JP2016003925A - 接触子異物除去方法及び接触子異物除去システム - Google Patents

Abstract

【課題】 基板へのダメージを軽減してレーザーを用いて異物を除去することに適した接触子異物除去方法等を提供する。
【解決手段】 異物除去システム１は、基板５上に設けられたプローブ７の異物１３を除去する。レーザー照射部３は、接触子７の各異物１３に対して、照射するレーザー１５と基板５においてが設けられた面とのなす角度θが９０°とは異なる、斜め上方の位置からレーザーを照射する。基板５に対して垂直上方ではなく斜め上方から異物１３にレーザーを照射することにより、レーザー１５の基板上の照射面積を増加させ、異物１３へ与えられるエネルギーは変化させずに異物除去を可能にしつつ、基板５の単位面積当たりのエネルギー密度を減少させ、基板５へのダメージを軽減することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接触子異物除去方法及び接触子異物除去システムに関し、特に、基板上に設けられた接触子の異物を除去する接触子異物除去方法等に関する。

プローブは、集積回路等の電気的特性の検査のために、被検査対象の物体の表示面に接触するものである。プローブは、通常、針状の金属でできている。検査に使用するにつれて針先端に異物（絶縁膜とアルミが酸化したものなど）が付着する。異物が付着すると、検査時の抵抗などに影響を与えて検査精度を低下させたり、接触不良が生じたりする。そのため、プローブから異物を除去する処理（クリーニング）が必要となる。

クリーニングは、一般に、研磨などにより行われることもある。しかしながら、針が摩耗したり曲がったりしてしまい、メーカーによる修理が必要となる。そこで、母材と表面異物のエネルギー吸収の差を利用して、基板の垂直上方から、異物に対して、最適化された波長、エネルギー、照射周期のレーザーを照射することによって、母材にダメージを与えずに異物を除去することが研究されている（特許文献１参照）。

特開平１１−３２６４６１号公報

発明者らは、実際にレーザークリーニングを行ったところ、プローブ周辺の基板に変色が生じることを発見した。基板の変色は、樹脂系だけでなく、セラミックの場合にも生じた。そのため、レーザークリーニングを実用化するためには、周辺部材のダメージを考慮することが必要であることを明らかになった。

特許文献１には、遮蔽物を利用してプローブ装置上の開口部のみに照射することが記載されている。しかしながら、このような方法では、異物除去を可能にしつつ周辺部材へのダメージを軽減することはできない。

そこで、本発明は、基板へのダメージを軽減してレーザーを用いて異物を除去することに適した接触子異物除去方法等を提供することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、基板上に設けられた接触子の異物を除去する接触子異物除去方法であって、レーザー照射部が、前記接触子の前記異物に対して、照射するレーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度が９０°とは異なる位置からレーザーを照射する照射ステップを含むものである。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の接触子異物除去方法であって、前記レーザー照射部は、前記接触子に対して同じ位置から複数回レーザーを照射するものであり、前記基板は、前記レーザーの複数回の照射による単位面積当たりのエネルギー密度が基準値以上の場合に変化するものであり、前記レーザー照射部が照射する前記レーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度は、前記基板に複数回照射されるレーザーの単位面積当たりのエネルギー密度が前記基準値以下となるものである。

本願発明の第３の観点は、第１又は第２の観点の接触子異物除去方法であって、前記レーザー照射部が５パルス以上照射する場合に、前記レーザー照射部が照射する前記レーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度が１５°以上４５°以下であることにより前記基板における変化を軽減するものである。

本願発明の第４の観点は、基板上に設けられた接触子の異物を除去する接触子異物除去システムであって、前記接触子の前記異物に対してレーザーを照射するレーザー照射部と、前記レーザー照射部の照射位置及び／又は前記基板の位置を変更して、前記レーザー照射部が前記異物に照射する前記レーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度が９０°とは異なるものとする変更手段を備え、前記変更手段が前記レーザー照射部及び／又は前記基板を移動させて前記レーザー照射部が前記接触子に前記レーザーを照射することにより、前記基板において前記接触子が設けられた面に照射されるレーザーによる単位面積当たりのエネルギー密度を、９０°から照射した場合よりも減少させることを特徴とするものである。

本願発明の各観点によれば、基板に対して垂直上方ではなく斜め上方から異物にレーザーを照射してレーザーの基板上の照射面積を増加させることにより、異物へ与えられるエネルギーは変化させずに異物除去を可能にしつつ基板の単位面積当たりのエネルギー密度を減少させ、基板へのダメージを軽減することが可能になる。従来のように垂直上方から照射する場合には、レーザー照射装置を異物の垂直上方に移動させる二次元的な移動制御を行い、基板に対して最小の照射面積で照射を行い、単位面積当たりのエネルギー密度を最大化させてしまう。本願発明によれば、二次元的な移動制御に加えて照射角度を制御することにより、基板の照射面積を増加させて基板へのダメージを軽減させることができる。

