JPH0766934B2 - プロ−ブカ−ドおよびその製造方法 - Google Patents

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、高い精度のプローブカードおよび、それを容
易に製造可能としたプローブカードの製造方法に関す
る。

（従来の技術） 従来から半導体製造工程においては、半導体ウエハに形
成されたチップを検査するため、導体パターンの形成さ
れた各チップの電極パッドにプローブカードのプローブ
接触端を接触させて各種電気特性を測定することが行わ
れている。このようなプローブカードの製造方法として
は、例えば特公昭54−23798号公報に開示された方法が
ある。

第７図および第８図に示すように、プリント基板２の中
央に形成した円形の窓を囲んで放射状に多数の独立した
導体パターン１を印刷し、このプリント回路板２の円形
の窓と同心的に電気絶縁性の支持体リング３を上記回路
板２に接着し、この支持体リング３上に多数のプローブ
４を配設する。すなわち、プローブ４を放射状に位置決
め配列してエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂ａにより
プローブ４を接着固定する。このプローブ４の後端側を
それぞれプリント回路板２の異なる導体パターン１に半
田接続する。

このプリント回路板２の反対側の面と導通をとるスルー
ホールが形成された各導体パターン１と電気的に接続さ
れたピン５が設けられている。

上記支持リング３の円孔と同心的に、上記リング３の傾
斜と同じ傾斜の、第９図に示すような断面が内側下り傾
斜したすり鉢状のテーパー面６を有し中央に円孔７が形
成されたプローブ保持部材８を設ける。この円孔７には
半導体ウエハ各チップのパッドと対応して微小孔が穿設
されたフィルム９が貼着され、プローブ４の接触端4aを
位置決めする位置決め部材10が設けられていた。

まず、上記プローブ保持部材８のテーパー面６に離型剤
を塗布し第１のプローブ４の先端の折り曲げられた接触
端4aをフィルム９の微小孔の一つに挿入して、プローブ
保持部材８の上に放射状の模様に沿って配置する。次い
で同様にして第２、第３、…のプローブ４の接触端4aを
フィルム９の他の微小孔に順に挿入し、各プローブ４を
プローブ保持部材８上の放射状の模様に沿って配置す
る。このようにしてプローブ４の接触端4aの位置決めを
行う。しかる後、支持体リング３の凹溝にエポキシ樹脂
のような熱硬化性樹脂ａを塗布し、この塗布面を、支持
体リング３の凹溝にプローブ４が嵌合するようにプロー
ブ保持部材８のテーパー面上に同心的に接触させ、この
状態を保持したまま加熱して熱硬化性樹脂ａを硬化させ
ると、離型剤を塗布された保持部材８とは接着せず支持
体リング３と各プローブ４とが固定する。しかる後支持
体リング３とプローブ４とをプローブ保持部材８および
フィルム９から引きはがす。そして支持体リング３をプ
リント回路板２の円形の窓へ各プローブ４が導体パター
ン１と一致するように嵌合させて接着剤により固定し、
さらに各プローブ６の後端部を、プリント回路板２の導
体パターン１に半田接続してプローブカードが完成す
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかるにこのような従来のプローブカードの製造方法で
は、支持体リング３とプローブ保持部材８との中心位置
合せや、プローブ４の接触端4aの位置合せを人手により
フィルムの微小孔に挿入して行うため非常に手数がかか
る上に、熱硬化性樹脂の固化に長時間を要し、かつこの
固化工程間の熱伸縮によりプローブ４の位置がずれやす
いという難点があった。

またプローブカードは多品種小ロット生産であるため、
フィルムの半導体ウエハのパッドに対応する微小孔の形
成にも非常に手数がかかるという問題があった。

またプローブの接触端間の位置精度は±５μｍ程度の精
度が要求されているが、第10図に示すように、半導体ウ
エハ11のパッド12にプローブ４の接触端4aを接触させて
加圧すると接触端4aが矢印方向に移動するため、測定時
にパッド12の中心Ａ点に接触端4aを位置させるためには
フイルム９に形成する微小孔の位置をパッド12の中心よ
りやや手前側に偏奇したＢ点に形成する必要がある。し
かしながら半導体ウエハ11のパッド12が直線的に配置さ
れているのに対してプローブ４が放射状に配置されるた
め、第11図に示すように、各プローブ４によって偏奇さ
せる方向がそれぞれ異なってしまいこのためフィルムへ
の穿孔を非常に困難なものとしている。

