JP2013123759A - 表面に付着した異物の研磨除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した表面研磨と複数の研磨対象物の同時研磨が可能であり、研磨による異物飛散が少なく研磨対象物へ加わる負荷が小さい研磨除去装置の提供。
【解決手段】粒子径の異なる研磨粒子および水が混合された研磨材を収納した研磨槽および研磨槽内の研磨材中に研磨対象物を挿抜する装置を具備する研磨対象物の表面異物の研磨除去装置。
【効果】パワーデバイス用の半導体チップテストに使用したプローブピン先端部の清浄化に適している。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に付着した異物の研磨除去装置に関し、安定した表面の研磨と複数の研磨対象物を同時に処理することが可能であるとともに表面に付着した異物の除去に優れている装置である。また、本発明は、研磨による異物飛散が少なく研磨対象物へ加わる負荷が小さい研磨除去装置に関し、例えば、ＩＣチップにプローブピンを接触させて高電圧をかけて電気特性をチェックするパワーデバイス用の半導体チップテスト工程において使用することにより、プローブピン先端に強固に付着したＩＣチップ側からのアルミやシリコンなどの異物を除去してプローブピンを簡便に再生することができる表面異物の研磨除去装置を提供するものである。

ＩＣチップやＬＳＩチップなどの半導体チップまたは液晶表示体などの電気的なテストを行うために、半導体素子電極に多数のプローブピンを接触させて、その電気特性を評価することが行われている。被検査物の各端子に接触する複数のプローブピンを有するコンタクトが使用されるが、プローブ装置の使用に際しては、デバイスパッドの材料粉が削れて付着し易く、また、同一プローブ装置により電気特性試験を繰り返すことによって、プローブピンの先端部は半導体素子電極の表面に何回も接触する。そのために、半導体素子電極の材質が、例えば、アルミニウムで構成されている場合には、アルミニウムが電極表面から剥離し、プローブピンの先端部に付着することがある。このような付着物がそのままプローブピンの先端部に付着した状態で、電気特性試験を続けると半導体素子電極の表面を損傷させてしまうことがある。特に、付着物が大きい場合には、半導体素子を破壊することとなる。このように、ＩＣチップなどの電気的なテストを行う際に、プローブピンと被検査物の端子との接触不良などにより重大な問題が起こることがあるので、定期的に、プローブ装置の各プローブピンの先端部がクリーニングされている。

プローブピンは、ピンホルダに対して突出長さが揃えられ、碁盤の目状（格子状）に並べられたプローブブロックとされ、配設されたプローブピンを一度に半導体素子電極に接触させることにより、半導体素子の電気特性を検査することができるようになされている。
例えば、プローブピンが、プローブブロック（コンタクト）と呼ばれる樹脂製の母体に、ピン間距離をミリ単位として複数本が装着されていることが多い。そのため、プローブにプローブピンを装着したまま研磨すると、その表面仕上がり状態を均一に研磨する事が困難である。現在は、作業者が手作業でコンタクトより１本づつプローブピンを抜き取り、ハンディータイプの研磨機を用いて顕微鏡を見ながら強固な付着物を研磨除去する方式が用いられている場合がある。また、プローブブロックにプローブピンを装着したまま研磨できるように工夫された方式も見受けられるが様々な形式のものに対応するためには複雑な構造としなければならない。

従来のクリーニング方法としては、研磨材にプローブピンを接触させてピン先端部を研磨して付着していた異物を除去するものであり、その代表的な例としては、プローブカードの中心軸を回転軸にして、平板状の針先クリーニングユニット研磨板を回転させ、かつプローブ針先への押し当て量を制御した状態で、プローブ針に研磨板を接触させ、プローブ針先を研磨する装置（特許文献１）を挙げることができる。
また、一度に複数のプローブピンを研磨する装置としては、対向する研磨用の円板部材が互いに支持軸を中心に逆向きに回転し、ピンホルダに配設されたコンタクトピンを円板部材の間隙に往復移動させながら挿入すると、コンタクトピンが円板部材の回転によって自転し、先端部を半球面状に研磨する。これにより、複数のコンタクトピンの先端部を高精度且つ効率よく研磨することができる装置が提案されている（特許文献２）。
また、コンタクトピンの下縁をクリーニングするにあたり、コンタクトピンの下縁部を、９０°よりも小さな接触角度で研磨部材の溝の上縁に押圧しつつ、コンタクトピンをそのほぼ軸方向に移動させて溝の上縁により異物を掻き落とすコンタクトピンクリーニング方法も提案されている（特許文献３）。

