예를 들어 수직 시프트 레지스터 클럭 ΦV, 수직 시프트 레지스터 스타트 펄스 ΦVS 및 수직 시프트 레지스터 리셋 펄스 ΦVR이 입력된다.

또한 수평 시프트 레지스터(HSR)(44)는, 구동 제어 신호로서, 예를 들어 수평 시프트 레지스터 클럭 ΦH, 수평 시프트 레지스터 스타트 펄스 ΦHS 및 수평 시프트 레지스터 리셋 펄스 ΦHR을 입력하여, 스위치 전환에 의해 샘플 홀드 회로(19)로부터의 출력의 타이밍을 제어한다.

전술한 바와 같이, 선택 신호 ΦX에 의해 순차 선택된 용량 센서 소자(1)로부터 각각에 판독된 센서 출력 신호는, 샘플 홀드 회로(19)에 일시적으로 입력된다. 샘플 홀드 회로(19)는, 제1 신호 취득 신호 ΦN 및 제2 취득 신호 ΦS에 의한 타이밍에 의해 센서 출력 신호를 보유한다.

수평 시프트 레지스터(HSR)(44)에 의해 샘플 홀드 회로(19)로부터 판독된 센서 출력 신호는, 전술한 제1 신호 증폭부(28) 및 제2 신호 증폭부(29)에 출력된다. 또한, 제1 신호 증폭부(28) 및 제2 신호 증폭부(29)에 의해 증폭된 제1 신호 및 제2 신호의 차분 신호는, 도 3에 나타낸 차분 신호 생성 회로(13)에서 생성된다. 차분 신호는, 화상 처리 회로(14)에 의해 화상 신호로 변환된다.

도 7은, 에어리어 센서(80)를 상측에서 본 외관 구성을 나타내는 도면이다. 또한 도 8은, 에어리어 센서(80)를 구성하는 하나의 용량 센서 소자(1)의 단면 구조를 나타내는 도면이다.

도 7에 나타내는 예에서는, 하나의 센서 전극(2)은 정사각형을 이루고 있다. 센서 전극(2)의 한 변은 십수 ㎛ 정도이다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 센서 전극(2)의 주위로부터 절연을 위해 약간 이격되어, 둘러싸듯이 매립된 프레임 형상의 실드 전극(M5)(71)이 형성된다. 실드 전극(71)은, 내부 배선(M4)(72)에 접속된다. 실드 전극(71)은, 센서 전극(2)의 비스듬히 상측 방향에 있는 전계나 인접하는 센서 전극(2)에 의한 용량 검출의 영향을 감소시키는 기능을 갖는다. 실드 전극(71)의 전위는, 대략 접지 전위이다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 실리콘 반도체 기판(15) 상에는, 도 1에 나타낸 회로 소자 등을 포함하는 회로 소자 영역(16)이 형성된다. 또한, 회로 소자 영역(16)의 상방에는, 도시하지 않은 절연층을 통해 복수 층의 금속 배선층(M1, M2, M3)(17) 및 전극 배선(18)이 형성된다. 또한, 회로 소자 영역(16)의 위에서 본 투영 방향의 면적은, 센서 전극(2)보다 작은 면적이다. 또한, 센서 전극(2)의 하층에 회로 소자 영역(16)이 배치되기 때문에, 인접하는 센서 전극(2)을 근접시켜 배치할 수 있다. 이 때문에, 에어리어 센서(80)는 높은 집적도를 실현할 수 있다.

또한, 에어리어 센서(80)는, 판독 회로(12) 및 차분 신호 생성 회로(13)에 의한 상관 이중 샘플링 동작에 의해 외부 전극 AVSS의 요동이나 중첩되어 있는 노이즈에 대해, 샘플링 시간 Δt보다 긴 주기의 성분을 제거할 수 있다. 또한, 리셋 전압의 요동 및 노이즈에 대해, 매회의 리셋 조작에 의해 용량 센서 소자 내의 축전 소자에 축전되어 있는 요동이나 노이즈를 제거할 수 있다. 리셋 스위치의 온 저항의 열 노이즈에 대해, 매회의 리셋 조작에 의해 용량 센서 소자 내의 축전 소자에 축전되어 있는 열 노이즈를 제거할 수 있다. 셀 증폭기인 제1, 제2 신호 증폭부(28, 29)에 있어서의 역치 전압의 변동에 대해, 출력 전압의 직류 성분의 오프셋을 제거할 수 있다. 제1, 제2 신호 증폭부(28, 29)에 있어서의 저주파 노이즈에 대해, 샘플링 시간 Δt보다 긴 주기의 성분을 제거할 수 있다. 또한, 열전류원의 드레인 전압의 동작점 변동에 대해, 출력 전압의 직류 성분의 오프셋을 제거할 수 있다.

도 7에서는, 실드 전극(71)의 전위는, 대략 접지 전위인 것으로 하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 실드 전극(71)의 전위는, 전술한 제1 전위와 제2 전위 중 어느 것이어도 된다. 즉, 실드 전극(71)은, 외부 전극(10)으로서 사용되어도 된다. 도 9는, 실드 전극(71)을 외부 전극(10)으로서 사용하는 경우의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 9의 예에서는, 실드 전극(71)은, 각각의 센서 전극(2)의 주위에 형성되어 있다. 그리고 실드 전극(71)에는 단자 ΦG가 형성되어 있다. 단자 ΦG는, 검사 신호 전원(9)에 접속되어 있다. 도 9의 예의 검사 신호 전원(9)은, 스위치(9A)의 전환에 의해 제1 전위 V1 또는 제2 전위 V2를, 단자 G를 통해 실드 전극(71)에 인가할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 구성이라면, 외부 전극(10)은 불필요하다.

도 7, 도 9의 예에서는, 실드 전극(71)은, 정사각형의 센서 전극(2)을 둘러싸는 프레임 형상을 갖고 있다. 그러나 실드 전극(71)은, 반드시 프레임 형상을 갖고 있지는 않아도 된다. 예를 들어, 센서 전극(2)이 직사각형을 이루고 있으면, 센서 전극(2)에 대해, 직사각형의 실드 전극(71)이 나란히 배치되어도 된다. 또한, 센서 전극(2)이 빗살형 전극이면, 실드 전극(71)은 이 센서 전극(2)을 사이에 끼우도록 구성된 빗살형 전극이어도 된다.

