JP3996263B2 - プローブに付着している異物の除去装置 - 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に付着している異物を除去する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハ上の集積回路、半導体ウエーハからチップに分離された集積回路、及び、チップのパッケージングが終了した集積回路は、回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（測定試験）をされる。この種の通電試験は、集積回路の電気接続用パッドすなわち電極部に通電可能の状態に接触される複数のプローブを備えたプローブカードを用いて行われる。
【０００３】
この種の通電試験において、プローブは、その針先を集積回路の電極部に押圧されることにより弧状に反る。このとき、プローブは、電極部表面を擦り、電極表面の素材（例えば、アルミニウム、半田）の一部を削り取る。このため、この種の通電試験においては、図４に示すように、削り取られた素材がプローブ１０の針先１２に異物１４として付着することを避けることができない。
【０００４】
このような異物が針先に付着していると、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。また、異物は、プローブが電極部に押圧されるたびに生長し、最終的に通電試験を不能にする。
【０００５】
上記のことから、この種の通電試験においては、針先に付着した異物を定期的に除去する作業が行われている。この種の除去作業として、プローブの針先を検査装置のチャックトップに配置された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設けたウエーハをチャックトップに搭載させ、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。
【０００６】
しかし、クリーニング部材を用いる方法は、これが基本的に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。
【０００７】
薬品を用いる方法は、薬品自体が危険であるから、除去作業自体も危険であり、しかも後処理が必要である。また、この方法は、プローブカードを検査装置から取り外した状態で作業を実行しなければならないから、プローブカードの着脱のために、検査装置の稼働率を下げ、生産性の問題を生じる。
【０００８】
【解決しようとする課題】
本発明の目的は、プローブの針先を損耗させることなく及び薬品を用いることなく、異物を容易に除去することにある。
【０００９】
【解決手段、作用及び効果】
本発明の異物除去装置は、被検査体に接触されるプローブに光線を指向させるための光路を有する第１の光学装置と、プローブに付着している異物を除去すべく異物除去用光線を前記第１の光学装置の前記光路に導入する第２の光学装置と、除去された異物を吸引する吸引ノズルとを含む。
【００１０】
プローブは、一般に、タングステンのような高融点金属材料から形成されている。これに対し、被検査体の電極部は、アルミニウムのような低融点金属材料で形成されているか、又は、表面に付着された半田を有する。このため、プローブの針先に付着する異物の融点は、プローブのそれに比べ著しく低い。
【００１１】
異物除去用光線がプローブの針先に高エネルギー密度で照射されると、異物は高温に加熱されて、溶融し、素材によっては蒸発する。しかし、そのような異物除去用光線がプローブの針先に照射されても、針先は高温に加熱されるものの、溶融しない。その結果、プローブの針先は異物除去作業により損耗することはない。
【００１２】
上記のように本発明によれば、異物除去用光線をプローブの針先に照射することにより異物を除去するから、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、異物を容易に除去することができる。
【００１３】
また、針先から除去された異物が吸引ノズルに吸引されてプローブの配置位置から除去されるから、除去された異物がプローブに再度付着することを防止することができる。
【００１４】
第１の光学装置は、前記光路を形成する光学系と、前記光路を介してプローブの針先を撮影するテレビカメラとを備えることができる。これにより、除去すべき異物が付着したプローブの針先をテレビカメラで確認し又は確認しつつ、そのプローブの針先に異物除去用光線を照射することができるから、異物が付着しているプローブを容易に探索することができるのみならず、異物を確実に除去することができる。
