JPH0666832A - プローブ及び検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査物が微小化した場合にも、確実に探針
を被検査物の所要個所に接触させて、４端子法による各
種テストを行うことを可能とするプローブと、該プロー
ブを使用する検査装置を得る。 【構成】 探針は同軸プローブであり、お互いに絶縁さ
れた外側プローブピン３０と内側プローブピン３１とを
有し、各プローブピンが個別に沈み込むように構成され
ている。また、内側プローブピン３１の先端は角錘状に
形成され、外側プローブピン３０の先端は４つ割状に形
成されており、どちらもその先端が鋭角状にされてい
る。両プローブピンを使用することにより、プローブの
接触を確認することができ、２本のプローブを使用する
ことにより、２つの被検査点間を４端子法により高精度
に検査することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ及び検査装置
に係り、特に、半導体の製造において実施されるウエハ
テスト、または、微小基板の製造過程、製作後のテスト
を行うために使用して好適なプローブ、及び、該プロー
ブを備えた検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハ、半導体ウエハマ
ウント用の微小基板等の製造工程中あるいは製造後に、
これらを検査するため、半導体ウエハ、微小基板、プリ
ント基板あるいはセラミック基板にプローブを接触さ
せ、４端子法により抵抗を測定し、導通状態を確認する
等の検査が行われている。

【０００３】この種の検査のために使用するプローブと
して、通常、片持梁状のプローブ、棒状のプローブ等が
使用されている。

【０００４】なお、この種のプローブ、検査装置に関す
る従来技術として、例えば、特開平１−１８４９３２号
公報等に記載された技術が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術による片
持梁状プローブは、屈曲した探針をその弾性によつて半
導体ウエハ等上の所要個所、例えば、半田バンプに押圧
するものであり、半導体の高集積化によって、多数存在
する半田バンプ間の間隔が狭くなつてくると、プローブ
同士が接触してしまい、検査を行うことが困難になると
いう問題点を有している。

【０００６】このような問題点を解決するために、棒状
のプローブが提案されているが、棒状プローブは、棒状
の探針を半田バンプに対向させ、探針を半田バンプとの
対向間隔を無くすように、探針または半導体ウエハを移
動させて探針と半田バンプとを接触させるものである。

【０００７】しかし、この従来技術は、加工精度の差に
より半田バンプの高さに差があること等により、探針が
半田バンプに確実に接触しているか否かを確認すること
が非常に困難であるという問題点を有している。

【０００８】また、棒状のプローブを有する検査装置
は、半田バンプ、あるいは、プリント基板、セラミック
基板等の金属配線膜等に探針を接触させた場合、金属表
面の酸化膜が絶縁性であるために、下地の純金属層に探
針が到達せず、確実な接触を得ることができないことが
あり、また、基板のスルーホール内の配線膜に確実にプ
ローブを接触させることができない場合があるという問
題点を有している。

【０００９】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、被検査物が微小化した場合にも、確実に探針を
被検査物の所要個所に接触させて、４端子法による各種
テストを行うことを可能とするプローブと、該プローブ
を使用する検査装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、被検査物に対向配置されるプローブを、同軸構造で
互いに電気的に絶縁され、かつ、個別に沈込可能な内側
プローブピン及び外側プローブピンにより構成すること
により、また、両プローブピンの先端を鋭角状に形成す
ることにより達成される。

【００１１】また、前記目的は、プローブを被検査物の
一方の面側に少なくとも２本、他方の面側に少なくとも
１本配置する構成とすることにより達成される。

【００１２】

【作用】内側プローブピン、外側プローブピンは、半田
バンプ等の被検査点に衝合する際、個別に沈込むことが
できるので、半田バンプに加工精度上生じる高低差があ
る場合にも、先に接触したプローブピンは、他方のプロ
ーブピンが接触するまで沈込み、これにより、内外両プ
ローブピンは、確実に半田バンプ等の被検査点に接触す
ることができる。

【００１３】また、内外両プローブピンは、同軸状とさ
れているので、沈込みにより相互に軸方向に摺動するだ
けで、外側プローブピンがその内側の部材の支持体とな
り、プローブの小型化、細径化が可能であり、被検査物
の高集積化に充分に対応することが可能である。

【００１４】外側のプローブピンは、全周で半田バンプ
等の被検査点に接触する必要はなく、一部で接触してい
れば良いため、半田バンプがプローブよりも相対的に小
さいものであつても、両プローブピンを半田バンプに確
実に接触させることができる。また、外側プローブピン
の一部が半田バンプに接触していれば良いので、内側プ
ローブピンとの相対摺動量の小さい範囲でテストを行う
ことができ、沈込量が小さい沈込機構とすることがで
き、これにより、小型、細径のプローブを実現すること
ができる。