[제1 실시 형태]

도 10은 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하는 도전 패턴 검사 장치의 개념적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 11은 판정 기준으로 사용하는 정상적인 도전 패턴 정보에 기초하는, 도전 패턴 화상의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12는 검사 대상이 된 도전 패턴 화상이며, 화상 매칭에 의한 결함의 유무 및 결함 위치의 검출에 관하여 설명하기 위한 도면이다.

도전 패턴 검사 장치(51)는, 에어리어 센서(용량 검출 에어리어 센서 회로)(80)와, 차분 신호 생성 회로(13)와, 화상 처리 회로(14)와, 기억부(58)와, 비교 판정부(59)와, 결함 위치 정보 취득부(60)와, 표시부(61)와, 입력부(62)와, 인터페이스부(63)와, 셀렉터(81)와, 프로브(82)와, 스위치(83)와, 검사 신호 전원(55)과, 센서 이동부(센서 이동 기구)(56)와, 제어부(64)와, 타이밍 제어 회로(65)를 구비한다.

에어리어 센서(80)는, 전술한 도 6에 나타낸 에어리어 센서와 동등하다. 에어리어 센서(80)는, 회로 기판(100)의 도전 패턴(101)과 대향하는 위치에 실질적으로 비접촉으로 배치된다. 에어리어 센서(80)의 전극 등이 마련되어 있는 표면에는, 손상이나 마모를 방지하기 위해, 또는 오염 방지를 위해, 전체면을 덮도록 매우 얇은 보호막(절연막)이 마련되어 있다. 그 때문에, 에어리어 센서(80)를 도전 패턴(101)에 접촉시켰다고 해도 실질적으로는 센서 전극(2)과 외부 전극인 도전 패턴은 접촉되어 있지 않다. 이것을, 실질적으로 비접촉이라고 칭하고 있다.

차분 신호 생성 회로(13)는, 에어리어 센서(80)로부터의 검출 신호를 수신하여 차분 신호를 생성한다. 차분 신호 생성 회로(13)는, 에어리어 센서(80)에 탑재되어도 된다. 화상 처리 회로(14)는, 차분 신호로부터 화상 데이터를 생성한다. 화상 처리 회로(14)는, 제어부(64)로부터 출력된 2치의 차분 신호에 대해 화상화 처리를 행하여, 도전 패턴(101)을 포함하는 도전 패턴 화상으로서 생성한다.

기억부(58)는, 검사 대상 에어리어의 위치 정보를 기억한다. 통상은, 회로 기판(100)의 도전 패턴(101)의 면적에 비해, 에어리어 센서(80)의 검사 에어리어(실효 검사 면적)가 작다. 이 때문에, 회로 기판의 도전 패턴(101)에는, 에어리어 센서(80)의 검사 에어리어에 따라서 구분된 검사 대상 에어리어가 설정된다. 즉, 검사 대상 에어리어 내에는, 분할된 복수의 도전 패턴이 존재한다. 검사 대상 에어리어는, 단끼리 약간 겹침을 갖도록 할당된다. 즉, 취득한 데이터를 화상 처리에 의해 화상화하였을 때, 화상의 접합 시의 마진으로 되는 공통 화상이 포함되도록 검사 대상 에어리어는 설정된다.

비교 판정부(59)는, 화상 처리 회로(14)에서 생성된 도전 패턴(101)의 화상 데이터와 기준 도전 패턴 화상 데이터의 화상 매칭에 의해, 도전 패턴(101)의 양부 판정을 한다. 기준 도전 패턴 화상 데이터는, 단선, 단락, 절결 등의 결함이 없는 정상적인 도전 패턴의 화상 데이터이다.

셀렉터(81)는, 검사 신호를 출력하는 프로브(82)를 전환한다. 셀렉터(81)는, 회로 기판(100) 상의 복수의 독립된 도전 패턴(101) 중 하나씩에 검사 신호가 공급되도록 타이밍 제어 회로(65)로부터 공급된 제어 신호에 기초하여 프로브(82)를 전환한다. 셀렉터(81)는, 예를 들어 멀티플렉서, 디멀티플렉서 등으로 구성할 수 있다.

프로브(82)의 선단은 각각, 회로 기판(100) 상의 도전 패턴(101)의 일단부인 전극에 접촉하고 있다. 각각의 프로브(82)는, 도전 패턴(101)에 대해 검사 신호를 공급한다. 이들 프로브(82)는, 검사 개시 시의 회로 기판(100)을 세트하였을 때, 검사 개시 전에 동시에 전극에 접촉한다. 프로브(82)는, 스위치(83)를 통해 검사 신호 전원(55)에 접속되어 있다. 프로브(82)로부터 공급된 검사 신호에 의해 도전 패턴 상에 발생한 제1 전위와 제2 전위의 출력 시에 에어리어 센서로부터 취득되는 제1 신호와 제2 신호는, 검출 신호로서 차분 신호 생성 회로(13)와 화상 처리 회로(14)를 통해 제어부(64)에 출력된다.

스위치(83)는, 프로브(82)에 접속되는 검사 신호 전원(55)을 전환한다. 검사 신호 전원(55)은, 제1 전위 및 제2 전위의 검사 신호를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 타이밍 제어 회로(65)에 의한 스위치(83)의 전환에 의해, 검사 신호 전원(55)은, 제1 전위 또는 제2 전위의 검사 신호를 도전 패턴(101)에 공급한다.

센서 이동부(56)는, 에어리어 센서를 회로 기판(프린트 배선 기판: PCB)의 검사 위치로 이동시킨다. 센서 이동부(56)는, 분할된 검사 대상 에어리어에 순차 에어리어 센서(80)를 이동시켜, 회로 기판(100)의 검사를 반복하여 행한다. 또한, 에어리어 센서(80)와 도전 패턴(101)이 대향하는 간격은, 0.02㎜ 이하가 적합하지만, 현실적으로는 0.5㎜ 이하이면 된다.

제어부(64)는, 장치 전체를 제어하여 검사에 필요한 지시나 연산 처리를 행하는, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터나 CPU(중앙 연산 처리부) 등이 사용된다.

타이밍 제어 회로(65)는, 셀렉터(81)의 전환 타이밍 및 검사 신호 전원(55)의 인가 타이밍을 제어한다. 타이밍 제어 회로(65)는, 셀렉터(81)에 대해서는 프로브 선택을 위한 제어 신호 및 도체 패턴에 부여하는 검사 전압을 제어한다. 타이밍 제어 회로(65)는, 셀렉터(81)에 공급한 제어 신호에 동기하여 에어리어 센서(80)를 구동시키기 위한 동기 신호를 공급한다.