研磨板によりプローブ針を圧接、研磨し、針先の付着物を除去しても、必ずしも針先全体を研磨できるとは限らず針先に削り屑などが却って剥離し易い状態で残り、ひいては針先の残留物が検査時に針先から剥離し、チップを汚染することがあった。また、針先の研磨後に削り屑等が研磨板上に残り、あるいは研磨板の砥粒が研磨板から剥離し検査の障害となることがあった。そこで、ゴムからなる基剤と、この基剤中に分散する充填剤とからなるソフトクリーナに、プローブ針突き刺して針先の付着物を除去する方法（特許文献４）や、ＩＣチップの電極に接触ピンを接触させて検査するプローブの接触ピンの先端部を、研磨材が混合された軟質高分子材料により形成されたクリーニングディスクに突き刺すことにより異物を除去する装置が提案されている（特許文献５）。

また、プローブ針の研磨部材が、繊維状の金属、炭素繊維、および繊維状のセラミックスからなる群から選択される少なくとも１つからなる第１および第２の繊維状素材１を備え、第１および第２の繊維状素材１は、異なる方向に延びるように配置され、互いに固着されている領域を有し、研磨部材の表面には、プローブ針の最先端部の幅とほぼ同一の幅を有する空隙が形成されているプローブカード用プローブ針のクリーニング装置（特許文献６）が提案されている。

さらに、金属針の先端を挟み込む超音波振動子と、前記超音波振動子を前記金属針の押し付ける押し付け機構部と、前記超音波振動子を駆動する回路を含む金属針研磨装置（特許文献７）や、表面に研磨材粒子を有する冊状のラッピングフィルムを、湾曲させて折り目をつけずに二つ折りし、重ねた両端を固定するラッピングフィルム固定機構を有し、固定機構を探針方向に対して、垂直にスライド動作させる駆動機構を有する研磨装置（特許文献８）などのプローブ研磨装置類が提案されている。

特開２００７−１５５３６９号公報 特開２００８−１０５１１８号公報 特開２０００−１９２２６号方法 特開平１０−３３９７６６号公報 特開２００２−１８７３３号公報 特開平１１−１３３１１６号公報 特開平５−１２３９５９号公報 特開２００４−８２３１０号公報

従来、表面研磨においては、研磨対象物の仕上がり状態が安定しており、研磨後の研磨対象物の個体差が少ないことが必須であり、研磨効率を考えると、一度に複数の研磨が同時に実施できることが望ましいことは言うまでもない。特に、研磨対象物が、密集して装着されている媒体で構成されている場合は、装着状態のままで、安定した研磨を実施することは容易ではなく、研磨対象物を媒体から取り外してから研磨することが多いのが実情である。その場合、研磨効率の観点からすると、媒体から研磨対象物を取り外す工程、および、研磨後に研磨前の状態へ戻す工程が発生してしまうため作業効率の低下という問題が生じる。また、研磨対象物が外力で変形し易い物性のものである場合には、研磨時に対象物へ加わる負荷により対象物が変形してしまうという問題が生じる。加えて、本来、表面研磨は表面を削り取る作用が働くため、削り取られた屑が発生する。クリーン度が必要な場所、例えば、クリーンルーム内での研磨作業では、発生した研磨屑を集塵し飛散しないようになす処置することが必要であることは公知である。こうした研磨屑の飛散を考慮することは本発明が解決すべき重要な課題である。また、研磨による表面傷を極力小さくすることが必要であることはいうまでも無い。
本発明は、上記の課題を解決するものであって、研磨による異物飛散が少なく研磨対象物へ加わる負荷が小さい研磨除去装置を提供することを目的とするものである。また、複数の研磨対象物表面の研磨を同時に実施することが可能であり、その仕上がりが均一に実施でき、研磨屑が飛散しない表面異物の研磨除去装置を提供することを目的とするものである。さらに本発明は、効率よく多数の研磨対象物を一度に研磨することを目的とするものであり、ＩＣチップやＬＳＩチップなどの半導体チップまたは液晶表示体などの電気的なテストを行うためのプローブピンの先端の研磨に適している。また、本発明は、研磨対象物の物性に応じた研磨材および研磨条件を選択することにより広い範囲の材質、例えば、プラスチックからスチール、ガラスなどにまで幅広い表面硬度の物質に適用することができる表面異物の研磨除去装置を提供することを目的とするものである。