本発明はかかる従来の難点を解消すべくなされたもの
で、高い精度のプローブカード、およびその自動化によ
る製造を可能にしたプローブカードの製造方法を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のプローブカードは、セラミックス製の支持体
に、内部に金属薄膜が形成された凹溝を放射状に多数の
形成し、これらの凹溝内に接触端を中心側に向けてプロ
ーブを所定の位置関係で嵌合するとともに、これらのプ
ローブを前記凹溝内に半田により固定して成ることを特
徴としており、またその製造方法は、少なくともプロー
ブ接触端正面および側面の２方向の撮像パターンに基づ
いて、ロボットハンドにより予め定めた位置に前記プロ
ーブを動かし、接触端が所定の空間上の位置を占めるよ
うに前記プローブを空間上で位置決めする工程と、前記
位置決めされたプローブおよび支持体が所定の位置関係
になるよう相対的に近接させる工程と、前記プローブお
よび支持体を前記関係を維持したまま固定する工程とを
含むことを特徴としている。

（作用） 本発明のプローブカードは、プローブの固定に有機質の
接着剤を使用しないので各部の熱膨脹率が均一化されて
高い精度が得られる。また本発明の製造方法によれば、
各プローブは、その接触端が半導体ウエハのパッドの配
列となるよう、例えば６軸駆動のロボットハンドおよび
高倍率の工業用テレビカメラ等により、直接空間上で位
置合せされる。そしてプローブと支持体とが、例えば数
値制御により所定の位置関係となるよう相対的に接近さ
れ、両者が半田等により固定される。この方法によれば
従来プローブカードの組立ての際使用されていた各種の
治具が不必要となり、またサーボ制御および数値制御を
用いて自動化をはかることも可能である。この場合、各
プローブの接触端の位置データとしてパッドとの接触に
より偏奇した後の位置データを入力しておけば位置ずれ
の補正のなされたプローブカードを製造することができ
る。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に使用する装置を概念的に示す
図である。

この装置は、予め定められた空間上の基準点（プローブ
接触端）に向けて垂直下方向および水平方向に高倍率の
２台の第１および第２の工業用テレビカメラ20、21を設
置する。これらの工業用テレビカメラ20、21による撮像
出力をパターン認識処理するパターン認識装置22を設
け、上記プローブ23をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向およびＵ、Ｖ、
Ｗの３方向の回転を行う６軸駆動のロボットハンド24に
より把持する。このロボットハンド24を制御する制御装
置25を設ける。さらに上記プローブを支持する環状のセ
ラミックス製の支持体リング26をＸ、Ｙ、Ｚ方向および
Ｚ軸内で回転可能に構成されたXYテーブル27上に載置し
て設ける。さらに、上記リング26のプローブ取り付け面
26aに対して、垂直方向下方に向けてレーザ光を出力す
る如くレーザ照射装置28が設けられている。

上記第１の工業用テレビカメラ20は基準点近傍にロボッ
トハンド24により移動されてくるプローブ23の接触端23
aを先端側からほぼ軸方向に直視してプローブ23先端
（接触端23a）正面の円形のパターンを拡大して撮像す
る。他方、第２の工業用テレビカメラ21はプローブ23の
接触端23aの側面をほぼ軸と平行に直視して先端（接触
端23a）の棒状のパターンを拡大して撮像するようにそ
れぞれ配置されている。これら第１および第２の工業用
テレビカメラ20、21の撮影したパターンと予め設定され
た接触端23aが基準位置にあるときのそれぞれの基準パ
ターンとをパターン認識装置22で比較照合する。そして
このパターン認識装置22の出力に応じて各テレビカメラ
20、21による映像パターンが各基準パターンと一致する
ようにロボットハンド24を制御装置25によりサーボ制御
する。すなわち、接触端23aの先端正面と側面の位置決
めを行う。この制御装置25はこのようにロボットハンド
24をサーボ制御する他、予め設定されたプログラムに従
ってこのロボットハンド24を数値制御する。

