JP5273841B2 - プローブ実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ実装方法に関する。

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実装の際に、熱によって生じる様々な問題を解決し、さらに、容易にプローブが実装可能なプローブ実装方法を提供することを目的とする。

本発明のプローブ実装方法は、プローブを１つずつプローブハンド機構によって保持し、プローブカード基板に実装する方法であって、上記プローブは、検査対象となる半導体デバイスに接触する先端部と、それに連なるアーム部、上記アーム部に連なり、上記プローブカード基盤に実装される実装部、さらに上記アーム部あるいは上記実装部に連なり、境界に切り口となる凹部が設けられたハンドリングプレートを有し、上記ハンドリングプレートの表面は、上記アーム部および実装部の表面と同一面となるように形成されたプローブであって、上記プローブを実装する際に、上記ハンドリングプレートを上記プローブハンド機構が保持し、上記プローブハンド機構が上記ハンドリングプレートを保持した状態で、上記プローブハンド機構によって上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱して上記プローブを実装し、上記プローブ実装後に、上記切り口を利用して上記プローブから上記ハンドリングプレートを除去する工程を含むことを特徴とする。

上記プローブハンド機構の上記ハンドリングプレートを保持する面には、上記プローブを吸着保持するための吸着用穴を設けていることが好ましい。

上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱することが好ましい。

上記プローブの実装部が、上記プローブの固定用の導電性接着剤を有することが好ましい。

上記プローブを実装する上記プローブカード基板の表面電極が、導電性接着剤を有することが好ましい。

上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記ハンドリングプレートの熱が上記プローブ実装部を加熱し、さらに、上記プローブ実装部の熱が上記プローブカード基板の表面電極の上記導電性接着剤を加熱することが好ましい。

上記プローブを実装する際に、上記アーム部を局所冷却することが好ましい。

本発明のプローブ実装方法は、プローブを１つずつプローブハンド機構によって保持し、プローブカード基板に実装する方法であって、上記プローブは、検査対象となる半導体デバイスに接触する先端部と、それに連なるアーム部、上記アーム部に連なり、上記プローブカード基盤に実装される実装部、さらに上記アーム部あるいは上記実装部に連なり、境界に切り口となる凹部が設けられたハンドリングプレートを有し、上記ハンドリングプレートの表面は、上記アーム部および実装部の表面と同一面となるように形成されたプローブであって、上記プローブを実装する際に、上記ハンドリングプレートを上記プローブハンド機構が保持し、上記プローブハンド機構が上記ハンドリングプレートを保持した状態で、上記プローブハンド機構によって上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱して上記プローブを実装し、上記プローブ実装後に、上記切り口を利用して上記プローブから上記ハンドリングプレートを除去する工程を含むことにより、上記プローブを機械的に容易にハンドリングできるようになる。

上記プローブハンド機構の上記ハンドリングプレートを保持する面には、上記プローブを吸着保持するための吸着用穴を設けていることにより、上記プローブを簡単にそして確実に保持することが可能となる。

上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱することにより、隣接するプローブに対する熱の影響を与えることなく、プローブを実装することができる。

上記プローブの実装部が、上記プローブの固定用の導電性接着剤を有することにより、プローブの実装をより簡単に行うことができる。

上記プローブを実装する上記プローブカード基板の表面電極が、導電性接着剤を有することにより、より確実にプローブの実装を行うことができる。

上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記ハンドリングプレートの熱が上記プローブ実装部を加熱し、さらに、上記プローブ実装部の熱が上記プローブカード基板の表面電極の上記導電性接着剤を加熱することにより、隣接するプローブに対する熱の影響を抑えながら、より効果的に上記導電性接着剤に熱を加えることが可能となる。

