JP2007107937A - プローブカードのプローブ交換方法及びプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブのピッチが小さくなっても不良プローブを簡単に交換することが可能なようにする。
【構成】 複数の電気配線２０が設けられた配線基板１０と、配線基板１０上に固着された電気配線２０に電気的に接続された複数のプローブ３０と、プローブ３０のうち破損や磨耗等により不良になった不良プローブ３０ａを切除した後にその代わりに使用される交換用プローブ４０とを具備している。特に交換用プローブ４０を電気配線２０上に設定した固着領域２２に固着するようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体ウエハに形成された半導体チップ等の被検査体の電気的特性検査を行なう際に使用されるプローブカードに関し、特に、不良プローブを取り除き、これと同等の機能を持ったプローブに容易に交換することが可能なプローブ交換方法に関する。

従来のプローブカードにおいては、複数のプローブが配線基板上に形成されたパッド上に各々接合されており、破損や磨耗等の不良が発生した場合には、不良プローブをパッドから取り除き、新たなプローブを接合することが行われてきた。

特開２００２−５９６０号公報

しかしながら、不良プローブを交換するに際して、元のプローブと同等以上の機械的強度を持たせることだけでなく、プローブの先端部の位置が交換前後で変化しないように細心の注意を払うことが必要不可欠である。しかも微少なピッチで配列されているプローブのうち不良プローブのみを除去し、その部分に新たなプローブを接合するという一連の交換作業を正常なプローブを破損させることなく確実に行うことが必要であり、プローブのピッチが小さくなるに従って、その作業が非常に困難になり、これがプローブカードの多ピン化及び狭ピッチ化の推進を図る上で大きな問題になっている。

本発明は上記した背景の下で創作されたものであり、その目的とするところは、プローブのピッチが小さくなっても不良プローブを簡単確実に交換することが可能なプローブカードのプローブ交換方法及びプローブカードを提供することにある。

本発明のプローブ交換方法は、交換用プローブの固着領域が設定された配線基板を準備する工程と、配線基板上の不良プローブの一部又は全部を除去する工程と、交換用プローブを配線基板に対して位置合わせし交換用プローブの固着領域上に固着する工程とを備えている。また、交換用プローブの取り付けをより確実なものにするために、交換用プローブを配線基板上に取り付けた後に、配線基板上に絶縁性のコーティング材を塗布し、これにより交換用プローブをその先端部分を除いて配線基板への本固定のためにコーティングするようにしている。

本発明のプローブカードは、配線基板上に複数の平行な配線が設けられ、各配線上にプローブの配置領域が設けられ、ブローブの配置領域の直線的延長線上の上記配線上に交換用プローブの固着領域が設定され、上記配線上の配置領域に片持ち梁状のプローブが設けられ、上記プローブのうち少なくとも１本が交換用プローブに変更され、上記プローブが上記固着領域に固着されている。

また、交換用プローブについては、交換用プローブは配線基板上に取り付けられた状態でその先端部の高さが他のプローブの先端部の高さと一致させている。さらに、不良プローブの先端部が切除され、不良プローブのベース部分が残存している場合、不良プローブのベース部分の上面に当接させるようにしたり、不良プローブのベース部分を跨いで配線基板上又は電気配線上に当接させるようにしている。

本発明の請求項１に係るプローブカードのプローブ交換方法による場合、配線基板に設定された交換用プローブの固着領域に当該領域に交換用プローブを固着することができることから、不良プローブを交換するに際して、その近くのプローブが大きな障害にならない。よって、プローブのピッチが小さくなっても不良プローブを簡単確実に交換することが可能になり、プローブカードの多ピン化及び狭ピッチ化の推進を図る上で大きな意義がある。

本発明の請求項２に係るプローブカードのプローブ交換方法による場合、交換用プローブをその先端部分を除いて配線基板への本固定のためにコーティングするようにしたので、請求項１の効果に加えて、交換用プローブの機械的強度を高めることが可能になる。

本発明の請求項３に係るプローブカードによる場合、請求項１と同様の効果を奏する。また、不良プローブの交換作業を簡単確実に行うことが可能であることから、プローブカードとしての寿命が長くなる。

