JPH02290564A - プローブヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、プローブヘッドおよびその製造方法に関する
。

（従来の技術） ＩＣ等の半導体素子等の電気的特性を検査するために用
いるプローブヘッドは、タングステン等の材質よりなる
プローブ針を多数用意し、このプローブ針の先端がＩＣ
の４辺上の電極パッドに対応するように支持ベース上に
放射状に配列し、プローブの針の端部を回路基板上に半
田付けすることによって構成するものが一般的である（
特公昭５４−４３３５４．特公昭５８−３２７８２等）
。

従って、このようなプローブヘッドを製造するためには
、多数のプローブ針を支持ベース上に手作業にて配列し
、その後支持ベース上でこれら多数のプローブ針を接着
剤にて固定すると共に、その端部の電気的接続を手作業
による半田付けによって行うという極めて煩雑な作業を
要していた。

（発明が解決しようとする課題） 近年ＩＣ等の半導体素子の高密度化が急速に進むにした
がい、このＩＣの電極パッドのピッチが微細化し、かつ
、その電極パッド数が大幅に増加していることが現状で
ある。

このように被検査体の電極パッドの微細ピッチ化が進む
一方で、プローブヘッドの製造を従来通り手作業による
多数のプローブ針の配列、位置決め後の接着及び１本毎
のプローブ針の半田付けを行うようにして対応したとし
ても、プローブ針の微細ピッチ配列に限界があり、かつ
、この微細ピッチに適合する高位置精度を確保すること
もおのずから限界があった。

また、このような微細ピッチでかつ高位置精度のプロー
ブヘッドを従来通り手作業によって製造したとすれば、
その製造技術が高度になるため製造コストが極めて高価
になってしまうという問題があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもので、
微細ピッチでかつ高位置精度のプローブヘッドおよびそ
の製造方法を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、第１の発明は、絶縁基板上にプローブ針を形
成するにあたり、上記絶縁基板上の導電パターン部の予
め定められた位置にワイヤ端部の超音波ボンディングを
行った後に、このワイヤを所定方向に移動する過程でワ
イヤを切断することによってウイスカ一を形成し、この
ウイスカ一をプローブ針として構成することを特徴とす
る。

第２の発明は、絶縁基板上にプローブ針を設けたプロー
ブヘッドにおいて、上記絶縁基板上の導電パターン部の
予め定められた位置に金属突起を形成し、この金属突起
をプローブ針としたことを特徴とする。

第３の発明は、絶縁基板上にプローブ針を設けたプロー
ブヘッドにおいて、少なくとも前記プローブ針の被測定
体との接触部に硬質金属膜を形成したことを特徴とする
。

第４の発明は、絶縁基板上にプローブ針を設けたプロー
ブヘッドにおいて、前記絶縁基板を多数の粒子状スペー
サを介して接着剤によって基体に接着したことを特徴と
する。

（作　用） 第１の発明では、絶縁基板上の導電パターン部の予め定
められた位置にワイヤ端部の超音波ボンディングを行っ
た後に、このワイヤを所定方向に移動する過程でワイヤ
を切断することによってウイスカ一を形成し、このウイ
スカ一をプローブ針として構成する。したがって、既に
確立されているワイヤーボンディング技術によってパタ
ーン認識を用いた高位置精度のボンディングが可能であ
るので、プローブ針としてのウイスカ一の微細ピッチ化
が高位置精度にて容易に実現できる。

第２の発明では、絶縁基板上の導電パターン部の予め定
められた位置に金属突起（バンブ）を例えばマスクを用
いたメッキ、あるいは金属片を熱圧着する方法により形
成し、この金属突起をプローブ針として構成する。した
がって、微細ピッチでかつ高位置精度でプローブ針を形
成することが可能となる。

第３の発明では、少なくともプローブ針の被測定体との
接触部に硬質金属例えばロジウム、ルビジウム、プラチ
ナ、モリブデン等の膜を形成する。

したがって、被測定体との接触によるプローブ針の摩耗
を抑制して位置精度を長期に亙って保つことが可能とな
る。

第４の発明では、絶縁基板を粒径例えば５〜１５μｍの
多数の粒子状のスペーサを介して接着剤によって基体に
接着することによって接着剤層の厚さを一定に保ち、絶
縁基板が基体に対して傾いて接着されることを防止して
プローブ針の位置精度を向上させる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に参照して具体的に説明す
る。