上記プローブを実装する際に、上記アーム部を局所冷却することにより、硬度低下が問題となるプローブのアーム部に対する熱による影響を防ぐことができる。

図を用いて本発明を以下に詳細に説明する。図１はプローブ１の側面図であり、図２はプローブハンド機構２の概略側面図である。

本発明のプローブ実装方法で使用するプローブ１は、図１（ａ）に示すように、検査対象となる半導体デバイスに接触する先端部５と、それに連なるアーム部４、上記アーム部４に連なり、上記プローブカード基盤に実装される実装部３、さらに上記アーム部４と上記実装部３に連なるハンドリングプレート６から構成されている。

上記プローブ１は、後述するプローブハンド機構２で保持し、実装するために所定の位置に位置決し加熱する。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。

本実施形態では、上記ハンドリングプレート６は上記実装部３に連なる形状であるが、図１（ｂ）に示すような、上記ハンドリングプレート６が、上記アーム部４に連なる形状のプローブ１’を用いてもよい。

本発明のプローブ実装方法で使用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、上記プローブ１を実装する方法について詳しく説明する。

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プローブ１を準備する。上記プローブ１の実装部３には、予め導電性接着剤７を設けておく。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を加熱する。この時、上記ハンドリングプレート６を加熱することにより、上記ハンドリングプレート６の熱が上記プローブ１の実装部３を加熱し、上記実装部３に設けられた上記導電性接着材７を融解しながら、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。

この時、上記プローブカードの基板１１に設けられた電極１０に、導電性接着剤７’を設けておくことも可能である。上記ハンドリングプレート６の加熱により、上記ハンドリングプレート６の熱が上記プローブ１の実装部３を加熱し、上記実装部３の熱が、上記導電性接着剤７’を溶解する。

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、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、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、プローブ実装時に、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、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’の実装が完了する。

このように、本発明では、ハンドリングプレート６を有するプローブ１を用いて、プローブカードおよびプローブ１の加熱処理を適切な温度条件で行うことにより、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。

また、上記凹部１２を設けることにより、上記プローブハンド機構２によって上記プローブ１を保持する際の操作性を向上し、上記プローブ１実装後の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、上記プローブ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。

実施例１として、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。

次に、実施例２として、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。

（ａ）実装部にハンドリングプレートが連なるプローブの側面図であり、（ｂ）アーム部にハンドリングプレートが連なるプローブの側面図である。 プローブハンドの側面図である。 プローブハンドにより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。 プローブハンドによりプローブの位置決めを行っている状態を示す図である。 プローブハンドにより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
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、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 (6)

1. プローブを１つずつプローブハンド機構によって保持し、プローブカード基板に実装する方法であって、
   上記プローブは、検査対象となる半導体デバイスに接触する先端部と、それに連なるアーム部、上記アーム部に連なり、上記プローブカード基盤に実装される実装部、さらに上記アーム部あるいは上記実装部に連なり、境界に切り口となる凹部が設けられたハンドリングプレートを有し、上記ハンドリングプレートの表面は、上記アーム部および実装部の表面と同一面となるように形成されたプローブであって、
   上記プローブを実装する際に、上記ハンドリングプレートを上記プローブハンド機構が保持し、
   上記プローブハンド機構が上記ハンドリングプレートを保持した状態で、上記プローブハンド機構によって上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記プローブの実装部を加熱して上記プローブを実装し、
   上記プローブ実装後に、上記切り口を利用して上記プローブから上記ハンドリングプレートを除去する工程を含むことを特徴とするプローブ実装方法。
2. 上記プローブハンド機構の上記ハンドリングプレートを保持する面には、上記プローブを吸着保持するための吸着用穴を設けていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ実装方法。
3. 上記プローブの実装部が、上記プローブの固定用の導電性接着剤を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプローブ実装方法。
4. 上記プローブを実装する上記プローブカード基板の表面電極が、導電性接着剤を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブ実装方法。
5. 上記ハンドリングプレートを加熱することにより、上記ハンドリングプレートの熱が上記プローブ実装部を加熱し、さらに、上記プローブ実装部の熱が上記プローブカード基板の表面電極の上記導電性接着剤を加熱することを特徴とする請求項４に記載のプローブ実装方法。
6. 上記プローブを実装する際に、上記アーム部を局所冷却することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプローブ実装方法。

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