さらに、従来の垂直上方からの照射であれば、異物が上下に２つ以上存在する場合に、各異物に対して照射するために基板へ大きなダメージを与えることとなる。本願発明によれば、異物が水平方向には同じ位置にあり、上下方向に異なる位置にあっても、異物ごとに角度を変更して、基板上の照射位置を変更して照射することが可能である。このように、変更手段が、複数異物に対して基板上の照射位置及び／又は照射角度を変更して照射することにより、基板へのダメージを均一化させて除去が可能になるという、さらに異質な効果を得ることが可能である。

さらに、本願発明の第２の観点によれば、角度の調整の基準として基板の材質を用いて、基板の材質に応じて複数回の照射でも変色等の変化が生じない単位面積当たりのエネルギー密度となるように角度を調整して照射することにより、変色等を防止することが可能になる。

さらに、本願発明の第３の観点によれば、発明者らの実験により、異物除去に通常必要な２６０ｍｊのエネルギーでは４５°以下の角度により照射することにより、実用上十分に変色を軽減することが可能になる。

本願発明の実施の形態に係る異物除去システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の異物除去システム１の動作の一例を示すフロー図である。 発明者らが行ったレーザークリーニングによる変色の実験結果を示す図である。 レーザー照射について基板の表面を示す図である。

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態に係る異物除去システムの構成の一例を示すブロック図である。異物除去システム１は、レーザー照射部３（本願請求項の「レーザー照射部」の一例）と、基板５（本願請求項の「基板」の一例）と、複数のプローブ７₁，…，７_N（本願請求項の「接触子」の一例）（以下、添え字は省略することもある）と、基板移動部９と、照射移動部１１（基板移動部９と照射移動部１１が、本願請求項の「変更手段」の一例である。）を備える。

レーザー照射部３は、プローブ７の先端に付着する異物１３に対してレーザー１５を照射する。図１のθは、レーザー照射部３が照射するレーザー１５と、基板１３においてプローブ７が設けられた面とのなす角度である。本願発明は、レーザー照射部３が、このθが９０°とは異なる方向から（すなわち、垂直上方とは異なる斜め上方から）異物１３に対してレーザーを照射することにより、基板５へのダメージを軽減させるものである。図１では、プローブ７₁に付着する異物１３₁に照射する場合を示している。他の異物１３₂、１３₃及び１３₄についても、照射位置と照射角度を調整して、同様に照射することが可能である。レーザー１５は平行なものであるため、垂直上方から照射する場合に基板５における照射面積は最小になり、単位面積当たりのエネルギー密度が最大になる。そこで、斜め上方から照射することにより、基板５における照射面積を増加させ、単位面積当たりのエネルギー密度を減少させて、基板５へのダメージを軽減させることが可能になる。

基板５は、プローブ７が設けられるものである。基板５は、レーザーの複数回の照射による単位面積当たりのエネルギー密度が基準値以上の場合に、変色等の変化が生じる。プローブ７は、集積回路等の電気的特性の検査等のために、被検査対象の物体の表示面に接触するものである。プローブ１３には、異物１３が付着する。

基板移動部９は、基板５を移動させる。照射移動部１１は、レーザー照射部３を移動させる。なお、本願発明では、レーザー照射部３と基板５の相対的な位置関係を変更すれば足り、一方の位置を変更するものであってもよい。特に、基板５の位置を変更するようにすることにより、移動制御を容易にすることが期待される。また、複数のレーザー照射部３を用いて、複数の方向から照射してもよい。

異物１３は、一つのプローブに複数付着することもある。例えば、図１では、プローブ７_Nの図中右側に異物１３₂が付着し、左側上部に異物１３₃が付着し、左側下部に異物１３₄が付着している。レーザー照射部３は、異物１３₂に対しては、図中矢印にあるように、異物１３₁と同様の角度で照射することが可能である。しかし、反対側にある異物１３₃及び１３₄に対しては、影となり、照射が困難である。そこで、異物１３₃に対しては、図中矢印にあるように、反対側から（例えば１８０°−θの位置など）照射することにより、照射することが可能である。また、異物１３₄に対しては、図中矢印にあるように、異物１３₃に対する照射角度とは異なる角度から照射することにより、異物１３₃に対する照射による基板上の照射位置とは異なる位置に照射して、基板５へのダメージを分散させることができる。このような上下の異物に対するレーザークリーニング時のダメージ分散は、従来の垂直上方からの照射ではできなかったものである。

図２は、図１の異物除去システム１の動作の一例を示すフロー図である。図示を省略する制御部は、プローブ７の異物１３を検出する（ステップＳＴ１）。制御部は、検出した異物のうち、ターゲットとする一つを選択する（ステップＳＴ２）。制御部は、基板５が変化しないように、レーザーの複数回の照射による単位面積当たりのエネルギー密度が基準値以下となるように、照射角度（図１のθ）の範囲を決定する。制御部は、照射角度の範囲内で、ターゲットの異物に照射する照射角度を決定し、その異物に照射する照射位置を決定する。基板移動部９及び／又は照射移動部１１は、それぞれ、基板５及び／又はレーザー照射部３を回転させたり移動させたりして位置を変更する（ステップＳＴ３）。レーザー照射部３は、ターゲットの異物に対してレーザーを照射する（ステップＳＴ４）。制御部は、異物が除去されたか否かを判断する（ステップＳＴ５）。ターゲットの異物が除去されていないのであればステップＳＴ４に戻る。ターゲットの異物が除去されたのであれば、すべての異物が除去されたか否かを判断する（ステップＳＴ６）。すべての異物が除去されたのであれば、クリーニング処理を終了する。除去されていない異物があるならば、制御部は、除去されていない異物から、次にターゲットとする異物を選択し（ステップＳＴ７）、ステップＳＴ３に戻り、新たなターゲットの異物に対して照射角度及び照射位置を決定してレーザーを照射することによりクリーニングを行う。

