JP2021196183A - 試験装置、及び、試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基準厚みのシリコンチップを用いることなく、圧子と支持部の相対的な位置の検出を可能とする技術を提案する。また、短時間で半導体チップの強度測定を可能とする技術を提案する。【解決手段】所定の間隔で配設され、試験片１１Ａの下面を支持する一対の支持部８ｂを有した支持ユニットと、支持ユニットより上方且つ一対の支持部８ｂの間に配置された圧子３８と、一対の支持部８ｂで支持された試験片１１Ａに対して圧子３８を近接移動させる圧子移動ユニットと、圧子３８が一対の支持部８ｂで支持された試験片１１Ａを押圧する荷重を計測する荷重計測器と、支持部８ｂと圧子３８の先端３８ａとを撮像し撮像画像８０を形成する撮像カメラと、を備え、コントローラは、圧子移動ユニットと撮像カメラとを制御し、圧子３８の先端３８ａと支持部８ｂとの相対的な位置を撮像画像８０から検出する相対位置検出部を備える、試験装置とする。【選択図】図７

Description

本発明は、半導体チップの強度を測定するための試験装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、半導体チップの破壊試験を行い、半導体チップの強度を測定する試験装置が知られている。この種の試験装置では、一般的にＳＥＭＩ規格Ｇ８６−０３０３で既定される３点曲げ試験が広く利用されている。

半導体チップを形成する過程において、半導体ウェーハの裏面研削に伴ってウェーハ裏面には研削歪みが生成される。更に、裏面研削後の切削ブレードによるダイシングに伴い、半導体チップの側面には切削歪みが生成される。これら研削歪みや切削歪みは、半導体チップの強度に影響するものであり、半導体チップの強度の測定は製品の品質を保証する上で重要であることから、より正確に測定可能とすることが求められている。

３点曲げ試験では、所定の間隔を有して配置された一対の支持部で試験片を支持し、圧子を一対の支持部の中央に位置付けた状態で、圧子で試験片を押圧し試験片を破壊する。そして、試験片が破壊した時の圧子の荷重を測定し、試験片破損時の荷重と支持部の支点間距離、試験片厚み及び試験片の幅をもとに、以下の計算式にて抗折強度が算出される。
抗折強度σ＝３ＬＷ／２ｂｈ^２ （式１）
（Ｌ：支点間距離ｍｍ、Ｗ：圧子荷重値Ｎ、ｂ：試験片幅ｍｍ、ｈ：試験片厚みｍｍ）

特開２００５−０１７０５４号公報

試験片の強度測定の際には、支持部で支持された試験片の上方に圧子の先端が位置付けられ、圧子を所定の速度で下降させて試験片に接触させ、圧子そのまま支持部の下方に至るまで移動させ続けることによって試験片が破壊される。

そして、従来は、装置の組み立て時や圧子の交換後に、基準厚みのシリコンチップを破壊することで、支持部と圧子の相対的な位置の検出を行っていた。具体的には、荷重計測器の測定値をもとに圧子がシリコンチップに接触した時を検出することで、支持部と圧子の相対的な位置の検出を行っていた。この相対的な位置を基にして、圧子の移動量の設定などが行われるものであった。

以上に述べた従来方法では、基準厚みのシリコンチップを実際に破壊する必要があり、手間と時間を要するものであることから、改善が求められていた。また、基準厚みのシリコンチップを製作、準備するコストがかかり、さらに、測定後は廃棄されるものであるため、基準厚みのシリコンチップを不要とする新たな測定方法が求められていた。

以上に鑑み、本願発明は、基準厚みのシリコンチップを用いることなく、圧子と支持部の相対的な位置の検出を可能とするための新規な技術を提案するものである。

本発明の一態様によれば、
所定の間隔を有して配設され、試験片の下面を支持する一対の支持部を有した支持ユニットと、
該支持ユニットより上方且つ一対の該支持部の間に配置された圧子と、
一対の該支持部で支持された試験片に対して該圧子を相対的に近接移動させる圧子移動ユニットと、
該圧子が一対の該支持部で支持された試験片を押圧する荷重を計測する荷重計測器と、
少なくとも該圧子移動ユニットと該撮像カメラとを制御するコントローラと、
該支持部と該圧子の先端とを撮像し撮像画像を形成する撮像カメラと、を備え、
該コントローラは、該圧子移動ユニットによる該圧子の移動方向における該圧子の先端と該支持部との相対的な位置を該撮像画像から検出する相対位置検出部を備える、試験装置とする。

また、本発明の一態様によれば、
該コントローラは、
該圧子の該移動方向において、該支持部で支持された試験片よりも上方の基準位置を記憶する記憶部と、
該支持部で支持された試験片を該圧子で押圧する際に、該圧子の先端が該基準位置に到達するまでは第一の速度で該圧子を移動させ、
該基準位置に到達した後に該第一の速度よりも低速の第二の速度で該圧子を移動させる圧子移動ユニット制御部と、を更に含む、
試験装置とする。