第２図゛Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ４辺上に電極パッドを
有するＩＣチップを検査するためのウエハブローバ用プ
ローブヘッドの製造工程を示したものであり、同図Ａに
おいて絶縁基板１０は例えばセラ廻ツクスあるいは水晶
板等で円板形状に形成されている。この基板１０の中央
部には円形の貫通孔が形成されている。そして、この絶
縁基板１０の表面に、細幅状の溝（裏面まで貫通せず）
１２が放射状に形成されている。

尚、この溝１２の個数は、図示しないＩＣの４辺上の電
極パッドの総数に対応するものとなっている。

次に、第２図Ｂに示すように、前記絶縁基板１０上の各
溝１２内に、金属膜層１４を形成する。

この金属膜層１４は、例えばクローム（Ｃ『）のスパッ
タリング、金（Ａｕ）のメッキ工程等によって、絶縁基
板１０の表面とほぼ面−になる高さにて形成される。こ
のようにして、絶縁基板１０上に電極パターンを形成す
ることになる。

次に、本実施例の特徴的工程によって前記絶縁基板１０
上にプローブ針を形成することになる。

このために、例えば金線等のポンディング用ワイヤーを
保持するボンディングヘッドによって、例えば超音波振
動を利用して前記金属膜層１４の内側端側にファースト
ボンディングを実行する（第１図参照）。ここで、上記
のファーストボンディングは極めて短時間で実施でき、
しかも半田付けした場合と比べて固定後の位置ずれがほ
とんど無く、高位置精度化を実現できる点で優れている
。すなわち周知の超音波ワイヤボンディング技術により
ボンディングされる。

通常のワイヤーボンディングによれば、このファースト
ボンディング実行後に、前記ボンデイングヘッドを一方
向に移動させ、その後基板上の他の一点にてセカンドボ
ンディングを実行することになる（第１図の想像線での
図示参照）。

本実施例では、このボンディング工程によってプローブ
針を形成するために、ファーストボンディング終了後に
ボンディングヘッドを前記絶縁基板１０の中心側の当該
電極パッド対応位置に向けて移動し、この移動の途中に
てボンディングヘッドの移動速度を高めることによって
、セカンドボンディングを実行せずに、前記ボンディン
グワイヤーを途中にて切断することになる。ボンディン
グヘッドの移動途中にてワイヤーを切断すると、第１図
に示すようにそのワイヤーの先端は尖鋭状となり、同図
に示すようなウイスカ−２０が形成されることになる。

そして、本実施例ではこのウイスカ−２０をプローブ針
として使用することになる。

上記のようなウイスカ−２０の成形工程を、絶縁基板１
０上に形成されている各金属膜層１４の内側端について
実行し、この結果金属膜層１４の内側端よりさらに内側
に向けて放射状に伸びる多数のウイスカ−２０がプロー
ブ針として形成されることになる（第２図Ｃ参照）。

ここで、前記ウイスカ−２０を形成するに際しては、既
に確立されているワイヤーボンディング技術をそのまま
利用することが可能である。

すなわち、各金属膜層１４のパターン、このパターンの
各ボンディング位置、セカンドボンディングのためのそ
れぞれの移動方向を予め記憶する。

この標準パターンと各被ワイヤリングの絶縁基板１０を
ＴＶカメラで撮像し、パターン確認技術により、撮像出
力同士を比較してズレ量を検出し、このズレ量を修正す
る如く、絶縁基板１０の位置を移動させて自動的にプロ
ーブ針を取り付ける。

従って、前記金属膜層１４の配列ピッチがたとえ微細で
あっても、パターン認識装置によってこの金属膜層１４
の内側端側位置を容易に認識することができ、この認識
結果に基づいて移動装置によってボンディングヘッドを
移動制御することによって、微細ピッチ配列されたウィ
スカ−２０すなわちプローブ針を容昌に製造することが
可能となる。

なお、上記のようにして製造されたプローブヘッドは、
多数の被検査体であるＩＣの検査に繰返し使用されるた
め、所定の耐久性がなければならな一も上記実施例では
ウイスカ−２０を形成するワイヤーとして、金線を用い
ているため耐久性の点で劣っている。

そこで、上記のようなウイスカ−２０の形成の後に、ウ
イスカ−２０に、例えば電解による金属メッキ等により
硬質金属膜を形成することで耐摩耗性および機械的強度
を増大させることが好ましい。このメッキ材としては、
ロジウム、ルビジウム、プラチナ、モリブデン等が例示
される。

