JP3900325B2 - プローブの清掃装置 - Google Patents

Description

【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】
このことから、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２８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２８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２２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、１００ｎｍ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（ＹＡＧ）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６０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７４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７４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１４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１２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

Claims (7)

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、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とを含み、前記駆動装置は前記カードホルダをベース上で移動可能に保持するＸＹＺステージを備え、前記電気的特性確認装置は、ベース上を移動可能に支持されたコンタクトステージを備え、該コンタクトステージに前記接触部材が取付けられており、前記コンタクトステージの移動により、前記接触部材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の位置との間で移動される、プローブの清掃装置。
2. 前記駆動装置は、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. 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. 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. 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. 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. 前記ＸＹＺステージは、前記カードホルダを三次元的に移動させるステージである、請求項１から６のいずれか１項に記載の清掃装置。

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