(57)【要約】【課題】複数個の粒子状試料を、それぞれが距離を保つ孤立状態で分散しつつ保持できる粒子状試料用テーブル、及び分散しつつ保持した粒子状試料の形状特徴量を効率的に精度よく測定できる形状測定方法を提供する。【解決手段】本発明の粒子状試料用テーブルは、絶縁性を有するよう略平板状に形成した載置部材と、その載置部材の一面に配設した電極と、電極に連結した直流電源とを有し、該電極の電場から発生した静電気力により該載置部材の他方の面上に粒子状試料を分散しつつ保持することを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有するよう略平板状に形成した載置部材と、その載置部材の一面に配設した電極と、電極に連結した直流電源とを有し、該電極の電場から発生した静電気力により該載置部材の他方の面上に粒子状試料を分散しつつ保持することを特徴とする粒子状試料用テーブル。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子状試料用テーブルにおいて、前記載置部材と電極は透光性を有することを特徴とする粒子状試料用テーブル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の粒子状試料用テーブルにおいて、前記電極は、試料へ静電気力を与える第１の電極と、第１の電極に周設する第２の電極とを備えることを特徴とする粒子状試料用テーブル。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の粒子状試料用テーブルにおいて、前記載置部材はガラス又は／及び樹脂からなることを特徴とする粒子状試料用テーブル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の粒子状試料用テーブルにおいて、前記粒子状試料は球状体であることを特徴とする粒子状試料用テーブル。
【請求項６】
絶縁性を有する載置部材上へ粒子状試料を投入し、次いで粒子状試料に静電気力を付与して前記載置部材上に分散しつつ保持し、次いで粒子状試料を撮像し、得られた画像を処理して粒子状試料の形状特徴量を算出することを特徴とする粒子状試料の形状測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の粒子状試料の形状測定方法であって、前記載置部材は透光性を有し、載置部材を透過する光で粒子状試料を撮像することを特徴とする粒子状試料の形状測定方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の粒子状試料の形状測定方法であって、前記粒子状試料は球状体であることを特徴とする粒子状試料の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子状試料用テーブル及び粒子状試料の形状測定方法に係わり、特に基板又は半導体チップのバンプ形成に用いられる半田ボールの形状を測定するのに好適な半田ボール用テーブル及び半田ボールの形状測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微小で軽量な粉体、粒状体、球状体など粒子状試料の形状測定においては、試料が動き易いため試料を固定することが難しく、試料の固定方法は測定方法とともに重要な技術である。例えば球状体（以下ボールと称する。）、小径ベアリングに内装するベアリングボール、電子部品の実装に用いる半田ボール、液晶ディスプレイの製造に用いるスペーサボールなど微小なボールの形状は、通常、顕微鏡や投影機などを用いた測定装置により光反射法や光透過法で測定されている。その測定に際して、複数個のボールを同時に測定できれば測定効率が向上する。しかしながら、複数のボールの形状を精度よく測定するためには、ボールが接触しないようにそれぞれが距離を保つ孤立状態で測定装置のテーブル上にボールを分散させ、かつ外力が作用しても測定中動かないようにテーブル上に保持することが必要である。
【０００３】
ボールを分散し保持する方法としては、例えば特開平２−２９９２８８号公報に開示されているように、真空による吸引力や静電気力により複数個のボールを分散状態で治具に吸着し、テーブルの接着剤を塗布した面にそのボールを移載し、接着剤によりボールを保持する方法がある。
また、特開平５−１７３１４６号公報には、絶縁性を有するよう形成した基板上に、同極性に帯電させた複数個のボールを飛散し、そのボール同士を静電的に反発させて、その基板上に分散する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平２−２９９２８８号公報の分散保持方法では、接着剤がボールの輪郭からはみ出し、特に微小なボールでは形状測定ができなくなるという問題がある。本発明者らは、直径が１００μｍ程度の半田ボールでその分散保持方法を試みたが、微小なボールの輪郭から接着剤がはみ出ないようにするためには、接着剤の塗布量を高精度に制御する必要があるのがわかった。すなわち、接着剤の塗布に一般的に使用されるディスペンサーなどを用いた場合には、要求される塗布精度とすることができず、接着剤がボールの輪郭よりはみ出て、ボールの形状を測定できないことがあることがわかった。加えて、測定前には前記のように接着剤を塗布し、測定後には接着剤を除去するためにボールやテーブルを洗浄する必要があり、測定の準備や後処理に手間が掛かるという問題があることがわかった。