本発明は以下の技術的事項により構成される。
（１）研磨粒子および水が混合された研磨材を収納した上部に開口を有する研磨槽および前記研磨材中に研磨対象物を挿抜する装置を具備することを特徴とする研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（２）前記研磨槽が円筒状容器である上記（１）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（３）前記研磨槽を水平に回転することによってその中に入れた研磨材を回転させる研磨材回転機構を具備することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（４）前記研磨槽が上部開口の中心付近を軸として水平に回転する上記（３）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（５）研磨材を撹拌する撹拌部材および／または研磨剤の表面を平坦にする表面平坦部材を研磨槽内に設置することを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（６）撹拌部材が研磨材の中へ挿入された複数の棒状体であって前記研磨槽の回転に伴って研磨材を撹拌する上記（６）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（７）表面平坦部材が研磨材表面に当接された面を有し、前記研磨槽の回転に伴って研磨材表面を平坦にする上記（６）または（７）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（８）研磨対象物を挿抜する装置が、研磨対象物を異物が表面に付着した一端部を突出させた状態で保持する研磨対象物の保持具と、前記研磨対象物の突出させた一端部を前記研磨材に対して直交する方向に研磨材内に挿抜させる前記保持具の上下運動機構とを備えている上記（１）から（７）のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（９）保持具の上下運動機構は保持具を一定のストロークで上下運動させる上下運動機構である、上記（８）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（１０）保持具の上下運動機構は、前記保持具を研磨材内に挿抜させた後、保持具を上方に移動させ、その位置で保持具を一定のストロークで上下運動させる上下運動機構である、上記（８）または（９）に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（１１）研磨対象物が、プローブピンである上記（１）から（１０）のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
（１２）研磨対象物が、複数のプローブピンが突出長さが揃えられ、格子状に配置されたコンタクトのコンタクトピンである上記（１）から（１１）のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。

本発明により、研磨による異物飛散が少なく研磨対象物へ加わる負荷が小さい研磨除去装置を提供することができる。
また、本発明により、複数の研磨対象物表面の研磨を同時に実施することが可能であり、その仕上がりが均一に実施でき、研磨屑が飛散しない表面異物の研磨除去装置を提供することができる。さらに本発明により、効率よく多数の研磨対象物を一度に研磨することができ、様々な物品の表面に存在する異物を研磨により除去することができ、研磨対象物は限定されないが、特に、ＩＣチップやＬＳＩチップなどの半導体チップまたは液晶表示体などの電気的なテストを行うためのプローブピンの先端の研磨に適している表面異物の研磨除去装置を提供することができる。
また、本発明により、研磨対象物の物性に応じた研磨材および研磨条件を選択することにより広い範囲の材質、例えば、プラスチックからスチール、ガラスなどにまで幅広い表面硬度の物質に適用することができる表面異物の研磨除去装置を提供することができる。
本発明により、微細な研磨対象物が密集して装着されている部材を分解することなくそのままの状態で研磨対象部の先端部分を研磨することが可能であり、例えば、２０〜５０本のプローブピンがミリ単位の間隔で装着されたＩＣなどの検査用コンタクトの研磨に特に有用である研磨除去装置を提供することができる。

本発明をプローブピンの表面研磨に適用することにより以下の効果が奏される。
１．コンタクトにプローブピンを装着したままで複数のピンを同時に研磨できる。
２．ピンへの加わる外力が少なくピンへの負荷が少なく変形がない。
３．ピン先の先端エッジ部分のＲ取りができるため接触面へのダメージが少ないプローブピンが製造できる。
４．形状、ピンの長さの異なるコンタクトを専用のトレイ内へ収納して搬送、処理することにより同一の構造、動作をする装置で種類の異なるコンタクトの研磨が可能である。
５．研磨材の粒度分布を調整することにより、ピンの材質、異物の付着状態に応じた研磨力を確保することができる。
６．研磨材と水の混合により研磨状態が安定し、微細研磨材や微細な研磨カスが飛散することがなく、研磨環境がダストにより汚染されることがない。
７．研磨材の入った容器を交換可能とすることにより研磨材の交換が容易である。
８．研磨材の高さを可変とすることにより研磨量が調整できる。
９．研磨後にコンタクトを上下運動させることによりピンへ付着した水分を落下させることができる。
以上のとおり、ＩＣチップにプローブピンを接触させて高電圧をかけて電気特性をチェックするパワーデバイス用の半導体チップテスト工程において使用することにより、プローブピン先端に強固に付着したＩＣチップ側からのアルミやシリコンなどの異物を除去してプローブピンを簡便に再生することができる表面異物の研磨除去装置を提供することができる。

本発明の表面異物の研磨除去装置の研磨原理の概要を示す断面図である。 付属部材を設置した本発明の表面異物の研磨除去装置を示す断面図である。 本発明の表面異物の研磨除去装置の付属部材などの設置位置を示した図である。 研磨材の粒子混合比と研磨力の関係を示す概念図である。