本発明の請求項４に係るプローブカードによる場合、交換用プローブの先端部の高さが他のプローブの先端部の高さに一致した構成となっているので、全てのプローブが同一の高さで被検査体と接触することになり、請求項３の効果に加えて、良好な電気的特性検査を行うことが可能になる。

本発明の請求項５に係るプローブカードによる場合、不良プローブの先端部が切除され、そのベース部分が残存しており、交換用プローブが不良プローブのベース部分に当接した構成となっているので、請求項３の効果に加えて、交換用プローブの機械的強度を高めることが可能になる。

本発明の請求項６に係るプローブカードによる場合、不良プローブの先端部が切除され、そのベース部分が残存しており、交換用プローブが不良プローブのベース部分を跨いで配線基板上又は電気配線上に当接した構成となっているので、請求項３の効果に加えて、不良プローブの切断面の形状等に関係なく、交換用プローブの機械的強度を高めることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はプローブカードの部分斜視図、図２はプローブカードの図１中のＡ−Ａ線の部分断面図、図３はプローブカードの模式的部分平面図である。

ここに掲げるプローブカードは、図１乃至図３に示すように複数の電気配線２０が設けられた配線基板１０と、配線基板１０上に固着され且つ電気配線２０に電気的に接続された複数のプローブ３０と、プローブ３０のうち破損や磨耗等により不良になった不良プローブ３０ａ（図２参照）を切除した後にその代わりに使用される交換用プローブ４０とを具備している。その詳細を説明する。

なお、本実施形態では、不良プローブ３０ａの先端部を切断し、そのベース部３１ａを残存させている。このように除去された不良プローブ３０ａが交換用プローブ４０に交換されている。図１乃至図３においては交換後の状態が示されている。図２中破線は不良プローブ３０ａの切断部分を示している。

配線基板１０の面上に電気配線２０が所定間隔を開けて形成されている。電気配線２０は配線基板１０上に形成された幅１５μｍの銅の配線パターンである。図１及び図３に示すような形状になっており、固着領域２１、配置領域２２、導通部２３及び電極パッド部２４が設けられている。即ち、電気配線２０の一端が電極パッド部２４に接続されている一方、電気配線２０の他端が導通部２３及び配置領域２２を通じて固着領域２１に接続されている。

固着領域２１はプローブ３０が固着される直線状の領域であって、図外の被検査体の電極のピッチに対応して２５μｍのピッチで一列に並べて配置されている。配置領域２２は交換用プローブ４０が固着される直線状の領域であって、固着領域２１の端部に連なり同一方向に延びている。導通部２３は配置領域２２の端部に連なったＬ字状の領域である。電極パッド部２４は導通部２３の端部に連なった正方形状の領域であり、所定ピッチで一列に並べて配置されている。

プローブ３０はニッケル製のカンチレバー式プローブである。本実施形態では、電気配線２０が延びた方向に向けて配線基板１０上の固着領域２１に固着されている。これは、レジストやエッチング等の物理的又は化学的処理を用いて配線基板１０上に電気配線２０を作成した後、引き続いて同様の処理により作成されたものである。具体的には、図１及び図２に示すような肩持ち梁形状になっており、固着領域２１に対応した寸法の板状のベース部３１と、ベース部３１の端部に連なった略１／４円弧状のアーム部３２と、アーム部３２の先端部に突起状に形成されたコンタクト部３３とを有する。

ベース部３１の幅は電気配線２０と略同じ１５μｍにされている一方、その長さは７０μｍとなっている。アーム部３２の先端部の厚みは２０〜３０μｍにされている。コンタクト部３３は図外の被検査体の電極に対して付勢接触可能な形状になっている。

交換用プローブ４０については、本実施形態では、図１及び図２に示すようにプローブ３０と同様の肩持ち梁形状になっており、レジストやエッチング等の物理的又は化学的処理を用いて作成されたものである。具体的には、配置領域２２に対応した寸法の板状のベース部４１と、ベース部４１の端部に段差を付けて連なっており且つプローブ３０のベース部３１に対応した寸法の略板状の中間部４２と、中間部４２の端部に連なった略１／４円弧状のアーム部４３と、アーム部４３の先端部に突起状に形成されたコンタクト部４４とを有する。

