JP2009068967A - 交換用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプローブ交換時の、熱によって生じる問題を解決し、容易に交換可能な交換用プローブカード提供することを目的とする。
【解決手段】
プローブ交換の際にプローブハンド機構に保持される交換用プローブであって、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、プローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブの交換に用いる交換用プローブに関する。

近年、半導体ウエハの検査に用いるプローブカードは、半導体ウエハの高集積化に伴うプローブの微細化が進み、約７０μｍ〜８０μｍのピッチで針が並ぶプローブカードが用いられている。

このようなプローブカードを繰り返し使用していると、プローブの破損等により、１本のプローブを交換する必要が生じてくる。そして、プローブを交換するには、交換の対象となるプローブを取り外し、新しいプローブを実装する作業が伴う。

上述のようにプローブの交換のためにプローブを再実装する際に、プローブの配置が上述のように狭ピッチであると、プローブを機械的に掴み位置決めを行うことが難しく、また、隣接するプローブに対して熱による影響を与えることなく、プローブ実装部に供給されたはんだ等の導電性接着剤を融解する熱を加えることも難しいという問題があった。さらに、近年は、プローブの微細化が進み、プローブ自体を機械的にハンドリングすることも課題であった。

本発明はこのような従来のプローブの交換の際に、熱によって生じる問題を解決し、さらに、ハンドリングが容易な交換用プローブを提供することを目的とする。

本発明の交換用プローブは、プローブ交換の際にプローブハンド機構に保持される交換用プローブであって、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、プローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートから構成されることを特徴とする。

そして、上記ハンドリングプレートが、アーム部から延びていることが好ましい。

あるいは、上記ハンドリングプレートが、実装部から延びていることが好ましい。

さらに、上記ハンドリングプレートの付け根に、切り口となる凹部が設けられていることが好ましい。

本発明の交換用プローブは、プローブ交換の際にプローブハンド機構に保持される交換用プローブであって、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、プローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートから構成されることにより、プローブ交換時に、実装済みの周囲のプローブに対して再実装時の熱による影響を抑えることが可能となる。

そして、上記ハンドリングプレートが、アーム部から延びていることにより、ハンドリングプレートを除去にプローブへの影響を少なくすることができる。

あるいは、上記ハンドリングプレートが、実装部から延びていることにより、プローブの実装部を効果的に加熱することができる。

さらに、上記ハンドリングプレートの付け根に、切り口となる凹部が設けられていることにより、プローブ実装後不要となる上記ハンドリングプレートを簡単に取除くことが可能となる。

図を用いて本発明を以下に詳細に説明する。図１が本発明の交換用プローブの側面図であり、（ａ）が第１の実施形態の交換用プローブ１、（ｂ）が第２の実施形態の交換用プローブ１’である。

本発明の第１の実施形態の交換用プローブ１は、図１（ａ）に示すように、プローブカードの電極１０に取り付けるための実装部３、上記実装部３から延在しバネ性を有するアーム部４、上記アーム部４の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部５、および上記アーム部４から延びているハンドリングプレート６から構成されている。

本発明の交換用プローブ１は、図２示すようなプローブハンド機構２に保持され、実装するために所定の位置に位置決めされた後、加熱される。このような作業の操作性を向上するために、上記ハンドリングプレート６を設けており、上記ハンドリングプレート６を上記プローブハンド機構２に設けられたプローブ吸着用穴８により吸着し、上記プローブハンド機構２で保持する。

このように、上記プローブハンド機構２で上記ハンドリングプレート６を吸着することにより上記交換用プローブ１が保持されるので、その際の操作性を重視するために、上記ハンドリングプレート６は、ある程度の大きさが必要であり、上記交換用プローブ１の上記先端部５よりも飛び出した大きさとなっている。そのため、上記交換用プローブ１を実装後、上記ハンドリングプレート６を取除く必要がある。

上記ハンドリングプレート６を簡単に取除くことができるように、上記ハンドリングプレート６の付け根に、切り口となる凹部１２を設けている。上記凹部１２を設けることにより、上記交換用プローブ１を保持する際の操作性を確保すると共に、半導体検査時に邪魔になる上記ハンドリングプレート６を容易に取除くことが可能となる。

次に、第２の実施形態の交換用プローブ１’について説明する。交換用プローブ１’は、図２（ｂ）に示すように、プローブカードの電極１０に取り付けるための実装部３、上記実装部３から延在しバネ性を有するアーム部４、上記アーム部４の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部５、および上記実装部３から延びているハンドリングプレート６から構成されている。

上述の第１の実施形態の交換用プローブ１とは、上記ハンドリングプレート６の位置が異なる。本実施形態のように上記ハンドリングプレート６を上記実装部３と接続するようにすると、後述するプローブ交換の際のプローブ加熱時に、上記実装部３により効果的に熱を加えることが可能となる。