図３は、発明者らが行ったレーザークリーニングによる変色の実験結果を示す範囲Ａ₁は、９０°（すなわち、垂直上方）から３５０ｍｊのエネルギーで５回照射した場合に変色が生じたものである。範囲Ａ₂は、２００ｍｊのエネルギーで３０回照射した場合に変色が生じたものである。このように、従来のように垂直上方から照射した場合には、一見して明らかな変色が生じ得る。

表１は、ある波長のレーザーを用いた場合の変色の有無を示す。○は変色無し、×は変色発生である。１パルスでは変色は生じていないが、異物除去が不可能なケースがあり、通常、５パルス以上が必要である。また、１５０ｍｊ以下（具体的には、５０ｍｊ、１００ｍｊ、１５０ｍｊ）では変色が生じていないが、安定した異物除去には最低２６０ｍｊは必要である。（１Ｈｚの周期以上にて）５パルス以上の連続照射を与えると、２６０ｍｊ以上でダメージが発生している。４５°及び１５°の角度では、基板へのダメージは明らかに軽減されている。そのため、斜め上方からのレーザー照射は有効である。

表２は、異なる波長のレーザーを用いた場合の変色の有無を示す。○は変色無し、×は変色発生、△は若干の変色が見られたものである。５パルス以上の連続照射を与えると、２６０ｍｊ以上でダメージが発生している。しかし、４５°及び１５°の角度では、基板へのダメージは明らかに軽減されている。そのため、斜め上方からのレーザー照射は有効である。

図４は、ある波長でのレーザー照射について基板の表面を示す図である。（ａ）は、ショットなしである。（ｂ）は、９０°から２００ｍｊのエネルギーで３０回照射した場合の変色を示す。（ｃ）は、１５°から２００ｍｊのエネルギーで３０回照射した場合に変色していない状況を示す。また、（ｄ）は、９０°から２６０ｍｊのエネルギーで５回照射した場合の変色を示す。（ｅ）は、４５°から２６０ｍｊのエネルギーで５回照射した場合に変色していない状況を示す。（ｆ）は、１５°から２６０ｍｊのエネルギーで５回照射した場合に変色していない状況を示す。このように、斜め上方から照射することにより、基板へのダメージを減少させることができる。

変色は、例えば、レーザー照射による溶融液滴によって原料粉体と形状が変わることにより生じていることが考えられる。レーザーを垂直上方から照射すると、垂直上方からみると変色が明らかに生じていることとなる。他方、レーザーを斜め上方から照射することにより、垂直上方からは部分的に生じることとなり、この点でも変色を軽減することができることが期待できる。

１ 異物除去システム、３ レーザー照射部、５ 基板、７ プローブ、９ 基板移動部、１１ 照射移動部、１３ 異物、１５ レーザー

Claims (4)

1. 基板上に設けられた接触子の異物を除去する接触子異物除去方法であって、
   レーザー照射部が、前記接触子の前記異物に対して、照射するレーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度が９０°とは異なる位置からレーザーを照射する照射ステップを含む接触子異物除去方法。
2. 前記レーザー照射部は、前記接触子に対して同じ位置から複数回レーザーを照射するものであり、
   前記基板は、前記レーザーの複数回の照射による単位面積当たりのエネルギー密度が基準値以上の場合に変化するものであり、
   前記レーザー照射部が照射する前記レーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度は、前記基板に複数回照射されるレーザーの単位面積当たりのエネルギー密度が前記基準値以下となるものである、請求項１記載の接触子異物除去方法。
3. 前記レーザー照射部が５パルス以上照射する場合に、前記レーザー照射部が照射する前記レーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度が１５°以上４５°以下であることにより前記基板における変化を軽減する、請求項１又は２に記載の接触子異物除去方法。
4. 基板上に設けられた接触子の異物を除去する接触子異物除去システムであって、
   前記接触子の前記異物に対してレーザーを照射するレーザー照射部と、
   前記レーザー照射部の照射位置及び／又は前記基板の位置を変更して、前記レーザー照射部が前記異物に照射する前記レーザーと前記基板において前記接触子が設けられた面とのなす角度が９０°とは異なるものとする変更手段を備え、
   前記変更手段が前記レーザー照射部及び／又は前記基板を移動させて前記レーザー照射部が前記接触子に前記レーザーを照射することにより、前記基板において前記接触子が設けられた面に照射されるレーザーによる単位面積当たりのエネルギー密度を、９０°から照射した場合よりも減少させることを特徴とする接触子異物除去システム。