研磨粒子および水が混合された研磨材を収納した上部に開口を有する研磨槽および前記研磨材中に研磨対象物を挿抜する装置を具備する研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置に係るものであり、様々な物品の表面に存在する異物を研磨により除去することができ、研磨対象物は限定されないが、特に、ＩＣチップやＬＳＩチップなどの半導体チップまたは液晶表示体などの電気的なテストを行うためのコンタクトプローブピン表面に強固に付着した異物を除去するための自動表面異物の研磨除去装置として有用な装置である。本発明の表面異物の研磨除去装置により、微細な研磨対象物が密集して装着されている部材を分解することなくそのままの状態で研磨対象部の先端部分を研磨することが可能であり、例えば、２０〜５０本のプローブピンがミリ単位の間隔で装着されたＩＣなどの検査用コンタクトの研磨に特に有用である。
以下に、研磨対象物の一例としてチップテスト用のプローブピンについて説明するが、本発明がこれらの物品の研磨に限定されるものではない。

［チップテスト用のコンタクトおよびプローブピンと付着物］
チップテスト用のコンタクトには複数のプローブピンが配列装着され、各プローブピンの間隔はミリ単位で規定されている。こうしたコンタクトを大電流のチップテストに使用すると、プローブピン先端には高電圧、大電流が流れることから、コンタクト使用時にはプローブピン先端へチップ側からアルミニウムやシリコンが焼付く現象がしばしば認められる。強固な付着により先端部の凹凸が２μｍ以上となると接触抵抗が上昇して接触不良となるため焼付いたプローブピンは使用できなくなる。こうした強固に付着した異物は薬剤や超音波洗浄などで完全に除去することはできない。付着した異物を除去することにより再使用することができる程度の付着が派生する頻度は大半であるから、これらは研磨などの処置により再利用される。しかし、一部のプローブピンの頻度でピン内部のばねの変形や付着が重度であるためこれらは再使用することはできない。

［本発明によるプローブ研磨の概要］
従来プローブピンの研磨再生に関する技術は、先行技術文献に挙げたように多くのものが提案されてはいる。従来、実施されている方法としては、例えば、付着物を溶解する薬液により除去することが行われているが、薬液では比較的強固な付着物には対応できないし、処理には時間を要する、また、処理したプローブピンの洗浄、廃薬液の処理に時間と経費がかかるなどの問題が多い。大型グラインダーでの研磨除去では一度に多数を研磨でき効率は良いものの個々のプローブピンの状態には対応できないことから研磨後の品質が低下する問題がある。さらに、プローブピンをピン単位で手作業により研磨すると、個々のプローブピンの状態に応じて対応できるものの、個人差による品質が不安定となり、効率の悪い作業となる。

本発明はこうした従来技術の問題点を克服し次の要件を満たすものである。
プローブピンは１ピン単位ではなくコンタクト単位で軽度な付着物の除去には十分に対応でき、コンタクトの処理は５分以内に実施できる。
研磨後のプローブピンの品質は、（１）ピンの摺動状態には変化がなく、（２）テスト時の接触抵抗は１Ω以下であり、（３）プローブピンの長さのばらつきは２００μｍ内に抑えられ、（４）ピン先の接触面の凹凸は２μｍ以内に抑えられ、（５）チップ電極表面の圧痕は問題がなく、優れた品質を保つことができる。

本発明の表面異物の研磨除去装置は、研磨粒子および水が混合された研磨材を収納した上部に開口を有する研磨槽および前記研磨材中に研磨対象物を挿抜する装置を具備するものであり、研磨対象物が密集して装着されている物体で構成されているものであっても、まとめて一度に研磨することを可能とするものである。研磨粒子および水が混合された研磨材を上部に開口を有する研磨槽内に収納し、研磨材中へ研磨対象物を一定のストロークの上下運動によって挿抜する方式を用いて研磨する。これにより、一度に複数の研磨が同時に実施でき、研磨の安定性を確保することができる。また、研磨時に対象物へ加わる負荷の変化が少なく、負荷の変動により対象物が変形してしまう現象を回避できる。

本装置においては、さらに、撹拌部材および平坦部材を設置することができ、こうした本発明の研磨除去装置の概要を図１、２には断面図、図３には上方から見た図を示す。
本発明の研磨除去装置は、研磨粒子と水が混合されて形成された研磨材３を収納した開口を有する研磨槽４を具備し、研磨対象物であるプローブピン１はコンタクト２に取り付けられた状態で研磨槽４の開口部上方に設置される。プローブピン１はコンタクト２と共に上下運動で研磨材３中に挿抜することにより研磨材３と接触させられて、表面に生成した異物が研磨除去される。