またXYテーブル27は、基準位置から各プローブが距離ｌ
だけロボットハンド24が垂直下方向に降下して支持体リ
ング26の予め定めた凹溝26bにプローブ23を挿入し固定
する。このような工程を全プローブ23に実行し、最終的
に支持体リング26とプローブ23とが第７図に示したよう
な位置関係となるように、その移動および回転が図示を
省略した制御装置25により数値制御される。

さらに、この実施例に使用されるセラミックス製の支持
体リング26は、第２図に示すように、片側に円錐台状の
ゆるいテーパー面26aを有しており、このテーパー面26a
上にはプローブ23の外径よりやや幅広で、かつプローブ
23の外径よりやや深さの深い放射状に凹溝26bを形成し
ておく。そしてこの凹溝26bの底面および側面には、第
３図に示すように、ニッケル、銅、金、その他の半田の
ぬれ性が良好な金属薄膜29が形成されている。この金属
薄膜29は、例えば第４図に示すように、支持体リング26
のテーパー面26aの全面に無電解めっき、蒸着、スパッ
タリング等の公知の方法により金属薄膜29を形成し、次
に矢印で示すように凹溝29内のみを残してテーパー面26
a上の金属薄膜28を機械加工等により切削除去すること
により各凹溝26b壁面のみに形成することができる。

次にプローブカードを製造する方法について説明する。

まず支持体リング26をXYテーブル27上の取付治具27aに
厳密に方向および高さなど位置決め規制してセットす
る。また、第５図に示すように、支持体リング26につい
ては各凹溝26b内に粉末半田や半田クリームのようなプ
ローブ23の挿入に支障とならない形態の半田30を予め充
填されているものを用いる。次にトレイストッカ（図示
せず）に整列されたプローブ23を第１番目のプローブ23
から人手により、または自動的にロボットハンド24でス
トッカから把持取り出す。そしてこのロボットハンド24
により搬送し、プローブ23の接触端23aが第１および第
２の工業用テレビカメラ20、21の視野内の基準点近傍に
位置するように移動する。そして第１および第２の工業
用テレビカメラ20、21により上記したプログラムにより
プローブ23の接触端23aをそれぞれ異なる方向から撮像
し、撮像出力信号を２値化してパターン認識装置22に供
給し、予め設定された基準パターン（標準位置信号）と
比較して制御装置25により両者が一致するように、ロボ
ットハンド24を移動させてプローブ23をＸ、Ｙ、Ｚ軸に
沿って移動させ、かつＵ、Ｖ、Ｗ方向に回転させて、プ
ローブ23の接触端23aを空間上の基準位置に位置決めす
る。

一方、XYテーブル27は、ロボットハンド24が第１番目の
プローブを把持した後、基準位置からプローブ23を垂直
に下方に降下させたとき、このプローブ23が所定の凹溝
内に挿入されかつその接触端が支持体リング26と所定の
位置関係をなすように、回転およびＸ、Ｙ、Ｚ方向の移
動を行って待機する。

そして上記位置決め後凹溝26b位置に移動させた時半田3
0を溶融状態にしておくことにより、ロボットハンド24
はサーボ制御による一致がとれて、次いで数値制御によ
り所定の距離ｌだけ垂直に下方に降下した時、第６図に
示すようにプローブ23を支持体リング26の凹溝26bの空
間内で底面および側面から浮いた状態に移動設定でき
る。この状態で半田を固化する。

上記半田30の溶融は、レーザー照射装置28から短時間レ
ーザービームを、プローブ26を挿入する凹溝26b内に照
射して行い、凹溝26b内の半田30を溶融させプローブ23
が支持体リング26の凹溝26bに挿入位置決めされた状態
を維持して固化固定する。

しかる後、ロボットハンド24は第１番目のプローブ23を
放し再び元の位置に復帰して第２番目のプローブ23を把
持する。一方、XYテーブルは、数値制御により、基準位
置からプローブが垂直下方に距離ｌだけ降下したときこ
のプローブ23が第２の凹溝内に挿入されかつその接触端
23aが支持体リング26と所定の相対的位置関係をなすよ
うに、回転および移動が制御されて待機状態となる。そ
して前述した第１のプローブ23の場合と同じ動作が繰り
返され、プローブ23が支持体リング26の隣接する凹溝26
bに固定される。

