JP3832306B2 - プローブ、およびこれを用いたマルチプローブ、電気回路検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気回路の電気特性を測定検査する電気回路検査装置に係り、特に、複数の測定点を同時に測定する事が求められる、例えば半導体パッケージ等の検査に用いられるプローブ、およびこれを用いたマルチプローブ、電気回路検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば半導体パッケージの特性試験においては、ソケット方式のコンタクト装置が最も多く使用されている。図７は、ソケット方式のプローブの一例を示すものである。
【０００３】
すなわち、従来のプローブは、たとえば半導体パッケージ９１のパッケージ部９２をガイドするガイド材９４と、このガイド材９４の周囲に、半導体パッケージ９１のリード端子９３と同じピッチで配置された複数の板ばね９５とを、樹脂９６により固定した構成となっている。
【０００４】
そして、吸着により上ガイド９７に保持された半導体パッケージ９１が上記ガイド材９４に沿って降下されることにより、たとえば図８に示すように、半導体パッケージ９１は位置決めされ、各リード端子９３と板ばね９５のそれぞれとが接触されるようになっている。
【０００５】
その際、板ばね９５はたわみにより沈み、たとえば図９に示すように、リード端子９３の表面に付着する酸化膜を掻き落とすようになっている。
以上の様にして、半導体パッケージ９１の各リード端子９３が、プローブの板ばね９５のそれぞれに確実に接触されることで、半導体パッケージ９１の特性試験が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した方式のプローブにあっては、以下のような問題点があった。
たとえば、板ばねのたわみによる沈み、たとえば図９に示すように、リード端子９３の表面に付着する酸化膜を掻き落すだけでは、確実な接触がはかれなかった。
また、リード端子９３の多ピン化および狭ピッチ化が図られており、これに応じて、プローブのの構造が複雑化するなどの欠点があった。
【０００７】
すなわち、リード端子９３の多ピン化および狭ピッチ化は、板ばね９５の本数の増加や相互間ピッチの減少につながるため、その分、プローブの組み立てが複雑になる欠点があった。
そこで、確実な接触が図れ、しかも狭ピッチ化に対応できるプローブ、およびこれを用いたマルチプローブ、電気回路検査装置が望まれていた。
【０００８】
更に、従来の方法では、線的な検査であり、面的な検査には順次検査装置を少しずつ動かしながら検査を行わなければならなかった。
そこで、平面形状に散らばっている測定点を一括に検査できるプローブ、およびこれを用いたマルチプローブ、電気回路検査装置が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明では、端部に探針と、探針から電気信号を引き出す信号配線と、容量素子と、誘導素子と、光電変換素子とが設けられた基板と、容量素子および光電変換素子と向かい合う対向電極とからなり、容量素子と誘導素子とがアンテナを形成している事を特徴とするプローブを提供するものである。
【００１０】
これにより、従来の撓みによる被検査対象の被検査電極の酸化膜除去だけでは不十分な場合でも酸化膜除去が容易にできる様になった。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のプローブがマトリックス状に形成されている事を特徴とするマルチプローブを提供するものである。
【００１２】
これにより、単純な構成であるため、狭いピッチの検査に対応できる様になった。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１記載のプローブがマトリックス状に形成されている請求項２記載のマルチプローブと、全プローブのアンテナに電磁波を供給する手段と、プローブの光電変換素子に選択的に光を照射する手段と、探針で得られた信号により電気回路を検査する検査手段を備えている事を特徴とする電気回路検査装置を提供するものである。
【００１４】
