JP2011247792A - プローブ構造体、プローブ装置、プローブ構造体の製造方法、および試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブを正確に位置決めして狭ピッチで実装する。
【解決手段】被試験デバイスと電気信号を授受するプローブ構造体であって、電気信号を伝送する接点と、接点が形成されるプローブと、接点と電気的に接続されるプローブパッド部と、プローブ上に設けられ、プローブパッド部に接続されるボンディングワイヤと前記プローブとの間を絶縁する絶縁部と、を備えるプローブ構造体、プローブ装置、プローブ構造体の製造方法、および試験装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブ構造体、プローブ装置、プローブ構造体の製造方法、および試験装置に関する。

被試験デバイスを試験する試験装置は、被試験デバイスが半導体ウェハに造り込まれた状態またはパッケージされた状態のままで試験するものがある。このような試験装置は、被試験デバイスの入出力端子にプローブ針を電気的に接触させた状態で試験を実行する（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２００９−２８６５号公報

このような試験装置は、被試験デバイスの入出力端子の配置に合わせてプローブを配置させなければならない。しかしながら、被試験デバイスの入出力端子の実装密度が高い場合、または複雑な配置の場合等において、狭ピッチでプローブを配置すると、プローブから配線回路へと電気的に接続するワイヤボンディングのワイヤがよれてワイヤ間が接触してしまう問題が生じていた。また、プローブを正確に位置決めして実装することも困難であった。また、１本のプローブが壊れた場合でも、プローブ装置全体を交換しなければならなかった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、被試験デバイスと電気信号を授受するプローブ構造体であって、電気信号を伝送する接点と、接点が形成されるプローブと、接点と電気的に接続されるプローブパッド部と、プローブ上に設けられ、プローブパッド部に接続されるボンディングワイヤと前記プローブとの間を絶縁する絶縁部と、を備えるプローブ構造体、プローブ装置、プローブ構造体の製造方法、および試験装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係るプローブ構造体１００の構成例を示す。 本実施形態に係る絶縁部１６０およびピッカー吸着部１７０の製造方法を示す。 本実施形態に係るプローブ装置３００の構成例を示す。 本実施形態に係るプローブ装置３００の製造フローを示す。 本実施形態に係る試験装置５１０の構成例を被試験デバイス５００と共に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るプローブ構造体１００の構成例を示す。プローブ構造体１００は、プローブ構造体１００を実装する基板との間で、ワイヤにより電気的に接続される。ここでプローブ構造体１００は、当該ワイヤのよれを防ぎ、正しく電気信号を伝送できるようにする。プローブ構造体１００は、接点１１０と、プローブ１２０と、プローブパッド部１３０と、導電層１４０と、絶縁部１６０と、ピッカー吸着部１７０とを備える。

接点１１０は、被試験デバイスの入出力端子に物理的、かつ、電気的に接触して被試験デバイスとの間で電気信号を伝送する。接点１１０は、被試験デバイスの入出力端子の破壊または劣化を防ぐように、半球状の形状でよく、これに代えて先端を丸めた針状の形状であってもよい。これに代えて、接点１１０は、被試験デバイスの入出力端子に面で接触するように、突部のない平面であってもよい。接点１１０は、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、イリジウム、および／またはニッケルを含んでよい。

プローブ１２０は、接点１１０が形成される。例えば、プローブ１２０は、シリコン基板から形成される。具体的には、プローブ１２０は、シリコン基板等の半導体基板に、フォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を用いて形成されてよい。これによって、プローブ１２０は、被試験デバイスの入出力端子のピッチに合わせて微細な形状で形成することができる。また、プローブ１２０は、一例として櫛形形状に形成される。プローブ１２０は、櫛形形状のそれぞれの櫛の先端に、接点１１０をそれぞれ有してよい。

プローブパッド部１３０は、接点１１０と電気的に接続される。プローブパッド部１３０は、プローブ１２０の表面上にメッキ等で形成されてよい。プローブパッド部１３０は、プローブ１２０に形成された複数の接点１１０に対応して、複数形成されてよい。

導電層１４０は、接点１１０とプローブパッド部１３０とを電気的に接続する。導電層１４０は、プローブ１２０の表面上に形成されてよく、これに代えて、プローブ１２０の内部に形成されてもよい。導電層１４０は、タングステン、パラジウム、ロジウム、金、白金、ルテニウム、イリジウム、および／またはニッケルを含んでよく、接点１１０と略同一の材質であってよい。