또한, 도 10에 나타내는 회로 기판(100)에서는, 편면측에만 도전 패턴(101)이 마련되어 있는 경우를 상정하고 있지만, 표리 양면에 도전 패턴(101)이 마련되어 있어도 된다. 양면에 도전 패턴(101)이 마련되어 있는 경우, 예를 들어 회로 기판의 표리 도전 패턴(101)의 형성면을 사이에 두도록, 2개의 에어리어 센서(80)가, 간격을 두고 각각의 센서면이 도전 패턴(101)의 형성면에 대향하도록 배치된다. 이러한 배치라면, 표리의 도전 패턴(101)을 동시에 검사하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 도전 패턴 검사 장치(51)에 기판 반전 기구가 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 표면의 도전 패턴의 검사 종료 후에, 기판 반전 기구에 의해 회로 기판(100)이 반회전되어 뒤집힌다. 그 후, 회로 기판(100)의 이면측의 도전 패턴의 검사가 행해진다.

본 실시 형태에 있어서, 회로 기판(100)은, 전극 패드(104)로부터 연장되어 도중에서 분기되는 복수의 직선적인 빗살형을 갖는 도전 패턴(101)을 구비하고 있다. 여기서는, 빗살형 도전 패턴을 예로서 설명하지만, 물론, 빗살형에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 전자 부품을 실장하기 위한 도전 패턴이어도 된다.

도 11a, 도 11b는, 화상 처리 회로(14)에 의해 화상화된 도전 패턴(101)을 포함하는 도전 패턴 화상의 일례를 나타내고 있다. 도 11a는 결함이 없는 판단 기준이 되는 정상적인 도전 패턴을 나타내고 있고, 도 11b는 단락이나 단선의 결함이 있는 도전 패턴의 예를 나타내고 있다. 여기서는, 흑색 영역이 도전 패턴의 배선을 나타내고, 백색 영역은 배선이 형성되어 있지 않은 도전 패턴 기판 자체의 영역을 나타내고 있다.

또한, 예로서 나타내고 있는 2색 화상은, 흑백색에 한정되는 것은 아니며, 유색의 2색 이상의 화상, 또는 2개 이상의 계조로 표시된 화상이어도 된다. 또한, 도 11b에 있어서, 점선으로 나타낸 배선(106)은, 단선 개소(단선 결함)에 의해 검사 신호가 급전되고 있지 않은 도전 패턴의 영역이기 때문에, 실제로는 존재하고 있어도, 형성된 화면 상에서는 결손되어 있는 상태의 백색으로 표시된다. 또한, 단락 개소(단락 결함)(105)는, 검사 신호가 급전되고 있으므로, 배선이 화상으로서 표시된다.

기억부(58)는, 제어부(64)가 사용하는 프로그램 및 애플리케이션을 기억하고 있다. 기억부(58)는 또한, 비교 판정부(59)에 있어서의 판정 기준이 되는, 도 11a에 나타내는 정상적인 도전 패턴으로부터 생성된 기준 도전 패턴 화상(101A)의 화상 정보를 기억하고 있다. 기준 도전 패턴 화상(101A)은, 패턴이 다른 검사 대상마다 기억된다.

비교 판정부(59)는, 도 11b에 나타내는 바와 같은 화상 처리 회로(14)로부터 출력된 검사 결과가 되는 취득된 검사 도전 패턴 화상(101B)과, 도 11a에 나타내는 바와 같은 기억부(58)로부터 판독한 기준 도전 패턴 화상(101A)을 패턴 매칭 처리에 의해 비교하고, 특이 개소가 되는 단선 개소(106) 및 단락 개소(105) 등을 추출하여, 양호·불량 판정을 행한다. 비교 판정부(59)는, 판정 결과를 기억부(58)에 기억시킴과 함께, 표시부(61)에 판정 결과를 표시시킨다.

제어부(64)는, 비교 판정부(59)에 의해 결함이 있다고 판정된 개소의 위치 정보 또는 좌표 정보를 취득하고, 판정 결과에 관한 정보와 함께 기억부(58)에 기억시킨다. 이 위치 정보는, 후공정으로 되는 도전 패턴(103)을 리페어 처리할 때의 위치 정보로서 리페어 장치에서 사용된다.

표시부(61)는, 액정 디스플레이 등의 표시 장치이며, 적어도 제어부(64)에 의한 도전 패턴 검사에 관한 정보와, 화상 처리 회로(14)로부터 출력된 기준 도전 패턴 화상(101A) 및 검사 도전 패턴 화상(101B)과, 양부 판정 결과를 나타낸다.

여기서, 양부 판정 결과로서는, 판단 기준이 되는 기준 도전 패턴 화상(101A)과, 검사 도전 패턴 화상(101B)의 양쪽을 1화면 상에 배열하여 표시시키거나, 또는 다른 색으로 겹쳐 표시하는 것이 바람직하다. 검사 도전 패턴 화상(101B)에 단선 개소가 발생한 경우, 실제로는 존재하고 있는 배선이라도, 단선에 의해 검사 신호가 급전되고 있지 않다. 이 때문에, 에어리어 센서(80)가 검사 신호를 검출하지 못하여, 검사 도전 패턴 화상(123)에서는, 그 배선이 결손되어 있는 화상이 생성된다. 따라서, 정상적인 기준 화상인 기준 도전 패턴 화상(113)을 비교 표시시킴으로써, 결함 개소의 간과를 방지할 수 있다.

입력부(62)는, 키보트나 스위치 패널로 구성된다. 또한 입력부(62)는, 표시부(61)의 표시 패널 상에 배치되는 터치 패널이어도 된다. 입력부(62)는, 도전 패턴의 검사에 관한 정보나 선택의 설정을 입력한다.

인터페이스부(63)는, 검사 정보 등을 공유하기 위해, 도전 패턴 검사 장치(51)와 예를 들어 리페어 장치의 서버에서 LAN이나 인터넷 등의 통신 네트워크를 사용하여 통신하기 위한 인터페이스를 구비한다.

여기서, 도 12a 내지 도 12e를 참조하여, 본 실시 형태의 도전 패턴 검사 장치가 검사 가능한 도전 패턴의 예에 대해 설명한다.