これにより、被検査対象の被検査電極の酸化膜除去を確実に行う事ができる様になった。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のプローブは、基板、信号配線、容量素子、誘導素子、光電変換素子、対向電極とからなっており、その基板は回動可能な支持部材により支えられている。
支持部材は、板状のもの、棒状のものなど各種のものが考えられる。信号配線は、この支持部材を通して検査装置に回路形成するのが好ましい。
また、基板の傾きを容易にするには、円筒形の形状が好ましく、基板と別に形成するのが好ましい。
但し、基板と共通して製造した方が、製造が容易でしかも曲がり方向を上下方向だけに限定する事が容易な、板状が好ましい場合もある。
【００１６】
基板は、探針と容量素子、誘導素子、光電変換素子を取り付け、もしくは基板に形成されるものであるため、半導体材料の方が、容量素子、誘導素子、光電変換素子の形成が容易であり、好ましくない場合がある。
なお、半導体材料の場合は、素子間で電気伝導が生じるため、その間の電気的影響を防止するために探針側と、対向電極側を電気的に分離するためにその間に絶縁性の層を設けるのが実際的である。
【００１７】
例えば、可撓性のあり、微細加工可能なシリコンウエハーなどである。
基板は、支持部材により中央で直線上に支持されている。従って、基板は支持部材により両側に分かれており、その一つの側の端部に探針が設けられている。
探針のある側の探針のある面には、その探針以外の領域には誘導素子が設けられている。
【００１８】
例えば、マイラやカプトンで代表される様な絶縁フィルムを挟んだ２枚のシリコンウエハをパターンニングする事で作成され、その表面に誘導素子、容量素子、光電変換素子を例えばフォトリソ法で形成する事で形成する。
【００１９】
探針は、単に測定だけに用いるものの様な構造でも構わないが、酸化膜の様な測定の障害になる様な表面を掻き落とす機能を併せ持っている必要がある為に、強度を高くする方が、使用に耐えうる寿命が延びて好ましい。
使用寿命だけなら先端が鈍な形状が好ましいが、掻き落とし性能を考えれば先端部が尖っていた方が好ましく、これは用途により適宜選択すれば良い。
【００２０】
この容量素子と光電変換素子は、対向電極と向かい合っているのが好ましいが、両方を同時に対峙させることはできず、また、容量素子は誘導素子とＬＣ共振回路を形成させる必要の関係上、対向電極と向かい合わない面に形成する場合もある。
【００２１】
対向電極は、固定された何らかの支持部材に設けられており、それらの素子と対向電極は、何等電気的力が働かない場合は、一定間隔を挟んで対向している。
それらの素子は、ほぼ同じ面積を有するものでも構わないが、対向する場所のみでは受信もしくは受光に支障がある場合もあるため、その対向電極と対峙するだけではなく、受信もしくは受光領域を考慮した面積とするのが好ましい場合が多い。
【００２２】
この様に形成する事により、容量素子および光電変換素子が対向電極とクーロン力を働かせて引き合い、もしくは斥けあう事により基板の角度を変え、どちらの側を電気回路に近づけもしくは遠ざける事ができる。
これにより、探針を電気回路から接触させたり、遠ざけたりする事ができる。
これは、基板の支持部分がが撓むことによって、可能になるものである。
【００２３】
探針の材料は、導電性がある事と、剛性がある程度ある事が条件となる。従って、銅、銅合金、銀合金、アルミ合金など用途に応じて適宜選択可能である。
探針の接合は、位置合わせの正確性が高い必要があるが、電鋳、アニールなどの方法によって作成出来る。
【００２４】
対向電極は、基板とは別の支持部材に設けられるものであるが、容量素子および光電変換素子に対するクーロン力が大きくなる位置、大きさで形成する。
【００２５】
本発明のマルチプローブは、この様なプローブがマトリックス状に並んでいるものである。この場合、対向電極はプローブと同数設ける必要性はなく、接地電位を規定するものであれば、共通電極とすることも可能である。
【００２６】
この場合のマルチプローブは、多数狭ピッチで作成する為に、プレスやエッチング、電着などの手段により板状の形状をした方が製作が容易である。
このマルチの場合を含めて、プローブに電極及び配線を設ける方法も、導電印刷、パターンエッチング等どの様な方法をとるものでも構わない。