【００１５】さらに、両プローブピンの先端は、鋭角状
に形成されているので、プローブピンが半田バンプ等の
被検査点に接触したとき、表面の絶縁性酸化膜を突破っ
て、内側の純金属層に達することができ、確実な通電を
実現できる。

【００１６】また、前述のようなプローブを、被検査物
の一方の面側に少なくとも２本、他方の面側に少なくと
も１本配置して検査装置を構成することができ、これに
より、被検査物の任意の２点間の検査、例えば、不良現
認、不良解析等を確実に行うことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明によるプローブ及び検査装置の
一実施例を図面により詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例による検査装置の
主要部の構造を示す斜視図、図２は本発明の一実施例に
よる検査装置の構成を示すブロック図、図３はプローブ
の構造を示す部分断面図、図４はプローブと被検査点で
あるスルーホールの接触状況を説明する図、図５は検査
装置に用いられるプローブ切換え機構の構造を示す正面
図及び上面図である。図１〜図５において、１ａ〜１
ｃ、２ａ〜２ｃはＸ−Ｙテーブル、３ａ〜３ｃはカメ
ラ、４ａ〜４ｃ、５はＺテーブル、６はプローブ、７ａ
〜７ｃはプローバ、８は基板、９は基板ホルダ、１０は
ローダ、１１は接触検知回路、１２は抵抗測定器、１３
は電流源、１４は高抵抗測定器、１５は耐圧測定器、１
６はシーケンサ、１７は切替回路、１８ａ〜１８ｃはカ
メラコントローラ、１９は画像処理装置、２０ａ〜２０
ｃはモニタ、２１ａ〜２１ｅはモータドライバ、２２ａ
〜２２ｅはモータコントローラ、２３はパソコン、３０
は外側プローブピン、３１は内側プローブピン、３２、
３３はコイルバネ、３４は外装用チューブ、３５は絶縁
用チューブである。

【００１９】本発明の一実施例による検査装置は、図１
に示すように、互いに直交するＸ方向及びＹ方向を含む
平面内で移動自在な３組のＸ−Ｙテーブル１ａ〜１ｃ、
２ａ〜２ｃと、それぞれのテーブル上に載置される３組
のカメラ３ａ〜３ｃと、Ｚ方向に上下動を与えるＺテー
ブル４ａ〜４ｃとが組み合わせられて構成されている。
そして、カメラ３ｃは、焦点の位置を変更するためにＺ
方向に上下動するＺテーブル５を介してＹテーブル２ｃ
に取付けられている。

【００２０】また、Ｚテーブル４ａ〜４ｃの上には、互
いに外径寸法が異なる複数のプローブ６を切換えるため
のプローバ７ａ〜７ｃが組み立てられている。プローバ
７ａとプローバ７ｂとは、被検査物である基板８の上面
に、プローバ７ｃは、基板８の下面にプローブ６を接触
させることができるように配置されている。そして、被
検査物である基板８は、絶縁材料で形成される基板ホル
ダ９に取付けられ、基板ホルダ９を保持しているローダ
１０を介して装置内に送り込まれる。

【００２１】次に、前述のような構造を有する検査装置
の制御系を含む構成を図２を参照して説明する。

【００２２】プローブ６は切替回路１７に接続され、切
替回路１７は、接触検知回路１１、低抵抗を測定するた
めの抵抗測定器１２、そのための定電流源１３、高抵抗
を測定するための高抵抗測定器１４、耐圧測定器１５に
接続されている。また、切替回路１７は、シーケンサ１
６にも接続されており、シーケンサ１６からの信号によ
り、回路を切換えて１つの測定器とプローブとの接続を
行う。なお、接触検知回路１１は、プローブ６が基板８
上の被検査点である回路端子（後述）に接触しているか
否かを検知するための回路である。

【００２３】カメラ３ａ〜３ｃは、カメラコントローラ
１８ａ〜１８ｃを介して画像処理装置１９及びモニタ２
０ａ〜２０ｃに接続されており、基板８上の回路端子の
画像、あるいは、回路端子と相対的に位置関係の保たれ
た検知用マークの画像を検出するものであり、これによ
り、その位置を計測することができる。