【００１５】
しかし、第１の光学装置は、前記光路を形成する光学系と、針先確認用光線をプローブの針先に指向させるべく前記光路に導入する光源と、前記光路を介して針先を撮影するテレビカメラとを備えた針先認識装置を利用してもよい。この場合も、上記と同様の理由から、異物が付着しているプローブを容易に探索することができるのみならず、異物を確実に除去することができる。
【００１６】
前記光学系は、針先に向かう光線を針先に集光するレンズと、針先から前記レンズを経た光線をテレビカメラに指向させるミラーとを含むことができる。
【００１７】
第２の光学装置は、異物除去用光線を発生する光源と、異物除去用光線を前記レンズに指向させると共に針先から前記レンズを経た光線をテレビカメラに指向させるミラーとを含むことができる。
【００１８】
第１の光学装置を被検査体のための支持装置であって測定ステージやチャック等の支持装置に配置し、第２の光学装置の少なくとも一部を第１の光学装置に組み付けてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照するに、検査装置２０は、集積回路２２の通電試験に用いられる。この検査装置２０は、検査すべき集積回路２２を受けるチャック２４と、このチャック２４を移動させるステージ２６と、集積回路２２に通電するための測定ヘッド２８と、異物を除去する異物除去装置３０とを含む。
【００２０】
チャック２４は、平板状のチャックベース３２の上にアダプタ３４を取り付け、アダプタ３４の上に平板状のチャックトップ３６を組み付けている。チャック２４は、また、チャックベース３２においてステージ２６の上に組み付けられている。集積回路２２は、チャックトップ３６に載置されて、図示しないバキューム装置によりチャックトップ３６に解除可能に吸着される。
【００２１】
ステージ２６は、チャック２４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、θ軸線（Ｚ軸線）の周りに移動させことにより、測定ヘッド２８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３８に配置されている。
【００２２】
それゆえに、ステージ２６は、チャック２４をＸ方向へ移動させるＸ移動機構４０をベース３８に組み付け、チャック２４をＹ方向へ移動させるＹ移動機構４２をＸ移動機構４０に組み付け、チャック２４をθ軸線の周りに移動させるθ移動機構４４をＹ移動機構４２に組み付け、チャック２４をＺ方向へ移動させるＺ移動機構４６をＹ移動機構４４に組み付けている。
【００２３】
チャック２４は、Ｚ移動機構４６に配置されて、チャックベース３２においてＺ移動機構４６に分離可能に組み付けられている。
【００２４】
測定ヘッド２８は、プローブカード５０を平板状のベース５２に、カード受け５４、カード押え５６及び止めねじ５８により、組み付けている。ベース５２及びカード受け５４は、それぞれ、プローブカード５０を配置するための開口６０及び６２を中央に有する。カード受け５４は、図示しない複数のねじ部材によりベース５２に取り付けられており、また開口６２の中心側に突出する受け部６４を下端側に有する。
【００２５】
プローブカード５０は、複数のプローブ１０を配線基板６６に針押え６８により、集積回路２２の電極部の配置パターンに応じて取り付けた一般的なプローブカードであり、中央に開口７０を有する。プローブカード５０は、プローブ１０が下方となる状態に、配線基板６６においてカード押え５６及び止めねじ５８により受け部６４に組み付けられている。
【００２６】
プローブ１０は、針先側の部分が開口７０の側に突出すると共に、針先１２が下方へ向く状態に、配線基板６６に分離可能に組み付けられている。
【００２７】
異物除去装置３０は、図２に示すように、チャックベース３２上に取り付けられたテレビカメラ７２と、テレビカメラ７２の受光部分に連結されたＬ字状の筒状部材７４と、筒状部材７４内に上下方向へ間隔をおいて配置された３つのミラー７６，７８，８０と、筒状部材７４の先端部に設けられた集光レンズ８２と、２種類の光源８４，８６と、異物を吸引する吸引ノズル８８とを含む。
【００２８】
テレビカメラ７２は、ミラー７６，７８，８０と集光レンズ８２とを介してプローブ１０の針先１２を撮影するように、チャックベース３２に設置されている。テレビカメラ７２の出力信号は、図示しないモニターに再生されると共に、図示しない画像処理回路において針先の位置及び異物の有無の自動的な確認のために処理される。
【００２９】
