JP2000028637A - プローブの清掃装置及び清掃方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通電試験装置及び薬品を用いることな
く、並びに、プローブの針先を損耗させることなく、プ
ローブの先端部を清掃可能にすることにある。 【解決手段】 清掃装置は、プローブカードをカードホ
ルダに載置する。その状態で、プローブカードと光線発
生装置とを駆動装置により相対的に移動させつつ、プロ
ーブの先端部を針先確認装置により確認し、プローブの
先端部に清掃用光線を照射する作業をプローブ毎に行
う。これにより異物を除去する。その後、プローブの先
端を接触部材に接触させた状態で通電して、電気的特性
を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路のような
平板状被検査体の通電試験に用いられるプローブカード
のプローブを清掃する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の通電試験に用いるプローブカ
ードは、その製作時、修理時、保管時、使用時等におい
てプローブの先端部（すなわち、針先）に非導電性の異
物が付着することを避けることができない。

【０００３】このように異物がプローブの針先に付着し
ていると、プローブの先端を集積回路の電極部（リー
ド、パッド等）に押圧しても、プローブと電極部との電
気的接続状態が損なわれ、正確な通電試験結果を得るこ
とができない。特に、異物が電気絶縁性を有すると、針
先と電極部との電気的接続状態が大きく損なわれてしま
う。

【０００４】ことから、従来では、針先に付着した異物
を除去する作業が行われている。この種の除去作業とし
て、プローブの針先をラッピングフィルムのようなクリ
ーニング部材に押し当てる方法、ラッピングフィルムの
ようなクリーニング部材をウエーハに設け、そのクリー
ニング部材にプローブの針先を押し当てる方法、異物を
薬品により溶解して除去する方法等がある。

【０００５】しかし、クリーニング部材を用いる方法
は、クリーニング部材又はこれを設けたウエーハを通電
試験装置のチャックトップに配置した状態で行うから、
異物除去作業の間その通電試験装置による試験を中断し
なければならない。また、この方法は、研磨により異物
を削り取る方法であることから、プローブの針先を研磨
することなく異物を除去（研磨）することが困難であ
り、従って異物除去作業による針先の損耗を避けること
ができない。

【０００６】薬品を用いる方法は、薬品自体が危険であ
るから、異物の除去作業自体も危険であり、しかも後処
理が必要である。

【０００７】

【解決しようとする課題】それゆえに、プローブカード
においては、通電試験装置及び薬品を用いることなく、
並びに、プローブの針先を損耗させることなく、プロー
ブの先端部を清掃可能にすることは重要である。

【０００８】

【解決手段、作用及び効果】本発明の清掃装置は、プロ
ーブカードを受けるカードホルダと、前記プローブの先
端部を確認する針先確認装置と、前記プローブの先端部
に清掃用光線を照射する光線発生装置と、少なくとも前
記プローブカードと前記光線発生装置とを相対的に移動
させる駆動装置とを含む。

【０００９】清掃時、先ずプローブカードと光線発生装
置とが駆動装置により相対的に移動されつつ、異物の有
無及びプローブの先端部の位置が針先確認装置を利用し
て確認され、次いで清掃用光線がプローブの先端部の異
物に照射される。これにより、異物が除去される。清掃
用光線の照射の間又はその後に、異物が除去されたか否
かを針先確認装置を利用して確認してもよい。

【００１０】上記のように、本発明によれば、通電試験
装置及び薬品を用いる必要がないし、針先を損耗しさせ
ることなく、プローブの先端部を清掃することができ
る。

【００１１】さらに、導電性の平坦面を有する接触部材
であって前記プローブが接触される接触部材を備える電
気的特性確認装置を含み、前記駆動装置はさらに前記プ
ローブカードと前記接触部材とを相対的に移動させるこ
とができる。これにより、プローブと接触部材とを接触
させた状態で、両者の間に通電し、電気的接触抵抗値、
導通状態等の電気的特性を確認することができる。

【００１２】前記針先確認装置と前記光線発生装置とを
光学的に結合させることができる。これにより、プロー
ブカードと光線発生装置とを相対的に移動させてプロー
ブの先端部の位置を針先確認装置上の所定の位置に合わ
せることにより、光線発生装置をプローブの先端部に対
し正しい位置に移動させることができれる。

