KR101067010B1

KR101067010B1 - 전기적 프로브시스템

Info

Publication number: KR101067010B1
Application number: KR1020057008957A
Authority: KR
Inventors: 시게키 이시카와; 마코토 와타나베
Original assignee: 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2011-09-22
Also published as: TW200415364A; TWI230796B; KR20050063811A; JP4486890B2; AU2003284411A1; WO2004046739A1; CN1714297A; CN1714297B; JPWO2004046739A1

Abstract

피검 기판(10)을 유지하는 유지 기구(2)와, 상기 유지 기구(2)에 대하여 위치 결정 가능한 프로브 유닛(3)을 구비하고, 상기 프로브 유닛(3)은 상기 기판(10)의 제1 패드 군(11k)에, 제1 스트로크 변역(V1) 내에서, 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제1 프로브 군(5a)과, 상기 기판(10)의 제2 패드 군(11k)에, 상기 제1 스트로크 변역(V1)과 다른 제2 스트로크 변역(V2) 내에서, 상기 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제2 프로브 군(5b)과, 상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)이 설치된 프로브 홀더(3d)를 구비한 전기적 프로브 시스템.

프로브, 기판, 검사, 위치결정, 패드, 스트로크, 접촉압력, 탄성접촉

Description

전기적 프로브시스템 {ELECTRIC PROBE SYSTEM}

본 발명은 전기적 프로브 시스템에 관한 것으로서, 특히 검사 대상이 되는 회로기판의 전기접점(이하 「패드」라고 함)에 개별적으로 접촉해서 검사를 위한 도전로를 구성하는 복수의 리펄시브 컨덕터 프로브(탄발식 도전성 접촉자, 이하 간단히 「프로브」라고 함)를 구비한 전기적 프로브 시스템에 관한 것이다.

전기적 프로브 시스템은 통상 피검사 기판을 유지하는 기판 유지기구와, 이 유지 기구에 대하여 로봇 등에 의해 3차원적으로 위치 결정이 가능한 프로브 유닛을 구비한다.

종래의 프로브 유닛은 복수의 프로브를 프로브 홀더의 한쪽 면에 동일한 조건으로 설치한 구성되어 있다.

따라서, 프로브의 접촉 대상이 되는 패드의 정점 부분을 포락(包絡)하는 면이 프로브 홀더의 프로브 설치면과 평행하면, 그것들의 프로브와 패드의 접촉압력이 균등하게 되어, 바람직한 측정정밀도를 얻을 수 있고, 검사를 원활하게 행할 수 있다.

반면, 피검사 기판이 자체 중량 혹은 접촉압력에 의해 변형되어, 패드 상부의 포락면이 프로브 설치면과 평행하지 않게 되면, 프로브와 패드의 접촉압력이 균 등하지 않게 되어, 측정정밀도에 그 영향이 나타나게 된다.

여기서, 종래에는 기판 유지 기구를 고안하고, 피검사 기판의 변형을 방지하여 원하는 측정정밀도를 유지하도록 하고 있었다(일본국 특개평11-153647호 공보 참조).

그러나, 기판 사이즈가 커짐에 따라, 변형 방지가 번거로워지고, 그 만큼 검사의 원활성이 떨어지고 있었다.

본 발명은 기판 사이즈가 커져도, 그 변형 방지 때문에 검사의 원활성이 떨어지지 않는 전기적 프로브 시스템을 제공하는 것을 하나의 과제로 한다.

본 발명자는 프로브를 패드에 탄성접촉시키는 전기적 프로브 시스템은 프로브의 접촉 성능이 양호하기 때문에, 그 스트로크(즉, 프로브의 신축에 따르는 선단부의 변위)가 적당한 폭 이내에 있으면, 원하는 측정정밀도를 유지 가능한 접촉압력을 얻을 수 있는 것을 확인하였고, 프로브의 설치 조건을 변경하여도, 그 스트로크 변역을 관리함으로써, 원하는 측정 정밀도를 유지 가능한 범위로 접촉압력을 조정할 수 있다는 것을 확인하여, 상기 과제를 해결하는 다음 발명을 행했다.

본 발명은 피검사 기판을 유지하는 유지 기구와, 상기 유지 기구에 대하여 위치 결정 가능한 프로브 유닛를 구비하고, 상기 프로브 유닛은, 상기 기판의 제1 패드 군(群)에 제1 스트로크 변역 내에서 소정 범위의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제1 프로브 군과, 상기 기판의 제2 패드 군에 상기 제1 스트로크 변역과 다른 제2 스트로크 변역 내에서 상기 소정 범위의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제2 프로브 군과, 상기 제1 및 제2 프로브 군이 설치된 프로브 홀더를 구비하는 전기적 프로브 시스템이다.

본 발명에 의하면, 제1 프로브 군이 소정 범위의 접촉압력에 의해 제1 패드 군에 탄성접촉 가능한 제1 스트로크 변역과, 제2 프로브 군이 동일한 범위의 접촉압력에 의해 제2 패드 군에 탄성접촉 가능한 제2 스트로크 변역이 상이하다.

이 때문에, 제1 패드 군의 상부 포락면이 제1 스트로크 변역에 포함되고, 또한 제2 패드 군의 상부 포락면이 제2 스트로크 변역에 포함되어 있으면, 각 포락면의 기복 또는 제1 및 제2 스트로크 변역의 차이에 관계없이, 제1 및 제2 프로브 군의 접촉압력이 소정의 범위에 들어가고, 원하는 측정정밀도가 유지된다.

따라서, 유지 기구에서 유지되는 피검사 기판의 변형을 예측하고, 그것에 따라 변위되는 패드 상부의 포락면을 단계적으로 분할하여, 인접하는 분할면의 내측 한 쪽에 대응하는 패드를 제1 패드 군이라 하고, 다른 쪽에 대응하는 패드를 제2 패드 군으로 하여, 이들 패드 군에 대처 가능한 프로브 군을 구비하는 프로브 유닛을 준비함으로써, 기판의 변형을 방지하지 않더라도 원하는 측정정밀도로 검사를 행할 수 있고, 기판 사이즈가 커져도 그 변형 방지로 인한 검사의 원활성이 떨어지지 않고 마치게 된다.

