JP3600584B2

JP3600584B2 - ティー型プローブおよびそのティー型プローブを用いたプローブカード

Info

Publication number: JP3600584B2
Application number: JP2002036447A
Authority: JP
Inventors: 昌男大久保; 和正大久保
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003240800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣチップの電気的特性を検査するティー型プローブおよびそのティー型プローブを用いたプローブカードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを形成してなるＩＣチップの電気的特性を検査する際にプローブカードと呼ばれる装置が用いられている。図５はティー型プローブカード１の構成を示す断面図である。同図に示すように、ティー型プローブカード１は、Ｔ型の頭部を有する針状の複数個のティー型プローブ（以下、単にプローブという）２と、これらのプローブ２をガイド孔３１ａを通して垂下するガイド板３１と、これらティー型プローブの頭部と接触してスペーストランスフォーマ５（以下回路拡張板と称す）のコンタクトワイヤに導通するインポーザ５ａと、かつ、中間にある屈曲部４ａのスプリングアクションによってティー型プローブ２を圧下させるタングステンワイヤ４と前記複数個のタングステンワイヤ４がそれぞれ貫通するガイド孔３２ａを有する上側のガイド板３２と、この上側ガイド板３２の下方に所定の間隔をあけて平行に配置され、各複数個のタングステンワイヤ４がそれぞれ貫通するガイド孔３３ａを有する下側のガイド板３３と、基板６の裏面から垂下され、上側ガイド板３２と下側ガイド板３３とを支持する支持部材７とにより構成されている。プローブ２は、タングステンワイヤ４を経てインポーザ５ａ、回路拡張板３００５を介して基板６に接続されている。ＩＣチップを検査する際には、基板６の前記端子にプローバーと呼ばれる検査装置（図示せず）が接続される。
【０００３】
８はウエハ載置台であり、このウエハ載置台８の上に、検査対象である複数個のＩＣチップ９１が形成されたウエハ９が載置されている。９１ａはＩＣチップ９１の表面に形成された電極である。ティー型プローブカード１は、ＩＣチップ９１の電極９１ａにプローブ２の先鋭部２ａを垂直に接触させるようにしたものであり、プローブ２の先鋭部２ａが電極９１ａの真上に位置するように位置決めされる。そして、プローブ２の方向にウエハ載置台８を上昇させることにより、ＩＣチップ９１の電極９１ａとプローブ２の先鋭部２ａとが接触する。
【０００４】
ここで、ＩＣチップ９１の電極９１ａはアルミニウムと銅とを含むアルミニウム−銅合金膜、あるいはアルミニウム膜により形成されているが、この電極９１ａの表面は薄い酸化アルミニウムよりなる酸化膜が形成されている。この酸化膜は絶縁体であるため、単に電極９１ａ表面にプローブ２の先鋭部２ａを接触させただけでは、プローブ２の先鋭部２ａと酸化膜の下に位置するアルミニウム−銅合金膜とが接触することができず、プローブ２の先鋭部２ａとアルミニウム−銅合金膜との間を電気的に接続することができない。
【０００５】