ボンディングワイヤ１５０は、一端がプローブパッド部１３０にボンディングされて電気的に接続される。ボンディングワイヤ１５０は、金またはアルミニウムを含んでよい。ボンディングワイヤ１５０は、もう一端がプローブ構造体１００を搭載する基板上のパッドに接続されてよい。

絶縁部１６０は、プローブ１２０上に設けられ、ボンディングワイヤ１５０とプローブ１２０との間を絶縁する。また、絶縁部１６０は、複数のプローブパッド部１３０にそれぞれ接続される複数のボンディングワイヤ１５０と複数のプローブ１２０との間を絶縁する。絶縁部１６０は、フォトリソグラフィによって、プローブ１２０上に形成されてよい。絶縁部１６０は、ポリイミドまたは永久膜レジスト等の絶縁体樹脂であってよい。絶縁部１６０は、ボンディングワイヤ１５０に接触してテンションをかける。

ピッカー吸着部１７０は、製造時においてプローブ構造体１００を吸着して保持するピッカーによって吸着されるべく設けられる。ピッカー吸着部１７０は、プローブ１２０上に設けられてよく、絶縁部１６０と同時に形成されてもよい。ピッカー吸着部１７０は、絶縁部１６０と略同一の絶縁体樹脂であってよい。また、ピッカー吸着部１７０は、表面積を導電層１４０の表面積よりも広く形成されてよい。

図２は、本実施形態に係る絶縁部１６０およびピッカー吸着部１７０の製造方法を示す。図２（ａ）において、まずベース基板２００上に接点１１０と、プローブパッド部１３０と、導電層１４０とを含む導電部２１０を形成する。ベース基板２００は、シリコンウェハであってよい。一例として、導電部２１０は、材料を加熱して気化または昇華させて基板の表面に付着させる蒸着によって形成される。また、プローブパッド部１３０は、蒸着された導電部２１０上に、さらにメッキ処理して形成されてよい。

図２（ｂ）において、導電部２１０が形成されたベース基板２００に、ポリイミドまたは永久膜レジスト等の液状の絶縁体樹脂２２０を塗布する。ここで、絶縁体樹脂２２０をベース基板２００上に供給した後にベース基板２００を高速回転して、遠心力で薄膜を構成するスピンコートによって、絶縁体樹脂２２０を塗布してよい。これに代えて、絶縁体樹脂２２０を噴射して塗布するスプレーコートによって絶縁体樹脂２２０を塗布してもよい。次に、ベース基板２００を加熱して、塗布した絶縁体樹脂２２０を硬化させる。

図２（ｃ）において、硬化した絶縁体樹脂２２０に、マスク２３０を介してマスク２３０のパターンを露光する。絶縁体樹脂２２０は、例えば、光によって反応する化学物質を溶媒に溶かしたものであり、感光した部分が溶解する「ポジ型」または感光した部分が残る「ネガ型」がある。図中の例はポジ型であり、絶縁体樹脂２２０は、光２４０に感光した部分が溶解する。

図２（ｄ）において、露光したベース基板２００を現像液に浸して、余分な部分の絶縁体樹脂２２０を除去した結果を示す。これにより、ベース基板２００上に、絶縁部１６０およびピッカー吸着部１７０が形成される。

以上の製造方法によって絶縁部１６０およびピッカー吸着部１７０が形成されたベース基板２００をプローブの形状に加工することで、プローブ構造体１００が形成される。ベース基板２００は、ガスを使用するドライエッチングまたは液体を用いるウェットエッチングで加工されてよい。一例として、ベース基板２００を櫛形に加工することにより、複数のプローブ針を有するプローブ構造体１００を形成してよい。

図３は、本実施形態に係るプローブ装置３００の構成例を示す。プローブ装置３００は、プローブ構造体１００が有する接点１１０を介して、デバイスと電気的に接続する。プローブ装置３００は、プローブ構造体１００と、実装基板部３１０と、配線部３２０とを備える。

