JP5865338B2

JP5865338B2 - カンチレバー型プローブカード針立て技法

Info

Publication number: JP5865338B2
Application number: JP2013248995A
Authority: JP
Inventors: 浩一宮園; 淳一郎藤本; 坂本　圭志; 圭志坂本
Original assignee: MIURA CORPORATION
Current assignee: MIURA CORPORATION
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: JP2015105907A

Description

本発明は、半導体ウエハ上の半導体チップの電気的特性を検査する際に用いられるプローブカードのカンチレバー型プローブをプローブカード上に針立てして実装する技法に関するものである。

プローブ針をプローブカード基板上に針立てして配設する技法に関しては、例えば特許文献１に、セラミックリングの表面側に形成された周溝内に当該周溝より膨出しない範囲でエポキシ樹脂を充填塗布すると共に当該エポキシ樹脂を硬化する準備工程と、マニュピレータにより把持したプローブ針をセラミックリングの所要位置に載置し、当該プローブ針とセラミックリングが接触する少なくとも一箇所以上に紫外線硬化性樹脂を滴下する紫外線硬化性樹脂滴下工程と、マニュピレータによりプローブ針を把持したままの状態で、上記紫外線硬化性樹脂の滴下箇所に紫外線を照射する紫外線照射工程と、プローブ針が固定されたセラミックリングの上面側に、エポキシ樹脂によって上記周溝を包囲し更に当該プローブ針を包み込むように膨出部を周設する膨出部周設工程と、上記膨出部のエポキシ樹脂を加熱硬化する加熱工程と、プローブ針が配置固定されたセラミックリングをプローブカード基板上の指定位置に接着する基板接着工程と、当該プローブカード基板上に指定部品を搭載すると共に配線作業を行う部品搭載及び配線工程から成るプローブカードの製造方法が開示されている。

特願２００８−１７５６５６号公報

特許文献１に記載の技術は、特許文献１の段落［００１４］及び［００１５］に「マニュピレータにより把持したプローブ針をセラミックリングの所要位置に載置し」と記載され、特許文献１の図１乃至図３にはプローブ針をマニュプレータで把持する図が示されている。しかし、直径１５０μｍ〜２５０μｍのプローブ針を把持し隣のプローブ針との間隔が５０μｍしかない所要位置に載置できるマニュピュレータは、マニュピレータの把持部の厚みを考慮すると、実際にはセラミックリング上にプローブ針を５０μｍ間隔では載置することができないという問題があった。したがって、マニュピレータで自動的に把持するが実際には５０μｍの間隔で載置できないから自動化が進まないという問題があった。

また、特許文献１の段落［００１７］には、エポキシ樹脂を加熱させるのにオーブンによって行うとの記載があるが、オーブンを使用するためにプローブカードを移動させなければならないという問題があり、移動時間がかかるため生産性が向上しにくいという問題があった。また、オーブンまでの移動は人の作業で行われることから、カンチレバー型プローブカード針立ては全自動化がしにくいという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、プローブ針を間隔が５０μｍしかない所要位置に載置でき、位置ずれを起こしにくく位置決め精度が高く、カンチレバー型プローブカード針立て工程の全自動化を実現させる生産性の高いカンチレバー型プローブカード針立て技法を提供することを課題とする。

請求項１に記載のカンチレバー型プローブカード針立て技法１は、カンチレバー型プローブ針８のプローブカードへの針立て技法であって、中高で周縁部が低い斜面を有するセラミックリング１０の該斜面に前記セラミックリング１０の中心部を囲繞するように形成したリング状の溝１１内に、該溝１１の上端縁の高さ以下に高さを抑えてエポキシ樹脂３０を注入し該エポキシ樹脂３０を加熱硬化させたセラミックリング１０をセットする、又は、中高で周縁部が低い斜面を有するセラミックリング１０をセットするセラミックリングセット工程２と、プローブ針８の把持角度、高さ方向、前後方向及び左右方向が調整可能で、ピエゾ素子の変形によりプローブ針８の後端部を吸引して締着可能なマイクロマニュピレータ１５、プローブ針８の後端の位置を検知する高精度レーザ変位検知手段、及びプローブ針８の先端の向きを検知する画像処理手段とによって、プローブ針８の後端部を吸引して締着するプローブ針吸引締着工程３と、前記マイクロマニュピレータ１５によって前記締着したプローブ針８を前記セットしたセラミックリング１０上の所定位置に、プローブ針８の先端の位置を検知する画像処置手段を用いて載置するプローブ針位置決め工程４と、前記マイクロマニュピレータ１５によって前記プローブ針８を締着した状態で、前記プローブ針８と前記セラミックリング１０との接触範囲のうちの少なくとも１か所以上に紫外線硬化性樹脂２１を滴下し、該滴下した紫外線硬化性樹脂２１に紫外線を照射して前記プローブ針８を前記セラミックリング１０に固定化するプローブ針固定化第一工程５と、エポキシ樹脂３１を、固定化された前記プローブ針８を部分的に覆うように前記プローブ針８上及びセラミックリング１０上に滴下させて、前記滴下したエポキシ樹脂３１を光加熱スポットヒータ３３により加熱硬化させるプローブ針第二固定化工程６と、プローブ針第二固定化工程６後のセラミックリング１０をプローブカード基板４０上の所定位置に接着するセラミックリング接着工程７と、を含む工程からなることを特徴とする。