このような交換用プローブ４０が不良プローブ３０ａの電気配線２０上であり且つ除去前とは異なる箇所、具体的には不良プローブ３０ａが固着されていた箇所（固着領域２１）から電極パッド部２４側に寄った箇所（配置領域２２）に電気配線２０が延びる方向に向けて取り付けられている。要するに、交換用プローブ４０を固着するための領域として配置領域２２が設定されている。

また、交換用プローブ４０については、配置領域２２に取り付けられた状態でプローブ３０と全く同じ機能を発揮するように寸法や形状等が設定されている。それ故、交換用プローブ４０のコンタクト部４４は他のプローブ３０のコンタクト部３３との間で高さが一致している。さらに、交換前後でプローブ自体の電気的性質が変化しないように材質や断面積をプローブ３０と同じに設定している。

交換用プローブ４０を配置領域２２に取り付けるに際しては、図１及び図２に示すように中間部４２を不良プローブ３０ａのベース部３１ａの上面に当接させ、この状態でベース部４１と配置領域２２との間をタングステン、アルミニウム、スズ、タングステン、炭素等の導電部５０により接合するようにしている。

このように交換用プローブ４０の中間部４２が不良プローブ３０ａのベース部３１ａの上面に当接していることから、交換用プローブ４０の機械的強度が大きい。しかもコンタクト部４４が他のプローブ３０のコンタクト部３３の高さと一致していることから、全てのプローブが同一の高さで被検査体と接触することになり、良好な電気的特性の検査を行うことが可能になる。

次に、プローブ交換方法について図面を参照して説明する。図４は同方法に係る不良プローブ切除工程を示すプローブカードの部分斜視図、図５は同方法に係る交換用プローブ取付工程を示すプローブカードの部分斜視図である。なお、図４及び図５においては配線基板１０及び電気配線２０の一部が図示省略されている。

本実施形態においては、顕微鏡機能、マニピュレーション機能及びデポジション機能を有する集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ）を利用し、不良プローブ３０ａの切除から交換用プローブ４０の取り付けまでの工程を半自動で行っている。なお、図４及び図５はプローブカードが同装置のチャンバー（図示省略）内にセットされた状態を示しているものとする。

まず、同装置の顕微鏡機能を用いてチャンバー内にセットされたプローブカードのプローブ３０の中から不良プローブ３０ａを特定する（図４（ａ）参照）。ユーザにより不良プローブ３０ａの位置が特定されると、同装置により交換用プローブ４０の取り付け箇所にアライメントマークが自動的に付けられる。

引き続いて、アライメントマークにより特定された不良プローブ３０ａが自動的に切除される（図４（ｂ）及び（ｃ）参照）。即ち、図外のマニピュレータに取り出し用プローブＰｒがセットされ、不良プローブ３０ａの先端部３２の端面に取り出し用プローブＰｒの先端部が当接し、アシストデポジション機能により、取り出し用プローブＰｒが不良プローブ３０ａに接合される。この状態でイオンビームを照射して不良フローブ３０ａをベース部分３１ａを残して切断する。その後、同マニピュレータを逆動作させ、切断された不良プローブ３０ａをチャンバー内の所定箇所に移送させる。

このように不良プローブ３０ａが切除されると、引き続いて同装置により交換用プローブ４０が以下のようにして配線基板１０上に自動的に取り付けられる（図５参照）。

まず、同マニピュレータにフレーム付き交換用プローブ４０’がセットされ、フレーム付き交換用プローブ４０’を配線基板１０に移送させる（図５（ａ）参照）。そして、フレーム付き交換用プローブ４０’のベース部４１を配線基板１０上の配置領域２２に当接させるとともに、フレーム付き交換用プローブ４０’の中間部４２を不良フローブ３０ａのベース部分３１ａに当接させる（図５（ｂ）参照）。この状態では、交換用プローブ４０’のコンタクト部４４については、その高さがプローブ３０のコンタクト部３３と一致することになる。

このようにフレーム付き交換用プローブ４０’が配線基板１０に対して位置合わせされた状態で、アシストデポジション機能によりフレーム付き交換用プローブ４０’のベース部４１を電気配線２０上の配置領域２２に接合する。このときデボジションされたものが接合部５０である。その後、イオンビームを照射してフレーム付き交換用プローブ４０’からフレーム４５を切断させる（図５（ｃ）参照）。その後、同マニピュレータを逆動作させ、切断したフレーム４５をチャンバー内の所定箇所に移送させる。この一連の工程により不良プローブ３０ａが交換用プローブ４０に一本単位で交換される。