実装基板部３１０は、１以上のプローブ構造体１００を実装する。実装基板部３１０は、一例としてセラミック等の熱膨張係数が比較的小さな材料によって形成される。ここで実装基板部３１０を、強度を保つ程度の厚さに形成して、表面と裏面の温度差が小さくなるようにしてよい。これによって、実装基板部３１０は、温度等の環境変化による反りの発生を抑えることができ、デバイスの複数の入出力部に対して、複数のプローブを略同一の高さ、かつ、略同一の圧力で接触させることができる。

配線部３２０は、プローブ構造体１００に有する複数の接点１１０と電気信号を授受する。配線部３２０は、実装基板部３１０のプローブ構造体１００が実装される面に形成されてよく、パッド、貫通ビア、コネクタ、および回路素子等を含んでよい。また、配線部３２０は、貫通ビア等によって、実装基板部３１０の裏面に形成された回路と接続されてもよい。配線部３２０は、プローブ構造体１００に有する複数のプローブパッド部１３０と、ボンディングワイヤ１５０で電気的に接続される。

ここで、ボンディングワイヤ１５０は、絶縁部１６０に接触して絶縁部１６０によってテンションをかけられた状態を保つ。また、ボンディングワイヤ１５０は、一端がプローブパッド部１３０にボンディングされ、絶縁部１６０との接触した部分を支点としてループ状に曲げられ、実装基板部３１０上の配線部３２０に接続される。これによって、ボンディングワイヤ１５０は、絶縁部１６０に接触することで空間的に精度よく配置させることができるので、よれを防ぐことができる。即ち、ボンディングワイヤ１５０は、狭ピッチでプローブ１２０が形成されても、プローブ１２０および隣のワイヤ等との電気的なショートを防ぐことができる。

ここで絶縁部１６０は、弾力性を有してよく、ボンディングワイヤ１５０に接触してテンションをかける場合に、絶縁部１６０の表面がくぼんでよい。これによって、ボンディングワイヤ１５０は、絶縁部１６０と接触した位置を保持することができ、狭ピッチでボンディングされても隣のワイヤとの電気的なショートを防ぐことができる。

ここで、プローブ構造体１００は、接着剤３３０を用いて配線部３２０に実装される。接着剤３３０は、紫外線等の光が照射されることによって硬化する紫外線硬化型接着剤であってよい。プローブ構造体１００は、ピッカー３４０に吸着されて移動され、実装基板部３１０上に位置決めされて接着剤３３０によって固定される。したがって、プローブ構造体１００は、ピッカー３４０に吸着固定される位置に誤差がある場合、実装基板部３１０上に誤差があるまま実装される。

例えば、プローブ構造体１００の表面上は、図２（ａ）に示したようにプローブパッド部１３０および導電層１４０によって凹凸が形成される。したがって、ピッカー３４０は、プローブ構造体１００をこのまま吸着すると、表面の凹凸のためにプローブ構造体１００を位置精度よく吸着することができず、結果として精度よく実装基板部３１０上にプローブ構造体１００を配置することができない。

そこで、プローブ構造体１００上に、プローブパッド部１３０よりも面積が広く均一な高さのピッカー吸着部１７０を設けることで、ピッカー３４０は、プローブパッド部１３０を精度よくしっかり吸着することができる。また、プローブ構造体１００は、絶縁部１６０とピッカー吸着部１７０の高さを略同一にすることにより、ピッカー３４０は絶縁部１６０を含めて吸着できる。ピッカー３４０は、プローブパッド部１３０を精度よくしっかり吸着することによって、実装基板部３１０上にプローブ構造体１００を精度よく配置することができる。

以上の本実施例に係るプローブ装置３００は、プローブ構造体１００が有するプローブパッド部１３０と狭ピッチで精度よくワイヤボンディングすることができ、かつ、プローブ構造体１００を精度よく実装基板部３１０上に配置することができる。したがって、デバイスの入出力端子の実装密度が高い場合、または複雑な配置の場合等でも、デバイスの入出力端子の配置に合わせてプローブ１２０を配置させ、入出力端子と接点１１０を接触させて電気信号を伝送させることができる。

以上の本実施例は、絶縁部１６０とピッカー吸着部１７０が分離されて形成される例を説明したが、これに代えて、絶縁部１６０とピッカー吸着部１７０は、プローブ構造体１００上で一体となって形成されてよい。この場合、絶縁部１６０は、プローブ構造体１００のプローブパッド部１３０が形成された面に、プローブパッド部１３０の表面の少なくとも一部を開口させることにより、プローブパッド部１３０が露出するように形成されてよい。また、絶縁部１６０は、接点１１０およびプローブパッド部１３０以外の表面に形成されてよい。これにより、ピッカー３４０は、より広い面積の絶縁部１６０を吸着することができるので、プローブ構造体１００を位置精度よく吸着することができる。