請求項１に記載のカンチレバー型プローブカード針立て技法１の発明は、プローブ針８をマニュピレータの把持部によって把持するのでなく、ピエズ素子に電圧を加えた状態から加えないようにすることによってスポイドが液体を吸引するようにプローブ針８の後端部を吸引し、その後電圧を加えて吸引され引き込まれたプローブ針８を締着する。前記吸引部分の直径を、プローブ針８の直径１５０μｍ〜２５０μｍに対して吸引部の直径を１５５μｍ〜２５５μｍにできるので、隣のプローブ針８との間隔が５０μｍしかない位置にプローブ針８をすでに固定化したプローブ針８に接触することなく載置できるという効果を奏する。

また、エポキシ樹脂３１を加熱させるのに光加熱スポットヒータ３３で実施するので、特許文献１に記載の技術のオーブンの場合はオーブンの移動は重量があるため困難であるので加熱処理を実施するためにセラミックリング１０等を移動させる手順が必須となるが、本発明の場合には同一工程で手の平より小さい光加熱スポットヒータ３３の方を移動させることができるのでセラミックリング１０等の移動が不要になり、移動時間短縮により生産性が向上するという効果を奏する。また、オーブンへのセラミックリング１０等の移動やオーブン内へのセットは人手で行われるが、本発明は光加熱スポットヒータ３３の移動を自動化できるので生産性が向上する。

さらに、プローブ針吸引締着工程３及びプローブ針位置決め工程４において、高精度レーザ変位計や画像処置装置を使用してプローブ針８を掴み移動させて所定位置に置くマイクロマニュピレータ１５を制御するようにし、プローブ針第二固定化工程６においてエポキシ樹脂３１の加熱をセラミックリング１０を移動させずに自動化しやすい光加熱スポットヒータ３３を移動することにより、カンチレバー型プローブカード針立て工程の全工程において自動化が実現できるという効果を奏する。

本発明であるカンチレバー型プローブカード針立て技法のフロー図である。セラミックリングの説明図で、（ａ）は概要平面図、（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ断面概要図ある。プローブ針吸引締着工程の説明図（筒状体部は断面表示）で、（ａ）はプローブ針後端とマイクロマニュピレータの先端の筒状体を至近距離に近づけた説明図で、（ｂ）は吸引締着した説明図で、（ｃ）はプローブ針の先端が上を向くように回転させた説明図である。プローブ針位置決め工程の説明図（セラミックリングは断面表示）である。プローブ針固定化第一工程の説明図（セラミックリングは断面表示）で、（ａ）は紫外線硬化性樹脂の１点目滴下の説明図で、（ｂ）は紫外線硬化性樹脂の２点目滴下の説明図で、（ｃ）は１点目に紫外線照射の説明図で、（ｄ）は２点目に紫外線照射の説明図である。プローブ針固定化第二工程の説明図（セラミックリングは断面表示）で、（ａ）はエポキシ樹脂の滴下の説明図で、（ｂ）は光加熱スポットヒータ照射の説明図である。セラミックリング接着工程の説明図（セラミックリングは断面表示）で、（ａ）は接着させた状態を示した説明図で、（ｂ）はプローブカードを使用状態にした説明図である。