なお、フレーム付き交換用プローブ４０’については、交換用プローブ４０の先端部にフレーム４５が付けられたものであって、その全体がレジストやエッチング等の物理的又は化学的処理により作成されたものである。フレーム４５の部分を同マニピュレータにより把持されるようになっている。

要するに、取り出し用プローブＰｒを不良プローブ３０ａの先端部に接合し、不良プローブ３０ａを保持した状態で不良プローブ３０ａの先端部を切断するようにした。また、フレーム付き交換用プローブ４０’のフレーム４５の部分を把持した状態でフレーム付き交換用プローブ４０’を配線基板１０に対して位置合わせするようにした。さらに、フレーム付き交換用プローブ４０’を電気配線２０上でもプローブ３０の配列から離れた箇所に位置の配置領域２２上に取り付けるようにした。

よって、不良プローブ３０ａの交換作業は、プローブ３０が２５μｍという微少なピッチで配列されているにもかかわらず、正常なプローブ３０、特に不良プローブ３０ａの両隣りに位置するプローブ３０を破損させることなく簡単確実に行うことが可能になった。これは、プローブ３０のピッチが現状以上に小さくなっても基本的に変わりがないことから、プローブカードの多ピン化及び狭ピッチ化の推進を図る上で大きな意義がある。これに伴ってプローブカード自体の寿命を長くすることが可能になる。

次にプローブカード及びそのプローブ交換方法の変形例を図６乃至図１０を参照して説明する。図６乃至図９はプローブカードの図２と同様の部分断面図、図１０は交換用プローブの斜視図である。なお、上記実施形態と同一の構成部品については同一の部品番号を付してその説明は省略するものとする。

図６に示すプローブカードの交換用プローブ７０は、図１及び図２に示す交換用プローブ４０と同じく肩持ち梁形状であるが、配置領域２２に対応した寸法の板状のベース部７１と、ベース部７１の端部に段差を付けて連なっており且つプローブ３０のベース部３１をその前後方向に跨がる断面逆凹状の中間部７２と、中間部７２の端部に連なった略１／４円弧状のアーム部７３と、アーム部７３の先端部に突起状に形成されたコンタクト部７４とを有している。交換用プローブ４０と大きく異なるのは、プローブ３０のベース部３１の前後方向に跨がるような形状であり、ベース部３１を覆うようになっている点である。

図７に示すプローブカードの交換用プローブ８０は、図１及び図２に示す交換用プローブ４０と同じく肩持ち梁形状であるが、配置領域２２に対応した寸法の板状のベース部８１と、ベース部８１の端部に段差を付けて連なっており且つプローブ３０のベース部８１に比べて若干短い長さの中間部８２と、中間部８２の端部に連なった略１／４円弧状のアーム部８３と、アーム部８３の先端部に突起状に形成されたコンタクト部８４とを有している。交換用プローブ４０と大きく異なるのは、ベース部８１の長さであり、ベース部２１に残った切除片３２１にアーム部８３に当たらないようになっている点である。

図８に示すプローブカードの交換用プローブ９０は、図１及び図２に示す交換用プローブ４０と同じく肩持ち梁形状であるが、配置領域２２に対応した寸法の板状のベース部９１と、ベース部９１の端部に段差を付けて連なっており且つプローブ３０のベース部９２に比べて若干長い長さの中間部９２と、中間部９２の端部に連なった略１／４円弧状のアーム部９３と、アーム部９３の先端部に突起状に形成されたコンタクト部９４とを有している。交換用プローブ４０と大きく異なるのは、ベース部９１の長さであり、プローブ３０のベース部８１が完全に隠れるようになっている点である。

また、図９に示すように配線基板１０の面上にポリイミド、感光性ポリイミド、エポキシ系樹脂、感光性エポキシ系樹脂等の絶縁性のコーティング材（絶縁部６０）を塗布し、交換用プローブ４０をその先端部分を除いて配線基板１０への本固定のためにコーティングするようにしても良い。この場合、交換用プローブ４０の機械的強度がより高まるという効果がある。なお、交換用プローブとして図６乃至図８に示すものを用いても良いことは当然である。