また、本発明の一態様によれば、
上記試験装置を用いた試験方法であって、
該支持ユニットの支持部と該圧子の先端とを該撮像カメラで撮像し撮像画像を形成する撮像ステップと、
該撮像画像をもとに該圧子の先端と該支持部との相対的な位置を検出する相対位置検出ステップと、
該撮像ステップと該相対位置検出ステップとを実施する前または後に該支持部で試験片を支持する支持ステップと、
該支持部で支持された試験片に対して該圧子を近接移動させることで該圧子で試験片を押圧して破壊するとともに試験片が破壊された時の荷重計測器の計測値を取得する試験片破壊ステップと、を備えた試験方法とする。

また、本発明の一態様によれば、
少なくとも該試験片破壊ステップを実施する前に、該圧子の該移動方向において、該支持部で支持される試験片よりも上方の基準位置を設定する基準位置設定ステップを更に備え、
該試験片破壊ステップでは、該圧子の先端が該基準位置に到達するまでは第一の速度で該圧子を移動させ、
該基準位置に到達した後に該第一の速度よりも低速の第二の速度で該圧子を移動させる、
試験方法とする。

本発明の一態様によれば、基準厚みのシリコンチップを用いることなく、圧子と支持部の相対的な位置の検出が可能となり、手間と時間を削減できるとともに、基準厚みのシリコンチップを製作、準備するコストが削減され、測定後の廃棄も不要となる。

また、本発明の一態様によれば、圧子が試験片に到達する手前の基準位置までは、比較的速い第一の速度で移動することになり、強度の測定時間の短縮化が図られ、ひいては、スループットを向上させることができる。加えて、例えばＳＥＭＩ規格では、試験片を押圧する際に圧子を移動させる速度を５ｍｍ／ｍｉｎ以下とする規格があり、この規格に対応するように第二の速度を設定することで、規格に準じた試験を実施することができる。

試験装置を示す斜視図である。 支持ユニットについて示す斜視図である。 押圧ユニットについて示す斜視図である。 上部容器等の構成について示す図である。 コントローラの構成例について示す図である。 強度測定を行うためのフローチャートについて示す図である。 撮像画像について示す図である。 （Ａ）は圧子の下方にチップが配置された状態について説明する図である。（Ｂ）は圧子の先端が規定位置に到達した状態を示す図である。（Ｃ）は圧子の先端が試験片に到達した状態を示す図である。（Ｄ）は試験片が押圧されて撓む状態を示す図である。（Ｅ）は試験片が破壊された状態を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る試験装置２は、直方体状に形成された箱型の下部容器（収容部）４を備える。下部容器４には、下部容器４の上面４ａ側で上方に向かって開口する直方体状の開口部４ｂが形成されている。この開口部４ｂの内部には、試験装置２によって強度が測定される試験片を支持する支持ユニット６が設けられている。

図２は、支持ユニット６を示す斜視図である。支持ユニット６は、試験片１１を支持する一対の支持台８を備える。一対の支持台８はそれぞれ直方体状に形成され、一対の支持台８の間に隙間１０が設けられるように互いに離隔された状態で配置されている。また、一対の支持台８は、その上面８ａの長手方向が第１水平方向（Ｙ軸方向、前後方向）に沿うように配置されている。この一対の支持台８上に、強度が測定される試験片１１（チップ）が配置される。

一対の支持台８の上面８ａ側には、それぞれ、上面８ａから上方に突出する凸条を成す支持部８ｂが形成されている。支持部８ｂは、例えばステンレス鋼材等の金属でなり、その長さ方向がＹ軸方向に沿うように隙間１０に隣接して配置されている。一対の支持部８ｂは、隙間１０を挟んで互いに離隔した状態で配置されており、試験片１１の下面側を支持する。なお、図２では、上面が曲面状に形成された支持部８ｂが示されている。

また、一対の支持台８の上面８ａ側にはそれぞれ、支持部８ｂよりも柔軟な材質（ゴムスポンジ等）でなる板状の接触部材１２が設けられている。一対の接触部材１２は、平面視で矩形状に形成され、一対の支持部８ｂの両側に設けられている。即ち、接触部材１２はそれぞれ支持部８ｂの隙間１０とは反対側に配置されており、一対の支持部８ｂは一対の接触部材１２の間に配置されている。

接触部材１２の上面は、試験片１１と接触して試験片１１を支持する接触面１２ａを構成する。なお、接触部材１２は、その接触面１２ａが支持部８ｂの上端よりも上方（例えば、支持部８ｂの上端から１ｍｍ程度上方）に配置されるように設けられている。そのため、試験片１１を一対の支持台８上に配置すると、試験片１１の下面側は支持部８ｂとは接触せず、接触部材１２の接触面１２ａと接触する。

以上のように接触部材１２を設けることで、試験片１１が載置される際の支持部８ｂとの接触が防がれ、局所的な衝撃発生による試験片１１のダメージ発生を防ぐことができ、また、試験片１１がズレて擦れることで微細な損傷が生じることも防止できる。なお、接触部材１２は省略することとしてもよい。