本発明の研磨除去装置では、研磨槽４には撹拌部材５および平坦部材６が設置されていることが望ましい。撹拌部材５は研磨材３を撹拌することにより研磨粒子および水が混合された研磨材３の均一な分散と表面の平坦性を保つために設置される。研磨材を構成する研磨粒子が均一に混合されていないとプローブピン１の研磨量にむらが生じ、また、研磨材３の表面が平坦でないとプローブピン１と研磨材３とが接触する箇所が変動し、研磨が必要とされるプローブピン表面に研磨材３が届かないなどの問題が生じる。また、研磨材中にプローブピン１の挿抜を同じ場所で多数回繰り返すと、プローブピン１を挿入した箇所の研磨材３が凹部を形成するためにプローブピン１の研磨に支障が生じることとなる。
そこで、図３に示すように、研磨材１の分布を均一化するとともに表面を平坦にするために撹拌部材５が設置される。撹拌部材５は、研磨材３を撹拌して均一化できるものであればいずれの機構のものでも差支えないが、例えば、研磨材３中に挿入された複数の棒状体や板状体を用いてもよい。棒状体を用いる場合には、棒状体自体の移動や長軸を中心に回転させることにより撹拌力が向上する。また、撹拌による研磨材表面の平坦化が十分でない場合には平坦部材６が設けることが好ましい。平坦部材６としては研磨材表面に接触する平面を有する板状体や棒状体などが用いられる。

研磨槽の同じ場所、すなわち同じ研磨材でプローブピンの研磨が行われないように、研磨槽を回転させることが好ましい。そのため、本発明の研磨除去装置は、研磨槽を水平に回転することによってその中に入れた研磨材を回転させる研磨材回転機構を具備する。通常の回転手段により研磨槽の開口の中心付近を軸として水平に回転させる。そうすると、新しい研磨材によるプローブピンの研磨を常に実施することができる。研磨槽内の研磨材の撹拌および表面の平坦化には、研磨槽の回転を利用することが好ましい。研磨槽を研磨材と共に水平面で回転させることにより特別な装置を用いることなく常に新しい研磨材とプローブピンとの接触が保たれるとともに、研磨材の撹拌と平坦化が簡便に実現できる。図３は、本発明の研磨槽４を上方から見た図であり、研磨槽４は反時計回りに回転し研磨ポイント１０（プローブの挿抜位置）で研磨後、撹拌部材５、平坦部材６を経由して再生した研磨材が研磨ポイントに到達することとなる。

［研磨材］
本発明で用いることができる研磨材としては、研磨対象物の材質、硬度や研磨除去する異物の性質などに応じて選択されるものであるが、例えば、ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ケイ素、アルミナ、酸化クロム、酸化鉄、酸化セリウムなどの研磨材を挙げることができる。さらに具体的には、プローブピンなどの金属を材質とする場合にはアルミナが好ましい。研磨材の粒子径が大きいと、研磨力が高く早く研磨を完了できるが、研磨対象物の表面の傷が大きくなるおそれがある。逆に、粒子径が小さいと、プローブピンの傷は小さくできるが、研磨力が低く、十分な研磨ができないことがある。この問題の解決するために、粒子径の異なる研磨粒子を混合させる方式を用いることが好ましい。そのような方式で適度に研磨をしながら、研磨による傷の発生も抑えることができる。粒子径のサイズ、混合比は、研磨対象物の特性に応じて最適な条件が設定される。

研磨粒子の混合比と研磨力の関係は図４に示されるような関係となり、研磨により発生する傷の許容範囲と必要とされる研磨力を発揮する範囲の間に設定される。
研磨材粒子の粒形は、例えば、粗い粒子と微細な粒子からなり、粒径とそれらの配合割合は研磨対象物に応じて適宜設定されるが、研磨力と傷の発生を考慮すると粗粒子が全研磨材の１５〜８０重量％であることが好ましい。さらに好ましくは、粗粒子が２０〜８０重量％の範囲である。微粒子は、２０〜８５重量％が配合されることが好ましい。ここで粗粒子とは、例えば、Ｆ４０〜Ｆ６０の粒径を有する研磨材粒子であり、微粒子とはＦ８０〜Ｆ２２０の粒径を有する粒子であってもよい。ここで、粒径とは、ＪＩＳ規格（研磨材粒度 ＪＩＳ Ｒ６００１）による値であり、Ｆ４０は平均粒子径４２５μｍ、Ｆ６０は平均粒子径２５０μｍ、Ｆ８０は平均粒子径１８０μｍ、Ｆ２２０は平均粒子径５３μｍの粒子である。
好ましい研磨材粒子の粒径とその配合割合は、研磨対象物の材質とその表面に付着している異物の特性や付着状態に応じて選択しなければならないものであり、これらの範囲は厳密に特定できるものではない。粗粒子の平均粒子サイズが４３０〜２１０μｍであり、微粒子の平均粒子サイズが５０〜１８０μｍであり、粗粒子の配合割合が１５〜８０重量％であるものが好ましいものとして例示される。