본 발명의 그 외의 과제, 특징 및 효과는 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 본 발명의 실시예를 통해 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 사시도이다.

도 2는 도 1의 전기적 프로브 시스템의 프로브의 단면도이다.

도 3은 도 2의 프로브의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 2의 프로브의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 5는 도 1의 전기적 프로브 시스템의 검사 대상이 되는 기판의 평면도이다.

도 6은 도 5의 기판을 유지하는 기판 유지 기구의 평면도이다.

도 7은 도 6의 기판 유지 기구의 변형예를 나타내는 평면도이다.

도 8은 도 6의 기판 유지 기구에 종래의 변형 방지 방식을 적용한 비교예의 설명도이다.

도 9는 도 6의 기판 유지 기구에서 유지된 기판의 변형을 예측하는 설명도이다.

도 10은 본 발명의 원리에 대한 설명도이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 측면도이다.

도 12는 도 11의 전기적 프로브 시스템의 프로브 유닛의 저면도이다.

도 13은 도 12의 프로브 유닛의 XIII-XIII선 단면도이다.

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 프로브 유닛의 저면도이다.

도 15는 도 14의 프로브 유닛의 XV-XV선 단면도이다.

도 16은 본 발명의 제4 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 측면도이다.

도 17은 도 16의 전기적 프로브 시스템의 하측 프로브 유닛의 사시도이다.

도 18은 본 발명의 제5 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 주요부 단면도이다.

도 19는 본 발명의 제6 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 주요부 단면도이다.

도 20은 본 발명의 제7 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템의 주요부 단면도이다.

이하에, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도면 중, 동일한 요소는 동일한 부호로 나타낸다.

(제1 실시예)

우선, 도 1∼도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예 및 그 변형예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS1)의 사시도이고, 도 2는 상기 프로브 시스템(PS1)의 임의의 프로브(5n, m)(1≤n≤N, 1≤m≤M; N, M=자연수, 이하 총칭적으로는 참조부호 5로 나타냄)의 단면도이고, 도 3 및 도 4는 각각의 프로브(5n, m)의 변형예를 나타내는 단면도이고, 도 5는 프로브 시스템(PS1)의 검사 대상이 되는 반도체 기판(10)의 평면도이고, 도 6은 기판(10)을 유지하는 기판 유지 기구(2)의 평면도이고, 도 7은 기판 유지 기구(2)의 변형예(12)를 나타내는 평면도이다.

제1 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS1)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(10)을 수평으로 유지하는 기판 유지 기구(2)와, 이 유지 기구(2)에 대하여 로봇 암(RA)에 의해 3차원적으로 위치 결정 가능한 프로브 유닛(3)을 구비한다.

프로브 유닛(3)은 「테스터」라고 하는 컴퓨터 지원 다축 위치 결정 로봇의 암(RA)에 의해 지지된 프로브 모듈로서 구성되고, 대략 평평한 절연성의 하우징(MH)과, 검사 대상이 되는 기판(10) 전용으로 배치된 중앙 및 좌우의 프로브 블록(5a, 5b, 5a)으로 이루어진다. 각 프로브 블록(5a, 5b, 5a)은 수백 또는 수천의 프로브(5n, m)를 모듈 하우징(MH)의 바닥면(3a, 3b, 3a)의 중앙영역에 설치하고, 각각의 접촉 하단부를 소정의 설계 거리로 노출시킨 매트릭스로서 구성된다.

모듈 하우징(MH)의 바닥면(3a, 3b, 3a)의 좌우의 영역(3a)은 단차(3c)를 통해 들어 올려, 기판(10)의 변형에 의한 접촉을 회피한다. 도면 중, 참조부호 6, 8은 장착 나사이고, 7은 위치 결정 핀의 삽입공이다.

모듈 하우징(MH)은 도 2에 나타나 있는 바와 같이, 판형의 하측 프로브 홀더(3d)와, 이 하측 프로브 홀더(3d)의 위에 적층된 판형의 중간 프로브 홀더(3e)와, 이 중간 프로브 홀더(3e)의 위에 적층된 판형의 상측 프로브 홀더(3f)와, 이 상측 프로브 홀더(3f)의 위에 적층되어 리드도체(W1)가 형성된 절연성 기판인 배선 플레이트(3g)를 포함한다.

상기 프로브 홀더(3d, 3e, 3f) 및 배선 플레이트(3g)는 서로 밀접하게 접합되어, 프로브(5)를 개별적으로 수용하는 지지공(SH)이 형성된다. 각 지지공(SH)은 하측 홀더(3d)를 종방향으로 통과하는 하측 지지공(SH1)과, 중간 홀더(3e)를 종방향으로 통과하는 중간 지지공(SH2)과, 상측 홀더(3f)를 종방향으로 통과하는 상측 지지공(SH3)으로 이루어진다. 하측 지지공(SH1)은 내측으로의 단차를 형성하여 하부(SH4)의 직경을 축소시키고, 상측 지지 구멍(SH3)도 내측으로의 단차를 형성하여 상단부(SH5)의 직경을 축소시킨다. 상측 지지 구멍(SH3)의 상단에서는 대응하는 리드 도체(W1)의 하단부가 내측으로 노출된다.

각 프로브(5n, m)는 도전성의 바늘형 부재인 상하의 플런저(PL1, PL2)의 사이에 개재된 도전성의 코일 스프링(SP1)을 갖는 탄발식의 도전성 접촉자(CP1)로서 구성된다.

상측의 플런저(PL1)는 중간 지지공(SH2)으로부터 상측 지지공(SH3)에 걸쳐 연장되는 비교적 기다란 샤프트부(PL11)와, 상측 지지공(SH3)의 소경부에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 비교적 짧은 침두부(針頭部)(PL12)와, 상측 지지공(SH3)의 대경부에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 중간 돌출부(PL13)를 갖는다.