一対の支持台８の後方側には、一対の支持台８をそれぞれ第１水平方向と垂直な第２水平方向（Ｘ軸方向、左右方向）に沿って移動させる支持部移動機構１４が設けられている。支持部移動機構１４は、直方体状の支持構造１６を備え、支持構造１６の前面側（表面側）には一対のガイドレール１８がＸ軸方向に沿って所定の間隔で固定されている。

一対のガイドレール１８の間には、一対のガイドレール１８と概ね平行に配置された一対のボールネジ２０が設けられている。一対のボールネジ２０の一端部にはそれぞれ、ボールネジ２０を回転させるパルスモータ２２が連結されている。

さらに、支持部移動機構１４は、一対の支持台８の後面側にそれぞれ固定される一対の移動プレート２４を備える。移動プレート２４はそれぞれ、支持構造１６の前面側に設けられた一対のガイドレール１８にスライド可能に装着されている。

また、一対の移動プレート２４の後面側（裏面側）にはそれぞれ、ナット部（不図示）が設けられている。一対の移動プレート２４の一方に設けられたナット部は一対のボールネジ２０の一方に螺合され、一対の移動プレート２４の他方に設けられたナット部は一対のボールネジ２０の他方に螺合されている。

パルスモータ２２によってボールネジ２０を回転させると、ボールネジ２０に螺合された移動プレート２４がガイドレール１８に沿ってＸ軸方向に移動する。これにより、一対の支持台８それぞれのＸ軸方向における位置と、隙間１０の幅とが制御される。

図１に示すように、下部容器４の上方には、押圧ユニット２６が設けられている。押圧ユニット２６は、支持ユニット６によって支持された試験片を押圧するとともに、試験片の押圧時に押圧ユニット２６にかかる荷重を測定する。

図３は、押圧ユニット２６を示す斜視図である。押圧ユニット２６は、圧子移動ユニット４０に接続された移動ユニット２８を備える。移動ユニット２８の下面側には、移動ユニット２８の下面から下方に向かって配置された円筒状の第１支持部材３０が接続されており、第１支持部材３０の下端側には、ロードセル等でなる荷重計測器３２が固定されている。

荷重計測器３２の下側には、円筒状の第２支持部材３４を介して挟持部材３６が接続されている。挟持部材３６は、正面視で略門型形状に形成されており、互いに対向する一対の挟持面３６ａを備える。この一対の挟持面３６ａの間には、支持ユニット６によって支持された試験片を押圧する圧子３８が固定されている。

圧子３８の先端（下端部）は、下方に向かって幅が狭くなる先細りの略Ｖ字形状に形成されている。即ち、圧子３８の先端の両側面は鉛直方向に対して傾斜している。また、圧子３８の先端（下端）は丸みを帯びた形状（Ｒ形状）に形成されている（図４参照）。ただし、圧子３８の形状は上記に限定されない。

また、圧子３８は、その下端がＹ軸方向に沿うように挟持部材３６によって支持されている。これにより、圧子３８の下端と、支持ユニット６が備える一対の支持部８ｂ（図２参照）とは、互いに概ね平行に配置されるようにしている。この圧子３８の下端が伸びる方向、即ち、図３におけるＹ軸方向が圧子３８の奥行き方向として定義される。

図３に示すように、押圧ユニット２６の後方側（裏面側）には、押圧ユニット２６を鉛直方向（Ｚ軸方向、上下方向）に沿って移動させる圧子移動ユニット４０が設けられている。圧子移動ユニット４０は、直方体状の支持構造４２を備え、支持構造４２の前面側（表面側）には一対のガイドレール４４がＺ軸方向に沿って所定の間隔で固定されている。

一対のガイドレール４４の間には、一対のガイドレール４４と概ね平行に配置されたボールネジ４６が設けられている。ボールネジ４６の一端部には、ボールネジ４６を回転させるパルスモータ４８が連結されている。

押圧ユニット２６の移動ユニット２８の後面側（裏面側）は、一対のガイドレール４４にスライド可能に装着される。また、移動ユニット２８の後面側には連結部２８ａが設けられており、この連結部２８ａはボールネジ４６に螺合される。

パルスモータ４８によってボールネジ４６を回転させると、移動ユニット２８がガイドレール４４に沿ってＺ軸方向に移動する。これにより、押圧ユニット２６のＺ軸方向における位置が制御される。そして、圧子移動ユニット４０によって押圧ユニット２６をＺ軸方向に沿って移動させることにより、圧子３８が支持ユニット６に対して相対的に接近及び離隔する。

移動ユニット２８の連結部２８ａには、移動ユニット２８のＺ軸方向における高さ位置を検出するためのスケール読取部２８ｂが設けられる。スケール読取部２８ｂは、支持構造４２側にＺ軸方向に延在するスケールＳ（図７参照）の目盛を反射光にて読み取る光学式のものであり、移動ユニット２８のＺ軸方向における高さ位置を検出する。