上記のようにして製造されたプローブヘッドは、第３図
に示すように、載置台３０の上方に半導体ウエハ３２を
固定支持し、載置台３０のＺ方向の移動によって、ウエ
／Ｘ３２上の各ＩＣの電極パッドに、前記ウイスカ−２
０の先端をコンタクトさせることで、ＩＣの電気的特性
の検査が実施されることになる。

ここで、ウイスカ−２０は所定の弾性を有するので、載
置台３０をオーバードライブしても、ウイスカ−２０の
弾性変形によってＩＣ上の各電極パッドに確実に所定の
コンタクト圧でコンタクトさせることが可能となる。ま
た、本実施例では金属膜層１４が絶縁基板１０と面−と
なっているので、この金属膜層１４が半導体ウエノ＼３
２上の他のＩＣの電極パッドに接触しないためのスペー
スを容易に確保することが可能となる。

本発明では、ボンディングヘッドを移動制御することに
よって、絶縁基板上のいずれの位置及びいずれの方向で
あってもウイスカ−２０を形成することが可能となり、
従来困難であったプローブ針のランダム配列をも可能と
することができる。

従って、例えばプローブ針を２列に配列形成するもの、
あるいはプローブ針を千鳥状に配列形成するものでも、
本発明のプローブヘッド製造方法によりこれらのランダ
ム配列が容易に達成することができる。

ＩＣ検査用の他のプローブヘッドの構成について説明す
れば、第４図に示すように、金属膜層１４を絶縁基板１
０上の直交座標に沿って平行に形成し、ウイスカ−２０
をこの金属膜層１４の長手方向に沿って多数平行に配列
形成するものであってもよい。

また、上記実施例では、金属膜層１４が絶縁基板１０の
表面と面一になるように形成したが、これは半導体ウエ
ハ３２上の他のＩＣに金属膜層１４が接触することを確
実に防止するためであり、上記実施例のように溝１２を
設けずに、絶縁基板１０上に直接に所定厚みの金属膜層
１４を形成するものであってもよい。また、ワイヤーボ
ンディング工程によって形成されたウイスカー２０の強
度を増大させるために、上記実施例ではウイスカ−２０
に硬質金属膜を形成したが、ボンディングワイヤーの種
類によっては、このような硬質金属膜は必ずしも必要で
あるとは限らない。

次に第５図ないし第９図を参照して第２の実施例につい
て説明する。

絶縁基板１０１は、弾性変形可能な材質例えばセラミッ
クスあるいは水晶板等でほぼ扇状に形成されており、そ
の一方の端部には、ウエハ２０１上に形成されたＩＣの
電極パッド２０３のピッチに対応して所定の微小ピッチ
で櫛歯状に形成されたプローブ針部１０３が設けられて
いる。

また、この絶縁基板１０１の一方の面には、上記プロー
ブ針部１０３の先端部から他端に向かってそれぞれ放射
状に導電パターン１０５が形成されている。一方、第６
図に示すように、他方の面にはほぼ全面にグランドパタ
ーン１０７が形成されており、マイクロストリップライ
ン構造とされている。

なお、上記導電パターン１０５は、まずぬれ材として例
えば絶縁基板１０１となじみ易い金属例えばクロム層１
０９を膜厚例えば５０ｎａ＋スパッタ等により被着し、
次にクロムとなじみ易い金属例えば金層１１１を膜厚例
えば５０ｒｖスバッタ等により被着し、この後、例えば
金、銀、銅等の良導体からなる導体層１１３を膜厚例え
ば５μｍ程度に電解めっき等により形成して構成されて
いる。

さらに、プローブ針部１０３先端の導電パターン１０５
上には、それぞれ例えば金等からなる金属突起（バンブ
）１１５が、例えば金属片を熱圧着する方法あるいは電
解めっきによる方法等により形成されている。

すなわち、これらのバンブ１１５は、ＩＣの電極パッド
２０３に対応して設けられており、これらのバンブ１１
５とＩＣの電極パッド２０３とを接触させて従来のプロ
ーブヘッドのプローブ針と同様に電気的な導通を得るも
のである。これらのバンプ１１５は、例えばマスクを用
いた電界めっきによる方法、あるいは金属片を熱圧着す
る方法等の周知の方法により、微細ピッチでかつ高位置
精度で形成することができる。