도 12a는, 직선의 도전 패턴(110)이다. 이 예에서는, 도전 패턴(110)의 일부가 결손된 단선 개소(111)를 나타내고 있다. 단선 상태나 단선의 규모(결손되어 있는 개소의 길이 등)를 화상으로서 시인할 수 있으므로, 리페어 가능한지 여부도 판단할 수 있다.

도 12b는, 2개의 전극 사이에 환형 루프 패턴이 존재하는 도전 패턴(120)이다. 이 도전 패턴(120)은 전극 사이에서 2개의 전류 통로를 갖고 있으므로, 한쪽의 전류 통로가 단선되어도 다른 쪽에서 전류가 흐르게 된다. 따라서, 종래의 검사 단자를 접촉시켜, 2 전극 사이에 검사 신호를 급전하는 검사에서는, 단선의 유무의 차이가 있어도 검출값에 차가 적어 단선 결함을 검출할 수는 없다.

이에 비해 본 실시 형태에서는, 센서 전극이 대향하는 도전 패턴에 있어서, 검사 신호가 인가되어 있는 상태라면, 단선 개소를 제외하고 도전 패턴으로부터 센서 전극에 전위를 검출할 수 있다. 이 때문에, 루프 패턴에 단선 불량 개소(121)가 존재해도 화상으로서 검출할 수 있다.

도 12c는, 직선으로 평행 배치되는 복수의 도전 패턴(130)이다. 이러한 도전 패턴의 가느다란 개소(132)나 절결 개소(131)가 존재해도, 종래 2 전극 사이에 있어서의 검사 신호를 사용한 검사에서는 결함을 검출할 수 없다. 또한, 제품에 조립되어 제품 검사의 단계라도 결함으로서 발생하지 않는 경우도 있다. 예를 들어, 경시 변화에 의한, 특히 열 스트레스나 전류 집중에 의한 단선, 또는 도전 패턴의 회로 기판으로부터의 박리(들뜸)가 발생하는 사태가 상정된다. 이에 비해 본 실시 형태에서는, 도전 패턴을 화상으로서 취득할 수 있으므로, 도전 패턴에 있어서의 가느다란 개소나 절결 개소를 발견하기 쉽다.

도 12d는, 플로팅 패턴과 근접하여 배치된 도전 패턴이다. 도전 패턴(140) 및 플로팅 패턴(141)은 전기적으로 분리되어 있다. 여기서는, 판정 기준이 되는 양품의 도전 패턴(140) 및 플로팅 패턴(141)과, 단락 결함(153)이 발생되어 있는 도전 패턴(151) 및 플로팅 패턴(152)을 나타내고 있다. 이 도전 패턴(151)은, 종래 2 전극 사이에 있어서의 검사 신호를 사용한 검사에서는 결함을 검출할 수 없다. 이 단락 결함을 검출하기 위해서는, 별도로 플로팅 패턴(152)에 전극을 배치해야 한다.

이에 비해 본 실시 형태에서는, 도전 패턴을 화상으로서 취득할 수 있다. 따라서, 전극 사이에서 전류 통로 이외라도 전위가 인가되어 있으면, 도전 패턴 및 플로팅 패턴을 화상으로서 취득하므로, 단락 결함도 용이하게 검출할 수 있다.

도 12e는, 코일 패턴(160)에 형성된 도전체 패턴이다. 코일 패턴은, 소형 휴대 기기 등의 안테나에 사용되고 있고, 전파의 송수신이나 전원 공급에 사용되고 있다. 이 코일 패턴(160)에서는, 단락 개소(161)가 발생해도 전류 통로를 쇼트컷하는 바이패스가 가능할 뿐이다. 이 때문에, 2극간의 검사 신호는, 정상적으로 흘러 단락 결함을 검출할 수는 없다.

이에 비해 본 실시 형태에서는, 도전 패턴을 화상으로서 취득할 수 있으므로, 코일간의 단락 결함도 용이하게 검출할 수 있다.

다음으로, 도 13에 나타내는 흐름도를 참조하여, 본 실시 형태의 도전 패턴 검사 장치의 검출 동작에 대해 설명한다.

제어부(64)는, 도시하지 않은 기판 반송 기구를 사용하여, 회로 기판을 검사 장치의 검사 테이블의 기판 장착 위치에 배치한다(스텝 S21). 다음으로, 제어부(64)는, 회로 기판에 있어서의 기준 위치 마크 또는 도전 패턴의 일부에서 미리 정한 개소를 기준 위치로서 정한 후, 기준 위치를 좌표 원점(x＝0,y＝0)으로 하여, 좌표 설정을 행한다(스텝 S22). 이때, 제어부(64)는, 에어리어 센서(80)를 도전 패턴에 근접시키기 위해, 검사 테이블면 또는 회로 기판의 도전 패턴 형성면을 높이 방향(Z 방향)에 있어서의 좌표 원점(z＝0)의 기준도 설정한다.

전술한 바와 같이 회로 기판(100)의 도전 패턴의 면적에 비해, 에어리어 센서(80)에 의한 검사 에어리어(실효 검사 면적)가 작다. 이 때문에, 제어부(64)는, 회로 기판(100)의 도전 패턴을 에어리어 센서(80)의 검사 에어리어로 구분하여, 그들 검사 에어리어의 위치 정보(좌표 정보)와, 에어리어 센서(80)의 이동 경로를 설정한다.

다음으로, 제어부(64)는, 복수의 전극 패드 각각과 각각의 프로브(82)의 선단을 접촉시켜 전극 패드와 프로브(82)를 전기적으로 접속한다(스텝 S23). 프로브(82)는, 도전 패턴(101)에 대해 프로브 선단의 접촉에 의한 절삭 흠집이나 파임 등의 손상을 주지 않고, 또한 접촉 저항을 낮추어, 검출값에 변동이 발생하지 않도록 하기 위해, 스프링 등에 의해 설정된 가압력이 작용하는 기구를 갖고 있다.