また、図１に示すように、移動ユニット２８の両側面には、板状に形成された一対の接続部材５０が固定されている。接続部材５０は、移動ユニット２８の側面から下方に向かって設けられ、接続部材５０の下端は挟持部材３６の下端よりも下方に配置されている。

一対の接続部材５０の下端部には、圧子３８側に向かって突出する一対の上部容器支持部５０ａが形成されている。この一対の上部容器支持部５０ａの間には、圧子３８の先端を覆う直方体状の上部容器５２（カバー）が固定されている。上部容器５２は、下部容器４の上方に配置されており、両側面が一対の上部容器支持部５０ａによって支持されている。

図４に示すように、上部容器５２は、例えば透明な材質（ガラス、プラスチック等）でなり、箱型に形成されている。上部容器５２には、上部容器５２の下面５２ａ（図１）側で下方に向かって開口する直方体状の開口部５２ｂが形成されている。また、上部容器５２の上面５２ｃ側には圧子挿入穴５２ｄが形成されており、この圧子挿入穴５２ｄには圧子３８の先端が挿入され、圧子３８の先端は上部容器５２内に配置される。なお、図１では、上部容器５２内に挿入された圧子３８の一部を破線で表している。

図１に示すように、上部容器５２は、下部容器４の開口部４ｂに挿入可能な大きさに形成されており、平面視で下部容器４の開口部４ｂの内側に配置されている。また、上部容器５２の開口部５２ｂ（図４）は、支持ユニット６を収容可能な大きさに形成されている。そのため、圧子移動ユニット４０によって押圧ユニット２６を下方に移動させると、上部容器５２が下部容器４の開口部４ｂに挿入され、支持ユニット６の上側が上部容器５２によって覆われる。

図１に示すように、上部容器５２の側壁５２ｅには、気体供給管挿入穴５２ｆが設けられている。図４に示すように、この気体供給管挿入穴５２ｆには、圧子３８の側面、及び、周囲に気体噴射してエアブローを行うための供給するための気体供給管５６が挿通される。気体供給管５６は可撓性のある樹脂製のチューブにて構成することができ、気体供給ユニット５４のバルブ５８を介して気体供給源６０と接続される。

図１に示すように、下部容器４の底部には、下部容器４の開口部４ｂの底から下部容器４の下面（底面）４ｃに貫通する破片排出口４ｄが形成されている。この破片排出口４ｄには、下部容器４の内部に存在する試験片の破片を排出する破片排出ユニット６２が接続されている。

図１に示すように、破片排出ユニット６２は、試験片の破片を排出するための経路を構成する破片排出路６４を備える。破片排出路６４の一端側は破片排出口４ｄに接続され、破片排出路６４の他端側はバルブ６６を介して吸引源６８に接続されている。

図１に示すように、破片排出路６４中には、試験片の破片を回収する破片回収部７０が設けられている。破片回収部７０は、フィルター等によって構成されており、破片排出路６４を通過する試験片の破片を捕獲する。バルブ６６を開くと、下部容器４の開口部４ｂの内部に散乱する試験片の破片が破片排出口４ｄから吸引され、破片回収部７０で回収される。

図１に示すように、下部容器４の後方側には撮像カメラ７２が設けられており、下部容器４の前方側には撮像カメラ７２に向かって光を照射する光源７４が設けられている。撮像カメラ７２及び光源７４の位置は、支持ユニット６によって支持された試験片や圧子３８の先端等を撮像カメラ７２によって撮像可能となるように調整される。

光源７４から光を照射しつつ撮像カメラ７２で圧子３８の先端を撮影することにより、試験片が圧子３８で押圧されている様子や、圧子３８の先端の状態（異物の付着の有無、欠けの有無等）を観察できる。ただし、撮像カメラ７２による撮像が十分に明るい環境下で行われる場合には、光源７４を省略してもよい。

図１に示すように、また、試験装置２を構成する各構成要素は、試験装置２の動作を制御するコントローラ２００と接続されている。このコントローラ２００により、支持部移動機構１４、荷重計測器３２、圧子移動ユニット４０、気体供給ユニット５４、破片排出ユニット６２、撮像カメラ７２、光源７４等の動作が制御される。

図５に示すように、コントローラ２００は、さらに、図２に示される圧子３８と支持部８ｂの相対的な位置を検出するための相対位置検出部２０１、圧子３８を上下に移動させる圧子移動ユニット４０（図１）の動作制御をする圧子移動ユニット制御部２０２、一対の支持部８ｂ（図２）を左右に移動させる支持部移動機構１４（図２）の移動制御をする支持部移動制御部２０３、撮像カメラ７２による圧子と支持部の撮像を制御する撮像カメラ制御部２０４、基準位置Ｋ（図７）を算出する基準位置算出部２０５、基準位置Ｋ（図７）を記憶する基準位置記憶部２０６、スケール読取部２８ｂ（図３）からの入力に基づき押圧ユニット２６（移動ユニット２８）の高さ方向位置を検出する押圧ユニット位置検出部２０７と、を有して構成される。

