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 - Google Patents
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Description
【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 (3)
- 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。
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