そして、第１の実施形態と同様に、上記ハンドリングプレート６の付け根に、切り口となる凹部１２を設けておく。これにより、上記ハンドリングプレート６を、操作性を確保するために大きくしても、簡単に取除くことが可能となる。

次に、本発明の交換用プローブを用いてプローブを交換する方法について説明する。ここでは、第２の実施形態のプローブ１’を用いて説明する。

まず初めに、プローブ交換の際に使用するプローブハンド機構２について説明する。上記プローブハンド機構２は、ヒーター（図示せず）を内蔵し、図２に示すように、その側面に、上記プローブ１’の上記ハンドリングプレート６を吸着するプローブ吸着用穴８、および上記プローブ１’を吸着する際に使用するプローブ位置決めピン９が設けられている。また、上記プローブ１’の加熱温度を管理するための温度センサーを内蔵することも可能である。

上記プローブハンド機構２を用いて、上記交換用プローブ１’を交換する方法について説明する。予め、検査中に損傷し交換が必要となったプローブを除去しておく。そして、新たにプローブカードに実装する交換用プローブ１’を準備する。そして、図３に示すように、上記プローブハンド機構２で、上記プローブ１’を保持する。

この時、上記プローブ位置決めピン９により、上記プローブハンド機構２において上記プローブ１’の位置決めを行い、上記プローブ１’の上記ハンドリングプレート６を、上記吸着用穴８で吸着して、上記プローブハンド機構２で上記プローブ１’を保持する。

次に、上記プローブハンド機構２が移動して、図４に示すように、上記プローブ１’を、再実装するプローブカードの基板１１に設けられた電極１０の上方に移動させ、位置決めを行う。

そして、プローブカード全体を予備加熱するとともに、上記プローブハンド機構２が内蔵する上記ヒーターにより、上記プローブ１’の上記ハンドリングプレート６に熱を加え上記プローブ１’を加熱して、上記プローブ１’の実装部３に設けられた導電性接着剤７を融解した後に、図５に示すように上記プローブ１’を上記電極１０に押し当てる。

プローブカードの予備加熱の温度は、交換対象以外のプローブが実装された接合部材である導電性接着剤の融点よりも低い温度とする。本実施形態では、一例として、上記導電性接着剤として、鉛フリーはんだを用いている場合について説明すると、はんだの融点が２３０℃であるので、上記予備加熱の温度は、２３０℃以下とする必要があり、例えば１５０℃で予備加熱を行うことが好ましい。

これは、接合済みのプローブに影響を与えないために必要であり、これ以上に予備加熱の温度を上げると、接合済みのプローブの導電性接着剤が融解してしまう恐れがある。

次に、交換用プローブ１’の加熱条件について説明する。上記導電性接着剤７として鉛フリーはんだを用いると、上記プローブ１’を加熱して２８０℃〜３５０℃に保つ必要がある。

これは、はんだの融点が上述のように２３０℃であるので、一般的なはんだ付け時の濡れ性を考慮すると、上記融点に＋３０℃程度加える必要があり、さらに、交換用プローブ１’の実装時に、プローブ基板に熱が吸収されることを考えて、さらに＋３０℃程度を加えることが好ましく、これらの条件を考えて、上記プローブ１’を加熱して２８０℃〜３５０℃に保つことが好ましい。

さらに、上記プローブ１’の加熱温度は、上記プローブ１’の実装部３での温度とする必要があるので、上記プローブハンド機構２の内臓ヒーターにより加熱される上記プローブ１’の上記ハンドリングプレート６は、上記温度（２８０℃〜３５０℃）以上に加熱する必要がある。その一例として、約５００℃で約３秒間、上記ハンドリングプレート６を加熱すると、上記プローブ１’の上記実装部３は３００℃付近まで上昇し、上記加熱温度（２８０℃〜３５０℃）の範囲内となり、はんだを溶解するのに適した温度となる。

上述のような温度条件で上記プローブ１’を加熱し、上記実装部３に設けられた上記導電性接着剤７を融解する。そして、予備加熱されたプローブカードの上記電極１０に押し当て、上記導電性接着剤７が上記電極１０になじんだ直後に、上記プローブ１’への加熱を終了する。このように、再実装時に適切な温度管理を行うことにより、周囲のプローブへの影響をできるだけ少なくすることが可能となる。

このようにして、上記プローブ１’への加熱が終了した後に、図６に示すように、エアブロー等により再実装部分を局所冷却する。これにより、さらに効果的に周囲のプローブへの熱影響を抑えることが可能となる。

局所冷却完了後、図７に示すように、上記プローブハンド機構２による上記プローブ１’の保持を解除し、最後に、図８に示すように、不要となった上記ハンドリングプレート６を上記プローブ１’から取除く。この時に、上記凹部１２が設けてあることにより、簡単に上記ハンドリングプレート６を上記プローブ１’本体から取除くことができる。このようにして、プローブ１’の交換が完了する。