このようにして全部の凹溝26bにプローブ23が固定され
たところで以上の動作は終了する。そして支持体リング
26を各プローブとともに取付治具27aから取り外し、各
プローブ23が導体パターンと一致するようにプリント回
路板に穿設された窓に設けられた状態で接着剤により接
着する。このプリント回路板への取着は、この回路板に
プリントされている導電パターンの端部で形成される中
心に位置する如く位置決めする。続いて公知の手段によ
りプローブ23の後端とプリント回路板の対応する導体パ
ターンとが半田付けされてプローブカードが完成する。

なお以上の実施例では、プローブ23をロボットハンド23
でサーボ制御した後、ロボットハンド23を数値制御によ
り降下させて支持体リング26の凹溝内に位置させるよう
にした例について説明したが、ロボットハンド23は６軸
の動きが可能であり、XYテーブル27もＸ、Ｙ、Ｚ方向の
移動および回転を行わせることが可能であるので、これ
らの動きの任意の組合せを用いて、プローブ23と支持体
リングとを相対的に近接させることが可能である。

さらにこの実施例では、プローブ23を支持体リング26の
各凹溝28内に固定するのに、半田を用いた例について説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、比較的短時間でプローブを支持体に固定可能な手
段であればいかなる固定手段をとることもできる。

また上記実施例ではプローブ23について位置決めする手
段について説明したが、支持体リング26の凹溝26bとさ
らに正確に合せるには、プローブ23の位置決め後第１の
テレビカメラ20で凹溝26bを撮像し、この凹溝26bを位置
認識することにより正確に凹溝26bに挿入位置決めでき
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプローブカードは、有機
質の接着剤を使用しないので、各部の熱膨脹率が均一化
され、さらに高温長時間にわたる加熱処理を必要としな
いので高い精度を得ることができる。さらに本発明の製
造方法によれば、従来のような人手による繁雑な工程を
必要とせずに高精度のプローブを製造することができ
る。また本発明の全工程を自動化することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための図、第２図
はこの実施例に使用される支持体リングを示す斜視図、
第３図は第２図のIII−III線に沿う断面図、第４図はこ
の支持体リングの凹溝の製造方法を説明するための断面
図、第５図および第６図はこの実施例の支持体リングの
凹溝を示す断面図、第７図はプルーブカードの平面図、
第８図はその側面図、第９図は従来のプローブカードの
製造方法を説明するための断面図、第10図はプローブの
接触端のパッド上における移動の状態を示す側面図、第
11図はその平面図である。 １……導体パターン１、２……プリント回路板、20、21
……工業用テレビカメラ、22……パターン認識装置、
４、23……プローブ、24……ロボットハンド、25……制
御装置、３、26……支持体リング、27……XYテーブル、
28……レーザ照射装置、ａ……熱硬化性樹脂

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス製の支持体に、内部に金属薄
   膜が形成された凹溝を放射状に多数の形成し、これらの
   凹溝内に接触端を中心側に向けてプローブを所定の位置
   関係で嵌合するとともに、これらのプローブを前記凹溝
   内に半田により固定して成ることを特徴とするプローブ
   カード。
2. 【請求項２】プローブは、前記支持体の凹溝内で、その
   底面および側面から浮いた状態で位置決めされているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプローブカ
   ード。
3. 【請求項３】少なくともプローブ接触端正面および側面
   の２方向の撮像パターンに基づいて、ロボットハンドに
   より予め定めた位置に前記プローブを動かし、接触端が
   所定の空間上の位置を占めるように前記プローブを空間
   上で位置決めする工程と、 前記位置決めされたプローブおよび支持体が所定の位置
   関係になるよう相対的に近接させる工程と、 前記プローブおよび支持体を前記関係を維持したまま固
   定する工程とを含むことを特徴とするプローブカードの
   製造方法。
4. 【請求項４】支持体が、セラミックスリングからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のプローブカ
   ードの製造方法。
5. 【請求項５】支持体には、プローブの外径よりやや幅広
   でかつ深さの深い凹溝が放射状に形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項記載のプ
   ローブカードの製造方法。
6. 【請求項６】凹溝の内面には金属被膜が形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のプローブ
   カードの製造方法。
7. 【請求項７】プローブの前記支持体への固定が半田付け
   により行われることを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載のプローブカードの製造方法。
8. 【請求項８】半田の溶融が高エネルギービームにより行
   われることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のプ
   ローブカードの製造方法。