【００２４】各Ｘ、Ｙ、Ｚのテーブルは、モータドライ
バ２１ａ〜２１ｅ、モータコントローラ２２ａ〜２２ｅ
に接続されている。

【００２５】パソコン２３は、シーケンサ１６、モータ
コントローラ２２ａ〜２２ｅ、各種抵抗測定器１１〜１
４、画像処理装置１９に接続されており、装置全体の制
御を行う。また、パソコン２３は、ＣＲＴ２４、キーボ
ード２５、ハードデイスク２６、フロツピーデイスク装
置２７、プリンタ２８とも接続されており、ホストコン
ピユータ２９と接続されて、このホストコンピユータ２
９からの指令で装置全体の制御を行うようにすることも
できる。

【００２６】プローブ６は、図３に示すように、外装チ
ューブ３４内に、外側プローブピン３０と内側プローブ
ピン３１とを備えて同軸状に構成され、これらの外側と
内側のプローブピン３０、３１は、絶縁チューブ３５に
より絶縁されている。そして、外側プローブピン３０と
内側プローブピン３１とは、それぞれ、コイルバネ３
２、３３により、基板上の回路端子に接触したときに、
軸方向に個別に沈み込むことができるように構成されて
いる。また、内側プローブピン３１の先端は、角錘状に
形成されており、外側プローブピン３０の先端も、４つ
割状に形成されて鋭い先端を有している。

【００２７】前述のような構造を持つプローブ６を基板
８の被検査点に接触させた場合の例を図４に示してい
る。この例では、スルーホール３８に設けられる回路端
子３９を被検査点とした場合を示している。

【００２８】この場合、内側プローブピン３１の先端の
角錘部がホール３８内に入り込み、スルーホール３８の
角部に角錘の角部がくい込む。また、外側プローブピン
３０の先端の４つ割状になって形成される鋭い先端は、
回路端子３９の表面に確実に接触する。そして、いずれ
の先端部も酸化膜を破壊し、下地層に接触し、確実に通
電が可能である。

【００２９】なお、被検査点としては、スルーホールに
設けられる回路端子だけでなく、はんだバンプ等による
回路端子、配線パターン上の任意の点等を選択すること
ができる。

【００３０】一般に、プローブ６の内側プローブピン３
１の径は、通常、小さければよいが、図４に示すよう
に、スルーホールの位置を被検査点とする場合、内側プ
ローブピン３１が、スルーホール３８の穴内に挿入され
てしまうほどの径の場合、信頼性の高い接触を得ること
ができないので、このような場合、スルーホール径より
太い径の内側プローブピン３１を持つプローブを用意す
る必要がある。

【００３１】本発明の一実施例による検査装置は、この
ため、プローブ６を保持するプローバ７を図５に示すよ
うに、複数のプローブ６を選択して使用することが可能
に構成している。すなわち、プローバ７は、プローブ６
を所定の位置に回転して移動するためのロータリーシリ
ンダ３５とプローブ６を基板上に降ろすための上下用シ
リンダ３６から構成され、異なる径を持つ複数のプロー
ブを選択して検査のために使用させることができる。な
お、図５に示す例は、プローブが２本の場合を示してい
るが、プローブの数を多くしてもよいことは言うまでも
ない。

【００３２】前述した本発明の一実施例による検査装置
は、通常、被検査物である基板に対する導通試験器によ
り、基板上の回路端子を一括して試験した後の不良の解
析、不良の現認等に使用して好適なものであり、次に、
この検査方法を簡単に説明する。

【００３３】すでに図１により説明したように本発明の
一実施例による検査装置は、被検査物である基板８の上
面に２本、下面に１本のプローブ６が備えられているの
で、基板８の上面の２つの被検査点間、及び、基板８の
上面と下面とにある２つの被検査点間の検査を行うこと
ができ、さらに、基板８の裏返すことにより、基板８の
下面の２つの被検査点間の検査を行うことができる。

【００３４】そこで、まず、２本のプローブ６を、基板
８の検査を行いたい任意の被検査点のそれぞれに、Ｘ−
Ｙテーブル及びプローバを使用して接触させる。次に、
被検査点に接触させたプローブの外側プローブピン３０
と内側プローブピン３１とを使用して、プローブが確実
に被検査点接触していることを確認する。この接触確認
のテストは、接触検知回路１１を使用して行われる。