【０００５】
次に特開平５−１７３１４６号公報では、ボールの分散までの記載は認められるが、分散したボールを保持する方法については記載されていない。すなわち、特開平５−１７３１４６号公報の技術は、帯電したボールの静電気力により複数個のボールを基板上で互いに反発させて分散するものであるが、外力が作用した場合にはその静電気力のみによりボールが動かないよう保持することはできない。また、ボールを飛散する基板は単に絶縁性を有しているのみであり、もって基板自体はボールを保持する機能を有していない。
本発明は、複数個の粒子状試料を、それぞれが距離を保つ孤立状態で分散しつつ保持できる粒子状試料用テーブル、及び分散しつつ保持した粒子状試料の形状特徴量を効率的に精度よく測定できる形状測定方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の粒子状試料用テーブルは、絶縁性を有するよう略平板状に形成した載置部材と、その載置部材の一面に配設した電極と、電極に連結した直流電源とを有し、該電極の電場から発生した静電気力により該載置部材の他方の面上に粒子状試料を分散しつつ保持することを特徴としている。前記載置部材と電極が透光性を有していれば、透過光により粒子状試料の形状を測定することができる。また、前記電極は、粒子状試料へ静電気力を与える第１の電極と、第１の電極に周設する第２の電極とを備えていても良い。加えて、前記載置部材はガラス又は／及び樹脂からなっていても良い。更に加えて、前記粒子状試料は球状体であっても良い。
【０００７】
本発明の粒子状試料の形状測定方法は、絶縁性を有する載置部材上へ粒子状試料を投入し、次いで粒子状試料に静電気力を付与して前記載置部材上に分散しつつ保持し、次いで粒子状試料を撮像して得られた形状特徴量を画像処理により算出することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の粒子状試料の形状測定方法は、前記載置部材は透光性を有しており、載置部材を透過する光により粒子状試料を撮像し、その試料の形状特徴量を画像処理により算出することを特徴としている。特に、前記粒子状試料が球状体のときの実用性が高い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
特に限定されないが、以下で説明する本発明に係る実施態様は、基板又は半導体チップのバンプ形成に用いられる導体である半田ボールを測定対象の試料とし、その半田ボールを半田ボール用テーブルに分散すると共に保持し、形状を測定するものである。
半田ボールの形状測定は、半田ボール用テーブル上に半田ボールを分散しつつ保持するマウント工程と、そのテーブル上に分散し保持した半田ボールの形状を自動的に測定する測定工程とに大別することができる。以下、それらの工程について説明する。
【００１０】
まず、マウント工程について説明する。
図１は、半田ボール３を分散保持する粒子状試料用テーブル１を模式的に示したものである。本実施態様において、粒子状試料用テーブル１は、絶縁性と透光性を備えた、例えば略平板状のガラスからなる載置部材１１と、図１において載置部材１１の下面に設ける透光性を備えた電極１２と、載置部材１１の下面で外周縁辺部に固設する支持部材１４とを有している。
【００１１】
電極１２は、第１の電極１２１と第２の電極１２２を有している。第１の電極１２１は、複数個の略長方形片からなる。その略長方形片は、長手方向に略平行で、短手方向に略同ピッチとなるよう載置部材１１の下面で略中央部に配設する。第２の電極１２２は、第１の電極１２１をとり囲むように周設するものである。第１の電極１２１と第２の電極１２２は、図示しない直流電源に連なっており、その直流電源により極性が与えられる。
【００１２】
図１において載置部材１１の上面には、平面方向において第１の電極１２１を柵状にとり囲むように絶縁材からなる堰止部材１３を立設する。堰止部材１３は、測定終了後に直流電源を切って半田ボール３を載置部材１１から取り外す際、帯電した半田ボール３の静電気力により載置部材１１から半田ボール３が飛び出さないようにするためのものである。
なお、載置部材１１への半田ボール３の投入や取出しは人手で行っても良いし、例えば真空吸着など公知の技術を用いて複数個の半田ボール３を吸着した後、載置部材１１へ投入するようにしても良い。
【００１３】
前記載置部材１１は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、テフロン、酢酸セルロース、又はポリエステル系などの透光性を有する樹脂により形成するのが好ましい。