다음으로, 센서 이동부(56)는, 먼저 결정된 검사순과 좌표 정보(x,y 좌표)에 기초하여, 에어리어 센서(80)를 검사 위치로 이동(x,y축 방향의 이동)시킨다(스텝 S24). 그리고 검사 위치에 도달한 에어리어 센서(80)는, 센서 이동부(56)에 의해 센서 전극(2)을 검사 대상의 도전 패턴에 가능한 한 근접하도록 하강(z축 방향의 이동)시키고, 에어리어 센서(80)와 검사 에어리어의 도전 패턴을 대향시킨다(스텝 S25). 또한, 회로 기판(100)이 어긋남 등에 의해 xy 방향으로 이동하지 않는다면, 센서 전극(2)의 표면에 형성된 보호막을 도전 패턴에 접촉하는 상태로 설치해도 된다. 또한, 이 경우에 있어서도, 센서 전극(2)의 표면은, 도전 패턴에 직접 접촉하고 있지 않지만, 전기적으로는 용량 결합된 상태가 된다.

다음으로, 제어부(64)는, 에어리어 센서(80)의 센서 전극(2)이 대향하고 있는 검사 대상 에어리어 내의 구분 도전 패턴에 검사 신호가 급전되도록 선택적으로 셀렉터(81)를 전환한다(스텝 S26). 이때, 먼저, 도전 패턴에 제1 전위의 검사 신호가 인가되도록 스위치(83)가 전환되고, 그 후에 도전 패턴에 제2 전위의 검사 신호가 인가되도록 스위치(83)가 전환된다. 그리고 제어부(64)는, 전술한 센서 출력 신호에 기초하는 차분 신호(데이터)를 출력시킨다(스텝 S27). 다음으로, 제어부(64)는, 에어리어 센서(80)가 1화면분의 데이터를 취득하였는지 여부를 판정한다(스텝 S28). 이 스텝 S28의 판정에서, 센서 전극(2)에 의한 검사 대상 에어리어 내에서 데이터를 취득하지 않은 도전 패턴(101)이 존재하고 있었던 경우에는("아니오"）, 처리는 스텝 S26으로 돌아간다. 이 경우, 제어부(64)는, 검사 신호가 급전되어 있지 않은 도전 패턴(101)으로 셀렉터(81)를 전환하여 검사 신호를 급전시킨다. 한편, 스텝 S28의 판정에서, 에어리어 센서(80)의 센서 전극(2)이 대향하고 있는 모든 도전 패턴(101)으로부터 데이터를 취득한 경우에는("예"), 센서 이동부(56)는, 에어리어 센서(80)를 상승시켜, 에어리어 센서(80)와 금회의 검사 대상이었던 도전 패턴(101)을 이격시켜 대향 배치를 해제한다(스텝 S29).

다음으로, 제어부(64)는, 에어리어 센서의 검사 에어리어에 의해 구분된 모든 검사 대상 에어리어의 도전 패턴으로부터 센서 출력의 취득이 완료되었는지 여부를 판정한다(스텝 S30). 이 스텝 S30의 판정에서, 모든 검사 대상 에어리어의 도전 패턴으로부터의 센서 출력의 취득이 완료되지 않은 경우에는("아니오"）, 처리는 스텝 S24로 돌아간다. 이 경우, 센서 이동부(56)는, 에어리어 센서(80)를 다음 검사 대상 에어리어로 이동시킨다. 한편, 스텝 S30의 판정에서, 모든 검사 대상 에어리어로부터 데이터의 취득이 완료된 경우에는("예"), 화상 처리 회로(14)는, 검사 대상 에어리어마다 취득한 데이터에 의한 화상을 접합하여, 검사 도전 패턴 화상을 제작(파형 합성)한다(스텝 S31).

다음으로, 비교 판정부(59)는, 양호·불량 판정을 행한다(스텝 S32). 양호·불량 판정에서는, 비교 판정부(59)는 제작된 검사 도전 패턴 화상을 기억부(58)로부터 판독한 기준 도전 패턴 화상과 화상 매칭 처리에 의해 비교하여, 특이 개소가 되는 결함, 즉 단선 및 단락 등을 추출한다. 비교 판정부(59)는, 양호·불량 판정에 있어서, 결함이 있다고 판정된 개소의 위치 정보 또는 좌표 정보를 산출한다(스텝 S33). 비교 판정부(59)는, 판정 결과에 관한 정보와 함께 기억부(58)에 기억시킨다(스텝 S34). 이에 의해, 일련의 검사 시퀀스를 종료한다. 이 판정 결과에 관한 정보에는, 결함부의 위치 정보(좌표 정보), 결함 화상 및 검사 대상의 회로 기판의 품종 정보 등이 포함되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 검사 대상이 되는 도전 패턴이, 직선뿐만 아니라, 회로 부품을 실장하기 위해 우회하는 개소 및 굴곡된 개소, 또는 도중에서 복수의 분기를 포함하는 도전 패턴이라고 해도 검사 신호를 급전할 수 있는 것이라면, 용량 결합에 의해 검사 신호를 검출할 수 있다.

따라서, 도전 패턴의 형상을 화상으로서 표시할 수 있어, 결함 개소의 유무의 확인이나 결함 개소의 위치의 확인이 용이하다. 또한, 종래의 검사 방법에서는, 먼저, 전기적인 검사에 의해 결함 개소의 유무를 검출한 후, 결함 개소를 촬상하여 확인한다고 하는, 두 번의 다른 검사가 필요하였다. 이에 비해 본 실시 형태의 도전 패턴 검사 장치는, 1회의 검사에 의해 도전 패턴 화상으로부터 결함 개소의 유무와 그 위치를 검출할 수 있으므로, 검사 시간의 단축뿐만 아니라, 검사원에게 걸리는 작업 부하가 경감된다.

또한, 양호·불량 판정 후에, 결함 개소의 유무뿐만 아니라, 검사를 행한 도전 패턴의 도전 패턴을 화상으로서 표시하기 때문에, 검사원에게 결함 개소를 이해하기 쉬운 검사 결과를 보고할 수 있다. 또한, 검사 결과가 결함 화상과 함께 그 위치 정보(좌표 정보)를 수반하여 취득되어 있으므로, 후공정으로 되는 리페어 공정에 대해 결함 개소의 위치 정보를 제공함으로써, 리페어 처리의 작업 경감이나 수복 시간의 단축을 도모할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 검사 대상이 되는 도전 패턴이, 직선뿐만 아니라, 평행 패턴, 루프 패턴, 코일 패턴, 빗살 패턴과 같이 복수의 분기를 갖는 패턴 등이라도 검사 신호의 급전을 할 수 있어, 센서 전극을 대향할 수 있는 것이라면 도전 패턴의 형상에 관계없이 검출할 수 있다. 예를 들어, 단선 결함, 단락 결함, 패턴의 가늘어짐 결함, 및 패턴의 절결 결함 등, 종래의 전극 사이에 검사 신호를 급전하여 센서 전극으로 검출하는 전기 검사에서는 검출할 수 없는, 다양한 결함을 검출할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 용량 검출 에어리어 센서를 이용한 세포 사이즈 검출 장치에 대해 설명한다.