【００１３】前記光線発生装置は、清掃用光線を前記針
先確認装置内の光路の一部を経て指向させることができ
る。これにより、プローブの先端部を針先確認装置で確
認し又は確認しつつ、そのプローブの先端部に異物除去
用光線を照射することができるから、清掃用光線をプロ
ーブの先端部に容易にかつ正確に照射することができ
る。

【００１４】前記針先確認装置は、さらに、前記プロー
ブの先端部を前記光路を経て撮影するテレビカメラ又は
前記プローブの先端部を前記光路を経て監視する光学顕
微鏡を含むことができる。これにより、プローブの先端
部の状態を肉眼により確認することができる。

【００１５】前記針先確認装置は、さらに、前記光路を
経て前記プローブの先端部に指向させる光源を含むこと
ができる。これにより、プローブの先端部が照明される
から、プローブの先端部を容易にかつ確実に確認するこ
とができる。

【００１６】前記駆動装置は、前記カードホルダを三次
元的に移動させるステージを含むことができる。前記駆
動装置は、さらに、前記接触部材をこれが前記プローブ
の先端部と対向する第１の位置と前記プローブカードか
ら離れた第２の位置とに移動させる移動機構を含むこと
ができる。これにより、カードホルダ用ステージと接触
部材用移動機構とを別個の機構とすることができるか
ら、カードホルダ用ステージを高精度の機構とし、接触
部材用移動機構をステージより低精度の機構とすること
ができ、それだけ廉価になる。

【００１７】上記のような清掃装置を用いる清掃方法
は、プローブカード及び清掃用光線を発生する光学装置
を相対的に移動させて前記清掃用光線の照射位置を前記
プローブカードに配置されたプローブの先端に付着して
いる異物に合わせ、次いで前記光線を前記異物に照射し
て前記異物を除去し、その後前記プローブを導電性の接
触部材に接触させた状態で前記プローブに通電してその
ときの電気的特性を監視することを含むことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１及び図２を参照するに、清掃
装置１０は、集積回路の通電試験に用いられるプローブ
カード１２に設けられた複数のプローブ１４の清掃に用
いられる。プローブカード１２は、一般に、複数のプロ
ーブ１２を電気絶縁性の基板１６に設けている。

【００１９】清掃装置１０は、導電性材料で製作された
シールドケース２０と、清掃すべきプローブカード１２
を受けるカードホルダ２２と、このカードホルダ２２を
移動させるステージ２４と、プローブ１４の先端部（す
なわち、針先）を確認する針先確認装置２６と、プロー
ブ１４の先端部に清掃用光線を照射する光線発生装置２
８と、プローブの電気的特性を確認する電気的特性確認
装置３０とを含む。

【００２０】カードホルダ２２、ステージ２４、針先確
認装置２６、光線発生装置２８及び電気的特性確認装置
３０は、シールドケース２０内に配置されている。カー
ドホルダ２２は、針先確認装置２６及び光線発生装置２
８の下方に配置されている。

【００２１】プローブカード１２は、プローブ１４の先
端部が基板１６から上方へ伸びるようにカードホルダ２
２に載せられ、カードホルダ２２に設けられた複数のカ
ード押え３２によりカードホルダ２２に取り外し可能に
組み付けられる。カードホルダ２２は、ステージ２４の
上に組み付けられている。

【００２２】ステージ２４は、カードホルダ２２を、Ｘ
方向（図１において左右方向）、Ｙ方向（図１において
紙面と垂直の方向）及びＺ方向（図１において上下方
向）の３方向へ三次元的に移動させると共に、Ｚ方向へ
伸びるθ軸線（Ｚ軸線）の周りに移動させことにより、
カードホルダ２２に対する集積回路２２の位置決めをす
るＸＹＺθステージであり、ベース３４に配置されてい
る。