本発明であるカンチレバー型プローブカード針立て技法１の発明は、図１に示すフローからなり、カンチレバー型プローブ針８のプローブカードへの針立て技法であって、中高で周縁部が低い斜面を有するセラミックリング１０の該斜面に前記セラミックリング１０の中心部を囲繞するように形成したリング状の溝１１内に、該溝１１の上端縁の高さ以下に高さを抑えてエポキシ樹脂３０を注入し該エポキシ樹脂３０を加熱硬化させたセラミックリング１０をセットする、又は、中高で周縁部が低い斜面を有するセラミックリング１０をセットするセラミックリングセット工程２と、プローブ針８の把持角度、高さ方向、前後方向及び左右方向が調整可能で、ピエゾ素子を用いたマイクロマニュピレータ１５、プローブ針８の後端の位置を検知する高精度レーザ変位検知手段、及びプローブ針８の先端の向きを検知する画像処理手段とによって、プローブ針８の後端部を吸引して締着するプローブ針吸引締着工程３と、前記マイクロマニュピレータ１５によって前記締着したプローブ針８を前記セットしたセラミックリング１０上の所定位置に、プローブ針８の先端の位置を検知する画像処置手段を用いて載置するプローブ針位置決め工程４と、前記マイクロマニュピレータ１５によって前記プローブ針８を締着した状態で、前記プローブ針８と前記セラミックリング１０との接触範囲のうちの少なくとも１か所以上に紫外線硬化性樹脂２１を滴下し、該滴下した紫外線硬化性樹脂２１に紫外線を照射して前記プローブ針８を前記セラミックリング１０に固定化するプローブ針固定化第一工程５と、エポキシ樹脂３１を、固定化された前記プローブ針８を部分的に覆うように前記プローブ針８上及びセラミックリング１０上に滴下させて、前記滴下したエポキシ樹脂３１を光加熱スポットヒータ３３により加熱硬化させるプローブ針第二固定化工程６と、プローブ針第二固定化工程６後のセラミックリング１０をプローブカード基板４０上の所定位置に接着するセラミックリング接着工程７と、を含む工程からなる。

また、本発明であるカンチレバー型プローブカード針立て技法１の全工程を自動化させるため、エポキシ樹脂滴下機器３２、光加熱スポットヒータ３３、高精度レーザ変位計、マイクロマニュピレータ１５、画像処置機器、紫外線硬化性樹脂滴下機器２０、スポットＵＶ照射機器２２等の移動と作動の制御を行う制御部を備える。以下、各工程について説明する。

まず、セラミックリングセット工程２である。セラミックリング１０は、図２（ａ）に示す平面説明図や図２（ａ）の断面Ａ−Ａの断面である図２（ｂ）に示す断面説明図に示すように、リング状の形態をし、中高で周縁部が低い斜面を形成しており、かつ前記斜面に前記セラミックリング１０の中心部を囲繞するように形成したリング状の溝１１が形成されている。

セラミックリングセット工程２は、図２に示すセラミックリング１０の斜面に形成したリング状の溝１１内にエポキシ樹脂３０を注入し加熱硬化させたセラミックリング１０をセットする工程、又は、溝１１が形成されていても溝１１が形成されていなくてエポキシ樹脂３０を注入しないでセラミックリング１０（図示なし）をセットする工程である。エポキシ樹脂３０を注入する場合は、後工程であるプローブ針位置決め工程４でプローブ針８に硬化したエポキシ樹脂３０が接触しないように、溝１１の上縁まで到達しない高さまでしか注入しない。

次に、プローブ針吸引締着工程３である。マイクロマニュピレータ１５及び高精度レーザ変位計を使用してプローブ針８を吸引し締着する工程である。マイクロマニュピレータ１５は、プローブ針８の把持角度、高さ方向、前後方向及び左右方向が調整可能な手段を備え、プローブ針８の後端部の吸引及び締着が可能なピエゾ素子を用いた筒状のプローブ針吸引締着手段を備えている。

筒状のプローブ針吸引締着手段は、電圧を加えると変形するピエゾ素子を用いており、ピエゾ素子を用いた筒状体１６の周壁を拡大や縮小させる。ピエゾ素子を用いると、電圧を加えると筒状体１６の周壁が縮小し電圧をかけないと筒状体１６の周壁が拡大する制御の場合、電圧を加えてからかけないようにすると吸引効果が得られ、プローブ針８の後端部が筒状体１６内に吸引され引き込まれる。そして、電圧を加えると筒状体１６の周壁でプローブ針８の後端部を締着する。これらはスポイドにより液体を吸引する動きに似ている。

そして、これから取出そうとするプローブ針８の上側及び横側に設置した２台の高精度レーザ変位検知手段である高精度レーザ変位計により、置かれたプローブ針８の後端の位置を前後方向、上下方向及び左右方向の座標系で検知し、マイクロマニュピレータ１５の現在位置の座標との差からマイクロマニュピレータ１５のブローブ針吸引先端部を、１μｍの制御ができるモータを使用して前記ブローブ針後端の位置に移動させ、図３（ａ）に示すようにプローブ針８後端とマイクロマニュピレータ１５のブローブ針吸引先端部との距離を至近距離で停止し、図３（ｂ）に示すように吸引し締着し、図３（ｃ）に示すようにプローブ針８の先端が真上を向くように約１８０°回転させる。このときにプローブ針８の先端は直径１０μｍ〜２５μｍの平面であるので、光を照射すると反射して輝く輝度が最大になる位置が真上を向いていると判断できることから、画像処理手段である画像処理装置を使用して輝きを検知させて前記輝度が最大になる位置で停止させるようにマイクロマニュピレータ１５を制御する。