【００２７】
制御手段は、少なくとも振動モード、測定モード、停止モードからなっている。もちろん、テストモード等の他のモードを実現できるものであっても構わない。
【００２８】
振動モードにおいては、基板を支持部材から遠ざけた、つまり電気回路と探針を接触させた状態で振動を与える動作を起こすモードであり、測定モードに先立って行われる。
【００２９】
従って、全面に設けられたプローブのＬＣ回路の共振周波数と同じ１ｋＨｚの周波数を持つ電磁波を照射するもので、照射されたプローブは無負荷における半減時間０．１秒以上の間振動し、プローブが振動する。
なお、振動モードとの間に停止モードを含んでも含まなくても構わない。但し、振動モードで電磁波送信を停止しても振動が完全になくなる訳ではなく、共振が減衰して振動が収まることにより自然と他のモードに移るものである。
【００３０】
測定モードにおいては、基板を支持部材から遠ざけた、つまり電気回路と探針を接触させた状態で固定するモードで。
従って、測定が必要なプローブの光電変換素子のみ選択的に、同時もしくは逐次照射し、照射されたプローブは半減時間０．５秒以上の維持し、プローブが接触する。
停止モードにおいては、支持部分を撓ませない状態で固定されるモードである。
【００３１】
検査手段は、探針から引き出された信号配線からの信号に基づき行われる。信号処理は、目的の二点間または目的の点とグランド間の抵抗値を測定する事により検査する。
【００３２】
電磁波を供給する手段は、プローブの背面、特に対向電極よりもさらに遠方に設けられるものであり、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの電磁波を５Ｗ以上全面に照射できるものであれば構わない。
【００３３】
光を照射する手段は、プローブの背面、特に対向電極よりもさらに遠方に設けられるものであり、光を全面に照射できるものであれば構わない。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
以下本発明に一実施例について図面を参考にして詳細に説明する。
図１は、本願発明の一実施例の断面図であり、図２は同一実施例の基板の平面図、図４は、同一実施例の概念ブロック図である。
【００３５】
基板１１は、その対向辺の中央部で結合している２つの支持部材１６により支えられており、その支持部材１６により２つのほぼ同じ大きさの側に基板の領域が分かれている。
その基板１１の一方の側の端部に探針１２が設けられている。その探針１２から電気信号を引き出す信号配線１７が支持部材１６を経由して外部に配線として引き出されている。
【００３６】
探針と同じ面の、探針と同じ側の探針を除く領域に、誘導素子１３が設けられている。
この誘導素子１３は探針１２やその信号配線１７と電気的接触が起こらない様に最小限の間隔を設けて形成されている。
【００３７】
また、探針と同じ面の、探針と逆の側の探針を除く領域に、容量素子１４が設けられている。
この容量素子１４と誘導素子１３は配線がなされており、ＬＣ共振回路をなし、これによりアンテナとしての役割も同時に果たすものである。
【００３８】
また、探針と逆の面の全面には、光電変換素子１５が設けられている。
その、探針と逆な面の、探針と逆の側の部分に対向する様に、基材１９に支えられた対向電極１８が設けられている。
これが、実際には３２×３２個マトリックス状に並んでいる。
【００３９】
基板は、絶縁フィルムおよびこれを中に挟んだ素子用シリコンウエハと、強度維持用シリコンウエハからなっている。
素子用シリコンウエハ（三菱マテリアル株式会社製）に、酸化膜を表裏両面に形成した。
【００４０】
次に、表面にレジストを形成し、フォトマスクを用いてパターン露光した。
このフォトマスクパターンは、支持部材の接続用ピン基部、パッド、およびそれらの接続配線形成部のパターンである。
【００４１】
次に現像し、未露光部分を除去し、次に表面全面に銅により蒸着処理を行い、レジスト除去することによりそのレジストの上の部分に形成した銅を除去し、パターンニングを行った。
【００４２】
この結果、支持部材の接続用ピン基部、パッド、およびそれらの接続配線形成部のパターンのみ銅層が残った。
さらに、ウエハ表面にレジストを形成し、フォトマスクを用いてパターン露光した。