도 14는, 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하는 세포 사이즈 검출 장치(300)의 개념적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 15a, 도 15b는, 세포 사이즈 검출 장치(300)에 있어서의 세포의 사이즈를 검출하는 동작에 대해 설명하기 위한 개념도이다. 도 16a는 에어리어 센서 상에 존재하는 세포를 개념적으로 나타내는 도면, 도 16b는 도 16a를 화상화하여, 표시 화면에 표시된 세포 화상을 개념적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 14에 나타내는 구성 부위에 대해, 전술한 제1 실시 형태의 구성 부위와 동등한 기능 또는 작용하는 구성 부위에는, 동일한 참조 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

도 14에 나타내는 세포 사이즈 검출 장치(300)는, 크게 구별하여 대향 전극(210)과, 에어리어 센서(80)와, 제어 장치(91)와, 화상 처리 회로(14)로 구성된다.

대향 전극부(210)는, 대향 전극(201)과, 대향 전극 스위치(202)와, 가변 전압 전원(203)을 구비한다. 대향 전극(201)과 에어리어 센서(80)는, 그 사이를 충전하는 물질, 예를 들어 전해액(220)을 사이에 두고 대향한다. 대향 전극 스위치(202)는, 제어 장치(91)로부터의 대향 전극용 전원 제어 신호 S1에 의해 온/오프를 행한다. 가변 전압 전원(203)은, 제어 장치(91)로부터의 대향 전극용 전압 제어 신호 S2에 의해 대향 전극(201)에 급전하는 검사 신호의 전압을 제어한다.

또한 제어 장치(91)는, 차분 신호 생성 회로(13)(차분 연산부(30)와 AD 변환부(31))와, 타이밍 제어 회로(65)를 구비하고 있다. 타이밍 제어 회로(65)는, 에어리어 센서(80)로부터의 출력을 차분 신호 생성 회로(13)에서 취득하는 타이밍을 제어한다.

도 14에 있어서는, 대표적으로 2개의 용량 센서 소자로부터 출력된 센서 출력 신호의 처리에 대해 설명하고 있다. 단, 센서 출력 신호는, 각 용량 센서 소자로부터 출력되는 신호이며, 2개의 신호에 한정되는 것은 아니다.

차분 신호는, 화상 처리 회로(14)에 출력된다. 화상 처리 회로(14)는, 차분 신호의 레벨에 따른 화상 신호를 생성한다. 화상 신호는, 전술한 도 10에 나타낸 표시부(61)에 의해, 후술하는 도 16b에 나타내는 바와 같은 세포 화상(211a, 221b)을 표시한다. 또한, 세포 사이즈를 검출할 때에는, 세포가 전해액 등에 침지된 상태에서 검출을 행한다. 이 때문에, 에어리어 센서(80)를 수납하는 용기는, 에어리어 센서(80)가 배치되는 저면과, 그 주위에 수밀하게 마련된 벽을 갖는 용기, 예를 들어 트레이의 형상으로 형성된 용기이다. 또한, 에어리어 센서(80)의 센서 전극(2)이 전해액의 부식에 의해 열화되는 것을 방지하기 위해, 센서 전극(2) 상에 기지의 용량을 갖는 질화막이나 산화막을 형성하여, 전해액으로부터 보호하도록 구성해도 된다.

또한, 본 실시 형태의 용량 센서 소자(1)에 있어서의 대향 전극은, 구성 요건으로서 필수는 아니다. 예를 들어, 용량 센서 소자(1)는, 전압이 인가되는 대향 전극이 없고, 센서 전극(2)만이, 전해액 중, 대기 중, 임의 가스의 분위기 중, 또는 진공 중에 노출되어 있는 상태에 있어서, 이들 중을 전반하여, 센서 전극(2)에 부착된 물질에 의한 용량 변화나 전하나 이온에 의한 대전 등에 의한 전압 변화를 검출하는 것도 가능하다. 예를 들어, 용량 센서 소자(1)는 전해액 중의 세포가 센서 전극에 부착된 경우의 용량 변화로부터 화상을 만들어낼 수도 있다.

다음으로, 도 15a, 도 15b를 참조하여 세포의 사이즈 검출에 대해 설명한다.

도 15a는, 대향 전극(201) 및 센서 전극(2)의 구성을 개념적으로 나타내고 있다. 센서 전극(2)에는, 개별적으로 스위치 소자(트랜지스터)(204) 및 커패시터로 이루어지는 판독 회로(205)가 마련되어 있다.

도 15a에서는, 전해액(220)에 침지되는 세포(210a, 210b)가 에어리어 센서(80)의 센서 전극(2) 상에 적재된다. 또한, 전해액(220)에 기포 등이 들어가지 않는 상태에서 에어리어 센서(80)와 평행하게 대향 전극(201)이 배치된다. 다음으로, 가변 전압 전원(203)으로부터 전술한 검사 신호가 급전된다. 이때, 도 15b에 나타낸 바와 같이, 대향 전극(201)과 센서 전극(2) 사이의 전해액(220)의 용량을 C0라 하자. 또한, 대향 전극(201)과 센서 전극(2) 사이에 세포(210a)가 존재하는 경우에는, 세포(210a)의 용량을 Cx라 하자.

따라서, 세포(210a)가 존재하는 경우에는, 대향 전극(201)과 센서 전극(2) 사이의 용량은 Cx₁이 된다. 통상이라면, 세포(210a)의 유전율이 충전되어 있는 물질의 유전율보다 높기 때문에, 용량 C0＜용량 Cx이다. 따라서, 세포(210a, 210b)가 존재하는 쪽이 전하가 축전되기 때문에, 얻어지는 검출 신호값도 커진다.