［研磨材と水の共存］
研磨槽には、粗粒子と微粒子とを混合したような粒子径の異なる研磨粒子が収納され、プローブピンなどの研磨対象物の表面が研磨されるが、研磨作業が長時間続くと、研磨材の粗粒子が沈降し、微粒子が浮上して表面に微粒子が集合した状態となる。プローブピンは研磨材の表面付近に挿抜されるため、次第に所定の研磨作業が行えなくなる問題が生じることがある。この問題は研磨材の撹拌により解消されるが、精密な研磨が必要とする場合には撹拌による均一化では十分ではない場合が生ずる。また、研磨されたプローブピン表面からの研磨除去された異物が微細な粒子となって研磨材中に残留する。そうなると、微細な異物粒子が作業中に飛散することがあり、精密部品であるＩＣなどを汚染して不良品を発生させる原因ともなる。
そこで、本発明はこれらの問題を研磨材中に水を共存させることにより解決した。一般に、水分が多くなると研磨力は減少し、撹拌性（研磨材の分散均一性）は増加するため研磨状態は安定しない。したがって、撹拌性と研磨力が研磨対象物に適している範囲に調整することが好ましい。表面から研磨除去された異物は微細粒子となるが水中に分散されることとなり空気中に飛散することが防止される。
水分の最適量の範囲は、研磨対象物、研磨条件などとの関係で一概には言えないが、例えば、研磨槽中に収納した研磨材の表面が水で隠れる程度が好ましい。研磨材が水没している状態であると水流による研磨粒子の移動が容易となり、撹拌により研磨粒子の分散を均一化することに適している。

このように、研磨槽の中には、研磨材のほかに水を混合しておくことにより挿抜時の研磨屑や研磨粒子の舞い上がり、飛散を防止できる。水分量については、多すぎると研磨力が落ち、少なすぎると研磨材の撹拌性の方悪くなり、結果的に研磨力が低下してしまうため、水分量を一定になる様に管理する必要があり、水面をセンサーにて検知するか、もしくは、挿抜回数あるいは使用環境に応じた時間にて補充を行うことが好ましい。
研磨材へ水を混合させた状態であっても、研磨対象物の挿抜によって研磨材表面に研磨跡が残ることがあるため、連続して挿抜する動作においては、均一な研磨が実施できない現象が発生する。この問題は挿抜位置を変えることにより解決されるが、例えば、研磨材と水を入れた容器を回転させることによって、挿抜ポイントに対して、研磨材と水の位置が変わる機構を用いるとよい。

［撹拌部材と平坦部材］
粒子径の異なる研磨材を混合させて挿抜動作を繰り返すと、粒子径の大きなものが底へ沈殿し、粒子径の小さなものが容器表面へ浮き上がってしまう。この状態では、安定した研磨状態が維持できない。そこで、粒子径の異なる研磨材がほどよく混ざっている状態を維持するために撹拌する。水平方向に回転する容器内の研磨材へ、撹拌棒を固定した状態で挿入しておくことで、自動的に研磨材を撹拌する機構とすることができる。撹拌棒は、研磨材の回転方向に対して、挿抜ポイントより後に位置させる。上下方向の撹拌を促すために棒の先端を円錐形状としてもよい。これにより安定した適切な研磨力を確保することができる。
撹拌された後の研磨材表面は、凹凸状態となり平坦でなくなることが多く、その状態では研磨対象物が研磨材へ挿入される長さが一定にならないため、容器と研磨材の回転にあわせて研磨材表面を平坦に慣らす自動平坦機構を設ける。自動平坦機構としては、水平方向に回転する研磨材表面に、固定した状態の平面、（水平形状板、慣らし板）を押し付ける方式を用いていることができる。水平形状板は研磨材の回転方向に対して、撹拌棒の後方に位置させる。凹凸の度合いが大きい場合は、水平形状板を複数設置する。

［研磨状態のメンテナンス］
研磨状態を長時間安定に保つには、研磨材中へ挿入される研磨対象物の挿入量を一定に保つか、あるいは研磨する毎に研磨槽の中の研磨材と水に、研磨屑、破損した研磨材が蓄積してくるため、定期的に研磨材と水の交換を行うことが好ましい。交換時期の管理は、挿抜した回数にて行なうのかよい。研磨材の交換には、研磨槽ごとすべての研磨剤を交換する方法や、使用済みの研磨材の洗浄と研磨材の補給などにより再生する方法があげられる。