【００２３】図示の例では、ステージ２４は、カードホ
ルダ２２をＸ方向へ移動させるＸ移動機構３６をベース
３４に組み付け、カードホルダ２２をＹ方向へ移動させ
るＹ移動機構３８をＸ移動機構３６に組み付け、カード
ホルダ２２をθ軸線の周りに移動させるθ移動機構４０
をＹ移動機構３８に組み付け、カードホルダ２２をＺ方
向へ移動させるＺ移動機構４２をθ移動機構４０に組み
付けている。カードホルダ２２は、Ｚ移動機構４２に分
離可能に組み付けられている。

【００２４】針先確認装置２６は、ベース３４に取り付
けられた支持アーム４４に取り付けられている。針先確
認装置２６は、ハロゲンランプのような光源４６で発生
された確認用光線を支持アーム４４に取り付けられた光
学系４８及びこの光学系４８に取り付けられた光学顕微
鏡５０を経て、光学顕微鏡５０の対物レンズ系５２から
プローブ１４の先端部に指向させる。

【００２５】プローブ１４からの反射光線は、対物レン
ズ系５２で光学顕微鏡５０に入り、光学顕微鏡５０の光
路を経て、光学顕微鏡５０の接眼レンズ系５４に達する
と共に、光学系４８を経てテレビカメラ５６に達する。
テレビカメラ５６により撮影されたプローブ１４先端部
の画像は、シールドケース２０に配置されたモニタ５８
に映し出される。

【００２６】光線発生装置２８は、清掃用光線が光学顕
微鏡５０の光路の一部を経て対物レンズ系５２からプロ
ーブ１４の先端部に向かうように、針先確認装置２６に
組み付けられている。このため、清掃用光線の光軸は、
光学顕微鏡５０の光軸、特に対物レンズ系５２の光軸と
一致している。

【００２７】清掃用光線としては、紫外線、特に、１０
０ｎｍから４００ｎｍ程度のレーザ光線を用いることが
できる。光線発生装置２８として、レーザ発振器を用い
ることができる。清掃用光線としては、特に、ヤグ（Ｙ
ＡＧ）レーザの第３又は第４高調波若しくはエキシマレ
ーザからのレーザー光を用いることができる。

【００２８】電気的特性確認装置３０は、導電性を有す
る板状の接触部材６０を門型のコンタクトステージ６２
に取り付けている。接触部材６０は、図示の例では、導
電性の金属板から作られている。しかし、接触部材６０
は少なくとも導電性の平坦面を有する部材であればよ
い。

【００２９】コンタクトステージ６２は、ベース３４に
前後方向へ間隔をおいて左右方向へ平行に伸びる一対の
レール６４に複数のスライドガイド６６を介して受けら
れている。スライドガイド６６は、コンタクトステージ
６２の両脚部６２ａに取り付けられている。接触部材６
０は、導電性の面を下側とした状態に、コンタクトステ
ージ６２の上部のアーム部６２ｂの下面に取り付けられ
ている。

【００３０】コンタクトステージ６２は、カードホルダ
２２及びステージ２４を両脚部６２ａ及び上部アーム部
６２ｂにより形成される空間に受け入れることができ、
接触部材６０及びアーム部６２ｂがカードホルダ２２と
光学顕微鏡５０との間に移動することができる寸法及び
形状を有する。

【００３１】コンタクトステージ６２を左右方向へ移動
させる移動機構は、左右方向へ伸びるねじ棒６８を電動
機７０により回転させ、ねじ棒６８に螺合された雌ねじ
７２を左右方向へ移動させる。雌ねじ７２は、コンタク
トステージ６２の一方の脚部６２ａに取り付けられてい
る。

【００３２】図示の例では、光学顕微鏡５０の対物レン
ズ系５２は、テレビカメラ５６及び光線発生装置２８の
対物レンズ系を兼ねている。また、対物レンズ系５２
は、対物レンズの焦点をプローブ１４の先端部に自動的
に合わせるオートフォーカス機構を備えている。

【００３３】清掃時、先ず、接触部材６０が図１に示す
ようにステージ２４から離れた位置に移動された状態
で、プローブカード１２がカードホルダ２２に配置さ
れ、カード押さえ３２によりカードホルダ２２に取り付
けられる。

【００３４】次いで、光源４６からの比較的弱い（低エ
ネルギーの）確認用光線をプローブに指向させ、光学顕
微鏡５０又はモニタ５８に映し出された画像を確認しつ
つ、異物がプローブ１４の先端部に付着しているか否か
の確認が行われる。