さらに、プローブ３０が不良となるのは外部からの力の作用であることが多いことから、不良プローブ３０ａの１本ではなく複数本であることが殆どである。例えば、不良プローブ３０ａが２本又は３本である場合、図１０に示すような交換用プローブ群１００を用いて不良プローブ３０ａを再生すると良い。

ここに掲げる交換用プローブ群１００は図５（ａ）に示す交換用プローブ４０’の３本を２５μｍピッチで一列に並べて繋げた構造となっている。なお、図中４６はプローブ４０’同士を連結する片である。

この交換用プローブ群１００を用いて３本の不良プローブ３０ａを再生する方法については上記例と全く同様であり、１本づつ再生する場合に比べて３本同時に再生することから、作業効率が格段に向上する。なお、交換用プローブ群を構成するプローブの本数等については上記に限定されないのは当然である。

また、交換用プローブ４０の取り付け方法についても問われない。不良プローブ３０ａを切除する方法については、放電加工装置等を用いて良い。交換用プローブ４０を電気配線２０に位置合わせする方法については、静電プローブ装置等を用いても良い。さらに、ディスペンサ装置による導電性接着材の塗布等により、交換用プローブ４０を電気配線２０上に取り付けるようにしても良い。

本発明の実施の形態を説明するための図であって、プローブカードのうちプローブが構成された部分の図であり、図２及び図３中のＡ−Ａ線の部分断面図である。 プローブカードのうちプローブが構成された部分の斜視図である。 プローブカードのうちプローブが構成された部分の平面図である。分断面図である。 不良プローブを切除する工程を示すプローブカードの部分斜視図である。 交換用プローブを取り付ける工程を示すプローブカードの部分斜視図である。 交換用プローブの変形例を説明するための図１に対応する図である。 交換用プローブの他の変形例を説明するための図１に対応する図である。 交換用プローブの他の変形例を説明するための図１に対応する図である。 プローブカードの変形例を説明するための図であって、プローブカードの部分断面図である。 プローブ交換方法の変形例を説明するための図であって、交換用プローブ群の斜視図である。

符号の説明

１０ 配線基板
２０ 電気配線
２１ 固着領域
２２ 配置領域
３０ プローブ
３０ａ 不良プローブ
４０ 交換用プローブ
１００ 交換用プローブ群

Claims (6)

1. 交換用プローブの固着領域が設定された配線基板を準備する工程と、配線基板上の不良プローブの一部又は全部を除去する工程と、交換用プローブを配線基板に対して位置合わせし交換用プローブの固着領域上に固着する工程とを備えることを特徴とするプローブカードのプローブ交換方法。
2. 請求項１記載のプローブカードのプローブ交換方法において、交換用プローブを配線基板上に取り付けた後に、配線基板上に絶縁性のコーティング材を塗布し、これにより交換用プローブをその先端部分を除いて配線基板への固定のためにコーティングするようにしたことを特徴とするプローブカードのプローブ交換方法。
3. 配線基板上に複数の平行な配線が設けられ、各配線上にプローブの配置領域が設けられ、ブローブの配置領域の直線的延長線上の上記配線上に交換用プローブの固着領域が設定され、上記配線上の配置領域に片持ち梁状のプローブが設けられ、上記プローブのうち少なくとも１本が交換用プローブに変更され、上記プローブが上記固着領域に固着されていることを特徴とするプローブカード。
4. 請求項３記載のプローブカードにおいて、交換用プローブは配線基板上に取り付けられた状態でその先端部の高さが他のプローブの先端部の高さと一致していることを特徴とするプローブカード。
5. 不良プローブの先端部が切除され、不良プローブのベース部分が残存している場合の請求項３又は４記載のプローブカードにおいて、交換用プローブは不良プローブのベース部分の上面に当接していることを特徴とするプローブカード。
6. 不良プローブの先端部が切除され、不良プローブのベース部分が残存している場合の請求項３又は４記載のプローブカードにおいて、交換用プローブは不良プローブのベース部分を跨いで配線基板上に当接していることを特徴とするプローブカード。

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