筒状部材７４は、テレビカメラ７２から水平方向へ伸び、次いで上方へ伸びる状態に、図示しない取付具によりチャックベース３２に組み付けられている。ミラー７６，７８，８０は、その光軸が一致するように、筒状部材７４の上下方向へ伸びる部分に配置されている。ミラー７６は通常のミラーであるが、ミラー７８及び８０ハーフミラーである。
【００３０】
第１及び第２の光源８４及び８６は、それぞれ、電力をケーブル９０及び９２から受けて針先確認用光線及び異物除去用光線をハーフミラー７８及び８０に指向させるように、筒状部材７４に取り付けられている。第１の光源８４はハロゲンランプとすることができ、第２の光源８６はレーザ発振器とすることができる。
【００３１】
第１の光源８４から発生された比較的弱い（低エネルギーの）針先確認用光線は、ミラー７８により上方へ偏向され、次いでレンズ８２により針先１２に集光される。これに対し、第２の光源８４から発生された比較的強い（高エネルギーの）異物除去用光線は、ミラー８０により上方へ偏向され、次いでレンズ８２により針先１２に高エネルギー密度の光スポットに集光される。
【００３２】
針先１２からの反射光線は、レンズ８２によりほぼ平行な光線に変換され、次いでミラー８０，７８，７６をその順に通過し、最終的にテレビカメラ７２に入射する。
【００３３】
図示の例では、異物除去装置３０のうち、テレビカメラ７２と、筒状部材７４と、ミラー７６，７８と、集光レンズ８２とは、針先確認装置を兼ねている。また、筒状部材７４と、ミラー７６，７８と、レンズ８２と、第１の光源８４とは、第１の光学装置及びその光学系を形成している。さらに、ミラー８０と、第２の光源８６とは、第２の光学装置を形成している。
【００３４】
なお、図示してはいないが、第１の光学装置は、レンズ８２の焦点を針先１２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。また、吸引ノズル８８は、異物除去時に、その先端部分がプローブカード５０の開口７０の上方となる位置に移動される。しかし、吸引ノズル８８は、その先端部が開口７０の上方となる位置に固定してもよい。
【００３５】
集積回路２２の通電試験は、プローブカードに対する集積回路２２の位置決め作業が終了した後に行われる。
【００３６】
位置決め作業時、光源８４から針先確認用光線を発生して針先１２を照明しつつ、及び、テレビカメラ７２により針先１２を撮影しつつ、ステージ２６を測定ヘッド２８に対して移動させて、適宜なプローブ１０の針先１２がテレビカメラ７２による画面上の所定位置に達したときの座標位置を記憶する作業が複数のプローブ１０に対して実行され、その後ステージ２６移動用のソフトウエア上の座標位置を決定する作業が実行される。このような位置決め作業は、図示しない制御装置により自動的に行われる。
【００３７】
通電試験時、先ず集積回路２２がステージ２６により測定ヘッド２４に対し所定の位置に移動され、次いで集積回路２２が測定ステージ２６により上昇されて集積回路の電極部をプローブ１０の針先１２に押圧され、その状態で所定のプローブ１０に通電される。このような通電試験も、図示しない制御装置により自動的に行われる。
【００３８】
プローブ１０の針先１２が集積回路２２の電極部に押圧されると、プローブ１０は、これが弧状に反ることから、電極部表面を擦り、電極部表面の素材の一部を削り取る。その結果、図４に示すように、削り取られた素材が異物１４としてプローブ１０の針先１２に付着する。このため、通電試験を一回以上行うたびに、異物１４を除去する作業がプローブ毎に行われる。
【００３９】
この異物除去作業時、先ず、光源８４から針先確認用光線を発生させて針先１２を照明しつつ、及び、テレビカメラ７２により針先１２を撮影しつつ、ステージ２６を測定ヘッド２８に対して移動させることにより、第１の光学装置の光学系の光軸がプローブ１０の針先１２の異物１４に一致されると共に、吸引ノズル８８がプローブカード５０の開口７０の上方へ移動される。次いで、その状態で光源８６から異物除去用光線が発生される。
【００４０】
異物除去用光線は、ミラー８０により針先１２の異物１４に高エネルギー密度のスポットに集光される。これにより、異物１４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１４は針先１２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１０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１０の針先１２を損耗させることなく、異物１４は除去される。
【００４１】