하측의 플런저(PL2)는, 하측 지지공(SH1)의 대경부 내로 연장되는 비교적 짧은 샤프트부(PL21)와, 하측 지지공(SH1)의 소경부에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 바닥면(3b)보다 돌출하는 비교적 기다란 침두부(PL22)와, 하측 지지공(SH1)의 대경부에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 중간 돌출부(PL23)를 갖는다.

코일 스프링(SP1)은 상측 플런저(PL1)의 돌출부(PL13) 하측의 보스부로부터 샤프트부(PL11)를 따라 연장되는 피치 코일부(SP11)와, 상기 샤프트부(PL11)의 하단으로부터 하측 플런저(PL2)의 돌출부(PL23) 상측의 보스부에 걸쳐서 연장되는 밀착 코일부(SP12)로 이루어진다. 코일 스프링(SP1)은 상측 플런저(PL1)의 침두부(PL12)가 리드선(W1) 하단에 접하고 또한 하측 플런저(PL2)의 돌출부(PL23)가 하측 지지공(SH1)의 단차에 결합하는 신연 상태(이하, 「프리 상태」라고 함)와, 상측 플런저(PL1)의 침두부(PL12)가 리드선(W1) 하단에 접하고 또한 하측 플런저(PL2)의 샤프트부(PL22) 첨단이 홀더 바닥면(3b)과 동일한 면이 되는 축퇴 상태(이하, 「압축 상태」라고 함) 사이에서 신축한다.

상하 플런저(PL1, PL2)는 스프링(SP1)에 의해 항상 반대방향으로 편향되고, 하측 플런저(PL2)는 돌출부(PL23)에서 하측 지지공(SH1)의 단차에 밀려 접촉되고, 이에 따라 탈락이 저지되어, 침두부(PL22)의 첨단이 외측으로 돌출되고, 기판(10)의 대응 영역(11i, j)(1≤i≤I, 1≤j≤J; I, J=자연수)에 있는 패드(11k)의 상부에 탄성접촉한다. 상측 플런저(PL1)는 침두부(PL12)의 첨단이 리드 도체(W1)의 하단에 밀려 접촉된다. 이에 따라 도전성 접촉자(CP1)(=5n, m)가 패드(11k)와 리드 도체(W1)를 연결하는 도전로로써 기능한다.

각 프로브(5n, m)의 하측 플런저(PL2)의 침두부(PL22)는 코일 스프링(SP1)의 신축에 따라 지지공(SH)으로부터 출몰하고, 그 첨단이 코일 스프링(SP1)의 프리 상태에 대응하는 프리 스트로크 위치(PS1)로부터, 코일 스프링(SP1)의 압축 상태에 대응하는 압축 스트로크 위치(PS2)까지의(이하 「전체 스트로크」라고 함) 거리(h) 내에서 변위한다.

따라서, 기판(10)의 검사 영역(11i, j) 내에서 프로브(5n, m)에 대응하는 패드(11k)의 상부(보다 정확하게는 그 상면)를 홀더 바닥면(3b)으로부터 거리 d의 위치에 두고, 이 거리(d)를 전체 스트로크(h)보다 짧게 하면, 프로브(5n, m)의 하단(즉 하측 플런저 침두부(PL22)의 첨단)이 프리 스트로크 위치(PS1)로부터의 압축량 (h-d)에 따른 접촉압력(Pn, m)에서, 패드(11k)의 상부에 탄성접촉한다. 이 접촉압력(Pn, m)은 프리 스트로크 위치(PS1)에서는 대략 0이 되고, 압축 스트로크 위치(PS2)에서 최대(Pmax)가 된다.

개별 프로브(5n, m)에 의한 측정의 정밀도(즉, 유효 자릿수)는 고유의 상하한치(O<하한압く상한압<Pmax)에 의해 정의되는 압력대역폭(상한압-하한압) 내에서 접촉압력(Pn, m)에 연속적으로 의존하고, 따라서 프로브 유닛(3)에 의한 측정의 정밀도는(양질인 코일 스프링의 채용에 의해) 모든 프로브(5)의 압력대역폭에 중첩되게 하면, 그 중첩 내에서 접촉압력(Pn, m)의 절대치에 연속적으로 의존시킬 수 있고, 개별 프로브(5n, m)의 설치조건(부재 사양 및 설치 사양을 포함함)에 좌우되지 않는다.

이것은, 이론적인 측정정밀도에 대응하는 접촉압력의 기준치(즉, 이론적인 등압치)를 상기 압력대역폭의 중첩 내에서 정하고, 이 기준치의 상하에(모든 프로브(5)에 관하여) 공통의 미분영역을 설정하여, 그 영역 내의 접촉압력에서 측정을 실시하면 그 측정의 정밀도가 상기 이론적 정밀도의 수학적 근방(즉, 원하는 정밀도의 범위)에 포함되는 것을 의미한다.

한편, 개별 프로브(5n, m)의 접촉압력은 그 압축량(h-d)(=프로브 하단의 스트로크 변위)에 비례한다.

따라서, 원하는 정밀도를 얻는 동시에 이상적인 스트로크 변위의 기준치를 「국소적으로」 정하고, 이 기준치의 상하에서(모든 프로브(5)에 관해) 폭이 공통인 차분 영역(△Z)을 설정하여, 그 설정 변역(2△Z) 내의 스트로크에서 측정을 행 하면 원하는 측정정밀도를 유지할 수 있다.

이 점, 개별 프로브(5n, m)의 스트로크(h-d)는 측정 대상이 되는 기판 영역(11i, j)의 대응 부위에서의 홀더 바닥면(3b) 측으로의 변형에 대응하므로, 이 국소적인 변형을 포함하는 스트로크 변역을 상기 설정 변역(2△Z)으로서 선정하면, 기판(10)이 변형된 상태에서 측정하여도 원하는 측정 정밀도를 얻을 수 있다.