このフォトマスクパターンは、支持部材の接続用ピン部、容量素子パターン、誘導素子パターン、およびそれらを配線してＬＣ共振回路であるアンテナを形成するパターンである。
【００４３】
次に現像し、未露光部分を除去し、次に表面全面に銅により電鋳処理をクロムを用いて行い、レジスト除去することによりそのレジストの上の部分に形成したクロムを除去し、パターンニングを行った。
さらに、ウエハ裏面に裏止め剤を形成し、光電変換素子（受光素子）を形成した。
【００４４】
その後、ウエハ裏面にレジスト形成し、フォトマスクを用いてパターン露光した。
このフォトマスクパターンは、光電変換素子用電極、パッド、およびそれらの配線を形成するパターンである。
【００４５】
次に現像し、未露光部分を除去し、次に裏面全面に銅により蒸着処理を行い、レジスト除去することによりそのレジストの上の部分に形成した銅を除去し、パターンニングを行った。
【００４６】
最後に、ウエハ表面にレジストを形成し、フォトマスクを用いてパターン露光した。
このフォトマスクパターンは、基板外形パターンである。
【００４７】
次に現像し、未露光部分を除去し、次にドライエッチングを行い、レジスト除去することにより素子用シリコンウエハの作成を行った。
【００４８】
次に強度維持用シリコンウエハ（膜厚１．５ｍｍ）に酸化膜を表裏両面に形成した。
【００４９】
次に、表面にレジストを形成し、フォトマスクを用いてパターン露光した。
このフォトマスクパターンは、探針領域、パッド、およびそれらの接続配線形成部のパターンである。
【００５０】
次に現像し、未露光部分を除去し、次に表面全面に銅により蒸着処理を行い、レジスト除去することによりそのレジストの上の部分に形成した銅を除去し、パターンニングを行った。
この結果、探針領域、パッド、およびそれらの接続配線形成部のパターンのみ銅層が残った。
【００５１】
最後に、素子用シリコンウエハと、強度維持用シリコンウエハの裏面どうしを絶縁フィルム（材質マイラ、膜厚１５０μｍ）を中に挟んだ状態で熱圧着し、基板を形成した。
【００５２】
この様に形成された基板に、探針を設けた後、両シリコンウエハ間の配線を行う。
さらに、支持部材を、基板の支持部材接続用ピン基部に、ピンを基板に固定する。
次に、対向電極１８は基材１９上に一様に形成されている。
【００５３】
また基材１９は、基板１１の探針１２が設けられていない側の部分に対応する位置、および外部のみ設けられ、当然基板１１の探針１２が設けられている側の部分に対応する位置は空隙となっている。
【００５４】
さらに、基材１９の背面には、全プローブのアンテナに電磁波を供給する手段として、広帯域高周波アンテナ７１が設けられている。
【００５５】
それとは別途、基材１９の背面には、個々のプローブを選択して光を照射する光学系が設けられており、これは光源７３とミラーデバイス７２とからなっている。光源７３は、マルチプローブ範囲外から水平に光線が照射され、ミラーデバイス７２により個々のプローブに位置合わせを行った上で照射することが可能になっている。
【００５６】
このアンテナに電磁波を供給する手段として、広帯域高周波アンテナ７１が、設けられている。
この結果、対電極１３、１４両方と対向電極１８に１００Ｖを掛けて、定常状態にすると、その結果電極どうしが反発し、基板１１は探針１２部分で反発した。
【００５７】
この広帯域高周波アンテナ７１から最高出力で出力した場合、基板が傾いて首振り運動を行う。その結果、電気回路の表面の酸化膜を除去できる。
さらに、光源７３から最大出力で光束を出し、その光束をミラーデバイス７２により方向を変えた上で焦点を位置合わせし、マルチプローブ３１上のプローブに照射した場合、そのプローブは照射から接触し続けた。
【００５８】
制御手段は、測定用フロントエンドコントローラ２１と、パソコン２２とコントローラ２３、測定用治具２４からなる。
測定用治具２４は、被検査対象４３を載置し固定した場合に探針１２が接触する位置に固定されるとともに、被検査対象４３に規定の電位を提供する操作も行う。
【００５９】