도 16a에 나타내는 바와 같이, 세포(210a, 210b)는, 세포 사이즈가 커질수록 세포에 접하는 에어리어 센서(80)의 센서 전극 수가 많아진다. 즉, 세포에 접하는 에어리어 센서(80)에 의해 세포 사이즈나 형상을 검출할 수 있다. 이들 센서 출력 신호를 화상 신호화의 처리를 행하면, 도 16b에 나타내는 바와 같이, 세포(210a, 210b)의 사이즈에 맞는 세포 화상(211a, 211b)이 표시 화면(95)에 표시된다.

이상의 사실로부터, 본 실시 형태의 세포 사이즈 검출 장치(300)는, 용량 검출 에어리어 센서에 적재 또는 접촉하는 세포의 사이즈나 형상에 따른 센서 검출 신호를 취득할 수 있다. 따라서, 동일한 세포나 다른 세포에 있어서, 사이즈나 형상의 비교를 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 세포의 크기나 형상이 시간과 함께 변화되는 경우에는, 미리 설정한 시간 간격을 두고 연속적으로 용량 검출을 행함으로써, 세포에 있어서의 경시 변화를 관찰하는 것을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 에어리어 센서가 단시간에 대향 전극(201)과 센서 전극(2) 사이의 용량 변화를 검출하여 화상화하기 때문에, 세포(210a, 210b)가 에어리어 센서 상에 정체하지 않고 전해액 중 등을 이동하는 상태라도 용량 검출을 행하여, 복수의 세포의 사이즈나 형상을 검출할 수 있다.

[제3 실시 형태]

다음으로, 용량 검출 에어리어 센서를 이용한 항원 포착 검출 장치에 대해 설명한다.

도 17은, 항원 포착 검출 장치(400)에 있어서의 항원의 포착 동작에 대해 설명하기 위한 개념도이다. 또한, 도 17에 나타내는 구성 부위에 대해, 전술한 제2 실시 형태의 구성 부위와 동등한 기능 또는 작용하는 구성 부위에는 동일한 참조 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태의 항원 포착 검출 장치(400)는, 전술한 용량 검출 에어리어 센서를 탑재하여, 앱타머(핵산 앱타머 등)(234)에 의한 항원(235)의 포착을 실시간으로 검출한다. 본 실시 형태에서는, 항원(235)의 포착을 앱타머(234)로 행하는 예에 대해 설명하지만, 항원(235)과 결합하는 항체여도 된다.

항원 포착 검출 장치(400)는, 전술한 제2 실시 형태에 있어서의 세포 사이즈 검출 장치(300)의 구성과 동등하며, 다른 구성으로서, 센서 전극(2) 상에, 정착층(232), 가교제(233) 및 앱타머(234)를 적층 형성하고 있다. 또한, 센서 전극(2)과 정착층(232) 사이에 기지의 용량을 갖는 질화막이나 산화막을 형성하여 보호막으로서 사용해도 된다.

본 실시 형태에서는, 앱타머(234)가 항원(235)을 포착하여, 특이적으로 결합함으로써 발생한 용량 변화를 검출하고, 그 용량 변화를 화상으로서 표시한다. 도 17에 나타내는 항원 포착 검출 장치(400)에 있어서, 에어리어 센서(80)의 센서 전극(2)과 대향 전극(201) 사이에 기포 등이 생기지 않도록 전해액(220) 등을 채운다. 전해액의 용량은, 전술한 용량 C0을 갖고 있다. 또한, 전해액(220) 내에 부유하는 항원(235)은, 예를 들어 어느 용량 Cx를 갖는 것으로 한다. 따라서, 전술한 제2 실시 형태와 동등하게, 센서 전극(2)과 대향 전극(201) 사이에 항원(235)이 존재하지 않는 경우에는, 전해액의 용량 C0에 대응한 검사 신호가 검출된다. 한편, 센서 전극(2)과 대향 전극(201) 사이에 항원(235)이 존재하는 경우에는, 항원(235)의 용량 Cx에 대응한 검사 신호가 검출된다.

본 실시 형태에 있어서, 앱타머(234)에 포착되지 않은 상태의 항원(235)은 전해액 내를 부유하고 있으므로, 용량 검출할 때마다 다른 모양의 구도 화상이 취득된다. 또한, 앱타머(234)에 항원(235)이 포착된 경우, 항원(235)의 용량 Cx가 고정되므로, 연속되는 용량 검출에 의해 생성되는 연속 화상 중에서 고정된 모양이 출현한다. 통상은, 검출 개시로부터 시간 경과함과 함께, 고정되는 모양의 면적이 증가한다. 검사 신호의 급전은, 용량 검출을 행할 때마다 급전해도 된다.

생성되는 화상에 있어서는, 항원(235)이 존재하는 경우에는, 대향 전극(201)과 센서 전극(2) 사이의 용량은 Cx가 된다. 통상이라면, 용량 C0＜용량 Cx이고, 항원(235)이 존재하는 쪽이 전하가 축전되기 때문에, 얻어지는 검출 신호값도 커진다. 그래서 판정 결과로서, 이들 센서 출력 신호를 2치화하여 화상 신호화의 처리를 행하면, 항원(235)이 앱타머(234)에 포착되어 가는 상태가 화상화되어 표시 화면에 표시된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 경과 시간과 함께 항원이 앱타머(234)에 포착되고, 전해액 중에서 전하에 치우침이 발생하여, 용량 변화가 발생하는 상태를 화상화함으로써, 그 결합 속도나 분포 등을 시각에 의해 확인할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 실시 형태에 기재된 것에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형해도 된다. 또한, 개시되는 복수의 구성 요건을 선택하거나 또는 조합에 의해 상기 과제를 해결하는 다양한 발명이 추출된다.