［研磨機の機構およびその運転条件］
研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置を構成する研磨対象物を挿抜する装置は、例えば、研磨対象物を異物が表面に付着した一端部を突出させた状態で保持する研磨対象物の保持具と、前記研磨対象物の突出させた一端部を前記研磨材に対して直交する方向に研磨材内に挿抜させる前記保持具の上下運動機構とを備えていることができる。その保持具の上下運動機構は、保持具を一定のストロークで上下運動させる。保持具の上下運動機構は、前記保持具を研磨材内に挿抜させた後、保持具を上方に移動させ、その位置で水滴などをふるい落とすために保持具を一定のストロークで上下運動させることができる。
本発明の研磨機の運転し、プローブピンの研磨作業を行う条件についての一例を説明する。
通常、コンタクトは１０分毎に交換する必要があるため、処理時間を５分間に設定し、処理速度（挿抜回数）４５０回／ｍｉｎとした。プローブピンの研磨材への挿入長さ４ｍｍ以内（ピン摺動部全長の１／２以下）、研磨槽の回転速度１２ｒｐｍ／ｍｉｎ（１ｐｍ／ｓ）とし、撹拌部材、平坦部材を設置した。研磨材としてはアルミナを用い層内の研磨材の深さは１０ｍｍとし、研磨槽中の水分量は研磨材表面上１ｍｍに調整した。
コンタクトの挿抜（上下）の高速運動はカムとバネを併用した機構とし、コンタクト毎にプローブピンの摺動長さが異なることがあるためコンタクトピンの研磨範囲を変更できるように挿抜の長さを可変とするか、研磨槽を上下する高さ調整機構を設けた。コンタクトピンの研磨材への挿入跡が残るため、研磨槽を回転させて挿抜する位置を変更するとともに、回転を利用して、研磨材の撹拌と表面の平坦化を行った。研磨は、研磨時間と挿抜回数による管理を必要とするため挿抜回数を自動カウントし、所定の回数で自動停止するように挿抜回数検出カウンタと自動停止機構により制御した。長時間の処理により研磨材が研磨屑などにより汚染されるが、研磨材の交換作業を容易とするために研磨槽が研磨剤と共に簡単に着脱できる機構とした。コンタクトの交換作業を簡便にするためにコンタクトはばね機構により挟んで固定する機構またはエアーシリンダー開閉機構を採用した。

従来の手作業によると１時間当たり８３本／人であった作業能力が、本研磨機では３５０本となり効率が４倍以上に向上し、必要人員も１／３となった。また、研磨待ちや装置の停止によるロスが約１０％あったものが、本件装置では０％に減少し、手作業による個人差がなく安定した品質のものが得られるようになった。
さらに、電鉄用の大電流チップテストを行っている工場では、プローブピンに付着したアルミやシリコンの付着物を除去した後のプローブピンの先端エッヂを丸く加工する必要があり、現状では、小型の研磨機の先端にシリコン研磨材を取り付け、手作業での研磨を行い付着物の除去と同時に先端エッヂ部の加工を行っている。しかしながら、本発明の研磨機では先端部の加工が自動的に丸くなされて電極パッドとの接触は一点となり多点接触となることはない。

複数本のプローブピンが３列に装着さているコンタクトを本発明の研磨除去装置により処理した。処理時間を５分間に設定し、挿抜回数４５０回／ｍｉｎとした。プローブピン先端の研磨材中への挿入長さは４ｍｍ以内（ピン摺動部全長の１／２以下）とした。研磨槽の回転速度１２ｒｐｍ／ｍｉｎ（１ｐｍ／ｓ）とし、撹拌部材、平坦部材を設置した。研磨材としては下記の配合のアルミナ粒子を用い研磨槽内の研磨材の深さは１０ｍｍとし、研磨槽中の水分量は研磨材表面上１ｍｍとなるように調整した。
撹拌部材、平坦部材、研磨ポイント、研磨槽の回転方向は図３に記載のとおりに配置した。
研磨材として、平均粒子サイズ３５０μｍ（Ｆ４６）のアルミナ研磨材を２０重量％、平均粒子サイズ１４０μｍ（Ｆ８０）のアルミナ研磨材を８０重量％混合して使用した。
上記条件で試験した後の試料を、次に記載の研磨性、撹拌性および傷状態を検査したところすべてを満足するものであった。
研磨性：研磨後の軽度な付着物の除去状態を目視により判定、
撹拌性：撹拌状態の目視確認、
傷状態：プローブピンの表面の傷状態を顕微鏡により確認、およびチップ電極との接触痕を顕微鏡により確認。