ここで、プローブ針８には１５０μｍ〜２５０μｍの間でさまざまな直径のものがあるので、プローブ針吸引締着手段の筒状体１６をプローブ針８の直径に応じて取り替えることになる。場合によっては直径が異なるピエゾ型マイクロマニュピレータ１５を準備し取り替える場合もある。

次に、プローブ針位置決め工程４である。図４に示すように、セラミックリング１０の斜面の角度に一致させるように、設定した角度になるようにマイクロマニュピレータ１５を作動させて、締着させたプローブ針８の角度を回転させて合わせる。

プローブ針８をセラミックリング１０上にプローブ針８の先端がリング状になるように順次列設させていくが、載置しようとするプローブ針８の先端の位置の座標はあらかじめ決まっているので、該座標に載置しようとするプローブ針８を移動させてプローブ針８の先端をあらかじめ決まっている座標に一致させなければならない。そのため、画像処理装置にまさに載置しようとするプローブ針８の先端を示す最も輝度の高い位置の座標を検知させて、前記載置しようとする位置の座標に、載置しようとしているプローブ針８の最も輝度の高い位置の座標を一致させるようにマイクロマニュピレータ１５を作動させる。

本発明は、直径１５０μｍ〜２５０μｍのプローブ針８を直接に把持部で機械的に把持するのでなく、プローブ針８の後端部を吸引させて締着する方法で行うことから、プローブ針８を締着させるマニュピレータの部位の直径は１５５μｍ〜２５５μｍなので、隣のプローブ針８との間隔が５０μｍしかない位置にも既設のプローブ針８に接触することなく、プローブ針８を列設させながら載置することができる。

次に、プローブ針固定化第一工程５である。マイクロマニュピレータ１５によって前記プローブ針８を締着した状態で、前記プローブ針８と前記セラミックリング１０との接触範囲のうちの少なくとも１か所以上に紫外線硬化性樹脂２１を滴下する。２か所に滴下させる場合は、図５（ａ）に示すように、紫外線硬化性樹脂滴下機器２０を滴下する部位に移動し１か所実施して、次に図５（ｂ）に示すように、紫外線硬化性樹脂滴下機器２０を移動させて滴下する。

そして、図５（ｃ）に示すように、スポットＵＶ照射機器２２を紫外線硬化性樹脂２１の滴下する部位に移動して照射し、次に図５（ｄ）に示すようにスポットＵＶ照射機器２２を次の位置に移動させて照射する。紫外線硬化性樹脂２１の硬化によりプローブ針８はセラミックリング１０に固定化されたので、プローブ針８を締着していたマイクロマニュピレータ１５の先端の筒状体１６を開いて筒状体１６をプローブ針８から離す。

ここで、照射時間と接着強さの関連を表１に示す。例えば、紫外線硬化性樹脂として精密固定用紫外線硬化型接着材を使用し、接着範囲を幅はプローブ針８の幅、長さは５ｍｍ、厚さを２ｍｍの箇所を２カ所とし、光源として３６５ｎｍの高圧ＵＶランプを使用し、照射時間を２５秒とした場合の雰囲気温度と接着強さの関係を表１に示す。表１の温度の単位は℃、接着強さの単位はＮ／ｃｍ^２である。

［表１］

プローブ針８は直径１５０μｍ〜２５０μｍの極細なので熱が向上しやすい。よって、表１から温度と接着強さとの関連があること示されているので、プローブ針８の温度を管理すれば接着強さを調整することができる。例えば、プローブ針８を載置前にエポキシ樹脂３０を使用しないで斜面を形成するセラミックリング１０をセットした場合には、紫外線硬化性樹脂２１のみで接着強度を確保しなければならないことから、雰囲気温度を常温に近い温度でする必要があり、例えば、温度２３℃で紫外線の照射をした結果、コンタクト動作を３０万回実施した時点で外観上固定化を損なう現象は生じなかった。したがって、セラミックリングセット工程２におけるエポキシ樹脂３０及びプローブ針第二固定化工程６におけるエポキシ樹脂３１の使用をしないプローブカードが半導体試験によっては使用可能である。