図４には、フロントエンドコントローラ２１の詳細を説明するための本発明のブロック構成図を示す。３１はマルチプローブ、４２はプローブを順次走査する様にミラーデバイス７３を位置制御するミラーデバイスアクチュエーター７５である。８２は、該当するプローブに来たときに光源７２から光束を照射するスイッチング回路である。５０は、このスイッチング回路８２と走査回路４２を制御して照射を制御する照射制御回路である。
【００６０】
他方、８３はスイッチング回路であり、広帯域高周波アンテナ７１のスイッチングを制御する。このスイッチング回路８２とスイッチング回路８３を制御する事によりモードを制御するモード回路８１が設けられている。
また、４３は被検査対象、４４はマルチプローブの各探針がそれぞれ均等に被検査対象３４に接触されるように被検査対象の傾きを補正するアクチュエータ、４５は傾き補正制御回路である。また、４６はこれらの部材を支持する構造体である。
【００６１】
これら照射制御回路５０、モード回路８１、傾き補正回路４５を統括して位置制御回路４９が位置制御全般を制御する。この位置制御は、プローブ制御回路４７の位置情報、動作情報をもとになされる。
測定用フロントエンドコントローラ２１は、プローブ制御回路４７、複号器符号器４８、位置制御回路４９、照射駆動回路５０、モード回路８１、傾き補正回路４５からなっている。
【００６２】
まず、振動モードにおいてパソコン２２から発された信号は、複号器符号器４８により符号化され、プローブ制御回路４７に転送し、モード回路８１に制御信号を出し、モード回路８１は、スイッチング回路８２には制御信号を出し、スイッチング回路８３には制御信号を出す。
【００６３】
スイッチング回路８２には光源７２に制御信号を出し、スイッチング回路８３には広帯域高周波アンテナ７１に制御信号を出す。
【００６４】
この結果、広帯域高周波アンテナ７１から電磁波が出されて、ＬＣ回路からなるアンテナに受信され、容量回路１４の電荷が変動することにより基板１１が首振りをする。
他方、位置制御回路４９は、傾き補正回路４５に信号を出し、測定用治具４４に対して電流を流す。
を出しによりマルチプローブ３１を駆動し被検査対象に接触しながら振動する。
【００６５】
次に、測定モードにおいてパソコン２２から発された信号は、複号器符号器４８により符号化され、プローブ制御回路４７に転送し、位置制御回路４９に、制御信号を出し、位置制御回路４９は、照射駆動回路５０に制御信号を出し、照射駆動回路５０は、走査回路４２に制御信号を出し、同時に、スイッチング回路８２に制御信号を出す。
【００６６】
走査回路４２は、マルチプローブコントローラ７５に対して、後で述べる走査クロック５１を基準に行う。
【００６７】
他方、位置制御回路４９は、マルチプローブコントローラ７５に対して、後で述べる走査クロック５１を基準に行う。その場合には、傾き補正回路４５に信号を出し、測定用治具４４に対して電流を流す。
この様な状態で、マルチプローブ３１を駆動し被検査対象に接触する。
【００６８】
探針−媒体間の距離制御がうまく行かない場合も、例えば傾いた場合には、その検査結果を基にパソコン２２から信号が発せられ、複号器符号器４８により符号化され、プローブ制御回路４７に転送し、及びマルチプローブの傾き制御は上記と同様に行う。
【００６９】
図６には、測定部２５の詳細ブロック構成図を示す。
【００７０】
各探針をアクセスするタイミングは走査回路４２と共通にする走査クロック５１を基準に行う。
この走査クロックをマルチプローブのクロック信号ＣＬＫ＿Ｙとし、更にＹアドレスカウンタ５２に入力する。
このＹアドレスカウンタ５２は、マルチプローブのＹシフトレジスタの段数と同一のカウント数を持つ。
Ｙアドレスカウンタ５２のキャリー出力は、マルチプローブのクロック信号ＣＬＫ＿Ｘとし、さらにＸアドレスカウンタ５３に入力する。
このＸアドレスカウンタ５３は、マルチプローブのＸシフトレジスタの段数と同一のカウント数を持つ。
これらＸ、Ｙアドレスカウンタのカウント出力をプローブアドレス５４とする。
【００７１】
マルチプローブからの読出し出力Ｖｏｕｔはコンパレータ５５に入力する。コンパレータ５５は、Ｖｒｅｆ５６を基準電圧として二値化する。
この二値化出力は、プローブアドレス５４により指定されるプローブ制御テーブル５７の記録ユニットに書込まれる。
【００７２】
測定テーブル５７乃至５９は、マルチプローブの探針数と同数の記録ユニットで構成された一時保存メモリを１ページとし、１乃至数ページを持つ。