また、溶融除去された異物は、吸引ノズル８８により吸引されて、プローブカード５０の近傍から排出される。このため、溶融除去された異物がプローブ１０又はプローブカード５０に付着することが防止される。
【００４２】
異物１４を溶融除去する際、プローブ１０の針先１２及びそれに付着した異物１４をテレビカメラ７２で確認し又は確認しつつ、チャック２４を移動させるならば、異物除去用光線をプローブ１０の針先１４に正確に照射することができるから、異物１４が付着しているプローブ１０を確実に探索することができ、また異物１４を確実に除去することができる。
【００４３】
上記の実施例では、光源８４，８６を筒状部材７４に取り付けているが、光源８４，８６を筒状部材７４の配置位置から離れた箇所に配置し、光源８４及び８６からの針先確認用光線及び異物除去用光線をそれぞれ光ファイバーのような光りガイドにより筒状部材７４内に案内してもよい。同様に、テレビカメラ７２を筒状部材７４の配置位置から離れた箇所に配置し、ミラー７６の反射光を光ファイバーのような光ガイドによりテレビカメラに案内してもよい。
【００４４】
図３を参照するに、異物除去装置９４は、第２の光源８６を筒状部材７４の配置位置から離れた箇所に配置し、第２の光源８６からの異物除去用光線を光ファイバー９６により筒状部材７４内に案内している。
【００４５】
上記実施例は、いずれも、針先確認装置を第１の光学装置として用いているが、そのようにしなくてもよい。また、異物除去装置を、ステージ２６、特にθ移動機構４６に設置してもよいし、ステージ２６以外のステージ、例えば異物除去装置専用のステージに設置してもよい。さらに、吸引ノズル８８を、その先端部がプローブの近傍となる他の位置、例えばプローブカードの下側に配置してもよい。
【００４６】
本発明は、上記実施例に限定されない。たとえば、本発明は、集積回路検査用のプローブの異物除去装置のみならず、液晶パネル検査用のプローブの異物除去装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る異物除去装置を備えた検査装置の一実施例を示す図である。
【図２】 図１における異物除去装置及びプローブカードの部分を拡大した図である。
【図３】 他の異物除去装置及びプローブカードの部分を拡大した図である。
【図４】 プローブの針先とそれに付着した異物とを示す図である。
【符号の説明】
１０ プローブ
１２ 針先
１４ 異物
２０ 検査装置
２２ 集積回路（被検査体）
２４ チャック
２６ ステージ
２８ 測定ヘッド
３０，９４ 異物除去装置
３２ チャックベース
３６ チャックトップ
５０ プローブカード
５２ 測定ヘッドのベース
７２ ＴＶカメラ
７４ 筒状部材
７６，７８，８０ ミラー
８２ 集光レンズ
８４ 針先確認用光線のための光源
８６ 異物除去用光線のための光源
８８ 吸引ノズル
９０，９２ ケーブル
９６ 光ファイバー

Claims (6)

1. 被検査体に接触されるプローブに光線を指向させるための光路を有する第１の光学装置と、前記プローブに付着している異物を除去すべく異物除去用光線を前記第１の光学装置の前記光路に導入する第２の光学装置と、除去された異物を吸引する吸引ノズルとを含む、プローブに付着している異物の除去装置。
2. 前記第１の光学装置は、前記光路を形成する光学系と、前記光路を介して前記プローブの針先を撮影するテレビカメラとを備える、請求項１に記載の異物除去装置。
3. 前記第１の光学装置は、前記光路を形成する光学系と、針先確認用光線をプローブの針先に指向させるべく針先確認用光路に導入する光源と、光路を介して針先を撮影するテレビカメラとを備えた針先認識装置である、請求項１に記載の異物除去装置。
4. 前記光学系は、前記針先に向かう光線を前記針先に集光するレンズと、前記針先から前記レンズを経た光線を前記テレビカメラに指向させるミラーとを含む、請求項３に記載の異物除去装置。
5. 前記第２の光学装置は、前記異物除去用光線を発生する光源と、前記異物除去用光線を前記レンズに指向させると共に前記針先から前記レンズを経た光線を前記テレビカメラに指向させるように前記光学系に組み込まれたミラーとを含む、請求項３又は４に記載の異物除去装置。
6. 前記第１の光学装置は前記被検査体を支持する支持装置に配置されており、前記第２の光学装置の少なくとも一部は前記第１の光学装置に組み付けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の異物除去装置。

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