図４は、本実施形態に係るプローブ装置３００の製造フローを示す。ここで、プローブ構造体１００が形成されるまでのステップＳ４００までのフローは、図２で説明した内容と重複する。まず、シリコンウェハ等のベース基板２００の表面に導電部２１０を形成する（Ｓ４００）。導電部２１０は、接点１１０と、プローブパッド部１３０と、導電層１４０とを含み、それぞれ蒸着またはメッキ等で形成されてよい。

次に、導電部２１０の上に、絶縁部１６０を形成する（Ｓ４１０）。導電部２１０および絶縁部１６０が形成されたベース基板２００は、一例として、櫛形形状にエッチングされてプローブ１２０が形成される（Ｓ４２０）。以上のフローによって、プローブ構造体１００が形成される。

プローブ構造体１００は、実装基板部３１０に実装される（Ｓ４３０）。プローブ構造体１００は、ピッカー３４０に吸着されて移動され、実装基板部３１０上に位置決めされる。ここでプローブ構造体１００は、一例として実装基板部３１０の水平面に対して１０度程度傾斜されて位置決めされる。これによって、プローブ構造体１００は、接点１１０を突き出したプローブとして実装基板部３１０上に実装できる。プローブ構造体１００は、接着剤３３０によって位置決めされた位置に固定される。

次に、ボンディングワイヤ１５０は、一端がプローブ構造体１００が備えるプローブパッド部１３０に、他端が対応する配線部３２０にボンディングされる（Ｓ４４０）。プローブ構造体１００がプローブパッド部１３０を複数備える場合、複数のボンディングワイヤ１５０は、複数のプローブパッド部１３０と、対応する複数の配線部３２０とにそれぞれボンディングされてよい。また、実装基板部３１０に実装されるプローブ構造体１００が複数ある場合、複数のボンディングワイヤ１５０は、それぞれのプローブ構造体１００が備える複数のプローブパッド部１３０と、対応する複数の配線部３２０とにそれぞれボンディングされてよい。

以上の製造フローによって、プローブ構造体１００と狭ピッチで精度よくワイヤボンディングされたプローブ装置３００を製造することができる。また、本実施例によるプローブ装置３００は、プローブの一部が壊れた場合、壊れたプローブ構造体を交換することでプローブ装置３００を修理することができる。

図５は、本実施形態に係る試験装置５１０の構成例を被試験デバイス５００と共に示す。試験装置５１０は、アナログ回路、デジタル回路、アナログ／デジタル混載回路、メモリ、およびシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）等の少なくとも１つを有する被試験デバイス５００を試験する。試験装置５１０は、被試験デバイス５００を試験するための試験パターンに基づく試験信号を被試験デバイス５００に入力して、試験信号に応じて被試験デバイス５００が出力する出力信号に基づいて被試験デバイス５００の良否を判定する。試験装置５１０は、制御部５１５と、テストヘッド部５３０とを備える。

制御部５１５は、テストヘッド部５３０へ試験を実行するための制御信号を送信する。また、制御部５１５は、テストヘッド部５３０の試験結果を受け取って、記憶装置に記憶および／または表示装置に表示してよい。

テストヘッド部５３０は、試験部５２０を有する。試験部５２０は、被試験デバイス５００との間で電気信号を授受して被試験デバイス５００を試験する。試験部５２０は、試験信号発生部５２３と、期待値比較部５２６とを含む。

試験信号発生部５２３は、被試験デバイス５００へ供給する複数の試験信号を発生する。試験信号発生部５２３は、試験信号に応じて被試験デバイス５００が出力する応答信号の期待値を生成してよい。試験信号発生部５２３は、プローブ装置３００を介して複数の被試験デバイス５００に接続されて、複数の被試験デバイス５００を試験してよい。

期待値比較部５２６は、テストヘッド部５３０が受信した受信データ値を期待値と比較する。期待値比較部５２６は、期待値を試験信号発生部５２３から受信してよい。試験装置５１０は、期待値比較部５２６の比較結果に基づき、被試験デバイス５００の良否を判定してよい。

