(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、ばね材、探針、対電極、対向電極とからならり、両端をばね材により支持されている基板に探針と探針の背面に設けられた対電極とが設けられるとともに、対電極と向かい合って対向電極が設けられているプローブがマトリックス状に形成されたマルチプローブと、対電極に逆位相の高周波を印加する機能を持つ制御手段と、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。
【請求項２】
請求項１記載の電気回路検査装置において、対電極に逆位相の高周波を印加する機能の他に、対電極間で対向電極と同じ電位を付与する機能を持つ事を特徴とする電気回路検査装置。
【発明の詳細な説明】
【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６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７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８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。こうして、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８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、基板、ばね材、探針、対電極、対向電極とからならり、両端をばね材により支持されている基板に探針と探針の背面に設けられた対電極とが設けられるとともに、対電極と向かい合って対向電極が設けられているプローブがマトリックス状に形成されたマルチプローブと、対電極に逆位相の高周波を印加する機能を持つ制御手段と、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。
【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、そして確実にできる様になった。
【００１２】
また、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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるプローブは、基板、ばね材、探針、対電極、対向電極とからなっている。
ばね材は、板状のもの、棒状のものなど各種のものが考えられるが、一面に対電極用の電気回路、他面に探針用電気回路を設ける場合が多く、また、基板と共通して製造でき、また、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。
【００１７】
ばね材は、直線的に基板と基準位置を結ぶ形状であっても良い場合もあるが、撓み量を大きくするために、わざと迂回して長くし、バネ定数を小さくするのが好ましい場合が多い。
ばね材は、撓み性のあるものであればどの様なものでも良いが、バネ定数が小さい材料が好ましい。
しかし、ばね材と基板を同じ材料とした場合には、あまりにバネ定数を小さくすると基板自体が撓んでしまう場合があり、好ましくない場合がある。
【００１８】
その材料については、可撓性のある材料であれば各種のものが用いられるが、導電性の材料であれば、信号配線と制御電極を分離するのが容易でなく、共通化した場合の制御系と測定系の設計が容易ではないので、半導体以下の導電性の方が容易に実施しやすい。
【００１９】
以上の様な問題点を容易に解決するには、複数の材料を組み合わせた場合は以上の条件を容易に達成しやすくなるので実用性が高い場合が多い。
例えば、シリコンウエハ等の半導体を２枚以上絶縁体を介して重ね合わせて、その一方にみをばね材として利用するような場合内は、そのばね材の性質と基板の性質という相反する性質を容易に実現できる。
【００２０】
ただ、この様に重ね合わせて実現するのは価格が高くなるため、必要とされる性能を考慮して適宜選択するのが好ましい。
基板は、探針と対電極を取り付けるものであるため、材料の制限は少なく、支持機能を維持できる変形しにくいものであればどの様なものでも構わないが、ばね材と基板を同じ材料とした場合には、あまりにバネ定数を大きくするとたわみ量が小さくなってしまい、好ましくない場合がある。
【００２１】
その材料については、可撓性のある材料であれば各種のものが用いられるが、導電性の材料であれば、信号配線と対電極を分離するのが容易でなく、共通化した場合の制御系と測定系の設計が容易ではないので、半導体以下の導電性の方が容易に実施しやすい。なお、複数の材料を組み合わせた場合は以上の条件を容易に達成しやすくなるので実用性が高い場合が多い。
【００２２】
例えば、可撓性のあり、微細加工可能なシリコンウエハーと、絶縁性の高い樹脂フィルムの積層体などである。
両端をばね材により支持されている基板に探針と探針の背面に設けられた対電極とが設けられるとともに、対電極と向かい合って対向電極が設けられている事を特徴とするプローブ片持ち梁と対向電極とからなっている。
【００２３】
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。
【００２４】
この対電極は、対向電極と向かい合っている。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、対電極と対向電極は、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。
対電極は、ほぼ同じ面積を有し、どちらか一方が対向電極とクーロン力を働かせて引き合い、もしくはどちらか一方が対向電極とクーロン力を働かせて斥けあう事により基板を傾ける事ができる。
もちろん、どちらか一方が対向電極とクーロン力を働かせて引き合い、他方が対向電極とクーロン力を働かせて斥けあう事により更に基板を傾ける事ができる。
【００２５】
さらに対電極は、両方が対向電極とクーロン力を働かせて引き合い、もしくは両方が対向電極とクーロン力を働かせて斥けあう事により基板を対向電極と近づけたり、遠ざけたりする事ができる。
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、基板のばね材がが撓むことによって、可能になるものである。
【００２６】
探針は、片持ち梁の先端部にあればよいが、完全な先端部である必要はなく、やや内側に形成されても良いが、少なくとも撓みにより影響を受ける場所である必要がある。
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、アニールによる界面の合金化、半田付けなどの方法によって作成出来る。
【００２７】
この対電極は、引き出し配線を行わなければ適切な制御ができないが、対電極に別な引き出し配線が必要なため、その二つのばね材に設けるのが実際的である。
また、対電極はクーロン力を大きくするために、大面積の方が好ましいが、他方大面積ではピッチを大きくとれず、適宜適当な大きさと形状を選択することが必要である。
【００２８】
対向電極は、支持部材に設けられるものであるが、対電極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。従って、一般的には同等もしくはそれより大きい形状で、向かい合う位置に設けるのが一般的である。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
クーロン力は電界に比例するので、電圧制御が好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
従って、対電極を対向電極から斥力を与えた状態が対電極の基準電圧としたままで、高周波を対電極間で交番に与えるもので、実際の電圧または電流印加は、正弦波、矩形波、その他各種波形で印加する事により制御する。
【００３４】
測定モードにおいては、対電極を対向電極から斥力を与えた状態が対電極の基準電圧としたままで基板位置を固定するもので、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。
【００３５】
停止モードにおいては、ばね材を撓ませない状態で固定されるモードである。
この場合は、どこにも全く印加しないが、早急に停止モードとするためには短絡させると良い。
【００３６】
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を測定する事により検査する。
【００３７】
【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。
【００３８】