そのため、電極９１ａにプローブ２の先鋭部２ａを接触させた後、さらにウエハ載置台８を上昇させる。この電極９１ａにプローブ２の先鋭部２ａを接触させ、しかる後、さらにＩＣチップ９１をプローブ２の方向に上昇させることをオーバードライブと呼んでいる。プローブ２との接触後、ＩＣチップ９１を上昇させる距離をオーバードライブ量と呼ぶ。一般に、このオーバードライブ量は５０〜１００μｍである。ティ−型プローブカード１では、図５に示すように、屈曲部４ａを有するタングステンワイヤ４を使用し、電極９１ａにプローブ２の先鋭部２ａが接触した後に、オーバードライブを加えると、タングステンワイヤ４は、その屈曲部４ａが弾性的に変形して撓むことにより、プローブ先鋭部２ａが所定の接触圧（針圧）５〜１０ｇｒにて電極９１ａを押圧する。これにより、プローブ２と電極９１ａとの接触点において電極９１ａの表面から酸化膜が破られて除去され、プローブ２の先鋭部２ａと電極９１ａのアルミニウム−銅合金膜とが直接接触することができて、プローブ２と電極９１ａとが導通する。
【０００６】
ティー型プローブカード１に用いられるプローブ２の寸法について説明すると、直径（外径）Ｄ：８０μｍ、ステム長さＬ１：約１０００μｍ、先鋭部直径ｄ：２５〜３０μｍ、ティー部の径は１２０μｍ、高さは５０μｍである。この直径Ｄが８０μｍのプローブ２は、電極間のピッチ寸法が１２０μｍのＩＣチップ９１を検査するティー型プローブカード１に使用されるものである。このプローブ２は、断面円形をなし、適切な硬さを持ち、電気接点材料として優れているタングステン、レニウムタングステン合金、ベリリウム銅合金又はパラジウム銀系合金よりなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかるプローブがアルミニウム−銅合金膜からなる電極９１ａに接触して、両者の間に測定電流が流れると、接触点が加熱される。また、ＩＣチップ９１を８５℃または１５０℃の加熱状態でテストするバーンインテストであれば、前記接触点の温度は更に上昇する。タングステンまたはレニウムタングステン合金から成るプローブ２の先鋭部２ａは高温で酸化され易く、かつ、電極から剥がされたアルミニウム屑は酸化してプローブ先鋭部２ａに付着し易いから、接触抵抗の増大をもたらす。この接触抵抗の増大は電気的諸特性の測定不能という状態を引き起こすこともある。このためプローブ先鋭部２ａが酸化しにくく、かつアルミニウム屑が付着しにくい点でパラジウム銀系合金やベリリウム銅合金がが用いられることが多い。したがって、ティー型プローブ１としてＩＣチップ９１の電極９１ａとの接触性能が維持できる期間の長いパラジウム銀系合金やベリリウム銅合金が採用され、一方プローブ２の電極９１ａに対する接触圧力の確保のため、スプリング作用に優れる抗張力と弾性率の高いタングステンワイヤ４が接触圧を補償するために用いられ、これらの組み合わせの構成により、それなりに優れたプローブカード１であった。しかし、この構成はティー型プローブ２と背後のタングステンワイヤ４とが一本化でなく、分割された形になっており、プローブ２及びタングステンワイヤ４を支持またはガイドするガイド板３２，３３の数が他型式に比べて余分に必要とし、構造も複雑であり、また、タングステンワイヤ４の屈曲部４ａも空間スペースを必要としたが、ＩＣチップ９１の電極ピッチ９１ａが２００μｍより大きい場合には特段の問題が生じなかった。
【０００８】
しかし、最近のＩＣチップの微細化に伴い、ＩＣチップの電極ピッチも狭小化の方向にあり、電極ピッチも１２０μｍから１００μｍとなり、これに対応するプローブの直径も８０μｍから６５μｍと小径のものが要求されてきているように、ティー型プローブカードにおけるティー型プローブの単位面積当りの高密度化が要求されて来ている。本発明は上記事情に鑑みて成したものであって、ＩＣチップの微細化の進展による、ＩＣチップの電極間のピッチ寸法が小さくなることに対応しうるティー型プローブおよびこのティー型プローブを用いたプローブカードを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、タングステン、レニウムタングステン合金、ニッケル合金、銅ベリリウム合金またはパラジウム銀系合金のうち一種類の金属から成り、上端に電気的接触面を有する圧縮弾性体の槌頭部と下端に先鋭部とを有するステムから構成され、前記槌頭部がステムに垂直方向の断面形状において、側部の一部が切り離された環状の形状を有するティー型プローブにおいて、前記環状の形状の中空部に嵌め込まれた耐熱性のある弾性物質を有することを特徴とするティー型プローブである。