【００３５】異物がプローブ１４の先端部に付着してい
ないと、異物が次のプローブ１４の先端部に付着してい
るか否かの確認が同様にして行われる。

【００３６】しかし、異物がプローブの先端部に付着し
ていると、その異物が対物レンズ系５２（従って、光学
系４８）の光軸に一致するように、プローブカード１２
をステージ２４により移動させる位置合わせが行われ
る。

【００３７】例えば、図３（Ａ）に示すように異物７４
がプローブ１４の先端部に付着している場合、プローブ
１４及び異物７４は図３（Ｂ）に示すように光学顕微鏡
５０又はモニタ５８により観察することができる。それ
ゆえに、位置合わせは、図３（Ｃ）に示すように異物７
４が光学顕微鏡５０又はモニタ５８の中心になるよう
に、カードホルダ２２をステージ２４により移動させる
ことにより行うことができる。

【００３８】次いで、比較的強い（高エネルギーの）清
掃用光線が光線発生装置２８から数回発生される。清掃
用光線は、光学顕微鏡５０の対物レンズ系５２により異
物７４に高エネルギー密度の光スポットに集光される。

【００３９】これにより、例えばアルミニウムのような
異物７４は、高温に加熱されて、溶融し、素材によって
は蒸発する。これにより、異物７４は針先から除去され
る。しかし、タングステンのような高融点材料で形成さ
れたプローブは、高密度に集光された異物除去用光線に
より溶融されない。このため、クリーニング部材及び薬
品を用いる必要がなく、しかも、プローブの針先を損耗
させることなく、異物７４は除去される。

【００４０】清掃用光線を異物７４に数回照射したにも
かかわらず、異物７４が除去されない場合、カードホル
ダ２２をわずかに移動させて、清掃用光線を異物７４に
再度照射する行程が１回以上行われる。これにより、図
３（Ｄ）に示すように、異物はプローブ１４から除去さ
れる。

【００４１】異物７４を除去する際、プローブ１４の先
端部及びそれに付着した異物７４をモニタ５８の画面で
確認し又は確認しつつ、カードホルダ２２を移動させる
ならば、異物除去用光線をプローブ１４の先端部に正確
に照射することができるから、異物７４が付着している
プローブ１４を確実に探索することができ、また異物７
４を確実に除去することができる。

【００４２】上記の作業は、全てのプローブについて、
プローブ毎に行われる。

【００４３】全てのプローブの異物が除去されると、接
触部材６０がステージ６２によりプローブカード１２の
上方へ移動され、プローブカード１２がステージ２４に
より上昇されて、プローブ１４の先端が接触部材６０の
下面に押圧される。

【００４４】次いで、上記状態で各プローブ１４に通電
されて、そのときの電気的接触抵抗値のような電気的特
性が確認される。所定の電気的特性が得られないプロー
ブについては、異物除去作業が再度行われる。

【００４５】上記のような電気的特性は、各プローブ１
４と接触部材６０との間に所定の電圧及び電流を作用さ
せ、そのときの各プローブ１４に流れる電流量又は各プ
ローブ１４における電圧値を測定し、その測定値を基準
値と比較することにより確認することができる。

【００４６】上記の作業は、人手によることなく、自動
的に行ってもよい。

【００４７】図４を参照するに、異物を自動的に除去す
るための制御装置６２は、制御装置６２全体を制御する
システム制御装置６４と、各種のデータ及び指令をシス
テム制御装置６４に入力する操作パネル６６と、各種の
データ及びプログラムを記憶する記憶装置６８と、ステ
ージ２４を制御するステージ制御部７０と、対物レンズ
系５２のオートフォーカス機構を制御するオートフォー
カス制御部７２と、テレビカメラ５６の出力信号を基に
画像処理をして異物の有無及びその座標位置の確認をす
る画像認識装置７４、光線発生装置２８を制御する清掃
用光線制御部７６、プローブの電気的特性を測定する電
気的特性測定装置７８、及び、コンタクトステージ６２
を制御するコンタクトステージ制御部８０を含む。