【００３５】次に、プローブ６を接触させた２つの被検
査点相互間の低抵抗測定、高抵抗測定を、定電流源１
３、低抵抗測定器１２、高抵抗測定器１４を使用して実
行し、２つの被検査点間の不良の解析、不良の現認等の
検査を行う。この抵抗測定は、２本のプローブのそれぞ
れの外側プローブピン３０と内側プローブピン３１とを
使用した４端子測定法により行うことができるので高精
度の測定を行うことができる。また、耐圧測定器１５を
使用して２つの被検査点間の耐圧検査をも行うことがで
きる。

【００３６】前述した本発明の一実施例によれば、プロ
ーブ６が、お互いに絶縁された外側プローブピン３０と
内側プローブピン３１とを備えて同軸状に、軸方向に個
別に沈み込むことができるように構成され、また、内側
プローブピン３１の先端は、角錘状に形成されており、
外側プローブピン３０の先端も、４つ割状に形成されて
鋭い先端を有しているので、被検査物が微小化した場合
にも、表面の酸化物を破って、確実にピンの先端を被検
査物の所要個所の金属に接触させて検査を行うことがで
きる。そして、プローブを構成する２本のプローブピン
により、接触の確認を行うことができ、かつ、２つの被
検査点間を４端子法により検査することができるので、
高精度に各種テストを行うことができる。

【００３７】前述した本発明の一実施例による検査装置
は、半導体の製造において実施されるウエハテスト、ま
たは、微小基板の製造過程、製作後のテスト、特に、不
良の解析、不良の現認等の検査を行うとして説明した
が、本発明は、例えば、基板のスルーホールの両端にプ
ローブを接触させ、低抵抗測定を行うことにより、スル
ーホール内のめっきの状態を確認するために使用するこ
ともでき、また、ロット試験等のために使用するように
することもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
検査点の表面に酸化被膜等の絶縁物が形成されている場
合、また、被検査点スルーホールであっても、確実にプ
ローブを被検査物の被検査点に接触させて、各種の検査
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による検査装置の主要部の構
造を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例による検査装置の構成を示す
ブロック図である。

【図３】プローブの構造を示す部分断面図である。

【図４】プローブと被検査点であるスルーホールの接触
状況を説明する図である。

【図５】検査装置に用いられるプローブ切換え機構の構
造を示す図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃ Ｘ−Ｙテーブル ３ａ〜３ｃ カメラ ４ａ〜４ｃ、５ Ｚテーブル ６ プローブ ７ａ〜７ｃ プローバ ８ 基板 ９ 基板ホルダ １０ ローダ １１ 接触検知回路 １２ 抵抗測定器 １３ 定電流源 １４ 高抵抗測定器 １５ 耐圧測定器 １６ シーケンサ １７ 切替回路 １８ａ〜１８ｃ カメラコントローラ １９ 画像処理装置 ２０ａ〜２０ｃ モニタ ２１ａ〜２１ｅ モータドライバ ２２ａ〜２２ｅ モータコントローラ ２３ パソコン ３０ 外側プローブピン ３１ 内側プローブピン ３２、３３ コイルバネ ３４ 外装用チューブ ３５ 絶縁用チューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沼田 清 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 豊島 広宣 東京都千代田区神田駿河台四丁目３番地 日立テクノエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 河村 宜孝 東京都千代田区神田駿河台四丁目３番地 日立テクノエンジニアリング株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物に垂直に対向させたピンを前記
   被検査物の被検査点に接触させてテストを行うプローブ
   において、外側プローブピンと内側プローブピンとを備
   え、これらのプローブピンがお互いに絶縁されて同軸状
   に形成され、被検査物に接触したとき個別に沈込むこと
   を特徴とするプローブ。
2. 【請求項２】 前記外側プローブピンと内側プローブピ
   ンとは、その先端が鋭角状に形成されていることを特徴
   とする請求項１記載のプローブ。
3. 【請求項３】 被検査物に垂直に対向させたプローブを
   前記被検査物の被検査点に接触させてテストを行う検査
   装置において、前記プローブとして、請求項１または２
   記載のプローブを使用することを特徴とする検査装置。
4. 【請求項４】 前記プローブの外側プローブピンと内側
   プローブピンとにより、プローブが被検査点に接触した
   ことを確認することを特徴とする請求項３記載の検査装
   置。
5. 【請求項５】 前記プローブを２本使用し、２つの被検
   査点間の検査を４端子測定法により検査することを特徴
   とする請求項３または４記載の検査装置。
6. 【請求項６】 被検査物の一方の面側に少なくとも２
   本、他方の面側に少なくとも１本のプローブを配置して
   構成されることを特徴とする請求項３、４または５記載
   の検査装置。