次に、プローブ針第二固定化工程６である。図６（ａ）に示すように、エポキシ樹脂３１を、固定化されたプローブ針８を部分的に覆うようにプローブ針８上及びセラミックリング１０上に滴下させる。すでにプローブ針第一固定化工程でプローブ針８とセラミックリング１０との固定化を実施しているので、エポキシ樹脂３１の添加は固着力の向上になる。

また、セラミックリングセット工程２でエポキシ樹脂３０を溝１１内に注入させている場合は、エポキシ樹脂３１でプローブ針８を包囲するため固着力を一層強固にすることができる。

そして、図６（ｂ）に示すように、セラミックリング１０をオーブン設備のある場所まで移動させなくても、セラミックリング１０を定置化させた状態のままで、滴下したエポキシ樹脂３１を、ミラーと光とを組み合わせて光で加熱するヒータである光加熱スポットヒータ３３により加熱硬化させる。これにより、移動時間が短縮できるので製造コスト低減に効果がある。また、オーブンは必要範囲以外も加熱してしまうが、光加熱スポットヒータ３３は加熱が必要な局所のみを加熱させることができるので加熱が必要でない部位の加熱による品質低下の懸念が生じにくい。

セラミックリング１０を最初にセットする前にエポキシ樹脂３０を溝１１に注入した場合には、プローブ針固定化第一工程５の紫外線硬化性樹脂２１による固定化に加えて、プローブ針第二固定化工程６での追加したエポキシ樹脂３１とセラミックリングセット工程２で滴下したエポキシ樹脂３０とが一体化してプローブ針８の固定化を強固にすることから、耐久試験では１００万回のコンタクト動作で外観上固定化を損なう現象は生じなかった。

次に、セラミックリング接着工程７である。図７（ａ）に示すように、プローブ針第二固定化工程６後のセラミックリング１０をプローブカード基板４０上の所定位置に、接着剤を塗布して接着する。そして、図７（ｂ）に示すように、１８０°上下方向を回転させて、カンチレバー型プローブ針８をプローブカードへの針立てが完了する。

１カンチレバー型プローブカード針立て技法
２セラミックリングセット工程
３プローブ針吸引締着工程
４プローブ針位置決め工程
５プローブ針固定化第一工程
６プローブ針固定化第二工程
７セラミックリング接着工程
８プローブ針
１０セラミックリング
１１溝
１５マイクロマニュピレータ
１６筒状体
２０紫外線硬化性樹脂滴下機器
２１紫外線硬化性樹脂
２２スポットＵＶ照射機器
３０エポキシ樹脂
３１エポキシ樹脂
３２エポキシ樹脂滴下機器
３３光加熱スポットヒータ
４０プローブカード基板

Claims

カンチレバー型プローブ針のプローブカードへの針立て技法であって、
中高で周縁部が低い斜面を有するセラミックリングの該斜面に前記セラミックリングの中心部を囲繞するように形成したリング状の溝内に、該溝の上端縁の高さ以下に高さを抑えてエポキシ樹脂を注入し該エポキシ樹脂を加熱硬化させたセラミックリングをセットする、又は、中高で周縁部が低い斜面を有するセラミックリングをセットするセラミックリングセット工程と、
プローブ針の把持角度、高さ方向、前後方向及び左右方向が調整可能で、ピエゾ素子の変形によりプローブ針の後端部を吸引して締着可能なマイクロマニュピレータ、プローブ針の後端の位置を検知する高精度レーザ変位検知手段、及びプローブ針の先端の向きを検知する画像処理手段とによって、プローブ針の後端部を吸引して締着するプローブ針吸引締着工程と、
前記マイクロマニュピレータによって前記締着したプローブ針を前記セットしたセラミックリング上の所定位置に、プローブ針の先端の位置を検知する画像処置手段を用いて載置するプローブ針位置決め工程と、
前記マイクロマニュピレータによって前記プローブ針を締着した状態で、前記プローブ針と前記セラミックリングとの接触範囲のうちの少なくとも１か所以上に紫外線硬化性樹脂を滴下し、該滴下した紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して前記プローブ針を前記セラミックリングに固定化するプローブ針固定化第一工程と、
エポキシ樹脂を、固定化された前記プローブ針を部分的に覆うように前記プローブ針上及びセラミックリング上に滴下させて、前記滴下したエポキシ樹脂を光加熱スポットヒータにより加熱硬化させるプローブ針第二固定化工程と、
プローブ針第二固定化工程後のセラミックリングをプローブカード基板上の所定位置に接着するセラミックリング接着工程と、
を含む工程からなることを特徴とするカンチレバー型プローブカード針立て技法。