図５に示すように、コントローラ２００には、各種情報が表示されとともに作業者に入力操作を可能とする表示モニタ３０２が接続される。表示モニタ３０２は、例えば、図１に示すように、タッチパネルにより構成することすることができる。なお、入力操作を行うための操作部が表示モニタと独立して設けられ、表示モニタには表示のみが行われることとしてもよい。

次に、図６に示すフローチャートに示されるように、圧子と支持部の相対的な位置を検出するとともに、強度測定を行う方法について説明する。

＜撮像ステップＳ１＞
図７に示すように、支持ユニットの支持部８ｂと圧子３８の先端３８ａとを撮像カメラ７２で撮像し撮像画像８０を形成するステップである。

より具体的には、図５に示すように、コントローラ２００の撮像カメラ制御部２０４が撮像カメラ７２を起動し、図７に示すように、圧子３８と一対の支持部８ｂ，８ｂを含む領域を撮像して撮像画像８０を取得する。この撮像画像８０は、表示モニタ３０２（図１）に表示されることとしてもよい。なお、図７に示す撮像画像８０において、左側の支持台８の上面に設置される接触部材１２の図示は省略している。

＜相対位置検出ステップＳ２＞
図７に示すように、撮像画像８０をもとに圧子３８の先端３８ａと支持部８ｂとの相対的な位置（距離Ｈ１）を検出するステップである。

より具体的には、まず、図５に示すようにコントローラ２００の相対位置検出部２０１が撮像画像８０（図７）に基づき、圧子３８の先端３８ａ及び一対の支持部８ｂ，８ｂの高さ位置を検出する。

ここで、図７に示すように、圧子３８の先端３８ａの高さ位置Ｌ１は、例えば圧子３８の最も低い点を検出することで規定される。

また、支持部８ｂ，８ｂの位置は、例えば対向する支持部８ｂ，８ｂの最も高い点を検出するとともに、検出された２つの点を結んだ仮想線の中点８ｃの高さ位置Ｌ２にて規定される。

そして、コントローラ２００の相対位置検出部２０１は、撮像画像８０に基づき、高さ位置Ｌ１，Ｌ２の距離Ｈ１を算出する。この距離Ｈ１を元にして試験片を破壊するために必要となる圧子の移動量を設定することが可能となる。

また、コントローラ２００の相対位置検出部２０１は、押圧ユニット位置検出部２０７を参照し、図７に示すように、撮像画像８０を形成した際（撮像時）の押圧ユニット２６（移動ユニット２８）の撮像高さ位置Ｚ１（Ｚ軸座標の値）を取得する。この押圧ユニット２６の撮像高さ位置Ｚ１と、圧子３８の先端３８ａの高さ位置Ｌ１が関連付けられる。これにより、例えば、押圧ユニット２６を撮像高さ位置Ｚ１から距離Ｈ１だけ下降させた高さ位置Ｚ２において、圧子３８の先端３８ａが高さ位置Ｌ２に到達することになる。

＜基準位置設定ステップＳ３＞
圧子３８の移動方向（図７に示すＺ軸方向）において、支持部８ｂで支持される試験片１１よりも上方の基準位置Ｋを設定するステップである。

この基準位置設定ステップＳ３は、少なくとも試験片破壊ステップＳ５を実施する前の任意の段階で実施されることができる。

基準位置Ｋを規定するために、まず、厚さＴの仮想的な試験片１１Ａが規定され、支持部８ｂの高さ位置Ｌ２に厚さＴを追加した試験片上面高さ位置Ｌ３が規定される。この試験片上面高さ位置Ｌ３に、余裕距離Ｈ２を加えた値（Ｚ軸座標）が基準位置Ｋとして規定される。

基準位置Ｋを規定するための余裕距離Ｈ２は、試験片である半導体チップの厚さＴのばらつきや、詳しくは後述するように圧子３８の移動速度が第一の速度ｓ１から第二の速度ｓ２に減速するために必要な距離に基づいて設定される。また、図７の右側の支持台８に示すように、支持台８に接触部材１２が配置される場合には、この接触部材１２が支持部８ｂから突出する分だけ試験片上面高さ位置Ｌ３が上方にずれることになるため、接触部材１２の突出量も考慮して余裕距離Ｈ２を定義することとしてもよい（なお、図７において左側の支持台８の上面に設置される接触部材１２の図示は省略している。）

以上の基準位置Ｋの規定は、コントローラ２００の基準位置算出部２０５により算出され、算出された基準位置Ｋは基準位置記憶部２０６に記憶され、適宜参照される。また、図７に示すように、圧子３８の先端３８ａが基準位置Ｋに到達する際の押圧ユニット２６の高さ位置ＺＫは、高さ位置Ｚ２から仮想的な試験片１１Ａの厚さＴと余裕距離Ｈ２だけ上にずれた位置に定義することができる。これら押圧ユニット２６の高さ位置Ｚ２や高さ位置ＺＫも基準位置算出部２０５により算出されるとともに基準位置記憶部２０６に記憶され、圧子移動ユニット制御部２０２（図５）によって適宜参照される。