【００１０】
請求項２の発明は、前記弾性物質がシリコンゴムであることを特徴とする請求項１記載のティー型プローブである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の複数のティー型プローブと、前記ティー型プローブが通るガイド孔を有するガイド板と、前記ティー型プローブの前記電気的接触面と接触する端子を有する回路拡張板と、前記回路拡張板を支持し、かつ支持部材を介して前記ガイド板を支持する基板と、から構成されることを特徴とするプローブカードである。
【００１２】
ティー型プローブの従来のＴ字型部分を頂部に測定電流を導通する端子としての電気的接触面を持ち、かつ、圧縮に対して弾性体として働く槌頭部に変えたティー型プローブであって、前記プローブはその槌頭部がガイド板のガイド孔の上端に引っかかり、ガイド孔にガイドされて先鋭部をもつステムが垂下するとともに、前記槌頭部の圧縮弾性体が従来のティー型プローブのタングステンワイヤに代わって弾性を賦与するものである。槌頭部の圧縮弾性の賦与は槌頭の形状によってもたらされ、前記槌頭部がステムに垂直方向の断面形状において、側部の一部が切り離された環状の形状（略Ｃ字型又はコ字型に似ている）であって、槌頭の材質と形状との組み合わせで圧縮弾性が決まってくる。また、このティー型プローブの圧縮弾性特性は前記槌頭部の環状の形状と環状の中空部に嵌め込まれた弾性物質との協同作用で発揮させることができる。この弾性物質はバーンインテストのような使用環境から耐熱性を持つことが望ましいので、シリコンゴムを用いる。
【００１３】
本発明に係るティー型プローブを用いたプローブカードは前記ティー型プローブに圧縮弾性特性が賦与されているので、従来のティー型プローブカードのようにタングステンワイヤを必要としないから、これに付随するガイド板２枚も不要となり、コンパクトで、軽量かつ小型化を達成し得るし、また電極ピッチの狭小化にも対応しうる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。図１は本発明の実施の形態であるティー型プローブの説明図であって、ａは斜視図、ｂはａのＡ矢視図、ｃはａのＢ矢視図、ｄはａのＣ矢視図、ｅはａのＤ矢視図、ｆはａのＥ矢視図、ｇはｂのＦ−Ｆ断面図である。図２は本発明の別の実施の形態であるティー型プローブの説明図であって、ａは斜視図、ｂはａのＡ矢視図、ｃはａのＢ矢視図、ｄはａのＣ矢視図、ｅはａのＤ矢視図、ｆはａのＥ矢視図、ｇはｂのＦ−Ｆ断面図である。
【００１５】
このティー型プローブ１００は図１に示すように、ステム１０２に垂直方向の断面形状において側部の一部が欠落した形状の環状部１０１ａを有する槌頭部１０１と、下端に先鋭部１０３を有するステム１０２と、から成る。このプローブ１００の材質は硬度と抗張力に優れるタングステン、レニウムタングステン合金、ニッケル合金、ベリリウム銅合金、パラジウム銀系合金、等が用いられ、ＩＣ電極７０１ａとの接触において、耐酸化性に優れ、電極７０１ａのアルミニウム銅合金層と付着物が生じないベリリウム銅合金、パラジウム銀系合金、ニッケル合金が好ましい。槌頭部１０１のステム１０２径方向の寸法はガイド板２０１（０．５ｍｍ厚）のガイド孔２０１ａ（通常ステム１０２大径に対し両側０．５μｍの隙間をとる）に対して、通り抜けない懸垂状態になる大きさとする。ステム１０２の直径は４０〜１５０μｍの範囲をとる。ステム１０２の先鋭部１０３は先端径で２０〜３０μｍの範囲である。