또, 프로브 시스템(PS1)은 유지 기구(2)에서 기판(10)을 표리(表裏) 반대로 유지함으로써, 기판(10) 이면의 패드 열을 검사할 수 있다.

이 점, 기판(10)을 표리 반대로 유지하는 대신에 프로브 유닛(3)을 로봇 암(RA)에 의해 기판(10)의 이면으로 이동 시켜도 되고, 그 경우 상기 프로브(5n, m)로서, 도 3에 나타낸 바와 같이 위를 향하는 검사용 도전성 접촉자(CP2) 또는 도 4에 나타낸 바와 같은 드럼형 코일 스프링형 도전성 접촉자(CP3)를 채용할 수 있다.

도 3의 도전성 접촉자(CP2)는 중앙의 코일 스프링 부재(SP2)와, 이 스프링 부재(SP2)의 양 단부에 연결되는 상측 도전성 침상체(PL3) 및 하측도전성 침상체(PL4)를 갖는다. 상측 침상체(PL3)는 직경이 큰 몸통부(PL31)와, 선단에 발톱부(PL32)가 형성된 작은 직경의 샤프트부(PL33)를 구비하고, 그 사이에 이탈방지 단차(PL34)가 형성된다. 발톱부(PL32)는 검사 대상이 되는 기판 영역(11i, j)의 이면에 제공된 패드 요소인 솔더볼(HB)에 탄성접촉된다. 침상체(PL3)의 단차(PL34)의 위치를 올려서, 접촉자(CP2)를 가동 부재와 함께 상방으로 발취 가능하도록 구성하여도 좋다. 하측의 침상체(PL4)는 작은 직경의 샤프트부(PL41)와, 배선 플레이트의 도체에 탄성접촉하는 원추형 기부(PL42) 사이에 돌출부(PL43)를 형성한다. 스프링 부재(SP2)는 상측의 침상체(PL3)의 몸통부(PL31) 하측의 보스부에 삽입되는 밀착 코일부(SP21)와, 하측의 침상체(PL4)의 돌출부(PL43) 상측의 보스부에 삽입되는 피치 코일부(SP22)를 갖는다.

도 4의 도전성 접촉자(CP3)는 그 전체가 코일 스프링 부재로 이루어지고, 소요 강성을 부여하는 상하 밀착 코일부(SP3, SP5)와, 그 사이를 연결하여 스프링력을 전달하는 피치 코일부(SP4)를 갖는다. 상하의 밀착 코일부(SP3, SP5)는 모두 대직경 코일부(SP31, SP51)와 소직경 코일부(SP32, SP52)의 경계부에 단차부(SP33, SP53)가 형성되어, 이에 의해 이탈되지 않게 된다

이상과 같이 피검 기판(10)은 프로브 시스템(PS1)에 의한 검사의 후공정에서 절단 분리되는 총 I×J개의 반도체 기판(11i, j)(이하, 총칭적으로 참조부호 11로 나타냄)을 도 5에 나타낸 바와 같이, 매트릭스형으로 패키지화한 메인부(10a)와, 그것을 포위하는 4변의 에지부(10b)로 구성된다.

각 반도체 기판(11)은 길이 L/3 × 폭 W의 치수를 가지고, 그 표리에는 다수의 패드(11k)가 소정의 위치에 형성되어 있다.

프로브 유닛(3)은 연속하는 3개의 반도체 기판(11i, j, 11i+1, j, 11i+2, j)(예를 들면 도면에 음영으로 나타낸 길이 L × 폭 W의 영역)을 동시에 검사한다.

피검 기판(10)을 유지하는 기판 유지 기구(2)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 한쪽 모서리가 결여된 사각형의 외측 프레임(2a)과, 그 3개의 모서리(2d, 2e, 2f) 및 4변부(2g, 2h, 2i, 2j)를 따라 연장되는 내측 에지부(2b)와, 외측 프레임(2a)의 결손 모서리부(2c)에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 가압 부재(2m)와, 이 가압 부재 (2m)를 외측 프레임(2a)의 내측으로 가압하는 가압 스프링(2k)과, 도 1에 나타낸 바와 같이 외측 프레임(2a)을 외측으로부터 지지하고 필요에 따라 반송 및 위치를 결정하는 유지 프레임(FR)을 갖는다.

피검 기판(10)은 약간의 가압 부분을 남기고 내측 에지부(2b)에 걸쳐지고, 가압 부재(2m)의 절결부(2n)를 기판(10)의 일각에 맞추어, 가압 스프링(2k)으로 가압하여, 다른 세 개의 모서리를 내측 에지부(2b)의 세 모서리(2p, 2q, 2r)에 가압함으로써 외측 프레임(2a)에 대한 위치 결정을 행한다.

피검 기판(10)은 도 6의 기판 유지 기구(2) 대신에, 도 7에 나타낸 기판 유지 기구(12)로 유지하여 좋다. 이 유지 기구(12)는 한 쌍의 코너 부재(12a, 12f)와, 이것을 유지하는, 미도시의 유지 프레임으로 구성되고, 각 코너 부재(12a, 12f)는 직각인 모서리(12b, 12g)를 구성하는 작은 치수의 외변 프레임(12c, 12d 및 12h, 12i)과, 그것에 대응하는 내측 에지(12e, 12j)를 구비하고, 기판(10)은 그 대각부를 내측 에지(12e, 12j)의 모서리(12p, 12q)에 위치 결정한다.

여기에서, 도 8∼도 10을 참조하여, 프로브 시스템(PS1)에 의한 기판(10)의 검사 방법에 대하여 설명한다.

도 8은 기판 유지 기구(2)에 종래의 변형 방지 방식을 적용한 비교 예의 설명도이고, 도 9는 기판 유지 기구(2)에서 유지된 기판(10)의 변형을 예측하는 설명도이며, 도 10은 본 발명의 원리 설명도이다.