なお、基準位置Ｋは、予め装置に入力された仮想的な試験片１１Ａの厚さＴや余裕距離Ｈ２に基づいて、コントローラ２００の基準位置算出部２０５が自動で算出することとする他、オペレーターが余裕距離Ｈ２を設定し、入力することで基準位置Ｋが設定され、基準位置記憶部２０６に記憶されることとしてもよい。余裕距離Ｈ２は、例えば、１０−３０μｍ程度とすることができる。

＜支持ステップＳ４＞
図２に示すように、支持部８ｂで試験片１１を支持するステップである。

この支持ステップＳ４は、撮像ステップＳ１と相対位置検出ステップＳ２とを実施する前または後の任意の段階で実施されることができる。

＜試験片破壊ステップＳ５＞
図８（Ａ）乃至（Ｅ）に示すように、支持部８ｂで支持された試験片１１に対して圧子３８を近接移動させ、圧子３８で試験片１１を押圧して破壊するとともに、試験片１１が破壊された時の荷重計測器３２（図３）の計測値を取得するステップである。なお、図８（Ａ）乃至（Ｅ）では、接触部材１２（図２）を省略した構成における例を示している。

まず、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧子３８は、先端３８ａが高さ位置Ｌ１（図７）から基準位置Ｋに到達するまでは、第一の速度ｓ１で下降するように制御される。より具体的には、圧子移動ユニット制御部２０２（図５）はパルスモータ４８（図３）の回転を制御し、第一の速度ｓ１で押圧ユニット２６を下降させる。

次いで、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、圧子３８の先端３８ａが基準位置Ｋに到達した際に圧子３８の減速が開始され、圧子３８の先端３８ａが試験片上面高さ位置Ｌ３に到達するまでに第二の速度ｓ２まで減速される。より具体的には、図７に示すように、押圧ユニット位置検出部２０７により押圧ユニット２６（移動ユニット２８）が高さ位置ＺＫに到達したことが検出されると、圧子移動ユニット制御部２０２（図５）はパルスモータ４８（図３）の回転を制御して第一の速度ｓ１から第二の速度ｓ２への減速を開始する。第二の速度ｓ２までの減速は、圧子３８の先端３８ａが基準位置Ｋから試験片上面高さ位置Ｌ３に至るまでの余裕距離Ｈ２の間において実現されればよい。

次いで、図８（Ｃ）に示すように、圧子３８の速度が第二の速度ｓ２となった状態において、圧子３８の先端３８ａが試験片１１に接触するとともに、図８（Ｄ）に示すようにそのまま第二の速度ｓ２で下降が継続することで、図８（Ｅ）に示すように試験片１１が破壊される。

以上のように、圧子３８は先端３８ａが基準位置Ｋに到達するまでは、第一の速度ｓ１で移動し、基準位置Ｋに到達した後に、第二の速度ｓ２となるまで減速し、第二の速度ｓ２を維持したまま下降を継続して試験片１１を破壊する。

ここで、第一の速度ｓ１は、例えば、１０ｍｍ／ｓと設定される。この第一の速度ｓ１は、圧子３８の先端３８ａが試験片１１に到達する前の速度であり、試験片１１の種別などに関係なく設定することが可能である。したがって、可能な限り速い速度に設定することで、圧子の先端を短時間で基準位置Ｋに到達させることができ、強度測定に要する時間を短縮することができる。

第二の速度ｓ２は、第一の速度よりも低速であり、例えば、０．０８ｍｍ／ｓと設定される。この第二の速度ｓ２は、測定方法や試験片の種別などにより適宜設定されるものである。また、例えば、ＳＥＭＩ規格では、圧子３８を移動させる速度は５ｍｍ／ｍｉｎ以下とする規格があり、第二の速度ｓ２は、このような規格にも対応するように設定されることで、規格に準じた試験を実施することができる。

＜抗折強度算出ステップＳ６＞
以上の図８（Ａ）乃至（Ｅ）の過程において、試験片１１の破壊時に圧子にかかった荷重が測定される。具体的には、まず、図８（Ａ）の状態から圧子３８を第一の速度ｓ１で基準位置Ｋまで移動させた後、図８（Ｂ）に示すように、圧子３８を第二の速度ｓ２で下降させ、図８（Ｃ）に示すように先端３８ａにて試験片１１の上面を押圧する。この際に圧子３８にかかる荷重（Ｚ軸方向の力）が、荷重計測器３２（図３）によって測定される。

図８（Ｄ）に示すように、圧子３８が更に下降すると、試験片１１が圧子３８によって更に押圧され、試験片１１を支持する接触部材１２が変形するとともに試験片１１が撓むとともに、試験片１１を押圧する圧子３８にかかる荷重が増大する。