基板１１は、端部に探針１２と、探針１２から電気信号を引き出す信号配線（図示せず）と、探針の背面側に対電極１３、１４と、その各々の配線１５、１６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ばね材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。
ばね材用シリコンウエハに、酸化膜を形成した。
【００４０】
次に、探針側面にレジスト（材質ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、  ）を形成し、フォトマスクを用いて紫外線にてパターン露光した。
このフォトマスクパターンは、ばね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、次に探針側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、ばね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、ウエハ探針側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、ばね材の接続用ピン基部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、次に探針側面全面に銅により電鋳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クロムを除去し、パターンニングを行った。
さらに、ウエハ対向電極側面に裏止めした。
【００４４】
その後、ウエハ対向電極側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、対電極、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、次に対向電極側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、ウエハ探針側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、空隙部分を除く、基板、ばね材、配線領域からなるパターンである。
【００４７】
次に現像し、未露光部分を除去し、次にドライエチングを行い、レジスト除去することによりばね材用シリコンウエハの作成を行った。
強度維持用シリコンウエハに、酸化膜を両面に形成した。
【００４８】
次に、探針側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、パッド、およびそれらの配線形成部のパターンである。
【００４９】
次に現像し、未露光部分を除去し、次に対向電極側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、電極、パッド、およびそれらの探針形成部のパターンのみ銅層が残った。
【００５０】
最後に、ばね材用シリコンウエハの探針側面と、強度維持用シリコンウエハの対向を絶縁フィルム（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。
【００５１】
この様に形成された基板に、探針を設け、両シリコンウエハ間の配線行い、対向電極１８は基材１９上に一様に形成されている。
【００５２】
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。
【００５３】
また、対向電極１８と基板１１の間隔は、０．０４ｍｍであり、対向電極１８は基材１９上に一様に形成されている。
基材と基板は、厚さ４０μｍのＰＥＴフィルムを介して接着により間隔を固定して形成する。
対向電極１８は基材１９上に一様に形成されている。
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た。
【００５４】
測定用治具２４上に被検査対象の検査位置に載置した場合、その反発により、探針１２の先端は被検査対象の被検査電極と接触する。
また、対電極１３、１４間に３００Ｖ１００Ｈｚを掛けたところ、左右方向に０．０２ｍｍ同じ印加周波数と同周期で振動した。
【００５５】
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基板１１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。
【００５６】
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、２３はコントローラである。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。
測定用フロントエンドコントローラ２１は、プローブヘッド制御回路４７、複号器符号器４８、距離制御回路４９、基板駆動回路５０、傾き補正回路４５からなっている。
【００５７】
マルチプローブ３１の制御は、プローブ制御回路４７により行う。
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、距離制御回路４９に、振動モードＯＮという制御信号を出し、距離制御回路４９は、基板駆動回路５０に一括接触せよという制御信号を出し、基板駆動回路５０は、対電極どうし、および対電極と対向電極との間に対して３００Ｖ１００Ｈｚの高周波信号電流を流す。
他方、距離制御回路４９は、傾き補正回路４５に補正信号を出し、測定用治具４４に対して補正電流を流す。
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。
【００５８】
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からフィードバック信号が発せられ、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。
【００５９】
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、距離制御回路４９に、測定モードＯＮという制御信号を出し、距離制御回路４９は、基板駆動回路５０にプローブ下げという制御信号を出し、基板駆動回路５０は、対電極どうしは電気的または制御的に短絡処理される。
【００６０】
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からフィードバック信号が発せられ、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。
【００６１】
図６には、測定部２５の詳細ブロック構成図を示す。
各探針をアクセスするタイミングは走査クロック５１を基準に行う。
少なくとも走査のタイミングに探針が接触されていれば、他の時間に接触してもしなくても構わないが、わざわざ走査タイミング以外の時間に離すことはしないのが一般的である。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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にてデータ処理することにより、被検査体の良否を検査し、良もしくは不良を判断する。
【００６７】
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、距離制御回路４９に、制御信号を出し、距離制御回路４９は、基板駆動回路５０に制御信号を出し、基板駆動回路５０は、対電極と対向電極との間に対して電流を流す。
【００６８】
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。
【００６９】
【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検査時点での断面図である。
【図２】図１の一実施例における片持ち梁の概念底面図である。
【図３】図１の一実施例における概念ブロック図である。
【図４】図３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５】図３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６】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７】図６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８】図７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
４５…傾き補正回路
４７…プローブ制御回路
４８…複号器符号器
４９…距離制御回路
５０…基板駆動回路
５７〜５９…測定テーブル
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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