電極１２は、例えば白金／パラジウム、銀、銅、アルミニウム又はカーボンなどの材料で厚みが１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下となるよう形成すれば、透光性を有することになり好ましい。また、第１の電極１２１の形状は、線状、矩形状、三角状、円板状、又はリング状など、その形態は測定装置の要求により適宜設定することができる。加えて、例えば蒸着法又はスパッタリング法などにより電極１２を載置部材１１の下面に密着するように形成すれば、上述したように薄く、また様々な形態の電極１２を効率的に精度よく形成できるので好適である。第２の電極１２２は必ずしも設ける必要はなく、例えば第１の電極１２１に接続されない直流電源の一方の極を接地するようにすれば良い。
【００１４】
次に、上記のように構成した載置部材１１と電極１２により載置部材１１へ投入した半田ボール３を分散し、保持する動作について図２、３に基づいて説明する。図２は、本発明に係る実施態様のうち、半田ボール３を分散しつつ保持する動作を示したものであり、図２（ａ）は半田ボール３が未投入の状態、図２（ｂ）は半田ボール３を投入した直後の状態、図２（ｃ）は分散しつつ保持した状態を示し、図２（ｄ）は図２（ｂ）の要部断面を拡大した図であり、図２（ｅ）は図２（ｃ）の要部断面を拡大した図である。図３は、分散し、保持する動作の原理を模式的に示したものである。
【００１５】
まず図２（ａ）に示すように、粒子状試料用テーブル１を準備する。その際直流電源はＯＦＦとしているので電極１２は極性を有していない。
次に、図２（ｂ）に示すように、電気的に中性の状態にある複数個の半田ボール３を載置部材１１の上面で第１の電極１２１が設けられた範囲に投入する。投入直後の半田ボール３は、図２（ｂ）及び（ｄ）に示すように、互いに接触し重なりあう状態となっている。
次に直流電源をＯＮとして電極１１に極性を付与する。本実施態様では、図２（ｅ）に示すように、第１の電極１２１を正極に、第２の電極１２２を負極とする。
【００１６】
図３（ｂ）に示すように、第１の電極１２１を正極とすると、載置部材１１の下面から上面に向かい、図３（ｂ）においてＡ１〜Ａ３で示すような島状の分極領域が載置部材１１に発生し、載置部材１１の上面は正極性となる。
すなわち、
１）第１の電極１２１の側へ電子が引き寄せられ負極性となる部位とその反対側で正孔が発生し正極性となる部位を有する分極領域Ａ１が載置部材１１の下部に発生する。
２）その分極領域Ａ１の上部には、分極領域Ａ１の正極性となった部位の側へ電子が引き寄せられ負極性となる部位とその反対側で正孔が発生し正極性となる部位を有する分極領域Ａ２が発生する。ここで、分極領域Ａ１に比べ分極領域Ａ２の電荷量は低いものとなる。
３）載置部材１１の下面から上面に向かい連続して、上記と同様な現象が発生する。
４）載置部材１１は所定の厚みを有している。よって、載置部材１１の上面には、載置部材１１の厚みと誘電率により定まる量の正孔が分布することとなり、載置部材１１の上面は正極性となる。
【００１７】
図３（ｃ）に示すように、半田ボール３の電子Ｂは、載置部材１１の上面に分布する正孔により半田ボール３の下部へ引寄せられ、半田ボール３の上部には正孔Ｃが分布することとなる。もって半田ボール３は、下部が負極性で上部が正極性の２極に分かれた状態で帯電することとなる。
上述のような状態で帯電した複数個の半田ボール３は、その静電気力による斥力で互いに反発し、それぞれが距離を保つ状態で載置部材１１の上面に分散される。また、負極性に帯電した半田ボール３の下部と正極性の載置部材１１の上面との間には静電気力による引力が発生し、よって半田ボール３は載置手段１１に保持されることとなる。
もって、図２（ｃ）に示すように、載置部材１１の上面で第１の電極１２１を配設した範囲に投入した複数個の半田ボール３は、第１の電極１２１により半田ボール３へ付与された静電気力で、載置部材１１上に分散され、保持されることとなる。
【００１８】
なお、載置部材１１には、その載置部材１１をその平面方向に振動させる加振手段を設けるのが好ましい。直径が１００μｍ程度以下の微小な半田ボール３の多数個を載置部材１１上に分散し、保持する際には、上記したような静電気力のみでは十分に分散することができない場合が想定される。そのような場合には、加振手段により載置部材１１を振動させ、半田ボール３へ加振力を作用させて半田ボール３を均一に分散せしめるようにする。
【００１９】
次に、図４に示す測定装置２の模式図を参照しながら測定工程について説明する。
測定装置２は、平面方向に移動できるＸＹステージ２２と、コリメータ２１１やミラー２１２を備えて、試料テーブル１の支持部材１４を介してＸＹステージ２２にセットされた載置部材１１を下方から垂直方向上方に透過する平行光を照射する投光手段２１と、セットされた載置部材１１の上方に配置し、載置部材１１を透過した平行光による像をテレセントリックレンズ２３１を介して撮像する撮像手段２３と、撮像手段２３と電気的に接続された演算処理手段２４と、ＸＹステージ２２の位置制御や撮像手段２３の合焦制御を行うための制御手段２５とを有している。