図８（Ｅ）に示すように、圧子３８が更に下降すると、試験片１１がさらに撓んで試験片１１が破壊される。試験片１１が破壊されると、荷重計測器３２（図３）によって測定される荷重が最大値からゼロに減少する。そのため、荷重計測器３２によって測定された荷重の値の変化から、試験片１１が破壊されたタイミングを検出できる。また、荷重計測器３２によって測定された荷重の最大値が、試験片１１の強度に対応する。

具体的には、圧子３８にかかる荷重の最大値、一対の支持部８ｂの上端間の距離、試験片１１の寸法に基づき、試験片１１の抗折強度（曲げ応力値）が算出される。試験片１１を押圧する圧子３８にかかる荷重の最大値をＷ［Ｎ］、一対の支持部８ｂの上端間の距離をＬ［ｍｍ］、試験片１１の幅（一対の支持部８ｂを結ぶ直線と垂直な方向（Ｙ軸方向）における試験片１１の長さ）をｂ［ｍｍ］、試験片１１の厚さをｈ［ｍｍ］とすると、試験片１１の抗折強度（曲げ応力値）σは、以下の式で表される。
抗折強度σ＝３ＬＷ／２ｂｈ^２ （式１）
（Ｌ：支点間距離ｍｍ、Ｗ：圧子荷重値Ｎ、ｂ：試験片幅ｍｍ、ｈ：試験片厚みｍｍ）

以上の式１による抗折強度σの算出は、コントローラ２００に算出部を設け自動で算出されることとするほか、測定された圧子荷重値Ｎが外部に出力されてオペレーターによって算出されることや、別の装置に設けたソフトウェアにより算出されることも可能である。

以上のようにして本発明を実施することができる。
即ち、図１乃至図８に示すように、
所定の間隔を有して配設され、試験片１１の下面を支持する一対の支持部８ｂを有した支持ユニット６と、
支持ユニット６より上方且つ一対の支持部８ｂの間に配置された圧子３８と、
一対の支持部８ｂで支持された試験片１１に対して圧子３８を相対的に近接移動させる圧子移動ユニット４０と、
圧子３８が一対の支持部８ｂで支持された試験片１１を押圧する荷重を計測する荷重計測器３２と、
少なくとも圧子移動ユニット４０と撮像カメラ７２とを制御するコントローラ２００と、
支持部８ｂと圧子３８の先端３８ａとを撮像し撮像画像８０を形成する撮像カメラ７２と、を備え、
コントローラ２００は、圧子移動ユニット４０による圧子３８の移動方向における圧子３８の先端３８ａと支持部８ｂとの相対的な位置を撮像画像８０から検出する相対位置検出部２０１を備える、試験装置２とするものである。

これにより、基準厚みのシリコンチップを用いることなく、圧子３８と支持部８ｂの相対的な位置（距離Ｈ１）の検出が可能となり、手間と時間を削減できるとともに、基準厚みのシリコンチップを製作、準備するコストが削減され、測定後の廃棄も不要となる。

また、図５乃至図８に示すように、
コントローラ２００は、
圧子３８の移動方向において、支持部８ｂで支持された試験片１１よりも上方の基準位置Ｋを記憶する記憶部と、
支持部８ｂで支持された試験片１１を圧子３８で押圧する際に、圧子３８の先端３８ａが基準位置Ｋに到達するまでは第一の速度ｓ１で圧子３８を移動させ、
基準位置Ｋに到達した後に第一の速度ｓ１よりも低速の第二の速度ｓ２で圧子３８を移動させる圧子移動ユニット制御部２０２と、を更に含む、こととする。

これにより、圧子３８が試験片１１に到達する手前の基準位置Ｋまでは、比較的速い第一の速度ｓ１で移動することになり、強度の測定時間の短縮化が図られ、ひいては、スループットを向上させることができる。加えて、例えばＳＥＭＩ規格では、試験片を押圧する際に圧子を移動させる速度を５ｍｍ／ｍｉｎ以下とする規格があり、この規格に対応するように第二の速度を設定することで、規格に準じた試験を実施することができる。

また、図５乃至図８に示すように、
支持ユニット６の支持部８ｂと圧子３８の先端３８ａとを撮像カメラ７２で撮像し撮像画像８０を形成する撮像ステップＳ１と、
撮像画像８０をもとに圧子３８の先端３８ａと支持部８ｂとの相対的な位置（距離Ｈ１）を検出する相対位置検出ステップＳ２と、
撮像ステップＳ１と相対位置検出ステップＳ２とを実施する前または後に支持部８ｂで試験片１１を支持する支持ステップＳ４と、
支持部８ｂで支持された試験片１１に対して圧子３８を近接移動させることで圧子３８で試験片１１を押圧して破壊するとともに試験片１１が破壊された時の荷重計測器３２の計測値を取得する試験片破壊ステップＳ５と、を備えた試験方法とするものである。