종래에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, N × M개의 프로브(5)에 의한 접촉압력(PoxNxM)(및 기판(10)의 자체 중량)에 대항하는 반력(Pc)을 가해, 기판(10)의　휘 어짐을 보정하고, 검사대상 영역(11i, j, 11i+1, j, 11i+2, j)의 패드(11k)의 상부를 포락하는 면을 홀더 바닥면(3b)과 평행하게 하고 있었다. 즉, 원하는 검사 정밀도를 얻기 위해서 프로브(5)의 균등 접촉압력(Po)면(이하 「검사 기준면」이라고 함)을 평평한 검사 기준면(RS0)으로 바꾸어서 검사하였다. 이 기준면(RS0)은 모든 프로브(5)에 대하여 단일 설정되고, 패드(11k) 상부의 포락면에 일치한다.

본 발명에서는 상기 반력(Pc)에 의한 휘어짐 보정을 행하지 않고 검사를 하여, 휘어짐을 보정하는 시간을 절약한다. 이 때문에 종래 방식에 맞추어 고려하면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 프로브(5)의 균등 접촉압력(P1)면이 하방으로 휘어진 검사 기준면(RS1)이 되어, 용이하게 실현하기 어렵다. 이 기준면(RS1)도 패드(11k) 상부의 포락면에 일치한다.

본 발명은 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 검사 기준면(RS1)을 다음의 표 1에 가리키는 유한(有限) 개(이 경우 3개)의 공간영역(V1, V2, V3)에서 덮이는 기준면(RS-11, RS-12, RS-13)으로 나누고, 각각의 스트로크 변위의 기준치(즉, 대응하는 스트로크 변역(2△Z의 중심점)에 대응하는 평평한 기준면(RS-21, RS-22, RS-23)으로 치환하고, 이들 기준면을 합성한 새로운 검사 기준면(RS2)에 따라 검사하고 있어, 원활한 검사가 가능하다.

표 1: 공간영역(V1, V2, V3)의 치수

그런데, 피검 기판(10)은 그 패드(11k)의 피치가 해마다 미소화하고, 현재는 피치 0.2mm 정도인 것이 통상적이다. 이에 따라 프로브(5)의 피치가 미소화하고, 그 스트로크도 0.5mm 정도인 것이 상용되고, 더군다나 기판(10)이 1.0mm 이하로 얇아지는 경향이 있다.

또한, 기판(10)의 사이즈가 커져(예를 들면 1변이 30mm 이상), 프로브 유닛(3)의 하중에 의한 휘어짐도 커지고 있다.

여기서, 프로브 유닛(3)의 하중을 작게 하여 기판(10)을 보호하려고 하는 시도도 있지만, 거기에는 프로브(5)의 스트로크를 크게 하여 안정된 접촉을 꾀할 필요가 있다.

그러나, 기판(10)에 대한 접촉 안정성을 꾀하려 하면, 프로브의 스트로크가 약 0.5mm으로 짧아진 만큼, 더욱 가까워짐으로써 상부 프로브 유닛의 하부의 외주 에지부와 기판(10)의 피검사면의 간섭을 방지할 필요가 있다.

본 발명은, 검사 시에 기판에 대한 프로브의 접촉 안정성을 용이하게 꾀할 수 있도록 하는 것도 목적으로 하고 있다.

이 목적을 달성하기 위하여, 본 실시예에서는 피검 기판(10)에 대향하는 프로브 유닛(3)의 면에 프로브(5)의 패드(11k)에의 접촉에 의한 부하에 의해 발생하는 기판(10)의 휘어짐을 허용하는 단차(3c)를 형성하고 있다.

(제2 및 제3 실시예)

다음에, 도 11∼도 13을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예 및 그 변형예에 해당하는 제3 실시예에 관하여 설명한다. 또, 이하의 실시예에 있어서, 제1 실시예 와 동일한 요소는 그 참조부호 앞에 실시예의 번호를 첨부하여 나타내었다.

도 11은 제2 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS2)의 측면도이고, 도 12는 프로브 시스템(PS2)의 프로브 유닛(23)의 저면도이고, 도 13은 도 12의 XIII-XIII선 단면도이며, 도 14는 제3 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS3)의 프로브 유닛(33)의 저면도이며, 도 15는 도 14의 XV-XV선 단면도이다.

프로브 유닛(23)은 피검 기판(10)의 패드(11k)에 대응하는 복수의 프로브(25)를 구비하고, 그 기판(10)으로의 대향면(B)에 프로브(5)의 패드에 대한 접촉에 의한 부하에 의해 발생하는 기판(10)의 휘어짐을 허용하는 단차부(23c)를 갖는다.

프로브 유닛(23)은 편면 검사의 경우, 기판(10)의 상측에 위치한다.

이 프로브 유닛(23)은 둘레 에지부가 기판 가압 척(22)에 의해 지지된 기판(10)의 상방으로부터, 실린더 등의 구동에 의해 각 프로브(5)를 대응하는 패드(11k)에 탄성접촉시켜서 검사를 행한다. 이 때, 기판(10)은 프로브 유닛(23)의 부하에 의해 프로브 유닛(23)의 대향면(B)의 중앙부에 대응하는 부위가 골짜기가 되는 방향으로 뒤집힌다.

이러한 검사 시, 프로브 유닛(23)은 도 12에 나타낸 바와 같이, 기판(10)의 휘어짐을, 상기 대향면(B)에 형성된 단차부(23a)에서 해제시키고, 프로브 유닛(3)의 기판(10)의 피검사면(C)에 대한 에지부(A)의 접촉을 회피하고, 휘어짐에 기인하는 대향면(B)과 피검사면(C)의 오목부의 간격(d)을 작게 한다.

프로브 유닛(23)은 기판(10)의 휘어짐을 교정하지 않고, 그대로 받아들인다. 예를 들면 척(22)에 의한 지지부에서도 응력 집중이 일어나지 않는다.

에지부(A)의 피검사면(C)에 대한 접촉을 피하므로, 에지부(A)에 의한 기판(10)의 손상이 없다. 이 에지부의 불량에 대해서는 단차부(23a)의 경계가 되는 계단부(23c)의 중앙 에지부(E)도, 척(22)으로부터의 이격 거리(D)가 에지부(A)의 동일한 이격 거리에 비해서 충분히 길기 때문에, 중앙 에지부(E)의 접촉 하중은 에지부(A)의 그것과 비교하여 충분히 작게 된다.