【００４８】上記の制御装置６２において、清掃すべき
プローブカード１２の全プローブ１４の先端座標位置、
異物が付着していないプローブの標準的な先端形状は、
予め、操作パネル又は他の入力手段によりシステム制御
装置６４を介して記憶装置６８に記憶される。

【００４９】上記の状態で、先ず、接触部材６０が図１
に示すようにステージ２４から離れた位置に移動された
状態で、プローブカード１２が作業者によりカードホル
ダ２２に配置され、カード押さえ３２によりカードホル
ダ２２に取り付けられる。

【００５０】次いで、光源４６からの針先確認用光線を
最初のプローブに指向させ、作業者が光学顕微鏡５０又
はモニタ５８に映し出された画像を確認しつつ、最初の
プローブの先端部がテレビカメラ５６の視野に入るよう
に、ステージ２４が操作パネル６６を利用して手動操作
により移動される。

【００５１】次いで、操作パネル６６のスタートスイッ
チが作業者により押される。これにより、制御装置６２
による自動清掃作業が開始される。

【００５２】自動清掃作業時、先ず、対物レンズ系５２
の焦点がオートフォーカス制御部７２によりプローブの
先端に合わされる。この作業は、光源４６からの針先確
認用光線を用いて行うことができる。このとき、Ｚステ
ージ４２をも作動させてもよい。

【００５３】次いで、画像認識装置７４が、プローブの
先端形状を認識し、認識した先端形状を標準的な先端形
状と比較し、異物が付着しているか否かを確認する。異
物が付着していることは、テレビカメラ５６により得た
先端形状が予め記憶されている標準的な先端形状と異な
ることにより確認することができる。

【００５４】上記の確認の結果、異物の付着が確認され
ないと、次のプローブの先端部がテレビカメラ５６の視
野の所定位置になるように、ステージ２４がステージ制
御部７０により移動され、画像認識装置７４が次のプロ
ーブに異物が付着しているか否かを確認する。この確認
作業は、異物が付着しているプローブが確認されるまで
繰り返される。このとき、ステージ制御部７０はプロー
ブの座標位置を用いてステージ２４を駆動させる。

【００５５】異物の付着が確認されると、次に、画像認
識装置７４が、その異物の形状を認識すると共に、その
異物の重心位置を割り出す。このとき、必要であるなら
ば、オートフォーカス制御部７２又はＺステージ４２に
より対物レンズ系５２の焦点合わせが再度行ってもよ
い。

【００５６】次いで、Ｘ及びＹのステージ３６及び３８
がステージ制御部７０により駆動されて、その異物の重
心位置が対物レンズ系５２の焦点位置になるようにカー
ドホルダ２２を移動させる。この状態で、光線発生装置
２８が清掃用光線制御部７６により制御されて、清掃用
光線を異物７４に複数回繰り返し照射する。

【００５７】次いで、画像認識装置７４が再度プローブ
の先端形状を認識して、異物が除去されたか否かを確認
する。

【００５８】除去されていないと確認されると、清掃用
光線が再度異物７４に複数回繰り返し照射されるる。こ
のとき、カードホルダ２２をステージ２４によりわずか
に移動させて、異物への清掃用光線の照射位置を変更し
てもよい。

【００５９】しかし、除去されたと確認されると、次の
プローブに対する異物の有無の確認作業が行われる。以
下、全てのプローブについて、上記のような異物除去作
業が行われる。

【００６０】全てのプローブの異物が除去されると、次
に、コンタクトステージ３０がステージ制御部８０によ
り駆動されて接触部材６０がプローブの上側に移動さ
れ、次いでステージ２４がステージ制御部７０により駆
動されてプローブカード１２を上昇させる。これによ
り、プローブ１４の先端が接触部材６０の下面に押圧さ
れる。

【００６１】このとき、ステージ制御部７０は、最初の
プローブが接触部材６０に接触したときから、予め設定
された値のオーバードライブをプローブカード１２に作
用させる。

【００６２】次いで、電気的特性測定装置７８が動作し
て、各プローブ１４に通電して、そのときの電気的接触
抵抗値のような電気的特性を測定する。電気的特性は、
最初のプローブが接触部材６０に接触したときから、予
め設定された値のオーバードライブがプローブカード１
２に作用した後に測定される。所定の電気的特性が得ら
れないプローブについては、異物除去作業が再度行われ
る。