Claims

전하를 갖는 검출 대상물과 용량 결합되어 용량 변화에 따른 전하를 검출하는 센서 전극과, 해당 센서 전극의 전하를 축전하는 축전 소자와, 해당 축전 소자를 리셋하는 리셋 소자를 포함하는 복수의 용량 센서 소자를, 2차원 어레이 형상으로 배치하는 용량 검출 에어리어 센서 회로와,
상기 용량 검출 에어리어 센서 회로에 대해, 용량 결합하는 상기 용량 센서 소자를 행마다 또는 열마다 순차 선택하는 센서 소자 선택 회로와,
상기 센서 전극으로부터 제1 전위의 제1 신호와, 상기 제1 전위와는 다른 제2 전위의 제2 신호를 상기 용량 센서 소자로부터 취득하는 판독 회로와,
판독된 상기 제1 신호를 저장하는, 열마다 마련되는 제1 신호 저장 회로와,
판독된 상기 제2 신호를 저장하는, 열마다 마련되는 제2 신호 저장 회로와,
저장된 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차분을 취하여 차분 신호를 생성하는 차분 신호 생성 회로와,
상기 차분 신호 생성 회로로부터의 상기 차분 신호의 레벨에 기초하여, 상기 검출 대상물의 형상을 나타내는 화상을 생성하는 화상 처리 회로와,
선택되는 상기 2차원 어레이의 행마다 상기 용량 검출 에어리어 센서 회로의 상기 리셋 소자를 도통시켜 리셋하여 상기 센서 전극의 전위를 기준값으로 설정한 후, 상기 리셋 소자를 비도통으로 설정하고, 상기 제1 신호를 취득하여 상기 제1 신호 저장 회로에 저장하고, 미리 설정한 기간 경과 후에, 상기 제2 신호를 취득하여 상기 제2 신호 저장 회로에 저장하고, 설정 시간 경과 후에, 상기 제1 신호 저장 회로 및 상기 제2 신호 저장 회로로부터 판독한 상기 제1 신호와 상기 제2 신호의 차분 신호를 연산하는 제어부
를 구비하는 용량 검출 에어리어 센서.
제1항에 있어서,
상기 센서 전극을 주위로부터 절연하도록 상기 센서 전극과 이격시켜 배치된 실드 전극을 더 구비하고,
상기 실드 전극에는, 상기 제1 전위 또는 상기 제2 전위가 인가되는, 용량 검출 에어리어 센서.
기판 상에 형성되는 검사 대상의 도전 패턴에, 전위차를 갖는 제1 전위와 제2 전위의 검사 신호를 공급하는 검사 신호 공급부와,
상기 도전 패턴과 용량 결합되어 용량 변화에 따른 전하를 검출하는 센서 전극을 갖고, 상기 도전 패턴으로 급전하는 상기 검사 신호의 제1 전위 시와 제2 전위 시의 타이밍에 상기 센서 전극으로부터 제1 센서 출력 신호와 제2 센서 출력 신호를 취득하는 용량 센서 소자를, 2차원 어레이 형상으로 배치하는 용량 검출 에어리어 센서와,
상기 용량 검출 에어리어 센서를 보유 지지하고, 상기 도전 패턴의 검사 대상 영역에 상기 용량 검출 에어리어 센서의 상기 센서 전극을 이동시켜, 상기 센서 전극을 상기 도전 패턴에 근접시키는 센서 이동 기구와,
상기 용량 검출 에어리어 센서로부터 취득한 센서 출력 신호로부터 차분을 취하여 차분 신호를 생성하는 차분 신호 생성 회로를 탑재하는 제어부와,
상기 제어부로부터 출력된 상기 차분 신호의 값에 따라 다른 색 또는 다른 계조의 화상을 할당하여, 상기 도전 패턴의 형상을 나타내는 검사 도전 패턴 화상을 생성하는 화상 처리부와,
미리 설정된 상기 도전 패턴의 비교 기준이 되는 기준 도전 패턴 화상과 상기 화상 처리부에 의해 생성된 상기 검사 도전 패턴 화상을 비교하여, 차이에 의한 불량 개소를 판정하는 비교 판정부
를 구비하는, 도전 패턴 검사 장치.
제3항에 있어서,
상기 센서 전극 상에, 절연성을 갖는 박막으로 이루어지는 보호막이 형성되어 있는, 도전 패턴 검사 장치.
제1항에 기재된 상기 용량 검출 에어리어 센서를 구비하는 장치이며,
외부 전극과 상기 용량 센서 소자 사이에 전해액을 밀봉하고, 상기 전해액 내에 고유의 용량을 갖는 적어도 하나의 피검체를 유입하고,
상기 용량 센서 소자가 상기 외부 전극과의 사이의 용량 변화에 따른 전하량의 전하를 검출하고, 상기 전하량의 변화에 기초하여, 상기 화상 처리 회로에 의해 상기 피검체의 사이즈와 형상을 나타내는 화상을 생성하는, 용량 검출 에어리어 센서 장치.
제1항에 기재된 상기 용량 검출 에어리어 센서를 구비하는 장치이며,
상기 용량 센서 소자의 상기 센서 전극 상에, 정착층, 가교제 및 앱타머를 적층 형성하고, 외부 전극과 상기 센서 전극 사이에 전해액을 밀봉하고, 상기 전해액 내에 고유의 용량을 갖는 적어도 하나의 항원을 유입하고,
상기 앱타머가 상기 항원을 포착하는 것에 수반되는 외부 전극과의 사이의 용량 변화에 따른 전하량의 전하를 검출하여, 상기 전하량의 변화에 기초하여, 화상 처리 회로에 의해 상기 항원이 상기 앱타머에 포착되는 상태를 나타내는 연속 화상을 생성하는, 용량 검출 에어리어 센서 장치.
전하를 갖는 검출 대상물과 용량 결합되어, 상기 검출 대상물과의 사이의 용량 변화에 따른 전하를 검출하는 센서 전극과,
상기 센서 전극이 검출한 상기 전하를 축전하는 수전용 커패시터와,
상기 센서 전극이 검출한 상기 전하를 축전하기 전에, 상기 수전용 커패시터를 기준 전압으로 설정하는 리셋 소자와,
상기 수전용 커패시터로부터 판독한 상기 전하를 증폭시켜 센서 출력 신호를 생성하는 증폭 소자와,
상기 증폭 소자를 구동 제어하여 상기 센서 출력 신호를 출력시키는 선택 스위치 소자
를 구비하는 용량 센서 소자.
제7항에 있어서,
반도체 기판의 주면 상에 형성되는, 상기 수전용 커패시터와 상기 증폭 소자와 상기 선택 스위치 소자와 상기 리셋 소자를 포함하는 회로 소자가 형성되는 회로 소자 영역과,
상기 회로 소자 영역 상에 층간 절연막을 통해 최상면에 형성되는 상기 센서 전극과,
상기 층간 절연막 내에 형성되어, 회로 소자 사이를 접속하거나 또는 외부와 접속하는 적어도 1층으로 이루어지는 배선층, 및 상기 센서 전극과 상기 회로 소자 영역을 연직 방향으로 접속하는 배선으로 구성되는, 용량 센서 소자.