実施例1と同様にしてコンタクトのプローブピンの表面異物の研磨除去を行った。
研磨材としては、平均粒径４００μｍのアルミナ研磨剤（Ｆ３６ ）を５４重量％、平均粒径２５０μｍのアルミナ研磨剤（Ｆ６０）を２３重量％、平均粒径１００μｍのアルミナ研磨剤（Ｆ１２０）を２３重量％配合して使用した。水には蒸発防止用として防錆剤を添加した。軽度に溶着した異物は完全に除去され、プローブピンの表面には傷などは確認できなかった。

研磨材として、平均粒子サイズ３５０μｍ（Ｆ４６）のアルミナ研磨材を２５重量％、平均粒子サイズ５３μｍ（Ｆ２２０）のアルミナ研磨材を７５重量％混合して使用した以外は実施例１と同様の条件で試験をした。
その結果は、研磨性、撹拌性は満足するものであったが、プローブピンの表面にはわずかに傷が発生したが実用化には十分であるとの判定が得られた。

（比較例１）
研磨材として、平均粒子サイズ２０μｍ（Ｆ６００）のアルミナ研磨材を１００重量％使用した以外は実施例１と同様の条件で試験をした。
その結果は、研磨力はなく、撹拌性についても満足するものではなく不合格となった。

（比較例２）
研磨材として、平均粒子サイズ１００μｍ（Ｆ１２０）のビーズ（丸）研磨材を使用し以外は実施例１と同様の条件で試験をした。
その結果、研磨力はなかったものの撹拌性は良好で傷の発生はなかったが、研磨力が不十分なため不合格となった。

（比較例３）
研磨材として平均粒子サイズ１４０μｍ（Ｆ８０）のアルミナ研磨材を使用した以外は実施例１と同様の条件で実験した。
その結果、プローブ表面に傷が発生することはなかったものの、研磨性、撹拌性が不十分であったため不合格となった。

本発明は、ＬＳＩなどの検査に使用するプローブピンのような小さな部品の表面の汚れを研磨除去することによって、清浄な表面を露出させることが簡便に実施できる表面異物の研磨除去装置に関するものである。本発明の表面異物の研磨除去装置は、研磨対象物の物性に応じた研磨材を選択することにより広い範囲の材質からなる研磨対象物に適用することが可能であり、例えば、プラスチックからスチール、ガラスなどにまで幅広い表面硬度の物質に適用することができる。特に、多数のプローブピンが高密度で設置されているコンタクトにおいては、各プローブピンを分解することなくその表面を研磨することができるため、コンタクト単位でのプローブピンの表面を清浄化するために有用である。本発明の表面異物の研磨除去装置をプローブピンの再生に適用することにより、品質の高い処理が簡便に短時間に実施されることとなり、工程の効率化が大きく前進する。

１：プローブピン
２：コンタクト
３：研磨材
４：研磨槽
５：撹拌部材
６：平坦部材
７：水
８：回転軸
９：回転方向
１０：研磨ポイント

Claims (12)

1. 研磨粒子および水が混合された研磨材を収納した上部に開口を有する研磨槽および前記研磨材中に研磨対象物を挿抜する装置を具備することを特徴とする研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
2. 前記研磨槽が円筒状容器である請求項１に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
3. 前記研磨槽を水平に回転することによってその中に入れた研磨材を回転させる研磨材回転機構を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
4. 前記研磨槽が上部開口の中心付近を軸として水平に回転する請求項３に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
5. 研磨材を撹拌する撹拌部材および／または研磨剤の表面を平坦にする表面平坦部材を研磨槽内に設置することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
6. 撹拌部材が研磨材の中へ挿入された複数の棒状体であって前記研磨槽の回転に伴って研磨材を撹拌する請求項６に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
7. 表面平坦部材が研磨材表面に当接された面を有し、前記研磨槽の回転に伴って研磨材表面を平坦にする請求項６または７に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
8. 研磨対象物を挿抜する装置が、研磨対象物を異物が表面に付着した一端部を突出させた状態で保持する研磨対象物の保持具と、前記研磨対象物の突出させた一端部を前記研磨材に対して直交する方向に研磨材内に挿抜させる前記保持具の上下運動機構とを備えている請求項１から７のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
9. 保持具の上下運動機構は保持具を一定のストロークで上下運動させる上下運動機構である、請求項８に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
10. 保持具の上下運動機構は、前記保持具を研磨材内に挿抜させた後、保持具を上方に移動させ、その位置で保持具を一定のストロークで上下運動させる上下運動機構である、請求項８または９に記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
11. 研磨対象物が、プローブピンである請求項１から１０のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。
12. 研磨対象物が、複数のプローブピンが突出長さが揃えられ、格子状に配置されたコンタクトのコンタクトピンである請求項１から１１のいずれかに記載の研磨対象物の表面異物を研磨除去する装置。