【００６３】本発明は、金属細線を用いたいわゆるワイ
ヤータイプのプローブの清掃方法及び装置のみならず、
帯状のいわゆるブレードタイプのプローブ、プローブ要
素の先端部に半球状の突起を設けたフィルム状のプロー
ブ等、他のプローブの清掃方法及び装置にも適用するこ
とができる。

【００６４】本発明は、上記実施例に限定されない。そ
れゆえに、本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、種々
変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る清掃装置の一実施例を示す正面図
である。

【図２】図１に示す清掃装置の左側面図である。

【図３】プローブの先端部とそれに付着した異物との関
係を示す図である。

【図４】自動清掃用の制御装置の一実施例を示す電気回
路のブロック図である。

【符号の説明】 １０ 清掃装置 １２ プローブカード １４ プローブ １６ 基板 ２０ シールドケース ２２ カードホルダ ２４ ＸＹＺθステージ ２６ 針先確認装置 ２８ 清掃用光線の発生装置 ３０ 電気的特性確認装置 ３２ カード押え ４６ 確認用光線の光源 ４８ 光学系 ５０ 光学顕微鏡 ５２ 対物レンス系 ５４ 接眼レンズ系 ５６ テレビカメラ ５８ モニタ ６０ 接触部材 ６２ コンタクトステージ ６４ レール ６６ スライドガイド ６８ ねじ棒 ７０ 電動機 ７２ 雌ねじ ７４ 異物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 英貴 東京都武蔵野市吉祥寺本町２丁目６番８号 株式会社日本マイクロニクス内 Ｆターム(参考） 2G011 AA17 AC13 AC14 2G032 AF02 AL00 4M106 BA01 BA14 DD10 DD18 DH12 DH31 DH50 DJ03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブカードを受けるカードホルダ
   と、前記プローブの先端部を確認する針先確認装置と、
   前記プローブの先端部に清掃用光線を照射する光線発生
   装置と、少なくとも前記プローブカードと前記光線発生
   装置とを相対的に移動させる駆動装置とを含む、プロー
   ブの清掃装置。
2. 【請求項２】 さらに、導電性の平坦面を有する接触部
   材であって前記プローブが接触される接触部材を備える
   電気的特性確認装置を含み、前記駆動装置は、さらに、
   前記プローブカードと前記接触部材とを相対的に移動さ
   せる、請求項１に記載の清掃装置。
3. 【請求項３】 前記針先確認装置と前記光線発生装置と
   は、光学的に結合されている、請求項１又は２に記載の
   清掃装置。
4. 【請求項４】 前記光線発生装置は、清掃用光線を前記
   針先確認装置内の光路の一部を経て指向させる、請求項
   １から３のいずれか１項に記載の清掃装置。
5. 【請求項５】 前記針先確認装置は、さらに、前記プロ
   ーブの先端部を前記光路を経て撮影するテレビカメラ又
   は前記プローブの先端部を前記光路を経て監視する光学
   顕微鏡を含む、請求項４に記載の清掃装置。
6. 【請求項６】 前記針先確認装置は、さらに、前記光路
   を経て前記プローブの先端部に指向させる光源を含む、
   請求項４又は５に記載の清掃装置。
7. 【請求項７】 前記駆動装置は、前記カードホルダを三
   次元的に移動させるステージを含む、請求項１から６の
   いずれか１項に記載の清掃装置。
8. 【請求項８】 前記駆動装置は、さらに、前記接触部材
   をこれが前記プローブと対向する第１の位置と前記プロ
   ーブから離れた第２の位置とに移動させる移動機構を備
   える、請求項７に記載の清掃装置。
9. 【請求項９】 プローブカード及び清掃用光線を発生す
   る光学装置を相対的に移動させて前記清掃用光線の照射
   位置を前記プローブカードに配置されたプローブの先端
   に付着している異物に合わせ、次いで前記光線を前記異
   物に照射して前記異物を除去し、その後前記プローブを
   導電性の接触部材に接触させた状態で前記プローブに通
   電してそのときの電気的特性を監視することを含む、プ
   ローブの清掃方法。