【００１６】
本発明のティー型プローブ１００は槌頭部１０１をガイド孔２０１ａ上端に懸架して、また、ステム１０２がガイド孔２０１ａを通って垂下し、ステム１０２の先鋭部１０３はガイド板２０１の下端から約０．５ｍｍ下方の位置になる。ステム１０２の全長は約１ｍｍである。このティー型プローブ１００は槌頭部１０１の上端とステム１０２の先鋭部１０３との間で５０〜１００μｍのオーバードライブをかけると、先鋭部１０３に押圧力５〜１０ｇｒが発現できるように、槌頭部１０１のステム１０２軸方向の圧縮弾性特性を調整する。すなわち、この圧縮弾性はティー型プローブ１００の材質の選択（タングステン、レニウムタングステン合金はヤング率が高く、それに比しベリリウム銅合金、パラジウム銀系合金は低い）、槌頭部１０１の形状、特に環状部１０１ａの形状、肉厚を変えることにより調整する。このティー型プローブ１００を用いた検査において、ＩＣチップ７０１の載ったウェハ載置台６００を上昇させて、ＩＣチップ７０１の電極７０１ａとプローブ１００の先鋭部１０３が接触して、電極７０１ａの酸化被膜を破壊するために、また、測定電流の導通を確実にするため端子間の確実な接触を要し、すなわちティー型プローブ１００と回路拡張板３００板と基板４００とのそれぞれの間に設けられた端子間の接触を、例え、これらの板が多少歪んでいても、確保するために、通常５０〜１００μｍのオーバードライブによって、プローブ先鋭部１０３の電極に対する接触押圧力が５〜１０ｇｒ必要であるが、これが可能となる。ステム１０２の断面形状はガイド板２０１（マシナブルセラミック製）のガイド孔２０１ａが錐孔により円形が多いから、円形が好ましいが角形でも問題は無い。
【００１７】
本発明に係るティー型プローブ１００は以下の方法で製作される。一つは図１に示すように、ステム１０２径の太い（直径８０〜２００μｍ）場合は、ティー型プローブ１００の元の線材をステム１０２の径まで、抽伸線引きしてヘッダ加工にかけ、中実の槌頭部１０１を形成した後、ティー型プローブ１００の長さに切断する。次いで槌頭部１０１をレーザ加工によって中芯部を切断または溶断で刳り貫いて除去し、図１に示すように、本発明に係る中空部１０１ｃを有する一部欠落した逆Ｃ字型状の槌頭部１０１を製作する。また、本発明に係る中空部１０１ｃを有する一部欠落した逆Ｃ字型状の槌頭部１０１は中実の槌頭部１０１を微細加工用ドリル又はミーリングで以って穿孔することにより製作することも出来る。先鋭部１０３はステム１０２の一方の端部を研磨加工により作成する。
【００１８】
もう一つは図２に示すように、本発明に係るティー型プローブ１００のステム径の小さい（直径４０〜７０μｍ）場合は、リガプロセスによりティー型プローブ１００のパターン（母型）を作り、次いでそのパターンに基いて電鋳法によりティー型プローブ１００、即ち、槌頭部１０１、ステム１０２が一体で製作される。この場合、槌頭部１０１及びステム１０２の断面が四角形になって製作されるので、ステム１０２の先鋭部１０３はレーザ加工で整形してから、研磨加工で仕上げる。別の方法はステム１０２を電鋳法で製作してから、槌頭部１０１をヘッダー加工によりステム１０２から成形し、次いで、レーザー加工にて溶融除去して中空部１０１ｃを製作する。また、別の方法は中空部１０１ｃを有する槌頭部１０１だけを別に製作して、ステム１０２にレーザー溶接してティー型プローブ１００を製作することも出来る。これらの方法により出来上がったステム１０２の表面をＮｉ−Ｃｏ合金メッキ１０５すると、本発明ティー型プローブ１００の作用および寿命の点で優れているものができる。
【００１９】