テストヘッド部５３０は、１以上のデバイスを有する被試験デバイス５００に接続され、試験装置５１０と被試験デバイス５００との試験信号をやり取りする。テストヘッド部５３０は、本実施例に係るプローブ装置３００を有する。

試験装置５１０は、本実施形態に係るプローブ装置３００によって被試験デバイス５００と電気的に接続される。これによって試験装置５１０は、実装密度が高いデバイスの入出力端子、または複雑な配置の入出力端子を有する被試験デバイス５００の試験を実行することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ プローブ構造体、１１０ 接点、１２０ プローブ、１３０ プローブパッド部、１４０ 導電層、１５０ ボンディングワイヤ、１６０ 絶縁部、１７０ ピッカー吸着部、２００ ベース基板、２１０ 導電部、２２０ 絶縁体樹脂、２３０ マスク、２４０ 光、３００ プローブ装置、３１０ 実装基板部、３２０ 配線部、３３０ 接着剤、３４０ ピッカー、５００ 被試験デバイス、５１０ 試験装置、５１５ 制御部、５２０ 試験部、５２３ 試験信号発生部、５２６ 期待値比較部、５３０ テストヘッド部

Claims (12)

1. デバイスと電気信号を授受するプローブ構造体であって、
   電気信号を伝送する接点と、
   前記接点が形成されるプローブと、
   前記接点と電気的に接続されるプローブパッド部と、
   前記プローブ上に設けられ、前記プローブパッド部に接続されるボンディングワイヤと前記プローブとの間を絶縁する絶縁部と、
   を備えるプローブ構造体。
2. 前記絶縁部は、前記ボンディングワイヤに接触してテンションをかける請求項１に記載のプローブ構造体。
3. 複数の前記接点と、
   前記複数の接点と電気的にそれぞれ接続される複数の前記プローブパッド部と、
   を更に備え、
   前記絶縁部は、前記複数のプローブパッド部にそれぞれ接続される複数の前記ボンディングワイヤと前記複数のプローブとの間を絶縁する請求項１または２に記載のプローブ構造体。
4. 前記ボンディングワイヤは、一端が前記プローブパッド部にボンディングされ、前記絶縁部との接触した部分を支点としてループ状に曲げられ、前記プローブ構造体を搭載する基板上のパッドに接続される請求項１から３のいずれかに記載のプローブ構造体。
5. 前記絶縁部は、前記プローブ構造体を吸着して保持するピッカーによって吸着されるピッカー吸着部を有する請求項１から４のいずれかに記載のプローブ構造体。
6. 前記絶縁部は、前記プローブ構造体の前記プローブパッド部が形成された面に、前記プローブパッド部の表面の少なくとも一部を開口させて形成される請求項１から５のいずれかに記載のプローブ構造体。
7. 前記絶縁部は、絶縁体樹脂である請求項１から６のいずれかに記載のプローブ構造体。
8. 前記プローブは、シリコン基板から形成された請求項１から７のいずれかに記載のプローブ構造体。
9. 前記プローブは、櫛形形状に形成された請求項１から８のいずれかに記載のプローブ構造体。
10. デバイスと電気的に接続するプローブ装置であって、
    請求項１から請求項９のいずれかに記載のプローブ構造体と、
    １以上の前記プローブ構造体を実装する実装基板部と、
    前記プローブ構造体に有する複数の接点と電気信号を授受する配線部と
    を備え、
    前記プローブ構造体に有する複数のプローブパッド部と前記配線部は、ボンディングワイヤで電気的に接続されるプローブ装置。
11. 被試験デバイスと電気信号を授受するプローブ構造体の製造方法であって、
    電気信号を伝送する接点を形成する接点形成段階と、
    前記接点が形成されるプローブを形成するプローブ形成段階と、
    前記接点と電気的に接続されるプローブパッド部を形成するプローブパッド部形成段階と、
    前記プローブ上に設けられ、前記プローブパッド部に接続されるボンディングワイヤと前記プローブとの間を絶縁する絶縁部を形成する絶縁部形成段階と、
    を備えるプローブ構造体の製造方法。
12. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
    前記被試験デバイスとの間で電気信号を授受して前記被試験デバイスを試験する試験部と、
    請求項１０に記載の被試験デバイスと電気的に接続するプローブ装置と、
    を備える試験装置。

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