これにより、基準厚みのシリコンチップを用いることなく、圧子３８と支持部８ｂの相対的な位置（距離Ｈ１）の検出が可能となり、手間と時間を削減できるとともに、基準厚みのシリコンチップを製作、準備するコストが削減され、測定後の廃棄も不要となる。

また、図５乃至図８に示すように、
少なくとも試験片破壊ステップＳ５を実施する前に、圧子３８の移動方向において、支持部８ｂで支持される試験片１１よりも上方の基準位置Ｋを設定する基準位置設定ステップＳ３を更に備え、
試験片破壊ステップＳ５では、圧子３８の先端３８ａが基準位置Ｋに到達するまでは第一の速度ｓ１で圧子３８を移動させ、
基準位置Ｋに到達した後に第一の速度ｓ１よりも低速の第二の速度ｓ２で圧子３８を移動させる、こととするものである。

これにより、圧子３８が試験片１１に到達する手前の基準位置Ｋまでは、比較的速い第一の速度ｓ１で移動することになり、強度の測定時間の短縮化が図られ、ひいては、スループットを向上させることができる。加えて、例えばＳＥＭＩ規格では、試験片を押圧する際に圧子を移動させる速度を５ｍｍ／ｍｉｎ以下とする規格があり、この規格に対応するように第二の速度を設定することで、規格に準じた試験を実施することができる。

２ 試験装置
６ 支持ユニット
８ 支持台
８ａ 上面
８ｂ 支持部
８ｃ 中点
１１ 試験片
１１Ａ 試験片
１４ 支持部移動機構
２６ 押圧ユニット
２８ 移動ユニット
３２ 荷重計測器
３４ 支持部材
３８ 圧子
３８ａ 先端
４０ 圧子移動ユニット
７２ 撮像カメラ
８０ 撮像画像
２００ コントローラ
２０１ 相対位置検出部
２０２ 圧子移動ユニット制御部
２０３ 支持部移動制御部
２０４ 撮像カメラ制御部
２０５ 基準位置算出部
２０６ 基準位置記憶部
３０２ 表示モニタ
Ｈ１ 距離
Ｈ２ 余裕距離
Ｋ 基準位置
Ｌ１ 高さ位置
Ｌ２ 高さ位置
Ｌ３ 高さ位置
Ｓ１ 撮像ステップ
Ｓ２ 相対位置検出ステップ
Ｓ３ 基準位置設定ステップ
Ｓ４ 支持ステップ
Ｓ５ 試験片破壊ステップ
Ｓ６ 抗折強度算出ステップ
ｓ１ 第一の速度
ｓ２ 第二の速度
Ｔ 厚さ

Claims (4)

1. 所定の間隔を有して配設され、試験片の下面を支持する一対の支持部を有した支持ユニットと、
   該支持ユニットより上方且つ一対の該支持部の間に配置された圧子と、
   一対の該支持部で支持された試験片に対して該圧子を相対的に近接移動させる圧子移動ユニットと、
   該圧子が一対の該支持部で支持された試験片を押圧する荷重を計測する荷重計測器と、
   少なくとも該圧子移動ユニットと該撮像カメラとを制御するコントローラと、
   該支持部と該圧子の先端とを撮像し撮像画像を形成する撮像カメラと、を備え、
   該コントローラは、該圧子移動ユニットによる該圧子の移動方向における該圧子の先端と該支持部との相対的な位置を該撮像画像から検出する相対位置検出部を備える、試験装置。
2. 該コントローラは、
   該圧子の該移動方向において、該支持部で支持された試験片よりも上方の基準位置を記憶する記憶部と、
   該支持部で支持された試験片を該圧子で押圧する際に、該圧子の先端が該基準位置に到達するまでは第一の速度で該圧子を移動させ、
   該基準位置に到達した後に該第一の速度よりも低速の第二の速度で該圧子を移動させる圧子移動ユニット制御部と、を更に含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の試験装置。
3. 請求項１に記載の試験装置を用いた試験方法であって、
   該支持ユニットの支持部と該圧子の先端とを該撮像カメラで撮像し撮像画像を形成する撮像ステップと、
   該撮像画像をもとに該圧子の先端と該支持部との相対的な位置を検出する相対位置検出ステップと、
   該撮像ステップと該相対位置検出ステップとを実施する前または後に該支持部で試験片を支持する支持ステップと、
   該支持部で支持された試験片に対して該圧子を近接移動させることで該圧子で試験片を押圧して破壊するとともに試験片が破壊された時の荷重計測器の計測値を取得する試験片破壊ステップと、を備えた試験方法。
4. 少なくとも該試験片破壊ステップを実施する前に、該圧子の該移動方向において、該支持部で支持される試験片よりも上方の基準位置を設定する基準位置設定ステップを更に備え、
   該試験片破壊ステップでは、該圧子の先端が該基準位置に到達するまでは第一の速度で該圧子を移動させ、
   該基準位置に到達した後に該第一の速度よりも低速の第二の速度で該圧子を移動させる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の試験方法。
   

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