また、図２に示すように、槌頭部１０１の中空部１０１ｃに弾性物質１０４、特に耐熱性にすぐれた弾性物質として、シリコンゴムを嵌合して用いる。シリコンゴムは圧縮に対して体積変化の抵抗が大きく、僅かに変形するのみであるから、槌頭部１０１の環状部１０１ａの肉厚が薄くても、その強度および弾性を補完することができ、ティー型プローブ１００のオーバードライブ５０〜１００μｍに対し押圧力５〜１０ｇｒの特性を得るための作りこみが容易となる。槌頭部１０１の中空部１０１ｃにシリコンゴムを嵌合する方法としては、シリコンゴム素材を中空部１０１ｃに圧入しから、熱加工して弾性、強度、硬度を付与する。また、槌頭部１０１の中空部１０１ｃに嵌合するシリコンゴム素材を、熱加工時に若干発泡させることで、シリコンゴムの圧縮に対する体積変化率を調整して、弾性、強度、硬度の特性の作りこみが容易となる。また、槌頭部１０１の中空部１０１ｃの外に開放された面の面積が大きくなると、中空部１０１ｃに嵌合されたシリコンゴムの圧縮に対する体積変化率を大きくすることができるから、弾性、強度、硬度の特性を変えることができる。
【００２０】
本発明に係るティー型プローブ１００を用いたプローブカードの構成について、図４を用いて説明する。このプローブカード８００は複数の本発明に係るティー型プローブ１００と、前記ティー型プローブ１００が通るガイド孔２０１ａを有するガイド板２０１と、前記ティー型プローブ１００の前記電気的接触面１０１ｂと接触する端子を有する回路拡張板３００と、前記回路拡張板３００を支持し、かつ、支持部材５００を介して前記ガイド板２０１を支持する基板４００と、から構成される。ティー型プローブ１００は厚み寸法０．５ｍｍ程度のガイド板２０１のガイド孔２０１ａを通して、槌頭部１０１がガイド板２０１の上面で懸架され、ステム１０２および先鋭部１０３がガイド孔２０１ａを通して垂下される。ティー型プローブ１００の槌頭部１０１上面の電気的接触面１０１ｂは回路拡張板３００の下面に有る接点パッド３０１ａと接触するか、僅かに隙間を取った位置にある。回路拡張板３００の下面接点パッド３０１ａからの電気回路が回路拡張板３００内部で拡張されているので、上面の接点パッド３０１ｂはティー型プローブ１００の間隔よりも拡がった位置にあり、上面の接点パッド３０１ｂと基板４００の接点パッド４０１ａとの接続を容易にする。本発明に係るティー型プローブ１００を用いたプローブカード８００は従来のものと異なって、弾性を付与するタングステンワイヤを必要としないから、タングステンワイヤとタングステンワイヤをガイドする２枚のガイド板が不要となり、プローブカード８００の小型化や軽量化が容易となり、また、タングステンワイヤやそのガイド板が占有していた部分が不要となるため、ティー型プローブ１００の微細化に伴うプローブ数の配設密度を大きくすることができ、ＩＣチップ７０１の電極７０１ａピッチの微細化に充分対応できることになる。また、ティー型プローブ１００を横一列に配設するのではなくて、電極７０１ａの面積範囲内で千鳥状に配設すると、ティー型プローブ１００の槌頭部１０１同志が干渉しなくなるので、電極７０１ａのピッチの微細化に対応し易くなる。
【００２１】
本発明に係るティー型プローブ１００を用いたプローブカード８００の動作を説明すると、図３に示すように、ＩＣチップ７０１の載ったウェハ載置台６００が上昇して、ティー型プローブ１００の先鋭部１０３とＩＣチップ７０１の電極７０１ａが接触し、さらに、オーバードライブ量５０〜１００μｍ上昇すると、ティー型プローブ１００の先鋭部１０３およびステム１０２を上に押し上げて槌頭部１０１を圧縮すると、槌頭部１０１の圧縮に対する弾性特性により５〜１０ｇｒの押圧力が生じ、これによりティー型プローブ１００の先鋭部１０３がＩＣチップ７０１の電極７０１ａを押し付け、電極７０１ａ表面のアルミニウム銅合金の酸化膜を破って導通が達成する。