なお、バンブ１１５には、耐摩耗性および機械的強度を
増大させるため、それぞれ前述した第１の実施例と同様
に硬質金属膜（図示せず）が形成されている。

上記絶縁基板１０１は、第８図にも示すように、基体３
０１の中央部に設けられた矩形の透孔３０３の４辺から
この透孔３０３に向かう如く複数例えば４枚接着固定さ
れてプローブヘッドが構成される。そして、例えば第５
図に示すように、絶縁基板１０１の外側端部に、絶縁基
板１０１の導電パターン１０５に対応する導電パターン
を有するフレキシブルプリント基板３０５を接続し、こ
のフレキシブルプリント基板３０５を介して図示しない
テスタと絶縁基板１０１の導電パターン１０５とを接続
する。そして、前述の実施例と同様にして、ウエハ２０
１のＩＣの電極パッド２０３に、プローブ針部１０３先
端の導電パターン１０５上に形成されたバンブ１１５を
接触させテスタによってＩＣの電気的な検査を行う。

なお、前述したように絶縁基板１０１は、一方の面に導
電パターン１０５、他方の面にグランドパターン１０７
が形成されたマイクロストリップライン構造とされてい
るが、フレキシブルプリント基板３０５も同様にマイク
ロストリップライン構造とされており、インピーダンス
の整合が行われている。

また、上述した絶縁基板１０１と基体３０１との接着は
、第９図に示すように、例えば硬質プラスチック等から
なり、粒径例えば５〜１５μｍ程度の多数の粒子状スベ
ーサ４０１、例えば［ミクロパールＳＰＪ　　（商品名
、積水ファインケミカル社製）を散在させた接着剤４０
３によって行なわれている。

これは、絶縁基板１０１と基体３０１との間に形成され
る接着剤４０３の層の厚さが一定にならず、基体３０１
に対して絶縁基板１０１が傾いて固定されることを防止
するためである。

すなわち、絶縁基板１０１が基体３０１に対して傾いて
固定されると、第５図に示すようにバンブ１１５とＩＣ
の電極パッド２０３とを接触させる際に、バンブ１１５
の接触面の高さが不均一になり、バンプ１１５とＩＣの
電極パッド２０３とを均一な圧力で接触させることが困
難になる。バンブ１１５とＩＣの電極パッド２０３との
接触圧力が不均一になると、接触圧力が弱い部分で電気
抵抗が増大し、正確な測定を行うことができなくなる。

そこで、絶縁基板１０１と基体３０１との間に多数の粒
子状スペーサ４０１を介在させ、このスペーサ４０１に
よって接着剤４０３の層の厚さを均一化し、絶縁基板１
０１と基体３０１とをほぼ平行に保つことにより、各バ
ンブ１１５とＩＣの電極パッド２０３とを均一な圧力で
接触させ、正確な測定を可能とする。

なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、従来に較べて微
細ピッチでかつ高位置精度のプローブヘッドを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のプローブヘッドの要部
を示す概略説明図、第２図は第１図のプローブヘッドの
製造工程を示す概略説明図、第３図は第１図のプローブ
ヘッドを用いてのＩＣの電気的特性検査状態を説明する
ための概略説明図、第４図は絶縁基板上に配列形成され
るウイスカ一の変形例を説明するための概略説明図、第
５図ないし第９図は第２の実施例のプローブヘッドを示
す概一略説明図である。 ０・・・・・・絶縁基板、 ２・・・・・・溝、 １４・・・・・・金属 膜層、 ２０・・・・・・ウイスカー （プローブ針）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上にプローブ針を形成するにあたり、上
   記絶縁基板上の導電パターン部の予め定められた位置に
   ワイヤ端部の超音波ボンディングを行った後に、このワ
   イヤを所定方向に移動する過程でワイヤを切断すること
   によってウィスカーを形成し、このウィスカーをプロー
   ブ針とすることを特徴とするプローブヘッドの製造方法
   。
2. （２）絶縁基板上にプローブ針を設けたプローブヘッド
   において、上記絶縁基板上の導電パターン部の予め定め
   られた位置に金属突起を形成し、この金属突起をプロー
   ブ針としたことを特徴とするプローブヘッド。
3. （３）絶縁基板上にプローブ針を設けたプローブヘッド
   において、少なくとも前記プローブ針の被測定体との接
   触部に硬質金属膜を形成したことを特徴とするプローブ
   ヘッド。
4. （４）絶縁基板上にプローブ針を設けたプローブヘッド
   において、前記絶縁基板を多数の粒子状スペーサを介し
   て接着剤によって基体に接着したことを特徴とするプロ
   ーブヘッド。