撮像手段２３には、載置部材１１を透過した平行光を所定の測定分解能で撮像できるように例えば数μｍ／画素程度で、複数個の半田ボール３を視野の中に入れることができる画素数を有するＣＣＤカメラを使用している。
【００２０】
半田ボール３の形状測定は、以下のようにして行われる。
まず、上述したように半田ボール３を分散し保持した粒子状試料用テーブル１をＸＹステージ２２上の所定位置にセットし、投光手段２１からの平行光を載置部材１１へ照射する。粒子状試料テーブル１の測定装置２へのセットは、自動装置で行うこともできるし、作業者による手操作で行っても良い。
載置部材１１の複数個の半田ボール３を含む領域を透過した平行光による透過像を撮像手段２３で撮像し、演算処理手段２４で公知の画像処理技術を用いてそれぞれの半田ボール３の真円度、円相当径などの形状特徴量を算出する。例えば半田ボール３を分散し保持した領域の大きさが撮像手段２３の視野よりも大きい場合がある。そのような場合には、視野の大きさにより定まるピッチでＸＹステージ２２を移動し、その領域を走査し、上記と同様に半田ボール３の形状を測定することにより、その領域内の半田ボール３の形状測定を行うことができる。
【００２１】
半田ボール３の形状は、テレセントリックレンズ２３１を用いているため、ボール３の輪郭のエッジを鮮鋭に画像化できるだけでなく、焦点ずれに対しても、上方からの散乱光を使った画像に比べエッジ位置の変動は少なく、画像処理におけるエッジの特定精度ははるかに良好で、測定精度は高くなる。
【００２２】
また、予め既知の寸法・形状を持った基準ワークを視野の中央部や周辺部で撮像し、テレセントリックレンズ２３１を通して得られる透過象の視野内各所での歪み量を基準ワークの透過像に基づいて算出しておく。次に、撮像した視野内の複数個の半田ボール３の透過像を画像処理し、得られた半田ボール３の形状特徴量をその歪み量で補正することにより、複数個の半田ボール３が視野内にあっても形状特徴量を精度良く算出することができる。
【００２３】
以上、本発明に係る実施形態の一例を説明したが、一般に測定対象の半田ボールの大きさが違うと要求精度は異なり、大径の半田ボールの方が許容値は大きく、測定分解能が大きくても良い場合が多い。従って、小径の半田ボールの測定分解能から設定した測定視野で、そのまま大径の半田ボールを撮像したのでは、測定精度としては過剰となる。大径の半田ボールを撮像する場合、必要な測定分解能から測定視野を設定すると、小径の半田ボールの場合より広げることができることが多い。すなわち、１視野で撮像できる半田ボールの数を更に増やすことができる。このため、前記撮像手段２３にズームレンズ又は複数の倍率のレンズを装着しておき、半田ボール３の測定精度で決まる倍率に容易に調整できるようにすると、１視野で撮像できる個数を適宜増やすことができ、その分ＸＹステージ２２の送り回数を減らすことができるので、測定時間を短縮することが可能となる。
【００２４】
本発明の粒子状試料用テーブル１によれば、絶縁体や半導体からなる粒子状試料の分散及び保持を行うことができる。すなわち、有機化合物（樹脂）あるいは無機化合物（ガラス、セラミックス）などからなる絶縁体、又はシリコンあるいはゲルマニウムなどの半導体物質からなる粒子状試料を、載置部材１１上に投入すると、第１の電極１２１により誘電分極され２極に分かれた状態となり、上記の説明と同様に静電気力で載置部材１１上に分散され、保持されることとなる。
【００２５】
また、本発明の粒子状試料の形状測定方法によれば、載置部材１１の上方に配設した撮像手段２３により載置手段１１上に分散し保持した粒子状試料の反射像を撮像し、それら試料の形状特徴量を算出することができる。その際には、必ずしも載置手段１１は透光性を有する必要はない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の粒子状試料用テーブルによれば、粒子状試料に付与された静電気力によりそれら試料を載置部材上に分散し保持することが可能であり、分散保持するための特段の準備や後処理も不要であることから、極めて効率的に粒子状試料を分散しかつ動かないように保持することができる。
また、本発明の粒子状試料の形状測定方法によれば、静電気力によりそれら試料を載置部材上に分散し、保持し、撮像し、形状特徴量を得ることが可能であり、極めて効率的にかつ精度良く測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒子状試料用テーブルの模式図である。
【図２】マウント工程の概要を表す図である。
【図３】半田ボールに静電気力が与えられる原理を示す図である。
【図４】半田ボールの形状測定装置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１：粒子状試料用テーブル、１１：載置部材、１２：電極、１３：堰止部材
１４：支持部材
２：測定装置、２１：投光手段、２２：ＸＹステージ、２３：撮像手段
２４：演算処理手段、２５：制御手段、
３：ボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004069300.tif 000006