すなわち、槌頭部１０１は圧縮弾性体から成っているので、槌頭部１０１の上部の電気的接触面１０１ｂが上の回路拡張板３００下面の接点パッド３０１ａで上への変位が止められて拘束されるので、槌頭部１０１の上面と下面の間にある環状部１０１ａで弾性変形して押圧力が発生するのである。したがって、従来のティー型プローブを用いたプローブカードに有ったタングステンワイヤやそのガイド板が不要となっても、本発明に係るプローブカード８００は充分ＩＣチップ７０１の電気的検査の機能が発揮できるのでその効果は充分大きい。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるティー型プローブによれば、オーバードライブを加えたとき、従来の屈曲したタングステンワイヤを必要としなくて、接触圧を得ることができる。これによりタングステンワイヤとそれをガイドする２枚のガイド板を省略したプローブカードに適用することができ、ティー型プローブカードの小型化および軽量化が達成できるとともに、半導体集積回路の微細化の進展によりＩＣチップの電極間のピッチ寸法が小さくなることにも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるティー型プローブの説明図であって、ａは斜視図、ｂはａのＡ矢視図、ｃはａのＢ矢視図、ｄはａのＣ矢視図、ｅはａのＤ矢視図、ｆはａのＥ矢視図、ｇはｂのＦ−Ｆ断面図である。
【図２】本発明の別の実施の形態であるティー型プローブの説明図であって、ａは斜視図、ｂはａのＡ矢視図、ｃはａのＢ矢視図、ｄはａのＣ矢視図、ｅはａのＤ矢視図、ｆはａのＥ矢視図、ｇはｂのＦ−Ｆ断面図である。
【図３】本発明に係るティー型プローブと電極が接触した状態を示す説明図であって、ａはプローブと電極とが接触する前の状態、ｂはプローブの先鋭部と電極とが接触して、オーバードライブした時の状態である。
【図４】本発明に係るティー型プローブを用いたプローブカードの構成を示す断面図である。
【図５】従来のティー型プローブを用いたプローブカードの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１００：ティー型プローブ１０１：槌頭部１０１ａ：環状部１０１ｂ：電気的接触面１０１ｃ：中空部１０２：ステム１０３：先鋭部
１０４：弾性物質１０５：Ｎｉ−Ｃｏ合金メッキ２０１：ガイド板
２０１ａ：ガイド孔３００：回路拡張板３０１ａ、３０１ｂ：接点パッド４００：基板４００ａ：接点パッド５００：支持部材
６００：ウェハ載置台７００：ウェハ７０１：ＩＣチップ７０１ａ：電極
８００：プローブカード
１：ティー型プローブカード２：ティー型プローブ２ａ：先鋭部３１、３２，３３：ガイド板３１ａ、３２ａ、３３ａ：ガイド孔
４：タングステンワイヤ４ａ：屈曲部５：回路拡張板３００
５ａ：インポーザ６：基板７：支持部材８：ウエハ載置台９：ウエハ９１…ＩＣチップ９１ａ…電極

Claims

タングステン、レニウムタングステン合金、ニッケル合金、銅ベリリウム合金またはパラジウム銀系合金のうち一種類の金属から成り、上端に電気的接触面を有する圧縮弾性体の槌頭部と下端に先鋭部とを有するステムから構成され、前記槌頭部がステムに垂直方向の断面形状において、側部の一部が切り離された環状の形状を有するティー型プローブにおいて、前記環状の形状の中空部に嵌め込まれた耐熱性のある弾性物質を有することを特徴とするティー型プローブ。
前記弾性物質がシリコンゴムであることを特徴とする請求項１記載のティー型プローブ。
請求項１または２に記載の複数のティー型プローブと、前記ティー型プローブが通るガイド孔を有するガイド板と、前記ティー型プローブの前記電気的接触面と接触する端子を有する回路拡張板と、前記回路拡張板を支持し、かつ支持部材を介して前記ガイド板を支持する基板と、から構成されることを特徴とするプローブカード。