このように、本発明の交換用プローブ１’は、上記ハンドリングプレート６を設けることにより、上記プローブハンド機構２を用いて、プローブカードおよび交換用プローブ１’の加熱処理を適切な温度条件で行うことで、再実装時における、周囲のプローブへの熱影響を抑制することが可能となる。

次に、上記交換用プローブ１’の実装時間について説明する。上記プローブ１’を所定の温度に加熱した状態で上記電極１０に実装する際に問題となるのが、上記プローブ１’の材料硬度の低下である。

上記交換用プローブ１’は主にめっきにより製作されており、上述のような実装時のプローブ１’の加熱により、上記プローブ１’が過剰熱処理条件に達し、材料硬度が低下する恐れがあるので、材料硬度の低下が始まるまでに、上記プローブ１’を実装し、上記プローブ１’への加熱を終了しなければならない。そこで、実施例を用いて、実装時間としてどの程度の時間に設定すればいのかを説明する。

まず、条件として上記交換用プローブ１’を、ＮｉＣｏ合金をめっき（電気鋳造法）により製作したものとする。また、上記導電性接着剤として融点２３０℃であるはんだを用いたものとする。このような条件で、上記プローブ１’を２種類の温度に加熱した場合について説明する。

まず初めに、上記プローブ１’を３５０℃まで加熱した場合について説明する。上記プローブ１’の材料硬度は初期状態では６００ＨＶである。これを３５０℃の状態に保ち、時間とともに材料硬度がどのように変化するのかを示したのが、図９に示すグラフである。

このグラフで示すように、３５０℃に加熱して約５秒経過後、材料硬度が低下しはじめ、７秒経過後に約４００ＨＶまで低下している。

このことから、上記プローブ１’を３５０℃に加熱して実装する場合は、５秒以内に実装を完了し加熱を終える必要がある。そのため、約２秒以内で実装を完了することが好ましい。

次に、上記プローブ１’を２８０℃まで加熱した場合について説明する。

ここでは、実施例１の結果と図１０のグラフに示す接合温度と時間の関係である１０℃２倍則を基に計算を行う。

その結果を示したのが、図１１に示すグラフである。このグラフで示すように、２８０℃の場合、約７０３秒経過後、材料硬度が低下している。

このことから、上記プローブ１’を２８０℃に加熱して実装する場合は、７０３秒以内に実装を完了し加熱を終える必要がある。

このように、プローブ１’の材質および導電性接着剤７の材質に応じて、プローブ１’の加熱温度と実装時間の関係を把握し、所定の加熱温度を保ち、所定の実装時間内にプローブ１’の実装を終えることにより、プローブ１’の熱による材料硬度の低下を抑えることが可能となる。

また、より効果的に材料硬度の低下を抑える方法として、局所冷却を用いる方法がある。図１２に示すように、プローブ１’を加熱し実装している時に、上記プローブ１’のアーム部４をエアブロー等を用いて局所冷却する。

このように、材料硬度が最も必要とされる上記アーム部４を局所冷却することにより、上記プローブ１’の材料硬度の低下を、より効果的に抑制することが可能となる。

交換用プローブの側面図である。 プローブハンド機構の側面図である。 プローブハンド機構により交換用プローブを保持した状態を示す図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が正面図である。 プローブハンド機構により交換用プローブの位置決めを行っている状態を示す図である。 プローブハンド機構により交換用プローブを電極に押し当てている状態を示す図である。 エアブローによりプローブの実装部分を局所冷却している状態を示す図である。 プローブハンド機構によるプローブの保持を解除した状態を示す図である。 プローブからハンドリングプレートを除去した状態を示す図である。 プローブを３５０℃に加熱した場合の、加熱時間と材料硬度の関係を示すグラフである。 接合温度と時間の関係を示すグラフである。 プローブを２８０℃に加熱した場合の、加熱時間と材料硬度の関係を示すグラフである。 プローブのアーム部を局所冷却している状態を示す図である。

符号の説明

１、１’ プローブ
２ プローブハンド機構
３ 実装部
４ アーム部
５ 先端部
６ ハンドリングプレート
７ 導電性接着剤
８ プローブ吸着用穴
９ プローブ位置決めピン
１０ 電極
１１ 基板
１２ 凹部

Claims (4)

1. プローブ交換の際にプローブハンド機構に保持される交換用プローブであって、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、上記アーム部の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部、プローブハンド機構に保持されるハンドリングプレートから構成されることを特徴とする交換用プローブ。
2. 上記ハンドリングプレートが、アーム部から延びていることを特徴とする請求項１に記載の交換用プローブ。
3. 上記ハンドリングプレートが、実装部から延びていることを特徴とする請求項１に記載の交換用プローブ。
4. 上記ハンドリングプレートの付け根に、切り口となる凹部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の交換用プローブ。

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