기판(10)의 휘어짐에 기인하는 간격(d)을 작게 할 수 있고, 그만큼 프로브(25)의 스트로크를 줄일 수 있어, 프로브의 접촉 하중의 증대에 의한 접촉 안정성을 꾀할 수 있다.

도 12, 도 13 및 도 14, 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 단차부는 대향면(B)의 중앙부에 형성된 고위부(23b, 33b)의 측부에 형성되어 대향면(B)의 다른 부분을 고위부(23b, 33b)보다 낮은 위치에 형성하는 저위부(23a, 33a)로서 구성된다.

도 12, 도 13의 프로브 유닛(23)에서는 대향면(B)의 중앙부에 폭 방향으로 횡단하도록 하여 고위부(23b)가 형성되고, 저위부(23a)는 고위부(23b)의 양측 부분에 계단부(23c)를 경계로 하여 형성된다.

도 14, 도 15의 프로브 유닛(33)에서는 대향면(B)의 중앙부에 사각형평면의 고위부(33b)가 형성되고, 저위부(33a)는 고위부(33b)를 둘러싸고, 고위부(33b)의 주위에 형성된 계단부(33c)를 경계로 한다.

기판(10)의 휘어짐을 프로브 유닛(23, 33)의 대향면(B)에 저위부(23a, 33a)로서 형성한 단차부에서 해제시키고, 프로브 유닛(23, 33)의 외주 에지부가 기판(10)의 피검사면(C)에 간섭하는 것을 회피할 수 있고, 또한 대향면(B)의 중앙부를 고위부(23b, 33b)로 했기 때문에, 대향면(B)과 피검사면(C)의 오목부와의 간격(d)을 작게 할 수 있어, 프로브(25, 35)의 접촉 안정성을 확실하게 꾀할 수 있고, 피검사면(C)이 손상되지 않는다.

저위부(23a, 33a)는 고위부(23b, 33b)와의 고저차가 프로브(25, 35)의 전체 스트로크(h)의 15% 이상이 된다. 이 고저차는 계단부(23c, 33c)의 높이(H1)에 해당된다.

기판(10)의 휘어짐을 프로브 유닛(23, 33)의 대향면(B)에 형성한 저위부(23a, 33a)에서 해제시킬 때, 휨부가 저위부(23a, 33a)에 점차 근접하고, 거기의 프로브(25a, 35a)는 고위부(23b, 33b)의 프로브(25b, 35b)보다 큰 스트로크를 확보할 수 있고, 저위부(23a, 33a)에 있는 프로브(25a, 35a)의 피검사면(C)에 대한 접촉 하중을 증대시켜, 프로브의 접촉 안정성을 꾀할 수 있다.

저위부(23a, 33a)와 고위부(23b, 33b)의 고저차를 프로브(25, 35)의 전체 스트로크(h)의 15% 이상으로 한 것은 프로브의 피검사면(C)에 대한 접촉 안정성을 얻고, 프로브 유닛(23, 33)의 외주 에지부를 간섭시키지 않기 위해서이다.

도면에서, 참조부호 23d, 23e, 23f 및 33d, 33e, 33f는 프로브의 하측 홀더, 중간 홀더, 상측 홀더이고, 23g 및 33g는 배선 플레이트이고, L2, L21, L3, L31, L32는 길이 치수이고, W2, W21, W3, W31, W32는 폭 치수이고, 26, 36, 27, 37은 나사이고, 28a, 29a, 38a, 39a는 위치 결정 핀(28b, 29b, 38b, 39b)의 삽입공이다.

(제4 실시예)

다음에 도 16 및 도 17을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 관하여 설명한 다.

도 16은 제4 실시예에 관한 양면 동시 검사용 전기적 프로브 시스템(PS4)의 측면도이고, 도 17은 프로브 시스템(PS4)의 하측 프로브 유닛(44)의 사시도이다.

프로브 시스템(PS4)은 기판(10)을 상하로부터 협지하는 상부 및 하부 프로브 유닛(43, 44)을 실린더 등으로 구동하고, 각각의 프로브(45a, 45b 및 45c, 45d)를 대응하는 패드에 탄성접촉시켜 검사를 실시한다.

상부 프로브 유닛(43)은 고위부(43b) 및 기판(10)의 휘어짐을 허용하는 단차부(저위부)(43a)를 갖고, 하부 프로브 유닛(44)에도 단차부(저위부)(44a) 및 고위부(44b)가 형성되어, 기판(10)의 휘어짐이 간섭받지 않는다.

하부 프로브 유닛(44)의 저위부(44a)의 프로브(45c)는 고위부(44b)의 프로브(45d)보다도 검사 시의 스트로크가 작다. 이 때, 하부 프로브 유닛(44)에 의한 피검사면은 마더보드 장착 측이 되고, 마더보드 장착 측의 패드의 배치는 칩 탑재 측에 비해 피치가 상대적으로 크고, 또 하부 프로브 유닛(44)의 프로브(45c, 45d)는 상부 프로브 유닛(43)의 프로브(45a, 45b)에 비해 스트로크를 크게 할 수 있고, 더욱이 마더보드 장착 측은 패드 수가 칩 탑재 측보다 상당히 적어 프로브의 접촉이 안정적이다.

도면에서, 참조부호 44d, 44e, 44f는 프로브의 상측 홀더, 중간 홀더, 하측 홀더이고, 44g는 배선 플레이트이다.

(제5 및 제6 실시예)

다음에, 도 18 및 도 19를 참조하여 본 발명의 제5 실시예 및 그 변형예에 해당하는 제6 실시예에 관하여 설명한다.

도 18은 제5 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS5)의 주요부 단면도이고, 도 19는 제6 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS6)의 주요부 단면도이다.