各記録ユニットは、マルチプローブから読出した記録データ論理値のほか、読出し、ＯＮ書込み、ＯＦＦ書込み、又は消去の各動作を指示する駆動状態値などの少なくとも６値の論理値を記録する。
【００７３】
マルチプローブのアクセスに際しては、この測定テーブルの各ユニットの駆動状態に従って対応する探針を制御するようにφｒ（読出し信号），φｄ（消去信号），φｗ（書込み信号）を生成する。
【００７４】
マルチプローブよりデータの転送を行う場合は、先ず探針を記録媒体の所定の位置に走査する。
次にパソコン２２によりデータバス、及びアドレスバス６０を介して測定テーブル５７乃至５９のデータを読出すべきプローブのアドレスに対応する記録ユニットに読出し、パソコン２２にて処理することにより、被検査体の良否を検査する。
【００７５】
最後に、停止モードにおいてパソコン２２から発された信号は、複号器符号器４８により符号化され、プローブ制御回路４７に転送し、位置制御回路４９に、制御信号を出し、位置制御回路４９は、モード回路８１に制御信号を出し、スイッチング回路８２に制御信号を出すとともにスイッチング回路８３に制御信号を出す。
この場合スイッチング回路８２は光源を停止するとともに、スイッチング回路８３は広帯域高周波アンテナ７１の発信を停止する。
【００７６】
その結果、表面に酸化膜がある端子も、その酸化膜を検査直前に検査部分のみを除去したため、電気特性の的確な検査を行う事ができた。
【発明の効果】
以上説明したように、表面に酸化膜などの確実な接触が図れ、しかも狭ピッチ化に対応でき、平面の検査が一度にできるプローブ、およびこれを用いたマルチプローブ、電気回路検査装置が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるマルチプローブの断面図である。
【図２】図１の一実施例における基板の概念底面図である。
【図３】図１の一実施例におけるマルチプローブの光束照射時の概念斜視図である。
【図４】図１の一実施例における概念ブロック図である。
【図５】図４の一実施例におけるフロントエンドコントローラの詳細を説明するためのブロック構成図である。
【図６】図５の一実施例における測定部の詳細を説明するためのブロック構成図である。
【図７】従来技術とその問題点を説明するために示すコンタクト装置の側断面図である。
【図８】図７のコンタクト装置における、半導体パッケージのリード端子とコンタクト装置の板ばねとの電気的接続について説明するために示す概念図である。
【図９】図８と同じく、半導体パッケージのリード端子とコンタクト装置の板ばねとの電気的接続について説明するために示す概念図である。
【符号の説明】
１１…基板
１２…探針
１３、１４…対電極
１５、１６…支持部
１７…配線領域
１８…対向電極
１９…基材
２０…空隙部分
２１…フロントエンドコントローラ
２２…パソコン
２３…コントローラ
２４…測定用治具
２５…測定部
２６…圧電素子
３１…プローブ
４２…走査回路
４５…傾き補正回路
４７…プローブ制御回路
４８…複号器符号器
４９…位置制御回路
５０…照射駆動回路
５７〜５９…測定テーブル
７１…広帯域高周波アンテナ
７２…ミラーデバイス
７３…光源
７４…光束
７５…ミラーデバイスコントローラ
８１…モード回路
８２、８３…スイッチング回路
９１…半導体パッケージ
９２…パッケージ部
９３…リード端子
９４…ガイド材
９５…板ばね

Claims (3)

1. 端部に探針と、探針から電気信号を引き出す信号配線と、容量素子と、誘導素子と、光電変換素子とが設けられた基板と、容量素子および光電変換素子と向かい合う対向電極とからなり、容量素子と誘導素子とがアンテナを形成している事を特徴とするプローブ。
2. 請求項１記載のプローブがマトリックス状に形成されている事を特徴とするマルチプローブ。
3. 請求項１記載のプローブがマトリックス状に形成されている請求項２記載のマルチプローブと、全プローブのアンテナに電磁波を供給する手段と、プローブの光電変換素子に選択的に光を照射する手段と、探針で得られた信号により電気回路を検査する検査手段を備えている事を特徴とする電気回路検査装置。

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