프로브 시스템(PS5, PS6)의 프로브 유닛(54, 64)은 기판(10)의 패드에 대응하는 프로브(55, 65)를 구비하고, 기판(10)의 피검사면(C)과, 그에 대향하는 프로브 유닛(54, 64)의 면(B)과의 이격 거리가 프로브(55, 65)의 탄성접촉 부하에 의해 발생하는 기판(10)의 휘어짐에 따라 상이해진다.

프로브(55, 65)는 기판(10)의 휘어짐에 따라 그룹화((55c, 55d, 55c; 65c, 65d, 65c)되고, 그룹마다 상기 이격 거리에 따른 돌출량이 설정된다.

프로브 유닛(55)은 기판(10)의 휘어짐의 오목면 측의 피검사면(C)에 프로브부가 탄성접촉되고, 기판(10)의 오목면의 오목부에 대응하는 프로브(55d)가 최대 돌출량 그룹(G1)이 되고, 기판(10)의 오목면의 오목부의 양측의 경사면에 대응하는 프로브(55c)가 최소 돌출량 그룹(G2)이 된다.

프로브 유닛(65)은 기판(10)의 휘어짐의 볼록면 측의 피검사면(C)에 프로브가 탄성접촉하고, 기판(10)의 볼록면의 볼록부에 대응하는 프로브(65d)가 최소 돌출량 그룹(G2)이 되고, 기판(10)의 볼록면의 볼록부 양측의 경사면에 대응하는 프로브(65c)가 최대 돌출량 그룹(G1)이 된다.

프로브 유닛(55)은 편면 검사 시의 상부 프로브 유닛으로서 사용할 수 있고, 또한 프로브 유닛(55, 65)은 각각 양면 동시 검사 시의 상부 프로브 유닛, 하부 프로브 유닛으로서 사용할 수 있다.

프로브 유닛(55, 65)의 프로브(55, 65)는 기판(10)의 휘어짐에 따라 그룹화되고, 그룹마다 기판(10)의 피검사면(C)과 프로브 유닛의 대향면(B)의 이격 거리에 따른 돌출량을 가지므로, 상기 이격 거리의 차이에도 불구하고 피검사면(C) 전체에 안정적으로 접촉한다.

이러한 접촉 안정성은 기판(10)의 휘어짐을 교정하지 않고, 대략 남은 그대로 얻을 수 있기 때문에, 접촉 시의 응력 집중이 없다.

바람직하게는, 최대 돌출량 그룹(G1)과 최소 돌출량 그룹(G2)의 돌출량 차이(g)를 최대 돌출량의 20% 이상으로 설정한다.

예를 들면 그룹(G1)의 돌출량을 2mm, 그룹(G2)의 돌출량을 1.5mm로 한다.

검사 시에는 우선, 최대 돌출량 그룹(G1)의 프로브가 피검사면(C)에 접촉해서 기판(10)에 휘어짐을 생기게 하고, 프로브 유닛(54, 64) 내로 후퇴한다. 최대 돌출량 그룹(G1)의 프로브가 그 돌출량의 적어도 20%를 넘어서 후퇴한 후에, 최소 돌출량 그룹(G2)의 프로브가 피검사면(C)에 접촉하고, 그 후 다시 최대 및 최소 돌출량 그룹(G1, G2)의 프로브가 모두 후퇴한다. 이에 따라 각 그룹(G1, G2)의 프로브에 필요한 접촉 하중을 얻을 수 있다.

프로브 유닛(54, 64)은 최대 돌출량 그룹(G1)과 최소 돌출량 그룹(G2)의 중간 돌출량을 가지는 그룹을 구비해도 좋다.

최대 돌출량 그룹(G1)과 최소 돌출량 그룹(G2)의 돌출량 차이(g)가 최대 돌출량의 20% 미만인 경우에는 프로브의 피검사면(C)에 대한 접촉이 안정적이지 않다.

(제7 실시예)

다음에, 도 20을 참조하여 본 발명의 제5 및 제6 실시예의 변형예인 제7 실시예에 관하여 설명한다.

도 20은 제7 실시예에 관한 전기적 프로브 시스템(PS7)의 주요부 단면도이다.

프로브 시스템(PS7)은, 최대 돌출량 그룹(G1)은 프로브 유닛(74)의 피검사면에 대향하는 대향면 내에서 고위부(74b)에 제공된 프로브(75d)로 구성되고, 최소 돌출량 그룹(G2)은 상기 대향면 내에서 저위부(74a)에 제공된 프로브(75c)로 구성된다.

상기 각 부분(74a, 74b)으로부터의 프로브의 돌출량(a)은 동일하여, 고위부(74b)와 저위부(74a)의 단차에 의해, 최대 돌출량의 20% 이상이 되는 돌출량 차이(g)를 확보한다.

본 발명에 의하면, 피검 기판의 휘어짐을 프로브 유닛의 대향면에 형성한 단차부에서 해제시킴으로써, 프로브 유닛의 외주 에지부가 피검 기판의 피검사면에 간섭하는 것을 회피할 수 있고, 휘어짐에 기인하는 프로브 유닛의 대향면과 피검 기판의 피검사면의 오목부와의 간격을 작게 할 수 있기 때문에, 기판에 대한 프로브의 접촉 안정성을 용이하게 꾀할 수 있다.

피검 기판의 휘어짐을 프로브 유닛의 대향면에 저위부로서 형성한 단차부에서 해제시킴으로써, 프로브 유닛의 외주 에지부가 피검 기판의 피검사면에 간섭하는 것을 피할 수 있고, 대향면의 중앙부를 고위부에 형성하면, 휘어짐에 기인하는 프로브 유닛의 대향면과 피검 기판의 피검사면의 오목부의 간격을 한층 작게 할 수 있다.

단차부인 저위부와, 고위부의 고저차를 프로브의 전체 스트로크의 15% 이상으로 하여 접촉 안정성을 얻을 수 있다.

프로브를 피검 기판의 휘어짐에 따라 그룹화하고, 그룹마다 피검 기판의 피검사면과 프로브 유닛의 대향면과의 이격 거리에 따른 돌출량을 부여했기 때문에, 이격 거리의 차이에 관계없이 피검사면 전체에서 접촉 안정성을 얻을 수 있다.

이러한 접촉 안정성은 피검 기판의 휘어짐을 교정하는 것이 아니고, 휘어짐 상태를 대략 남긴 채 얻을 수 있으므로, 그 접촉 상태에서의 응력 집중을 피할 수 있다.

최대 돌출량 그룹과 최소 돌출량 그룹의 돌출량 차이를 최대 돌출량의 20% 이상으로 하여, 접촉 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판의 사이즈가 커져도 그 변형 방지로 인해 검사의 원활성이 손실되지 않는 전기적 프로브 시스템이 제공된다.

Claims

피검 기판(10)을 유지하는 유지 기구(2), 및

상기 유지 기구(2)에 대하여 위치 결정 가능한 프로브 유닛(3)

을 포함하고,

상기 프로브 유닛(3)은,

상기 피검 기판(10)의 제1 패드 군(11k)에, 제1 스트로크 변역(V1) 내에서, 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제1 프로브 군(5a),

상기 피검 기판(10)의 제2 패드 군(11k)에, 상기 제1 스트로크 변역(V1)과는 다른 제2 스트로크 변역(V2) 내에서, 상기 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제2 프로브 군(5b), 및

상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)이 설치된 프로브 홀더(3d)

를 포함하고,

상기 피검 기판(10)의 프로브 검사 동안, 상기 기판(10)은 상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)의 상기 제1 및 제2 패드 군(11k)에의 접촉에 의한 부하 및 자중에 의해 본래의 형태로부터 휘어져 변형된 채로 유지되는 것을 특징으로 하는 전기적 프로브 시스템.
피검 기판의 패드에 대응하여 복수의 프로브를 구비한 기판 검사용 프로브 유닛에 있어서,

상기 피검 기판에 대향하는 상기 프로브 유닛의 대향면에, 상기 프로브의 상기 패드에 대한 접촉에 의한 부하로 인해 발생되는 상기 피검 기판의 휘어짐을 허용하는 단차부가 형성되고,

상기 단차부는, 상기 대향면의 중앙부에 형성된 고위부의 측부에 형성되어 상기 대향면의 다른 부분을 상기 고위부보다 낮은 위치에 형성하는 저위부로 하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 검사용 프로브 유닛.
삭제
제2항에 있어서,

상기 저위부는 상기 고위부와의 고저차가 상기 프로브의 전체 스트로크의 15% 이상이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 검사용 프로브 유닛.
피검 기판의 패드에 대응하여 복수의 프로브를 구비한 기판 검사용 프로브 유닛에 있어서,

상기 피검 기판의 피검사면과, 상기 피검사면에 대향하는 상기 프로브 유닛의 대향면의 이격 거리는, 상기 프로브의 상기 패드에 대한 접촉에 의한 부하로 인해 발생되는 상기 피검 기판의 휘어짐에 따라 상이해지고,

상기 복수의 프로브는, 상기 피검 기판의 휘어짐에 따라 그룹화되는 동시에, 각 그룹마다에 상기 이격 거리에 대응한 상기 피검 기판의 피검사면에 대한 높이를 가지고 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 검사용 프로브 유닛.
제5항에 있어서,

상기 복수의 프로브는, 최대 높이 그룹 및 최소 높이 그룹을 적어도 가지고 그룹화되어 있고, 또한

상기 최대 높이 그룹과 최소 높이 그룹의 높이의 차이가 최대 높이의 20% 이상이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 검사용 프로브 유닛.
피검 기판(10)을 유지하는 유지 기구(2), 및

상기 유지 기구(2)에 대하여 위치 결정 가능한 프로브 유닛(3)

을 포함하고,

상기 프로브 유닛(3)은,

상기 피검 기판(10)의 제1 패드 군(11k)에, 제1 스트로크 변역(V1) 내에서, 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제1 프로브 군(5a),

상기 피검 기판(10)의 제2 패드 군(11k)에, 상기 제1 스트로크 변역(V1)과는 다른 제2 스트로크 변역(V2) 내에서, 상기 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제2 프로브 군(5b), 및

상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)이 설치된 프로브 홀더(3d)

를 포함하고,

상기 피검 기판에 대향하는 상기 프로브 유닛(3)의 대향면에, 상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)의 상기 제1 및 제2 패드 군(11k, 11k)에의 접촉에 의한 부하로 인해 발생되는 상기 피검 기판(10)의 휘어짐을 허용하는 단차부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 프로브 시스템.
피검 기판(10)을 유지하는 유지 기구(2), 및

상기 유지 기구(2)에 대하여 위치 결정 가능한 프로브 유닛(3)

을 포함하고,

상기 프로브 유닛(3)은,

상기 피검 기판(10)의 제1 패드 군(11k)에, 제1 스트로크 변역(V1) 내에서, 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제1 프로브 군(5a),

상기 피검 기판(10)의 제2 패드 군(11k)에, 상기 제1 스트로크 변역(V1)과는 다른 제2 스트로크 변역(V2) 내에서, 상기 소정 범위(2△Z)의 접촉압력에 의해 탄성접촉 가능한 제2 프로브 군(5b), 및

상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)이 설치된 프로브 홀더(3d)

를 포함하고,

상기 피검 기판(10)의 피검사면과, 상기 피검사면에 대향하는 상기 프로브 유닛(3)의 대향면의 이격 거리는, 상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)의 상기 제1 및 제2 패드 군(11k)에의 접촉에 의한 부하로 인해 발생하는 상기 피검 기판(10)의 휘어짐에 따라 상이해지고,

상기 제1 및 제2 프로브 군(5a, 5b)은, 상기 피검 기판(10)의 휘어짐에 따라 그룹화되는 동시에, 각 그룹마다에 상기 이격 거리에 대응하는 돌출량을 가지고 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 프로브 시스템.